申请日2004.07.08
公开(公告)日2009.04.22
IPC分类号C02F3/10; C02F3/34; C02F3/06
摘要
本发明揭示一种生物反应器，其包括一滤网篮，所述滤网篮中容纳一种由多孔载体构成的填料体，该多孔载体具有较高的比表面积。将一种微生物混合物引入此滤网篮，所述微生物混合物较佳包括一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物，从而可发生有机物质的光能分解。根据本发明，所述微生物混合物含有一定比例的光催化活性纳米颗粒。
权利要求书
1.一种生物反应器，其用于处理被污染的城镇或工业污水或被有机污 染物污染的流体，其中含有用以分解有机污染物的微生物，该生物反应器 的特征在于：一容器(22)，其包括至少一个用于通过待处理的污水的凹口 (26)，在所述容器(22)内提供一具有较大孔隙体积的填料体(30)、以及一 种含有一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物的抗生素混合 物，其中所述填料体(30)为螺旋形或者螺旋地形成，所述容器壁(36)及/或 所述填料体(30)的表面区域涂覆有一光催化活性层。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述螺旋形填料体(30)的 直径向着液面轴向增大。
3.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述填料体(30)包括一承 托层，在所述承托层上涂覆有泡沫材料。
4.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述填料体(30)包括一承 托层，在所述承托层上涂覆有泡沫材料。
5.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述填料体(30)具有一栅 格形的双层壁，在所述双层壁之间配置一泡沫材料。
6.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述填料体(30)具有一栅 格形的双层壁，在所述双层壁之间配置一泡沫材料。
7.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述填料体是由具有较大 孔隙体积的陶瓷材料构成。
8.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述填料体是由具有较大 孔隙体积的陶瓷材料构成。
9、根据权利要求3所述的生物反应器，其中所述泡沫材料具有一含活 性炭的催化活性表面。
10.根据权利要求4所述的生物反应器，其中所述泡沫材料具有一含活 性炭的催化活性表面。
11.根据权利要求5所述的生物反应器，其中所述泡沫材料具有一含活 性炭的催化活性表面。
12.根据权利要求6所述的生物反应器，其中所述泡沫材料具有一含 活性炭的催化活性表面。
13.根据权利要求9至12中任一权利要求所5述的生物反应器，其中 将微生物应用于所述填料体(30)的表面，或将所述微生物引入所述滤网篮 (22)的中心。
14.根据权利要求13所述的生物反应器，其中所述微生物容纳于一载 体物质中，该载体物质为壳聚糖或乳酸聚合物。
15.根据权利要求14所述的生物反应器，其中所述抗生素混合物含有 所述微生物，还含有纳米颗粒。
16.根据权利要求9至12中任一权利要求所述的生物反应器，其中所 述填料体(30)一方面具有所述抗生素混合物，而另一方面具有有利于形成 生物膜的含活性炭的层。
17.根据权利要求13所述的生物反应器，其中所述填料体(30)一方面 具有所述抗生素混合物，而另一方面具有有利于形成生物膜的含活性炭的 层。
18.根据权利要求15所述的生物反应器，其中所述层为二氧化钛或氧 化铟锡。
19.根据权利要求18所述的生物反应器，其中所述光催化层大量且连 续地涂覆在所述容器(22)的所述内圆周表面上，而仅部分地涂覆在所述外 圆周表面上。
20.根据权利要求19所述的生物反应器，其中所述外圆周表面上的所 述光催化层是以条纹状涂覆，而所述条纹在纵向上延伸。
21.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的生物反应器，其中所 述容器(22)的凹口(26)是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出， 并且在冲孔之后涂覆所述光催化涂层(32)。
22.根据权利要求13所述的生物反应器，其中所述容器(22)的凹口(26) 是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出，并且在冲孔之后涂覆所 述光催化涂层(32)。
23.根据权利要求16所述的生物反应器，其中所述容器(22)的凹口(26) 是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出，并且在冲孔之后涂覆所 述光催化涂层(32)。
24.根据权利要求17至20中任一权利要求所述的生物反应器，其中 所述容器(22)的凹口(26)是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出， 并且在冲孔之后涂覆所述光催化涂层(32)。
25.根据权利要求中任一权利要求所述的生物反应器，其中所述容器 (22)的凹口(26)是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出，并且在 冲孔之后涂覆所述光催化涂层(32)。
26.根据权利要求21所述的生物反应器，其中所述容器(22)为圆柱形， 且在端面上具有至少一个用于通过液体的凹口。
27.根据权利要求24所述的生物反应器，其中所述容器(22)为圆柱形， 且在端面上具有至少一个用于通过液体的凹口。
28.根据权利要求25所述的生物反应器，其中所述容器(22)为圆柱形， 且在端面上具有至少一个用于通过液体的凹口。
29.根据权利要求22至23中任一权利要求所述的生物反应器，其中 所述容器(22)为圆柱形，且在端面上具有至少一个用于通过液体的凹口。
30.根据权利要求26至28中任一权利要求所述的生物反应器，其中 所述容器(22)或所述填料体被可旋转地安装。
31.根据权利要求29所述的生物反应器，其中所述容器(22)或所述填 料体被可旋转地安装。
32.一种用于分解流体中有机成分的抗生素混合培养物，用于根据前 述权利要求中任一项所述的生物反应器，该抗生素混合培养物包含处于生 物溶液中的一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物，特征在 于所述混合培养物含有一定比例的压电活性纳米复合材料，其表面具有一 光催化活性层。
33.根据权利要求32所述的混合培养物，其中所述纳米复合材料具有 长度为20至100nm且直径为2至10nm的纤维型结构。
34.根据权利要求32所述的混合培养物，其中所述涂层含有二氧化钛 或氧化铟锡。
35.根据权利要求33所述的混合培养物，其中所述涂层含有二氧化钛 或氧化铟锡。
36.根据权利要求32至35中任一权利要求所述的混合培养物，其中 所述纳米复合材料的所述涂层具有用以形成极点部位的多个凹口。
37.根据权利要求33所述的混合培养物，其中所述纳米复合颗粒的所 述涂层在所述端面处中断，且在所述两个端面处分别形成极点(60、62)。
38.根据权利要求32至35中任一权利要求所述的混合培养物，其中 所述纳米复合颗粒的所述涂层在所述端面处中断，且在所述两个端面处分 别形成极点(60、62)。
39.一种用于小型污水处理站的改型套件，其包括一根据权利要求1 至16中任一项所述的生物反应器(2)以及一根据权利要求17至21中任一 项所述的抗生素混合培养物。
说明书
生物反应器、混合培养物以及小型污水处理站的改型套件
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1导言所述的生物反应器、一种适用于所 述生物反应器的抗生素混合物以及一种用于小型污水处理站的改型套件， 该套件是与所述生物反应器一起使用。
背景技术
当镇区或社区不能为业主单独修建到集体排污管道的连接管道时，若 处理排出污水的责任转移到业主，则按照规定业主必须建造小型污水处理 站。此种小型污水处理站位于所述镇区或社区并且通常担负对生活污水的 处理。经过所述小型污水处理站的排出水既可以通过地面吸收，也可以排 入附近的开放水域。
多腔室的沉淀槽常常用于污水的机械净化，在多腔室的沉淀槽中，通过 沉淀到水底或漂浮到水面的方式移除不溶物质。例如，多腔室的沉淀槽的 结构可以是两腔室或三腔室槽，而这些腔室形成于一公共接受器中并且彼 此连接，使流经这些腔室的水没有沉淀或漂浮的不溶物质。
特别是比较老的房屋和土地通常具有这种多腔室的沉淀槽，但是，其净 化能力一般不能满足立法委员的规定。由于修建具有机械和生物分离阶段 的新型小型污水处理站的投资费用较高，因此通常较佳的是以生物级对现 有多腔室处理站进行改型。
新型处理站的基本要求是能够对污水、废气或固体中的有机污染物进 行可靠的分解，如被污染的建筑物，在过去的淹没期间聚集的由于取暖燃 油的泄漏导致建筑物孔隙系统中的油渣。
在文献DE 100 62 812 A1和DE 101 49 447 A1中提出通过抗生素混 合物来分解流体和固体中的这些不良有机成分，所述抗生素混合物含有一 定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物。此混合培养物曾极为 成功地用于对城镇和工业污水以及被油渣污染的建筑物的卫生设施的清 洁。
在已经公开的专利申请DE 102 53 334中，通过对抗生素混合培养物 进行改进实现了抗生素混合培养物的进一步发展，在分解过程中将光敏剂 加入有机污染物的细胞中，随后，用光刺激这些光敏剂，形成可加速有机 成分分解的单态氧或其它原子团。
然而，发现在特定应用中，这些抗生素混合培养物没有显示出可靠分 解有机成分所要求的有效性。
相比之下，本发明的目的在于提供一种能够实现可靠地分解液体中有 机污染物的生物反应器，就装置技术而言，其结构较为简单。此外，本发明 的另一目的是提供一种适用于所述生物反应器的抗生素混合培养物。
生物反应器可通过组合权利要求1的特征来实现;抗生素混合培养物 可通过独立权利要求19的特征以及具有权利要求24之特征的用于净化站 的改型套件来实现。
发明内容
本发明提出一种生物反应器，其包括一具有凹口的容器，携带有机物 质的污水可从这些凹口流过。在所述容器内配置有一个填料体，下文也称 为载体，其具有相当大的比表面积，从而可获得用于污水生物成分的消化 和转化的较大物质交换表面。根据本发明，在所述容器内也提供用于分解 这些有机成分的微生物。这些微生物呈生物膜(biofilm)形态粘附在多孔 载体的孔隙系统内，从而，由于有效的物质交换表面而能够实现极为高效 的生物转化。
此载体有利地是呈螺旋形引入容器，其中载体相对于容器可旋转地安 装，或者容器相对于载体可旋转地安装。通过适当的流量管理及/或容器的 涂层(下文将对其进行进一步描述)并且由于载体的螺旋形结构，可使载 体或整个容器旋转，从而与习知结构相比可改善混合并且增强生物转化。
载体可由与应用于承托层上的孔隙系统一起使用的材料形成，或者在 另一方面，可将也许机械不稳定的具有较大比表面积的材料引入稳定、双 层凹壁中，借此确定载体的机械强度。原则上，也可使用具有较大比表面 积的多孔材料载体，例如陶瓷材料。
在本发明的一个优选实施例中，多孔载体由例如聚氨基甲酸酯泡沫等 泡沫材料构成，其上涂覆有一种具有催化活性及/或可提供较大吸附面积的 材料，例如活性碳或木炭。
根据本发明的一个实施例，较佳的是所述优选螺旋形载体酯的主表面 涂覆有一种有利于形成生物膜的材料，例如活性炭;而另一主表面涂覆有一 种含有所述抗生素混合物的载体物质。在此结构中，一方面形成生物膜，而 另一方面通过催化活性防止在具有所添加的微生物的层上形成生物膜。
将生物转化所需的微生物通过适当的工序管理预先黏附在载体孔隙系 统中，或者将其连续供应到工序中。
在本发明的一个优选实施例中，将光催化层应用于容器的内圆周表面 和外圆周表面。尤其较佳的是将光催化层以条纹状应用于外圆周表面，其中 这些条纹可在生物反应器的纵向上延伸，即，在圆柱形生物反应器中，这些 条纹平行于纵轴而延伸。
较佳通过向生物反应器的封闭内部空间内冲孔形成容器的凹口，冲孔 毛边向内延伸。通过这些相当锐利的冲孔毛边，在涂层中形成断层，在运行 中较佳在这些断层上形成生物膜。
若将由例如二氧化钛或氧化铟锡构成的光催化层至少部分地涂覆在容 器壁及/或载体上，则可进一步增强生物反应器的效率。
容器可为其中一个端面自下方打开的圆柱形，或者可为漏斗形。在漏斗 形容器中，向下逐渐变细的容器侧壁具有污水凹口，而下端面封闭。即，在 漏斗形容器中，水流近似地在径向上通过;而在圆柱形容器中，水流在轴 向上自底部向顶部流过。
为了用于净化站，生物反应器具有一定的浮力，从而漂浮在例如多腔 室槽的腔室中。较佳的是在垂直方向上可滑动地引导滤网篮，从而可适用 于不同的液位。
如上文已提到，可将微生物引入载体材料。在一优选方案中，微生物结 合在壳聚糖或生物聚合物中，而载体较佳为涂覆有活性炭的PU泡沫，并使 其充满此混合物。
除了含有发光和光合活性微生物之外，本发明的抗生素混合物还含有 一定比例的较佳包括压电芯的纳米复合材料，其表面具有光催化活性层。
在优选实施例中，此纳米复合材料具有纤维型结构，长度为20至 100nm，直径为2至10nm。
光催化活性涂层具有用以形成极点部位(pole site)的多个凹口。在 上述纤维型结构中，在端面形成极点(pole)。
根据本发明的生物反应器可以最低复杂度用于小型污水处理站的改 型，但是还可独立地用作处理站的一个处理级(stage)。
本发明其它的有利研发为其它附属权利要求的标的物。
