[發明專利]用于處理水流體的生物反應器

在審

• 申請號: 201580064582.2
• 申請日: 2015-09-28
• 公開（公告）號: CN107001085A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: O-P.海拉;D.海拉
• 申請（專利權）人: 贏流凈水公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/12;C02F3/28;C02F3/30;C02F9/00;C02F9/02;C12M1/00;C02F101/16;C02F101/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐晶,黃念

發明背景

本發明涉及一種用于生物處理水流體和/或用于通過生物質產生所需的最終產物和/或用于產生生物質的生物反應器。本發明還涉及用于制造和使用這種生物反應器的方法。

假設微生物通過改變它們酶的水平來控制營養素和其它化合物的攝取和排泄。根據DNA通過復雜的機制改變該水平。例如，在豐富的多種營養素的同時，微生物選擇最節能或另外最優選的營養素，且在集中加工下一優選的營養素之前利用該營養素至幾乎為零的水平。研究已經顯示在這種選擇期間，酶水平以這樣的方式改變，使得構建酶需要一些時間(這也形成遲滯時間的一部分)，但是這種營養素選擇酶的衰減即使在完全利用營養素之后要慢得多。

生物膜在生物反應器中形成所有生物質的大部分(約90%左右)。微生物及其生長主要集中在最接近生物膜表面的層。因此，在生物膜、絮體或層內部較深處(100微米以上)，生物膜對營養素的可用性以及排泄材料的處理形成動力學限制，其通過生物膜層相對緩慢地擴散到周圍流體。

已知生物質的最活性部分和最高的微生物密度非常接近生物膜或絮體的表面。假設最佳深度可以低至低于30-50微米。

許多有機化合物按步驟分解，且通常由參與該過程的不同階段的不同微生物種群進行。雖然形成較大的絮體可以提供種群的更寬光譜的益處，但動力學也被大大降低，這相對于大的絮體大小或層厚度所獲得的益處來說可能成為更加限制性因素。

已知可以視為營養素消耗速率乘以生物質產率的生長速率隨著較高的基質(substrate)濃度而增加。

發明描述

現在已經發明的是用于處理水流體的用于生物處理的、用于通過生物質產生所需的最終產物和/或用于在提高的加工速率下產生生物質的生物反應器。本發明還涉及一種用于制造和使用這種裝置的方法。

本發明的生物反應器和用于制造和使用這種生物反應器的方法在獨立權利要求中呈現。此外，本發明的一些優選實施方案在從屬權利要求中呈現。從屬權利要求中敘述的特征是可相互自由組合的，除非另有明確說明。

用于生物處理水流體WF和/或用于通過生物質產生所需的最終產物和/或用于產生生物質的生物反應器BR包括至少第一加工單元Z_F、第二加工單元Z₂、最后加工單元Z_L，和任選地在平推流構造中的第二加工單元Z₂和最后加工單元Z_L之間的附加的加工單元Z₃、Z₄，用于從第一加工單元Z_F循環生物質BM到最后加工單元Z_L和/或到附加的加工單元Z₃、Z₄的至少一個正向循環系統FCS(FCS1，FCS2)，以及用于從最后加工單元Z_L和/或從附加的加工單元Z₃、Z₄循環生物質BM到第一加工單元Z_F的至少一個反向循環系統RCS。

根據本發明的目的，所述生物反應器BR包括至少四個加工單元。這增加所述生物反應器的可調節性和控制以及使用多個FCS和/或RCS的可能性。

根據本發明的目的，所述生物反應器BR包括至少一個生物質加工凈化器單元PCU。這允許在系統中使用甚至更高量的生物質，同時簡化次級凈化器系統。

根據本發明的目的，所述生物反應器BR包括至少一個生物質改造單元BMU。這增加改造系統生物質或在該系統外部臨時使用它的可能性。

根據本發明的目的，所述生物反應器還包括在第一加工單元Z_F和最后加工單元Z_L之間添加的至少一個附加的加工步驟，其至少部分參與水流體WF的加工，但不參與主要生物質循環和/或正向循環系統FCS和/或反向循環系統RCS。這增加改造系統以提高加工速率和效率的可能性。

根據本發明的目的，該系統用于處理流入物水流體中存在的或以其它方式送到該系統的生物質。

根據本發明的目的，至少一個加工單元Z_F、Z₃、Z₃、Z₄、Z_L包括至少一個內部生物質凈化單元ICU。這簡化了系統設計并減少了泵送需要，且可以簡化將現有系統轉換為本發明的實施方案。

根據本發明的目的，內部凈化單元ICU包括用于自調節水位和水流體WF的控制通道CHA和生物質BM的反向循環系統RCS。這增加了系統的平衡和穩定性，同時降低了復雜性。