使用固定化生物膜进行微生物消化的方法和生物反应器技术

本发明专利技术涉及用于微生物和厌氧消化的方法、装置和插件。特别地，本发明专利技术涉及包含插件的反应器，所述插件用于固定化于载体基质上的生物膜，例如产甲烷的生物膜。

Method and bioreactor for microbial digestion using immobilized biofilms

The present invention relates to methods, devices, and plug-ins for microbial and anaerobic digestion. In particular, the present invention relates to a reactor comprising a plug-in for immobilizing a biofilm on a carrier substrate, such as a biofilm for producing methane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用固定化生物膜进行微生物消化的方法和生物反应器
本专利技术总的涉及用于微生物消化的方法和反应器并且具体涉及包含插件(insert)的方法和反应器，所述插件包含固定化于载体基质上的生物膜。本专利技术还涉及用于厌氧消化的方法和反应器，并且具体涉及其中产甲烷生物膜固定化于具有固定取向的载体基质上的方法和反应器。
技术介绍
多种多样的工业会产生废物流，这些废物流需要进一步的生物处理以回收干净的水含量和“来自废物的能量”。在许多情况下，例如对于酿酒厂酒糟、市政固体废物(MSW)的液化有机组分和来自屠宰场、餐馆、乳制品加工和制革厂的废物而言，这些废物流含有高的总固体水平，通常超过7％重量。在不存在额外的处理步骤的情况下，由于无所不在的细菌的自发发酵，这些废物流将不可避免地变为酸性。显然有利的是使这些废物流在其产生的场所得到处理。然而，就厌氧消化产生生物甲烷而言，在应用基于连续搅拌罐反应器(CSTR)的常规技术时，这些废物流已被证明是成问题的。在CSTR系统中，将把进料流代谢为甲烷、二氧化碳和氨的微生物聚生体是自由漂浮于溶液中的，通常以絮状物存在。关键的产甲烷古菌繁殖缓慢并且对外部条件高度敏感。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种插件，所述插件包含一个或多个限定至少两个开放的隔室(2,3)的挡板(1)，所述一个或多个挡板包含一个或多个开放的边缘(21)，从而在插入罐式反应器中并且所述罐式反应器在运行中时，所述一个或多个开放的边缘将限定下溢孔(22)或上溢孔，从而迫使流体向上或向下流过所述下溢孔或所述上溢孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.30 US 62/057,2651.一种插件，所述插件包含一个或多个限定至少两个开放的隔室(2,3)的挡板(1)，所述一个或多个挡板包含一个或多个开放的边缘(21)，从而在插入罐式反应器中并且所述罐式反应器在运行中时，所述一个或多个开放的边缘将限定下溢孔(22)或上溢孔，从而迫使流体向上或向下流过所述下溢孔或所述上溢孔。2.根据权利要求1所述的插件(14)，其中所述至少两个隔室(6,7)还包含围绕所述一个或多个挡板(5)的连续封闭侧壁(4)，其中所述一个或多个开放的边缘(23)相对于所述连续封闭侧壁的高度(24)错位。3.根据权利要求1-2中任一项所述的插件(14)，其中所述一个或多个挡板(5)被紧固到所述连续封闭侧壁(4)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的插件(14)，其中所述连续封闭侧壁为弯曲的壁。5.根据权利要求1-4中任一项所述的插件(15)，其中所述一个或多个挡板为多个挡板(11,12)，并且其中所述至少两个开放的隔室为多个开放的隔室(8,9,10)。6.根据权利要求5所述的插件(15)，其中所述多个挡板(11,12)的所述一个或多个开放的边缘(25,26)相对于彼此错位/交错/偏移，由此在插入罐式反应器中并且所述罐式反应器在运行中时，所述一个或多个开放的边缘限定多个下溢孔和上溢孔，从而迫使流体从第一隔室的下溢孔向上流向第二后续隔室的上溢孔，并向下流向第三后续隔室的下溢孔。7.根据权利要求1-6中任一项所述的插件(20)，其中所述多个挡板为互连的挡板(16,17,18,19)。8.根据权利要求1-7中任一项所述的插件(20)，其中所述至少两个开放的隔室(27,29,30,31)中的一个或多个限定所述插件的一个或多个区段(27,28)。9.根据权利要求8所述的插件，其中所述一个或多个区段为外部(28)或内部(27)区段。10.根据权利要求1-9中任一项所述的插件，其中所述一个或多个挡板和/或所述连续封闭侧壁由耐腐蚀且液体不渗透的材料制成。11.根据权利要求1-10中任一项所述的插件，所述插件包含位于所述至少两个开放的隔室中用于支承生物膜的装置。12.根据权利要求11所述的插件，其中所述用于支承生物膜的装置为在暴露于含生物膜前体的流体流时适于生物膜生长的多个生物膜载体，所述生物膜载体包含三维结构，所述三维结构具有至少一个包含腔穴和凸起的表面，从而提供粗糙的表面。13.根据权利要求12所述的插件，其中所述粗糙的表面具有3至6mm之间的表面粗糙度Ra。14.根据权利要求12-13中任一项所述的插件，其中所述粗糙的表面具有1mm的最小谷Rv。15.根据权利要求12-14中任一项所述的插件，其中所述粗糙的表面具有2mm的峰深度Rp。16.根据权利要求12-15中任一项所述的插件，其中所述三维结构包含开口，如贯穿所述至少一个表面的孔。17.根据权利要求12-16中任一项所述的插件，其中所述三维结构为管状多孔三维结构。18.根据权利要求17所述的插件，其中所述多孔为开放的多孔。19.根据前述权利要求12-18中任一项所述的插件，其中所述三维结构为螺纹结构或包含螺纹结构。20.根据前述权利要求1-19中任一项所述的插件，所述插件包含生物膜，如包含一种或多种适于好氧或厌氧消化/发酵的不同微生物的生物膜。21.根据前述权利要求1-20中任一项所述的插件，所述插件限定沿着所述生物膜载体并在所述生物膜载体内的优先竖直路径，由此在插入罐式反应器中并且所述罐式反应器在运行中时具有基本上平行于所述生物膜的形成的流体流动。22.一种生物反应器，所述生物反应器包含：-具有一个或多个侧壁和具有内表面和底部开口的底壁的容器；-位于所述容器内的至少两个可移除的开放隔室；-至少一个在所述至少两个可移除的隔室之间的上溢孔或下溢孔；由此，当在运行中时，流体在所述至少两个可移除的隔室之间向下流向所述至少一个下溢孔，或向上流向所述至少一个上溢孔。23.根据权利要求22所述的生物反应器，所述生物反应器包含根据权利要求1-21中任一项所述的插件，其中所述至少两个可移除的开放隔室为由所述插件的所述一个或多个挡板限定的所述至少两个开放的隔室，并且其中所述至少一个上溢孔或下溢孔为由所述一个或多个开放的边缘限定的所述下溢孔或所述上溢孔。24.根据权利要求22-23中任一项所述的生物反应器，其中所述容器的所述一个或多个侧壁为根据权利要求1-21中任一项所述的插件的所述连续封闭侧壁。25.根据权利要求22-24中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于在运行中时迫使流体通过优先的路径向下流向所述至少一个下溢孔或向上流向所述至少一个上溢孔的装置。26.根据权利要求25所述的生物反应器，其中所述用于迫使流体流动的装置为根据权利要求12-21中任一项所述的生物膜载体。27.根据权利要求22-26中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于促进移除沉积于或位于所述容器的所述底壁的所述内表面上的沉淀物的装置。28.根据权利要求27所述的生物反应器，其中所述用于促进移除沉淀物的装置为一个或多个旋转装置，如一个或多个旋转刮刀。29.根据权利要求28所述的生物反应器，其中所述一个或多个旋转刮刀中的每一个具有刮削边缘和与所述刮削边缘相对的顶部边缘。30.根据权利要求29所述的生物反应器，其中当不在运动中时，所述一个或多个旋转刮刀处于将减少或避免相邻区段之间的短路流的位置中。31.根据权利要求29-30中任一项所述的生物反应器，其中当不在运动中时，所述一个或多个旋转刮刀中的每一个位于界定区段的全挡板下方。32.根据权利要求29-31中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器在所述一个或多个旋转刮刀中的每一个的顶部边缘与所述全挡板的边缘之间包含间隙，从而确保正确的旋转以及减少和/或避免区段之间的交叉流动。33.根据权利要求29-32中任一项所述的生物反应器，其中所述一个或多个旋转刮刀适于从在第一全挡板下方的停靠位置顺时针或逆时针旋转至在第二全挡板下方的第二停靠位置，由此，一次旋转提供整个区段的所述底壁的所述内表面的刮削。34.根据权利要求29-33中任一项所述的生物反应器，其中所述一个或多个旋转刮刀位于低挡板或高挡板下方。35.根据权利要求29-34中任一项所述的生物反应器，其中所述一个或多个旋转刮刀在全挡板的底部边缘和所述一个或多个旋转刮刀的所述顶部边缘之间提供流体紧密密封。36.根据权利要求23-35中任一项所述的生物反应器，其中所述容器包含限定于/位于所述底壁的所述内表面与根据权利要求1-21中任一项所述的插件的最低水平面/部分之间的底室。37.根据权利要求36所述的生物反应器，其中所述底室包含所述用于促进移除沉淀物的装置。38.根据权利要求37所述的生物反应器，其中当不在运行中时，所述用于促进移除沉淀物的装置适于在所述底室内限定静态区，其中隔室与所述静态区之间的交叉流动低于所需的值，而当在运行中时，所述静态区变为混合区，其中隔室与所述静态区之间的交叉流动高于所述所需的值。39.根据权利要求23-38中任一项所述的生物反应器，其中所述插件的宽度/尺寸/直径基本上等于所述容器的宽度/尺寸/直径。40.根据权利要求23-39中任一项所述的生物反应器，其中所述插件的所述最低水平面/部分位于与所述底壁的所述内表面相距所需的距离处。41.根据权利要求23-40中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于使所述插件保持在与所述底壁的所述内表面相距所述所需的距离处的装置。42.根据权利要求41所述的生物反应器，其中所述用于使所述插件保持在相距所述所需的距离处的装置为位于所述容器的所述一个或多个侧壁上的多个凸起。43.根据权利要求41所述的生物反应器，其中所述用于使所述插件保持在与所述底壁的所述内表面相距所述所需的距离处的装置为所述底壁的弯曲部分，所述弯曲部分逐渐减小所述容器的所述宽度/尺寸/直径，所述宽度/尺寸/直径由所述容器的所述一个或多个侧壁限定。44.根据权利要求23-43中任一项所述的生物反应器，其中当在运行中时，相对于彼此错位的所述开放的边缘限定多个下溢孔和上溢孔，由此，流体从第一隔室的下溢孔向上流向第二后续隔室的上溢孔，并向下流向第三后续隔室的下溢孔。45.根据权利要求25-44中任一项所述的生物反应器，其中当在运行中时，所述用于迫使流体流动的装置限定向上流向后续隔室的上溢孔或向下流向后续隔室的下溢孔的优先流动路径。46.根据权利要求22-45中任一项所述的生物反应器，其中当在运行中时，非后续隔室之间的交叉流动低于所需的值。47.根据权利要求22-46中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于使流体在所述至少两个开放的隔室中的每一个内再循环的装置。48.根据权利要求22-47中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于使流体在所述至少两个开放的隔室之间再循环的装置。49.根据权利要求23-48中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于使流体在每一个区段内再循环的装置。50.根据权利要求23-49中任一项所述的生物反应器，所述生物反应器还包含用于使流体在区段之间再循环的装置。51.根据权利要求47-50中任一项所述的生物反应器，其中所述用于使流体再循环的装置为一个或多个再循环泵。52.根据权利要求51所述的生物反应器，其中所述一个或多个再循环泵在数量上至少等于所述插件的区段的数量。53.根据权利要求51所述的生物反应器，其中所述一个或多个再循环泵在数量上等于所述插件的隔室的数量除以二。54.根据权利要求22-53中任一项所述的生物反应器，其中所述容器为圆柱形罐式反应器。55.一种运行生物反应器的方法，所述生物反应器根据权利要求22-54中任一项所述，所述方法包括：-向所述生物反应器进给含生物膜前体的流体；-进行所述流体的消化。56.根据权利要求55所述的方法，其中所述含生物膜前体的流体为具有至少30.0gr/L的COD的原料。57.根据权利要求55-56中任一项所述的方法，其中所述进行所述流体的消化以保持通过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·厄勒，
申请(专利权)人：东能源热电有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK