移动床生物膜反应器方法中的生物膜载体介质技术

本发明专利技术涉及在移动床生物膜反应器(MBBR)中承载生物膜的生物载体，所述载体是包含脱水污泥的颗粒。本发明专利技术公开了生物载体在MBBR方法中用于净化来自污染物的液体的用途，并且提供了制造生物载体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】移动床生物膜反应器方法中的生物膜载体介质专利
本专利技术涉及用于在其上生长生物膜的载体元件，其中所述载体元件被设计成在液体中自由流动，所述液体通过所述生长的生物膜在生物学上从污染物中净化。
技术介绍
已知在水或废水的生物处理中，水通过某种类型的反应器或数个反应器(容器或另一个空间)，其中微生物被用来将水中的污染物转化为无害的最终产品，诸如二氧化碳和水。该处理可以在供给空气(需氧地)或不供给空气(厌氧地)或不供给空气但是存在大量硝酸盐(缺氧地)的情况下进行。为了提高处理方法的效率，通常通过以下方式实现该方法中的活性微生物的高含量：防止这样的微生物与处理过的水一起逸出，或者使微生物悬浮在反应器中进行生长并且在反应器之后的分离阶段将它们从水中分离并且将微生物返回到反应器(例如活性污泥法)，或者将某种支撑材料引入该方法中，微生物可以作为生物膜生长在所述支撑材料的表面上并且因此保留在该方法中(生物膜法)。还存在这两种方法类型的混合物，称为混合法，其中将支撑材料引入活性污泥法中，以便在该方法中可以利用悬浮的微生物以及生长生物膜的微生物。与活性污泥法相比，生物膜法具有许多优势。可以应用更高的有机负载率，并且生物膜法对于变化和干扰表现得稳定得多。大多数常规生物膜法在反应器中都含有填充的固定载体主体，生物膜可以在其上生长。固定载体主体可能被反应器中的生物膜生长或其他固体材料堵塞或阻塞，从而产生所谓的死区，其中在死区中，生物膜中的微生物与待处理的水之间的接触受到高度限制。移动床生物膜反应器(MBBR)是另一种生物膜法，其中可移动的专门设计的载体材料(通常为塑料体形式)具有用于生物膜生长的受保护的表面，所述载体材料通过充气或通过混合器保持悬浮，这取决于该方法是需氧的、厌氧的、还是缺氧的。通过使流出的水流过直径小于载体材料的滤网或筛网，可以将在微生物在其上生长的载体材料保持于该方法中。与固定膜法相比，MBBR方法在悬浮的可移动载体材料之间的碰撞方面具有优势，这大大限制了在不进行处理的情况下堵塞和产生死区的可能性，这是固定膜方法的常见问题。MBBR技术中使用的专门设计的载体介质通常需要利用塑料材料并且通过挤压加工来生产特定的塑料载体介质片。使用的塑料原料和塑料加工给现有的MBBR技术带来了以下缺点：·专门设计的塑料载体的生产是昂贵的，从而使载体介质成为MBBR方法的巨大成本；·设计塑料载体以提供受保护的表面积会减少每立方米可以提供的总有效面积，因为在载体的设计中需要包括用于受保护表面的开口。受保护的表面积是在悬浮中移动的这些塑料载体所必需的，因为生长在外表面的生物膜免受载体元件与反应器壁之间的碰撞产生的剪切力的影响，因此将刮掉未受保护的表面并且被来自反应器的流出物冲掉；以及·尽管与全球塑料污染相比微不足道，但是通过载体剪切形成微塑料或从废水处理厂到海洋环境的整个载体流失，都可能会流失塑料载体介质。禁止在各种应用和市场中使用塑料的环境法规始终是潜在的威胁，迄今为止的MBBR技术可能容易受到攻击。聚乙烯或另一种类似的合成聚合物聚丙烯通常用于生产载体介质，因为与其他合成生产的聚合物相比，其价格较低，是高产量的商品聚合物，具有高耐用性，并且易于加工成模制和成型物体，诸如例如废水处理方法的专门设计的示例性载体元件。聚乙烯和聚丙烯由长链中的碳和氢构成，从而使该材料在诸如废水处理厂的水生环境中具有高度疏水性和惰性。除了利用专门设计的塑料载体元件的MBBR技术以外，还存在利用非塑料载体元件的其他现有技术。美国专利申请公开本US2015/0108067A1描述了一种流体处理方法，其包括接触器、充气器和分离器。将流体与粉末状天然木质纤维素材料(“PNLM”)、微生物生长接种物和接触器中的至少一部分流体混合，以提供在流体中包括已建立的适应的微生物生长物的混合物。将混合物引入充气器，在充气器中通过一种或多种物质中的至少一些的吸附而与PNLM结合，另外通过PNLM上的微生物生长的生理吸收降低废水中的污染物浓度。该方法不是MBBR方法，因为载体元件并不总是保留在生物反应器体积内。在本申请的优先权日之后公开的PCT/CA2018/050136涉及用于接种(活微生物的转移)的组合物。第一组合物包括用于生物强化以处理废水中的COD的古细菌微生物颗粒，并且第二组合物是允许去除磷酸盐、氮和悬浮固体的活化硅酸盐珠。两种组合物的混合物通过促进有机物降解并且允许去除磷酸盐而不消耗处理溶液的碱度来起到协同作用。美国专利号7,481,934还利用粉末状木质纤维素材料(诸如洋麻纤维)，以便当与用于处理废水的活性污泥系统中的悬浮生长物组合时既充当可生物降解的吸附剂又充当用于生物膜生长的介质。使具有生物膜生长物的介质与来自活性污泥的悬浮生物质一起沉降在液固分离单元中。由此将生物膜介质和悬浮生物质与经处理的水分离。在其他情况下(但不是必需的)，一些生物膜和悬浮生长物利用返回的活性污泥流返回到活性污泥反应器入口，以进行另外的处理循环。本专利技术旨在；(a)加入可移动的粉末状洋麻(kenaf)以通过吸附到粉末状洋麻上来物理移除胶体和悬浮挥发性固体，以增强预处理期间的絮凝物形成和沉降；(b)将有毒物质和元素吸附到洋麻纤维上，这些有毒物质和元素干扰活性污泥生物方法，从而减少它们对于悬浮中的活性污泥生物体的暴露；(c)在活性污泥废水处理生物反应器中为细菌和其他偏爱附着生长的生物体提供固定表面；(d)减少生物污泥的产生，同时也有助于保持处理效率并且增强污泥的沉降特性。该方法不是MBBR方法，因为载体元件并不总是保留在生物反应器体积内。各种细菌物种(诸如革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌)的细胞壁的外层含有肽聚糖和脂磷壁酸(革兰氏阳性)或脂多糖(革兰氏阴性)。表面与细菌之间的相互作用受到分子间力(诸如氢键、偶极和离子相互作用、疏水和亲水相互作用以及其他静电相互作用)支配。具有氢和碳作为介质表面的唯一组成部分的氢键无法实现，就像大多数可用MBBR载体介质的生产中使用的聚乙烯一样。这种材料本质上是高度疏水的，使得在水中的润湿性差，因此细菌附着的表面利用率较低。聚乙烯也不允许载体介质表面和细菌外层之间发生氢键键合。因此，由非塑料材料制成的用于MBBR方法的改进载体将解决塑料污染的问题，优选地使用具有优异微生物活性表面特性的材料，这允许成本有效地生产和使用。
技术实现思路
因此，本专利技术优选地试图单独地或以任何组合的方式减轻、缓和或消除本领域中的以上确认的缺陷和缺点中的一个或多个，并且通过提供一种在移动床生物膜反应器(MBBR)中承载生物膜的生物载体(所述载体是包含脱水污泥的颗粒)来解决至少上述问题。还提供了生物载体在MBBR方法中用于净化来自污染物的液体的用途，所述MBBR方法利用包含至少一个生物反应器的MBBR系统，所述生物反应器连续地或间歇地进行充气和/或混合，其中所述生物载体保留在至少一个生物反应器中，所述生物载体通过充气和/或搅拌待净化的液体而在待净化的液体中连续地或间歇地保持悬浮和移动，并且其中所述生物载体为生物膜生长提供表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在移动床生物膜反应器(MBBR)中承载生物膜(2)的生物载体(1)，所述载体是包含脱水污泥的颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180129 SE 1850094-21.一种用于在移动床生物膜反应器(MBBR)中承载生物膜(2)的生物载体(1)，所述载体是包含脱水污泥的颗粒。


2.根据权利要求1所述的生物载体(1)，其中所述脱水污泥包括来自水净化方法和/或有机固体处理方法的污泥。


3.根据权利要求2所述的生物载体(1)，其中所述污泥是来自城市或工业废水处理方法的初级、二级或三级污泥或其任何组合和/或来自有机固体处理方法的消化污泥。


4.根据权利要求3所述的生物载体(1)，其中所述污泥已在厌氧消化器中消化。


5.根据权利要求3所述的生物载体(1)，其中所述污泥已在需氧消化器中消化。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒的体积质量密度为1.01至2.5g/cm3，优选1.02至1.8g/cm3，如通过在20℃和1atm下在空气中、然后在乙醇(99.9体积％)中称量所述颗粒所测定的。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒的重量为0.1至100mg，优选0.5至30mg。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒的标称直径为0.5至10mm，优选0.7至7mm，并且甚至更优选0.9至4mm。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒在20℃和1atm下在变性乙醇(99.9体积％的乙醇)中的沉降速度的范围为0.02m/s至0.4m/s，优选0.05m/s至0.2m/s。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒的无机含量为0至90重量％，更优选0.5至60重量％，如以干质量计、作为所述颗粒的灰分含量分数所测量的。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的生物载体(1)，其中所述颗粒的含水量为0至50重量％，更优选2至40重量％，或甚至更优选5至30重量％，如以总质量计、作为所述颗粒的含水量分数所测量的。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的生物载体(1)在MBBR方法中用于净化来自污染物的液体的用途，所述MBBR方法利用包含至少一个生物反应器(10)的MBBR系统，所述生物反应器(10)连续地或间歇地进行充气和/或混合，其中所述生物载体(1)保留在所述至少一个生物反应器(10)中，所述生物载体(1)通过充气和/或搅拌待净化的液体而在待净化的液体中连续地或间歇地保持悬浮和移动，并且其中所述生物载体(1)为生物膜(2)生长提供表面。


13.根据权利要求12所述的用途，其中所述生物反应器(10)是容器，所容器包含：一个或几个相连体积或区域，其中促进了生物活性；一个或几个入口(11)，用于提供待净化的液体；一个或几个出口(12)，用于抽出已净化的液体；以及一个或几个充气器(13)和/或混合器(14)。


14.根据权利要求12至13中任一项所述的用途，其中所述充气是间歇充气；和/或所述混合是间歇的。


15.根据权利要求12至14中任一项所述的用途，其中从所述生物反应器(10)中间歇地抽出已净化的液体，当通过顺序地使所述充气和/或所述搅拌停止而抽出已净化的液体时，将所述生物载体(1)保留在所述生物反应器(10)中，从而使所述生物载体(1)在所述生物反应器(10)中沉降，并且抽出存在于沉降的生物载体(1)上方的已净化的液体。


16.根据权利要求12至14中任一项所述的用途，其中从所述生物反应器(10)中连续地抽出已净化的液体，所述MBBR系统还包含丝网(15a)、筛网(15b)、过滤器(15c)、膜(15d)或相分离器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：佩尔·马格努松，克里斯蒂安·罗森，
申请(专利权)人：威立雅水处理技术支持公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR