[发明专利]用于处理水流体的生物反应器

说明书

发明背景

本发明涉及一种用于生物处理水流体和/或用于通过生物质产生所需的最终产物和/或用于产生生物质的生物反应器。本发明还涉及用于制造和使用这种生物反应器的方法。

假设微生物通过改变它们酶的水平来控制营养素和其它化合物的摄取和排泄。根据DNA通过复杂的机制改变该水平。例如，在丰富的多种营养素的同时，微生物选择最节能或另外最优选的营养素，且在集中加工下一优选的营养素之前利用该营养素至几乎为零的水平。研究已经显示在这种选择期间，酶水平以这样的方式改变，使得构建酶需要一些时间(这也形成迟滞时间的一部分)，但是这种营养素选择酶的衰减即使在完全利用营养素之后要慢得多。

生物膜在生物反应器中形成所有生物质的大部分(约90%左右)。微生物及其生长主要集中在最接近生物膜表面的层。因此，在生物膜、絮体或层内部较深处(100微米以上)，生物膜对营养素的可用性以及排泄材料的处理形成动力学限制，其通过生物膜层相对缓慢地扩散到周围流体。

已知生物质的最活性部分和最高的微生物密度非常接近生物膜或絮体的表面。假设最佳深度可以低至低于30-50微米。

许多有机化合物按步骤分解，且通常由参与该过程的不同阶段的不同微生物种群进行。虽然形成较大的絮体可以提供种群的更宽光谱的益处，但动力学也被大大降低，这相对于大的絮体大小或层厚度所获得的益处来说可能成为更加限制性因素。

已知可以视为营养素消耗速率乘以生物质产率的生长速率随着较高的基质(substrate)浓度而增加。

发明描述

现在已经发明的是用于处理水流体的用于生物处理的、用于通过生物质产生所需的最终产物和/或用于在提高的加工速率下产生生物质的生物反应器。本发明还涉及一种用于制造和使用这种装置的方法。

本发明的生物反应器和用于制造和使用这种生物反应器的方法在独立权利要求中呈现。此外，本发明的一些优选实施方案在从属权利要求中呈现。从属权利要求中叙述的特征是可相互自由组合的，除非另有明确说明。

用于生物处理水流体WF和/或用于通过生物质产生所需的最终产物和/或用于产生生物质的生物反应器BR包括至少第一加工单元Z_F、第二加工单元Z₂、最后加工单元Z_L，和任选地在平推流构造中的第二加工单元Z₂和最后加工单元Z_L之间的附加的加工单元Z₃、Z₄，用于从第一加工单元Z_F循环生物质BM到最后加工单元Z_L和/或到附加的加工单元Z₃、Z₄的至少一个正向循环系统FCS(FCS1，FCS2)，以及用于从最后加工单元Z_L和/或从附加的加工单元Z₃、Z₄循环生物质BM到第一加工单元Z_F的至少一个反向循环系统RCS。

根据本发明的目的，所述生物反应器BR包括至少四个加工单元。这增加所述生物反应器的可调节性和控制以及使用多个FCS和/或RCS的可能性。

根据本发明的目的，所述生物反应器BR包括至少一个生物质加工净化器单元PCU。这允许在系统中使用甚至更高量的生物质，同时简化次级净化器系统。

根据本发明的目的，所述生物反应器BR包括至少一个生物质改造单元BMU。这增加改造系统生物质或在该系统外部临时使用它的可能性。

根据本发明的目的，所述生物反应器还包括在第一加工单元Z_F和最后加工单元Z_L之间添加的至少一个附加的加工步骤，其至少部分参与水流体WF的加工，但不参与主要生物质循环和/或正向循环系统FCS和/或反向循环系统RCS。这增加改造系统以提高加工速率和效率的可能性。

根据本发明的目的，该系统用于处理流入物水流体中存在的或以其它方式送到该系统的生物质。

根据本发明的目的，至少一个加工单元Z_F、Z₃、Z₃、Z₄、Z_L包括至少一个内部生物质净化单元ICU。这简化了系统设计并减少了泵送需要，且可以简化将现有系统转换为本发明的实施方案。

根据本发明的目的，内部净化单元ICU包括用于自调节水位和水流体WF的控制通道CHA和生物质BM的反向循环系统RCS。这增加了系统的平衡和稳定性，同时降低了复杂性。