用于廢物處理的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)的主題涉及用于廢物處理，特別是用于廢水處理的方法和系統(tǒng)。 現(xiàn)有技術(shù)
[0002] 視為與本公開(kāi)的主題背景相關(guān)的參考文獻(xiàn)在W下列出：
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[0026] 背景
[0027] 對(duì)處理廢物特別是液體形式（在本文中還可互換地稱為廢水）的需要是眾所周知 的。某些類型的廢物處理常規(guī)地基于使用微生物例如細(xì)菌將廢物中的有機(jī)物質(zhì)氧化為二氧 化碳（C〇2)。許多該樣的廢物處理過(guò)程在氧的存在下發(fā)生，稱為有氧過(guò)程。
[0028]作為非限制性實(shí)例，US 6, 896, 804公開(kāi)了用于有氧處理廢物的系統(tǒng)和方法，包括 持續(xù)引入微藻類。
[0029] 還作為非限制性實(shí)例；US4, 005, 546公開(kāi)了廢物處理和藻類回收的方法；US 4, 209, 388公開(kāi)了用于處理生活污水的方法，該生活污水包括含有息浮的或溶解的有機(jī)物 質(zhì)的水，其濃度通過(guò)生物化學(xué)需氧量炬OD)來(lái)測(cè)定；US3, 955, 318公開(kāi)了產(chǎn)生藻類產(chǎn)品和 純化含水有機(jī)廢料W提供清潔水的方法。
[0030] 一般描述
[0031] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第一方面，提供了一種用于有氧處理廢物、特別是液體廢物、例 如廢水的系統(tǒng)，其包括：
[0032]-有氧生物反應(yīng)器，其經(jīng)配置用于通過(guò)固定在介體上的細(xì)菌來(lái)有氧處理廢物W從 所述廢物中提供經(jīng)處理的流出物；
[0033] -富氧的液體介質(zhì)的源，所述源不同于所述有氧生物反應(yīng)器和/或與所述有氧生 物反應(yīng)器分開(kāi)，所述源與所述有氧生物反應(yīng)器選擇性流體連通。
[0034] 所述系統(tǒng)可包括再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路經(jīng)配置用于可控地使所述液體介質(zhì) 在所述有氧生物反應(yīng)器和所述源之間再循環(huán)。
[00巧]附加或可選地，所述系統(tǒng)經(jīng)配置用于防止所述介體從所述有氧生物反應(yīng)器傳遞到 所述源。
[0036] 附加或可選地，所述介體限制于所述有氧生物反應(yīng)器內(nèi)的限制空間（confined volume)。
[0037] 附加或可選地，在所述系統(tǒng)的操作中，所述富氧的液體介質(zhì)的流被迫穿過(guò)（即，進(jìn) 入或離開(kāi)）所述限制空間，在所述限制空間中與所述細(xì)菌相互作用。
[0038] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第二方面，提供了一種用于有氧處理廢物的系統(tǒng)，其包括：
[0039]-有氧生物反應(yīng)器，其經(jīng)配置用于有氧處理廢物W從所述廢物中提供經(jīng)處理的流 出物；
[0040]-富氧的液體介質(zhì)的源，所述源不同于所述有氧生物反應(yīng)器和/或與所述生物反 應(yīng)器分開(kāi)；
[0041]-再循環(huán)回路，其經(jīng)配置用于可控地使所述液體介質(zhì)在所述有氧生物反應(yīng)器和所 述源之間再循環(huán)。
[0042] 有氧生物反應(yīng)器可經(jīng)配置用于通過(guò)固定在介體上的細(xì)菌來(lái)有氧處理廢物，并且任 選地，所述系統(tǒng)可經(jīng)配置用于防止所述介體從所述有氧生物反應(yīng)器傳遞到所述源。附加或 可選地，所述介體限制于所述有氧生物反應(yīng)器內(nèi)的限制空間。在系統(tǒng)的操作中，所述富氧的 液體介質(zhì)的流被迫穿過(guò)（即，進(jìn)入或離開(kāi)）所述限制空間，在所述限制空間中與所述細(xì)菌相 互作用。
[0043] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第H方面，提供了一種用于有氧處理廢物的系統(tǒng)，其包括：
[0044] -細(xì)菌，其用于有氧處理廢物W從所述廢物中提供經(jīng)處理的流出物，所述細(xì)菌固定 在介體上，所述介體限制于限制空間；
[0045]-富氧的液體介質(zhì)的流，其被迫穿過(guò)（即，進(jìn)入或離開(kāi)）所述限制空間，在所述限制 空間中與所述細(xì)菌相互作用。
[0046] 所述限制空間提供在有氧生物反應(yīng)器中，并且富氧的液體介質(zhì)的源提供所述富氧 的介質(zhì)的流，所述源不同于所述有氧生物反應(yīng)器和/或與所述有氧生物反應(yīng)器分開(kāi)。
[0047] 附加或可選地，所述系統(tǒng)經(jīng)配置用于防止所述介體從所述有氧生物反應(yīng)器傳遞到 所述源。
[0048]附加或可選地，所述系統(tǒng)包括再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路經(jīng)配置用于可控地使 所述液體介質(zhì)在所述有氧生物反應(yīng)器和所述源之間再循環(huán)。
[0049]在根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng)中，所述源包 括響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生氧給所述液體介質(zhì)的光合微生物。
[0050]附加或可選地，所述源包括響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生氧給所述液體介質(zhì)的光合真核微 生物和光合原核微生物中的任一種。
[0051]附加或可選地，所述源包括響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生氧給所述液體介質(zhì)的藻類。
[0052]例如，所述光合微生物包括W下中的任一種：小球藻煙ilorellaspp)、螺旋藻 (spirulina)、柵藻（scendesmus)或任何其他類型的光合微藻類或藍(lán)細(xì)菌。
[0053]附加或可選地，所述源包括儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器包括其中界定儲(chǔ)器內(nèi)部空間的通道，并 且經(jīng)配置用于在所述系統(tǒng)的操作中驅(qū)動(dòng)所述液體介質(zhì)圍繞所述通道。
[0054]附加或可選地，根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng) 還包括輔助通風(fēng)系統(tǒng)，所述輔助通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)配置用于選擇性地向所述生物反應(yīng)器提供氣態(tài) 氧或空氣。
[00巧]附加或可選地，根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng)， 還包括輔助C〇2系統(tǒng)，所述輔助CO2系統(tǒng)經(jīng)配置用于選擇性地為所述源提供二氧化碳。
[0056]附加或可選地，所述介體原位固定在所述生物反應(yīng)器內(nèi)，例如W固定介體的形式。 例如，介體包括基質(zhì)，所述基質(zhì)固定在有氧生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的其一側(cè)或多側(cè)上。例如，該 樣的固定介體可W是W塑料基體的形式，所述塑料基體附接到有氧生物反應(yīng)器的底面或側(cè) 面和/或息掛在有氧生物反應(yīng)器中的液體內(nèi)的繩子或纖維，并且附接到有氧生物反應(yīng)器的 壁或其他結(jié)構(gòu)或附接到位于有氧生物反應(yīng)器內(nèi)的剛性框。
[0057]附加或可選地，所述介體是活動(dòng)的，即，在生物反應(yīng)器內(nèi)自由浮動(dòng)的。
[0058]附加或可選地，所述介體包括具有相對(duì)大的表面積與體積比的固體惰性基底的形 式的生物膜載體元件。該樣的基質(zhì)可包括，例如，聚己帰或其他塑料中的任一種，并且相應(yīng) 的表面積與體積比可W是，例如，在約SOOmVm3和約1300mVm3之間，例如約650mVm3D可選 擇地，基質(zhì)可包括，例如，金屬材料、纖維、布料、礦物材料（例如碳、火山凝灰?guī)r、砂爍）等中 的任一種，其中的至少一些可具有遠(yuǎn)高于UOOmVm3的表面積與體積比。
[0059]附加或可選地，根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng)， 還包括經(jīng)配置用于接收廢物的廢物入口和用于分配處理過(guò)的流出物的分配出口，并且其中
[0060]-所述生物反應(yīng)器包括界定相應(yīng)的有氧處理空間的至少一個(gè)容器，所述至少一個(gè) 容器包括生物反應(yīng)器流體介質(zhì)入口和生物反應(yīng)器流體介質(zhì)出口，每個(gè)都與所述源選擇性流 體連通，所述至少一個(gè)容器經(jīng)配置用于確保相應(yīng)的有氧處理空間至少在所述系統(tǒng)的操作期 間是部分或完全避光的；
[0061]-所述源包括至少一個(gè)儲(chǔ)器，所述至少一個(gè)儲(chǔ)器界定相應(yīng)的儲(chǔ)器空間用于容納所 述液體介質(zhì)的體積，并且還包括源流體介質(zhì)入口和源流體介質(zhì)出口，每個(gè)都與所述有氧生 物反應(yīng)器選擇性流體連通，W及驅(qū)動(dòng)設(shè)備用于對(duì)在所述相應(yīng)的儲(chǔ)器空間內(nèi)的所述液體介質(zhì) 提供運(yùn)動(dòng)，所述至少一個(gè)儲(chǔ)器經(jīng)配置用于確保所述相應(yīng)的儲(chǔ)器空間至少在所述源的操作期 間暴露于光，在其中W提供所述富氧的液體介質(zhì)。
[0062] 例如，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括安裝到相應(yīng)的儲(chǔ)器的有動(dòng)力的攬拌設(shè)備。附加或可選地， 所述至少一個(gè)儲(chǔ)器包括至少一個(gè)水平無(wú)限循環(huán)形式的流動(dòng)通道。例如，所述至少一個(gè)流動(dòng) 通道具有環(huán)形平面形式（annularplan化rm)。例如，所述至少一個(gè)流動(dòng)通道具有跑道構(gòu) 型。附加或可選地，所述源流體介質(zhì)出口經(jīng)配置用于防止所述介體通過(guò)其流出。
[0063] 附加或可選地，根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng) 還包括：
[0064] -至少一套導(dǎo)管，其提供所述至少一個(gè)所述容器與相應(yīng)的所述儲(chǔ)器之間的所述流 體連通；
[0065]-粟送系統(tǒng)，其不同于所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于提供所述介質(zhì)在所述至少一個(gè)容器與相 應(yīng)的所述儲(chǔ)器之間通過(guò)所述一套導(dǎo)管的再循環(huán)。
[0066] 例如，一個(gè)所述導(dǎo)管連接所述源流體介質(zhì)入口與所述生物反應(yīng)器流體介質(zhì)出口并 且其中另一個(gè)所述導(dǎo)管連接所述源流體介質(zhì)出口與所述生物反應(yīng)器流體介質(zhì)入口。
[0067] 例如，所述生物反應(yīng)器經(jīng)配置用于提供至少所述富氧的液體介質(zhì)W預(yù)定速度穿過(guò) 所述生物反應(yīng)器的穿流，其中所述預(yù)定速度足W造成在其中的所述介體在所述生物反應(yīng)器 內(nèi)擴(kuò)展并且在其中與至少所述富氧的液體介質(zhì)混合。
[0068] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第四方面，提供了一種用于有氧處理廢物的方法，包括：
[0069]-在有氧生物反應(yīng)器中通過(guò)固定在介體上的細(xì)菌使廢物有氧反應(yīng)；
[0070] -從富氧的液體源向所述生物反應(yīng)器提供富氧的液體介質(zhì)，其中所述富氧的液體 源與所述生物反應(yīng)器不同和/或與其分開(kāi)。
[0071] 例如，所述方法還包括可控地使所述液體介質(zhì)在所述有氧生物反應(yīng)器和所述富氧 的源之間再循環(huán)。
[0072] 附加或可選地，所述方法包括防止所述介體從有氧生物反應(yīng)器傳遞到所述源。
[0073] 附加或可選地，所述介體限制于所述有氧生物反應(yīng)器內(nèi)的限制空間。例如，所述富 氧的液體介質(zhì)的流被迫穿過(guò)所述限制空間，在所述限制空間中與所述細(xì)菌相互作用。
[0074] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第五方面，提供了一種用于有氧處理廢物的方法，包括：
[00巧]-在有氧生物反應(yīng)器中有氧處理廢物W從所述廢物提供經(jīng)處理的流出物；
[0076] -從富氧的液體源向所述生物反應(yīng)器提供富氧的液體介質(zhì)，其中所述富氧的液體 源與所述生物反應(yīng)器不同和/或與其分開(kāi)；
[0077] -可控地使所述液體介質(zhì)在所述有氧生物反應(yīng)器和所述源之間再循環(huán)。
[0078] 例如，所述有氧生物反應(yīng)器經(jīng)配置用于通過(guò)固定在介體上的細(xì)菌有氧處理廢物。
[0079] 例如，所述方法還包括防止所述介體從所述有氧生物反應(yīng)器傳遞到所述富氧的液 體源。
[0080] 附加或可選地，所述介體限制于所述有氧生物反應(yīng)器內(nèi)的限制空間。例如，所述富 氧的液體介質(zhì)的流被迫穿過(guò)所述限制空間，在所述限制空間中與所述細(xì)菌相互作用。
[0081] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第六方面，提供了一種用于有氧處理廢物的方法，包括：
[0082]-采用細(xì)菌有氧處理廢物W從所述廢物提供經(jīng)處理的流出物，所述細(xì)菌固定在介 體上，所述介體限制于限制空間；
[0083]-迫使富氧的液體介質(zhì)穿過(guò)（即，進(jìn)入或離開(kāi)）所述限制空間，在所述限制空間中 與所述細(xì)菌相互作用。
[0084] 例如，所述限制空間提供在有氧生物反應(yīng)器中，并且其中富氧的液體介質(zhì)的源提 供所述富氧的介質(zhì)的流，所述源不同于所述有氧生物反應(yīng)器。
[0085] 例如，所述方法包括防止所述介體從所述有氧生物反應(yīng)器傳遞到所述源。附加或 可選地，所述方法包括可控地使所述液體介質(zhì)在所述有氧生物反應(yīng)器和所述源之間再循 環(huán)。
[0086] 在根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第四、第五和第六方面中的任一個(gè)的方法中，所述液體 介質(zhì)包括光合微生物，所述光合微生物響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生并提供氧給所述液體介質(zhì)。
[0087] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第走方面，提供了一種用于有氧處理廢物的方法，包括：
[0088] -在經(jīng)配置用于抑制或減少光合微生物的生長(zhǎng)的條件下，在生物反應(yīng)器空間中使 廢物與細(xì)菌有氧反應(yīng)；
[0089] -由經(jīng)配置用于通過(guò)光合微生物促進(jìn)氧產(chǎn)生的源提供產(chǎn)生氧的光合微生物的流穿 過(guò)所述生物反應(yīng)器空間，所述源與所述生物反應(yīng)器空間不同和/或與其分開(kāi)，所述光合微 生物響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生并提供氧給所述液體介質(zhì)；和
[0090] -防止至少大部分的所述細(xì)菌與所述光合微生物的流一起離開(kāi)所述生物反應(yīng)器。
[0091] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第八方面，提供了一種用于有氧處理廢物的方法，包括：
[0092] -在經(jīng)配置用于抑制或減少光合微生物的生長(zhǎng)的條件下，在生物反應(yīng)器空間中使 廢物與細(xì)菌有氧反應(yīng)；
[0093] -由經(jīng)配置用于通過(guò)光合微生物促進(jìn)氧產(chǎn)生的源提供任選地包含產(chǎn)生氧的光合微 生物的富氧的液體的流，穿過(guò)所述生物反應(yīng)器空間，所述源與所述生物反應(yīng)器空間不同和/ 或與其分開(kāi)，在所述液體介質(zhì)中的光合微生物響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生并提供氧給所述液體介 質(zhì)；和
[0094] -防止至少大部分的細(xì)菌與所述液體的流一起離開(kāi)生物反應(yīng)器，所述液體的流包 含光合微生物或包含由該些有機(jī)體產(chǎn)生的氧。
[0095] 在根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第四、第五、第六、第走和第八方面中的任一個(gè)的方法 中，所述光合微生物包括響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生氧給所述液體介質(zhì)的光合真核微生物和光合 原核微生物中的任一種。附加或可選地，所述源包括響應(yīng)于暴露光而產(chǎn)生氧給所述液體介 質(zhì)的藻類。附加或可選地，所述光合微生物包括W下中的至少一種；小球藻、螺旋藻、柵藻或 任何其他光合微藻類或藍(lán)細(xì)菌。
[0096] 在根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第一、第二和第H方面中的任一個(gè)的系統(tǒng)中，和/或在 根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第四、第五、第六、第走或第八方面中的任一個(gè)的方法中，廢物是可 有氧處理的W從其中除去污染物。例如，所述廢物是液體廢物。例如，所述廢物包括廢水。 例如，所述廢物包括有機(jī)類型的廢物。例如，所述廢物包括在水中或另一種液體介質(zhì)中傳輸 的動(dòng)物廢物、農(nóng)業(yè)廢物、工業(yè)廢物或人類廢物的至少一種。
[0097] 在根據(jù)本公開(kāi)主題的前述第四、第五、第六、第走和第八方面中的任一個(gè)的方法 中，所述方法可還包括W下中的至少一種：
[0098] -選擇性地提供氣態(tài)氧或空氣給所述生物反應(yīng)器；和
[0099] -選擇性地提供二氧化碳給所述源。
[0100] 附加或可選地，所述介體的一部分原位固定在生物反應(yīng)器內(nèi)。
[0101] 附加或可選地，所述介體的至少一部分在生物反應(yīng)器內(nèi)是活動(dòng)的。
[0102] 附加或可選地，所述介體包括具有相對(duì)大的表面積與體積比的固體惰性基底的形 式的生物膜載體元件。
[0103] 附加或可選地，所述方法包括：
[0104]-部分地或完全地使相應(yīng)的有氧處理空間避光；
[0105]-確保相應(yīng)的儲(chǔ)器空間暴露于光。
[0106] 附加或可選地，使廢物有氧反應(yīng)的步驟包括提供W預(yù)定速度穿過(guò)所述生物反應(yīng)器 的至少所述富氧的液體介質(zhì)的穿流，其中所述預(yù)定的速度足W造成其中的所述介體擴(kuò)展并 在其中與至少所述富氧的液體介質(zhì)混合。
[0107] 例如，所述方法W分批模式進(jìn)行或所述方法W連續(xù)流模式進(jìn)行。
[010引根據(jù)本公開(kāi)主題的第九方面，提供了有氧生物反應(yīng)器，其經(jīng)配置用于通過(guò)固定在 介體上的細(xì)菌來(lái)有氧處理廢物W從所述廢物提供經(jīng)處理的流出物，所述介體在所述有氧生 物反應(yīng)器內(nèi)是活動(dòng)的，所述方法包括：
[0109] 反應(yīng)容器，其具有流體入口和流體出口，W及廢物入口，并且界定內(nèi)部空間；
[0110] 所述廢物入口經(jīng)配置用于選擇性地提供廢物給所述有氧生物反應(yīng)器；
[0111] 所述流體入口和所述流體出口可連接到富氧的液體介質(zhì)源，所述源不同于所述有 氧生物反應(yīng)器，其中所述源與所述有氧生物反應(yīng)器經(jīng)由所述流體入口和所述流體出口選擇 性流體連通W提供再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路經(jīng)配置用于可控地使至少所述液體介質(zhì)在 所述有氧生物反應(yīng)器和所述源之間再循環(huán)；
[0112] 所述反應(yīng)容器經(jīng)配置用于經(jīng)由所述再循環(huán)回路提供W預(yù)定速度穿過(guò)所述內(nèi)部空 間的至少所述富氧的液體介質(zhì)的穿流，其中所述預(yù)定的速度足W造成所述介體在所述反應(yīng) 容器內(nèi)擴(kuò)展并在其中與至少所述富氧的液體介質(zhì)混合。
[0113] 例如，其中所述預(yù)定的速度足W提供流化床效應(yīng)給在所述反應(yīng)容器內(nèi)的所述介 體。
[0114] 在至少第一實(shí)例中，W所述預(yù)定的速度足W給密度比所述液體介質(zhì)的密度大的所 述介體的至少第一部分提供向上的運(yùn)動(dòng)。例如，在所述反應(yīng)容器內(nèi)的所述流速是在與重力 梯度（gravitationalgradient)大體上相反的方向。例如，所述第一部分是在所述反應(yīng)容 器中的所述介體的總量的大部分（例如大于50%)。例如，所述第一部分是在所述反應(yīng)容 器中的所述介體的總量的小于50%。例如，所述流體入口提供在所述反應(yīng)容器的下部并且 所述流體出口提供在所述反應(yīng)容器的上部。例如，所述流體入口包括在所述反應(yīng)容器內(nèi)的 多個(gè)開(kāi)口，并且其中所述開(kāi)口分布在所述反應(yīng)容器的底部基底，提供對(duì)于所述底部基底的 期望的覆蓋。
[0115] 例如，所述開(kāi)口均勻分布在所述反應(yīng)容器的底部基底，提供對(duì)于所述底部基底的 完全覆蓋。例如，所述反應(yīng)容器包括一個(gè)或多個(gè)通風(fēng)管，每個(gè)通風(fēng)管經(jīng)配置W進(jìn)一步增加其 中的所述流體速度。例如，每個(gè)所述通風(fēng)管在流過(guò)其的方向提供初始降低的流動(dòng)面積。例 女口，所述流體入口的所述開(kāi)口均勻分布在與所述通風(fēng)管相對(duì)的所述反應(yīng)容器的底部基底的 一部分，提供對(duì)于所述通風(fēng)管的完全覆蓋。
[0116] 在至少第一實(shí)例中，W所述預(yù)定的速度足W給密度比所述液體介質(zhì)的密度小的所 述介體提供向下的運(yùn)動(dòng)。例如，在所述反應(yīng)容器內(nèi)的所述流速與重力梯度至少部分對(duì)齊，并 且其中所述介體的至少第二部分具有比所述液體介質(zhì)的密度小的密度。例如，所述第二部 分是在所述反應(yīng)容器中的所述介體的總量的大部分。例如，所述流體入口提供在所述反應(yīng) 容器的上部。例如，所述反應(yīng)容器包括一個(gè)或多個(gè)通風(fēng)管，每個(gè)通風(fēng)管經(jīng)配置W進(jìn)一步增加 其中的所述流體速度。例如，所述流體入口的所述開(kāi)口均勻分布在每個(gè)所述通風(fēng)管的上部 開(kāi)口，提供對(duì)于所述通風(fēng)管的完全覆蓋。例如，每個(gè)所述通風(fēng)管在流過(guò)其的方向提供初始降 低的流動(dòng)面積。
[0117] 根據(jù)本公開(kāi)主題的第九方面的有氧生物反應(yīng)器可任選地還包括在其下部的第一 齡渣接收器，用于接收并且處置來(lái)自所述有氧生物反應(yīng)器的齡渣。
[0118] 附加或可選地，有氧生物反應(yīng)器還包括在所述反應(yīng)容器的上部的并且與其流體連 通的澄清容器，其中所述流體出口提供在所述澄清容器上，并且其中所