CN101389571B - 生物介质装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物介质装置，其包含细长的中部核心、以及沿该中部核心布置的用于从水中收集有机体的多个环。该生物介质装置还可包含至少一个与中部核心相结合的加强部件。在一个实施方式中，该生物介质装置在滴流塔中使用以处理废水。在另一个实施方式中，该生物介质装置在发电厂外部使用以尽可能减少通过进水阀吸入电厂内的贝苗。

Description

生物介质装置及使用方法
相关申请的相互引用
本申请要求于2005年12月27日提交的美国临时申请60/754,053的优先权。
发明领域
本发明涉及一种生物介质(biomedia)装置；更具体地说，涉及一种用于废水处理的环线型(looped cord)生物介质装置。
发明内容
本发明涉及一种生物介质装置及其使用方法。
在一个实施方式中，本发明的生物介质装置包含细长的中部核心、至少一个与该中部核心相结合的加强部件、以及沿该中部核心长度方向布置的多个环(loop)。
在另一个实施方式中，本发明的生物介质装置包含细长的中部核心，其中该中部核心的宽度不大于约10.0毫米，且沿着该中部核心布置有多个环。
在又一个实施方式中，生物介质装置包含细长的中部核心和沿该中部核心布置的用于从水中收集有机体(organism)的多个环，其中该装置在每英尺上适合容纳约150.0到约300.0磅所搜集的有机体。
本发明的一个方法实施方式包括如下步骤：提供生物介质装置，该生物介质装置包含细长的中部核心、至少一个与该中部核心相结合的加强部件、以及沿该中部核心布置的多个环；提供包含至少一种有机体的水；以及用该生物介质装置从水中收集至少一种有机体。
附图说明
通过附图对本发明的某些实施方式进行了说明。应当理解，附图不一定是按比例的，而且其细节对于理解本发明而言并非必要的，或者使其它细节难以被感知(perceive)的细节可以忽略。应当理解，本发明当然不必受限于本文所描述的具体实施方式。
图1是根据本发明的环线型生物介质的透视主视图；且
图2是图1所示环线型生物介质的后视图。
具体实施方式
本文所使用的措辞“生物介质”是指用于与水处理相关的应用的任何材料或物质。本发明涉及一种环线型生物介质，其包含细长的中部核心和沿该中部核心布置的多个环。本文所使用的措辞“细长的”是指垂直方向的尺寸大于横向尺寸。在一个实施方式中，本发明还包含与该中部核心相结合的加强部件。本发明的生物介质可以用在滴流塔(trickle tower)中，或者用于各种其它与水处理有关的应用。
现在参考图1，其显示了本发明的环线型生物介质10的一个实施方式。图1所示的生物介质包括包含第一侧14和第二侧16的细长的中部核心12、从第一侧14和第二侧16中的每一个横向延伸的多个环18，以及与该中部核心相结合的加强部件20。生物介质10还包括前部21和后部23。
中部核心12可以用多种材料以多种方式构建。在一个实施方式中，中部核心12是编织的。中部核心12的编织部分可包括数个(例如：四个到六个)纵向的缝线行22。中部核心12可由类纱线材料(yarn-like)形成。合适的类纱线材料可包括，例如，聚酯、聚酰胺、聚偏氯乙烯、聚丙烯和其它本领域技术人员所公知的材料。类纱线材料可以是复丝结构(continuousfilament construction)或短纤维纺纱(spun staple yarn)。中部核心12的横向宽度l相对较窄并且可以改变。在某些实施方式中，横向宽度l不大于约10.0毫米，并且通常在约3.0毫米到约8.0毫米之间或者在约4.0毫米到约6.0毫米之间。
如图1所示，多个环18从中部核心12的第一侧14和第二侧16横向延伸。如图所示，上述多个环设计用来从水中收集各种不同类型的有机体。上述多个环使外形具有弹性，以适应有机体的生长集群(growing colonies)。同时，多个环18允许空气流通，这样，当该生物介质用在滴流塔中时，有机体的生长集群能消耗足够的氧来存活足够长的时间，以去除废水中的毒素。
多个环18通常由与中部核心12相同的材料构成，还可具有可变的横向宽度l’。多个环18中的每一个的横向宽度l’均可在约10.0毫米到约15.0毫米的范围内。如果环太大，它们可能被有机体所饱和，这会降低或丧失俘获更多有机体的能力。
如图所示，与多个环中每个环的总横向宽度相比，中部核心12的横向宽度可忽略不计。即，中部核心12占该生物介质装置总横向宽度的约1/7到1/5。事实上，当观察生物介质装置10的后部23时，几乎察觉不到中部核心12。如图2所示，在视觉上中部核心几乎完全被横向延伸的多个环18所遮挡。
任选地，可以通过使用加强部件20来强化中部核心12，该加强部件通常沿着中部核心伸展并且与其相连(interconnect)。本文所使用的术语“加强部件”是指添加到中部核心上、且其构成材料与中部核心的材料不同的任何材料或物质。加强部件20的材料的拉伸强度通常高于中部核心12的材料的拉伸强度，且其断裂强度可以在约50.0磅到约1500磅的范围内。因此，加强部件20可由多种材料制成，包括高强度合成丝、带、以及不锈钢丝或其它金属丝。两种特别有用的材料为Kevlar
Figure G2006800534939D00031
和Tensylon
Figure G2006800534939D00032
。
根据本发明的另一方面，提供了一种生物介质装置的制造方法。该方法包括如下步骤：编织类纱线材料以形成中部核心12；以及从其中拉出(pulling)多个环18，从而使这些环沿中部核心12布置。为了这一目的，可采用来自意大利Comez SpA的编织机。此外，可以通过各种方式向中部核心12添加一种或多种加强部件20。
可以加强生物介质10的第一种方法是在编织过程中，向核心12的纬纱中添加一种或多种加强部件20。这些加强部件20可以布置成基本平行于核心12的经纱并缝合进核心12的复合结构当中。可以理解，使用这些加强部件使得中部核心12的宽度相对于已知生物介质的中部核心的宽度有所减少，却不会显著损害中部核心的拉伸强度。
在一个实施方式中，使用了两种加强部件20，其中一种加强部件布置在核心12的每一侧。再次参见图1，显示了外侧横撑(wale)形式的两个加强部件24和26。
可以加强生物介质10的第二种方法是在编织步骤之后的缠绕操作(twisting operation)中引入一个或多个加强部件20。该方法使得能够向中部核心12中平行地引入张紧的加强部件，中部核心12包裹住这些加强部件20。
此外，可将引入加强部件20的第一种和第二种方法结合起来。因此，可在编制过程中在中部核心12内设置一个或多个加强部件20，然后可以在后续的缠绕步骤中引入一个或多个加强部件20。这些加强部件20可以相同或不同(例如：在编织过程中可以使用Kevlar
Figure G2006800534939D00041
，而在缠绕过程中可以引入不锈钢丝)。
根据本发明的又一方面，提供了上述生物介质装置10的使用方法。生物介质装置10可以在滴流塔中使用，或者在带有进水口(water intake)的发电厂外部使用。
当在滴流塔中用于处理废水时，将多股(strand)环线型生物介质垂直悬浮于滴流塔中。当废水滴落到该生物介质股上时，微生物在这些股上、尤其是在环周围连续生长。
生物质(biomass)的重量增加使生物介质股有延伸或“蠕变(creep)”的趋势。如果发生这种情况，生物介质股会下垂并蔓延到相邻物上；随着生物介质的生长，这种由下垂引起的互相接近将导致细菌生长到一起，由此产生会对废水净化过程带来不利影响的“桥接(bridging)”。然而，由于中部核心12的尺寸较窄，上述生物介质结构有助于减轻这一“蠕变”的问题，因为滴流塔内的各生物介质占据相对小的横向宽度，所以使得在每个生物介质装置之间存在更多的空间。
此外，加强部件20的存在有助于减少本发明的丝和纤维结构的延伸。据此，相信与已知结构相比，本发明的生物介质10在每英尺上可容纳更多磅重量。本发明人已经发现，本发明的生物介质装置10在每英尺上可以提供高达300磅的重量。其优点在于降低了在滴流塔中使用时生物介质发生弯垂(yielding)甚或中断的风险，并且使得滴流塔在需要进行清洁以减少微生物的生长之前能够处理更大量的废水。
在修改的实施方式中，可在张紧条件下引入Kevlar(商标)、Tensylon(商标)、丝等等，而无需缠绕步骤。以如下方式将当前的编织结构装入滴流塔中：所有的基底区域(foundation area)均按相对于彼此的准确位置来放置；这种构造使得可以有最大量空气通过介质结构。
在另一种实施方式中，本发明生物介质10可用于处理进入发电厂进水阀的水。在许多情况下，发电厂的进水阀会吸入幼虫形式的软体动物(muscles)(通常称为贝苗(spat))，其通常生长在大型水体如湖泊中。这种贝苗最终成长为发育完全的软体动物，其能够严重损害发电厂的过滤系统。为解决这个问题，可将本发明生物介质10的框架浸没在发电厂进水阀的外侧。由于多个环18能够在贝苗进入发电厂之前将其诱捕，因此减少了在目标发电厂内部生长的软体动物，从而有助于尽可能降低对发电厂过滤系统的上述损害。
在不脱离本发明精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员能够得到本文所述技术方案的各种变化、修改和其它执行方案。因此，上述说明并未以任何方式限制本发明。

Claims (19)

1.一种生物介质装置，其包含：
细长的编织中部核心；
至少一个单独形成的、沿所述中部核心延伸并与其相连的加强部件，其中通过将所述至少一个加强部件缝合或编织到所述中部核心内或将所述至少一个加强部件与所述中部核心互相缠绕中的至少一种而将所述至少一个加强部件与所述中部核心相连；和
沿所述中部核心的长度方向布置的多个环。
2.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述中部核心由类纱线材料构成。
3.根据权利要求2所述的生物介质装置，其中所述类纱线材料包含复丝和短纤维纺纱中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的生物介质装置，其中所述的至少一个加强部件的拉伸强度高于所述类纱线材料的拉伸强度。
5.根据权利要求2所述的生物介质装置，其中所述类纱线材料选自聚酯、聚酰胺、聚偏氯乙烯和聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述至少一个加强部件缝合在所述中部核心内。
7.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述中部核心的宽度不大于5毫米。
8.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述中部核心的宽度为所述生物介质装置总横向宽度的1/7到1/5。
9.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述至少一个加强部件至少部分编织到所述中部核心内。
10.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述至少一个加强部件和所述中部核心互相缠绕。
11.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述至少一个加强部件在张力下引入所述中部核心内。
12.根据权利要求1所述的生物介质装置，其中所述至少一个加强部件由选自高强度合成丝、带和不锈钢丝的材料构成。
13.一种方法，其包括以下步骤：
提供生物介质装置，所述生物介质装置包含细长的编织中部核心，至少一个单独形成、沿所述中部核心延伸并与其相连的加强部件，以及沿所述中部核心布置的多个环，其中通过将所述至少一个加强部件缝合或编织到所述中部核心内或将所述至少一个加强部件与所述中部核心互相缠绕中的至少一种而将所述至少一个加强部件与所述中部核心相连；
提供包含至少一种有机体的水；和
用所述生物介质装置从水中收集所述至少一种有机体。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括提供由类纱线材料构成的中部核心。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括提供包含复丝和短纤维纺纱中至少一种的类纱线材料。
16.根据权利要求13所述的方法，其还包括将所述生物介质装置布置在滴流塔内的步骤。
17.根据权利要求13所述的方法，其还包括将所述生物介质装置布置为浸没在水下的步骤。
18.根据权利要求15所述的方法，其还包括将所述生物介质装置布置在水流中的步骤。
19.根据权利要求13所述的方法，其还包括提供第二生物介质装置的步骤，所述第二个生物介质装置包含第二细长的编织中部核心，至少一个单独形成、沿所述第二中部核心延伸并与其相连的第二加强部件，以及沿所述第二中部核心布置的多个环，其中所述生物介质装置和所述第二生物介质装置隔开放置，且其中通过将所述至少一个第二加强部件缝合或编织到所述第二中部核心内或将所述至少一个第二加强部件与所述第二中部核心互相缠绕中的至少一种而将所述至少一个第二加强部件与所述第二中部核心相连。
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