CN113165924A

CN113165924A - 废水组成物的生物整治设备

Info

Publication number: CN113165924A
Application number: CN201980069780.6A
Authority: CN
Inventors: 梅米特·A·甄瑟; 卡恩·甄瑟; 克拉克·B·朗麦克; 保罗·M·沙克利斯奇
Original assignee: IMET Corp
Current assignee: IMET Corp
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2021-07-23
Also published as: CA3101619A1; CA3101619C; WO2020123344A1; EP3781525A4; EP3781525A1; US20200189945A1; AU2019397415B2; AU2019397415A1; US10689277B1

Abstract

一个或多个新的，或现有的或改进的开放底部生物整治反应器R包含在商业、工业或市政废水曝气处理设施或池中，直接在位于该设施或池的底部上的现有和/或新的单独扩散器的上方。该反应器R增加空气和/或氧气在水中的溶解度，提高能量效率，增加处理废水的吞吐量，并改善废水的生物整治。还有，描述了在非管区域中没有填充基质的管反应器。

Description

废水组成物的生物整治设备

技术领域

本发明涉及一种废水曝气处理池，其具有提高的能量效率和处理的废水吞吐量，改善的生物整治(bio-remediation)，以及提高的空气中的氧气在废水中的溶解度。该设备涉及一个或多个预先制成的开放底部生物整治反应器R(已存在的)，或一个或多个改进的生物整治反应器R，该生物整治反应器R可位于已有的废水曝气处理池中。

发明背景

迄今为止，废物处理系统通常是专门针对特定类型的组成物(例如废水)的净化，固定等，它们通常不是有效的。

美国专利第4,810,385号涉及一种适于将细菌培养物接种到流经的废物或废物已聚集在收集系统中的装置，该收集系统包括多孔外覆盖构件(covering member)，该多孔外覆盖构件形成封闭的外壳，其中细菌培养物源包含在所述外壳中，当废物流流过所述封闭外壳的多孔覆盖构件时，所述培养物适于接种收集系统，从而使细菌释放到所述废物流中。

美国专利第4,859,594号涉及一种从自然环境中分离出来的新型微生物，并经过纯化和遗传修饰，通过将这些微生物固定在基质上来固定这些微生物的方法，由这些固定在基质上的微生物形成的生物催化组合物，以及该生物催化组合物用于被有毒物质污染的流(stream)以脱毒的用途。所述微生物是(1)荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)(ATCC SD 904)；(2)荧光假单胞菌(ATCC SD 903)；(3)洋葱假单胞菌(Pseudomonascepacia)(ATCC SD 905)；(4)铑甲基杆菌(Methylobacterrhodinum)(ATCC 113-X)；以及(5)甲基杆菌属(Methylobacter species)(ATCC 16 138-X)。

美国专利第4,882,066号涉及特征为多孔固体的组合物，其表面上分散有几丁质材料薄膜，以及使用几丁质本身，优选几丁质涂覆的组合物作为接触物质从被金属污染物或卤化的有机化合物玷污或污染的液流中去除这些材料的方法。

美国专利第5,021,088号涉及一种从矿石中分离和回收一种或多种金属，尤其是战略性贵金属，特别是金的方法。用异养微生物或微生物掺合物与含碳、含金的矿石，特别是碳质或碳质硫铁矿石(pyritic ore)接触并进行微生物预处理和浸出，在异养条件下培养和生长所述微生物，以及通过消耗碳减少矿石中的碳含量。异养预处理的结果是，矿石随后在自养条件下更有利地被一种或多种自养微生物定殖(colonized)，或经湿法冶金处理(hydrometallurgically treated)，或两者兼而有之，从而相比于另一种方法促进、提高和增加金的回收量，在该另一种方法中(1)在其它方面的相似条件下单独通过湿法冶金工艺回收金，或(2)在处理硫铁矿石中，在其它方面的相似条件下通过自养/湿法冶金的工艺组合回收金。

美国专利第5,211,848号涉及一种用于挥发性有毒有机化合物的解毒和降解的连续流固定化细胞反应器(immobilized cell reactor)和生物工艺。该反应器是封闭的，并装有由特定的合适的微生物菌株组成的生物催化剂，所述微生物菌株固定并附着在惰性多孔填充物(packing)或载体上。将要处理的受污染的地下水、工业或市政废水进行充分稀释，以达到生物学上可接受的毒物浓度，添加营养物，并调节pH和温度。将被污染的液体作为进料流引入封闭的反应器，该反应器分为两个部分或隔室。将空气喷入流入第一室的进料流中，与进料流混合并为之充氧，同时最少地去除有毒有机化合物。第二部分或隔室填充有生物催化剂。充氧的液体进料流基本上以塞式流(plug flow)的方式流过第二隔室，生物催化剂生物降解并化学上改变有毒成分，从而使进料流解毒。来自第一隔室的过量空气和无毒气体(如果有的话)通过位于反应器顶部的冷凝器去除。液体通过冷凝器重新冷凝回到水相。

美国专利第5,240,598号涉及公开一种微泡发生器，其用于优化氧气向生物反应器系统中的微生物接种物或生物催化剂转移的速率和量。微气泡发生器和相关的固定式细胞反应器用于非挥发性聚合物和挥发性有机物污染的水流的排毒和净化。特别是，它们可用于有毒有机化合物(包括挥发性有机化合物)的连续矿化和生物降解，这些有机化合物与工业和市政废水、排放物以及地下水和其他水性排放物有关。该发明的一个实施方案包括填充有小惰性颗粒的微泡室，通过该微泡室在压力下接纳液体流出物和氧气或另一种气体，随后是文丘里(venturi)管室以进一步减小气泡的尺寸。

美国专利第5,403,487号涉及两种废水的生化氧化，一种废水的氨氮含量比常规市政废水中的至少多十倍，而另一种氯气的含量比常规市政废水中的至少多十倍。这两种废水在接种有特别培养并适应任务的微生物(“细胞”)的充气填充床生物反应器中处理。据推测，许多微孔合成树脂材料(通常称为“多孔塑料”)的任意形状不仅提供了生物反应器的填充物，而且还提供了通常与生物载体无关的特有催化功能。

美国专利第5,534,143号涉及一种微泡发生器，其用于优化氧气向生物反应器系统中的微生物接种物或生物催化剂转的移速率和量。微气泡发生器和相关的固定式细胞反应器可用于非挥发性聚合物和挥发性有机物污染的水流的排毒和净化。特别是，它们可用于有毒有机化合物(包括挥发性有机化合物)的连续矿化和生物降解，这些有机化合物与工业和市政废水、排放物以及地下水和其他水性排放物有关。该发明的一个实施方案包括填充有小惰性颗粒的微泡室，通过该微泡室在压力下接纳液体流出物和氧气或另一种气体，随后是文丘里管室以进一步减小气泡的尺寸。

美国专利第5,569,634号涉及产生的多孔体，其适合用作催化剂的载体，包括活细胞，例如细菌，并且对酸和碱具有不好的抗性。所述多孔体具有约0.5微米至100微米(即5000至1000000ANG)的明显大的平均孔径和约0.1立方厘米/克至1.5立方厘米/克的总孔体积，其中大孔占约0.1立方厘米/克至1.0立方厘米/克的孔体积。通过制备包含沸石和一种或多种任选成分(例如无机粘合剂、挤出或成形助剂、燃尽剂，或组成液体如水)的最终颗粒的混合物来制备所述多孔体。

美国专利第5,747,311号涉及一种使用微生物对反应物进行化学改性的方法。该方法包括提供一种颗粒材料，该颗粒材料包括塑料载体和附着在该载体上的微生物。颗粒材料分散在分散流体中，并且比重小于分散流体的比重。当微生物为厌氧的时，颗粒材料的操作界面表面积为每立方米反应器容积约2000至约240000平方米。当微生物是需氧的时，颗粒材料的操作界面表面积为每立方米反应器容积约1000至约30000平方米。该方法进一步包括建立有效地使反应物与微生物接触足以化学改性所述反应物的时间的通过颗粒材料的反应物流。

I.Wojnowski-Baryla等人的文章“Carbon and Nitrogen Removal by BiomassImmobilized in Ceramic Carriers(通过固定在陶瓷载体中的生物质去除碳和氮)”涉及在具有固定在陶瓷载体中的生物质的生物反应器中进行的实验。研究了水力停留时间(hydraulic retention time(HRT))，载体结构和内在循环速率(intrinsic circulationrate)对城市污水中碳氮去除的影响。使用了两种陶瓷载体，载体I的HRT为70、60、40、30分钟，载体II的HRT为70、60、30、15分钟，循环速率分别为60、40和20立方分米/小时(dm³/h)。最高脱氮效率在载体II中反应30分钟时达成。两种载体的除碳效率相似。内循环速率从20dm³/h提高到60dm³/h，脱氮效率从33.0％提高到47.2％，同时载体II中剩余污泥(surplussludge)的产生减少。

I.Wojnowski-Baryla等人的文章“The Biodegradation of Brewery Wastes ina Two-Stage Immobilized System(两阶段固定化系统中啤酒废料的生物降解)”涉及在环形生物反应器中的研究，其中生物质固定在陶瓷载体中。研究了内部循环速率对固定化生物质对啤酒废料生物降解效率的影响以及对剩余污泥产生的影响。内部循环速率为12、38、50dm³/h。实验是在17.9的恒定载体负载率下进行的，从而将去除速率从0.40提高到0.48gCOD dm³/h，将剩余污泥生产率从0.67限制至0.27g g.^-1去除的COD。确定了两阶段固定系统中啤酒废料的生物降解率。该两阶段固定系统中的水力停留时间为6小时，足以使废水中的COD低于150mg/dm³。

美国专利8,372,285涉及通常在水性环境中的众多不同类型的废物成分，在需氧条件下利用反应器内的高度多样化的多种微生物对其进行生物整治。该方法用以各种不同的表面特征附着或结合到位于反应器内的填充基质上的微生物进行，所述填充基质具有高表面积和呈小微孔形式的高孔隙率。利用多种不同类型的基质，包括矿物、碳化合物、聚合物和塑料、陶瓷、金属等，并且利用其将空气有效地溶解到水中的形状。所述反应器理想地在其中具有多个生物整治阶段。该反应器还包含至少一个穿孔的竖筒(chimney)，空气可以流过该穿孔的竖筒，并使氧气最优化地溶解到各个生物整治阶段的水环境中。该反应器在其中具有最大的生物多样性，以生物整治来自工业、商业、市政和住宅来源遇到的各种废水中的废物成分。

美国专利9,162,909涉及一种反应器，该反应器理想地在其中具有包含多种类型的填充物和微生物的多个管，并且包含至少一个穿孔的竖筒，空气可以流过该穿孔的竖筒，并使氧气最优化地溶解到各个生物整治阶段的水相环境中。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及通过在曝气处理池中添加和/或插入现有的开放底部、或改进的包含填充基质的生物整治阶段反应器(stage reactor)R对曝气处理池中的废水进行生物整治。所述填充基质具有孔并且包含至少一种用于根除、去毒、复合或以其他方式处理废水的微生物。该阶段反应器通常具有竖筒，但是通常没有任何空气或氧气输入供给管线或管道。相反，这种反应器利用由现有的废水曝气处理池供应的空气和/或氧气。理想的是，该阶段反应器至少部分地没有任何底板或底部侧壁(bottom side wall)，或两者都没有。还理想的是，该阶段反应器没有任何空气扩散器，没有任何废水进水管，没有再循环泵或排水泵，或者理想地没有所述项目中的两个或多个，或所有所述项目都没有。该阶段反应器包含有穿孔的支撑板，以将填充基质保持在反应器内，并且可具有多个支撑腿或其他支撑结构。理想地，可以将一个或多个这样的反应器添加到现有的废水曝气处理池中，并直接放置在曝气池的扩散器上方。也就是说，扩散器通常建在现有曝气池的底部上，并且该阶段反应器R放置在扩散器上方。

一种废水生物整治设备，包括其中具有多个生物整治阶段的生物整治反应器，所述阶段由穿孔的分隔器隔开，所述反应器具有底部分隔器，所述反应器具有位于所述生物整治阶段中的多个多孔填充基质，并且所述基质具有附着于其上的一种或多种微生物；位于所述反应器内的至少一个穿孔的竖筒管；所述反应器具有位于所述底部分隔器下方的开放底部区域(open bottom area)；所述反应器不具有空气或氧气，或两者的进气管，所述阶段反应器具有一个或多个支撑件(supports)；所述反应器能够位于其中包含曝气器(aerators)和废水的废水曝气处理池中。

本发明的另一实施方案涉及一种废水生物整治设备，包括其中具有一个或多个侧壁穿孔的生物整治管的生物整治管反应器(tube reactor)，至少一个所述穿孔的生物整治管独立地在其中具有一种或多种不同类型的填充基质，所述填充基质是多孔的并且在其中具有微孔；所述生物整治管具有非管反应器区域，其中在所述非管反应器区域中没有填充基质；所述管反应器在其中具有附着至所述填充基质的多种类型的不同微生物；所述管反应器具有底部分隔器，用于将所述填充基质保持在所述反应器中；所述管反应器没有竖筒管；所述管反应器具有位于所述反应器底部分隔器下方的开放底部区域，所述反应器不具有空气或氧气，或二者的进入管，所述反应器具有一个或多个支撑件；并且至少一个或多个所述管反应器能够位于其中含有废水的废水曝气处理池中。

一般地，一种废水生物整治设备，包括生物整治管反应器，所述生物整治管反应器在其中具有一个或多个侧壁穿孔的生物整治管；至少一个所述穿孔的生物整治管独立地具有一种或多种不同类型的管填充基质，所述基质是多孔的并且在其中具有微孔；所述生物治理管反应器具有非管反应器区域，所述非管区域的至少一部分在其中具有一种或多种不同类型的非管填充基质，所述非管填充基质是多孔的并且在其中具有微孔；所述管反应器在其中具有附着于所述管式填充基质和非管式填充基质的多种类型的不同微生物；所述管反应器具有底部分隔器，用于将所述填充基质保持在所述反应器中；所述管反应器具有至少一个穿孔的竖筒管；所述管反应器具有位于所述反应器底部分隔器下方的开放底部区域，所述反应器不具有空气或氧气，或二者的进入管，所述反应器具有一个或多个支撑件；并且至少一个或多个所述管反应器能够位于其中含有废水的废水曝气处理池中。

还有，本发明包括一种用于废水的生物整治的设备，所述设备包括在其中具有一个或多个侧壁穿孔的生物整治管的生物整治管反应器，至少一个所述穿孔的生物整治管独立地在其中具有一种或多种不同类型的填充基质，所述基质是多孔的并且在其中具有微孔；所述生物整治管反应器具有一个或多个非管反应器区域，所述一个或多个非管区域的至少70％的容积在其中没有任何填充基质；所述管反应器在其中具有附着于所述管式填充基质的一种或多种不同的微生物；所述管反应器没有竖筒；所述管反应器具有底部分隔器，用于将所述管填充基质保持在所述穿孔的生物整治管中；并且所述管反应器具有空气和/或氧气进入口，所述空气和/或氧气进入口能够允许空气和/或氧气进到所述反应器。

附图说明

图1是根据本发明的废水处理反应器的立剖视图(cross-section elevationview)。

图2是可以任选地与本发明的反应器结合使用的压载物(ballast)的立剖视图。

图3是本发明的反应器的竖筒的立视图。

图4是本发明的反应器的竖筒的立视图，示出了其中的填充物。

图5是本发明的另一种处理反应器的立剖视图，在其中包含另外的竖筒。

图6是在池内包含反应器的立剖视图。

图7是本发明的另一种处理反应器的立剖视图，该处理反应器不包含竖筒，但使用排水泵。

图8和图9是其中含有本发明的反应器的池的立剖视图。

图10、图11和图12是示出了包含含水(aqueous)废物组成物的生物整治池的立剖视图，其中使用了在该池外部的反应器。

图13、图14、图15、图16和图17是本发明的不同生物整治实施方案的立剖视图，其中采用了两个反应器，并且两个反应器位于其中含有含水废物组成物的池的外部。

图18和图20是示出本发明的另外的生物整治实施方案的立剖视图，其中五个反应器位于含有含水废物组成物的池内。

图19和21是本发明的其它生物整治实施方案的立剖视图，其中五个反应器位于含有含水废物组成物的池内，且一个反应器位于罐外。

图22A、22B、22C和22D涉及一种实施方案，其中不使用穿孔的分隔器，例如15A、15B、15C等，而是使用一个或多个穿孔的管，所述管在一种或多种微生物上包含一种或多种填充基质。更具体地，图22A是图22C所示的本发明的管反应器的仅顶部的透视侧视图，在其中一根管中有袜状充满的填充物；图22B是本发明的反应器的俯视图；图22C是本发明的管反应器的侧视和局部剖视图；而图22D是本发明的袜状物的俯视图。

图23涉及典型的现有技术废水处理工艺的示意图，该工艺包括1)初步处理阶段，2)初级处理阶段，3)二级处理阶段，4)消毒阶段，以及5)污泥处理阶段。

图24涉及废水曝气处理池，在其中具有多个扩散器。

图25涉及位于商业废水曝气处理池中的本发明的改进的或新的开放底部阶段反应器R。

图26A涉及本发明的改进的或新的开放底部管反应器R，其位于商用的曝气的废水曝气处理池中。

图26B涉及图26A的反应器的俯视图，示出了随机布置的几个管，其中仅存在一个封闭的非管区域。

图27涉及本发明的高流量、开放底部管反应器，其中不存在竖筒，并且非管区域没有任何填充基质。

图28是图27的反应器的俯视图。

具体实施方式

阶段反应器描述

本发明的一个重要方面是利用美国专利8,372,285中所阐述类型的阶段反应器，在此其所有方面全部内容通过引用并入本申请，该反应器转换为开放底部反应器。该实施方案可以应用于包含许多化合物、废物源和材料的废物组成物，这些化合物、废物源和材料可以通过在具有氧气源(如空气)的含水环境中用各种微生物进行有氧整治来处理。厌氧整治不是本发明的一部分。废水组成物通常包括工业、住宅、商业、污水、餐馆和其它来源等。

本申请中所描述的反应器R的方法和设备涉及本发明，其消除了碳质化合物，气味，有害化合物，有毒化合物，含氨、铵、NO₂、NO₃、H₂S的化合物，生物污泥(sludge)，天然来源，如藻类等。更具体地，工业废物的例子包括烃类，诸如己烷、苯、甲苯、二甲苯等，以及醇类，诸如乙醇、甲醇、苯酚等等，以及含氮化学品，诸如氨、苯胺、吗啡啉(morphline)等等，以及饭店和餐饮服务经营产生的废物，它们通常会产生大量的脂肪、油和油脂。此类化合物有并且可以阻塞下水道、管道等。住宅废物的例子包括溶解的糖源、废弃的食物、脂肪、油脂和油等，以及溶解的蛋白质、淀粉，当然还有人类排泄物。商业废物的例子包括溶解的糖源、废弃的食物、脂肪、油脂和油等，以及溶解的蛋白质、淀粉等，以及动物排泄物，例如牛、马、猪、鸡等的排泄物。污水的例子包括来自任何工业、住宅和商业来源的废物，这些废物当然通过管道输送到市政处理厂。腐蚀性化合物的例子包括诸如H₂S等的含硫化合物，以及诸如石灰和苏打等的含碳酸盐的化合物，诸如醋、肥料等的含硝酸盐的化合物，诸如醋等的食物来源，以及食盐等含氯化合物。

被用于生物整治上述废物的微生物通常通过若干种不同的机制发挥作用，例如根除(eradication)、与其反应、形成复合物、分子分裂、形成例如二氧化碳、水、二氧化硫、亚硝酸盐、硝酸盐以及氮等的新化合物。如上所述，优选地在反应器中采用多种不同类型的微生物，使得高度多样性的微生物族群存在以有效地处理大多数，甚至所有的各种类型的在含水废物组成物中所发现的废物成分。理想地，所利用的微生物为发现于例如土壤、树木、池塘、湖泊、溪流、河流、谷物、植株、霉菌、孢子、真菌等的大自然中。微生物一般定义为是由细胞构成的且能够不需宿主细胞而复制。一个微生物的理想来源为已知可整治各种废物组成物的各种细菌。不同种类的细菌为数众多，且为该技术领域及文献中已知，并因此包括可生物降解含碳化合物的细菌，例如假单细胞菌(如，泡囊假单胞菌(Pseudomonasvesicularis)、恋臭假单胞菌(Pseudomonas putida)和嗜水气单胞菌(Aeromonashydrophila)、乙酰短杆菌(Brevibacterium acetylicum)；生物降解含氮化合物的细菌，例如硝化杆菌属(如，维氏硝酸杆菌(Nitrobacter winogradskyi))及亚硝酸单胞菌属(如，欧洲亚硝酸单胞菌(Nitrosomonaseuropaea)；以及生物降解含硫化合物的细菌，例如硫杆菌属(如，脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans))等等。其它微生物包括各种真菌，例如天然存在于蕈类(mushrooms)、酵母菌及霉菌中的真菌。通常，它们缺乏叶绿素(chlorophyll)，具有由多糖(有时为多胜肽及几丁质(chitin))构成的细胞壁，并且为有性或无性繁殖。原生动物(protozoa)为简单微生物，其由大小为亚微观的(sub-microscopic)至肉眼可见的(macroscopic)单细胞机体(unicellular organisms)所组成。原生动物的种类包括肉质鞭毛虫亚门(sarcomastigophora)、盘蜷动物亚门(labyrinthomorpha)、顶复动物亚门(apicomplexa)、微孢子动物亚门(microspora)、醋孢门(acetospora)、黏体动物亚门(myxozoa)以及纤毛虫动物亚门(ciliophora)。优选地，在本发明的设备的同一生物整治阶段存在至少两种或三种，甚至四种或更多种类型的微生物，因为已发现它们摧毁、根除、消除各种含碳化合物、各种含氮化合物、各种含硫化合物、各种有毒化合物等或与这些物质反应。

为了有效，所述各种微生物必须经由各种基质而被附着、容纳、捕获、结合等，使得其在所述含水废物组成物流过例如反应器的处理设备时，不被所述液态废物组成物的流冲走。为了产生有效和高效的结果，本发明的填充基质具有各种理想的特性。一个重要的特性为高平均表面积，例如至少100平方米/立方米(M²/M³)，且理想地为至少约500M²/M³至约1000M²/M³，甚至200000M²/M³，其中M²为表面积，而M³为体积。一个或多个高表面积填充基质的更理想的范围为从约500M²/M³或800M²/M³至约10000M²/M³。至少一个，且理想地，多个生物整治阶段中包含二种或三种、甚至四种或更多种不同类型的填充基质。

另一个重要的特性为所述基质为多孔状，且具有大量的孔洞于其中。所述孔洞的平均尺寸理想地小，但足够大以容纳一种或多种包含各种微生物菌落的微生物。所述平均孔径可于宽广的范围内变动，例如从至少约1微米至约150微米，或高达约250微米，且甚至高达约500微米。更理想的孔径范围为从约4、或约20、或约30、或约50微米至约75微米或约100微米。所述孔理想地不只于所述基质表面上存在，也于基质内部存在，且完全穿过基质，使得所述基质通常具有“开放孔结构(open pore structure)”。

如上所述，另一重要的特性为多种微生物，举例而言，2、3、4、5等种微生物被施用、附着、固定等至所述填充基质。这种结合可以多种方式、模式或表面特性发生，例如物理性地或物理化学性地。物理性附着可通过具有粗糙表面的基质，以帮助机械性地固定微生物于其上。物理化学性附着可通过微生物至基质的双极交互作用(dipolar interaction)而发生，例如范德华力(Vanderwalls forces)等。物理化学性附着也可通过微生物的阳离子或阴离子部分相应地与基质的阴离子或阳离子部分作用而发生，也可通过极性或非极性键结(polar or non-polar bonding)而发生。类似地，微生物的离子性或非离子性部分可通过离子性或非离子性键结而被附连。二氧化硅(SiO₂)提供阴离子性表面特性，而氧化铝(Al₂O₃)提供阳离子性表面特性。离子交换树脂(阳离子、阴离子)也可利用阴离子性及阳离子性的引力来固定多种微生物。类似地，微生物的疏水性部分可被附着至基质的疏水性部分，或通过亲水性-亲水性对齐等。聚乙烯(polyethylene)及聚四氟乙烯(Teflon)提供疏水性表面特性，丙烯酸类(acrylic)聚合物提供亲水性表面特性。上述微生物与多孔基质的附着使得所述微生物在整个生物整治过程中保持就位。

本发明一个重要的方面为多种且通常大量的不同类型的多孔基质被使用于单个反应器中。基质通常包括矿物、碳基质、陶瓷、金属基质、聚合物或塑料等等。各种矿物的例子包括黏土、硅藻土(diatomaceous earth)、漂白土(fuller’s earth)、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬、氧化锌、氧化镁、氧化硼、氮化硼、浮石、包括压损熔岩的熔岩(lava)，硅钙石(celite)、熔渣等等。碳基质的例子包括木炭、煤炭、热解木(pyrolyze wood)或木屑、活性碳等。陶瓷一般为硅酸盐、氧化铝、富铝红柱石(mullite)且包括砖、瓷片(tile)、硬陶土(terra cotta)、陶瓷(porcelain)、例如钠玻璃或硼玻璃的所有类型的玻璃、珐琅(porcelain enamel)、例如氧化铝、碳化硅、碳化硼等的耐火材料。金属基质包括铁、镍、钴、锌、铝等等。

聚合物或塑料构成另一类多孔填充基质，并包括均聚物、共聚物、图形共聚物等等，例如聚苯乙烯或苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物，以及苯乙烯/丙烯腈(SAN)的共聚物，苯乙烯、丙烯腈和二烯橡胶(ABS)三元共聚物，用丙烯酸酯弹性体改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASA)，用乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASE)以及苯乙烯和马来酸酐的共聚物(SMA)；聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯；氯化聚氯乙烯(CPVC)；聚碳酸酯(PC)；热塑性聚酯(TPES)，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和芳族聚酯；聚醚酯嵌段共聚物，例如杜邦公司的Hytrel*；聚氨酯(PUR)；聚苯乙烯和聚苯醚(polyphenylene oxides，PPO)的可混溶共混物，可从通用电气公司以Norel商购获得；聚缩醛(POM)；丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚合物；聚酰胺酰亚胺(polyamide-imides)；聚丙烯腈；聚芳基砜(polyarylsulfones)；聚酯碳酸酯(polyester-carbonates)；聚醚酰亚胺(polyether-imides)；聚醚酮(polyether-ketones，PEK)；聚醚醚酮(polyether-ether-ketones，PEEK)；聚α醚酮(polyalphaetherketones，PAEK)；聚醚砜；聚苯硫醚；聚砜；尼龙；阴离子和阳离子交换树脂，任何这些聚合物的组合以及回收的混合塑料等等。

填充基质的pH可能很重要，其范围可从约4至约10，且优选为从约6.0至约8。

为了实现含水废物组成物的有效和彻底的生物整治，重要的是上述本发明的各方面被并入反应器内。此外，另一个重要的方面是，填充基质的尺寸、形状和类型应使它有助于将大量的氧溶解到水中，例如每百万重量份废水至少平均约1重量份，理想地至少约2重量份，优选地约3至约8重量份。

关于整体反应器的设计，各个反应器可以具有各种形状和形式，但是理想地是伸长的，如采取在其中包含填充基质且填充基质的孔包含多种类型的微生物的柱或塔的形式。多种湿式(liquid form)或干式(dry form)微生物可从商业来源和天然来源获得，在插入处理区域之前添加或插入处理区域之后立即添加。必要时还定期向废水中添加微生物。通常在反应器底部附近添加水环境中包含的废物组成物，空气通常在反应器底部泵入。在轻微压力下添加的空气自然会上升通过反应器并遇到水性废水成分，并导致其上升。然后，空气-废水组成物遇到反应器的各个阶段，该反应器包含多种类型的填充基质，所述填充基质在其孔中包含多种类型的微生物。如上所述，由于通常需要高于每百万份2份，即2ppm的氧气才能有效地运行反应器，因此对填充基质进行选择，以使空气与水混合良好，从而将空气融合成较小的气泡并将基质所包含或捕获的氧溶解于水中。因此，基质被选择为彼此形成紧密的填充并且具有高的填充率(packing fraction)，即高体积，例如基质的总的或外部体积为反应器的至少一个生物整治阶段，优选所有生物整治阶段的总内部体积的例如至少约10％，理想地至少约50％，优选地约至少95％体积。高填充率通常还防止形成通道，该通道能够使空气沿通道通过反应器并避免良好的混合。在含水废物组成物的处理过程中，溶解的氧气将辅助微生物或与微生物反应，以根除、攻击、反应、复合或以其它方式将废物组成物转变为无味、去毒、无害或理想的终产物。

本发明中使用的反应器的另一方面是，由于上面描述的参数，通常可获得长的驻留时间(resident time)，该驻留时间允许微生物对水中的废物组成物进行生物整治或处理。因此，期望驻留时间为约2小时至约48小时，并且通常为约6小时至约24小时。

由于采用一个或多个空气输入腔室(air input chambers)，使用多个穿孔的分隔器或支撑盘(因此利用了多个处理阶段)、使用一个或多个含水废物组成物的进料输入口(feed inputs)，多种不同类型的包含多种微生物的多孔基质，可采用许多不同类型的反应器。因此，应当理解，以下对不同反应器的描述仅涉及可能的许多不同类型的反应器中的一些。

现在参照附图，其中所有附图中的相似名称/标号是指相似的部件。参照图1，反应器R可为具有横截面的任何形状，所述形状可为正方形、矩形或圆柱形等。所述反应器包括实心外壁(solid outer walls)11，其由非腐蚀性材料(corrosive-free material)制成，例如不锈钢及塑料。该反应器通常具有底腔18，其于轻微压力下接收空气或含氧气体。空气通过空气泵(未示出)进入所述反应器，空气泵通过供气管或导管1供给空气，并通过反应器空气进气管(inlet pipe)5进入所述反应器的顶部，所述反应器空气进气管5由抗腐蚀性材料制成，例如不锈钢或塑料。空气进气管5为实心的(solid)，除了其在底部具有开口或穿孔24，这些开口或穿孔24允许压缩空气(pressurized air)进入气压腔室(air pressurechamber)18。空气进气管5通过可为机械配件(mechanical fitting)、焊接(weld)等的连接部(connection)20连接至反应器底板19。当空气流进一般延伸所述反应器整个底部的气压腔室18时，由于其处于压力下，因此被迫使通过具有微小开口的微多孔扩散器(micro-porous diffuser)16，使得空气以微小气泡的形式被允许进入含水废物组成物腔17。微多孔扩散器为发明所属技术领域及文献所知，且易于商购获得。

包括提升手柄(lift handle)8的反应器R可被插入任何含水废物组成物环境中，例如池塘、储存罐、污水箱(sewage enclosure)或其它受限区域(confined area)中。反应器R可为独立式，即简单地放置于含水废物组成物箱中，其中位置压载装置(situationballast)可被添加至反应器底部。图2示出包括抗腐蚀底部34的压载装置的一种类型，具有形成箱的侧壁或壳体32，箱中包含例如混凝土的压载材料33。该任选的压载装置可固定至反应器R的底部，如通过螺栓31或其他固定件进行固定。作为另外一种选择，反应器R可任选地通过固持耳(holding lug)7附接至一支撑部，例如废水处理池的壁。

所述含水废物组成物通过废水入口21被加入至反应器。废水入口21可为肘形(elbow)，具有在其另一端的开口且任选地可被穿孔。当放置于其中含有含水废物组成物的池中时，所述含水废物组成物将流进含水废物组成物腔17，并于其中与空气气泡10混合。由于受迫空气流经穿孔空气输送管(air carrier pipe)(即竖筒(chimney)9)产生拉力，该拉力将导致所述含水废物组成物向上流通过所述反应器。也就是说，该反应器的构思为底部输入空气，以及接着使含水废物组成物向上流经各个其中具有穿孔(perforations)13的穿孔分隔器(perforated separators)15A、15B、15C等，并进而经过所述反应器的各个阶段。所述分隔器中的各种穿孔开口的大小足够允许空气及水流过，但通常且理想地不允许填充基质通过。图4示出了具有高表面积的各种基质被放置于穿孔竖筒9中，以产生用于空气气泡的弯曲路径，从而促进氧气溶解于废水中。

穿孔分隔器15A为允许含水废物组成物17中的含氧气的空气气泡10向上流过(流向箭头25)的扩散器，从而提供所述含水废物组成物与空气气泡额外的混合，使得空气中的部分氧气溶解于水中。

如上所述，本发明的一个重要方面为存在多个多穿孔分隔器，以在整个反应器中产生多个生物整治阶段，例如从2至约10个阶段，且理想地从3至5个阶段。形成于穿孔分隔器15A、15B和15C之间的区域被视为腔室15AA、15BB、15CC等。腔室15AA、15BB、15CC等充满填充基质30，其虽然可仅为一种填充物，但优选地为多种不同的填充物。也就是说，虽然形成于各个分隔器之间的各个腔室可仅包含一种填充物，但高度优选地是，多种不同种类的填充物存在于反应器R中，并且多个不同的填充物也存在于每个腔室15AA、15BB、15CC、15DD等中。

根据本发明的上述方面，腔室15AA包含填充基质，所述填充基质在空气气泡与水的混合方面是有效的，以溶解氧气于水中。根据本发明的方面的填充基质30A具有高表面积以及大量的具有如上所述大小的孔。至少一种类型的微生物位于填充基质30A中，附带条件为整个反应器R包含有多种微生物，也就是说至少两种，且通常多种类型，例如从约两种至约三百种微生物。利用众多的微生物，使得所述反应器在根除、去毒、复合或以其它方式处理其中含有多种不同类型废物的含水废物组成物有效，并因此形成非常有效的反应器。

由于气泡10比水轻，其向上流经腔室15AA，并造成含水废物组成物向上流，使得连续混合空气及所述废物组成物，从而不断使一些氧气溶解于水中。经过所述填充基质30A的所述含水废物组成物的向上流动使所述废物组成物的溶解的分子成分终究接触包含于所述基质的孔中的微生物，使所述废物组成物分子被生物整治。所述混合空气气泡及所述含水废物流的过程、氧气溶解于水中以及所述废物组成物的各种分子成分与微生物的接触，在各个腔室15AA、腔室15BB、腔室15CC等中是连续的。因此，总体上，氧气溶解于每个腔室的水中，且随含水废物组成物向上行进通过该反应器，从一个腔室到下一个上层腔室，废物组成物的量持续地减少。由于废物组成物必须沿弯曲路径通过各种填充物床以及固有的长滞留时间，所述废物组成物在抵达反应器的顶部时，废物组分基本上被耗尽。也就是说，该含水废物组成物被净化，使得仅净化过的水被允许通过穿孔顶板6从所述反应器的顶部排出。

各个穿孔分隔器15B、15C、15D可与穿孔分隔器15A相同或不同。通常，包含在各个腔室15AA、15BB、15CC中的基质可以是不同的，使得各个阶段，即腔室15AA、15BB、15CC等，可以处理含水废物组合物的不同组分。当然，由于各个腔室优选地包含多种不同类型的填充物，因此各个腔室仍可包含与另一腔室中的填充物相似或相同的填充物。关于微生物，在每个腔室中通常存在相同的情况。也就是说，虽然整个反应器包含至少两种不同类型的微生物，但是通常每个腔室内都存在多种微生物，并且不同的腔室可包含与前一个腔室或后一个腔室不同的多种不同微生物或包含一些常见的微生物。总之，所描述的图1中所示的反应器R构成了非常有效的生物整治设备及方法。

图1中反应器的任选但优选的方面为其包含具有穿孔12于其中的竖筒9。竖筒9可通常位于所述反应器的中心，例如靠近空气进气管5。在图1的实施例中，有两个位于空气管5每一侧的竖筒9，其中所述竖筒于其底部被穿孔36，且于其顶部在穿孔顶板6处也被穿孔36。因此，空气气泡10以及含水废物组成物可进入竖筒9的底部，并向上流过所述竖筒。该没有被穿孔分隔器15A、15B、15C等阻碍的向上流动对于空气及含水废物组成物产生连续的循环并向上经过各个腔室是重要的。此外，竖筒9中的空气气泡从其离开进入各个腔室，确保空气与液态废物组成物额外的混合，且更重要地，帮助已溶解的氧从水中的竖筒扩散到设备的填充腔室中。

图3和图4是关于竖筒9的侧视图。该竖筒具有多个穿孔于其中，穿孔通常以附图标记12表示，为椭圆形。然而，穿孔12的确切形状可变化，只要其总体上足够大，以允许空气气泡及具有溶解的氧的含水废物组成物从其穿过，但抑制填充基质30从其穿过，如图11中所示。竖筒的顶部与底部包含穿孔36。

本发明的另一反应器示于图5中，其与图1非常相似，其中相似的标记代表相似的部件，因此所述各种部件、组成及其工艺描述将不再重复，但在此以引用方式全部并入。

图5的反应器与图1的反应器的不同之处在于存在于所述中心竖筒9侧面的两个附加竖筒9。附加竖筒于其接近分隔器15A的底部36及于其接近穿孔顶板6的顶部36也穿孔，使得空气及含水废物组成物可从其流过。如同图1的实施例，所述附加竖筒有用于循环空气及液态废水穿过各个腔室15AA、15BB、15CC等，以确保于所述腔室中空气及水的进一步混合，并且还促进氧气溶解于水中、废物成分与微生物接触等等。

图6的实施例涉及使用分别容纳于分开的池中的两个反应器，于其中处理含水废物组成物，籍此，左池的含水组成物溢出至中间池的组成物，接着溢出至右手边的池并随后从废水输出管线(wastewater output line)3出来。更具体地，空气泵26通过空气供给管线1提供空气进入左手边的池的反应器和中间池的反应器。这两个池独立地可与图1及图5中描述的池相同。所述每个分开的池的操作如上述针对图1及图5所描述，因此为简洁起见将不再描述，但上面的描述在此以引用方式全部并入。因此，各个池独立地处理该池内的含水废物组成物，并将净化过的废水排放出该池的顶部。慢慢地，左手边池中的流出物(effluent)被清洁过并通过溢流管(overflow pipe)转移至中间池。因为未处理的含水废物组成物通过输入管2被加入至左手边的池，最终会达到平衡。来自左池且流进中间池的流出物通过该池中的反应器而被处理，且再次达到平衡，其中中间池的废水已被生物整治，使得其流出物相当纯净。来自中间池的流出物，接着溢流至右手边的池，在此可被排放。

另一反应器的实施例示于图7中，其与图1和图5中示出的反应器相似。因此，图7中绝大部分的部件标号与图1和图5中的相同，因而图7的反应器的部件和操作的描述与图1和图5的非常相似，故将不再重复，而是在此将上述对于图1和图5的描述以引用的方式全部并入。图7的反应器与图1和图5中的反应器的不同之处在于其不包含任何竖筒9，而是排水泵29通过废水进水管28及随后通过反应器进水管27，将含水废物组成物泵入含水废水组成物腔室17，于该处与来自气压腔室18而进入的空气气泡混合。图7的反应器设计比图1和图5中给出的反应器更有效。由于图7的反应器并不包含竖筒，所以来自腔室17的空气及含水废物组成物的流将被迫使从腔室15AA至腔室15BB及随后至腔室15CC等，流过填充物，并且因此延长滞留时间。较长的滞留时间允许更多的含氧空气气泡被填充基质30A、30B、30C等捕获，以进一步提高溶解的氧水平，从而强化生物整治。因此，来自图7的反应器的流出物一般为纯水。

图8至图20涉及利用各种反应器(例如图1、图5及图7中给出的类型)的生物整治系统。图8至图20中所有的系统皆包括各种类型含有需要整治的含水废物组成物的池。附加项目包括空气泵26、排水泵29、任选的养分和/或化学品进料泵14或必要的养分和/或化学品进料泵35以及再循环泵23。如本发明的技术人员应明白的，上述反应器、池及各种泵的组合导致大量的系统，其根据本发明其皆可被采用。为简洁起见，由于各种反应器已于上文描述，其部件、操作和方法将不再重复，但将其以引用的方式全部并入。也如本发明的技术人员应明白的，有关不同生物整治系统的图8至图20，通常可以流路图(flow diagram)描述，其教导本发明的上述项目的各种组合。因此，将给出各个附图的简单描述。此类生物整治系统通常可被用于大量的不同应用，例如上文所述的工业、商业、市政等应用。理想地，图6、图8至图15的实施例可被用于化粪池(septic tanks)、集油池(grease interceptors)、废水池(lagoons)及池塘。图16及图17中给出的系统可用于处理工业废水，而图18至图21给出的实施例非常适合用于废水处理厂曝气池(wastewater treatment plant aerationbasins)、泵站(pump stations)、废水池及池塘。

图8涉及一种非常类似于图6的处理系统，除了图8的反应器为如图7中所给出的反应器，也就是说没有竖筒。因此，空气泵26通过空气管线1将空气泵入图8的左侧反应器以及中间的反应器。图8的左池及中间池皆包含排水泵29于其中，该排水泵29迫使含水废物组成物流通过管线28以及反应器进入管27，进入反应器的底部。生物整治因此如图7所述发生，因而将不再重复，但将其以引用的方式全部并入。和图6一样，例如来自餐厅的含水废物组成物，如脂肪、油及油脂，被泵入左池，在该处其经由图7类型的反应器生物整治。左池的处理后的含水废物组成物的一部分接着满溢至图8的中间池中，在此其经由其中的反应器被进一步生物整治。接着，连续量的中间池处理后的含水废物组成物的溢流满溢至右手池，在该处其可被进一步处理或不处理，并接着通过废水出口管线3。图8和图6的一个任选的方面为养分和/或化学品泵14可被用于将各种养分泵入左手池，例如碳酸氢钠或碳酸钙溶液，以调整碱度，使硝化细菌(nitrifiers)将含氨物质氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，从而可实现硝化(nitrification)和脱氮(denitrification)。作为另外一种选择，泵14可被用来提供各种化学品至池中，以进一步于其中处理废物组成物。

参照图9，其系统类似于图8，除了每个池中的含水废物组成物的一部分通过外部再循环泵23被从池中抽出且再循环，并随后至所述图7类型的反应器底部，而非利用位于池中的排水泵29。

在图10、11和12中示出了类似的生物整治系统。如流路图所明示，含水废物组成物通过再循环泵23从池中抽出，并通过进入管线28至反应器进入管27而被进料(fed)，于其中被生物整治。反应器为图1或图5中所给出的类型，因为空气被泵入反应器，处理后或生物整治后的废物组成物通过管线4被再循环回池。任选地，养分或化合物可通过泵14被添加至所述反应器。图11的系统类似于图10，除了池另外地包含图1或图5中给出的类型的反应器，且因此具有通过管线1而供给空气至反应器的空气泵26。图12的生物整治系统类似于图11的生物整治系统，除了排水泵29被用来将池中的含水废物组成物通过管线28泵入反应器进入管27中。

图13至图15的生物整治实施例相似。在图13中，含水废物组成物从池中被抽出，并通过再循环泵23被输送至第一反应器，且于其中被生物整治后，流出的废物组成物被输送至第二反应器的底部。两个反应器皆被提供空气。因此，两个反应器皆为图1和图5中给出的类型。处理后的废物组成物接着通过回水管线(water return line)4从第二罐转移至所述池中。所述工艺一直进行，直到所述池中的所有废物组成物皆已被处理，使得剩余的水符合可接受的政府法规等。图13至图15的每一图的一个任选的方面为采用养分和/或化学品泵14，以将此类化合物泵入第一罐的底部。图14的系统类似于图13的系统，除了额外地，其含有如图1和图5中描述的空气泵型的反应器，其中通过空气泵26及进气管线1，空气被允许进入位于所述池中的反应器中。图15的系统的实施例类似于图14的系统的实施例，除了采用排水泵29通过进入管线(feed pipe)28将废物组成物泵入反应器进入管27。图16和图17的整治系统分别类似于图13和图15，除了处理后的废物组成物仅通过出口管3从第二反应器的上部转移出至任何期望的位置，而非从所述第二反应器将处理后的废物组成物回收到所述池。该系统被提议用于工业废水处理，其中工业废水将包含化学物质、烃类的不寻常组合，需要特别的微生物以进行生物降解。在这些系统中，不同类型的微生物及其突变体可被容纳于底部进料(bottom-fed)、上行设计的(upward-designed)填充圆柱状反应器中。

图18至图21的生物整治系统相似。在图18的系统中，五个反应器被包含于含有含水废物组成物的加长型池中。空气泵26供给空气进入五个反应器的每个反应器中，所述反应器为图1或图5给出的类型。所述废物组成物的输入通过池进入管线2，而处理后的含水废水通过输出管线3离开。自然地，五个反应器的每个反应器将含水废物组成物吸引至反应器的底部，并通过反应器的顶部排出净化后的废水。由于含水废水组成物的流动为从加长型池的左边到右边，各个后续的反应器将进一步清洁废水，直到其在所述池的右侧变为纯净且通过输出管线3排出。如其流路图可明显看出的，图20中所示出的生物整治系统类似于图18中所示出的生物整治系统，除了对于各个反应器采用排水泵，以通过管路28并进入反应器进入管27，将废物组成物转移至反应器的底部。如其流路图可明显看出的，图19中所披露的生物整治系统类似于图18，除了含水废物组成物的一部分通过再循环泵23及管线28而转移至反应器的进入管27。所述反应器具有通过泵26及管线1而被泵入其中的空气，因此所述反应器为图1或图5中给出的类型。在所述反应器中处理后，处理后的废物组成物被再循环回所述加长型池中。在此实施例中，再次地，养分或化学品可被任选地通过泵14添加至反应器。图20中所示出的生物整治实施例非常相似于图19中所示出的生物整治实施例，因为其包括位于所述池外的反应器。然而，替代(in lieu of)废水流进位于所述池中的反应器的底部，排水泵29被用于通过进料管线28，供给含水废物组成物至反应器进入管27。

从图8至图21应可明显看出，根据本发明的构思，即利用具有竖筒的反应器，联合各种项目，例如排水泵、空气泵、养分泵、额外的反应器等，存在众多不同类型的生物整治系统。

管反应器描述

本发明的另一个重要方面是利用于2015年10月20日授权的美国专利第9,162,909号中所述的管反应器，就其所有方面而言，在此通过引用完全并入本申请，该反应器被转换为开放底部管反应器。该专利涉及包含许多化合物，废水源和材料的废水组成物，它们通过在具有如空气的氧气源的含水环境中用各种微生物进行好氧整治而得到处理。废水组合物通常包括工业、住宅、商业、污水，餐厅和其他来源等。可替代地，本反应器涉及制造成具有所述开放底部区域的管反应器。

本发明的管反应器的一个实施例示于图22A、图22B、图22C和图22D中。其中相同的标号一般指相同的混合物、结构、填充物、填充表面积、孔尺寸、微生物等，如上文所描述，且所述描述以引用的方式在此全部并入。

管反应器R包括壳体，该壳体为限制图22A、图22B和图22C中示出的反应器的各种部件的外部屏障或壁11。反应器R一般不具有如图1、5和7中所示的穿孔分隔器15。术语“不具有”意指至多仅两个或一个竖直方向上但分开设置的分隔器存在，且优选地，一个也不存在，即不存在穿孔分隔器。

反应器可具有任意截面形状，如正方形、长方形、圆柱形、椭圆形等。通过空气泵(未示出)使得空气从空气供应管线1进入反应器。所述空气泵经由位于反应器上方且延伸至反应器底部空气腔18的空气管道5提供空气，其中空气管道的末端被穿孔使得包含氧气的空气可填充气腔18。由于空气处于压力下，其被迫使通过其中具有微小开孔的微孔扩散器16，从而空气以小气泡10的形式进入反应器。为清楚起见，空气气泡存在于反应器中的管40和非管区域42内，但并未示出。

一个重要方面是每个反应器中包含一个或多个管40，且一般地可由各种各样的材料制成，如陶瓷或金属，其中聚合物或塑料是优选的。为了强化混合以及将氧气溶解至液体废物材料中，所述管在其壁侧部分具有穿孔41。穿孔的准确形状并不重要，只要它们足够大，能够使含水废物组成物和空气或氧气从中通过并在其中保持填充基质即可。

填充基质30可由许多不同种类的材料制成，如矿物、碳基质、陶瓷、金属基质、木片、聚合物或塑料等。这些基质材料的例子如本文上面所描述，并在此全部以引用方式并入。填充基质的一个重要的方面是它们可为有助于将大量氧溶解入废水中的任意尺寸、形状和种类。溶解的氧的量为：每一百万重量份的废水，至少1重量份，理想地至少约2重量份，优选地从约3重量份至约8重量份。

包含在管40内或非管区域42内的填充基质30可与上文所描述(以引用方式全部并入)的相同或不同，并具有高的平均表面积，是多孔的并在其内具有大量孔。具体填充基质的种类将取决于正处理的液体废水的种类而发生变化。本发明的一个重要的方面是采用多种基质。不同种类的基质30允许微生物附着至最适合它们的基质上。不仅在整个反应器中创建种类众多的微生物，而且某些微生物还被允许在特定的基质上比其它基质上更繁盛。优选地，使用多种填充基质，如，独立地，2、3或4种，多至更大数目如约10、20或30种，通常采用约2种至约5种或10种。

已发现在其侧壁上具有穿孔的管与位于所述管内的填充基质的组合能有效地在废水中产生溶解氧，并导致废水的良好生物整治。管穿孔还允许空气和液体废物流进和流出所述管。

虽然反应器的非管区域42可独立地包含多种另外的填充基质30，但期望的是，它们仅在其中包含一种填充基质。仅采用一种填充基质的优点体现于对反应器进行维护的过程中。在维护过程中，将基质在不混合的情况下取出是重要的。仅具有一种基质能保证在取出时将不会有混合，而未混合的基质可在将来重新用于同一或不同反应器中。对基质的量能进行控制对反应器的有效性也是重要的。当基质混合时，就会失去控制。非管区域42中的填充基质的具体类型也将随正处理的废水的组成和种类而有所不同。

至少一个管，理想地大多数管，且优选地所有的管在其顶端开口，使得空气和溶解氧能容易地离开管，并进一步促进管上面部分的良好混合。因此，避免了死氧区(deadoxygen zone)。

理想地，大多数，且优选地所有的管都具有穿孔的底部，水平壁部分43，而穿孔的尺寸能保持填充基质于其内，但允许液体废物和空气自由地从其通过。底部壁穿孔44因而允许来自气腔18和微孔扩散器16的空气迁移进入管40(如图22A的中心管40)的底部。这一方面直接促进空气的良好混合，并将氧溶解在液体废物中，还提高微生物的浓度以促进生物整治。该方面还在其底部右手部分的图22C中示出。

在图22A的右下部分中，示出了一个实施例，其中在底部水平端壁43上具有穿孔44的管40位于圆柱形的底盖48上，该底盖在其顶端开口。但是，底盖48的底部没有穿孔。当所采用的填充基质类型是一定程度上可降解的，如得自天然材料的那些(如碳基质，诸如木炭、煤炭、木片等)时，在使用中它们可劣化并分解成非常细的颗粒以粉尘、细微碎片等沉入底盖48。不是保留在反应器内，管40可与底盖48一起移出，将其中的粉尘从管中移出。如果填充基质被降解，或者发生填充基质沉落(setting)，可移除顶盖47，并将另外的填充物添加至管中。随后，可将管40和底盖48放回到反应器中。这些操作在延长的时间段内提升反应器的溶氧效率。底盖48单独地可从不同管上移除或不可移除。

盖47在反应器废水平面上面的一垂直距离处封闭管的顶端，从而防止填充基质在反应器倾斜时被从其中排出。盖47优选在其顶部具有穿孔，从而与管侧壁上的穿孔一样，将填充基质保持在管内，但易于使气体(例如空气)从其中流过。该盖可采用与管相同的材料制成，且可以任何合适的方式附连至管上，例如摩擦配合、螺纹结合等。任选地，所述管不必具有盖，但这种情况是不期望的。

本发明的另一个实施例示于图22D中，其中采用多孔袜状物(sock)50将一种或更多种填充基质保持在其内。优选地，在每一袜状物中仅采用一种基质。而且，多个袜状物50可在每个管40中彼此上下堆叠，其中每个袜状物50可仅包含一种但不同种类的基质。通过将袜状物悬挂在带有活性好氧微生物的已有废水中，这些袜状物允许基质被微生物预先接种。袜状物的使用还允许检查随着时间的流失多少特定种类的矿物基质被耗尽。通过评价袜状物的初始设定与使用后实际移出(可能的降解)之间的重量差还可测量矿物基质的耐久性。

所述袜状物可便利地位于一个或多个管40中，且包含部分量的位于管道中的填充基质，或包裹(envelpe)所有的管中的填充基质。因此，管中的部分或所有的填充基质在不将管40从反应器移出的情况下就能便利地移出。一个优点是，当液体废物的环境已经改变时，各个管中的部分或所有填充基质可被移出并用不同类型的填充基质替换。另一个优点是，管可用不同的微生物重新填充。当然，空气和液体废物材料可流进和流出所述袜状物。

袜状物50可由通常不易降解的任意种类的材料(如聚合物和天然纤维)制成。

理想地，反应器包含至少一个竖筒9，该竖筒9在其侧面以及水平顶端部分和水平底端部分具有穿孔。虽然该竖筒可包含填充基质，但优选地，其基本上不包含任何基质。也就是说，在该竖筒内的任何基质的量一般以体积计，少于约20％，或少于约10％，理想地少于约5％，且优选地少于约2％，最优选地是没有。采用高于这些量的填充物将显著降低反应器单元的有效性，并需要维护以去除各种填充基质。

采用竖筒对于反应器的有效运作是必要的。竖筒允许来自空气供应管线5的空气不受阻碍地从压力气腔18向上行进至反应器的顶部，从而对废水施加持续的上拉。换句话说，通过一个或多个竖筒的总体上不受阻碍的空气形成气泡形成向上的小气流，该小气流迫使废水更快地移动通过系统，并且还促进废水和其上包含微生物的填充基质的混合，从而导致更短的停留时间、更大量的溶解氧进入到废物液体中以及强化的生物整治。液体废物可不受限制地进入到该竖筒中并与其中的氧气混合，而且从该竖筒流出到周围的反应器区域中。

图22A至图22D给出的反应器的操作类似于上面关于多阶段反应器所描述的，因而在此以引用方式全部并入。概括而言，穿孔管40填充有填充基质，填充基质带有附着、结合或以其它方式施加至其上的需要的微生物，或者随后用附着、结合或以其它方式施加至其上的需要的微生物处理。多种不同类型的基质30可独立地在一个或多个管中使用，以及多种不同类型的微生物独立地在一个或多个管中，以生物整治液体废物。非管反应器区域42也具有添加至其的填充基质，这些填充基质独立地包覆有或包含一种或多种不同的微生物。然而，这些填充基质优选地如上所述，仅有一种类型。

随后，将液体废物添加至反应器，将来自空气源1的空气通过空气管线5添加至气腔18。比水轻的空气将自然地向上流，通过各个管，非管反应器区域和竖筒9，从而导致彻底混合，空气和氧气溶解进入废物材料中，通过向上的流动实现生物整治。为了生物整治液体废物中的各种类型的化合物，采用多种不同类型的微生物。当一种类型的废物化合物供应量大时，微生物的数量将增加，以消化和消灭该废弃化合物。如所指出的，微生物优选结合至孔或基质，使得它们不被冲走或流出反应器。由于本发明的通常高的氧溶解水平和长的保持时间，在到达反应器的顶部时，液体废物通常已被处理。一般而言，经由在另外的反应器中的随后处理，液体废物通常可被完全处理。经由随后通过常规系统和/或工艺消毒，就能获得净化。

如果不包含袜状物的特定管中的填充物降解，其水平将下降，可仅将另外的填充物添加到该管的顶部，使得其被完全填充。如果在管中采用了袜状物，降低的填充物水平则可通过打开袜状物并往其中加入另外的填充物进行校正。另一种选择是简单地将其用新的袜状物更换。

如所指出的，采用底盖48能收集降解的或像粉尘的填充物，因而不阻止，而是允许空气通过特定管的底部进入。随反应器的延续使用，各种单个的管可被移出，重新填充并重新插入到反应器的主体中。然而，为了能够移出管，围绕位于未穿孔反应器壳体11中的所有管的基质有利地必须移除。如果非管区域42的基质未移除，周围的基质将填充进入由于管移出而留下的空隙空间(void space)中，从而阻止新管或同一管重新插入。作为另外一种选择，如果采用袜状物50，则其中的填充物可被移除，重新填充，然后插回管中，而无需将管从反应器中移出。

由于图1、5和7中所给出的分隔器在反应器管实施例中并不采用，所以能够容易地接触和更换反应器中选定的或全部的不同类型的基质。例如，在维护或更换采用的一种或多种微生物和/或一种或多种填充基质时，包含袜状物的各个管可在不需要移除任何剩余的填充基质和/或微生物的情况下而进行维护。因此，例如针对改变的废水环境的快速和有效的更换操作就能实现。有限量的填充基质的改变而非整个反应器内容的改变还导致各种填充基质的减少的移动、摩擦接触等，从而导致各种填充基质的更少的破坏。其它的优点包括该反应器可适应于废水环境。此外，在给定环境中，可将一种基质移除而用更有效的基质替换。另一个优点是，针对更换填充物的停机时间减少，从而增加废水的处理时间。

图22A至图22D示出的本发明的管反应器40可部分或全部替换如上述所讨论的各种多腔室反应器，例如图6以及图8至图13中所示出的，不管该管反应器是位于池内、容器等内，还是位于自然环境，如池塘、湖泊等中或其外部。而且，所述管反应器可与各种类型的循环(recycled)使用的生物整治系统，如图6以及图8至图13所示的那些一起使用。因此，对各种生物整治系统，如图6以及图8至图13所示的那些的描述在此全部以引用方式并入，且为简洁起见不再重复。

废水曝气处理设施或池

废水曝气处理池在本领域和文献中是已知的，并且是美国使用的用于对废水进行曝气以净化、处理和去毒等的骨干部分(mainstay)。废水由工厂、制造设施、造纸厂、市政污水处理厂等产生。

迄今为止，针对二氧化碳的还原、许多井水中发现的铁和锰的氧化、氨和硫化氢的还原、以及针对细菌控制，在处理厂(商业的或市政的)中，曝气通常被用来处理水。存在两种通用方法之一，即瀑布曝气法(water-fall aerated)和空气扩散法(air diffusionmethod)。后者效率更高。

空气扩散系统通过将空气通过多孔扩散器、过滤器(strainers)、多孔板或管子泵入水中曝气。理论上，通过扩散进行曝气比通过瀑布曝气更好，因为通过水上升的细小气泡不断地暴露于新鲜的液体表面，从而单位体积的空气提供最大的水表面。而且，气泡在水中上升的速度远低于自由下落的水滴的速度，从而提供更长的接触时间。当水流与上升的气泡逆流时，能实现最大的效率。

在图23中给出了一般的废水扩散处理系统，其包括5个阶段：

初步处理(1)

使用大型栅栏(bars)或筛网从流入的废水(进水(influent))中去除大块垃圾的物理过程。通过在此初始步骤中去除大垃圾，该阶段保护主污水系统和设备免受潜在的损害。

初级(Primary)处理(2)

当废水进入初级处理阶段的沉淀(sedimentation)池(沉降池(settling tanks))时，水的流速会降低。这样可使较重的固体沉淀到池底部，而较轻的颗粒则浮到顶部。沉淀的固体(一次污泥)被泵送到另一个区域进行进一步处理。漂浮材料被撇去。然后，剩余的经部分处理的废水被移至处理实施中的下一个阶段。

二级处理(3)

二级处理(活性污泥法(activated sludge process))是生物阶段。空气被引入废水曝气池。空气流搅动废水和污泥，然而，是氧气从其气态到液态的转移实际上刺激了废水中自然存在的细菌和其它有益生物体的生长。通过促进这种细菌的生长，这些微生物分解并消耗了大部分有机物质。被曝气的废水进入最终的沉淀池，在那里额外的颗粒会沉到底部(二次污泥)并被物理去除。剩余的废水现在进入消毒阶段。

消毒处理(4)

消毒处理将氯气(次氯酸钠)引入半处理的废水中，目的是杀死有害的致病生物。完成此过程后，现在将处理后的废水称为“出水(effluent)”，并被批准排放到当地水道(溪流、河流、湖泊)中。

污泥处理(5)

该处理阶段涉及一次污泥和二次污泥的收集和处置。

上面描述的本发明的反应器R可被改进为具有开放(open)底部区域，使得当在包括采用空气扩散器的污水罐的常规废水曝气处理池中使用时，实现了生物整治。作为另外一个选择，可以制造具有所述开放底部区域的新反应器。

改进的或新的开放式底部阶段反应器

本发明的阶段反应器R可以按照上文所描述的方式制造，并通过引用方式完全并入，例如在图1、5和7中所给出的，但它们包含一个开放底部区域55。也就是说，上述8,372,285的阶段反应器(在此通过引用全部并入本申请)可以进行修改或从头开始(即新的)制成为包含一开放底部区域(例如，在间隔15A下方)通常具有支腿(legs)60并且通常缺少，即，其部分地没有或完全没有(即不具有)(参见图1、5和7))底板19、废水入口2和21、微孔扩散器16、空气或氧气进入管1和5以及底部侧壁(bottom side wall)11。

术语“开放底部区域”是指至少部分量的或一部分包括底板19或任选地侧壁11或两者的反应器底部区域缺失或完全去除，使得有效量的废水例如污水可进入阶段反应器R的底部并在如图24所示的废水曝气池中被处理，即被生物整治。例如，开放底部区域或腔室55至少部分地没有反应器底板19，例如至少约30％，理想地至少约50％，并且优选地至少约70％、80％或90％的反应器底板19的总面积被去除，且优选地去除整个底板19。也就是说，所述阶段反应器可没有底板。作为另外一种选择，在另一个实施例中，底部区域55可以在底部分隔器15A与任何底板(未示出)、基底(substrate)或地面68之间部分地没有反应器R底部侧壁区域11，以使得至少约30％、理想地至少约50％，且优选至少约70％或80％的底部侧壁区域11的总面积是没有的，并且优选地去除整个底部侧壁11。因此，存在有效的开放区域，从而发生废水的有效生物整治。换句话说，“有效量”的废水可流入底部开放区域55，并在合理的时间内被有效地生物整治。通常存在诸如支腿60的支撑，以支撑改进的阶段反应器R，并且具有足够的高度，以使得所述有效量的废水可以流入底部开放区域55。这种支腿可以包括支柱、杆、条等。支腿60可以是独立的支腿，或者可是未被去除的底部侧壁11的一部分。在任何情况下，都存在足够数量的支腿，这些支腿与废水曝气池70(例如，混凝土底部68)接触、搁置(rest upon)在其上，以支撑阶段反应器R的重量并为其提供稳定性，也就是说，它不会倾斜移到一侧或另一侧。

阶段反应器R的底部区域的另一种改型一般是去除微孔扩散器16，参见图1、5和7。即，阶段反应器R至少部分地没有或优选地完全没有扩散器(即可没有扩散器)，因为扩散空气被允许由废水曝气处理池70进入阶段反应器R，而该废水曝气处理池70固有地具有位于其底部的扩散器，。

关于底部开放区域，可至少部分或全部没有，例如去除或消除的阶段反应器R的其他项目(items)或结构(参见图1、5和7)是空气供应管1和空气进入管5以及任何空气引入泵26，其向阶段反应器供应空气。即，反应器可不具有空气或氧气管1、空气进入管5或空气引入泵26。更进一步地，阶段反应器R和废水入口2或21可是部分或全部没有的，例如被去除或消除，以获得本发明的改进的开放底部区域或阶段反应器R。也就是说，反应器可没有废水入口2或21。但是，由于多孔分隔器15A保持并支撑生物整治阶段反应器R的填充基质30，因此保留了多孔分隔器15A。理想地，保留竖筒9，因为需要它将空气拉动通过反应并促进废水与填充基质的混合。此外，填充基质30的类型及其孔大小和表面积可与上面针对图1、5和7所描述的相同，在此通过引用全部并入。

如上所述，常规的标准废水曝气处理池70在其底部包含空气扩散器，其中空气和/或氧气被允许进入曝气池。根据本发明，已经发现，通过这种标准的常规废水曝气处理池向一个或多个改进的好氧阶段反应器R提供足够的曝气量，例如从一个到相邻的几个，或甚至100个或更多个改进的阶段反应器，使得废水得到有效和协同的生物整治，从而产生上面描述的优势，诸如空气和/或水更好溶解，提升的废水吞吐量，提高的电能节约，提升的经济利益等等。

除了上面提到的包含来自市政污水处理厂生产或工业设施的废水的废水曝气处理池之外，其他废水源也可被允许进入如图25所示的本发明的采用改进的开放底部阶段反应器R的废水曝气处理池系统中。此类废水的其它来源包括沼泽、池塘、湖泊、沼泽、溪流、保存区等，它们在其中含有不想要的废物，例如受污染的水、藻类等。对于图1-图21中包含的反应器的实施例，开放底部阶段反应器R可在其中使用，例如在图6、8、9、11、12、14、15以及图17-图26中使用。

一个或多个改进的阶段反应器R或任何具有相同特征和结构的新的开放底部阶段反应器可放入废水曝气处理池70中，其空气扩散器的上方，使得来自在池70的外部延伸的进气口或输入源72的空气通过空气管74输送到多个扩散器出口76，借此使废水曝气。当然，由于气泡比水轻，因此如上所述，气泡和废水被向上转移通过反应器R，被生物整治。阶段反应器R将对废水进行生物整治，即对其进行处理，从而生产出干净、清澈的含水产品。为了有助于生产这种清澈，纯净的水，除了用氯消毒以外，可以使用任何常规的实际流动方案(practical flow scheme)。例如，对于图24中所示的废水曝气处理池，可将废水引入到池的一端，并从池的另一端抽出，从而实现关于废水生物整治的所需的流动模式。本发明的开放底部反应器的另一个优点是实现了意想不到的、大大改善的生物整治。由于本发明的反应器不需要任何电力，因此能效也得到提高。

这样的清洁水具有许多非饮用用途，例如给植物、灌木、树木等浇水，给草浇水和给池塘充水，在发生火灾时的紧急情况下使用。本发明的另一个显着优点是处理后的水中具有大量的，且数量显著增加的微生物，这些微生物可用于有效处理污染的水体。此类微生物的生物多样性也大大提升。此类微生物的存在对于意外的毒性事件非常有用，并大大提高了对其进行生物整治的机会。本发明的另一个显著改进是迄今通常困扰市政处理厂的生物污泥的量大大减少，因为唯一的消除生物污泥的方法是将其倒入坑中。本发明的改进的开放底部区域阶段反应器R提高了产生的空气的效率，因此需要较少的空气溶解在处理的水中。

改进的或新的开放底部区域管反应器

关于美国专利第9,162,909号中的管反应器R(在此通过引用全部并入)，图9的实施例通过参考结合于此。对作为图22A的剖视图的图22C的实施例进行改进的方式可与针对图1、5、7和图25中给出的阶段反应器R的改进的描述相似，在此通过引用全部并入。作为另外一种方式，它可从头开始建造以包含开放底部区域55。这种改进的管反应器在图26A中示出。一种改进是部分或全部删除各种底部项目，例如图22C中所示的反应器底板19，使得废水能完全进入反应器R的底部。换而言之，图26A中管反应器R可部分无底板19，例如基于其总面积至少约30％或至少约50％，理想地至少约70％无底板，并且优选地完全(100％)无底板，例如被去除或消除。也就是说，图26A的管反应器可没有底板。另一个重要方面或改进是，去除了微孔扩散器16下方的有效量的反应器R的实心(solid)外(侧)壁11，以提供开放底部区域，使得足够量的水可以容易地从反应器的外部径向流入反应器R下方的区域。通常，开放底部区域55至少约30％，理想地至少约50％，优选地至少约70％没有，或完全没有(无，例如被去除或消除)位于分隔器17下方的反应器R的实底部外壁(侧壁)区域11径向周长(radial circumference)，除了任何需要的可用作支撑的部分。理想地，整个底部侧壁11被去除并且由两个或三个或更多个支撑物，例如支腿、杆、条、支柱60等代替。管反应器R还至少部分地没有任何微孔空气扩散器16，且优选地没有任何微孔空气扩散器16，并且仅包含底部分隔器17来代替它，以将填充基质保持在其上。即，所述管反应器可不具有扩散器。与图25的实施例一样，图26A的管反应器R也部分没有或优选地完全没有(即被消除或去除)空气或氧气供应管或导管1和5以及进气泵26(例如在图22A-图22D中使用的)。也就是说，所述管反应器可不具有空气供应管或导管5。然而，期望保留竖筒9。

至少一个穿孔管40在其中包含一种或多种不同类型的填充基质，如上文以及也在美国专利第9,162,909号中所描述的，在此通过引用全部并入。可包含在管内的一种或多种不同基质的量按体积计，通常，独立地，基于任何特定管的总容积，为至少约50％，理想地为约至少60％或至少约70％，优选为约80％或约90％且优选为100％。通常，利用多种不同的填充基质来处理要被生物整治的不同类型的物质，例如，一些基质在处理酸性物质方面更好，而其它的在处理碱性，即低pH物质方面更好。

图26B是图26A所示的开放管反应器的俯视图，示出了可位于反应器R内的几个管的可能的布置。可存在许多不同的布置。如上面刚刚提到的，穿孔管40可在其中独立地包含一种或多种不同类型的填充基质。如从图26B容易明显知道的，任何单个的反应器管40理想地在其中包含如上所述的填充基质。如图26B所示的，在多个管之间的区域被称为非管区域。这些区域通常是开放的，但是也可是封闭的，为一种格式、图案、设计，在这种非管区域中的任何填充基质都被限制在其中。“开放”管区域是指一区域，其中任何填充基质对周围的其它管开放，例如在将反应器R安置到所需位置之前反应器R摇动时，例如，可在整个单个特定管中存在相当平的填充基质30。

根据本发明，期望一根或多根管40在其中包含填充基质，例如以上面描述的量，并且优选地，所有此类管在其中包含填充基质。至于各种非管区域，它们通常可在其中例包含填充基质，诸如在“围住的”或“封闭的”非管区域42A以及在“开放的”非管区域42B中包含填充基质。作为另外一种选择，期望非管区域，即“封闭的”区域和“开放的”区域在其中均不包含填充基质。一个或多个非管区域中的填充物类型可以独立地选自与可在管40中使用的填充基质相同的填充基质。

对于在管中包含上述一种或多种不同类型的填充基质的反应器，任何“封闭的”非管区域，例如42A，可在其中具有填充基质，而反应器R的其余的“开放的”非管区域42B在其中没有填充基质。作为另外一种选择，一个或多个“封闭的”非管区域42A可在其中不具有填充基质，而“开放的”非管区域42B可在其中具有填充基质。当填充物被包含在一个或多个管40中，且也包含在任何非管区域42中时，竖筒通常是优选的。但是，虽然效率较低，但不必使用竖筒。在一个填充物存在于一个或多个管40中但不存在于非管区域42中的实施例中，优选不使用竖筒。然而，尽管不是优选的，可在该实施例中使用竖筒。

上述改进的图22A-图22D的管反应器R或具有相同特征和结构的任何新的开放底部区域管反应器可用于任何商业废水处理系统，其中它们被放置在一个或多个空气扩散器(曝气器(aerators))76上或上方，例如，如图24所示。因此，取决于废水处理系统，如图24所示，如在非常大的废水处理池系统中，可以使用一个到约几个，甚至100个或更多的改进的管反应器。即，本发明的图26A涉及一种如上面所描述的管反应器，其中，底部侧壁以及底板19已被去除，并且被放置在常规的空气扩散系统上。改进的或新的管反应器R通常由支腿60(或部分底部侧壁11)支撑，支腿60(或部分底部侧壁11)搁置在并接触废水曝气处理池70的底部68(例如混凝土)。在操作中，管反应器R被放置在废水曝气处理池70中，废水曝气处理池70中包括空气输入源72、将空气或氧气供给已在其上放置了改进的管反应器的扩散器76的空气管道74。空气输入源72具有位于池70外部的进气管(未示出)。因此，存在开放底部区域55，其中来自常规废水曝气处理池的废水可容易地流入改进的管反应器R并被其生物整治。进一步的改进是，图26A的阶段反应器与关于图25的就被移除的管反应器的各个部分(例如，以数字1、5、16、19、43、45和48表示的各个项目或零件)阶段反应器的改进相似。也就是说，新的或改进的管反应器R不需要一个或多个此类零部件，且理想地不需要所有的此类零部件。

对于改进的管反应器R，如图图26A所示，相比图22A至图22D的反应器，其优点包括改善的空气中氧气的溶解度，提升的废水吞吐量，提高的能源节约，以及生物整治操作经济效益的提高。由图26A所示的改进的或新的管反应器系统产生的干净的水可用于上面关于新的或改进的阶段反应器所描述的许多应用，在此通过引用完全并入，包括污泥减少和微孔的生物多样性。

高流量管反应器(HFTR)

本发明的另一个实施例涉及如图27和图28所示的新的和改进的管反应器(HFTR)。HFTR可以在废水环境中用作独立(stand-alone)单元。即，不与包含空气扩散器76的废水曝气处理池70相关联。图22A、图22B、图22C所示的管反应器以及图26A和图26B所示的改进的管反应器的上面的描述的所有方面在此以引用方式全部并入(但下面给出的任何不同的结构描述方面除外)。

HFTR反应器外壁90通常可具有任何截面形状，例如正方形、矩形、圆柱形、椭圆形等，并且优选地为椭圆形或圆形。关于开放底部管反应器，与关于图26A和图26B的相同。HFTR反应器外壁90是实的且连续的，并且不包含，即其中没有任何穿孔。壳体或外壁90可由上面描述的各种类型的材料制成，诸如陶瓷、矿物、碳基板，金属，并通过引用完全并入，其中优选的是聚合物或塑料。理想的塑料包括各种类型的聚乙烯、聚丙烯、聚酯，优选聚氯乙烯(PVC)。

HFTR在其中包含多个反应器管80，其可由各种塑料制成，其中优选聚乙烯和/或聚丙烯。理想地，填充管80彼此靠近并且如图27和图28所示通常彼此接触，或者在管80之间可存在狭窄的开放空间91。管80在其侧壁部分中具有穿孔81。穿孔的形状可变化，其中圆形或椭圆形穿孔是理想的。穿孔的存在允许水性废水组成物和氧气和/或空气从中流过，并提供空气与未示出的管填充基质的额外混合。基质通常存在于整个管80中，即占管80容积的至少50％，理想地至少70％，优选地至少90％或最优选地100％，并且其中具有一种或多种不同类型的填充基质。

本发明的一个重要方面是非管区域82没有任何填充基质，这意味着至少约70％，理想地至少约80％或90％，并且优选地100％的所有非管体积区域不含有任何填充基质，即其中可没有填充基质30。

利用狭窄或小的非管区域82的出乎意料和协同的结果是，产生了改善的充足的从其中流过的空气和/或氧气，从而导致生物整治的改善。因此，出乎意料的是，已经发现该改进的流动消除了对任何竖筒的需要。换句话说，高流量管反应器在其中没有且不包含任何竖筒。

当在常规废水环境中使用时，本发明的独立HFTR生产出具有许多优点的干净、清澈的水。所述干净、清澈的产出水具有小于约50毫克/升，理想地小于约30毫克/升，并且优选地小于约10毫克/升的低生物需氧量(biological oxygen demand(BOD))。其总氮含量也低，例如约10毫克/升，理想地小于约5毫克/升，且优选地小于约1毫克/升。总可溶性固体(total soluble solids(TSS))也低，例如约小于100毫克/升，理想地小于约50毫克/升，且优选地小于约20毫克/升。

管穿孔81的尺寸允许空气和/或氧气以及废水从中流过，但是足够小，从而一种或多种不同类型的填充基质不能从中流过。填充基质可具有有助于将大量的氧气溶解到废水中的任何尺寸、形状和类型，如上面所描述的。基质材料的类型可与上文中所描述的相同，在此通过引用全部并入。填充基质的平均粒径为约0.3毫米至约10毫米，理想地为约0.5至约6毫米。可以使用一种或多种不同的基质，其中具有不同微生物的多种不同的填充基质是优选的，因为它们能减轻不同的生物和环境条件，例如某些微生物在酸性环境中更高效，而另一些在碱性环境中则更有效。

HFTR发明的一个重要方面在于，填充基质在其中具有孔。孔的最大尺寸可以在宽范围内变化，例如从至少约1微米至约150微米或250微米，或高达500微米。理想的孔尺寸通常范围为约4微米或约20微米或约30微米或约50微米至约75微米或100微米。孔通常不仅存在于基质的表面上，而且还存在于基质的内部，并且可以完全延伸贯穿其中，使得基质具有“开放的孔结构”。

HFTR发明的另一个重要方面是填充基质具有高的表面积，例如约每立方米至少100平方米(M²/S³)，理想地是至少约500(M²/M³)至约1000(M²/M³)，甚至200000(M²/M³)，其中M²是表面积，M³是体积。更理想的范围是从约500(M²/M³)或800(M²/M³)到约10000(M²/M³)。

为了实现废水的生物整治，填充基质包含一种或多种，理想地，多种不同的通过不同的机制起作用以实现生物整治的微生物。这些机制包括根除、与其反应、形成复合物、分子分裂、形成例如二氧化碳、水、二氧化硫、亚硝酸盐、硝酸盐以及氮等的新化合物。此类微生物一般是由细胞构成的且能够不需宿主细胞而复制。不同种类的细菌为数众多，且为该技术领域及文献中已知，并包括可生物降解含碳化合物的细菌，例如各种假单细胞菌(如，泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌)；生物降解含氮化合物的细菌，例如硝化杆菌属(如，维氏硝酸杆菌)及亚硝酸单胞菌属(如，欧洲亚硝酸单胞菌)；以及生物降解含硫化合物的细菌，例如硫杆菌属(如，脱氮硫杆菌)等等。其它微生物包括各种真菌，例如天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌。通常，它们缺乏叶绿素，具有由多糖(有时为多胜肽及几丁质)构成的细胞壁，并且为有性或无性繁殖。原生动物为简单微生物，其由大小为亚微观的至肉眼可见的单细胞机体所组成。原生动物的种类包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门。优选地，在本发明的同一生物整治管中存在至少两种或三种，甚至四种或更多种类型的微生物，因为已发现它们摧毁、根除、消除各种含碳化合物、各种含氮化合物、各种含硫化合物、各种有毒化合物等或与这些物质反应。

本发明的HFTR包含底部分隔器83，该底部分隔器83用作将填充基质保持在其上方并防止其从反应器90掉出。因此，底部分隔器83的穿孔84的尺寸通常为使得可将填充基质保持在其中，但自由地使含水废物以及空气和/或氧气从中通过，进入管80的底部，并进入非管区域82。它们通常具有很小的尺寸，即微孔，以从空气中分散氧气进入反应器。HFTR还包含空气和/或氧气进入管86，其通常从反应器的顶部向下延伸穿过各个反应器管80之间并穿过底壁分隔器83进入位于分隔器83下方的腔室85中。该腔室包含各种类型的支撑，例如在分隔器83下方延伸的一个或多个支腿87。HFTR没有底板。所述支腿通常可由任何合适的材料(例如，不锈钢、各种塑料和其它防水材料)制成，并在位于HFTR周围的多个位置延伸。通常，并且理想地，支腿87可为反应器容器侧壁90的延伸部。如果采用后者，则位于底部分隔器83下方的侧壁90底部中的开口(未示出)在侧壁内存在，使得足够量的废水可进入腔室85并被生物整治。因此，反应器没有废水进入管。支腿可以搁置在地面或例如混凝土的基底89上。在腔室85中，来自进入管86的空气和/或氧气沿着分隔器83的底部分散，从而，由于比废水轻，空气和/或氧气进入分隔器83的底部穿孔84并穿过其上升，进入管80的底部，并且还穿过管穿孔81将所需的氧气从空气中供应至包含在填充基质上且通常在填充基质的孔内的整治微生物。填充基质作为障碍物，因此减慢了空气中所含氧气流动通过反应器，从而增加了氧气与各种各样的一种或多种微生物的反应时间。也就是说，平均而言，与空气可迅速上升通过反应器的其它系统相比，塔的顶部处的空气具有在其中发生反应的更大量的氧气。结果是可节省大量的能源成本，因为可使用较小尺寸的泵，这与市政污水处理厂通常使用的现有商业废水曝气处理池70不同。换句话说，由于反应器内溶解氧的量增加了，因而需要更少的含氧空气，使得通过各种微生物可处理更大或更多量的废水或其他生物质。

通过非管区域82的空气也产生上升气流，该上升气流增加空气和/或氧气混合进入填充的管80，并且消除了对任何竖筒的需要。也就是说，如所描述的且如图27和图28所示，HFTR不包含任何竖筒，因此可没有竖筒。如上面所描述，相对于图22和图26的管反应器，在BOD、氮含量和TSS方面获得了意想不到的改进。

在另一个实施例中，开放底部阶段反应器(图25)，开放底部管反应器(图26A和图26B)和高流量管反应器(图27和图28)可由三脚架支撑，其中三脚架的顶部连接至反应器。其它实施例包括四个或更多个支腿。代替用于支撑的支腿，本发明的开放底部阶段反应器、开放底部管反应器和高流量开放底部反应器可通过金属丝(wire)、绳索等悬挂，或者由漂浮装置通过任何常规方式支持在要处理的废水主体中。在又一个实施例中，高流量开放底部反应器可在废水中处于水平位置，在其中可任选地采用直立竖筒或直立间隔(spacer)。

HFTR理想地不包含位于反应器的支腿87下方或沿着反应器壳体90的任何底部、用作底部侧壁的任何底板。但是，任何这种底部侧壁90通常没有至少约70％，理想地至少约80％，优选地至少约90％，并且更优选地完全没有，即无底部侧壁90。也就是说，HFTR可没有底板。HFTR通常也没有任何废水进入管或类似物，因为支腿87被充分地间隔开以允许可生物降解的反应量的废水通过HFTR的底部进入。也就是说，HFTR可没有废水进入管。流出物的生物需氧量(BOD)小于约30ppm，小于约20ppm，小于约10ppm或甚至小于约5ppm，具体取决于所采用介质或填充物的量。

尽管已经根据专利法规给出了最佳方式和优选实施例，但是本发明的范围不限于此，而是由所附权利要求书的范围来限定。

Claims

1.一种废水生物整治设备，包括：

其中具有多个生物整治阶段的生物整治反应器，所述阶段由穿孔的分隔器隔开，所述反应器具有底部分隔器；

所述反应器具有位于所述生物整治阶段中的多个多孔填充基质，并且所述基质具有附着于其上的一种或多种微生物；

位于所述反应器内的至少一个穿孔的竖筒管；

所述反应器具有位于所述底部分隔器下方的开放底部区域；并且所述反应器不具有空气或氧气，或两者的进入管，所述阶段反应器具有一个或多个支撑件；以及

所述反应器能够位于其中包含曝气器和废水的废水曝气处理池中。

2.根据权利要求1所述的废水生物整治设备，其中所述生物整治反应器的所述开放底部区域没有扩散器。

3.根据权利要求2所述的废水生物整治设备，其中所述反应器没有底板，并且其中所述支撑件包括一个或多个支腿。

4.根据权利要求3所述的废水生物整治设备，其中所述反应器能够在废水环境中搁置在基底上，在废水环境中漂浮或悬挂在废水环境中。

5.根据权利要求1所述的废水生物整治设备，其中所述多个多孔填充基质的平均表面积为每立方米约100平方米至约200000平方米，并且其中所述多孔填充基质的平均孔尺寸为约1微米至约500微米。

6.根据权利要求3所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质包括矿物、碳物质、陶瓷、金属、聚合物或塑料，或它们的任意组合，其中所述矿物基质包括硅藻土、漂白土、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬、氧化锌、氧化镁、氧化硼、氮化硼、浮石、包括压损熔岩的熔岩、硅钙石、熔渣，或它们的任意组合；其中所述碳基质包括木炭、煤炭、热解木或木屑、活性碳，或它们的任意组合；其中所述陶瓷包括硅酸盐、氧化铝、富铝红柱石、砖、瓷片、硬陶土、瓷器、例如钠玻璃或硼玻璃的玻璃、珐琅、包括氧化铝、碳化硅、碳化硼的耐火材料，或它们的任意组合；其中所述金属基质包括铁、镍、钴、锌、铝，或它们的任意组合；并且其中所述聚合物和塑料包括均聚物、共聚物、或图形共聚物，包括聚苯乙烯或苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、苯乙烯/丙烯腈(SAN)的共聚物、苯乙烯的三元共聚物、丙烯腈和二烯橡胶的共聚物(ABS)、用丙烯酸酯弹性体改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASA)、用乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物以及苯乙烯和马来酸酐的共聚物(SMA)、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚碳酸酯(PC)、热塑性芳族聚酯(TPES)，包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚酯嵌段共聚物、聚氨酯(PUR)、聚苯乙烯和聚苯醚的可混溶共混物(PPO)、聚缩醛(POM)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酰胺-酰亚胺、聚丙烯腈、聚芳基砜、聚酯碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚α醚酮(PAEK)、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚乙烯、聚乙烯和聚丙烯的混合物、尼龙、阴离子或阳离子交换树脂，或它们的任意组合；并且其中所述微生物包括细菌、真菌、或原生动物，或它们的任意组合。

7.根据权利要求6所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的所述平均表面积为约500M²/M³至约10000M²/M³，并且其中所述多孔填充基质的所述平均孔尺寸为约20微米至约100微米。

8.根据权利要求7所述的废水生物整治设备，其中所述一种或多种多孔填充基质包括硅藻土，包括碎熔岩的熔岩、陶瓷、微孔聚苯乙烯、微孔聚乙烯、微孔聚丙烯，或它们的任意组合；并且其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合。

9.根据权利要求1所述的废水生物整治设备，其中所述废水曝气处理池具有一个或多个扩散器，所述扩散器能够将空气和/或氧气释放到所述废水中并使所述废水曝气；并且所述一个或多个反应器能够接收所述曝气的含空气和/或氧的废水并适于对所述废水进行生物整治。

10.根据权利要求8所述的废水生物整治设备，其中所述废水曝气处理池具有一个或多个扩散器，所述扩散器能够将空气和/或氧气释放到所述废水中并使所述废水曝气；并且

所述一个或多个反应器能够接收所述曝气的含空气和/或氧的废水并适于对所述废水进行生物整治。

11.一种废水生物整治设备，包括：

在其中具有一个或多个侧壁穿孔的生物整治管的生物整治管反应器，至少一个所述穿孔的生物整治管独立地在其中具有一种或多种不同类型的填充基质，所述填充基质是多孔的并且在其中具有微孔；

所述生物整治管反应器具有非管反应器区域，所述非管区域的至少一部分在其中具有一种或多种不同类型的填充基质，所述填充基质是多孔的并且在其中具有微孔；

所述管反应器在其中具有附着于所述管填充基质和所述非管区域填充基质的多种不同的微生物；

所述管反应器具有底部分隔器，用于将所述填充基质保持在所述反应器中；

所述管反应器具有至少一个穿孔的竖筒管；

所述管反应器具有位于所述反应器底部分隔器下方的开放底部区域，所述反应器没有空气或氧气，或二者的进入管，所述反应器具有一个或多个支撑件；以及

至少一个或多个所述管反应器能够位于其中含有废水的废水曝气处理池中。

12.根据权利要求11所述的废水生物整治设备，其中所述管反应器没有底板，并且其中所述支撑件包括一个或多个支腿。

13.根据权利要求12所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的平均表面积为每立方米约100平方米至约200000平方米，并且其中所述多孔填充基质的平均孔尺寸为约1微米至约500微米。

14.根据权利要求13所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的所述平均表面积为约500M²/M³至约10000M²/M³，其中所述多孔填充基质的所述平均孔尺寸为约20微米至约100微米，并且其中所述开放底部区域没有扩散器。

15.根据权利要求11所述的废水生物整治设备，其中所述管反应器没有竖筒管。

16.根据权利要求13所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质包括矿物、碳物质、陶瓷、金属、聚合物或塑料，或它们的任意组合，其中所述矿物基质包括硅藻土、漂白土、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬、氧化锌、氧化镁、氧化硼、氮化硼、浮石、包括压损熔岩的熔岩、硅钙石、熔渣，或它们的任意组合；其中所述碳基质包括木炭、煤炭、热解木或木屑、活性碳，或它们的任意组合；其中所述陶瓷包括硅酸盐、氧化铝、富铝红柱石、砖、瓷片、硬陶土、瓷器、例如钠玻璃或硼玻璃的玻璃、珐琅、包括氧化铝、碳化硅、碳化硼的耐火材料，或它们的任意组合；其中所述金属基质包括铁、镍、钴、锌、铝，或它们的任意组合；并且其中所述聚合物和塑料包括均聚物、共聚物、或图形共聚物，包括聚苯乙烯或苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、苯乙烯/丙烯腈(SAN)的共聚物、苯乙烯的三元共聚物、丙烯腈和二烯橡胶的共聚物(ABS)、用丙烯酸酯弹性体改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASA)、用乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物以及苯乙烯和马来酸酐的共聚物(SMA)、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚碳酸酯(PC)、热塑性芳族聚酯(TPES)，包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚酯嵌段共聚物、聚氨酯(PUR)、聚苯乙烯和聚苯醚的可混溶共混物(PPO)、聚缩醛(POM)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酰胺-酰亚胺、聚丙烯腈、聚芳基砜、聚酯碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚α醚酮(PAEK)、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚乙烯、聚乙烯和聚丙烯的混合物、尼龙、阴离子或阳离子交换树脂，或它们的任意组合；其中所述一种或多种多孔填充基质包括硅藻土，包括碎熔岩的熔岩、陶瓷、微孔聚苯乙烯、微孔聚乙烯、微孔聚丙烯，或它们的任意组合；并且其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合。

17.一种废水生物整治设备，包括：

所述生物整治管具有非管反应器区域，其中所述非管反应器区域在其中没有填充基质；

所述管反应器在其中具有附着于所述填充基质的多种不同类型的微生物；

所述管反应器没有竖筒管；

18.根据权利要求17所述的废水生物整治设备，其中所述管反应器没有底板，并且其中所述支撑件包括一个或多个支腿。

19.根据权利要求18所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的平均表面积为每立方米约100平方米至约200000平方米，并且其中所述多孔填充基质的平均孔尺寸为约1微米至约500微米。

20.根据权利要求19所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的所述平均表面积为约500M²/M³至约10000M²/M³，其中所述多孔填充基质的所述平均孔尺寸为约20微米至约100微米，并且其中所述开放底部区域没有扩散器。

21.根据权利要求17所述的废水生物整治设备，其中所述生物整治管反应器在其中没有竖筒。

22.根据权利要求18所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质包括矿物、碳物质、陶瓷、金属、聚合物或塑料，或它们的任意组合，其中所述矿物基质包括硅藻土、漂白土、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬、氧化锌、氧化镁、氧化硼、氮化硼、浮石、包括压损熔岩的熔岩、硅钙石、熔渣，或它们的任意组合；其中所述碳基质包括木炭、煤炭、热解木或木屑、活性碳，或它们的任意组合；其中所述陶瓷包括硅酸盐、氧化铝、富铝红柱石、砖、瓷片、硬陶土、瓷器、例如钠玻璃或硼玻璃的玻璃、珐琅、包括氧化铝、碳化硅、碳化硼的耐火材料，或它们的任意组合；其中所述金属基质包括铁、镍、钴、锌、铝，或它们的任意组合；并且其中所述聚合物和塑料包括均聚物、共聚物、或图形共聚物，包括聚苯乙烯或苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、苯乙烯/丙烯腈(SAN)的共聚物、苯乙烯的三元共聚物、丙烯腈和二烯橡胶的共聚物(ABS)、用丙烯酸酯弹性体改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASA)、用乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物以及苯乙烯和马来酸酐的共聚物(SMA)、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚碳酸酯(PC)、热塑性芳族聚酯(TPES)，包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚酯嵌段共聚物、聚氨酯(PUR)、聚苯乙烯和聚苯醚的可混溶共混物(PPO)、聚缩醛(POM)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酰胺-酰亚胺、聚丙烯腈、聚芳基砜、聚酯碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚α醚酮(PAEK)、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚乙烯、聚乙烯和聚丙烯的混合物、尼龙、阴离子或阳离子交换树脂，或它们的任意组合；其中所述一种或多种多孔填充基质包括硅藻土，包括碎熔岩的熔岩、陶瓷、微孔聚苯乙烯、微孔聚乙烯、微孔聚丙烯，或它们的任意组合；并且其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合。

23.一种废水生物整治设备，包括：

所述生物整治管反应器具有一个或多个非管反应器区域，所述一个或多个非管区域的至少70％的体积在其中没有任何填充基质；

所述管反应器在其中具有附着于所述管填充基质的一种或多种不同的微生物；

所述管反应器没有竖筒；

所述管反应器具有底部分隔器，用于将所述管填充基质保持在所述穿孔的生物整治管中；以及

所述管反应器具有能够允许空气和/或氧气进到所述反应器的空气和/或氧气进入口。

24.根据权利要求23所述的废水生物整治设备，其中所述非管区域的至少80％的体积在其中没有任何填充基质。

25.根据权利要求24所述的废水生物整治设备，其中所述管反应器没有底板，并且其中所述管反应器具有一个或多个支撑件。

26.根据权利要求25所述的废水生物整治设备，其中，所述支撑件为在所述分隔器下方延伸的一个或多个支腿，并且其中所述非管区域的至少90％的体积没有任何填充基质。

27.根据权利要求24所述的废水生物整治设备，其中所述空气和/或氧气进入管在所述分隔器下方延伸，并且能够允许所述空气和/或氧气进入其内。

28.根据权利要求25所述的废水生物整治设备，其中所述反应器具有位于所述分隔器下方的底部腔室，且其中所述空气和/或氧气被分散进入所述腔室中，并且其中所述非管区域在其内没有填充基质。

29.根据权利要求23所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的平均表面积为每立方米约100平方米至约200000平方米，并且其中所述多孔填充基质的平均孔尺寸为约1微米至约500微米。

30.根据权利要求28所述的废水生物整治设备，其中所述多孔填充基质的所述平均表面积为约500M²/M³至约10000M²/M³，并且其中所述多孔填充基质的所述平均孔尺寸为约20微米至约100微米。

31.根据权利要求28所述的废水生物整治设备，其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合，并且其中所述多孔填充基质包括矿物、碳物质、陶瓷、金属、聚合物或塑料，或它们的任意组合，其中所述矿物基质包括硅藻土、漂白土、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬、氧化锌、氧化镁、氧化硼、氮化硼、浮石、包括压损熔岩的熔岩、硅钙石、熔渣，或它们的任意组合；其中所述碳基质包括木炭、煤炭、热解木或木屑、活性碳，或它们的任意组合；其中所述陶瓷包括硅酸盐、氧化铝、富铝红柱石、砖、瓷片、硬陶土、瓷器、例如钠玻璃或硼玻璃的玻璃、珐琅、包括氧化铝、碳化硅、碳化硼的耐火材料，或它们的任意组合；其中所述金属基质包括铁、镍、钴、锌、铝，或它们的任意组合；并且其中所述聚合物和塑料包括均聚物、共聚物、图形共聚物，包括聚苯乙烯或苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、苯乙烯/丙烯腈(SAN)的共聚物、苯乙烯的三元共聚物、丙烯腈和二烯橡胶的共聚物(ABS)、用丙烯酸酯弹性体改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物(ASA)、用乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈的共聚物以及苯乙烯和马来酸酐的共聚物(SMA)、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚碳酸酯(PC)、热塑性芳族聚酯(TPES)，包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚酯嵌段共聚物、聚氨酯(PUR)、聚苯乙烯和聚苯醚的可混溶共混物(PPO)、聚缩醛(POM)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酰胺-酰亚胺、聚丙烯腈、聚芳基砜、聚酯碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚α醚酮(PAEK)、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚乙烯、聚乙烯和聚丙烯的混合物、尼龙、阴离子或阳离子交换树脂，或它们的任意组合。

32.根据权利要求28所述的废水生物整治设备，其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合。

33.根据权利要求30所述的废水生物整治设备，其中所述一种或多种多孔填充基质包括硅藻土、包括压碎熔岩的熔岩、陶瓷、微孔聚苯乙烯、微孔聚乙烯、微孔聚丙烯，或它们的任何组合，并且其中所述微生物包括：包括泡囊假单胞菌、恋臭假单胞菌、嗜水气单胞菌、乙酰短杆菌的假单胞菌属；包括维氏硝酸杆菌的硝化杆菌属；包括欧洲亚硝酸单胞菌的亚硝酸单胞菌属；包括硫杆菌属或脱氮硫杆菌的含硫化合物；天然存在于蕈类、酵母菌及霉菌中的真菌；或包括肉质鞭毛虫亚门、盘蜷动物亚门、顶复动物亚门、微孢子动物亚门、醋孢门、黏体动物亚门以及纤毛虫动物亚门的原生动物；或它们的任意组合。