CN1849267A

CN1849267A - 生物反应器

Info

Publication number: CN1849267A
Application number: CNA2004800241426A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·乌普霍夫
Original assignee: Umwelttechnik Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Current assignee: Umwelttechnik Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: RS20060002A; EP1651575A1; IL172988A0; RU2374185C2; RU2005141750A; CA2531537C; DE10361996A1; WO2005005326A1; DE10330959B4; US20060270024A1; CA2531537A1; JP2007525314A; DE10330959A1; CN100480195C

Abstract

本发明揭示一种生物反应器，其包括一滤网篮，所述滤网篮中容纳一种由多孔载体构成的填料体，该多孔载体具有较高的比表面积。将一种微生物混合物引入此滤网篮，所述微生物混合物较佳包括一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物，从而可发生有机物质的光能分解。根据本发明，所述微生物混合物含有一定比例的光催化活性纳米颗粒。

Description

生物反应器

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1导言所述的生物反应器、一种适用于所述生物反应器的抗生素混合物以及一种用于小型污水处理站的改型套件，该套件是与所述生物反应器一起使用。

背景技术

当镇区或社区不能为业主单独修建到集体排污管道的连接管道时，若处理排出污水的责任转移到业主，则按照规定业主必须建造小型污水处理站。此种小型污水处理站位于所述镇区或社区并且通常担负对生活污水的处理。经过所述小型污水处理站的排出水既可以通过地面吸收，也可以排入附近的开放水域。

多腔室的沉淀槽常常用于污水的机械净化，在多腔室的沉淀槽中，通过沉淀到水底或漂浮到水面的方式移除不溶物质。例如，多腔室的沉淀槽的结构可以是两腔室或三腔室槽，而这些腔室形成于一公共接受器中并且彼此连接，使流经这些腔室的水没有沉淀或漂浮的不溶物质。

特别是比较老的房屋和土地通常具有这种多腔室的沉淀槽，但是，其净化能力一般不能满足立法委员的规定。由于修建具有机械和生物分离阶段的新型小型污水处理站的投资费用较高，因此通常较佳的是以生物级对现有多腔室处理站进行改型。

新型处理站的基本要求是能够对污水、废气或固体中的有机污染物进行可靠的分解，如被污染的建筑物，在过去的淹没期间聚集的由于取暖燃油的泄漏导致建筑物孔隙系统中的油渣。

在文献DE 100 62 812 A1和DE 101 49 447 A1中提出通过抗生素混合物来分解流体和固体中的这些不良有机成分，所述抗生素混合物含有一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物。此混合培养物曾极为成功地用于对城镇和工业污水以及被油渣污染的建筑物的卫生设施的清洁。

在已经公开的专利申请DE 102 53 334中，通过对抗生素混合培养物进行改进实现了抗生素混合培养物的进一步发展，在分解过程中将光敏剂加入有机污染物的细胞中，随后，用光刺激这些光敏剂，形成可加速有机成分分解的单态氧或其它原子团。

然而，发现在特定应用中，这些抗生素混合培养物没有显示出可靠分解有机成分所要求的有效性。

相比之下，本发明的目的在于提供一种能够实现可靠地分解液体中有机污染物的生物反应器，就装置技术而言，其结构较为简单。此外，本发明的另一目的是提供一种适用于所述生物反应器的抗生素混合培养物。

生物反应器可通过组合权利要求1的特征来实现；抗生素混合培养物可通过独立权利要求19的特征以及具有权利要求24之特征的用于净化站的改型套件来实现。

发明内容

本发明提出一种生物反应器，其包括一具有凹口的容器，携带有机物质的污水可从这些凹口流过。在所述容器内配置有一个填料体，下文也称为载体，其具有相当大的比表面积，从而可获得用于污水生物成分的消化和转化的较大物质交换表面。根据本发明，在所述容器内也提供用于分解这些有机成分的微生物。这些微生物呈生物膜(biofilm)形态粘附在多孔载体的孔隙系统内，从而，由于有效的物质交换表面而能够实现极为高效的生物转化。

此载体有利地是呈螺旋形引入容器，其中载体相对于容器可旋转地安装，或者容器相对于载体可旋转地安装。通过适当的流量管理及/或容器的涂层(下文将对其进行进一步描述)并且由于载体的螺旋形结构，可使载体或整个容器旋转，从而与习知结构相比可改善混合并且增强生物转化。

载体可由与应用于承托层上的孔隙系统一起使用的材料形成，或者在另一方面，可将也许机械不稳定的具有较大比表面积的材料引入稳定、双层凹壁中，借此确定载体的机械强度。原则上，也可使用具有较大比表面积的多孔材料载体，例如陶瓷材料。

在本发明的一个优选实施例中，多孔载体由例如聚氨基甲酸酯泡沫等泡沫材料构成，其上涂覆有一种具有催化活性及/或可提供较大吸附面积的材料，例如活性碳或木炭。

根据本发明的一个实施例，较佳的是所述优选螺旋形载体酯的主表面涂覆有一种有利于形成生物膜的材料，例如活性炭；而另一主表面涂覆有一种含有所述抗生素混合物的载体物质。在此结构中，一方面形成生物膜，而另一方面通过催化活性防止在具有所添加的微生物的层上形成生物膜。

将生物转化所需的微生物通过适当的工序管理预先黏附在载体孔隙系统中，或者将其连续供应到工序中。

在本发明的一个优选实施例中，将光催化层应用于容器的内圆周表面和外圆周表面。尤其较佳的是将光催化层以条纹状应用于外圆周表面，其中这些条纹可在生物反应器的纵向上延伸，即，在圆柱形生物反应器中，这些条纹平行于纵轴而延伸。

较佳通过向生物反应器的封闭内部空间内冲孔形成容器的凹口，冲孔毛边向内延伸。通过这些相当锐利的冲孔毛边，在涂层中形成断层，在运行中较佳在这些断层上形成生物膜。

若将由例如二氧化钛或氧化铟锡构成的光催化层至少部分地涂覆在容器壁及/或载体上，则可进一步增强生物反应器的效率。

容器可为其中一个端面自下方打开的圆柱形，或者可为漏斗形。在漏斗形容器中，向下逐渐变细的容器侧壁具有污水凹口，而下端面封闭。即，在漏斗形容器中，水流近似地在径向上通过；而在圆柱形容器中，水流在轴向上自底部向顶部流过。

为了用于净化站，生物反应器具有一定的浮力，从而漂浮在例如多腔室槽的腔室中。较佳的是在垂直方向上可滑动地引导滤网篮，从而可适用于不同的液位。

如上文已提到，可将微生物引入载体材料。在一优选方案中，微生物结合在壳聚糖或生物聚合物中，而载体较佳为涂覆有活性炭的PU泡沫，并使其充满此混合物。

除了含有发光和光合活性微生物之外，本发明的抗生素混合物还含有一定比例的较佳包括压电芯的纳米复合材料，其表面具有光催化活性层。

在优选实施例中，此纳米复合材料具有纤维型结构，长度为20至100nm，直径为2至10nm。

光催化活性涂层具有用以形成极点部位(pole site)的多个凹口。在上述纤维型结构中，在端面形成极点(pole)。

根据本发明的生物反应器可以最低复杂度用于小型污水处理站的改型，但是还可独立地用作处理站的一个处理级(stage)。

本发明其它的有利研发为其它附属权利要求的标的物。

下文中，通过参照示意图对本发明的优选实施例进行更为详细地说明。

附图说明

图1为包括改型生物级的多腔室槽的示意图。

图2展示根据图1的生物级的生物反应器。

图3为图2的生物反应器的截面图。

图4为用于根据图1的改型小型污水处理站的生物反应器的另一实施例的示意图。

图5为圆柱形生物反应器的另一实施例的图示。

图6为图5的生物反应器的填料体的图示。

图7为图5的生物反应器的过滤容器壁的详细图示。

图8为图7的过滤容器壁的截面图。

图9为在生物反应器的运行期间于纳米复合材料颗粒上形成的电磁场的示意图。

图10为在使用本发明的生物反应器期间发生的光能分解的演变图。

1：小型污水处理站 2：生物级

4：机械级 6：3-腔室沉淀槽

8：分隔壁 10：腔室

12：腔室 14：入口

16：凹口 18：液面

20：出口 22：滤网篮

24：垂直导轨 26：凹口

28：端面 30：填料体

32：涂层 34：轴承

36：护套 38：漂浮元件

40：承载体 42：钢管

44：圆棒 46：垫

48：条纹 50：未经涂覆的区域

52：冲孔毛边 54：生物膜

56：纳米颗粒 58：端面

60：极端 62：极端

64：蓝色光 66：红色光

具体实施方式

图1展示小型污水处理站1的截面图，其包括一个由3-腔室沉淀槽4所构成的机械级。目前，特别是在郊区，仍可大量见到此种多腔室沉淀槽。其基本结构为通过分隔壁8将容器6分隔为3个子腔室，图1仅示出其中的第一腔室10和另一腔室12。待净化的污水通过入口14流入该3-腔室沉淀槽并进入第一腔室(未图示)，且可通过分隔壁8中的通道16流出以进入下一个子腔室12，并由子腔室12流入最后一个子腔室10。能够在单一腔室10、12中沉淀的物质通过沉降而沉淀，而漂浮物质漂浮在液面18上。选择出口20使得沉降物和漂浮物质留在腔室10、12内，并且排出净化后的污水而不带走这些污染物。

为了进行生物处理，在腔室10内提供作为改型套件的生物反应器2以构成生物级。此生物反应器的主要部件是一个容器或滤网篮22，在图示的实施例中其为浮船结构，即，其具有足够的浮力以漂浮在待进行生物处理的污水中。为了滤网篮22将定位，在腔室10中设置一垂直导轨24，举例而言，其可支承在分隔壁8及/或3-腔室沉淀槽6的侧壁上(参看图1中的虚线)。滤网篮22被设置为可沿此垂直导轨24在图1中所示的方向X上滑动，从而其可随着液位18在腔室10内像浮船一样上下移动。

在滤网篮22内提供催化活性表面，特定抗生素混合物形成的生物膜形成于其上。在所示实施例中，此抗生素混合物由一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物构成。光合活性微生物与发光细菌之间的相互作用导致该光合活性微生物受到所发出的光的刺激而产生光合作用。微生物与离析物硫化氢和水发生光合作用，同时分别释放出硫和氧气。此外，其还能够结合氮和磷酸盐并且分解有机物和无机物。为简洁起见，关于此抗生素混合培养物的具体组成，请参考同一申请人的专利申请案DE 100 62 812A1和DE 101 49 447 A1。由于参考了这些申请案，因此在描述了这些实施例之后，仅对光能分解的主要步骤进行描述。

抗生素混合物与滤网篮22催化表面之间的相互作用导致有机物质的光能分解。例如，在同一申请人的申请案DE 102 53 334中描述了物质的此种光能分解。

下文将参照图2和3来说明滤网篮22的结构。

在附图中所示的实施例中，滤网篮22在侧视图(图1)中具有近似漏斗状的几何结构，从而滤网篮22的直径自液面18开始向下方成圆锥形渐缩。在所示实施例中，滤网篮22的侧壁是由不锈钢制成，且可至少部分地具有光催化活性涂层。如图2中的点划线和双点划线所示，此涂层可形成于滤网篮22的内圆周壁及/或外圆周壁上。在所示实施例中，滤网篮22是由V4A制成并且具有二氧化钛涂层。也可使用氧化铟锡等替代此二氧化钛。滤网篮22的外圆周壁具有多重凹口26，使得待进行生物稳定的污水可从腔室10进入滤网篮22。滤网篮的下端面28封闭，使得水流实质上在径向上进入滤网篮22。上端面也可被封闭。在此上表面位于液面之上的情况下，不必将其封闭。可交换填料体30容纳于滤网篮22的空腔内，在顶视图(图3)中，其具有螺旋形结构。在所示实施例中，此填料体30是由呈例如成螺旋形不锈钢板的载体材料构成。此螺旋形与滤网篮22的漏斗形结构配合，即，该螺旋形不锈钢板的直径自下而上在轴向上增大。因此，该螺旋形不锈钢板可处于漏斗内的螺旋线形状中，其直径以漩涡方式向上增大。

此螺旋型不锈钢螺线载体的两侧上均涂覆一种泡沫材料，例如，涂有活性炭或与活性炭混合的PU泡沫，并且视情况可涂覆纳米复合材料。PU泡沫形成孔隙系统，其壁上涂覆有活性炭，从而提供较大的物质交换表面。

此涂覆有活性炭和纳米复合颗粒的孔隙系统形成较大的、用于形成生物膜的生长表面，其可呈现出上述机制。

在本发明的进一步改进实施例中，螺旋形填料体30的一侧具有上述活性炭涂层，而另一侧还涂覆有例如由二氧化钛构成的光催化活性表面，该光催化活性表面涂覆于活性炭层或多孔材料(例如，泡沫材料)上。借助于光催化活性层，可加速上述光能过程，但是这些光催化表面阻碍了生物膜的形成，使得生物膜仅形成于由活性炭所占据的表面上。原则上，也可部分地涂覆光催化活性层和生长表面(活性炭)，即，按照由左至右的排布方式仅在侧壁上特定的区域涂覆。

也可使用自身不具有足够强度的多孔体(泡沫)来替代任一侧上具有中心载体和涂层的所述结构。为了提高该填料体的强度，将此芯材引入一载体的双层壁之间，而此双层壁载体可由不锈钢或例如耐酸塑料等其它适合的材料制成。

通过作为媒介物的分配软管将前面提到的微生物引入螺旋形填料体30的中心。但是，也可在填料体的制备期间就将这些微生物连同纳米复合材料一同引入孔隙系统。将微生物与纳米复合材料溶解于壳聚糖且随后通过例如浸渍将添加有纳米复合材料的此混合物涂覆到填料体上的这一试验极为成功，从而省去了对微生物的连续供应，仅需要以固定间隔时间更换填料体30即可。

滤网篮22通过轴承34可旋转地固定在垂直导轨24上。原则上，也可仅将填料体30可旋转地安装，而将滤网篮22、或更精确地说将其护套固定地连接到垂直导轨24，使得填料体30相对于护套可旋转。

前面所述的生物分解期间的温度升高和气体形成、尤其是滤网篮22内所形成的交变电场使得滤网篮22或填料体30旋转，借此一方面可改善滤网篮22内待处理的污水的充分混合，另一方面可改善通过滤网篮22的水流，而填料体30具有可支持污水的流动的螺旋型波状结构。

上述交变电场是在光能过程中产生，并且受到滤网篮22的光催化活性涂层32以及所引入的纳米结构的支持，所述交变电场的功能将在下文中参照图9进行描述。若从生物分解过程所引入的能量不足以使填料体30或滤网篮22旋转，则也可将滤网篮22与独立的驱动机构相连以施加转矩，从而引起旋转。

图4展示生物反应器2的滤网篮22的另一实施例，不同于上述实施例，其非为漏斗形而是为圆柱形。

滤网篮22的护套36的两侧或一侧上同样具有光催化活性涂层(二氧化钛、氧化铟锡)。在此圆柱形护套36内，同样配置有由具有孔隙结构的载体所形成的螺旋型填料体30，其涂覆有催化表面，例如涂覆有活性炭。类似于上述实施例，同样可部分地或在填料体30的特定壁部分上涂覆二氧化钛或氧化铟锡光催化活性表面。

具体地说，在所示实施例中，载体为夹层结构。实际载体材料是由厚度为2-3毫米的VA栅格体构成，其中螺旋结构是由两个栅格表面形成，类似于上述实施例，在所述两个栅格表面之间引入一种具有活性炭涂层的半坚硬、开放式单元PU泡沫。配置于螺旋的向下表面上的栅格棒具有光催化表面，而这些向下主表面上的网目尺寸达到约10-12mm。在形成螺旋的向上主表面的栅格棒上无涂层。此处的网目尺寸约25至30mm。

在螺旋的向下表面上，PU泡沫涂覆有壳聚糖凝胶型材料。在此壳聚糖中嵌入纳米复合材料，其分别构成具有光催化涂层的PZT短纤维压电陶瓷系统。此外，共同嵌入具有典型用于净化站的功能以及生物物理功能的微生物。在阳离子活性乳酸壳聚糖中的PU泡沫芯材的顶侧仅装入需氧微生物。

如前面所述，螺旋形顶侧上的生物膜形成极快，而夹层体的底侧上的生物膜形成受到光催化活性的阻止，伴有更为剧烈的气体(氢气和氧气)形成。如上述实施例中所述，圆柱形滤网篮22的内侧和外侧具有永久性光催化表面。

在此实施例中，螺旋状填料体30的外径也是自下而上增大。不同于上述实施例的是，在图4所示的滤网篮22中，下端面作为待处理的污水的入口横断面，外围护套36不具有渗水性，从而使流向滤网篮22的水流不会像最初所描述的实施例中在径向流动，而是在轴向流动。

初步试验展示，填料体30的PU泡沫已向滤网篮22提供足够的浮力。当此浮力不足时，根据图4所示，可在滤网篮22的上部提供环绕圆柱形护套36的漂浮元件38。

也可使用具有足够孔隙体积的陶瓷材料来替代涂覆有活性炭的PU泡沫。

图4所示的实施例的优点在于护套36的实质上更为简单适于制以及在轴向通流的情况下预期压力损失较低。

下文将参照图5至8说明生物反应器2的另一实施例。

在此实施例中，生物反应器2为圆柱形并且具有一端面开放的圆柱形滤网篮22，在此实施例中，该圆柱形滤网篮是由多孔金属板制成，较佳是由多孔不锈钢板制成。也可使用仅在端面开放的封闭外围护套替代具有凹口的护套。举例而言，该管式滤网篮22的长度为约110cm且直径为35cm。在所示实施例中，较佳为形成于管套中的圆形凹口26的直径约为8mm且中心距为12mm。

滤网篮22围绕呈螺旋形的填料体30，在所示实施例中，填料体30具有一致的外径，其中滤网篮22的内径仅稍大于填料体30的螺旋的外径D。

在所示实施例中，填料体30是由承载体40构成，而承载体40实质上是由与滤网篮22共轴设置的钢管42以及呈螺旋形设置于其上的圆棒44形成。这些圆棒44载有由PUR泡沫构成的螺旋形垫46。圆棒44与钢管轴42成直角，并且刚好到达滤网篮22的多孔圆周壁。根据图6所示，PUR垫46设置于圆棒44之下，从而其在通流方向(图6中自下而上)上得到支撑。

在所示实施例中，滤网篮26为立式，填料体30可旋转地安装于其中。

类似于上述实施例，PUR垫46具有催化活性层，优选为活性炭涂层。离开圆棒44的垫46之下主表面还涂覆有一种生物聚合物，例如乳酸聚合物(PLA)。在此生物聚合物中设置有前面所述的微生物和纳米复合材料。除了PLA之外，或者替代PLA，可采用糖浆(sugar-molasse)或乳酸氨壳聚糖作为载体材料。根据本发明的抗生素混合物还含有微量营养素，例如铝、钙、钴、铜、铁、镁、锰、钼、钾、镍、硒、硫、锌及/或铬。

抗生素混合物还可含有典型用于净化站的微生物。

上文已经描述，在螺旋形填料体30的上侧，生物膜形成极快，而垫下侧的生物膜形成受到催化活性的抑止，伴有剧烈的气体(氢气或氧气)形成。

有机成分的光能分解还得到滤网篮22的光催化涂层的支持。如在根据图7的放大图中尤其可见，滤网篮在其内圆周表面和外圆周表面上均涂覆有光催化活性层，例如，二氧化钛。此层完全涂覆于内圆周表面上，即，正对填料体30的一侧，而根据图5和7，在外圆周表面上，二氧化钛以条纹48的形式涂覆，条纹间保留未涂覆的区域50。这些涂覆和未涂覆的区域48、50在滤网篮22的纵向上延伸。在所示实施例中，条纹48的宽度大约对应于四个孔型凹口26的间距，而未经涂覆的区域50的宽度实质上较小且大约对应于两个相邻凹口26的间距。

在滤网篮22的催化涂层与上述螺旋状填料体30的涂层的共同作用下，在生物反应器的上方出现相当强的电磁场，并且允许分接出一电压或将其用于在滤网篮22内旋转驱动填料体30或者旋转驱动整个滤网篮22。

图8展示了生物反应器2的另一特性。在所示实施例中，圆形凹口26较佳是通过冲孔形成，冲孔毛边52向内突出，即，向填料体30突出。在此实施例中，在冲切出凹口26之后涂覆上述二氧化钛光催化活性涂层32。过去发现涂层通常不会粘附在边缘极为锐利的冲孔毛边52的区域内，从而这些毛边52保持未被涂覆。令人惊奇的是，在生物反应器2的运行期间，生物膜54可较佳地粘附在这些未经涂覆的冲孔毛边52上，即，这些未经涂覆的区域因此可充当用于在反应器的内圆周表面上形成生物膜的萌发区，从而可进一步提高有机成分的转化。

下面参照图9中对电磁场的形成的机制进行详细说明。

图9以有力的图解方式展示了由PZT纤维生产的细长纳米颗粒(锆酸铅-钛酸铅)。此压电纤维材料最初在直流场中在箭头所示方向上极化。随后向长纤维被提供二氧化钛层，例如通过浸入和排除过剩材料可执行此涂覆步骤。在450℃下进行干燥，其中二氧化钛层转化成光催化活性锐钛矿相。

在此涂覆过程之后，在交变电磁场中切割这些单一颗粒，从而使端面58再次无涂层覆盖。在随后的制造步骤中，通过溅射等工艺向这些未经涂覆的区域提供铝等，使得处于成品状态的纳米颗粒56由端面极帽、二氧化钛涂层以及压电芯构成。

在生物反应器的运行期间，通过作为微生物代谢产物的阳离子(图9中左侧)和阴离子(图9中右侧)的沉积而使由铝帽形成的极端60、62电离。极端60、62的电离产生相对较强的电磁场，图9展示了其场力线64。

由于极端60、62的相对较小的表面积，在极端60、62处可观察到场强的急剧增加。在极端60、62的区域内，由于已经存在的电荷载流子在极端60、62附近被急剧加速，此电尖端效应引起气体分子的碰撞电离。在此放电的同时，产生自两个极端60、62向外吹出的“电风”；因此纳米颗粒46起到“光子泵”的作用，从而自发地发出光子，致使在所述极端60、62处产生蓝色光束64和红色光束66。

根据图11中的示意图，在光能分解的第一步发生有机成分的内含物絮凝，在此内含物絮凝期间释放出能量。

为了克服有机成分与污水之间的界面，通过微生物产生生物表面活性剂(胆汁酸)，并且引起接触面酸化。这些生物表面活性剂是微生物所产生的表面-活性物质，其具有稳定效应并且可使细菌接触污染物并将其分解。接触面酸化致使界面电导率增大。由于晶格原子的同晶型交换，在碎片与流体之间形成负表面电荷，引起电解质(腹层)的阳离子沉积。在后续层中，离子扩散导致阳离子浓度的逐渐减少和阴离子浓度的逐渐增大。

将纳米复合材料作为附加组分加入抗生素混合物。此为长度为20至50mm的PZT短纤维压电陶瓷系统。以二氧化钛或氧化铟锡为涂层材料，对这些短纤维进行光催化涂覆。这些元素的固有振荡频率为50至500kHz，其导致磷光；磷光为不同于荧光的发光现象，其以短暂延时发光。由于此刺激作用，发出大部分具有较大波长(354至450nm)的辐射形式的能量。

所释放的振动能通过刺激导致真菌的磷光现象，并且导致细菌(费氏弧菌(vibrio fischeri))的生物发光生物催化反应。此生物发光导致释放出荧光蛋白(海葵美国粉红海葵(sea Anemoneanemonia sulcata))，在蓝光下其具有明亮的红色荧光(633nm)。

微生物释放出彩色颜料，例如红麹菌属(Monascus pururus)、绿菌属(Limicola-Nadson)(细胞染料2145)以及假单胞菌属(Pseudomonas)莹光素。借助于细菌叶绿素(蓝藻菌)，导致具有684nm下的强烈绿色荧光的叶绿素A反应。由于与冷蓝光的相互作用，引起紫细菌中的电子迁移并且释放出氧气。由于蓝藻菌结合微藻类(小球藻(Chlorella vulgaris))以及乳酸壳聚糖合成卟啉，并且由于冷蓝光(469至505nm)的吸收，类似于小电池对PpIX进行充电且由此可将部分能量转化为正常氧(normaloxygen)。通过借助生物催化剂将电子从糖转移至氧代谢，这些“生物燃料电池”还利用糖代谢。

随着光合作用所形成的氧气的能量富集，释放出反应性纯态氧。

此“非机械细胞消化过程”不断地释放出有机材料，并且在引入明显较低的能量下提供极高程度的消化，尤其是通过使用格兰氏阳性细菌。

在1200至1500mV的电压场，由于有机物质的完全缺氧分解而发生部分矿化。此电压场是建立于明亮红色荧光(633nm)与绿色叶绿素荧光(634nm)之间。

在矿化期间，发生自发性腐殖化，其中污染物及其代谢物被生物稳定并且随后不会再次被重新固定。

最后，通过微生物发生完全矿化，转化为矿质(无机)化合物。因此，主要通过光合作用而固定于生物量的碳以二氧化碳的形式再次游离出(碳循环)，且有机结合的氮、硫以及磷酸盐作为氧化或还原无机化合物而分裂出，从而可作为营养素(矿物质、营养盐)被环境再次利用。

通过本发明的生物级，由于抑制物质的分解以及氧气和能量的释放，可使滤网篮(生物反应器)中干燥物质(TS)的有机比例降至低于干燥物质的10％。由氧气的能量富集所释放出反应性纯态氧能够最为有效地氧化激素残余物和抗生素。几秒钟之后，有机物质通过分解而被转化且随后变得无害。另一方面，位于螺旋状插入物上侧的生物膜对污水中所溶解的物质进行分解。

本发明揭示了一种包括一滤网篮的生物反应器，该滤网篮内容纳有一种由具有高比表面积的多孔载体所构成的填料体。向此滤网篮中引入一种微生物混合物，其较佳包括一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物，从而使有机物质发生光能分解。根据本发明，所述微生物混合物含有一定比例的光催化活性纳米颗粒。

Claims

1.一种生物反应器，其用于处理被污染的城镇或工业污水或被有机污染物污染的流体，尤其可用于小型污水处理站，其中含有用以分解有机污染物的微生物，该生物反应器的特征在于：一容器(22)，其包括至少一个用于通过待处理的污水的凹口(26)，在所述容器(22)内提供一具有较大孔隙体积的填料体(30)、以及一种较佳含有一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物的抗生素混合物。

2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述填料体(30)为螺旋形。

3.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述螺旋形填料体(30)的直径向着液面轴向增大。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述填料体(30)包括一承托层，在所述承托层上涂覆有泡沫材料。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器，其中所述填料体(30)具有一较佳为栅格形的双层壁，在所述双层壁之间配置一泡沫材料。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器，其中所述填料体是由具有较大孔隙体积的陶瓷材料构成。

7.根据权利要求4或5所述的生物反应器，其中所述泡沫材料，较佳PU泡沫，具有一含例如活性炭等的催化活性表面。

8.根据权利要求7所述的生物反应器，其中将微生物应用于所述填料体(30)的表面，或将所述微生物引入所述滤网篮(22)的中心。

9.根据权利要求8所述的生物反应器，其中所述微生物容纳于一载体物质中，诸如壳聚糖或例如乳酸聚合物等生物聚合物。

10.根据权利要求9所述的生物反应器，其中所述抗生素混合物除了含有所述微生物之外还含有纳米颗粒。

11.根据附属于权利要求7和8的所述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述填料体(30)一方面具有所述抗生素混合物，而另一方面具有有利于形成生物膜的层，例如含活性炭的层。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的生物反应器，其中所述容器壁(36)及/或所述填料体(30)的表面区域涂覆有一光催化活性层。

13.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述层为二氧化钛或氧化铟锡。

14.根据权利要求12或13所述的生物反应器，其中所述光催化层大量且连续地涂覆在所述容器(22)的所述内圆周表面上，而仅部分地涂覆在所述外圆周表面上。

15.根据权利要求14所述的生物反应器，其中所述外圆周表面上的所述光催化层是以条纹状涂覆，而所述条纹较佳在纵向上延伸。

16.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述容器(22)的凹口(26)是通过冲孔而形成，使得冲孔毛边(52)向内突出，并且在冲孔之后涂覆所述光催化涂层(32)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述容器(22)为圆柱形，且在端面上具有至少一个用于通过液体的凹口。

18.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述容器(22)或所述填料体被可选转地安装。

19.一种用于分解流体中有机成分的抗生素混合培养物，尤其可用于根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，该抗生素混合培养物包含处于生物溶液中的一定比例的光合活性微生物和一定比例的发光微生物，特征在于所述混合培养物含有一定比例的压电活性纳米复合材料，其表面具有一光催化活性层。

20.根据权利要求19所述的混合培养物，其中所述纳米复合材料具有长度为20至100nm且直径为2至10nm的纤维型结构。

21.根据权利要求19或20所述的混合培养物，其中所述涂层含有二氧化钛或氧化铟锡。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的混合培养物，其中所述纳米复合材料的所述涂层具有用以形成极点部位的多个凹口。

23.根据权利要求20和22所述的混合培养物，其中所述纳米复合颗粒的所述涂层在所述端面处中断，且在所述两个端面处分别形成极点(60、62)。

24.一种用于小型污水处理站的改型套件，其包括一根据权利要求1至18中任一项所述的生物反应器(2)以及一根据权利要求19至23中任一项所述的抗生素混合培养物。