生物膜載體和包含生物膜載體的生物學(xué)過濾系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】生物膜載體和包含生物膜載體的生物學(xué)過濾系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年12月19日提交的名為“生物膜載體”的美國臨時申請61/739，258的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0003]生物膜介質(zhì)用于水處理系統(tǒng)如城市和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的流體處理。該生物膜介質(zhì)通常由原料諸如聚丙烯形成且進(jìn)行尺寸精度設(shè)計，為生物學(xué)過濾系統(tǒng)中微生物附著和生長提供支持。適于利用水(在其中發(fā)現(xiàn)微生物)中有機(jī)物的微生物使含碳化合物轉(zhuǎn)化成細(xì)菌生物質(zhì)，在生物膜介質(zhì)上形成生物膜。生物膜促進(jìn)從水中去除污染物。生物膜介質(zhì)可進(jìn)行洗滌和重復(fù)使用。然而，與傳統(tǒng)生物膜介質(zhì)的生產(chǎn)和運(yùn)輸有關(guān)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]聚合物容器閉合裝置(polymeric container closure)，如消費(fèi)品上可重復(fù)密封的蓋子，通常最后成為垃圾。這些消費(fèi)后或丟棄的聚合物容器閉合裝置可進(jìn)行再生(例如，從重復(fù)使用的固體廢物物流中收集或移出)，并且可以低成本或免費(fèi)從發(fā)達(dá)國家/地區(qū)得到。由于用過的聚合物容器閉合裝置隨處可見，將聚合物容器閉合裝置從收集設(shè)施運(yùn)輸至在生物學(xué)過濾系統(tǒng)中使用地點的成本可能也低。將再生的聚合物容器閉合裝置用作生物膜載體是節(jié)約資源并降低與生物學(xué)過濾系統(tǒng)的生物膜介質(zhì)載體有關(guān)的成本的一種方式。
[0005]在第一個一般方面中，生物學(xué)過濾系統(tǒng)包括配置為接收含水液體的貯液池、貯液池中的大量聚合物容器閉合裝置、與貯液池流體連接的流體入口和與貯液池流體連接的流體出口。配置流體入口使得經(jīng)由流體入口提供至貯液池的含水液體接觸大量聚合物容器閉合裝置。
[0006]實施可包括一個或多個下列特征。在一些情況下，再生大量聚合物容器閉合裝置(例如，在消費(fèi)或工業(yè)使用后)?？赏ㄟ^以下方式修飾聚合物容器閉合裝置:例如，每個聚合物容器閉合裝置中的一個或多個通孔(例如，通過每個聚合物容器閉合裝置的頂部)、使聚合物容器閉合裝置軟化(例如，加熱)和變形，或者它們的組合。大量的聚合物容器閉合裝置可包括呈各種形狀、大小、化學(xué)組成或它們的任意組合的聚合物容器閉合裝置。大量的聚合物容器閉合裝置可由多孔隔板(porous barrier)限制于貯液池的區(qū)域。
[0007]在一些情況下，流體入口向貯液池提供含水液體的連續(xù)流。在某些情況下，流體入口向貯液池提供含水液體的不連續(xù)或分批流。生物學(xué)過濾系統(tǒng)可包括其它流體入口(例如，向貯液池提供氣體)和其它流體出口(例如，從貯液池中移出氣體)。
[0008]在第二個一般方面中，形成用于生物學(xué)過濾系統(tǒng)的生物膜載體包括修飾聚合物容器閉合裝置以得到生物膜載體，其中修飾聚合物容器閉合裝置包括改變聚合物容器閉合裝置的形狀、在每個聚合物容器閉合裝置中形成一個或多個通孔，或者它們的組合。通過修飾聚合物容器閉合裝置形成的生物膜載體可包含在生物學(xué)過濾系統(tǒng)中以支持生物膜生長。
[0009]在第三個一般方面中，處理生物學(xué)過濾系統(tǒng)中的含水液體包括向具有呈聚合物容器閉合裝置形式的生物膜載體的生物學(xué)過濾系統(tǒng)提供含水液體，使聚合物容器閉合裝置與含水液體接觸，使與含水液體接觸的聚合物容器閉合裝置上的生物膜生長來處理含水液體(例如，通過從含水液體中去除污染物)，以及從生物學(xué)過濾系統(tǒng)中移出至少一些經(jīng)處理的含水液體。
[0010]實施可包括一種或多種下列特征。所述含水液體可為廢水(例如，工業(yè)廢水或污水)或任何其它待處理的水，并且通常包括微生物和可被所述微生物代謝的污染物(例如，含碳化合物)。使生物膜生長包括使所述微生物附著至聚合物容器閉合裝置。
[0011]可向生物學(xué)過濾系統(tǒng)提供大量容器閉合裝置(例如，在向生物學(xué)過濾系統(tǒng)提供含水液體前)?？稍偕罅咳萜鏖]合裝置。在一些情況下，將大量容器閉合裝置限制在生物學(xué)過濾系統(tǒng)的選擇的區(qū)域(例如，用多孔隔板)。在某些實施方案中，同時向生物學(xué)過濾系統(tǒng)提供含水液體并從生物學(xué)過濾系統(tǒng)中移出經(jīng)處理的含水液體。可向生物學(xué)過濾系統(tǒng)不連續(xù)或分批提供含水液體。在一些情況下，可向含水液體提供待處理的氣體，從而使得所述氣體流經(jīng)含水液體。使液體流經(jīng)含水液體允許污染物(例如，含硫化合物)經(jīng)由生物膜從氣體中去除。
[0012]本發(fā)明的一個或多個實施方案的詳情在附圖和下文說明書中列出。從說明書和附圖以及權(quán)利要求中可明顯看出本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1A-1D呈聚合物容器閉合裝置形式的生物膜載體的圖像。
[0015]圖2A顯示嵌套的(nested)聚合物容器閉合裝置。圖2B顯示圖1A和2B中所示聚合物容器閉合裝置的修飾用于抑制嵌套。圖2C顯示的圖1D中所示的聚合物容器閉合裝置的修飾用于抑制嵌套。
[0016]圖3A顯示具有一個或多個通孔的聚合物容器閉合裝置的外部視圖。圖3B顯示圖3A所示的塑料蓋的內(nèi)部視圖。
[0017]圖4A-4C描繪了生物學(xué)過濾系統(tǒng)。
[0018]圖5為顯示生物學(xué)過濾系統(tǒng)中處理流體的過程的流程圖。
[0019]圖6A顯示生物學(xué)過濾系統(tǒng)中的聚合物容器閉合裝置，其中生物膜附著于聚合物容器閉合裝置。圖6B顯示圖6A的聚合物容器閉合裝置，其中水從生物學(xué)過濾系統(tǒng)中流出。
[0020]圖7為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的化學(xué)需氧量對時間的曲線。
[0021]圖8為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的總懸浮固體量對時間的曲線。
[0022]圖9為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的氮化合物對時間的曲線。
[0023]圖10為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的pH對時間的曲線。
[0024]圖11為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的溶氧量對時間的曲線。
[0025]圖12為顯示圖6A所示生物學(xué)過濾系統(tǒng)的氧化/還原電位對時間的曲線。
【具體實施方式】
[0026]如本申請所述，生物學(xué)過濾系統(tǒng)的生物膜載體包括聚合物容器閉合裝置?！吧锬ぁ蓖ǔＪ侵附Y(jié)合(hold together)在自制基質(zhì)中的表面上的一層微生物?！熬酆衔锶萜鏖]合裝置”通常是指設(shè)計為或用于密封容器(如用于裝飲料的容器)的塑料部件。聚合物容器閉合裝置的實例包括用于裝消費(fèi)品(例如，食物、飲料、汽車流體、清潔劑、清潔化合物、粉末、皂、蠟、拋光劑等)的容器的頂部(top)或帽(cap)。聚合物容器閉合裝置可為可重復(fù)封口的。在一些情況下，使聚合物容器閉合裝置再生。如本申請所述，“再生的”聚合物容器閉合裝置通常是指在消費(fèi)使用、商業(yè)使用或工業(yè)使用后已被丟棄并為重新使用而收集的聚合物容器閉合裝置。再生的聚合物容器閉合裝置還可指“消費(fèi)后”聚合物容器閉合裝置。
[0027]適用于生物膜載體的聚合物容器閉合裝置可以各種大小、形狀、顏色和化學(xué)組成得到。聚合物容器閉合裝置通常具有圓形頂部，其中圓形壁從頂部的外緣延伸。聚合物容器閉合裝置的最大尺寸(例如，圓形蓋的直徑)可為Icm至20cm或2cm至1cm的范圍。頂部可為實體的。本申請使用的“實體頂部”并未定義通孔(即，液體不能從聚合物容器閉合裝置的內(nèi)部通過頂部流到聚合物容器閉合裝置的外部或者相反)。在一些情況下，所述頂部定義了一個或多個通孔。圓形壁的外部可具有便于抓緊的紋理(例如，具有隆起或其它結(jié)構(gòu))。圓形壁的內(nèi)部通常包括用于使聚合物容器閉合裝置與容器開口上的配合螺紋(thread)可拆卸連接的螺紋。聚合物容器閉合裝置內(nèi)部(包括圓形壁上螺紋)通常提供微生物可附著在上面的經(jīng)保護(hù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其它特征，如從頂部的內(nèi)部或外部延伸的結(jié)構(gòu)，提供供微生物附著的其它表面。聚合物容器閉合裝置通常由高密度聚乙烯、聚丙烯、對苯二甲酸乙二醇酯等制成。
[0028]圖1A顯示聚合物容器閉合裝置100的內(nèi)部視圖，其具有頂部102 (從內(nèi)部看)和圓形壁104。頂部102為實體的。隆起106從圓形壁104的外部延伸，并且螺紋108從圓形壁的內(nèi)部延伸。圖1B顯示聚合物容器閉合裝置110的內(nèi)部視圖，其具有頂部102(從內(nèi)部看)和圓形壁104。頂部102為實體的。隆起106從圓形壁104的外部延伸，并且螺紋108從圓形壁的內(nèi)部延伸。密封環(huán)112為在頂部102的內(nèi)部可見的。圖1C顯示聚合物容器閉合裝置120的內(nèi)部視圖，其具有頂部102 (從內(nèi)部看)和圓形壁104。頂部102為實體的。隆起106從圓形壁104的外部延伸，并且螺紋108從圓形壁的內(nèi)部延伸。結(jié)構(gòu)122從頂部的內(nèi)部延伸。圖1D顯示聚合物容器閉合裝置130的外部視圖，其具有頂部102 (從外部看)和圓形壁104。頂部102定義了通孔132。隆起106從圓形壁104的外部延伸。
[0029]在生物學(xué)過濾系統(tǒng)中用作生物膜載體之前，可將聚合物容器閉合裝置進(jìn)行修飾。修飾可包括增加聚合物容器閉合裝置的表面積以促進(jìn)微生物附著于聚合物容器閉合裝置、改變聚合物容器閉合裝置的形狀以抑制聚合物容器閉合裝置的嵌套、在聚合物容器閉合裝置中形成通孔以促進(jìn)流體流經(jīng)生物學(xué)過濾系統(tǒng)，或它們的組合。
[0030]聚合物容器閉合裝置的嵌套，如圖2A所示聚合物容器閉合裝置100、110和120的嵌套，可減少生物學(xué)過濾系統(tǒng)中可用于微生物附著的表面積。在一個實施例中，改