改进的生物污水净化反应器和方法与流程

本发明涉及废水（特别市政污水、工业废水和待制成饮用水的配给水）的生物净化领域。具体地涉一种净化方法，其中，待被处理的水和含氧的气体以上升的同流方式被送到同一反应器或生物过滤器中，所述反应器或生物过滤器包括作为生物过滤材料的填充床和一定体积的可运动的载体。

背景技术：
已知例如水的生物处理包括通过自由的或固定的并包含各种微生物（如细菌、酵母、原生动物、后生动物等）的净化生物物质的作用来降解有机杂质。在使用自由生物物质（如活性污泥）的方法中，具有较小沉降能力的各种微生物的高浓度不可能因为通过沉淀获得生物物质的浓度而实现。因此，该方法就能施加的BOD（生物需氧量）和COD（化学需氧量）的负载方面受到限制。在具有固定的生物物质的系统中，生物物质（具有细菌）的浓度是通过使细菌附着至载体介质而达到。因而，沉降能力不再是重要标准，这种技术具有的净化潜力远远大于标准方法。在基于固定生物物质的净化的原理的最有效的方法中，我们特别地可以举出那些由本申请人研发和获得专利的方法，其是颗粒床的单一的上流式反应器，由两个具有不同的颗粒度和不同的生物特性的区域构成（公开号No.2358362的法国专利No.7621246；公开号No.2439749的法国专利No.7830282;公开号No.2604990的法国专利No.8613675）。在所谓的自由生物质的技术中，在此特别参考使用流化床的方法，其中，根据现在已经为公众所知的方法（日期为1963年的法国专利No.1363510;日期为1962年的英国专利No.1034076），用作生物过滤器的材料包括其密度小于1的产品（例如，膨胀聚合物），其不同的变型实施例已成为众多的发明专利（法国专利No.330652，2406664，2538800；美国专利No.4256573，日本专利No.58-153590等）。使用这些漂浮物和流化颗粒床本身是有前途的，但带来一些困难，并经常显示缺点。例如，如果重于水的材料（如沙或类似材料）流化，则需要相当大的能量输入来泵送液体，很难控制将材料保持在反应器内。为了克服这个能量消耗的缺点，已经提出了使用密度比水低的轻材料的流化床，并在床的基部吹入空气，但供应向下流的水（在此参考美国专利No.4256573和日本专利No.58153590）。然而，根据水的一定下流速度，气泡被困在材料内，或由液体流带走，不能使反应器正确充气。现有技术中的困难已被研发的一种系统克服，如本申请人的申请EP0504065所公开的，其中，在具有上升的同流的水和气体的单个反应器或生物过滤器中，所使用的过滤装置和细菌的支持介质是颗粒的固定床，这些颗粒具有比水低的密度（密度为35至65kg/m3）。特别优选的是，使用颗粒度尺寸范围为从2mm至6mm的发泡聚苯乙烯球。EP0504065的反应器从底部到顶部包括：用于膨胀和去除介质的污泥和沉淀松动的污泥的区域；至少一个空气注入装置；由一层上述的轻材料构成的过滤材料的区域；由混凝土或其它穿孔材料制成的顶；最后，在反应器的顶部具有洗涤水储存区，在储存区的端部具有用于除去经处理的废水的装置。由本申请人开发的另一个反应器被公开在EP0347296中，其中，所述反应器配有用于过滤的下部流化床和上部固定床。床中的颗粒由密度小于1的膨胀颗粒构成。固定床的颗粒比流化床的颗粒更小和更轻。在该系统中也使用具有水和含氧气体的上升的同流的单一反应器或生物过滤器。对于上述的两种叠加的床的组合，根据EP0347296的方法使用比水轻的材料，但其颗粒度测、密度、床高度这些特性不同，以便在一方面在注入含氧气体的期间在上部床不具有明显扰动的情况下获得下部床的流化，另一方面当使用逆流洗涤时在轻材料膨胀阶段获得两层或两个床的“自动”再分层。在静止时，这两层比水轻的材料粘在一起，这是因为它们的密度不同。当使用逆流洗涤过滤器时保持这种分层。当空气被通过扩散装置引入到过滤器的基部时，通过材料的空气和水的混合物也具有类似于上述下层中的颗粒的密度。在这种情况下，下部床由含氧气体气泡的上升运动而流化，这导致了气体、待处理的水和附着在床的颗粒上的“生物膜”之间的强烈交换。对于下流化床，颗粒度可以在3至15mm之间变化，体积质量一般是在300和800g/l之间，床的高度范围为0.2至2m，这取决于所用反应器的类型；在上固定床中，轻的颗粒的平均直径是从1到10mm，而体积质量在从20至100g/l之间变化，高度可以在0.5-3米之间变化。最后，在上述的变化的情况下，安装在上部床上方的上层包括从3到20mm尺寸的颗粒，具有10-50g/l的体积质量和0.10-0.50米的高度或厚度。可用作过滤介质/细菌支持物的轻材料的颗粒是例如发泡塑料材料、闭室材料（由聚烯烃、聚苯乙烯、合成橡胶的聚合物和共聚物等制成）；轻矿物材料（如粘土或膨胀页岩）或纤维素产品（如木材颗粒）。这些材料的颗粒可以是各种形式，例如，有利地：球，圆柱豆荚状物等。在实践中，为有效地执行方法，重要的是，在本发明的上下文中使用的轻颗粒的密度从下层（流化床）到上层然后到前述支撑层越来越低。例如，密度范围可分别为：0.5-0.8（流化床），0.3-0.1（固定床）和0.005-0.08（上支撑床）。在另一个申请FR2741872中，本申请人公开了另一种水处理反应器，其中固定床和流化床相结合。该反应器具有固定的三维结构的硬质PVC材料的第一过滤区，以及填充有填充材料（例如像发泡聚苯乙烯球，其具比水低的密度）的被固定的第二过滤区。由于这样的反应器中的常见的问题是在回洗期间在逆流中的颗粒损失，因此该反应器设置了两个区域之间的空间，所述空间在洗涤期间允许第二过滤区的固定床膨胀。注入氧气的装置设置在该空间中。因而仅在第一区域（保持缺氧）的上方注入氧。空气仅进入第二区域。在这种反应器中，两个不同区域相结合，一个用于去硝化，一个用于硝化。这些生物反应器中所用的颗粒对在颗粒上的生物膜的生长不提供任何受保护的表面区域，这是因为所使用的颗粒是小球形颗粒。因而生物膜仅可以在球形颗粒的表面上生长，其中没有被保护免于可能由球形颗粒的碰撞导致的任何损害。与此相反，如EP0750591中公开的载体较大，并为生物膜提供了防止磨损的大表面，生物膜的更大（与可使用的小载体相比）的氧气限制不显著减小方法的效率。EP0750591中的大的载体元件具有类似于涡轮机叶轮的结构，其中径向内部壁通过外圈而相互连接，并形成多个轴向通道。载体的内表面的大面积从而被保护免于收到其它载体的表面的磨损。此外，流动通道允许水良好地流动通过。EP1340720和EP05785314中描述了其它合适的载体。EP0750591的载体的元件的密度与水的密度接近，使得具有生物膜的载体在反应器中在水中保持悬浮和运动。这避免了载体中的水保持静止，并确保空气能够通过载体的内通道。本发明的申请人组合了其先前的反应器的装置的优点与例如EP0750591、EP1340720和EP05785314中公开的类型的载体的优点，以提供显示高的产量提高的、改进的水净化方法。同时，本发明的目的是提供不增加体积而提供高产量的反应器。提供的方案是根据本发明的用于废水的生物净化的一种改进的反应器和方法，其进一步描述如下。

技术实现要素：
本发明涉及一种生物净化反应器，包括用于膨胀和去除污泥的具有体积V的空间;位于靠近用于膨胀和去除污泥的所述空间的底部的下部区域中的气体注入系统；位于用于膨胀和去除污泥的空间的底部或位于所述底部之上的流体注入系统；和生物过滤器。所述的生物过滤器包括由穿孔的保持顶保持在所述反应器的下部中防止向上的运动的颗粒的填充床，以及位于用于膨胀和去除污泥的所述空间内的且在用于膨胀和去除污泥的所述空间的底部之上的一定体积的可运动颗粒。所述填充床的颗粒和所述一定体积的可运动颗粒的颗粒是微生物膜的载体。可运动颗粒的密度在900和1200kg/m3之间，优选在920至980kg/m3之间。填充床的颗粒的密度低于900kg/m3，更优选低于500kg/m3。可运动颗粒是中空载体，所述中空载体包括受保护的表面区域，所述表面区域被保护免于与其它载体元件的表面相碰撞。在本发明的另一实施例中，可运动的颗粒具有颗粒元件体积的在500和1800m2/m3之间、优选范围为600至1400m2/m3之间的总的比表面积，以及设计来允许水和气体良好地流动穿过载体的流动通道。本文所使用的术语“每颗粒元件体积的表面面积”指的是可运动颗粒的表面被除以颗粒本身的体积。在本申请中它不是指在这种载体的特征的商业说明中所通常使用的术语“每颗粒毛体积的表面面积”。而且可运动的颗粒优选具有颗粒元件体积的在300和1600m2/m3之间、优选范围为500至1200m2/m3之间的高受保护表面面积。它们的长度和宽度介于10和70mm之间，优选在20至45mm之间。其厚度在1至30mm的范围之间，优选在3至20mm的范围之间。在本发明的一个优选实施例中，用于膨胀和去除污泥的所述空间的体积V介于所述生物净化器的穿孔保持顶下方的总体积的30和80％之间，优选介于30和55％之间。在一个实施例中，使用所述可运动的颗粒填充该体积V的20-70％，优选30-65％。在另一优选实施例中，所述的填充床的颗粒是膨胀的颗粒，其密度为15-100kg/m3，优选为35-90kg/m3，更优选为60-90kg/m3，且其颗粒尺寸为2-6mm。且颗粒尺寸优选大于3mm以避免填充床的颗粒堵塞可运动颗粒。在另一优选的实施例中，流体注入系统包括孔。所述孔的尺寸被选择为小于所述可运动颗粒的选择的尺寸，以使得颗粒不能穿过所述孔并由流体注入系统保持。在一个优选的实施例中，生物净化反应器包括第二气体注入系统，所述第二气体注入系统位于颗粒的填充床内。本发明还涉及一种用于对废水进行生物净化的方法，包括提供上述生物净化反应器的第一步骤。本发明的方法的第二步骤包括：使待生物净化的水向上通过所述反应器，并通过构成所述生物过滤器的一定体积的可运动载体和填充床，并同时将气体注入用于膨胀和去除污泥的空间，并使得所述气体沿与待生物净化的水同流的方向向上通过所述生物过滤器。本发明的方法的第三骤包括：通过使用处理并储存在所述反应器的上部中的水的沿逆流流动方向的快速流出来周期性地回洗所述填充床和一定体积的可运动载体。在本发明的方法的一个实施例中，当生物净化反应器包括位于颗粒的填充床内的第二气体注入系统时，通过第二气体注入系统将气体同时注入填充床中。在所述方法的优选的实施例中，以30-100m/h的水流出速率执行回洗的步骤。可能的是，在回洗期间，气体能被注入以改善对多余生物污泥的松动。以10-100m/h（优选为10-40m/h）的气流速率依次执行气体的注入，其中，这些依次注入的气体可以与打开回洗水阀交替地注入，或在回洗水阀被打开时同时注入。在一个优选的实施例中，该方法还包括以下步骤：周期性地进行简短的小洗涤冲洗操作，以使得所述一定体积的可运动颗粒和填充床内的悬浮固体松动，并使得能在两个回洗周期之间进行更长的操作。本发明还涉及一种水处理设备，其包括一组或多组上述生物反应器。每组生物反应器包括并行运行的1-20个生物反应器。优选地，为了顺利运行，在并行运行中在一组中应用4-14个生物反应器。根据本发明的水处理设备可以包括在1到10之间的生物反应器的组。在另一实施例中，一次对于每组一个生物反应器执行水处理设备中的回洗操作。虽然一次只能回洗每组的一个生物反应器，但是使用多个组允许一次回洗操作多于一个生物反应器。附图说明图1示出了根据现有技术EP0504065的生物反应器的剖视图。图2示出了根据本发明的一个实施例的生物反应器的剖视图。图3示出了中空载体的优选实施例的剖视图，所述中空载体在本发明中用于形成一定体积的可运动的颗粒。图4A和4B示出生物反应器的底部和其替代流体注入系统的透视图。图5示出了根据本发明的一个实施例的生物反应器的剖视图。具体实施方式根据所提供的图，图1中示出的现有技术的生物反应器和在图2和图5中示出的根据本发明的两个优选实施例的生物反应器1'和1''在其下部包括用于膨胀和除去污泥的空间2、流体注入系统3、气体注入系统4，和由作为顶的穿孔板6保持的填充床5；以及，最后，作为洗涤储存器的自由上部区域7，其中处理后的水通过出口8移除。在生物反应器的回洗操作期间，流体注入系统3同时用作污泥清除系统，如图1、2、4A、4B和5中的两个方向的箭头所指示的。待处理液体通过入口9到达，并通过气体注入装置4下方的流体注入系统3经由阀12引入到区域2中。当气体由气体注入装置4被引入时，在气体、待处理水、附着于颗粒的生物膜之间产生强烈的交换。在此操作期间，填充床5保持在非湍流的状态中。因此，这是“固定床”。现在参照图2和图5，本发明的生物反应器中用于污泥的膨胀和去除空间2由中空载体10部分填充。中空载体10形成本发明中所谓的“一定体积的可运动颗粒”。然而，不同于上面对于填充床5所描述的，该一定体积的可运动颗粒并不形成固定床，而是中空载体10可以自由运动。这意味着，当通过气体注入系统4将气体在基部引入时，该一定体积的可运动颗粒将处于湍流状态，中空载体10在空间2中通过气流四处运动。此外，由于这些中空载体10具有流过通道，不仅水和气体使载体在空间2中四处运动，而且水和气体流过中空载体10，使这些中空载体10的所有内表面区域与水和气体接触。这使待处理的水与存在于中空载体10上的所有表面（外表面和内表面）上的生物膜表面的接触最大化。中空载体的内表面被称为“受保护的表面区域”，以强调以下事实：这些表面不受水中的载体的自由运动及其所导致的碰撞损害。相比之下，“总表面积”指在中空载体10上形成生物膜可用的总表面区域，从而包括所有的内表面和外表面。现在再次参照图1、2和5，由于填充床5和中空载体10中积累的悬浮固体和生物生长，材料逐渐被堵塞。负载损耗增加，之后可能会进行压力测量，或在入口9处升高加载柱或负载损耗测量柱中的液体水平。当到达预定义的负载损耗值时，开始洗涤床。洗涤指从生物过滤器的颗粒中除去多余的污泥，污泥通过设在反应器底部的管道/通道系统离开生物反应器。该管道系统被连接到冲洗阀11。要开始洗涤时，阀12关闭，阀11打开到预定义的位置，直到获得所需的洗涤速率。处理后储存在反应器的上部7中的液体沿逆流的流动方向的迅速流出使填充床5的材料能膨胀。对以上定义的填充床5的材料的颗粒的尺寸和密度，选择10-100m/h的洗涤速率。该洗涤速率同样适用于位于用于膨胀和去除污泥的空间2中的中空载体10。在回洗期间填充床5所需要的正常的膨胀区域的体积小于用于膨胀和去除污泥的空间2的体积。这意味着，在回洗期间，自由运动的中空载体10在四处运动时大多是向反应器底部运动，从而留出足够的空间供填充床中的颗粒在不被限制其运动的情况下流化。在那些非常罕见的来自位于上方的填充床5的颗粒进一步向下朝向污泥出口系统3运动的情况中，中空载体10朝底部的运动可以进一步“表现”为额外的保护网。如上面已经描述的，应当理解，在生物反应器的回洗操作期间，流体注入系统3同时用作污泥清除系统，如图1、图2、图4A、图4B和图5中由两个方向上的箭头所指示的。在现有技术方案中，与生物净化反应器的穿孔保持顶下方的总体积相比，空间2通常设置有约30％至50％的相对较高的体积，以在回洗过程期间避免颗粒损失。然而，在本发明中，通过以中空载体10填充该体积的20-70％（优选为30-65％），从而提供更多的生物活性表面，同时保持相同的生物反应器的总体积，这使得该空间被更有效地使用。考虑到现有技术的方案，人们会认为使得自由空间2的体积最小化会导致在回洗期间填充床的颗粒的损失更大，这是由于：通常认为，在上述回洗期间，填充床的颗粒的膨胀需要该空间。然而，根据本发明，中空载体10通过流体注入系统3保留在反应器中，这是因为流体注入系统3的孔15（示于图4A和4B）的尺寸的被选择为小于所使用的中空载体的最小直径。因此，该流体注入系统3同时用作防止中空载体10被洗涤出反应器的保护网。流体注入系统3的孔15的优选尺寸为6-60mm的直径。同时，在回洗期间向下运动的中空载体10作为填充床5的颗粒的额外的保护网，防止它们到达污泥出口系统3。对于本发明的反应器的平稳运行很重要的是，中空载体提供该额外的屏障，防止填充床5的颗粒离开反应器。在这方面，慎重选择用于填充床的颗粒和中空载体的正确的组合非常重要。必须选择填充床的颗粒以使得它们不能进入中空载体的内部流动通道，否则这将导致中空载体的堵塞和反应器效率的下降。这意味着，填充床中的颗粒的尺寸必须大于中空载体中存在的最大的内部流动通道的尺寸，或反过来说，必须选择中空载体，以使得其内部流动通道小于填充床的最小颗粒。当选择合适的用于填充床的颗粒和中空载体时，要记住的另一个重要参数是颗粒的密度。由于密度取决于温度和压力，本申请的密度范围被确定为4℃和标准大气压。如上所述，中空颗粒的密度范围为900～1200kg/m3之间，优选在920至980kg/m3。此外，填充床的颗粒的密度低于900kg/m3，更优选低于500kg/m3。这将最大限度地减少在正常运行和回洗期间这两种类型的颗粒混合。在一个优选的实施例中，填充床颗粒密度的范围为从15-100kg/m3，优选为35-90kg/m3，更优选为从60-90kg/m3。这种低密度确保填充床的颗粒如果不被保持则上浮动至水面。从而回洗后颗粒非常快地（几秒钟内）返回至它们在保持顶下方的位置，而更密集的中空颗粒则在填充床下在水中保持悬浮并运动。此外，由于填充床的颗粒的密度低，这些颗粒的向上的力非常高。因此，填充床是非常紧密的，是几乎完全固定的床。因此，这种填充床的过滤能力非常高。此外，这两种不同种类的颗粒之间的密度差确保在反应器的正常操作期间两种颗粒的混合是极其有限的。在本发明中，为实现两种类型的颗粒的组织并形成高度紧密的填充床，不必有额外的向上流动的空气或水。因此，没有必要控制和调节流动以维持生物反应器本身处于功能状态。因此流动可以仅仅被调节来达到最佳的水处理效率。相反，含有固定床和流化床的颗粒的传统的现有技术的反应器的密度更接近水的密度，通常需要额外的向上流动的空气或水，以使得下部的床流化并使得上部的床保持填充。此外，与本发明中的填充床和可运动载体的情形相比，现有技术不能在回洗后尽快完成对两个床的重新组织。使用密度更接近水的密度的颗粒从而具有不太紧密的固定床的另一个缺点是：当为了净化废水而注入空气时，注入的空气可在固定床中形成“通路”。这些“通路”减少固定床的处理效率。在本发明中，不会发生这种情况。此外，由于填充床是如此紧密，气泡运动通过填充床需要更长的时间。这增加了氧从空气中传送至水的时间，从而增加了生物膜的活性。现在回头参照图2和图5中所示的生物反应器的操作，快速变化到逆流流动使得能够带走储存在间隙空间中的固体并移除收集在材料的表面上的多余的生物物质，但在上述范围内的速率使得能够保持材料上的活性生物膜。在排空储存室7并关闭阀11后，能通过打开阀12以与洗涤前所使用的负载相同的负载来重新开始进给。使用逆流回洗的另一个优点是，填充床的上部中的颗粒不与污染物接触，这是因为在操作期间，只有净化后的水到达的填充床的这些部分，而污染物的主要部分在操作期间保留在下部分中。然后，在回洗期间，污染物再次向下运动，以便在回洗期间填充床的上部也不与污染物接触。相反，同流回洗使将所有的填充床颗粒与所有的污染物接触，从而降低填充床的效率。此外，使用同流回洗时，污染物到达保持顶并能堵塞保持顶。在逆流回洗期间，保持顶是备用的。如果必要，通过泵来回收净化的废水，使得能改进分配或可以使得能在预过滤区内供应硝酸盐。为延长洗涤之间的时间周期，可通过打开阀11周期性地进行非常简短的冲洗操作，以便松动材料，并使得杂质能够更深入地渗透到过滤床。这些小型洗涤操作将进一步疏通过滤器的下部，所述下部填充更多的悬浮固体。快速冲洗操作可以被实现来在过滤床的整个高度上提供平衡的负载损耗。可以在洗涤期间保持依次的气体注入以协助疏通填充床以及中空载体。在回洗期间的较短的依次空气注入会摇动中空载体并防止其堵塞。可以在洗涤水进入的暂停期间引入依次的空气注入，例如在以下的优选实施例中所说明的；或者在洗涤水连续行进时依次引入空气。在本发明的一个优选实施例中，回洗过程包括以下步骤：a)仅用水预洗涤该操作（在此期间将过滤器关闭）包括：通过打开洗涤水排放阀预定时间周期T0来进行预洗涤（仅用水）以在注入空气用于混合之前松动污泥。b）仅用空气松动污泥此步骤（在此期间洗涤水排放阀被关闭）包括将空气注入空气系统以混合多余的污泥并使其松动。这一步持续T2。c）暂停暂停，以让被松动的材料沉淀时间T14d）通过交替水阶段和空气阶段来进行清洗这一步包括连续：-仅注入水T1时间-仅注入空气T2时间-暂停T14时间-仅注入水T1时间-仅注入空气T2时间-暂停T14时间这些阶段被设计来松动所有多余的污泥并朝向过滤介质将其部分地排出。可以增加额外的水冲刷阶段（预先设定的时间T1）、空气冲洗阶段（预先设定的时间T2）和暂停（预先设定的时间T14）以获得更彻底的洗涤。e)仅用清水漂洗这个阶段包括使用向下流动的水排出残余的多余污泥T3时间。当经过T3时间时，终止回洗的一系列阶段。根据实际过滤速度，过滤器随后被放回过滤模或进入待机模式。在反应器中使用自由运动的中空载体而不使用第二流化床或固定床的众多优点之一是：在生物反应器的标准操作阶段，这些可运动的载体仅引入较小的额外气压计的压头损失。这使得生物反应器的充气消耗较少的能量。最后但同样重要的是，中空载体提供了向上朝向填充床的气体的较慢的运动和改进的分布，这是因为当与在反应器的下部中的自由运动的中空载体接触时，气泡将被分割为更小的气泡。这确保改进对生物膜供应气体，从而使得反应器的效率更高。中空载体还减少总悬浮固体（TSS）对填充床的堵塞，这是因为中空载体上产生和积累的生物物质在回洗期间将被移除。此外，由于较少的COD到达填充床，所以与图1中示出的传统的生物反应器（其中仅使用填充床）相比，生物物质在填充床的颗粒上的生长较慢。这可以最大限度地减少回洗频率因而也减小需要废弃的洗涤水量。在图3中，示出了适于在本发明中使用的示例性的中空载体的侧视图。该结构示出适于生物膜的生长的载体的外壁和内壁。从该图中可以很容易地理解，在载体的内表面上生长的生物膜被保护免于在生物反应器的操作期间由于与其它载体碰撞而受到损害。在图4A和4B中，示出了两种可供选择的流体注入系统。在图4A中示出了根据在图2中生物反应器中所示的流体注入系统的、由混凝土制成的流体注入系统。流体注入系统可以例如由混凝土制成，或由在本领域中已知的其它合适的材料制成。在生物反应器13的底部，形成具有孔15的入口通道14。在图4B中（是一种替代方案），具有孔15的管道16被插入在生物反应器的底部处或该底部上方。这些管道可以例如由钢或塑料或本领域中已知的其它合适的材料制成。在这两个实施例中，在回洗期间，水入口通道兼作污泥出口通道，如指向两个方向上的箭头所指示的。孔15的尺寸被选择为小于可运动颗粒10的所选择的尺寸，使颗粒不能穿过孔15并由流体注入系统3保持。在回洗期间，当可运动颗粒10被朝向反应器的底部向下压时，其由流体注入系统3保持，避免损失有价值的可运动颗粒10。图5示出了本发明的反应器的替代实施例，其以如在图2中示出的生物反应器的相同的方式工作，不同之处在于其包括位于填充床5中的第二空气注入系统17。当生物反应器被操作且通过空气注入系统4和第二空气注入系统17引入空气时，填充床5包括充气区19和位于填充床内的非充气区18，如图5中所示。在充气区19中，可能发生使用来自注入空气的O2进行的硝化。当不由空气注入系统4引起充气时，在使用来自于NO3-N的氧气而非由充气提供的氧来移除碳时，缺氧区（即氧气仅来自NO3-N的区域）可以确保允许去除硝酸盐（反硝化）。应当理解，第二空气注入系统17在回洗期间不用做空气注入，仅在生物反应器的正常操期间用做空气注入。正如上面对于仅具有空气注入系统4的实施例所描述的，同样在本实施例中（其中空气通过空气注入系统17附加地引入或完全地通过空气注入系统17引入），在气体、待处理的水和附着于颗粒的生物膜之间获得强烈交换。在该操作期间，填充床5保持在非湍流的状态，因此是“固定床”。根据本发明的方法的有利实施例，一组或多组如上所述的生物反应器并联设置在一个大型水处理设备中。一个大型水处理设备中的并联的生物反应器的每个组都能包含1-20个生物反应器。然而，每个组具有4-14生物反应器是优选的。在一个水处理设备中可以并联设置1-10个生物反应器组。生物反应器的每个组都有一个共同的水储存器，其供给各与每个生物反应器相连的加载柱。通过这种方式，可在一个柱阻塞时防止在生物反应器中的过量的压力，这是因为其它加载柱可以补偿该压力。用于每个生物反应器的净化后的水的水储存器也是相连的，在每个组的顶部形成用于净化水的一个大隔室。因此，操作中一个组中所有生物反应器的净化水都为此时正在被回洗的堵塞的生物反应器的回洗供应水流。为了本发明的水处理设备的顺利运行，优选地，一次仅一个生物反应器被回洗，而其它生物反应器处于正常水处理操作。虽然每组一次只能回洗一个生物反应器，但是几个组并联使用允许一次回洗每个污水处理设备的多于一个生物反应器，这增加了处理设备的效率。示例进行了测试运行以测试如图2中所示的本发明的生物净化反应器的可溶解COD和总悬浮固体（TSS）的去除的效率。用于测试运行的反应器是0.9米直径的6.5米高度的柱。该反应器具有使用直径为4.5mm且密度为55kg/m3球形介质的3.5m的填充床。填充床下方具有1.9m高度的体积填充有35％的中空载体，中空载体的密度为960kg/m3，受保护的表面区域为800m2/m3。反应器被供给来自St.ThibautdesVigesWWTP（法国）的主要定居者的市政污水，测量了经过反应器之前和之后的废水的总悬浮固体（TSS）和可溶性化学需氧量（过滤COD）的含量。在3周期间对反应器以1m/h的进水流量进行播种，当记录到足够的活性时，通过几个步骤来增大对反应器的加载。在设备的最高加载期间进行24小时平均取样。运行测试的结果示于表1和表2。结果被示出来与标准设计值和如图1中所示的现有技术公开的生物净化反应器的期望结果对比。表1：对由现有技术中公开的生物净化反应器（图1）和由本申请的生物净化反应器（图2）去除总悬浮固体（TSS）的效率比较。表2：对由现有技术中公开的生物净化反应器（图1）和本申请的生物净化反应器（图2）去除COD的效率比较。应当指出，St.ThibautdesVigesWWTP具有进入WWTP的高程度的工业流入，导致在进入的废水中的可溶性COD具有相对较大的非降解部分。因此，在流出物中的可溶性COD的量是稍微高于更“经典”的城市废水中的期望值，导致对于此参数实现去除率较低。这种“经典”的城市废水被用于获得图1中示出的现有技术中公开的生物净化反应器的效率数据。