用于從廢水中最大化脫氮的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于從廢水中最大化脫氮的方法和裝置
[0001]本非臨時(shí)申請要求享有于2013年3月14號提交的號為N0.61/783232的美國臨時(shí)申請的權(quán)益。號為N0.61/783232的美國臨時(shí)申請的全文由此通過引用并入此文。
[0002]和常規(guī)系統(tǒng)相比，人們非常希望在單個(gè)水槽中發(fā)生同步硝化和反硝化作用(SND)，因?yàn)槿藗儾恍枰珠_的水槽和混合硝酸鹽溶液的從好氧硝化區(qū)域到厭氧反硝化區(qū)域的循環(huán)。就像通過利用曝氣時(shí)間對氧化還原電位(0RP)以及氨pH值的控制(參見Guo等人，2009,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)(參見Peng等人，2004,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)所證明的，SND的優(yōu)勢通過利用亞硝酸鹽分流途徑進(jìn)一步擴(kuò)展。所述反應(yīng)器微環(huán)境(由于缺乏混合和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的共同影響下，在所述反應(yīng)器內(nèi)形成的好氧和缺氧區(qū)域)以及絮凝微環(huán)境(在激活的沉淀絮凝物內(nèi)形成的好氧和缺氧區(qū)域)已經(jīng)被公設(shè)為同步硝化和反硝化作用SND的可能機(jī)制(參見Daigger等人.2007,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。人們很難在上述機(jī)制中加入控制策略以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的SND性能。有報(bào)道稱SND出現(xiàn)在分期閉合環(huán)路反應(yīng)器(例如Orbal氧化溝)內(nèi)部(參見Daigger和Littenton, 2002,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)，這種反應(yīng)器通常擁有較長的水力停留時(shí)間(HRT)，固體停留時(shí)間(SRT)以及持續(xù)較低的溶解氧(D0)。
[0003]亞硝酸氧化細(xì)菌(NOB)的抑制是實(shí)行諸如硝化-反硝化作用(參見Ciudad等人2005 ;Gee and Kim, 2004, Ju 等人，2007, Yoo 等人，1999, Yu 等人，2000, Zeng 等人，2008,)，亞硝酸-分流和部分亞硝化-厭氧氨氧化(參見Fux等人，2002, Hippen等人，1997, vanDongen等人，2001，Wett，2006, Wett，2007, Wett等人，2010,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)和反厭氧氨氧化作用的短程生物脫氮(ScBNR)工藝。和常規(guī)的硝化-反硝化作用相比，通過控制Ν0Β成功抑制亞硝酸氧化節(jié)省25 %氧氣和40 %的有機(jī)碳(參見Turkand Marvinic，1986;Abeling and Seyfried，1992,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。在反厭氧氨氧化工藝中，控制Ν0Β在進(jìn)一步還原所需要的曝氣能量方面帶來額外的益處，并且它能減少供電子體和固體處理的成本。附圖1，附圖2和附圖3分別顯示了通過常規(guī)硝化/反硝化作用，亞硝化/反亞硝化以及反厭氧氨氧化作用(部分亞硝化+厭氧氨氧化)的流程圖。
[0004]考慮到為了滿足日益嚴(yán)格的排污標(biāo)準(zhǔn)的高成本生物脫氮(BNR)，通過抑制Ν0Β的ScBNR是一個(gè)熱門話題。很多出版物已經(jīng)論述了探究Ν0Β抑制所做的努力，包括那些更具體的高溫的使用(參見Hellinga等人，1998,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)，自由氨高水平的抑制，或溶解的氧(D0)濃度(參見Blackburne等人，2008,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文且并入)以及瞬態(tài)缺氧(參見Kornaros andDokianakis，2010,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。具體地，所有這些條件以各種方法部分或全部被使用，并且在處理諸如厭氧消化脫水溶液(經(jīng)常處于高溫)和垃圾滲濾液的“高強(qiáng)度”(高自由氨)污水流的系統(tǒng)中成功控制了 Ν0Β。在諸如家庭污水的低強(qiáng)度污水流中控制Ν0Β仍然是挑戰(zhàn)也是本發(fā)明公開的主題。現(xiàn)行ScBNR工藝中抑制Ν0Β的控制描述如下。
[〇〇〇5]溫度和氨:人們相信溫度和自由氨是氨氧化細(xì)菌(Α0Β)相對于Ν0Β的優(yōu)勢所在。自從Anthonisen等人(1976)考慮到NOB自由氨(FA)抑制，就被之后的文獻(xiàn)詳細(xì)記錄證明，Anthonisen等人(1976)的文獻(xiàn)公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文。但是，自從NOB適應(yīng)被報(bào)道(參見 Turk and Mavinic, 1989 ;以及 Wong-Chong and Loehr, 1978，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)，控制FA抑制以獲得穩(wěn)定的亞硝化作用的了解變得更加有限。進(jìn)一步地，人們知道高溫相對于NOB對A0B更加有利(參見Kim等人，2008,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。
[0006]在更高溫度下Α0Β相對于Ν0Β的活性越大，總氨到自由氨的更多的分解以及導(dǎo)致的在更高溫度下的Ν0Β抑制，連同低D0操作(經(jīng)常使用間歇曝氣和通過管理好氧固體保留時(shí)間(SRT)進(jìn)行)導(dǎo)致富集Α0Β和選擇性地淘汰Ν0Β。這些方法以各種方式描述(參見 EP 0826639A1，EP 0872451B1，US 2010/0233777A1，US7846334B2，US6485646B1 以及TO2012/052443A1，公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)用以在“高強(qiáng)度”污水控制Ν0Β。這些方法使用懸浮生長(參見W0 2006/129132A1，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)，在支撐介質(zhì)上的附著生長(參見US2011/0253625A1和EP0931786B1，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)或粒狀淤渣反應(yīng)器(參見Wett，2007;和US7486334B2,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)用以實(shí)現(xiàn)ScBNR。
[0007]盡管有效，但升溫以增強(qiáng)Α0Β活性和NOB生長的控制在寬泛的溫度范圍內(nèi)操作的低強(qiáng)度主流工藝中并不可行。因此，低強(qiáng)度污水中的Ν0Β控制仍舊棘手并且需要對除溫度或自由氨以外其他因素的仔細(xì)操控。
[0008]溶解氧:溶解氧(D0)在低強(qiáng)度污水中的Ν0Β控制方面起著重要作用。人們已經(jīng)在各種反應(yīng)器配置中觀察到利用低D0濃度的持續(xù)硝化作用(參見Sliekers等人，2005，Wyffels等人，2004,和Blackburne等人，2008,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。雖然所有這些報(bào)道缺乏根本機(jī)制的說明，但它們借助Α0Β相比于Ν0Β的更高的氧親和力的假設(shè)(參見Hanki等人，1990 ;Laanbroek和Gerards, 1993 ;和Bernet等人，2001，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)來解釋觀察到的現(xiàn)象(參見Yoo等人，1999, Peng 等人，2007, Lemaire 等人，2008, Gao 等人，2009 和 Zeng 等人，2009，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。在Sin等人(2008)(其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)的研究中，證明了 Α0Β的氧親和力比Ν0Β的氧親和力大并且低D0操作對Α0Β比Ν0Β更有利的普遍觀點(diǎn)。但是，也有研究報(bào)道相反的觀點(diǎn)(參見Daebel等人2007,和Manser等人，2005,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。
[0009]瞬杰缺氣:使用瞬態(tài)缺氧已經(jīng)成為成功抑制Ν0Β的普遍方法(參見Li等人.，2012 ;Ling, 2009, Pollice等人，2002, Zekker等人，2012, US7846334B2, EP1872451B1,和TO2006/129132A1,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。瞬態(tài)缺氧允許以可測量的方法來控制好氧SRT并且為Ν0Β引入滯后時(shí)間使其從缺氧環(huán)境到好氧環(huán)境過渡。Kornaros和Dokianakis (2010)，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文，表明瞬態(tài)缺氧后，Ν0Β復(fù)原和Ν0Β滯后適應(yīng)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，由此證明了很多其他人觀察到的瞬態(tài)缺氧的有用性(參見Allenman和Irvine, 1980, Katsogiannis等人，2003，Sedlak，199，Selverstein 和 Schroeder，1983，Yang 和 Yang，2011,和 Yoo 等人，1999,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)。雖然人們成功利用瞬態(tài)缺氧控制“高強(qiáng)度”污水中的Ν0Β(參見Wett，2007 ;和US 7486334B2,其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)并且顯示出在低強(qiáng)度污水中使用的能力(參見Peng等人，2004，其公開的全部內(nèi)容明確地通過引用并入本文)，但是控制和瞬態(tài)缺氧相關(guān)的特征的能力仍就是一個(gè)謎?？傊?，在低強(qiáng)度污水中控制NOB抑制的策略，也是新興ScBNR技術(shù)的基礎(chǔ)，變化范圍很廣，需要更加有效地控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]據(jù)此，本公開提供用于從生物脫氮的反應(yīng)器內(nèi)的污水中脫氮的一種系統(tǒng)和方法，其中根據(jù)實(shí)時(shí)測得的[氨濃度]與[亞硝酸鹽和硝酸鹽總和]的比例控制好氧-缺氧持續(xù)時(shí)間和/或反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度。通常，控制所述需好-厭氧持續(xù)時(shí)間和/或反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度以獲得所述[氨濃度]與[亞硝酸鹽和硝酸鹽總和]大約為1的比例?？蛇x擇地，控制所述好氧-缺氧持續(xù)時(shí)間和/或反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度以獲得預(yù)先設(shè)定的所述[氨濃度]與[亞硝酸鹽和硝酸鹽總和]小于或大于1的比例。通過使用本公開的系統(tǒng)和方法，能夠最大化完全脫氮，因?yàn)榉聪趸饔?取決于C0D輸入)和隨后的氨氧化在Α0Β相比于Ν0Β更有利的同時(shí)，它們之間也相互取得平衡。
[0011]本公開的系統(tǒng)和方法能夠用來獲得對主流SND工藝合適的且可測量的控制，所述控制能夠通過多個(gè)脫氮機(jī)制中的一個(gè)達(dá)到最大化TIN脫除，所述脫氮機(jī)制包括硝化-反硝化作用，亞硝化-反亞硝化作用(ScBNR)，產(chǎn)生適合通過在單獨(dú)的下游反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化作用改良的污水水流的部分亞硝化-反亞硝化作用以及有選擇性保留厭氧氨氧化的單個(gè)水槽中進(jìn)行的部分亞硝化-厭氧氨氧化作用。這些系統(tǒng)和方法使用各種控制策略，包括:1)實(shí)時(shí)檢測氨，亞硝酸鹽和硝酸鹽，2)可操作的所述溶解氧(D0)以及根據(jù)反應(yīng)器中測得的氨濃度與亞硝酸鹽+硝酸鹽濃度的比例合理使用受控制的所述溶解氧(D0)設(shè)定點(diǎn)，以及3)根據(jù)反應(yīng)器中測得的氨濃度與亞硝酸鹽+硝酸鹽濃度的比例控制曝氣頻率；以及4)在較寬范圍內(nèi)的裝置(反應(yīng)器配置)和操作條件下適當(dāng)?shù)貙?shí)施瞬態(tài)缺氧。
【附圖說明】
[0012]圖1是顯示與常