用于从废水中最大化脱氮的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于从废水中最大化脱氮的方法和装置
[0001]本非临时申请要求享有于2013年3月14号提交的号为N0.61/783232的美国临时申请的权益。号为N0.61/783232的美国临时申请的全文由此通过引用并入此文。
[0002]和常规系统相比，人们非常希望在单个水槽中发生同步硝化和反硝化作用(SND)，因为人们不需要分开的水槽和混合硝酸盐溶液的从好氧硝化区域到厌氧反硝化区域的循环。就像通过利用曝气时间对氧化还原电位(0RP)以及氨pH值的控制(参见Guo等人，2009,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)(参见Peng等人，2004,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)所证明的，SND的优势通过利用亚硝酸盐分流途径进一步扩展。所述反应器微环境(由于缺乏混合和反应器设计的共同影响下，在所述反应器内形成的好氧和缺氧区域)以及絮凝微环境(在激活的沉淀絮凝物内形成的好氧和缺氧区域)已经被公设为同步硝化和反硝化作用SND的可能机制(参见Daigger等人.2007,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。人们很难在上述机制中加入控制策略以实现稳定的SND性能。有报道称SND出现在分期闭合环路反应器(例如Orbal氧化沟)内部(参见Daigger和Littenton, 2002,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)，这种反应器通常拥有较长的水力停留时间(HRT)，固体停留时间(SRT)以及持续较低的溶解氧(D0)。
[0003]亚硝酸氧化细菌(NOB)的抑制是实行诸如硝化-反硝化作用(参见Ciudad等人2005 ;Gee and Kim, 2004, Ju 等人，2007, Yoo 等人，1999, Yu 等人，2000, Zeng 等人，2008,)，亚硝酸-分流和部分亚硝化-厌氧氨氧化(参见Fux等人，2002, Hippen等人，1997, vanDongen等人，2001，Wett，2006, Wett，2007, Wett等人，2010,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)和反厌氧氨氧化作用的短程生物脱氮(ScBNR)工艺。和常规的硝化-反硝化作用相比，通过控制Ν0Β成功抑制亚硝酸氧化节省25 %氧气和40 %的有机碳(参见Turkand Marvinic，1986;Abeling and Seyfried，1992,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。在反厌氧氨氧化工艺中，控制Ν0Β在进一步还原所需要的曝气能量方面带来额外的益处，并且它能减少供电子体和固体处理的成本。附图1，附图2和附图3分别显示了通过常规硝化/反硝化作用，亚硝化/反亚硝化以及反厌氧氨氧化作用(部分亚硝化+厌氧氨氧化)的流程图。
[0004]考虑到为了满足日益严格的排污标准的高成本生物脱氮(BNR)，通过抑制Ν0Β的ScBNR是一个热门话题。很多出版物已经论述了探究Ν0Β抑制所做的努力，包括那些更具体的高温的使用(参见Hellinga等人，1998,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)，自由氨高水平的抑制，或溶解的氧(D0)浓度(参见Blackburne等人，2008,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文且并入)以及瞬态缺氧(参见Kornaros andDokianakis，2010,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。具体地，所有这些条件以各种方法部分或全部被使用，并且在处理诸如厌氧消化脱水溶液(经常处于高温)和垃圾渗滤液的“高强度”(高自由氨)污水流的系统中成功控制了 Ν0Β。在诸如家庭污水的低强度污水流中控制Ν0Β仍然是挑战也是本发明公开的主题。现行ScBNR工艺中抑制Ν0Β的控制描述如下。
[〇〇〇5]温度和氨:人们相信温度和自由氨是氨氧化细菌(Α0Β)相对于Ν0Β的优势所在。自从Anthonisen等人(1976)考虑到NOB自由氨(FA)抑制，就被之后的文献详细记录证明，Anthonisen等人(1976)的文献公开的全部内容明确地通过引用并入本文。但是，自从NOB适应被报道(参见 Turk and Mavinic, 1989 ;以及 Wong-Chong and Loehr, 1978，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)，控制FA抑制以获得稳定的亚硝化作用的了解变得更加有限。进一步地，人们知道高温相对于NOB对A0B更加有利(参见Kim等人，2008,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。
[0006]在更高温度下Α0Β相对于Ν0Β的活性越大，总氨到自由氨的更多的分解以及导致的在更高温度下的Ν0Β抑制，连同低D0操作(经常使用间歇曝气和通过管理好氧固体保留时间(SRT)进行)导致富集Α0Β和选择性地淘汰Ν0Β。这些方法以各种方式描述(参见 EP 0826639A1，EP 0872451B1，US 2010/0233777A1，US7846334B2，US6485646B1 以及TO2012/052443A1，公开的全部内容明确地通过引用并入本文)用以在“高强度”污水控制Ν0Β。这些方法使用悬浮生长(参见W0 2006/129132A1，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)，在支撑介质上的附着生长(参见US2011/0253625A1和EP0931786B1，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)或粒状淤渣反应器(参见Wett，2007;和US7486334B2,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)用以实现ScBNR。
[0007]尽管有效，但升温以增强Α0Β活性和NOB生长的控制在宽泛的温度范围内操作的低强度主流工艺中并不可行。因此，低强度污水中的Ν0Β控制仍旧棘手并且需要对除温度或自由氨以外其他因素的仔细操控。
[0008]溶解氧:溶解氧(D0)在低强度污水中的Ν0Β控制方面起着重要作用。人们已经在各种反应器配置中观察到利用低D0浓度的持续硝化作用(参见Sliekers等人，2005，Wyffels等人，2004,和Blackburne等人，2008,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。虽然所有这些报道缺乏根本机制的说明，但它们借助Α0Β相比于Ν0Β的更高的氧亲和力的假设(参见Hanki等人，1990 ;Laanbroek和Gerards, 1993 ;和Bernet等人，2001，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)来解释观察到的现象(参见Yoo等人，1999, Peng 等人，2007, Lemaire 等人，2008, Gao 等人，2009 和 Zeng 等人，2009，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。在Sin等人(2008)(其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)的研究中，证明了 Α0Β的氧亲和力比Ν0Β的氧亲和力大并且低D0操作对Α0Β比Ν0Β更有利的普遍观点。但是，也有研究报道相反的观点(参见Daebel等人2007,和Manser等人，2005,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。
[0009]瞬杰缺氣:使用瞬态缺氧已经成为成功抑制Ν0Β的普遍方法(参见Li等人.，2012 ;Ling, 2009, Pollice等人，2002, Zekker等人，2012, US7846334B2, EP1872451B1,和TO2006/129132A1,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。瞬态缺氧允许以可测量的方法来控制好氧SRT并且为Ν0Β引入滞后时间使其从缺氧环境到好氧环境过渡。Kornaros和Dokianakis (2010)，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文，表明瞬态缺氧后，Ν0Β复原和Ν0Β滞后适应出现延迟现象，由此证明了很多其他人观察到的瞬态缺氧的有用性(参见Allenman和Irvine, 1980, Katsogiannis等人，2003，Sedlak，199，Selverstein 和 Schroeder，1983，Yang 和 Yang，2011,和 Yoo 等人，1999,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)。虽然人们成功利用瞬态缺氧控制“高强度”污水中的Ν0Β(参见Wett，2007 ;和US 7486334B2,其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)并且显示出在低强度污水中使用的能力(参见Peng等人，2004，其公开的全部内容明确地通过引用并入本文)，但是控制和瞬态缺氧相关的特征的能力仍就是一个谜。总之，在低强度污水中控制NOB抑制的策略，也是新兴ScBNR技术的基础，变化范围很广，需要更加有效地控制策略。
【发明内容】
[0010]据此，本公开提供用于从生物脱氮的反应器内的污水中脱氮的一种系统和方法，其中根据实时测得的[氨浓度]与[亚硝酸盐和硝酸盐总和]的比例控制好氧-缺氧持续时间和/或反应器内溶解氧浓度。通常，控制所述需好-厌氧持续时间和/或反应器内溶解氧浓度以获得所述[氨浓度]与[亚硝酸盐和硝酸盐总和]大约为1的比例。可选择地，控制所述好氧-缺氧持续时间和/或反应器内溶解氧浓度以获得预先设定的所述[氨浓度]与[亚硝酸盐和硝酸盐总和]小于或大于1的比例。通过使用本公开的系统和方法，能够最大化完全脱氮，因为反硝化作用(取决于C0D输入)和随后的氨氧化在Α0Β相比于Ν0Β更有利的同时，它们之间也相互取得平衡。
[0011]本公开的系统和方法能够用来获得对主流SND工艺合适的且可测量的控制，所述控制能够通过多个脱氮机制中的一个达到最大化TIN脱除，所述脱氮机制包括硝化-反硝化作用，亚硝化-反亚硝化作用(ScBNR)，产生适合通过在单独的下游反应器内的厌氧氨氧化作用改良的污水水流的部分亚硝化-反亚硝化作用以及有选择性保留厌氧氨氧化的单个水槽中进行的部分亚硝化-厌氧氨氧化作用。这些系统和方法使用各种控制策略，包括:1)实时检测氨，亚硝酸盐和硝酸盐，2)可操作的所述溶解氧(D0)以及根据反应器中测得的氨浓度与亚硝酸盐+硝酸盐浓度的比例合理使用受控制的所述溶解氧(D0)设定点，以及3)根据反应器中测得的氨浓度与亚硝酸盐+硝酸盐浓度的比例控制曝气频率；以及4)在较宽范围内的装置(反应器配置)和操作条件下适当地实施瞬态缺氧。
【附图说明】
[0012]图1是显示与常