獨的下游反應(yīng)器中的厭氧氨氧化而產(chǎn)生適用于精制(polishing)的流出物流的部分亞硝化-反亞硝化，和在具有選擇性的厭氧氨氧化菌保留性的單個罐內(nèi)的部分亞硝化-厭氧氨氧化。這些系統(tǒng)和方法使用下述控制策略，所述策略包括:1)氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的實時測量；2)基于在反應(yīng)器中測得的氨濃度與氮氧化物濃度的比值所控制的操作性的DO和DO設(shè)定值的正確使用；3)曝氣頻率的控制，所述控制基于在反應(yīng)器中測得的氨濃度與氮氧化物濃度的比值；以及4)在寬泛范圍的裝置(反應(yīng)器配置)和操作條件下的瞬時缺氧的正確實施。
【附圖說明】
[0016]圖1是示出與傳統(tǒng)硝化和反硝化相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)的摩爾流程圖。
[0017]圖2是示出與亞硝化和反亞硝化相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)的摩爾流程圖。
[0018]圖3是示出與反氨化相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)的摩爾流程圖。
[0019]圖 4 是在 Blue Plains Waste Water Treatment Plant (WWTP)(左)處的實驗室規(guī)模的間歇式反應(yīng)器中和在Strass WffTP (右)處的全規(guī)模中的總硝化菌(Α0Β+Ν0Β)和僅NOB的K。-值的所收集數(shù)據(jù)的比較的線圖。
[0020]圖5是示出具體氮工藝速率的繪圖測試數(shù)據(jù)的曲線圖(左)，其根據(jù)取決于在BluePlains(WffTP)處的間歇式反應(yīng)器的間歇曝氣的DO-設(shè)定值的每克揮發(fā)性懸浮固體(VSS)每天所脫除的氨；通過應(yīng)用最小平方誤差最小化而將Monod表達式(右)擬合到測得的數(shù)據(jù)(箭頭指示在1.5毫克/升的DO水平下比AOB的N-處理速率高15% )。
[0021]圖6 是在 Hampton Roads Sanitat1n District (HRSD) (WffTP)處的亞硝化反應(yīng)器中的AOB和NOB的K。-值的所收集數(shù)據(jù)的比較的線圖。
[0022]圖7是用于實施本公開的系統(tǒng)的示意圖。
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[0029]圖8是在用相同的曝氣方案操作的兩個相同序批式反應(yīng)器SBR之間的DO消耗曲線的比較的時間曲線圖，其中一個被供以初級處理的流出物(PE)以及另一個被供以二次處理過的流出物(SE)。注意在PE供應(yīng)系統(tǒng)中較高的化學(xué)需氧量(COD)允許從高的DO設(shè)定值更迅速地過渡到缺氧。
[0030]圖9是在用間歇式曝氣[剩余氨]操作的SBR配置中在反應(yīng)階段期間的氮種類(順3、勵2和NO 3)的曲線的比較的圖。
[0031]圖10是在用間歇式曝氣[無殘留的氨]操作的SBR配置中在反應(yīng)階段期間的氮種類(NH3、勵2和NO 3)的曲線的比較的圖。
[0032]圖11是裝配有機械攪拌器、空氣擴散器、氨、亞硝酸鹽、和硝酸鹽的BNR反應(yīng)器和DO分析儀的側(cè)向橫截面視圖。
[0033]圖12是示出氨相對于NOx (AVN)和氨控制的曲線圖，所述氨相對于NOx (AVN)和氨控制利用(NH/-N — NOx-N)和NH/-N的波動而調(diào)節(jié)好氧和缺氧的持續(xù)時間。
[0034]圖13是曲線圖，其示出通過比較AOB和NOB速率選擇出NOB的程度以及在HRSDWffTP處的亞硝酸鹽分流反應(yīng)器中的得到的亞硝酸鹽的積累。
[0035]圖14是通過定量的聚合酶鏈反應(yīng)(qPCR)的測量而比較NOB速率和NOB群落的曲線圖。
[0036]圖15描繪主流反氨化控制器(pilot)，其具有亞硝酸鹽分流的連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器(CSTR)隨后是厭氧氨氧化移動床生物反應(yīng)器(MBBR)。
[0037]圖16呈現(xiàn)流入的氨和亞硝酸鹽以及來自厭氧氨氧化MBBR的流出的氨和亞硝酸土卜
ΠΤΤ.0
【具體實施方式】
[0038]本公開提出用于通過氨、D0、生物強化、和瞬時缺氧控制(NICITA)來提高AOB氧化速率以及選擇出和控制NOB的方法。下面描述與這四個特征相關(guān)聯(lián)的本公開和用于實施本公開的控制。本公開涉及用于將氮從在反應(yīng)器中處理的廢水中脫除的系統(tǒng)和方法。本公開的系統(tǒng)和方法通過瞬時缺氧和好氧SRT的控制、選擇出Ν0Β、以及通過保持氨(NH4)濃度與氮氧化物濃度的預(yù)定比值來控制動態(tài)DO濃度或曝氣間隔而將氮的脫除最大化，同時將曝氣和有機碳的要求最小化。氨濃度與氮氧化物濃度的優(yōu)選比值可在0.7到1.0之間，但該比值可大至0.5到1.5之間。利用這些動態(tài)控制策略的控制器已被命名為AVN(NH4相對于NOx)。AVN控制不僅將通過正常途徑(圖1)而將脫除TIN的潛力最大化，而且它還提供選擇出NOB的機會，以及在根據(jù)圖2和圖3的脫除TIN方面的相關(guān)聯(lián)益處。附加的控制目標(biāo)是提供兩種底物(氨和亞硝酸鹽)的接近為0.76的實際化學(xué)計量比ΝΗ4-Ν/Ν0χ-Ν的合適混合物。代替比值，替代性地[氨(NH4)濃度]和[亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度的NOx-N的總和]的負(fù)值的總和可在目標(biāo)在于-3和+1之間的范圍內(nèi)的控制算法中使用。這些目標(biāo)值反映下述事實，即通常而言氨對接收到的水體是更毒的，且因此厭氧氨氧化反應(yīng)的化學(xué)計量比也需要比氨多32%的亞硝酸鹽。
[0039]氨:本公開的主要建議偏離更通常使用的溫度和游離氨來實現(xiàn)選擇出Ν0Β。而使用溫度來控制AOB和NOB的相對生長速率在主流工藝內(nèi)并不總是可能的，根據(jù)本公開，可采用控制特征，其將氨本身的直接測量值用作為控制變量來代替游離氨和溫度。本公開使用氨氧化程度的直接控制，使得氨在整個指定的反應(yīng)器時間周期或特定的反應(yīng)器長度內(nèi)被氧化。在整個反應(yīng)器長度或時間周期內(nèi)允許保持殘留的氨將保持NOB上的壓力，同時保持高的AOB速率。
[0040]本公開利用在BNR反應(yīng)器中的氨、亞硝酸鹽、硝酸鹽和DO的直接測量，以控制好氧和缺氧的SRT和HRT以及反應(yīng)器DO濃度以便將氨氧化和反硝化最大化。溶解氧的濃度或曝氣間隔或兩者取決于流入的碳:氮(C/N)的比值和反應(yīng)器條件來進行有效地控制，使得在任何給定時間下有利于用于脫除氮所需的反應(yīng)。DO相比于COD氧化更多地是針對氨氧化，以及可用的COD用于在所有的時候驅(qū)動反硝化，因此，將總氮脫除最大化。由本公開允許的氨氧化的程度由用于反硝化所引入COD的可用性來控制，因此本質(zhì)上氨氧化和反硝化通過彼此平衡以便將氮的脫除最大化。DO濃度和/或曝氣持續(xù)時間通常受到控制，以便在反應(yīng)器中在任何時候都維持大致相等的NH4-N和NOx-N濃度，NH4的氧化量以及從而所輸送的氧氣量基于可用于將所產(chǎn)生的NOx脫氮的引入COD的量來控制。這將好氧異養(yǎng)的COD消耗最小化，以及將反硝化的機會最大化，這在低的DO和可用的COD下需要時間。控制器允許輸入偏移(offsets)，其將允許所述NH4-N或NOx-N濃度被脫除，以滿足針對這些參數(shù)的特定排放限制。例如，控制器可被調(diào)諧，以確保通過設(shè)置控制器來符合冊14極限值，以便在20-90%的流出物NOx-N濃度下提供包括順4的流出物。
[0041]溶解氧:雖然上面所述的論文中提出親和力上的差異(例如，相比于AOB，NOB的對于低溶解氧濃度的更強的適應(yīng))，由本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在控制方案中采用這些差異的機會。因此，令人驚訝地且違背于先前的解釋，瞬時高的DO操作顯現(xiàn)出更適于競爭出(out-compete)NOBo使用較高DO水平的情況是本公開與現(xiàn)有技術(shù)的差異。較高的DO (>1.0毫克/升)不僅保持較高的AOB速率，而且還控制使AOB和NOB的相對底物親和力處于朝向NOB選擇出的狀態(tài)。
[0042]如上文所述以及在圖4至圖6中針對三種不同的設(shè)置(plant)構(gòu)造所示，在高的DO濃度(S卩，濃度大于I毫克/升)下相比于亞硝酸鹽氧化，以更快的速率發(fā)生氨氧化。因此，希望在瞬時地高DO濃度下操作BNR反應(yīng)器，使得相比于NOB有利于AOB的生長。該策略與大量的文獻相反，其指示相比于NOB的AOB的高的氧親和力，以及用來選擇出NOB的在低溶解氧濃度下的優(yōu)選的操作。
[0043]生物強化:不同于現(xiàn)有技術(shù)的方法，現(xiàn)有技術(shù)方法的目的在于從高濃度的工藝將整個生物質(zhì)進行生物強化，而本公開的目的在于選擇主要包含AOB的較輕的生物質(zhì)部分(即，溢流而不是水力旋流器的底流)，以便將從側(cè)流反應(yīng)器到主流的相對快速生長的AOB進行生物強化，而在經(jīng)受反氨化的側(cè)流反應(yīng)器中不會以不受控的方式損失厭氧氨氧化的活性。使用旋風(fēng)分流器(cyclone)、或篩選擇更輕或更細的生物質(zhì)部分或者從生物膜載體介質(zhì)分離的未附著生物質(zhì)允許最大的播種量(seeding rate)，這有助于在高濃度反應(yīng)器(選擇性地降低SRT)和低濃度的系統(tǒng)(傳送Α0Β，但幾乎不傳送Ν0Β)兩者中抑制Ν0Β。以類似的方式，對來自側(cè)流或高濃度反應(yīng)器的厭氧氨氧化生物體的生物強化也是可能的。本公開給主流BNR反應(yīng)器A提供厭氧氨氧化菌的生物強化(圖7)，其中DO保持>1.0毫克/升，以抑制Ν0Β。在最佳條件下的生物強化的生物體被保留，并允許在BNR反應(yīng)器A中生長。
[0044]圖7示出用于從廢水102脫除氮的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括反應(yīng)器A，其用于對廢水102執(zhí)行生物脫除氮。分析儀B、C都位于反應(yīng)器A中。第一分析儀B感測反應(yīng)器A中的氨，并產(chǎn)生相應(yīng)的氨信號12，以氮計的方式表示。第二分析儀C感測在反應(yīng)器A中的亞硝酸鹽、硝酸鹽、或亞硝酸鹽和硝酸鹽的組合，并產(chǎn)生相應(yīng)的亞硝酸鹽、硝酸鹽、或亞硝酸鹽和硝酸鹽的組合信號14，都以氮計的方式表示?？刂破鱀接收信號12、14，并且使用信號12、14來產(chǎn)生對氣流控制裝置E的指令信號16。裝置E在指令信號16的控制下操作，以調(diào)節(jié)空氣的流動或供給到反應(yīng)器A的曝氣104時間。因而，被供給到反應(yīng)器A的空氣104的量基于從控制器D所接收到的控制信號16。來自反應(yīng)器A的流出物106被供給到第二反應(yīng)器F。流出物106適于進一步脫除剩余的氮，并且因此由第二反應(yīng)器F進行氮的進一步脫除。
[0045]瞬時缺氧:本公開還提供成用于迅速過渡到缺氧或從缺氧的迅速過渡。用于從高DO迅速過渡到缺氧的情況是本公開的另一個主題?？焖龠^渡到缺氧不僅允許對于NOB生長而言的很少的機會，而且從缺氧迅速過渡回到高DO設(shè)定值還允許抑制NOB的生長。從缺氧的快速過渡還可產(chǎn)生抑制NOB的中間體。從本質(zhì)上而言亞硝酸鹽氧化在氨氧化之后。大多數(shù)模型使用基于Monod方程式(Monod，1949年)的底物半飽和來描述使用電子給體和受體的能力。在快速變化的DO環(huán)境中，某些亞硝酸鹽可能基于與NOB相關(guān)聯(lián)的底物半飽和而朝向氨氧化的結(jié)束(end)積聚。在這種情況下，如果曝氣繼續(xù)，則殘留的亞硝酸鹽最終將通過NOB轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；然而，如果曝氣被中斷以及條件是允許快速過渡到缺氧狀態(tài)，則殘留的亞硝酸鹽將通過在亞硝酸鹽分流工藝中由異養(yǎng)反硝化菌驅(qū)動的化學(xué)需氧量(COD)或通過在單段反氨化工藝中的厭氧氨氧化以“非氧化(anoxically)”的方式減少。因此，亞硝酸鹽還原菌(例如，異養(yǎng)反硝化菌或厭氧氨氧化菌)可競爭過NOB (通過消耗亞硝酸鹽)，從而通過限制它們底物的可用性而在NOB上形成壓力。NOB群落將在每一個后續(xù)周期內(nèi)獲得越來越少的能量，進一步降低其有活性的群落。因此，關(guān)鍵的是在氨氧化結(jié)束時要限制曝氣并迅速地過渡到缺氧，使得當(dāng)亞硝酸鹽可用時剝奪NOB的D0。
[0046]根據(jù)本公開，通過增加混合液的固體濃度(約2克/升[在