用于在废水处理中脱除氮的方法和装置制造方法及图纸

使用各种控制策略，使用一个或多个反应器和一种或多种控制方法来在废水处理中将氮脱除，以实现维持高的氨氧化菌(AOB)氧化速率的可测量的控制，同时实现选择出亚硝酸盐氧化菌(NOB)，所述控制策略包括：1)氨和氨设定值的使用；2)操作性的DO以及DO设定值的使用；3)厌氧氨氧化菌和更轻的絮体AOB部分的生物强化；4)在若干反应器配置和条件下实施瞬时缺氧，以便利用厌氧氨氧化菌或异养生物体脱除氮氧化物。通过瞬时缺氧和好氧SRT的控制、选择出NOB、以及通过保持反应器的氨(NH4)和氮氧化物(NOx)的浓度大致相等来控制DO浓度或曝气间隔，所述控制以最少的曝气将氮的脱除最大化。

Method and apparatus for the removal of nitrogen in wastewater treatment

The use of various control strategies, the use of one or more of the reactor and one or more control methods to deal with the nitrogen removal in wastewater, in order to achieve the maintenance of high ammonia oxidizing bacteria (AOB) oxidation rate can be measured at the same time to achieve control, selection of nitrite oxidizing bacteria (NOB), the control strategies include: 1) the set value of the use of ammonia and ammonia; 2) of DO and DO set value; 3) anaerobic ammonia oxidation bacteria and floc AOB lighter biological enhancement; 4) the implementation of instantaneous hypoxia in the reactor configuration and some conditions, in order to use the anammox bacteria or heterotrophic organisms the removal of nitrogen oxides. By controlling the instantaneous, anoxic and aerobic selection of SRT NOB, and by keeping the reactor ammonia (NH4) and nitrogen oxide (NOx) concentration is approximately equal to the control of DO concentration and aeration interval, the control with minimal aeration will maximize nitrogen removal.

【技术实现步骤摘要】
用于在废水处理中脱除氮的方法和装置本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/US2013/059775，国际申请日是2013年09月13日，中国国家申请号为201380058150.1，进入中国的日期为2015年05月06日，专利技术名称为“用于在废水处理中脱除氮的方法和装置”。相关申请的交叉引用本申请要求于2012年9月13日提交的号为61/700,717的美国临时申请、于2012年10月1日提交的号61/708,498的美国临时申请和于2013年3月14日提交的号为61/783,232的美国临时申请的权益。号为61/700,717，61/708,498和61/783,232的美国临时申请通过引用并入本文。
技术介绍
本公开通常涉及废水处理系统和方法。通常而言脱除氮是一项处理任务，其在反应器体积、曝气能量和化学品用量方面需要最多的资源。本公开的目标在于在脱除氮中的更加节约资源的代谢途径-所谓的短程生物脱除氮。本公开的各个方面使得能够从废水中脱除氮以便以减少的能量、化学品和成本生产高品质的流出物。抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)是用于实施短程生物脱除氮(ScBNR)工艺的先决条件，所述工艺诸如为亚硝化-反亚硝化(nitritation-denitritation)(参见Ciudad等人，2005年；Gee和Kim，2004年；Ju等人，2007年；Yoo等人，1999年；Yu等人，2000年；Zeng等人，2008年)；亚硝酸盐分流(nitrite-shunt)和部分亚硝化-厌氧氨氧化(厌氧氨氧化(anammox))(参见FUX等人，2002年；Hippen等人，1997年；VanDongen等人，2001年；Wett，2006年；Wett，2007年；Wett等人，2010年)；以及反氨化(deammonification)。通过控制NOB而成功地抑制亚硝酸盐氧化相比于传统的硝化-反硝化(参见Turk和Mavinic，1986年；Abeling和Seyfried，1992年)节省25％的氧气和40％的有机碳。在反氨化工艺中，NOB的控制产生在进一步降低所需的曝气能量、以及降低电子供体和固体处理成本方面的额外益处。图1、图2和图3示出用于分别通过传统的硝化/反硝化、亚硝化/反亚硝化和反氨化(部分亚硝化+厌氧氨氧化)来脱除氮的流程图。相比于传统系统，由于不需要单独的罐以及将混合的液体(liquor)硝酸盐从好氧硝化区循环到厌氧反硝化区，因此特别希望在单个罐内进行同步硝化和反硝化(SND)。SND的益处通过利用亚硝酸盐分流路径而进一步扩展，如通过使用曝气持续时间的控制所证实的那样，所述控制利用氧化还原电位(ORP)(参见Guo等人，2009年)和氨pH曲线(参见Peng等人，2004年)。反应器微环境(由于较差的混合和反应器设计的组合在反应器内形成的好氧和缺氧区)和絮体微环境(在活性污泥絮体内形成的好氧和缺氧区域)已被假定为适于SND的可能机制(参见Daigger等人，2007年)。但是难于将控制策略并入到上述机制中以实现稳定的SND性能。据报道在分段的闭环反应器(诸如氧化沟，Orbal)内发生SND(参见Daigger和Littenton，2000年)，其通常采用较长的水力停留时间(HRT)、固体停留时间(SRT)、和连续的低溶解的氧(DO)。鉴于为了满足日益严格的排放标准的高成本的生物营养物去除(BNR)，通过抑制NOB进行的ScBNR是令人感兴趣的主题。在许多出版物中论述了为了了解NOB抑制的尝试，其中包括更具体使用高温(参见Hellinga等人，1998年，其公开内容以其整体明确地通过引用并入本文)、高含量游离氨抑制(inhibition)或DO浓度(参见Blackburne等人，2008年)和瞬时缺氧(参见Kornaros和Dokianakis，2010年)的那些。具体地，在各种方法中所有的这些条件部分地或作为整体使用，在处理高氨浓度废物流的系统中成功地控制NOB，高氨浓度废物流诸如为厌氧消化池脱水液体(也通常在高温下)和填埋场渗滤液。高氨浓度的废物流在此限定为具有流入的进料，所述流入的进料具有大于200毫克/升的以氮计的氨浓度。在低浓度的废物流(诸如生活废水)中控制NOB抑制仍然是一项挑战，并且是本公开的主题。下文描述在ScBNR工艺中目前用于抑制NOB的控制。温度和氨：温度和游离氨两者是据信给氨氧化细菌(AOB)提供优于NOB的优势的特征。自从其由Anthonisen等人考虑到(1976年)开始，NOB的游离氨(FA)抑制已在文献中被充分证明，其公开内容以其全文通过引用明确地并入本文。然而，为了获得稳定的亚硝化而控制FA抑制的知识更有限，其原因在于NOB适用性已经被报道(参见Turk和Mavinic，1989年；以及Wong-Chong和Loehr，1978年)。此外，AOB与NOB相比，已知高温更有利于AOB的生长(参见Kim等人，2008年)。在更高温度下相比于NOB的AOB的增加的活性，总氨更大解离成游离氨以及在更高温度下所得的NOB抑制与低DO操作结合(通常使用间歇曝气并用管理的好氧固体停留时间(SRT)来进行)导致富集AOB以及选择性去除(washout)NOB。这些方法都不同地描述成在高氨浓度的废水中控制NOB(参见EP0826639A1、EP0872451B1、US2010/0233777A1、US7846334B2、US6485646B1、和WO2012/052443A1)。所述方法使用悬浮生长(参见WO2006/129132A1)、在支撑介质上的附着生长(参见US2011/0253625A1和EP0931768B1)或颗粒污泥(参见Wett，2007年；和US7846334B2)来完成ScBNR。尽管用来增加AOB的活性以及用于控制NOB的生长的升高的温度的作用是有效的，但是该作用在宽泛的温度范围下操作的低浓度的主流工艺中是不可行的。因此，在低浓度废水中的NOB控制依然难于处理，并且需要小心操控除了温度或游离氨之外的因素。溶解的氧(DO)：DO在低氨浓度的废水中的NOB控制上能起到显著作用。使用低溶解氧浓度的持续亚硝化已经在各种反应器配置中被观察到(参见Sliekers等人，2005年；Wyffels等人，2004年；和Blackburne等人，2008年)。虽然这些报道缺乏基本机制的说明，但他们采取相比于NOB的AOB的较高氧亲合力的假说(参见Hanaki等人，1990年；Laanbroek和Gerards，1993年；和Bernet等人，2001年)作为针对所观察到的现象的解释(参见Yoo等人，1999年；Peng等人，2007年；Lemaire等人，2008年；Gao等人，2009年；和Zeng等人，2009年)。Sin等人(2008年)记载一种普遍的看法，即AOB的氧亲和力大于NOB的氧亲和力，以及低DO的操作相比于NOB更有利于AOB，但是也有研究进行相反的报道(参见Daebel等人，2007年；和Manser等人，2005年)，以及本专利技术人提出表明NOB相比于AOB的对低DO-浓度的更强适应性的数据(参见图5至图6)。生物强化和生物质富集：已经报道了从本文档来自技高网...

【技术保护点】
废水处理装置，其包括：生物脱除氮(BNR)的反应器，其具有配置有曝气系统的体积；用于处理氨浓度信号的氨分析仪；和控制器，所述控制器用于处理所述氨浓度信号以及由此在受控的曝气条件下限制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长，所述曝气条件沿着流动路径或者沿着处理时间线受控制；以及其中曝气系统的激活间隔或较高溶解氧(DO)设定值或两者都设定成，使得对于在空间或时间上的高于75％的BNR反应器体积，测量的氨浓度高于1.5毫克/升的以氮计的氨。

【技术特征摘要】
2012.09.13 US 61/700,717;2012.10.01 US 61/708,498;1.废水处理装置，其包括：生物脱除氮(BNR)的反应器，其具有配置有曝气系统的体积；用于处理氨浓度信号的氨分析仪；和控制器，所述控制器用于处理所述氨浓度信号以及由此在受控的曝气条件下限制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长，所述曝气条件沿着流动路径或者沿着处理时间线受控制；以及其中曝气系统的激活间隔或较高溶解氧(DO)设定值或两者都设定成，使得对于在空间或时间上的高于75％的BNR反应器体积，测量的氨浓度高于1.5毫克/升的以氮计的氨。2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括氮氧化物分析仪，所述氮氧化物分析仪用于感测在所述BNR反应器中的氮氧化物，并且用于产生诸如亚硝酸盐、硝酸盐或亚硝酸盐和硝酸盐的组合的浓度信号，以及其中所述控制器处理所述氨和氮氧化物的浓度信号，并基于所述氨浓度和所述氮氧化物的浓度控制在所述BNR反应器中的DO浓度、好氧阶段的持续时间，和/或缺氧阶段的持续时间。3.废水处理装置，其包括：生物脱除氮(BNR)的反应器，其配置有曝气系统；在BNR反应器中用于产生氨浓度信号的氨传感器；至少一个氮氧化物传感器，以感测在所述BNR传感器中的氮氧化物浓度来产生诸如亚硝酸盐、硝酸盐或亚硝酸盐和硝酸盐的组合的氮氧化物信号，其中控制器产生用于增加、降低或维持溶解氧(DO)浓度的指令，其中所述控制器产生用于增加、降低或维持好氧阶段的持续时间的指令，和/或其中所述控制器产生用于增加、降低或维持缺氧阶段的持续时间的指令，以维持(A)以氮计的氨浓度与氮氧化物浓度的比值，从约0.5至1.5和/或包括限定的偏移氨浓度，或维持(B)以氮计的氨浓度加上氮氧化物浓度负值的总和，从约-3.0至+1.0和/或包括限定的偏移氨浓度。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述BNR反应器接收来自高氨浓度反应器的氨氧化菌(AOB)的生物强化，所述高氨浓度的反应器具有超过200毫克/升的以氮计的氨的反应器供给浓度，并且其中更小密度的、更可压缩的或未附着的污泥部分从用于所述生物强化的高氨浓度的反应器选择，并供给到所述BNR反应器，使得在所述高氨浓度反应器中所述生物强化部分的停留时间小于10天。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器基于所述氨浓度和氮氧化物浓度的比值或总和和/或包括限定的偏移氨浓度，产生用于增加、降低或维持在所述BNR反应器中的DO浓度的指令，其中，所述控制器基于所述氨浓度和氮氧化物浓度的比值或总和和/或包括限定的偏移氨浓度，产生用于增加、降低或维持在所述BNR反应器中的好氧阶段的持续时间的指令，和/或其中，所述控制器基于所述氨浓度和氮氧化物浓度的比值或总和和/或包括限定的偏移氨浓度，产生用于增加、降低或维持在所述BNR反应器中的缺氧阶段的持续时间的指令。6.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括高氨浓度反应器，所述高氨浓度反应器用于厌氧氨氧化生物体的生物强化，以给亚硝酸盐提供微生物竞争体，以限制NOB的生长。7.废水处理方法，所述方法包括：提供生物脱除氮(BNR)的反应器，所述生物脱除氮(BNR)的反应器配置有曝气系统；利用在所述BNR反应器中的氨分析仪来处理氨浓度信号；利用控制器来处理所述氨浓度信号以及来由此在受控的曝气条件下限制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长，沿着流动路径或者沿着处理时间线来控制所述曝气条件；以及将曝气系统的激活间隔或较高溶解氧(DO)设定值或两者设定成使得对于在空间或时间上的高于75％的BNR反应器的体积，测量的氨浓度高于1.5毫克/升的以氮计的氨。8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括通过暴露于抑制剂、氮代谢中间体或有毒的物质来减小观察到的NOB净生长速率。9.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括使用生长因子来增加氨氧化菌(AOB)...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德·韦特，普斯克·雷格米，艾哈迈德·奥马里，马克·米勒，查尔斯·B·博特，苏达哈尔·N·默西，
申请(专利权)人：华盛顿特区供水和污水管理局，汉普顿道路卫生局，
类型：发明
国别省市：美国,US