CN101258108B

CN101258108B - 在分级循环序列式生物反应器中处理富氮排放物的方法和设备

Info

Publication number: CN101258108B
Application number: CN2006800323270A
Authority: CN
Inventors: S·马丁; A·冈萨雷斯奥斯皮纳
Original assignee: Degremont SA; Suez Environnement SAS
Current assignee: Suez International SAS; Vigie Groupe SAS
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: PL1910233T3; ES2304334T3; WO2007014994A1; AU2006274754B2; CA2616624C; EP1910233A1; BRPI0615164B1; CN101258108A; CA2616624A1; US20080223784A1; ES2304334T1; AU2006274754A1; EP1910233B1; DE06794236T1; PT1910233E; FR2889180B1; JP2009502494A; US7645385B2; BRPI0615164A2; FR2889180A1

Abstract

本发明涉及通过在序列式生物反应器(1)中将铵氧化成亚硝酸盐然后将亚硝酸盐脱硝成氮气来处理富氮排放物的方法，根据该方法，将要处理的流入物的体积用相继的体积级分倒入该反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每个子循环包括供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，然后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中在反应器中引入含碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮。评估流入物中要处理的含氮体积进料，特别是通过测量流入物的电导率(X)和流量(Q)来进行，并且根据这种含氮进料和反应器中的最小液体体积确定完整循环的供料阶段的数目，以使注入的氮浓度在液体体积中被稀释，不过该体积级分的含氮进料足以保证反应器中氨进料的“突增”或峰值，这有利于生成亚硝酸盐的生物质的发育。

Description

在分级循环序列式生物反应器中处理富氮排放物的方法和设备

技术领域

本发明涉及通过在将反应阶段分级的序列式生物反应器中将铵氧化成亚硝酸盐然后将亚硝酸盐脱硝成氮气来处理富氮排放物(effluents)的方法，根据该方法，将要处理的流入物(affluent)的体积倒入含硝化(nitrifiantes)细菌的反应器中，操作条件的提供要使得亚硝酸盐化(nitritantes)细菌的作用优先并最大限度抑制硝酸盐化(nitratantes)细菌的作用，包括具有至少一个引起硝化的曝气阶段和随后的停止曝气并在反应器中引入碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮的阶段的处理循环。

本发明更特别地涉及其氮浓度高于100mg N/l的排放物的处理。

背景技术

富集排放物的氮的处理

众多的污染物处理设备面临越来越多的与其含氮(主要是含氨)废料(rejets)在宿主环境中的控制和处理有关的困难。氨容易引起环境损害，如水生环境中的氧损耗、对鱼的毒性或者富营养化现象。为了限制这些影响，各种法规作出了越来越严格的排放限制，这通常要求现有处理站进行昂贵的修整。

处理氮的主要方法之一是硝化/脱硝生物法，根据该方法，在曝气条件下在两个步骤中将铵首先氧化成亚硝酸盐，然后氧化成硝酸盐，并且最后在缺氧条件中还原成氮气。在富集排放物的情况下，通过控制各种参数，可以通过部分硝化成亚硝酸盐然后将其直接脱硝来简化这种生物过程。已经在EP-A-826639和WO 00/05176中描述了这种方法，也称作“回避硝酸盐(shunt des nitrates)”，其在理论上能够将硝化用的氧输入量降低25％并将脱硝用的可生物降解碳的输入量降低40％，并且能够减少相关的异养污泥的生成。

配有厌氧消化器的废水净化站在污泥处理线中产生富含铵(大约1000mgN/l)的料流(flux)，其在回到设备前端时可以占总含氮进料(charge)的最多20％。因此在许多情况下对它们进行特定处理以避免主要处理线为达到排放限制而进行昂贵修整。此外，越来越多的场所不得不处理生成的臭气或气体排放物，产生非常富含氨形式的冷凝物，这绝对必须最小化。最后，垃圾场的渗滤液构成了第三类排放物，对于该排放物来说铵离子是主要污染源。

所有这些排放物通常含很少的可生物降解碳，这意味着该生物处理设备可以几乎完全针对氮的处理来确定尺寸。“回避硝酸盐”类型的生物处理因此与传统的硝化/脱硝相比能够明显降低成本。

SBR(序列式生物反应器)配置中的回避硝酸盐

Fux，C.，Lange K.，Faessler，A.，Huber，P.，Grueniger，B.和Siegrist，H.(2003)在杂志《Water Science and Technology(水科学与技术)》，第48卷，No.8，第9-18页(2003)的名为“Nitrogenremoval from digester supernatant via nitrite-SBR or SHARON？(从消化器上清液中去除氮是通过亚硝酸盐-SBR还是SHARON？)”的文章中证实了包括供料、(曝气+缺氧)反应、沉降和滗析阶段的序列式生物反应器(SBR)用于对富氮排放物回避硝酸盐法的优点。这是因为，这种SBR配置通过在相同反应器中保留生物质可以施加大体积进料，这与SHARON法(专利EP-A-826639)不同，对SHARON法而言，生物质保留的欠缺可使负责将亚硝酸盐氧化成硝酸盐的生物质进行特定浸滤。根据Fux等人的SBR法，将在完整循环中要处理的流入物的体积以相继的体积级分倒入反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每一子循环包括体积级分供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，随后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中停止曝气并在反应器中引入含碳源以便将亚硝酸盐转化成氮。

对于废料如厌氧消化器上清液、气体处理冷凝物和垃圾场渗滤液来说，由于以下的两个主要原因，优化亚硝酸盐生成和还原反应是特别困难的：

·这些废料在流量和铵浓度方面经受非常大的变化，这要求不断地调节操作标准以提供性质恒定的排放物。

·高度富含盐和各种离子化合物的介质(例如本发明涵盖的那些)容易对探针的灵敏度产生负面影响(氧化还原探针特别被硫化物污染)并造成偏差，这导致迅速转变成变差的延迟模式。

鲁棒的管理系统的开发因而希望确保在SBR反应器中通过回避硝酸盐处理富集排放物的氮的可靠性。

发明内容

本发明提出了在序列式生物反应器(SBR)中通过硝化/脱硝方法从富集排放物中去除氮的方法，该生物反应器的序列包括多个分级的供料/曝气/缺氧阶段，这些阶段的数目和持续时间以及含碳试剂的添加通过在要处理的排放物中、在废料中和在生物反应器中的一系列实时测量来调节。

根据本发明，其涉及开头所限定类型的富氮排放物的处理方法，根据该方法，在完整循环中要处理的流入物的体积以相继的体积级分被倒入到反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每个子循环包括用体积级分的供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，然后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中停止曝气并在反应器中引入含碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮，该方法的特征在于，在要处理的排放物中、在废料中和在生物反应器中进行一系列实时测量，评估流入物中要处理的含氮体积进料，并根据这种含氮进料和反应器中的最小液体体积，按下列公式确定完整循环的供料阶段的数目：

{Nalim}_{\min} = \frac{F_{NH 4, j}}{({[{NH}_{4}^{+}]}_{inhib} - {[{NH}_{4}^{+}]}_{eff}) * V_{\min} * N_{SBR}}

其中，

Nalim_min：供料循环的最小数目

F_NH4，j：每日含氮进料

[NH₄ ⁺]_eff：从反应器出来的排放物中的铵浓度

V_min：最小液体体积(提取之后和供料之前)

N_SBR：每天的完整SBR循环的数目

[NH₄ ⁺]_inhib：抑制亚硝酸盐化生物质的铵浓度，由此，注入的体积级分的氮浓度在留在反应器中的液体体积中被稀释，这使得能够避免对亚硝酸盐化细菌的抑制，不过该体积级分的含氮进料足以保证反应器中在每一级分倒入时氨进料的“突增(àcoup)”或峰值，这有利于生成亚硝酸盐的生物质的发育。

优选地，通过测量流入物的电导率(X)和流量(Q)来评估在流入物中要处理的含氮体积进料。

优选地，测量并控制反应器中的溶解氧浓度以通过限制曝气阶段的持续时间和通过调节要处理的进料中的氧输入量来将其保持在低值。

可以确定需氧/缺氧子循环的最小数目Nbiol_min以避免超出给定的生物反应总持续时间，对其进行选择以便将溶解氧浓度的波动限制在0至2mg O2/l。

测量反应器中的pH值并通过将pH值波动限定在6.5至8.5，优选7至8，通过接近(rapprochées)的硝化和脱硝阶段的交替，来提供pH值的自调节。

预先确定具有曝气和缺氧阶段的固定持续时间的“需氧/缺氧”型生物循环，并根据循环数NC计算这些反应阶段的总持续时间tC：

tC＝(t_SBR-t_alim-t_sedim-t_extract)/NC

其中，

t_SBR：总SBR循环持续时间

t_alim：总供料持续时间(未分级)

t_sedim：沉降阶段持续时间

t_extract：提取阶段持续时间。

有效应用的“需氧/缺氧”生物循环是其曝气持续时间最好与使用输入的进料、反应器曝气系统的配置和反应动力所计算出的理论曝气持续时间相对应的生物循环。限制非曝气(non aérées)阶段的持续时间以限制厌氧生活的风险。

非曝气阶段中含碳源的注入时间由输入的含氮进料的测量来决定。优选地，计算氮去除效率并与最低效率进行比较，根据比较结果，通过调节要处理的进料中的试剂的输入，优化非曝气阶段中含碳源的注入。

该方法有利地用于厌氧消化器上清液的处理，或用于气体处理冷凝物的处理，或用于垃圾场渗滤液的处理。

本发明还涉及用于处理富氮排放物，尤其是含有多于100mg N/l的富氮排放物的设备，该处理如下进行：在反应阶段分级的序列式生物反应器中将铵氧化成亚硝酸盐然后将亚硝酸盐脱硝成氮气，所述反应器含有硝化细菌，操作条件的提供要使得亚硝酸盐化细菌的作用优先并最大限度抑制硝酸盐化细菌的作用，在完整循环中要处理的流入物的体积以相继的体积级分被倒入到反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每个子循环包括用体积级分的供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，然后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中停止曝气并在反应器中引入含碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮，该设备的特征在于其包括用于评估流入物中要处理的含氮体积进料的装置，特别是借助用于测量电导率(X)的探针和借助用于测量流入物流量(Q)的流量计，以及根据这种含氮进料和反应器中的最小液体体积计算和控制完整循环的供料阶段的数目的装置，以使注入的体积级分的氮浓度在留在反应器中的液体体积中被稀释，这使得能够避免对亚硝酸盐化细菌的抑制，不过该体积级分的含氮进料足以保证反应器中在每一级分倒入时氨进料的“突增”或峰值，这有利于生成亚硝酸盐的生物质的发育。

该设备可以包括在离开的排放物中的电导率测量探针和流量计，以及在反应器中的各种传感器，特别是电导率、溶解氧浓度、氧化还原电势和pH值的传感器，所有这些探针和传感器均连接到用于连续监控该处理的进展和校正动作(actions)的控制的控制器上。

优选地，该设备包括含碳源和由缺氧阶段中的含碳源注入时间的控制器控制的计量泵，所述注入时间由输入的含氮进料的测量来确定。

该设备包含由该控制器根据溶解氧浓度的测量控制的曝气装置。

通过将SBR循环的供料、曝气和非曝气步骤优化分级成多个阶段，本发明可以对通过回避硝酸盐的氮处理产生有益的作用：

a)氨进料的“突增”

在连续供料系统中，例如根据EP 0 826 639的系统中，反应器中的底物浓度等于在反应器出口处测得的浓度。由于氨浓度直接决定了亚硝酸盐的产生动力，因此同时获得高转化速度和转化效率是非常困难的。

在SBR中，通过相继的体积级分或批料进行的操作可以在子循环开始时浓缩铵离子并且通过抑制硝酸盐化细菌来增强亚硝酸盐化细菌的作用，并且由此获得高反应速率。相反，考虑到介质的高氨浓度，将这些突增进料分级以使它们在反应器中稀释并避免抑制生成亚硝酸盐的生物质是重要的。

本发明的方法能够实现供料的最佳分级以使铵转化速率最大化，同时避免对生物质的抑制。

b)受限曝气的管理

该SBR配置使得能够保留生物质。相应地，通过限制污泥龄来选择生成亚硝酸盐的生物质(EP 0 826 639的方法的原理)不再适用。因此，必须在曝气阶段中保持生物池中的低溶解氧浓度，从而在避免形成硝酸盐的同时确保亚硝酸盐的形成。

由于要处理的排放物的广泛变化性，因此存在氧输入差调节的风险(量不足或在需氧/缺氧序列中随时间的不适当的氧分布)。

本发明用于实现在低值下的溶解氧浓度的更好控制，同时限制曝气阶段的持续时间并调节要处理的进料中的氧输入。

c)介质pH值的自调节

保持6.5至8.5的pH值可以避免抑制对铵氧化性的生物质。实际上，用于回避硝酸盐的SBR法容易在每批开始时增强氨进料对于对铵氧化性的生物质的冲击，并间接引起曝气阶段中较低的pH值。这是因为，在亚硝酸盐生成过程中释放出质子，并且在脱硝过程中释放出羟离子。如果它们在分批操作中累积的话，它们对介质pH值的影响更大。

本发明能够通过接近的硝化和脱硝阶段的交替来实现介质pH值的更好自调节。

d)缺氧阶段的优化管理

在低进料条件下保持延长的非曝气持续时间可导致厌氧条件的建立，该方法的操作可能劣化并且可造成所用传感器的污染。

本发明能够通过限制非曝气阶段的持续时间来限制厌氧生活的风险。

此外，必须保证非曝气阶段中可生物降解碳的可用性以完成脱硝。由于所考虑的排放物通常含有非常少的可生物降解碳，因此脱硝步骤通常需要添加外部源。对加入试剂的量的优化是非常重要的，这构成了该方法的主要成本项目之一。通常，根据预定的平均含氮进料，依照理论化学计量比或实验建立的比率来施加某一恒定剂量。

本发明能够通过调节要处理的进料中的试剂输入量来优化可生物降解碳的添加。

附图说明

除了如上所述的配置之外，本发明还包括下面结合示例性但非限制性实施方案(参照附图描述)更确切论述的许多其它设置。

在这些附图中：

图1是用于实施本发明方法的具有序列式生物反应器的设备图。

图2是显示在处理循环中随时间而变的反应器中的液面变化的图。

图3显示了具有子循环的循环的相继阶段。

图4是根据该方法运行的设备的方框图。

图5是显示随绘制在横坐标上的时间(小时)而变的绘制在纵坐标上的反应器中的下列值的变化的图：

-以米(m)表示的水的高度，

-以mg/l表示的溶解氧浓度，

-pH值，

-以mS/cm(毫西门子/厘米)表示的电导率X

-和以mg N/1表示的铵浓度，并且

图6是显示随绘制在横坐标上的时间(天)而变的绘制在纵坐标上的以mg N/1表示的氨浓度和以m³/天(立方米/天)表示的流量的变化的图。

具体实施方式

附图的图1显示了用于处理通常具有高于100mg N/1氮浓度(100毫克氮/升)的富铵排放物的设备。该设备包含序列式生物反应器1，对于完整循环来说，该反应器通过体积级分或批料进行装料，并在处理后卸料。倒入反应器1中的排放物也被称作“流入物”。卸料后在反应器1中存在最小液体体积Vmin，所述液体的液面由图1中的水平线2表示。

简写为SBR的序列式生物反应器含有硝化细菌，包括亚硝酸盐化细菌(将铵氧化成亚硝酸盐)和硝酸盐化细菌(将亚硝酸盐氧化成硝酸盐)。操作条件的提供要使得将铵转化成亚硝酸盐的亚硝酸盐化细菌的作用优先并最大限度抑制硝酸盐化细菌的作用，从而避免亚硝酸盐转化成硝酸盐。

在反应器1的上游提供缓冲槽3。通过安装在来自缓冲槽3的入口管5上的第一泵4来保证反应器1的要处理的流入物的供料。例如通过第二泵6和卸料管7来保证卸料，卸料管7形成直到液面2的浸入管。提供含碳源8，例如甲醇贮器，以使计量泵9能够在缺氧阶段中向反应器中注入一定剂量的甲醇或另外的含碳源。在反应器1底部提供曝气装置10，例如经由电动阀12连接到加压空气源(例如增压器11)上的穿孔管。

在处理子循环中，在体积级分的供料之后，在第一需氧阶段中，通过将空气送入管道10并通过在反应器中所含的流入物中形成气泡来进行反应器1的曝气，从而在亚硝酸盐化细菌作用下使铵转化成亚硝酸盐(硝化)。在随后的缺氧阶段中，停止曝气并使用计量泵9向反应器1中引入含碳源，例如甲醇，从而将亚硝酸盐转化成氮。需氧阶段和缺氧阶段的组合构成了该子循环的生物循环。

术语“完整循环”用于表示为处理与在最大液面13和最小液面2 之间的反应器容量相对应的体积而进行的操作总和。在完整循环开始时，液面最低，然后将反应器装料直至最大液面13，并且在处理后，将反应器卸料至其最小液面2。

对于完整循环，反应器1通过相继的体积级分进行供料。每一级分的流入物体积仅占反应器容量的一部分，因此流入物的氮浓度在反应器内容物中被稀释并保持可接受，从而避免过高的氮浓度对亚硝酸盐化细菌的抑制。因此，引入反应器中的流入物的相继级分导致液面在所考虑的实施例中以相继的进程14、15、16和13(图2)(即四个进程)增加。如果输入的流入物的浓度明显高于不应超过的抑制亚硝酸盐化细菌的浓度，则分级供料使得倒入反应器1中已存在的液体体积中的级分被稀释，由此避免了超过抑制浓度。

在流入物的每个体积级分的注入开始时，出现氨进料的“突增”或峰值P(图5)，这有利于对硝酸盐化生物质有害的亚硝酸盐化生物质的发育，尽管保留了反应器1专用的污泥。优选地，峰值P在至多等于子循环持续时间1/4的时间过程中保持大于表征相关子循环结束的氨浓度的125％。

在该设备的各种位置提供测量探针和传感器。在排放物入口管上提供用于测量排放物电导率的探针17和流量计18。将测量结果以电信号形式送入电子计算和控制装置，特别是由具有微处理器的计算机或控制器C形成的装置。这些电导率和流量测量使得C能够确定在给定时间间隔内进入反应器1中的含氮进料。在卸料管上提供电导率测量探针19和流量计20，也将测量结果送入控制器C。在构成生物池的反应器1的液体中，提供测量溶解氧的探针21、测量氧化还原电势的探针22、测量pH值的探针23和温度传感器24。所有这些探针或传感器均连接到控制器C上，其命令第一泵4、第二泵6和计量泵9的启动或停止，以及电动阀12的打开或关闭及增压器11的运行或停止。

如图3的下部示意性所示，完整循环包括多个相继的子循环，每个子循环包括下列步骤：

-体积级分供料，

-以及生物循环，包括

用于硝化需氧处理的曝气阶段

和用于将亚硝酸盐转化成氮的缺氧阶段。

完整循环结束于沉降步骤后接卸料。

各个阶段和步骤的持续时间可变。

图3的上部示意性显示了由每一子循环开始时的供料所引起的氨进料[NH4+]的以mg N/l表示的“突增”或峰值P。峰值P更精确地显示在图5所示的图上。

为了使该方法的操作适应要处理的流入物的变化性，在以下三个方面，通过控制器C，依照输入所述控制器中的程序，由实时测量来确定阶段数目和持续时间以及含碳试剂8的添加：

1)在原料流入物中，确定输入的含氮进料并精确确定“供料/曝气/缺氧”子循环的数目、曝气时间和含碳源的添加，

2)在废料中，测定处理效率并允许该方法的追溯调节，

3)在生物反应器中，控制曝气和非曝气循环中生物过程的良好进展。

下面详细描述本发明方法的各种要素。

1)要处理的流入物中的测量的使用

例如通过用探针17测量电导率和用流量计18测量流量或者通过使用特定传感器，从而确定在给定时间间隔内输入的含氮进料：

·进行在总SBR循环过程中的供料的最佳分级，以通过氨浓度的突增来强化(doper)亚硝酸盐生成动力，但避免细菌活性的劣化。

通过命令泵4的运行或停止来获得这种分级。

·根据所安装的曝气容量和所用曝气/非曝气循环的数目估测每天的氧需求，以及满足这种需求所需的曝气阶段的持续时间。相应地由C控制增压器11和阀12。

·由理论或实验比率计算可生物降解碳的需求，并相应地设定缺氧阶段中含碳试剂的计量泵9的运行时间。由C控制泵9的运行。

由控制器C根据要处理的含氮体积进料(较高的进料需要增加循环数)确定完整SBR循环的最小供料阶段数Nalim_min(或相继的体积级分数)，以避免被氨浓度抑制。可以使用下式计算应用于每日进料的最小分级：

{Nalim}_{\min} = \frac{F_{NH 4, j}}{({[{NH}_{4}^{+}]}_{inhib} - {[{NH}_{4}^{+}]}_{eff}) * V_{\min} * N_{SBR}}

其中，

Nalim_min：供料阶段(或体积级分)的最小数目

F_NH4，j：每日含氮进料

[NH₄ ⁺]_eff：从反应器出来的排放物中的铵浓度

V_min：最小液体体积(卸料/提取之后和供料之前)

N_SBR：每天的完整SBR循环的数目

[NH₄ ⁺]_inhib：抑制亚硝酸盐化生物质的铵浓度，其以下列形式取决于介质的pH值和温度和反应器中存在的抑制细菌种群的氨浓度[NH₃]_inhib：

{[{NH}_{4}^{+}]}_{inhib} = \frac{14}{17} * \frac{{[{NH}_{3}]}_{inhib} (K_{w} K_{b} + 10^{pH})}{10^{pH}},

其中K_w/K_b＝e^{344/(273+T(℃))}

大约10mg N-NH₃/1的浓度对于亚硝酸盐化细菌可能已经是有毒的。

控制器C确定最小需氧/缺氧子循环数Nbiol_min，以便不超过给定的生物反应的总持续时间，其选择要避免溶解氧浓度和pH值的过度波动，以及延长的缺氧周期。

为了保持该处理的鲁棒性(robustesse)和规律性，合适的是，使供料数与需氧/缺氧子循环数一致，以便应用单一的“供料/需氧/缺氧”子循环。有效应用的子循环数NC因此是Nalim_min与Nbiol_min之间的最高值。

一旦确定“供料/需氧/缺氧”子循环数，则预先确定一定数目的“需氧/缺氧”型子循环(其曝气和缺氧阶段的持续时间被固定)。根据子循环数NC计算这些反应阶段的总持续时间tC：

tC＝(t_SBR-t_alim-t_sedim-t_extract)/NC

有效应用的“需氧/缺氧”子循环是其曝气持续时间最好与理论曝气持续时间相对应的子循环，该理论曝气持续时间通过控制器C由输入的进料、反应器曝气系统的配置和反应动力来计算。同样地，甲醇的计量泵9的运行时间可以通过C由输入的含氮进料的测量来确定。

在相关周期内，例如在生物循环持续时间的周期、供料周期、水力停留时间或该天中，进行平均含氮进料的计算，这是因为考虑到要处理的排放物类型的固有变化性，过短的时间间隔会造成该系统的不稳定，而过长的时间间隔会造成曝气水平和/或含碳源的添加通常不适合要处理的排放物的性质。

2)在废料中的测量的使用

根据该生物处理的氮去除效率(通过C由反应器1的入口和出口处的在线测量结果计算)，通过进行自动追溯调节，从而可以改进曝气控制。

为了优化含碳试剂的添加，可以安装用于由生物池入口(17，18)和出口(19，20)处的测量结果自动追溯调节计量泵9的运行时间的系统。如果通过控制器C计算出的氮去除效率高于预定的最小效率，则控制器C命令减少计量泵9的运行时间，以减少含碳试剂的添加量(最初根据引入的进料计算)。在离开反应器1的处理过的流入物的质量变差的情况下，控制器C控制的第一校正动作是恢复计量泵9的最初运行时间。这种再调节的周期性应该达到至少三个污泥龄，以避免在系统中引入过多干扰。要回顾的是，污泥龄是反应器中存在的污泥质量与每日从反应器中提取的污泥质量的比率。

这种应用特别可用于适用于本发明方法的富氮排放物的处理，对此已经确定了替代性的自养脱硝过程，从而导致几乎完全不需要可生物降解碳。

为了控制适当的校正动作，通常可以将这种信息与在生物池(即在反应器1所含的液体中)的系统状态的对照传感器所提供的信息相结合。

3)在生物池中的测量的使用

该方法可以使用生物池中的各种传感器所提供的信息，这些传感器例如是电导率传感器21、溶解氧浓度传感器22、氧化还原电势传感器23和pH值传感器24，这些传感器与控制器C相连并且使得能够连续监控该处理的进展和命令校正动作。提供温度传感器：测量反应器中的温度，并调节该温度以将其保持在5至45℃。

最初根据要处理的含氮进料且任选地根据氮去除效率确定的曝气和非曝气阶段的持续时间因而可以由控制器C根据电导率、溶解氧浓度、氧化还原电势和/或pH值的设定点或阈值来调节。因此，曝气装置10，11的运行可以：

-根据溶解氧的设定点和/或氧化还原电势和/或电导率的导数进行调节；

-根据溶解氧和/或氧化还原电势和/或pH值的阈值停止或重启，

控制器C命令增压器11的启动或停止，以及阀12的打开或关闭。

传感器的选择和曝气调节类型的选择根据该系统的特定技术和经济需求来确定。

附图4中的示意图显示了基于反应器1的入口和出口处的流量Q和电导率X的测量并且基于生物反应器1中的溶解氧浓度O2、pH值、氧化还原电势ORP和电导率X的测量的完整管理系统。反应器入口处的进料的测量可以确定持续时间tC的子循环数NC，以及曝气阶段的持续时间(t aer)和非曝气阶段的持续时间(t anox)。根据效率(R)的计算和在生物反应器中的在线测量来进行低选项C(x-1)或高选项C(x+1)的微调。

实施例

对于平均浓度为600mg N-NH₄ ⁺/l但在400至1000N-NH₄ ⁺/l之间变化来说，消化污泥离心上清液的平均含氮进料为150kg N/天。还考虑在大约第20天的离心机故障后停止进料3天，产生零流量(图6)。

这种含氮进料在容量为450立方米且液面高度3至4米的序列式生物反应器(SBR)中在8h/天的三个完整循环中进行处理。通过下列假设计算4个阶段的最小供料分级(Nalim_min)：[NH₄ ⁺]_eff＝50mg N/l，[NH₃]_inhib＝10mg N-NH₃/l，pH＝8.3，T＝25℃。所得90分钟的生物时间tC与对该系统设定的最小值一致。因此，在沉降和滗析步骤之前应用四个“供料/曝气/缺氧”子循环，以避免在最高pH值下受到氨浓度的抑制，以应用足够的曝气持续时间并避免延长的缺氧周期。在这种配置中，定义了五个生物反应持续时间选项(曝气/缺氧)(表1)。

表1：用于通过回避硝酸盐来处理消化器排放物的氮的SBR反应器的完整循环和(子循环的)生物循环

SBR循环数/天 SBR循环持续时间供料持续时间沉降持续时间提取持续时间生物循环数/SBR循环生物时间/SBR循环

3 8小时 60分钟 30分钟 30分钟 4 90分钟

生物循环	分钟/循环	小时/天
					曝气	缺氧	曝气	缺氧
循环1	15	75	6	18
					循环2	30	60	9	15
循环3	45	45	12	12
					循环4	60	30	15	9
循环5	75	15	18	6

通过探针17提供的电导率测量平均数和流量计18提供的供料流量，由控制器C每天一次计算引入的含氮进料。对于这种排放物，已预先建立了电导率/铵的关系。通过证实反应动力不受限制，根据氧需求(相对于亚硝酸盐中间体而言)，由要处理的进料计算理论曝气和非曝气时间。由此，应用5个预定持续时间选项中最接近的一个。同时，通过证实动力不受限制，根据引入的进料的可生物降解碳的需求(相对于亚硝酸盐中间体而言)确定甲醇的计量泵9的运行时间。

图5显示了在8小时完整循环的四个子循环中在反应器1中的监控参数的典型进展：

·溶解氧浓度

溶解氧探针22使得能够在1-2mg O₂/l设定点之间调节曝气；较长的曝气阶段持续时间意味着增压器11较频繁的停止和重启。

图5中的虚线曲线O2代表O2浓度的变化，其在需氧条件中增加并在缺氧条件中降低至0。

·pH值

pH值曲线显示了pH值的变化，其在需氧阶段中降低并在缺氧阶段中增加。pH值保持在6.5至8.5，实际中为7至8。

如果供料没有被分级，则pH值在需氧阶段中可能较低，直至达到抑制对铵氧化性的细菌的活性的值。

·电导率

X(电导率)曲线显示了缺氧脱硝阶段中由含氮离子形式转化成氮气所引起的电导率的降低。在该周期结束时，电导率的导数趋向于0，这反映了完全脱硝。

NH₄ ⁺曲线显示了在每一体积级分供料开始时氨浓度的峰值P或氨“进料的突增”，其与水高度H曲线的增加相对应。峰值P达到100mg N/l，并且只在小于子循环持续时间的1/4的时间间隔内保持高于65mg N/l(在子循环结束时测量的52mg N/l的125％)。

通过回避硝酸盐，通过在曝气阶段中将铵氧化成亚硝酸盐并且由于甲醇的添加在缺氧阶段中将亚硝酸盐还原成氮气，从而进行该系统的氨性氮的去除。在每一生物子循环开始时由氨“进料的突增”所施加的压力结合曝气阶段中低溶解氧浓度的保持，使得能够选择性地发育对硝酸盐化生物质有害的亚硝酸盐化生物质，尽管保留了该SBR反应器专用的污泥。

在该处理结束时通过探针19测量电导率，这使得能够定期评估氮去除效率，并用作校正该系统的任何偏差的警报。因此，设定80％的最低效率，在应用生物循环No.2时其已降至70％。控制器C核实在这天的曝气阶段中溶解氧浓度不超过1mg/l，这反映了氨进料的不完全氧化，并且命令进行包括更长曝气阶段的循环No.3。在生物反应器中通过传感器21测量电导率也被证实是有用的。因此，在数天后，已经观察到效率的再次降低，而缺氧阶段中电导率测量的导数不趋于0，这反映了不完全脱硝。随后的动作是实施循环No.2。

最后安装用于再调节所添加甲醇的添加的回路，以便每隔15天减少计量泵9的运行时间。在氮去除效率降至低于最小设定值的情况下，将泵9的运行时间恢复至之前的值。

本发明的方法显著节省了曝气能量(25％)、含碳试剂的添加(最少40％)和污泥的生成(大约30％)，同时持续提供对于处理序列式生物反应器中的污染进料足够的空气和碳的量。与之前所述的通过回避硝酸盐处理氮的其它连续供料反应器相比，这种配置使得能够采用更大体积进料。

Claims

1.通过在将反应阶段分级的序列式生物反应器中将铵氧化成亚硝酸盐然后将亚硝酸盐脱硝成氮气来处理富氮排放物的方法，这种反应器含有硝化细菌，操作条件的提供要使得亚硝酸盐化细菌的作用优先并最大限度抑制硝酸盐化细菌的作用，根据该方法，在完整循环中要处理的流入物的体积以相继的体积级分被倒入到反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每个子循环包括用体积级分的供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，然后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中停止曝气并在反应器中引入含碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮，

该方法的特征在于，在要处理的排放物中、在废料中和在生物反应器中进行一系列实时测量，评估流入物中要处理的含氮体积进料，并根据这种含氮进料和反应器中的最小液体体积，按下列公式确定完整循环的供料阶段的最小数目：

{Nalim}_{\min} = \frac{F_{NH 4, j}}{({[{NH}_{4}^{+}]}_{inhib} - {[{NH}_{4}^{+}]}_{eff}) * V_{\min} * N_{SBR}}

其中，

Nalim_min：供料阶段的最小数目

F_NH4，j：每日含氮进料

[NH₄ ⁺]_eff：从反应器出来的排放物中的铵浓度

V_min：提取之后和供料之前的最小液体体积

N_SBR：每天的完整SBR循环的数目

[NH₄ ⁺]_inhib：抑制亚硝酸盐化生物质的铵浓度，由此，注入的体积级分的氮浓度在留在反应器中的液体体积中被稀释，这使得能够避免对亚硝酸盐化细菌的抑制，不过该体积级分的含氮进料足以保证反应器中在每一级分倒入时氨进料的“突增”或峰值(P)，这有利于生成亚硝酸盐的生物质的发育。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过测量流入物的电导率(X)和流量(Q)来评估在流入物中要处理的含氮体积进料。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在每一级分倒入时的氨进料的峰值(P)在至多等于子循环持续时间1/4的时间过程中保持大于表征相关子循环结束的氨浓度的125％。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于测量并控制反应器中的溶解氧浓度以通过限制曝气阶段的持续时间和通过调节要处理的进料中的氧输入来将其保持在低值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于通过需氧/缺氧子循环的最小数目Nbiol_min将溶解氧浓度的波动限制在0至2mg O₂/l。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于有效应用的子循环数(NC)是Nalim_min和Nbiol_min之间的最高值。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于测量反应器中的pH值并通过将pH值波动限定在6.5至8.5，通过接近的硝化和脱硝阶段的交替，来提供pH值的自调节。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于测量反应器中的温度，并提供该温度的调节，以使其保持5至45℃。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于预先确定具有曝气和缺氧阶段的固定持续时间的“需氧/缺氧”型生物循环，并根据子循环数(NC)计算这些反应阶段的总持续时间tC：

tC＝(t_SBR-t_alim-t_sedim-t_extract)/NC

其中，

t_SBR：总SBR循环持续时间

t_alim：未分级的总供料持续时间

t_sedim：沉降阶段持续时间

t_extract：提取阶段持续时间。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于由输入的含氮进料的测量来确定非曝气阶段中含碳源的注入时间。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于其用于厌氧消化器上清液的处理。

12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于其用于气体处理冷凝物的处理。

13.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于其用于垃圾场渗滤液的处理。

14.如权利要求7所述的方法，其特征在于测量反应器中的pH值并通过将pH值波动限定在7至8，通过接近的硝化和脱硝阶段的交替，来提供pH值的自调节。

15.用于权利要求1所述处理富氮排放物的方法的设备，该处理如下进行：在将反应阶段分级的序列式生物反应器(1)中将铵氧化成亚硝酸盐然后将亚硝酸盐脱硝成氮气，所述反应器含有硝化细菌，操作条件的提供要使得亚硝酸盐化细菌的作用优先并最大限度抑制硝酸盐化细菌的作用，在完整循环中要处理的流入物的体积以相继的体积级分被倒入到反应器中，该完整处理循环被分成相继的子循环，每个子循环包括用体积级分的供料阶段，随后是引起硝化的曝气阶段，然后是缺氧阶段，在该缺氧阶段中停止曝气并在反应器中引入含碳源以用于将亚硝酸盐转化成氮，该设备的特征在于其包括：

-安装在入口管(5)上的第一泵(4)，用于保证反应器(1)的要处理的流入物的供料，

-第二泵(6)和形成浸入管的卸料管(7)，用于保证卸料，

-计量泵(9)，用于从含碳源(8)将一定剂量注入到反应器(1)中，

-在反应器(1)的底部提供的曝气装置(10)，其经由电动阀(12)连接到加压空气源，

-在排放物入口管(5)上提供的流量计(18)和用于测量排放物电导率的探针(17)，

-在卸料管(7)上提供的流量计(20)和电导率测量探针(19)，

-在反应器(1)的液体中用于测量溶解氧的探针(21)，用于测量氧化还原电势的探针(22)，用于测量pH值的探针(23)和温度传感器(24)，

-与所有这些探针或传感器连接的计算机(C)，此计算机(C)命令第一泵(4)，第二泵(6)和计量泵(9)的启动或停止，以及电动阀(12)的打开或关闭，所述计算机(C)根据所述含氮进料和反应器中的最小液体体积计算和控制完整循环的供料阶段的数目，以使注入的体积级分的氮浓度在留在反应器中的液体体积中被稀释，这使得能够避免对亚硝酸盐化细菌的抑制，不过该体积级分的含氮进料足以保证反应器中在每一级分倒入时氨进料的“突增”或峰值(P)，这有利于生成亚硝酸盐的生物质的发育。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述富氮排放物是含有多于100mg N/l的富氮排放物。