CN101405388B - 用于处理有机废物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于维护设置在生物反应器容器中的基质上的生物质的方法。生物反应器容器具有与废物处理系统流体连通的入口和出口，由此使流入流体可以被选择性地通过入口引入到生物反应器容器，用于从该生物反应器容器去除废物。这会产生可以通过出口返回到废物处理系统的流出流体。所述方法包括步骤：处理通过生物反应器容器的一定量的流入流体，以产生一定量的流出流体，并通过出口从生物反应器容器去除流出流体。所述方法进一步包括步骤：将生物反应器容器与废物处理系统隔离，并在生物反应器容器中建立一组干循环条件。干循环条件选择为影响至少一部分生物质内的内生性生长，由此可以定制至少一部分生物质的平均寿命。所述方法还包括步骤：恢复生物反应器容器到废物处理系统的连接。

Description

用于处理有机废物的系统和方法

技术领域

本发明的实施例涉及有机废物(例如，废水和污泥)的处理。更具体地，本发明涉及一种维护适于从流体中去除有机废物的生物质(biomass)以及适于使用此方法的处理系统。

背景技术

包括在未经处理的废水(即，污水)、来自污水处理设备的污泥、农田废物、有机工业废物、沥出物等中所发现的物质的有机废物是水污染的本质原因。因此，来自这些和其它来源的有机废物理想地是在释放到环境中之前进行处理，以便减少或消除存在的对环境有害的有机化合物。

有机废物包括各种有机成分，包括但不局限于纤维素、半纤维素、木质素(培养基)、诸如淀粉和甲壳质的多糖、蛋白质、诸如甘油三酯和磷脂的类脂类、杀虫剂、杀菌剂、聚合物、石油废物及其它长链或复杂的烃。可以处理有机废物的一种方式是通过各种微生物的消化或代谢(即，分解)将有机分子分解成简单、无毒或环保的组成部分。

具有已经得到认可的能分解有机物质的能力的微生物包括但不局限于细菌、放线菌、酵母、藻类和原生动物。通常，有机物质通过微生物释放的酶的作用被分解成简单的组成部分。在此过程期间，有机物质的一些含碳物质在新的微生物组织的形成中被消耗。此外，一些含碳物质可能会在二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)气体的产生中被消耗，随后可以都释放到环境中，用于能源生产的目的等的燃烧和烧掉。依此方式，有机废物可能会分解成接着结合到微生物的正在生长的生物质中或作为气体释放的较小的无毒分子。例如，与公共处理设施(POTW)一样，工业废物管理过程通常使用微生物(特别是细菌)来分解有机废物。

在此说明的公知设备、方法以及装置的问题和缺点的目的不是限制本发明以排除这些公知的事实。反之，本发明的实施例的可以包括一个或多个公知的设备、方法和装置，而没有在此提及的缺点和问题。

发明内容

目前所需要的是改进维护用于消化、代谢或处理有机废物的生物质的方法。还需要改进用于纤维素和半纤维素的消化的废物处理过程。此外，需要一种可防止或减少生物质从生物反应器脱落(sloughing)的可能性的方法。本发明的实施例解决了一些或所有这些需求以及其它的需求。

本发明的一个方面提供一种维护设置在生物反应器容器中的基质上的生物质的方法。反应器容器具有与废物处理系统流体连通的入口和出口，由此使流入的流体可以选择性地通过入口被引入到生物反应器容器中，用于从该生物反应器容器中去除废物。这样就产生了可以通过出口返回到废物处理系统的流出流体。所述方法包括步骤：通过生物反应器容器处理一定量的流入流体，以产生一定量的流出流体，并通过出口从生物反应器容器去除流出流体。所述方法进一步包括步骤：将生物反应器容器与废物处理系统隔离，并在生物反应器容器中建立一组干循环条件。干循环条件选择为影响至少一部分生物质内的内生性生长，由此可以定制至少一部分生物质的平均寿命。所述方法还包括恢复生物反应器容器到废物处理系统的连接。

本实施例的这些和其它特征和优点将从在此提供的说明清晰地体现。

附图说明

图1是显示在不同生长阶段的典型生物质的时间(x-轴)相对于微生物(y-轴)的数量的对数的简图；

图2是可结合本发明的方法和系统使用的生物反应器的示意图；

图3是图2的生物反应器的操作的示意图；

图4是根据本发明的实施例的废物处理系统的示意图；

图5是根据本发明的实施例的废物处理系统的示意图；以及

图6是根据本发明的实施例的废物处理系统的流程图。

具体实施方式

以下说明的目的是为了通过提供涉及消化、代谢或处理有机废物的多个具体实施例和具体内容传达对本发明的各实施例的透彻的理解。然而，应该理解，本发明并不局限于这些具体实施例和具体内容，其目的只是为了示例。本领域的普通技术人员进一步应该理解，根据公知的系统和方法将会理解本发明用于在任何数量的可供选择的实施例中的预期的目的和利益。

有机废物可以通过微生物的作用代谢或分解成组成部分，微生物使用通过代谢释出的化合物作为培养基。公认微生物(例如，细菌、放线菌、酵母、藻类以及原生动物)能够使有机废物中可能发现的纤维素、半纤维素、培养基、诸如淀粉和甲壳质的多糖、蛋白质、诸如甘油三酯和磷脂的脂类、杀虫剂、杀菌剂、聚合物、石油废物以及其它长链或复杂的烃进行代谢。因此，提供了其中适当的微生物可以茁壮生长的环境，并将有机废物引入该环境，可以用于加工或处理有机废物。优选地，通过微生物代谢有机废物的结果为更简单且环保的有机化合物、水或诸如二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的气体、以及能量。

生物反应器可以用来影响微生物对有机废物的代谢。有机废物和其它培养基(即，水和氧)可以被引入到反应器。反应器内的微生物使有机废物代谢，有效地加工或处理有机废物。设置在反应器内的生物培养基用于提供用于微生物的基质，以粘附到并形成微生物繁殖可能需要的生物膜以及其它结构。总的来说，微生物可称为反应器的“生物质”

图1显示了一种经历了多阶段生长周期的典型生物质。生长周期包括迟滞阶段10、对数生长(对数(log))阶段11、稳定或固定阶段12以及衰退阶段13。在迟滞阶段中，生物质本身建立在其环境中并设法形成生物膜和允许生物质有机化和繁殖的其它结构。在对数阶段，当包含生物质的微生物从该微生物的环境吸收物质(例如，生物质周围的流体中的有机废物、氧、氮、磷、钾以及硫)以生长和繁殖时，观测到生物质的对数生长。在稳定或固定阶段，生物质达到由环境压力(例如，其上固定生物质的基质的表面积以及环境中的可代谢化合物的量)限制的最大数量或大小。在衰退阶段，生物质在数量上开始减少。尽管不希望对其限制，但认为对包含生物质的微生物和生物膜持续的破坏，最终降低了生物质从其环境中吸收养分的能力，导致在衰退阶段中观测到的生物质的退化。具体地，在细菌生物质的情况下，已经观测到随着时间的推移对细菌的膜的损害降低了该生物质从环境吸收养分的能力，从而导致生物质的衰退。

由于生物质衰退时的消化力的下降，图1中所示的生命周期在传统的生物反应器中趋向于造成废物处理性能的下降。另外，前述的生物反应器中的生物质趋向于表现出脱落性能。“脱落”是指微生物脱离生物质以在其它地方搜寻出更有利的用于生长和繁殖的条件。通常，总是可以出现一定程度的脱落。然而，当生物质对于其环境来说在数量上变得太大(即，环境资源不足以支持生物质)时，当流体流过通过反应器的速度变得大到使得该流体使生物质脱离其基质时，或者当过高比例的生物质为死亡的微生物(如典型地在衰退阶段期间)时，则可能会出现大量的生物质脱离其基质的“脱落现象”。脱落现象可能将大的微生物凝结物引入到反应器以及邻接的加工单元中。产生的微生物块可能堵塞过滤器、泵以及其它加工单元。另外，包含脱落物质的流出物可能在对于系统的流出物的可接受的控制参数的范围之外。因此，一般认为不希望出现脱落现象并避免该脱落现象。一种不太有效的办法是接受所述脱落作为系统的特征，并从系统定期去除细菌污泥。

先前基于微生物的反应器处理有机废物的另一个缺点在于，经常很难实现纤维素及半纤维素的代谢。纤维素及半纤维素通常都不能通过微生物的细胞壁或膜直接吸收。因此，这些化合物首先可能需要在微生物的外部部分代谢或水解，以便提供微生物需要的能量和分子结构。例如，在纤维素的情况下，需要三酶混合物(triple enzyme cocktail)将纤维素降低为单糖，然后所述单糖能够穿过微生物的细胞壁或膜。因为在有机废物中经常发现更容易消化的化合物，所以相对于更难代谢的纤维素和半纤维素，微生物可能更偏向于其它化合物的代谢。因此，典型的处理加工可能对处理有机废物(特别是废水(即，污水)和污泥)中所发现的纤维素和半纤维素无效。

对有机废物基于微生物的反应器的处理的进一步的缺点在于，作为养分结合到微生物中的磷、氮、钾和硫最终变为作为加工的副产物的污泥中的废物。这就增加了污泥的体积，从而增加了处理成本。因此，需要降低存在于污泥中的养分量。

本发明的实施例提供用于有效处理废物而不具有必须从系统周期性地去除的残余污泥的系统。这些系统还提供纤维素和半纤维素及其它有机物质的有效消化。通过使用高效的反应器结构以及通过保持反应器的生物质的效力的方法保持这些系统的效率。通过控制和保持生物质，本发明的实施例可以降低或消除关于在反应器中使用生物质进行代谢、处理或加工有机废物的问题和缺点。例如，所述方法可以用于将稳定或衰退阶段的生物质返回到所需的对数阶段。所述方法还降低了生物质经历脱落情况的倾向。此外，所述方法增强了生物质代谢纤维素和半纤维素的能力。

图2和图3显示了可用于本发明的实施例中或与本发明的实施例结合的反应器100。反应器100包括具有流体入口150和出口160的容器110。容器110可以具有设置在该容器中的一系列包括用于支撑微生物生物质的物质的组织层。在图2和图3显示的说明性实施例中，第一生物质基质层120由第二基质层130支撑，第二基质层130继而由基层140支撑。容器110和基质层可以构成为在容器110的顶部处在第一基质层的上方留出空间152。基质层和基层构成为使废物流体156通过每个组织层被重力向下拉。在典型的布置中，基层140由瓷砖石(tile rock)或相似的材料形成。第一和第二基质层120、130由选择具有提供微生物的附着和生长的培养基的能力的材料形成。典型的材料可以包括尺寸形成为且构造为建立特定的表面积和微生物密度的培养基球。

应该理解，在一些实施例中，反应器100可以只具有单个基质层或可以有两个以上的基质层。在具有多层的反应器中，第一基质层120可以包括第一物质和/或培养基结构，而第二基质层130包括第二物质和/或培养基。这就允许定制用于特定废物组成的消化的反应器100。同样地，每层的深度可能不同。在说明的实施例中，反应器100可以具有3000加仑的容器100，所述容器具有设置在该容器中的包括四分之三英寸直径的培养基球的第一基质层120、包括细砾的第二基质层和包括瓷砖石的基层。第一基质层可以形成有2.5英尺的深度，第二基质层可以形成有6.0英尺的深度，基层可以形成有6.0英尺的深度。

虽然不希望对其进行限制，但认为将基质层的培养基布置成减小从容器的顶部向下的尺寸可以具有以下几方面的优点。一个可能的优点是减小基质的尺寸并提供增大的可以吸收生物质和有机废物的表面积。因此，容器中的基质的减小的尺寸可以提供增大的微生物代谢有机废物的机会。另外，认为不同尺寸的基质可能会导致横过基质表面的液体的不同速度，从而还可能影响微生物代谢液体中的有机废物的能力。

在操作中，废物通过入口150被引入到容器110中，并向下通过组织层。流出物质通过流体出口160排出。反应器100可以用在连续流或脉冲流动过程中，或者可以用在使废物连续重复循环通过反应器100的分批处理中。如以下更详细地讨论，反应器100也可以与其它反应器串联或并联使用。

用在反应器100中的基质材料可以包括提供用于反应器生物质生长的基质的任何适用的生物培养基。示例的基质材料包括但不局限于：熔岩石；瓷珠；由得克萨斯州休斯顿的Jaeger Products，Inc.生产的塑料JaegerTri-Packs

；等等。其它的材料可以包括石英岩、以及干净、尖锐且由分级锤碾磨的玻璃(包括回收的玻璃)。

基质材料可以选择为提供使包括生物质的微生物可以吸收氧和有机废物并与氧和有机废物相互作用的大的表面积。这样就使对于要处理的流入物的给定速率(即，为更有效)所需的反应器的尺寸降低，从而减小工厂的规模，并从而降低了资本成本。

反应器100及其操作可以适于增加氧的有效性，因此增强生物质的消化效率。可以实现的一种新型的方式是控制反应器中的液面，使得容器100的顶部处保持空气空间。这就保证了流入的废物在遇到设置在其中的第一基质层120和微生物之前通过空气空间。由于入口150和第一基质层120之间的间隙，流入物喷溅到基质上，从而导致氧被添加到流入物中。在一些实施例中，此曝气效果可以通过使用构成为以一系列如图3中所示喷溅到基质上的射流154喷设流入物的喷嘴151增加。如果需要，额外的空气可以利用例如鼓风机添加到容器110，以进一步曝气废物液体。

在容器顶部的空气空间不需要与第一基质层120和容器顶部之间的空间152共同存在。容器110中的流体液面可以建立为例如使得一部分培养基基质延伸进空气空间，因此将所述培养基基质暴露给空气空间中的氧。培养基的暴露也可以增强上述喷溅的曝气效果。

改善的曝气和氧的分布也可以通过增加流过基质层的废物流内的紊流实现。一种方法是可以通过将基质层布置为使得第一基质层120包括大于第二基质层130的大直径培养基实现。这在所述废物流更快速地流过顶部培养基(具有较大的空隙空间)时在流入物中产生一定程度的紊流，并且当所述废物流通过较小的培养基时显示出来。

流入物的曝气提高了反应器代谢有机废物的能力。曝气喷嘴和在流动中产生紊流的其它潜在优点在于，可以有助于防止堵塞并延迟脱落情况。在容器顶部处的开口空气空间的进一步潜在优点在于，所述空气空间提供了用于二氧化碳的路径，二氧化碳通过发生在容器中的代谢反应产生以逸出。

曝气还可以通过将空气吹入到容器110的下部区域实现。这用于增加系统的氧，还用于“发泡”容器的底部处的流出物。此发泡作用可以有助于分解容器底部处的微生物堆，从而可以另外破碎阻塞或塞住容器或系统中的其它加工单元的大块。如图2和图3所示，空气172可以利用发泡歧管170或其它相似的机构选择性地被引入到容器110的底部。发泡可以以周期间隔起作用或在加工参数满足特定的预定标准时起作用。这些标准以及持续时间和施加的空气量将为废物和容器的特征的函数。

反应器100还可以包括用于水脉冲调制的结构。在水脉冲调制中，与空气发泡相似，容器的流出物、清水或其它液体的脉冲在容器底部或接近容器底部引入到容器。水脉冲调制可以用于破碎容器中的无机沉淀物堆。与空气发泡一样，水脉冲调制可以以周期间隔实现，或当加工参数指示应该实现脉冲时实现。

反应器100可以构成为使废物流中的有机物质的消化效率最高。该消化效率可以通过反应器的生物质的操作控制以及保持进一步增强。如上所述，生物反应器的性能为生物质寿命周期的函数。当生物质处于其对数阶段时，因为在该阶段期间生物质消化或代谢有机废物的能力最高，所以系统性能将处于其顶峰。因为在对数阶段期间生物质在数量上为对数增加，所以大量的有机废物由生物质分解，以提供微生物繁殖需要的能量和分子构件(molecular building block)。当生物质达到稳定水平并开始衰退时，有机物质的代谢性能下降。

因此，可以看出，如果在操作期间生物质可以保持在对数阶段，则将改进反应器的性能。在本发明的方法中，这通过周期性地从系统的废物处理过程中去除反应器并对生物质施加特定的条件实现。这包括去除所有的流入废物和来自反应器容器的所有液体。虽然可能存在残余的废物，但只有允许保留在容器中的实质有机物质为生物质本身的有机物质。如以下更详细地讨论，施加的条件(在此称为“干循环”条件)迫使生物质自身以消化衰退或死亡的有机物的有机物质的较年轻的、更充满活力的有机物为食。在特定的最佳的干循环期间后，生物质离开只在生命周期中的早期阶段保留有机物的条件。因此，当液体和废物一旦再次引入到反应器中时，生物质将经历对数生长，且反应器将以更高的效率操作。

下面将更详细地说明干循环。为了开始干循环，从反应器中排出包含有机废物的流体。空气通过例如鼓风机引入到反应器，以便使生物质曝气并通过保持氧的高可用性将曝气代谢状态保存到可能的程度。然而，应该认识到，一些缺氧状态在干循环期间可以存在于部分生物质中。本领域的普通技术人员应该理解，这也是湿循环期间的情况。

因为包含有机废物的流体在干循环期间被从反应器中去除，所以适用于生物质的养分量(例如，有机废物)极大地降低。相信这将导致包括生物质的微生物的代谢速率降低并导致所述微生物的死亡率增加。因为晚期(即，稳定和衰退阶段)的微生物比对数阶段的微生物活性差，所以对生物质的环境压力将优选导致晚期的微生物的消除。通过从生物质去除晚期的微生物，诸如基质表面积的资源不会对较年轻的且更健壮的微生物形成约束。

还会想到养分的去除将开始生物质内的内生性生长周期。换言之，对于降低的可获得的养分量，养分的不足将使生物质的微生物在其之间竞争。此外，随着年老、活力差的微生物死亡，该微生物通过细胞溶解将给剩余的微生物提供食物。“细胞溶解(lysis)”指细胞或微生物(例如，细菌)的溶解。在经过干循环的生物质中，细胞溶解使来自死微生物的养分扩散出去以将营养提供给生物质中的其它微生物。

此内生过程的结果是质量的净下降。此外，保留在生物质中的有机物的平均寿命极大地降低。由于从死有机物接收到养分，所以这些剩余有机物保持健康，并且当沉浸到富含养分的环境中时将准备进入到对数阶段。因此，可以看出干循环的条件和持续时间可以定制以确定生物质的微生物的平均寿命和/或建立特定的生物质质量。

干循环期间的条件也可以定制为促进特定类型的微生物的传播。例如，为了促进擅长于代谢纤维素和半纤维素的嗜热微生物的传播，可能需要在干循环期间增加生物质的温度。这可以通过从外部来源引入热量和/或通过利用在有机废物代谢期间释放的内部热量来实现。然而，在废物处理期间，生物质的温度可以保持在适合于中温微生物的繁殖的水平(大约15℃到大约45℃，而更优选从大约25℃到大约35℃)，在干循环期间，生物质的温度可以保持在适合于嗜热微生物的水平，或从大约45℃到大约65℃。优选地，干循环期间的生物质的温度至少在大约40℃，以便促进嗜热微生物的繁殖。

干循环条件还可以定制为消除或减少不希望有的有机物的存在。例如，可以设定温度水平以控制特定的厌氧性细菌或兼性细菌。

如上所述，对数阶段的生物质将成指数繁殖。因此，降低生物质中的晚期微生物的数量用于通过促进对数阶段微生物的相对数量的增加使生物质恢复活力或获得新生。当液体废物流被重新引入(即，开始“湿循环”)时，生物质快速繁殖，提供了健壮的微生物以代谢废物流中的有机物。

因此，可以看出当所述生物质返回到其废物质处理模式时，具有经过干循环的生物质的反应器将以峰值效率操作以代谢废物。此外，干循环后的生物质可能特别适合于特定物质(例如，纤维素和半纤维素)的代谢。如上所述，先前的反应器系统总体上不能有效地代谢纤维素和半纤维素。然而，通过本发明的干循环处理方法对生物质的维护已经提供给反应器分解和消化纤维素和半纤维素的能力。这特别显著地在这些实质上是两个最充足的有机化合物的情况下给出。事实上，纤维素可以在典型的污水源中建立达到20％的有机物。

已经发现，在废物处理期间，干循环的使用提供了有效代谢纤维素和半纤维素的生物质。还假设在生物质本身的干循环期间，生物质的较年轻的微生物可以代替其另外更喜欢的其它养分而代谢可获得的死微生物的纤维素和半纤维素。具体地，会想到纤维素和半纤维素可以通过从垂死或死亡的微生物的细胞溶解获得，例如，在脱落情况期间已经从上游处理单元或反应器被移出的微生物。

此外，相信在干循环期间，由于空气被引入到反应器中所造成的生物质经历的高度需氧状态，可以促进在代谢纤维素和半纤维素上更有效的那些特定的微生物的生长。例如，细菌类的杆菌、纤维单胞菌、梭菌(Clostridum)、棒状杆菌、嗜纤维菌(Cytophaga)、多囊菌、假单胞菌、生孢嗜纤维菌(sporocytophaga)和弧菌都认为有能力代谢纤维素。放射菌类的小单孢菌(Micromonospora)、诺卡氏菌(Nocardia)、链霉菌以及链孢囊菌(Streptosporangium)也被认为有能力代谢纤维素。对于半纤维素，细菌类的杆菌、噬纤维菌、欧文氏菌(Erwinia)、假单胞菌以及链霉菌认为有能力代谢该化合物。因此，不需要局限于此，相信在干循环期间生物质经历的环境状态可能更有利于这些微生物的传播，因此能处理存在于生物质本身中或废物中的纤维素和半纤维素的代谢。

还相信为了代谢纤维素和半纤维素由微生物释放的酶在反应器在干循环后返回到湿循环时，在整个处理系统中进行循环。因此，可以增强整个系统的纤维素和半纤维素的代谢。

使用干循环维护方法的另一个可能的优点在于，诸如氮、硫、磷和钾的无机元素可以释放到反应器的流出流中，而不是被输送到污泥副产物中。在干循环方法中，这些元素可以通过在干循环期间干燥生物质中的微生物释放。当流体接着被重新引入到反应器中时，这些矿物质在矿化状态下被清洗出反应器。这将有效地降低或消除反应器中剩余的污泥。如果需要，下游的处理可以用于降低流出物中的矿物质元素的水平。

干循环的持续时间可以依赖于生物质的特征和组成。可以设定为获得在消化特定废物中的生物质的最大效率。在一些情况下，干循环的持续时间可以为特定的反应器的效率和多反应器系统的总效率之间的权衡量。例如，可能对于将需要用于反应器达到其自身的峰值效率的时间长度不需要从系统中去除反应器。在三个和四个反应器的处理系统中，典型的干循环持续时间可以在4.0-6.0小时的范围内。

除了增强反应器的效率外，生物质的干循环维护还降低了脱落情况的可能性。想到这是至少部分由于在干循环期间减小了生物质的尺寸，继而降低了生物质内对于养分和生长空间的竞争。降低生物质的尺寸保证了该生物质保持在使流入物中的有机废物的数量足以维持对数生长的水平。这将降低生物质中的微生物脱离支撑培养基以在其它地方寻求更好的条件的倾向。

脱落情况的可能性还通过从生物质中去除不太健壮的微生物而降低。因为与不太健壮的微生物相比，较健壮的微生物可以具有增强的粘附到反应器中的基质上的能力，从而增加了生物质中可能导致生物质整体具有增加的到基质上的粘附性的较健壮的微生物的百分率，因此降低了遭受脱落情况的可能性。降低脱落情况的可能性还降低了反应器和基质由于生物质被从基质移除造成变得堵塞的可能性。

干循环的另一个优点是一部分生物质的死亡可能另外导致额外的二氧化碳的释放，所述二氧化碳也可以通过循环通过的空气被从反应器去除。通过促进二氧化碳的产生和去除，减少了系统中的含碳物质的总量。

可以看出，适当定时的干循环维护周期可以用于保持反应器在最佳的平均效率。为了使湿循环的持续时间(即，废物质处理时间)最大化，可能需要干循环的开始时间与生物质到达稳定或衰退阶段的时间一致。然后，通过将反应器返回到生物质(平均)在对数阶段开始时的操作，可以使有效的湿循环的整个持续时间最大化。这样可以通过使快速生长的对数阶段中生物质耗费的时间最大化使有机废物的消化最大化。因为所述方法可以用于使快速生长的对数阶段中生物质所耗费的时间周期最大化，所以所述方法可以增加反应器和任意系统以及安装在该系统中的子系统的效率。

可以监测各种过程状态，以便确定干循环应该在规定的加工单元或反应器上执行的时间。例如，干循环可以在生物质已经达到特定数量、体积或尺寸时执行。这是理想的，因为较大的生物质也可以是较老的，并因此更可能在生长的稳定或衰退阶段中实现并需要维护。另外，较大的生物质需要更大的养分输入。给定恒定的养分输入，较大的生物质更可能响应限制其生长的有限养分供给进行脱落。

遗憾地，通常很难以直接方式测量生物质的数量。结果，可能需要测量间接显示生物质的数量的其它变量。为生物质的数量的间接指示器的一个这种变量为反应器的入口和出口之间的压力差。此差值可能由生长的生物质堵塞反应器或加工单元的倾向造成，从而导致从反应器的入口到出口的增加的压降。因此，当压力差超过设定点时，可以执行干循环。同样地，用于循环通过反应器或加工单元的有机废物的泵上的负载由于反应器或加工单元因生长的生物质而变得堵塞也增加。因此，泵上的负载可以测量作为确定应该执行干循环的时间的工具。

可以测量以间接地评估反应器中的生物质的量以及应该执行干循环的时间的另一个变量是通过反应器的流体的体积流量。例如，当流体的体积流量降低到特定的设定点时，可以执行干循环。可以测量所述过程内的有机废物的分解速率，以确定应该执行干循环的时间。随着生物质变老并逐渐需要维护，因为衰老的生物质进入到其中该生物质不再快速生长的稳定或衰退阶段，有机废物的同化速率减缓。因此，降低的分解速率可以指示应该执行干循环的时间。

另外，可以测量反应器或加工单元的温度，以便确定应该执行干循环的时间。热量为有机物质分解和代谢的副产物。因此，反应器或加工单元的操作温度的下降可以指示分解/代谢的速率已经降低且应该进行干循环，以便复原和维护生物质。

另外一个可以测量的变量是反应器或加工单元中的生物质的体积排量。这可以特别应用在分批加工中，其中反应器或加工单元重复填充有有机废物，然后处理该有机废物并将该有机废物从反应器排出。可以抽入反应器直到将该反应器被填满为止的有机废物的体积可以在批次间进行比较，较低的体积表示反应器或加工单元内有较大的生物质。因此，当可以放置在反应器或加工单元内的有机废物的体积已经达到充分低的设定点时，可以执行干循环，从而可以降低反应器或加工单元中的生物质的数量，并导致与可以放置在单元内相比有机废物的增加。

应该理解，用于使干循环开始的一组标准可以根据以上指示器的各种组合构成。还应该理解，本发明的方法不局限于具有上述结构的反应器。本发明的干循环维护方法可以应用到任何废物质处理生物反应器。

还应该理解，干循环维护可以在多种不同的应用中使用，所述应用涉及通过微生物对有机和无机化合物的处理，包括但不局限于对农场废物的处理、废水的处理、污泥的处理、沥出物的处理或裂化、有机工业废物的处理、用于放射性核的稳定的微生物繁殖、用于重金属的稳定的微生物繁殖等。在这些应用中的任何一个中，在其它优点中，干循环可以用于维护用于所述应用的适当的生物质，增加反应器和任何系统以及安装反应器的子系统的效率，并降低脱落情况的可能性。

本发明的说明性实施例提供了用于废物处理的系统。这些系统可以适于处理污水、污泥或其它废物。污泥为许多主要或辅助工业废物处理设备(特别是POTW)的副产物。通常，污泥的形式为具有接近3％的生物固体的浓缩的湿污泥，或者为具有接近20％的生物固体的干燥结块。在任一情况下，污泥的生物固体通常由大约80％的有机物质和20％的无机物质组成。在此公开的污泥处理系统可以应用到为各种不同组成的湿污泥和干燥结块污泥的处理中。当然，干燥结块污泥的处理需要将水加入到污泥中以提供能处理的流体。

废物处理系统或模块可以包括任意数量的相互连接的反应器。然而，在执行本发明的干循环方法的一种方法中，这种系统将具有至少两个反应器，使得总是具有一个或多个可用于处理废物的反应器，同时一个或多个另外的反应器经历干循环。在图4中说明的示例性废物处理系统200中，三个反应器210、220、230相互连接以形成3个容器的处理模块。容器布置为使得流入的废物流体22(例如，污泥)可以通过管路歧管240选择性地输送到容器。来自每个反应器的出口的再循环管路242允许液化的废物成分再循环通过反应器，直到已经执行适当的处理为止。例如，对于污泥处理系统，可以处理废物流体直到已经代谢污泥中大约85％的有机物为止。当液化的废物已经被适当地处理时，可以将流出物23从系统排出并重复此过程。依此方式，3个容器的结构可以起到分批处理系统的作用。在可供选择的方法中，系统可以以脉冲分批的方式操作，其中处理废物直到已经满足适当的参数(例如，总悬浮固体(TSS))为止。然后，使少量的流出物排出系统，且少量的流入物被添加到系统。

无论是以分批还是以脉冲分批的方式，三个反应器中的任何一个或所有还可以选择性地排出水，且该反应器的生物质经过上述干循环。例如，干循环可以在处理的每个污泥分批结束时施加，或者以其它的周期间隔(例如，每日或每周)施加。在可供选择的实施例中，可以参照干循环方法响应在此说明的变量(例如，泵上的载荷、体积排量、压力差、体积流量、分解速率、反应器/容器的温度)进行干循环。

在利用3个容器的物质处理系统200处理污泥的示例方法中，如果需要，可以首先将污泥液化，和/或稀释直到该污泥达到低于大约10000mg/L的TSS水平。在一些实施例中，可以优选将污泥稀释到达到低于大约5500mg/L的水平为止。然而，应该注意，太稀的污泥混合物可能导致对污泥的不必要的缓慢处理。这是因为有机废物的浓度可能不足以维持对数生长阶段中的生物质。因此，可以优选将污泥稀释到低于5500mg/L但不低于大约2500mg/L的TSS。

废物流体可以作为流入物供给到系统，并逐次地(即，首先填充容器210、然后填充容器220、接着填充容器230)或平行地(即，同时填充到容器210、220以及230)装载到反应器。如果为逐次填充，则填充速率可以等于通过容器的废物的适当流速，使得随着该废物流体从一个反应器行进到另一个反应器部分地处理该废物流体。然而，如果应用，则废物的平行装载可能比较理想，这是由于增加了可以装载系统的速度。平行装载的可能缺点是堵塞或塞住内部包含较小基质的反应器的潜在性。

应该理解，在装载和处理顺序上具有许多可能的变化。例如，在一个特定的顺序中，少量(例如，500-1,000加仑)的污泥可以以由操作者选择的特定间隔抽入第一容器210。空气可以在容器的底部被引入以保持在顶部的高挥发性有机物，并积极地进行消化。可以以相同的时间间隔从第一容器210去除相同量的物质并将该物质引入第二容器220。在第二容器220中的物质可以从第二容器220到第三容器230并返回到第二容器220连续循环。物质以选择的间隔被从第二容器220和/或第三容器230去除，且去除的物质量等于从第一容器210新引入的物质量。这样就保持了甚至第一容器210中的污泥的浓度，同时从容器的底部去除了生长抑制剂。还保持了第二和第三容器220、230中的较低的有机物浓度，因此使该有机物向所需的生态发展。

一旦所需量的废物已经加入到系统200中，则系统可以关闭，且废物再循环通过三个容器并通过容器内的生物质处理、代谢或消化。控制系统可以监测和控制变量，例如，pH、温度、TSS以及溶解氧(DO)。在优选实施例中，系统的pH可以保持在大约6.0到大约8.0的范围内，更优选在大约7.0。在另一个优选实施例中，DO可以保持在高于大约2.0mg/L的水平。更优选地，流入物的DO可以保持在从大约3.5mg/L到大约5.0mg/L的水平。

在再一个优选实施例中，在湿循环期间，系统的温度可以保持在适于中温微生物的繁殖的水平，或从大约15℃到大约45℃，更优选从大约25℃到大约35℃。在干循环期间，系统的温度可以保持在适于嗜热微生物的繁殖的水平，或从大约45℃到大约65℃。优选地，在干循环期间，系统的温度为至少大约40℃，以便促进嗜热微生物的繁殖。在干循环期间较高的温度是理想的，以便促进纤维素和半纤维素的代谢。

可以监测和控制的其它变量是存在的氮、磷、钾和硫。这是理想的，因为这些元素是微生物共同需要的养分。

用于三个反应器210、220、230的反应器的内部可以设计为提供用于生物质的适当基质，以粘附到容器内的成分，促进曝气，并帮助完成容器内成分的混合。反应器210、220、230每个都可以以与图2和图3的反应器100相似的方式构成。应该理解，除了基层外，每个容器都可以具有一个或多个基质层。在说明的系统200中，每个容器都包括由基层支撑的单个基质层。然而，应该理解，容器具体的内部结构可以不同。例如，在特定的实施例中，所有三个容器210、220、230可以具有八英尺深的基质层以及两英尺深的瓷砖石的基层。然而，基质材料可以不同。第一容器210的基质材料可以包括3英寸直径的培养基球，例如，可由得克萨斯州的休斯顿的Jaeger Products，Inc.商业购得。然而，第二容器220的基质层可以为1英寸、1.5英寸以及2英寸的培养基球的混合物，而第三容器230的基质层为1英寸和1.5英寸的培养基球的混合物。本领域的普通技术人员将会理解，也可以使用培养基的基质材料的其它组合，且也可以使用其它材料代替瓷砖石。

图5显示了废物处理系统的可供选择的实施例。图5的示例性废物处理系统300包括四个反应器310、320、330、340。同3个容器的结构一样，4个容器的结构可以将废物流体22(例如，污泥)通过歧管350输送到反应器310、320、330和340。来自每个反应器的出口的再循环管路352使处理液体在系统内再循环。一旦污泥已经根据需要处理，则流出流体23可以从系统排出。依此方式，4个容器的干循环污泥处理系统可以以分批方式操作。系统还可以以如前所述用于三个容器的系统200的脉冲分批方式操作。

4个容器的废物系统300可以以几种方式操作。在操作的一种方法中，所有的四个反应器310、320、330、340可以同时操作，除非或直到确定反应器310、320、330、340中的一个或多个应该从系统300中去除(即，与其它反应器隔离)并经历干循环状态为止。当完成干循环时，复原的反应器可以返回到系统300。用于从系统300去除反应器以经历干循环的标准可以基于测量的反应器状态或基于操作时间限制。

在操作废物处理系统300的特定方法中，反应器310、320、330、340中只有三个在任何给定的时间处理废物，而隔离第四个反应器并经历干循环。三个操作反应器有效地提供可以同先前所述的3个容器的系统一样以分批方式操作的三个容器的子系统。例如，可以处理一批污泥或其它废物，直到TSS为大约150mg/L或其它的一些变量已经达到所需的水平为止。三个操作反应器可以以逐次或平行方式装载。同时，第四反应器经历干循环状态，用于维护设置在该第四反应器中的生物质。这样，在每个第四批的废物期间，4个容器的处理系统300中的每个容器都可以经历干循环维护状态。

如果需要，废物处理系统300的四个反应器310、320、330、340可以具有与显示在图4中的废物处理系统200的3个容器结构中的反应器的结构相似的方式构成的内部。与系统200中一样，四个容器的系统300的每个容器都可以包括由基层支撑的一个或多个基质层。所有四个容器的结构都可以相同，或一些或所有容器可以与其它容器不同。在图5说明的实施例中，首先的三个反应器310、320、330中的每个都具有单个基质层，而第四反应器340具有两个基质层。在特定的实例系统中，首先的三个反应器310、320、330中的每个都具有八英尺深的基质层312、322、332以及两英尺深的瓷砖石基层314、324、334。第一反应器310的基质层312包括3英寸直径的培养基球，而第二反应器320的基质层322包括1英寸、1.5英寸以及2英寸的培养基球的混合物，而第三容器330的基质层332为1英寸和1.5英寸培养基球的混合物。第四反应器340具有为2.5英尺深的第一(最上层)基质层342、为3.0英尺深的第二基质层344以及为3.0英尺深的瓷砖石基层346。第一基质层342包括3/4英寸的培养基球，而第二基质层344包括#67圆砂砾。

参照图6的示意说明，本发明的另一个实施例提供了在污水处理中可以特别有效的废物处理系统400。系统400包括串联连接的多个生物反应器，每个反应器表示废物处理中的一个阶段，而每个反应器都与其前一个反应器流体连通。在显示的实例中，首先的三个处理阶段通过使流入的废物顺序通过三个反应器410、420、430中的每个来实现。每个都具有设置在其内的微生物生物质的这些反应器可以以与图2和图3的反应器100相似的方式构成，或可以具有不同的结构。在典型的实施例中，这些反应器中的每个都可以具有不同的内部结构，并设置有不同形式的微生物，或具有不同的基质尺寸或结构。处理的第四阶段通过一对反应器440A、440B中的一个实现。所述系统构成为使得在任意给定的时间，反应器440A、440B中只有一个与用于处理来自前一个反应器430的流出物的前一个反应器430流体连通。该对中的另一个反应器与系统隔离，使得该反应器可以经历干循环状态。反应器440A、440B可以以与图2和图3的反应器100同样的方式构成。每个反应器都可以具有特定的内部以及定制的生物质特征，以随着通过上游反应器的处理来处理两个废物流，并处理来自那些反应器的脱落的生物质物质。反应器440A、440B的特征典型地将相同。废物质处理系统400还可以具有过滤器450。过滤器450可以为沸石过滤器或任何其它的现成的过滤装置或系统。

在操作中，包含有机废物的流入流体的连续流顺序通过反应器410、420、430和交替对反应器440A、440B的活性件(active member)。交替的反应器440A、440B可以在操作的废物处理和干循环模式之间周期性旋转。通过将该系列中最后的反应器保持在峰值效率，可以很容易地管理并从废物流中去除由来自上游反应器410、420、430的脱落现象所产生的生物质物质。然后，过滤器450可以用于从交替的反应器440A、440B捕获流出物中的任何剩余物质。

在废物处理系统400的示例实施例中，如用于废物处理系统300的首先的三个反应器310、320、330的上述示例实施例，上游反应器410、420、430可以具有相同的内部结构和基质材料。交替的反应器440A、440B中的每个都可以具有对于图4的废物处理系统300的第四反应器340的上述示例实施例的特征。

交替的反应器440A、440B可以以周期方式在湿循环和干循环之间旋转，以便使该反应器的生物质保持在最佳生长阶段。在预定的间隔后可以得到从反应器440A、440B中的一个到另一个反应器的流的位移，或者可以根据观测到的符合预定标准的参数得出。例如，这种标准可以试图为流动的变化的观测结果或暗示脱落情况已经在上游反应器410、420、430中的一个中出现的其它参数。根据观测到的这种情况，系统可以操作以移动两个反应器440A、440B中的无论哪个能更好地处理脱落的物质的反应器。优选地，反应器440A、440B以使得不需要处理两个连续的脱落情况的方式循环使用。

作为周期性干循环维护的结果，希望交替的反应器440A、440B中的脱落情况将降低到最少或消除。然而，额外的过滤器450可以构成为筛出残留在通过反应器440A、440B处理后的流出流体中的任何生物质。

如同已经参照干循环污泥处理系统说明的一样，可以控制其它控制参数，例如，应该执行干循环的时间、干循环持续时间、温度、pH、DO水平、TSS等。

应该理解，诸如废物处理系统400的顺续系统不局限于特定数量的反应器。例如，这种系统可以包括任何数量的上游反应器(即，一个或多个)。这种系统还可以在生物处理的最后阶段在多于两个的反应器之间旋转。

采用干循环维护方法的污水处理系统可以以与传统污水处理厂的相同的方式实现。例如，可以采用诸如格栅(bar screen)、砂砾去除以及沉降的准备工作和均衡容器以在通过系统处理之前从污水流入物中去除大的培养基。三级过滤(例如，利用微米过滤器)、化学和超声波消毒系统、均衡系统、硝化/反硝化系统、絮凝器以及澄清器也可以结合干循环系统使用。

本发明的处理系统可以作为现有的废水处理设备的附属设备使用。例如，这些系统中的任何一个都可以作为预处理过程执行，以便降低对现有设备的整个有机负荷。因为在预处理阶段的较高生物固体浓度可以更适用于这些系统，所以本发明的系统可以特别好地适用于作为预处理过程使用。

本发明的系统还可以用于替代或增加现有废水处理设备内的处理单元。此外，因为高浓度的生物固体可以更适于本发明的高效处理系统中的处理，所以可能需要将所述生物固体连接到现有污水处理设备中的使废物流中的生物固体聚集至流出物的至少大约0.3％的点。例如，根据本发明的高效率系统可以连接到位于远离主澄清器的现有污水厂的曝气容器的底部附近。所述高效率系统可以构成为去除废物流中的大于85％的有机物质，接着废物流可以返回到现有设备以进一步处理。如以下实例中所说明，对于具有初始的TSS在4000mgs/L量级的流入物，TSS可以降低到低于150mgs/L。已经获得总悬浮固体的下降高达97％。

除了基于有机废物量的下降的优良性能外，在此说明的方法和系统还可以提供其它利益。而传统的污泥和流出物处理过程很大、构建昂贵且维修昂贵，在此说明的系统可以具有相对较小的占地面积(包括大多数容器、泵以及简单的管路和控制系统)，构建相对便宜，且维修成本可以相对较低。在一些情况下，在此说明的污泥和污水处理过程可以作为“成套”的工厂分布，包括可能必须构建和操作一个系统的容器、管路、泵、装设阀门、控制系统等。

本发明的方法和系统可以结合港湾使用。在港湾中已经公知，固定到有机碳中的大多数二氧化碳和诸如具有大量碳酸盐的沉积岩的无机沉淀物形成于港湾区域中。进一步而言，这些区域负责固定高度移动的植物养分，例如，氮和磷。目前，世界到处许多社区都使用港湾区域约束或高度固定移动养分，例如氮和磷。具有本发明的系统的港湾区域的使用可以固定或约束氮和磷，以充分地使社区降低其氮和磷的输出。这对于法律禁止的这些养分的释放尤其重要。这种组合系统可以使社区显示出可以提供给工业以遵守京都议定(Kyoto Accord)的碳信用额度(carbon credit)，所述京都议定要求签订的国家降低其二氧化碳排放。

本发明的有效性将参照以下实例说明。

表1显示了如上所述构成的用于图4的处理系统200的三个容器的污泥处理系统的性能。包括三个3,000加仑容器的系统具有如上所述构成用于处理系统200的示例结构的培养基基质。对于每个批次，容器被顺序装载或卸载。八个批次(表示一天的处理能力)如下运行，用于指导所有三个容器的干循环应用。结果显示，有机物质去除性能在大约93％到大约97％的范围内。

表1-污泥处理，有机物降低的有效性

批次数量	处理的加仑数	TSS，进入(毫克/升)	TSS，排出(毫克/升)	有机物降低
					1	2,052	3,724	212	94.3％
2	2,463	4,348	137	96.8％
					3	2,370	4,088	156	96.2％
4	2,202	3,600	154	95.7％
					5	1,908	3,912	259	93.4％
6	1,962	3,808	266	93.0％
					7	2,140	3,756	180	95.2％
8	2,059	3,800	133	96.5％
					一天的总加仑数	17,156
每批次的平均值	2,145	3,880	187	95.1％

已经显示了执行本发明的干循环维护方法的示例性污泥处理系统的性能远远超过现有技术系统的性能。表2说明了上述应用干循环维护方法的三个容器的系统的性能结果。对于以每批次1600加仑的批次模式操作的系统的结果连同对于标准缺氧、高速率缺氧以及需氧处理过程的比较结果一起显示。

表2-干循环污泥处理过程的固体去除性能

污泥处理过程	％VSS降低	典型的VSS固体加载速率(磅/立方英尺/每天)	液压滞留时间(天)
				标准速率缺氧	40-50	0.03-0.01	30-90
高速率缺氧	40-50	0.10-0.40	10-20
				需氧	40-50	0.10-0.20	16-18
干循环维护的需氧系统	80-97	0.26-0.35	0.8-1.0

如表2所示，在此说明的干循环污泥处理过程可以明显地比用于污泥的加工和处理的标准需氧和缺氧处理系统更好地执行。在干循环污泥处理过程中的挥发性悬浮固体(VSS)的下降百分比可以在大约80％和大约97％之间。在典型的污泥中，这可以转换成污泥体积的大约为68％到大约72％的总下降。表2还表明干循环污泥处理过程的每立方英尺的装载速率超过当前使用的典型处理过程的装载速率。最后，表2表明干循环污泥处理过程的滞留时间与目前的处理过程相比极大地降低。

根据本发明的污泥处理系统已经被发现对于氮的去除很成功。表3表明在从系统去除之前在第三系统的容器中的流入的废物和已处理的废物之间的氮含量的差别。数据表明在通过上述三个容器的系统处理的六个废物批次的全部过程去除的氮。这些结果的回顾显示，该系统提供一致数量级的总氮的数量降低。

表3-污泥处理系统的氮去除性能

总的氮含量(TKN)

批次数   流入物      容器3

1        239.00     26.80

2        245.00     10.40

3        226.00     6.60

4        243.00     10.90

5        279.00     8.83

6        303.00     3.64

本领域的普通技术人员应该容易理解，本发明可以广泛地使用和应用。不是在此说明的本发明的许多实施例和变更方式、以及许多变化方式、改进方式以及等同设置都将通过本发明的合理建议和其先前的说明得到清晰，而不会脱离本发明的实质和范围。

虽然前述显示和说明了本发明的示例实施例，但应该理解，本发明不局限于在此公开的结构。本发明可以以其它具体的形式实施，而不脱离本发明的主题精神或本质属性。

Claims (31)

1.一种维护设置在生物反应器容器中的基质上的生物质的方法，所述生物反应器容器具有与废物处理系统流体连通的入口和出口，由此使流入流体能够选择性地通过所述入口被引入到所述生物反应器容器中，用于从该生物反应器容器中去除废物，以产生能够通过所述出口返回到所述废物处理系统的流出流体，所述方法包括步骤：

通过所述生物反应器容器处理一定量的流入流体，以产生一定量的流出流体；

通过所述出口从所述生物反应器容器去除所述流出流体；

确定是否已经满足用于开始干循环的预定标准，所述干循环能够通过从所述反应器容器排出流出流体而开始，使得允许保留在所述容器中的唯一实质性有机物质是生物质本身的有机物质；

将所述生物反应器容器与所述废物处理系统隔离，和在所述生物反应器容器中建立一组干循环条件，所述干循环条件选择为影响至少一部分所述生物质内的内生性生长，由此能够定制所述至少一部分所述生物质的平均寿命；以及

恢复所述生物反应器容器与所述废物处理系统的连接，

其中重复处理一定量流入流体和去除所述流出流体的动作，直到确定已经满足用于开始干循环的所述预定标准为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组干循环条件包括由在预定温度范围内的内部容器温度、在预定湿度范围内的内部容器湿度以及在预定压力范围内的内部容器压力组成的组中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组干循环条件包括至少40℃的内部容器温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组干循环条件包括在从45℃到65℃的范围内的内部容器温度。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

当在所述生物反应器容器中建立所述一组干循环条件时，将空气吹进所述反应器容器中以提供给所述生物质额外的氧。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定标准包括所述生物反应器容器的所述入口和所述出口之间的最大液压差。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理一定量的流入流体的动作包括使所述流入流体流过所述反应器容器，并使所述流入流体重新循环通过所述反应器容器，直到获得所需的废物含量为止。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述流入流体包括具有在从2500毫克/升到10000毫克/升的范围内的悬浮固体的污泥。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述流入流体包括具有在从2500毫克/升到5500毫克/升的范围内的悬浮固体的污泥。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述所需的废物含量不大于150毫克/升。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述所需的废物含量不大于流入的废物的含量的15％。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定标准包括通过所述容器的最小体积流量。

13.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定标准包括最小废物去除速率。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定标准包括最大操作时间间隔。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定标准包括所述生物质的最大体积位移。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定标准包括所述反应器容器内的最大温度。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

以预定的时间间隔维护所述生物反应器容器中的所述一组干循环条件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的时间间隔在4.0小时到6.0小时的范围内。

19.一种废物处理系统，包括：

多个生物反应器，所述多个生物反应器中的每个都具有带有流体入口和流体出口的生物反应器容器，并具有设置在该生物反应器容器中的微生物生物质，所述生物反应器容器适于通过所述流体入口接收流入物，使所述流入物通过所述生物质，用于从所述流入物去除废物以产生流出流体，并通过所述流体出口放出所述流出物；

管路结构，所述管路结构适于使所述多个生物反应器相互连接，并用于提供该多个生物反应器之间的选择性流体连通，以及

控制系统，所述控制系统被配置用于在所述生物反应容器中监测和控制为pH、温度、总悬浮固体以及溶解氧的变量，

其中所述多个生物反应器中的至少一个生物反应器适于被选择性地从与其它所述生物反应器的流体连通中去除，用于在由所述控制系统监控的条件满足预定标准时在所述至少一个生物反应器中的每个的容器内建立一组干循环条件，所述干循环条件选择为影响所述至少一个生物反应器中的每个的至少一部分所述生物质内的内生性生长。

20.根据权利要求19所述的废物处理系统，其中所述多个生物反应器中的每个都适于被选择性地从与其它所述生物反应器的流体连通中去除，并用于在所述生物反应器的所述容器内建立一组干循环条件，所述干循环条件选择为影响每个所述生物反应器的至少一部分所述生物质内的内生性生长。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述一组干循环条件包括由在预定温度范围内的内部容器温度、在预定湿度范围内的内部容器湿度以及在预定压力范围内的内部容器压力组成的组中的至少一个。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述系统构成用于与所述多个生物反应器中选择的一个持续操作，所述多个生物反应器中选择的一个被从与其它所述生物反应器的流体连通中去除，用于支配所述干循环条件。

23.根据权利要求19所述的系统，其中适于被选择性地从与其它所述生物反应器的流体连通中去除并用于在其中建立干循环条件的两个所述生物反应器具有相同的内部结构，且其中，所述系统构成为使得所述两个相同的生物反应器中只有一个在任意给定的时间与其它所述生物反应器流体连通，且所述两个相同的生物反应器中的另一个同时经历所述一组干循环条件。

24.根据权利要求19所述的系统，其中所述管路结构构成为使得所述多个生物反应器并联地流体连通，使得流入物可以同时被添加到所述多个生物反应器中的每个，且使得来自每个所述生物反应器容器的所述出口的流出物能够循环到所述多个生物反应器中的任一个或所有的所述入口。

25.根据权利要求19所述的系统，其中所述管路结构构成为使得所述多个生物反应器的至少一部分与第一个所述生物反应器串联连接，所述第一个生物反应器适于接收初始的流入物质，接下来的每个生物反应器都适于从其前一个生物反应器接收流出物作为随后的生物反应器的流入物，且最后一个所述生物反应器的流出物为用于所述系统的最终流出物。

26.根据权利要求19所述的系统，其中第一生物反应器的入口适于从所述废物来源接收初始的流入物质，第二生物反应器的入口与所述第一生物反应器的出口串联地流体连通，第三生物反应器的入口与所述第二生物反应器的出口串联地流体连通。

27.根据权利要求26所述的系统，其中第四生物反应器和第五生物反应器的入口适于与所述第三生物反应器的出口选择性地串联流体连通，所述第四和第五生物反应器具有相同的内部结构，且其中，所述系统构成为使得当所述第四和第五生物反应器中的一个与所述第三生物反应器串联地流体连通时，另一个生物反应器同时经历所述一组干循环条件。

28.根据权利要求19所述的系统，其中所述多个生物反应器中的至少一个的生物反应器容器具有所述流体入口穿过的上部以及所述流体出口穿过的底部，所述容器被布置为使得通过所述入口引入的流入物通过重力被抽向所述容器的所述底部，并且其中，所述容器适于保持与所述容器的所述上部相邻的空气空间，通过所述入口接收的所述流入物通过所述空气空间。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述多个生物反应器中的至少一个的所述生物反应器容器具有设置在其中的培养基基质，所述培养基基质具有设置在该培养基基质上的至少一部分所述微生物生物质，所述培养基基质与所述入口间隔开。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述生物反应器容器和所述培养基基质被布置为使得至少一部分所述培养基基质可扩充到所述空气空间中。

31.根据权利要求28所述的系统，其中所述至少一个生物反应器的所述生物反应器容器包括与所述流体入口流体连通的喷嘴，所述喷嘴构成用于在所述流入物进入所述空气空间时散布所述流入物。

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