CN103261103B

CN103261103B - 包括亚硝酸盐浓度在线测量的序列生物反应器内处理水的方法

Info

Publication number: CN103261103B
Application number: CN201180057814.3A
Authority: CN
Inventors: R·勒迈尔; J·肖齐; F·弗耶
Original assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: EP2630092B1; CN103261103A; KR20130127459A; US20130319938A1; CA2816381A1; FR2966146A1; BR112013009471A2; WO2012052443A1; EP2630092A1

Abstract

本发明涉及在序列生物反应器中载有铵形式的氮的水的处理方法，所述方法包括至少：向所述序列生物反应器（10）供应所述水的第一步骤（i）;曝气亚硝化步骤（ii）；缺氧脱亚硝化步骤（iii）；从所述反应器提取处理过的水的步骤（iv）；根据本发明，这种方法还包括在线测量所述反应器中存在的所述水中的亚硝酸盐浓度，测量所述反应器中存在的所述水的pH值的步骤，根据所述亚硝酸盐浓度的在线测量和所述pH值的测量确定代表所述反应器中所含的所述水中的亚硝酸（HNO₂）浓度的信息的步骤，以及根据所述亚硝酸浓度控制所述曝气亚硝化步骤（ii）的持续时间的步骤。

Description

包括亚硝酸盐浓度在线测量的序列生物反应器内处理水的方法

技术领域

1.发明领域

本发明的领域涉及载有铵形式的氮的水的处理领域。本发明尤其可用于处理工业或城市污水（effluents）如厌氧消化池的上清液，通过湿法氧化处理污泥所产生的污水，气体处理的冷凝液，净化污泥处理的冷凝液，排污浸滤液，屠宰场污水，猪粪肥液或者任何其它类型的载有铵形式的氮的污水。

更特别地，本发明涉及使用序列生物反应器（SBR）的水处理方法，在该序列生物反应器内相继地尤其实施曝气和缺氧生物处理步骤。

背景技术

2.现有技术

生物处理水的方法一般用来降低水中的含氮污染物的含量。

在这些生物方法中可提及在序列生物反应器（SBR）中采用的硝化-脱硝（nitrification-dénitrification）方法。

这种方法在于把待处理水引入到生物反应器中，在该生物反应器中交替进行曝气阶段和缺氧阶段。

在曝气阶段的过程中，氧气（例如以空气或纯氧的形式）向反应器中的注入促进了自养硝化生物质的生长，该生物质能够将铵形式（NH₄ ⁺）的氮转化为硝酸盐（NO₃ ^-），这种生物质实际上由将铵形式（NH₄ ⁺）的氮转化为亚硝酸盐（NO₂ ^-）的被称作AOB生物质（“ammonia oxidisingbacteria（氨氧化细菌）”）的生物质以及将亚硝酸盐（NO₂ ^-）转化为硝酸盐（NO₃ ^-）的被称作NOB生物质（“nitrites oxidising bacteria（亚硝酸盐氧化细菌）”）的生物质构成。

在缺氧阶段的过程中，反应器曝气的停止促进了脱硝生物质的生长，该生物质将硝酸盐经过亚硝酸盐阶段还原为分子氮气体（双氮）N₂。这种脱硝生物质是异养性质的，也即它只有在存在有机碳源时才能生长。

这种通过硝化-脱硝降低含氮污染物的方法在图1中示意性地示出。

这种生物处理方法是特别有效的，因为它的实施可以不可忽略地降低水中的含氮污染物的含量。但它有一些缺点。尤其是，它的实施需要向反应器中注入相对大量的氧以确保氨向硝酸盐的转化。而且，大多数的待处理水通常具有的有机污染物含量（BOD或生化需氧量）过低，以致无法通过硝化-脱硝令人满意地减少含氮污染物。因而常常需要向反应器中注入试剂形式的碳（例如易于生物降解的含碳底物（substrat）），以便异养类型的细菌可以确保以令人满意的量去除硝酸盐。

这种通过硝化-脱硝的处理方法的实施因而是相对昂贵的，因为它需要消耗相当大量的氧和含碳试剂。

为了至少部分地减轻这些缺点，已经开发了一种旨在通过使硝酸盐的形成最小化来减少氨形式的污染物的方法。这种也被称作“硝酸盐回避（shunt des nitrates）”的所谓亚硝化-脱亚硝化（nitritation-dénitritation）的方法在于将待处理水引入到序列生物反应器中，在该反应器内，在确保对于NOB细菌有害的AOB细菌生长的选择性压力的操作条件下，交替进行曝气阶段和缺氧阶段。这些操作条件可以是高铵（NH₄ ⁺）浓度，在曝气阶段的低溶解氧浓度，高于28°C的温度，低污泥龄，或者多种操作条件的组合。

在曝气阶段的过程中，反应器中氧的注入能够使AOB类型的细菌生长，该细菌对氨型氮（NH₄ ⁺）起作用以形成亚硝酸盐（NO₂ ^-）。序列生物反应器的使用使得能够在每个供应待处理水到反应器中的序列之后获得高的铵浓度。NOB细菌由于比AOB细菌更为受到与水性相中的铵化学平衡的高浓度氨水的抑制，因此它们的生长是受限的。另一方面，氧被注入以优选保持反应器中的溶解氧的低浓度，以促进AOB细菌的生长，对NOB细菌有害，这归因于AOB细菌的更大的对氧的亲和力。因而限制了借助于NOB生物质由亚硝酸盐产生硝酸盐。

在缺氧阶段的过程中，异养生物质的作用基本上在于将亚硝酸盐转化为分子氮，硝酸盐含量是低的。这种异养生物质与NOB生物质竞争以消耗亚硝酸盐并且有助于限制NOB生物质的生长。

这种通过“硝酸盐回避”减少含氮污染物的方法在图2中示意性地示出。

与在图1中所示的传统硝化-脱硝方法相比，这种亚硝化-脱亚硝化方法的使用将氧消耗降低大约25%以及含碳试剂消耗降低大约40%。它因而能够令人满意且更为经济地减少水中的含氮污染物。

在现有技术中还已知所谓“亚硝化-脱氨（nitritation-déammonification）”的另一种生物方法。这种方法可进一步降低处理水中含氮污染物的固有成本。

这种方法在于待处理水被引入到序列生物反应器中，在该序列生物反应器内通过借助于选择性操作条件最小化硝酸盐的形成并且通过使用所谓“Anammox”生物质的特定生物质来交替进行曝气阶段和缺氧阶段。

在曝气阶段的过程中，与在上文针对“硝酸盐回避”法所述的相同操作条件的使用使得能够选择对NOB细菌有害的AOB细菌并且使借助于NOB生物质由亚硝酸盐产生硝酸盐最小化。

在缺氧阶段的过程中，厌氧氨氧化类型的细菌生长并且对铵离子起作用并对亚硝酸盐起作用以形成氮气（N₂）以及少量的硝酸盐，而不消耗有机碳，因为这涉及的是自养细菌，不同于在“硝酸盐回避”法中对脱亚硝化步骤有作用的异养生物质。

当将亚硝酸盐降解为氮气（N₂）的脱亚硝化步骤涉及Anammox类型的细菌时，这个所谓脱亚硝化的步骤更具体地被称作脱氨。

与传统“硝化-脱硝”法相比，这种“亚硝化-脱氨”法的实施将氧消耗降低大约60%并且将含碳试剂消耗降低大约90%。它因而令人满意且更为经济地降低了水中的含氮污染物。

这种通过“亚硝化-脱氨”降低含氮污染物的方法在图3中示意性地示出。

3.现有技术的缺点

尽管与传统硝化-脱硝法相比，通过“硝酸盐回避”或者“亚硝化-脱氨”类型的亚硝化-脱亚硝化的降低含氮污染物的方法的实施具有减少氧和含碳试剂消耗的优点，但它也不是没有缺点的。

尤其已经观察到，通过“硝酸盐回避”或者通过“亚硝化-脱氨”的亚硝化-脱亚硝化方法的实施会导致向大气中排放一氧化二氮（N₂O），也被称作氧化亚氮。

一氧化二氮是一种具有强力温室效应的气体。它尤其比二氧化碳强力300倍。除了其对大气变热的贡献之外，一氧化二氮还会破坏臭氧层。一氧化二氮向大气中的排放对环境具有负面影响。

在对于环境约束和环境保护的重要性不断增加的情况下，一氧化二氮的排放制约了通过“硝酸盐回避”或者“亚硝化-脱氨”的亚硝化-脱亚硝化方法的使用，即使它带来了减少氧和含碳试剂消耗的优点。

已经进行了许多研究来确认这种一氧化二氮排放的根源。

大多数的这些研究已经使得本领域技术人员认可以下的事实，即当反应器中的氧浓度低时并且当其中的亚硝酸盐浓度大时，AOB类型的细菌是亚硝化步骤过程中一氧化二氮排放的根源。在这些条件下，AOB细菌实际上部分消耗它们所生成的亚硝酸盐以产生一氧化氮。它们消耗这种一氧化氮以产生一氧化二氮。但还未证明这些AOB细菌可消耗一氧化二氮以产生双氮，这意味着大量的一氧化二氮则会被排放到大气中。

Shiskowski & Mavinic教导，在反应器中存在亚硝酸盐的情况下，pH值的下降，即在反应器中亚硝酸（HNO₂）浓度的增加伴随有一氧化二氮产生的增加（Shiskowski M.,Mavinic S.2006,"The influence ofnitrite and pH(nitrous acid)on aerobic-phase,autotrophic N₂Ogeneration in a wastewater treatment bioreactor",J.Environ,Eng.Sci.5:273-283）。作者因而已经提出了假设，反应器的内容物的pH值以及其亚硝酸盐的浓度可能对于在低曝气条件下通过AOB细菌的一氧化二氮的产生来说是具有重要性的。

在更近的研究中，Kampschreur等人否定了这种假设，其指出在反应器中存在亚硝酸盐的情况下，pH值的下降，即在反应器中亚硝酸（HNO₂）浓度的增加对于一氧化二氮的产生没有影响（Marlies J.Kampschreur,Wouter R.L.van der Star,Hubert A.Wielders,Jan WillemMulder,Mike S.M.Jetten,Mark C.M.van Loosdrecht,2008,"Dynamicsof nitric oxide and nitrous oxide emission during full-scale reject watertreatment",Water research.42:812-826）。相反，他们已经观察到一氧化二氮的产生减少，而反应器中的pH值在曝气阶段的过程变小。

Yang等人随后指出，通过限制反应器中氨和亚硝酸盐的浓度或者通过从外源将碳注入反应器来促进缺氧脱硝，可减少一氧化二氮的产生（Qing Yang,Xiuhong Liu,Chengyao Peng,Shuying Wang,HongweiSun,Yonhzhen Peng,2009,"N₂O production during nitrogen removal vianitrite from domestic wastewater:main sources and control method",Environ.Sci.Technol.43:9400-9406）。

更近地，Foley等人进行的研究指出，一氧化二氮的产生通常与生物反应器中亚硝酸盐的大浓度有关，但是引起亚硝酸盐和一氧化二氮形成的机理是众多的且非常复杂（Jeffrey Foley,David de Haas,ZhiguoYuan,Paul Lant,2010,"Nitrous oxide generation in full-scale biologicalnutrient removal wastewater treatment plants",Water research.44:831-844）。

这些科学出版物（其中的一些教导彼此矛盾）一致认为，通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法具有产生一氧化二氮的缺点，其产生机理复杂并且还未被掌握。

在这种情况下，通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法的本领域技术人员受到了启示，要么避开通过亚硝化-脱亚硝化的处理方法，寻找不产生一氧化二氮的可替代解决方案，要么等待科学界统一在实施这些方法时影响一氧化二氮产生的机理。

但是，与本领域技术人员已有的观念不同，本发明人已经努力开发了一种用于通过亚硝化-脱亚硝化处理水的技术，这项技术能够减少氧和含碳底物的消耗，其实施不会引起或者至少很少引起一氧化二氮的排放。

发明内容

4.发明目的

本发明尤其旨在克服现有技术的缺点并且改善“硝酸盐回避”和“亚硝化-脱氨”类型的处理方法的性能，所述处理方法中的每种均包括亚硝酸盐形成步骤（亚硝化）和亚硝酸盐降解（dégradation）步骤（脱亚硝化）。

尤其是，在本发明的至少一种实施方式中，本发明的目的在于提供这种类型的技术，该技术使得能够更好地掌握通过亚硝化-脱亚硝化的水处理中进行的生物过程。

更具体地，在至少一种实施方式中，本发明的目的在于提供这种类型的技术，与现有技术相比，其实施不会引起或者至少很少引起一氧化二氮的排放。

在至少一种实施方式中，本发明的另一目的在于提供这种类型的技术，该技术相比于现有技术来说实施更为经济。

5.发明概述

这些目的以及以下出现的其它目的根据本发明通过一种在序列生物反应器中载有铵形式的氮的水的处理方法得以实现，所述方法包括至少：

-向所述序列生物反应器供应所述水的第一供应步骤（i）;

-曝气亚硝化步骤（ii）;

-缺氧脱亚硝化步骤（iii）;

-从所述反应器提取处理过的水的步骤（iv）；

所述方法还包括在线测量所述反应器中存在的所述水中的亚硝酸盐浓度，所述反应器中存在的所述水的pH值的测量，根据所述亚硝酸盐浓度的在线测量和所述pH值的测量确定代表所述反应器中所含的所述水中的亚硝酸（HNO₂）浓度的信息的步骤，以及根据所述亚硝酸浓度控制所述曝气亚硝化步骤（ii）的持续时间的步骤。

因而，本发明基于一种完全创新性的方式，它在于在通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法中实施在发生亚硝化和脱亚硝化反应的序列生物反应器中存在的水中的pH值以及亚硝酸盐浓度的在线测量，并且由这种亚硝酸盐浓度测量以及pH值测量推导亚硝酸的浓度，目的在于更好地掌握在这种处理中涉及的生物过程，尤其是在实施通过亚硝化-脱亚硝化处理污水的方法时固有的一氧化二氮的产生。

当在曝气阶段的过程中在反应器中超过某个亚硝酸浓度时，观察到不可忽略的一氧化二氮的产生。通过获知反应器中存在的水中的亚硝酸盐浓度和pH值，则可以确定其亚硝酸的浓度。曝气亚硝化阶段的持续时间根据本发明随着亚硝酸的浓度来控制，以使得可以避免或者至少极大地减少一氧化二氮的形成。

本发明人还进行了试验以验证反应器中亚硝酸的高浓度是否会引起一氧化二氮的产生，而Shiskowski & Mavinic以及之后的Kampschreur等人在此问题上意见有分岐。

本发明人已经观察到，一氧化二氮的产生与反应器中的高亚硝酸盐浓度无关，而是与高亚硝酸浓度有关，这确认了Shiskowski & Mavinic给出的信息，但是其最近被Kampschreur等人否定。

这种现象在图4中示出，其表示在实施通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法的反应器中pH、O₂、NO₂、HNO₂的浓度和N₂O排放的变化图。通过对这个图的研究显示出，一氧化二氮的产生的峰与亚硝酸浓度的峰相符，而当亚硝酸浓度低时则没有观察到一氧化二氮的产生的峰，即使亚硝酸盐具有高浓度。这确认了当反应器中亚硝酸浓度高时，则在曝气阶段的过程中产生一氧化二氮。

由此观察出发，试图减少在实施通过亚硝化-脱亚硝化处理污水的方法时固有的一氧化二氮的产生的本领域技术人员会寻求提高反应器内的pH值，这可通过向反应器中注入碱性试剂如氢氧化钠来实现。

这种实践可有效地提高反应器中的pH值并且因此以一种简单的方式降低HNO₂浓度并且因而减少一氧化二氮的产生。但是，碱性试剂的注入是一个不可忽略的成本项并且还对环境有影响（碱性试剂的生产和运输的碳足迹）。这种实践因而会降低实施通过亚硝化-脱亚硝化处理污水的技术的益处，而该技术的好处恰恰是降低了与将空气和含碳试剂注入到反应器中有关的成本。

本发明人则寻求另一种解决方案来防止或者至少极大地限制在亚硝化-脱亚硝化类型的处理过程中一氧化二氮的产生。

在这种情况下，本发明人被引导到实施本发明，正如已经如上解释的，其在于由反应器中亚硝酸盐浓度的测量和pH值的测量确定反应器中的亚硝酸浓度，然后根据亚硝酸浓度控制亚硝化阶段（换句话说反应器的曝气）的持续时间。

通过获知反应器中的亚硝酸浓度，则可以有效地控制反应器的曝气以使得该方法的实施被优化并且一氧化二氮的产生受到控制。

亚硝酸盐浓度的测量在线进行，即它直接在生产场所进行，而不是取样后在实验室中进行。

亚硝酸盐浓度测量可以直接进行，即借助于探针（sonde）直接测量溶解的亚硝酸根离子的浓度，或者间接测量，即例如借助于探针测量溶解的氧化形式的氮（也被称作NO_X）以及硝酸根离子，并且由此测量计算推导亚硝酸盐浓度。

在本发明的含义中，脱亚硝化是这样的一个步骤，在该步骤的过程中，亚硝酸盐被降解为氮气（diazote gazeux）。这种降解涉及异养类型和/或Anammox类型的细菌。当该脱亚硝化步骤涉及Anammox类型的细菌时，它更特别地被称作“脱氨”。

供应以及曝气的步骤可相伴进行以减少该处理的持续时间。

根据本发明的方法可包括唯一的循环，所述循环包括向反应器供应全部待处理水，亚硝化，脱亚硝化，沉降（décantation）和提取处理过的水。根据另一种方式，本发明方法可包括多个子循环，每个子循环包括向反应器供应待处理水的仅一部分，亚硝化和脱亚硝化。多个子循环则相继实施，直到整个体积的待处理水已经被引入到反应器中并且被处理。处理过的水然后可沉降，然后从反应器中提取出。根据本发明的方法包括至少一个供应步骤，一个曝气亚硝化步骤和一个缺氧脱亚硝化步骤，这些步骤并不是必须以这种顺序实施的。

根据一种有利的特性，这种方法包括在线测量所述反应器中存在的所述水中的铵离子浓度以及控制向所述反应器供应的所述第一供应步骤（i）的步骤，所述控制所述第一供应步骤（i）的步骤包括以下步骤：

-计算所述亚硝酸盐浓度和所述铵浓度的总和；

-将所述总和与第一预定阈值S1进行比较；

-将所述亚硝酸浓度与第二预定阈值S2进行比较；

-检验所述反应器中的水的水位（niveau）；

-一旦所述总和高于第一阈值S1或者所述亚硝酸浓度变得高于所述第二阈值S2或者达到所述反应器的高水位，则停止所述第一供应步骤（i）。

通过获知反应器中的亚硝酸盐和亚硝酸的浓度实际上可以有效地控制水向反应器中的供应，以使得该方法的实施被优化并且一氧化二氮的产生受到控制。

在该反应器的供应本身的过程中，可发生反应器中亚硝酸浓度达到有利于产生一氧化二氮的值。

此外已经观察到，反应器内的高铵浓度必然引起反应器内的高亚硝酸盐浓度。这是因为AOB型细菌将铵转化为亚硝酸盐。

另外已经发现，当反应器内的亚硝酸盐浓度过大时，在亚硝化中涉及的AOB型生物质受到与水性相中的亚硝酸盐化学平衡的亚硝酸（HNO₂）的抑制。

因而，通过获知反应器内的亚硝酸盐和亚硝酸的浓度，可以停止向反应器供应载有铵的水，以使得亚硝化不被抑制，该方法的净化性能不受影响并且一氧化二氮的产生受到控制。

根据一种有利的特性，所述用于控制所述曝气亚硝化步骤（ii）的持续时间的步骤包括以下步骤：

-将所述亚硝酸浓度与第二预定阈值S2进行比较；

-一旦所述亚硝酸浓度变得高于所述第二预定阈值S2，则停止所述曝气亚硝化步骤（ii）。

本发明人注意到，过大的亚硝酸浓度有利于一氧化二氮的产生。

本发明人还注意到，当在反应器曝气步骤的过程中反应器中的亚硝酸浓度变大时，在亚硝化中涉及的AOB型生物质受到抑制。通过获知反应器中的亚硝酸盐浓度和pH值，可以确定亚硝酸浓度并且一旦其值变得会抑制AOB型生物质时则停止反应器的曝气并且启动缺氧阶段。产生的亚硝酸盐则由于所述缺氧阶段过程中异养细菌或Anammox细菌的活性而被降解为氮气。

根据本发明的曝气的控制则既可避免一氧化二氮的产生又抑制AOB型生物质。

根据一种有利的特性，这种方法包括用于控制所述缺氧脱亚硝化步骤（iii）的持续时间的步骤，所述用于控制所述缺氧脱亚硝化步骤（iii）的持续时间的步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸盐浓度与第三预定阈值S3进行比较；

-一旦所述亚硝酸盐浓度低于所述第三预定阈值S3，则停止所述缺氧脱亚硝化步骤（iii）。

通过获知反应器中的亚硝酸盐浓度，则能够有效地控制缺氧阶段的持续时间，以使得该方法的实施被优化。

本发明人实际上还注意到，当反应器内的亚硝酸盐浓度变得过低时，脱亚硝化反应的动力变得较慢。因而可优选地停止缺氧阶段以便总是具有尽可能高的亚硝酸盐消耗动力。因而，一旦反应器中的亚硝酸盐浓度达到预定低阈值，则应当停止缺氧步骤并且可开始下一个步骤。本发明人观察到，通过在缺氧阶段的过程中最大化亚硝酸盐消耗动力，在亚硝酸盐浓度为零之前终止缺氧阶段的事实可以改善该方法的净化性能。

根据第一种实施方式，所述缺氧脱亚硝化步骤包括用于使所述水与异养细菌接触的步骤。

根据本发明的方法则以“硝酸盐回避”配置（configuration）运行：通过AOB细菌，铵被转化为亚硝酸盐，并且通过异养细菌，亚硝酸盐被转化为氮气。

在这种情况下，这种第一实施方式的第一种变化形式规定了根据本发明的方法包括在线测量所述反应器中存在的所述水中的铵离子浓度以及控制向所述反应器供应的所述第一供应步骤（i）的步骤，所述控制所述第一供应步骤（i）的步骤包括以下步骤：

-将所述铵离子浓度与第四预定阈值S4进行比较；

-检验所述反应器中的水的水位；

-一旦所述铵离子浓度高于所述第四阈值S4或者一旦达到所述反应器的高水位，则停止所述第一供应步骤（i）。

当处理的污水包含可生物降解COD并且其含量或者质量足以至少部分地起到进行脱亚硝化所需的含碳底物的作用时，则实施这种第一种变化形式。因此，这个第一供应步骤是无曝气的，以使得缺氧脱亚硝化步骤可被启动并且因而减少了另外的含碳试剂向反应器中的注入，并且因此降低了该方法的实施成本。

根据第一实施方式的第二种变化形式或者其第一种变化形式，所述缺氧脱亚硝化步骤包括用于在所述反应器中注入碳的步骤，所述方法还包括用于控制所述注入碳的步骤的步骤，所述用于控制所述注入碳的步骤的步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸盐浓度与第五预定阈值S5进行比较；

-一旦所述亚硝酸盐浓度低于所述第五阈值S5，则停止所述碳输入步骤。

为了将亚硝酸盐转化为氮气，所述异养细菌消耗有机碳。但是，某些类型的待处理水具有相对低的有机碳含量。因而则需要在缺氧阶段的过程中将含碳底物注入到反应器中。本发明人注意到，如果这种含碳底物向反应器中的添加过大，则这种容易生物降解的含碳底物在相应的缺氧阶段的过程中将不会被完全消耗，并且在之后的曝气阶段的过程中注入到反应器中的氧将主要地被异养细菌使用以降低这种过量的含碳底物，并且不被AOB细菌使用以由铵形成亚硝酸盐。在这种情况下观察到，在接着的曝气阶段中，亚硝酸盐形成动力极大地降低，但由于异养细菌的迅速生长以及氧的过分消耗而形成的污泥量大增。另外，含碳底物的过大量注入导致高的运行成本。因而，当亚硝酸盐浓度变得小于预定阈值时停止碳向反应器中注入的事实使得能够根据需要调节注入到反应器中的碳的量并且避免在接着的曝气阶段的过程中超剂量及其负面影响。碳注入、氧注入和过量产生的污泥的排放所固有的成本因而被降低并且该方法的净化性能得以保证。另外，该方法的步骤的持续时间减少。这使得能够在降低为此目的实施的生物反应器的尺寸的同时产生相同量的处理过的水。

此外，在缺氧脱亚硝化阶段的过程中，异养细菌首先消耗亚硝酸盐以及碳以形成NO。它们然后消耗NO和碳以形成一氧化二氮。它们最后消耗这种一氧化二氮和碳以形成N₂。在这个脱亚硝化阶段的过程中碳向反应器中的输入可以避免在反应器中突然出现碳缺乏，而这会阻碍异养细菌消耗一氧化二氮以形成N₂。由此避免了在缺氧脱亚硝化阶段的过程中一氧化二氮向大气中的排放。

根据这种第一实施方式，所述第四阈值S4有利地为1mgN-NH₄/L至400mgN-NH₄/L，并且优选为10mgN-NH₄/L至200mgN-NH₄/L，并且所述第五阈值S5有利地为0mgN-NO₂/L至120mgN-NO₂/L，并且优选0mgN-NO₂/L至50mgN-NO₂/L。

根据第二实施方式，所述缺氧脱亚硝化步骤包括将所述水与Anammox细菌接触的步骤。

根据本发明的方法则以亚硝化-脱氨配置运行：通过AOB细菌，一部分的铵离子被转化为亚硝酸盐，然后通过Anammox细菌，亚硝酸盐和剩余的铵离子被转化为氮气。

待处理水根据其总碱度（Titre Alcalimétrique Complet）（TAC）的值可以是或者可以不是碱度不足的。

当待处理水不是碱度不足时，在反应器中占优势的条件能够使得引入其中的待处理水的体积中所含的全部氨转化为亚硝酸盐。

在其中待处理水不是碱度不足的第二实施方式的第一种变化形式中，该方法包括在线测量所述反应器（10）中存在的所述水中的铵离子浓度，并且所述曝气亚硝化步骤（ii）优选之后是无曝气的第二供应步骤，所述方法包括用于控制所述无曝气的第二供应步骤的步骤，其包括以下的步骤：

-计算所述铵浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-将所述比与第六阈值S6进行比较;

-检验所述反应器中的水的水位；

-一旦所述比高于所述第六阈值S6或者一旦达到所述反应器的高水位，则停止所述第二供应步骤（i）。

引入到反应器中的待处理水的第一部分的所有铵在第一供应结束时被转化为亚硝酸盐。然后实施第二供应。一旦反应器内的铵和亚硝酸盐的浓度适合于通过Anammox细菌处理铵和亚硝酸盐时，则停止第二供应。然后则可实施使用Anammox细菌的脱亚硝化步骤。

当待处理水碱度不足时，不添加碱性试剂无法保持使得AOB细菌起作用的pH值，而这带来了另外的成本。在反应器内占优势的条件则不能使引入到其中的待处理水的体积中所含的氨全部转化为亚硝酸盐。

在其中待处理水碱度不足的第二实施方式的第二种变化形式中，该方法包括在线测量所述反应器中存在的所述水中的铵离子浓度，并且所述用于控制所述曝气亚硝化步骤（ii）的步骤另外优选包括以下的步骤：

-计算所述铵浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-将所述比与第六阈值S6进行比较；

-一旦所述亚硝酸浓度高于所述第二预定阈值S2或者所述比低于所述第六阈值S6，则停止所述曝气亚硝化步骤（ii）。

一旦反应器内的铵和亚硝酸盐的浓度有利于通过Anammox细菌的铵和亚硝酸盐的处理并且在达到抑制AOB和Anammox细菌的HNO2阈值之前，则停止亚硝化，以使得该方法的实施被优化并且一氧化二氮的产生受到控制。

当根据本发明的方法以亚硝化-脱氨模式运行，曝气亚硝化步骤之后是未曝气的第二供应步骤（其中污水不是碱度不足的第二实施方式的第一种变化形式）并且这种方法包括多个向所述序列反应器供应的供应步骤时，在其结束时达到所述序列反应器的高水位的曝气供应步骤构成最后供应步骤，所述最后供应步骤之后是曝气控制最后步骤，所述曝气控制最后步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸浓度与所述第二预定阈值S2进行比较；

-计算所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-将所述比与所述第六阈值S6进行比较；

-一旦所述比低于所述第六阈值S6或者所述亚硝酸浓度高于所述第二阈值S2，则停止所述曝气。

根据这种第二实施方式，所述第六阈值S6有利地为0.6-1.2并且优选为0.6-1。

根据第一和第二实施方式，所述第一阈值S1有利地为1mgN/L至400mgN/L并且优选10mgN/L至200mgN/L,所述第二阈值S2有利地为0.01μgN-HNO₂/L至20μgN-HNO₂/L并且优选0.2μgN-HNO₂/L至5μgN-HNO₂/L，所述第三阈值S3有利地为0mgN-NO₂/L至120mgN-NO₂/L并且优选0mgN-NO₂/L至50mgN-NO₂/L。

附图说明

6.附图列表

由以下不同的优选实施方式的描述以及附图可以更清楚本发明的其它特征和优点，所述实施方式以简单、示例性和非穷举性的实施例的方式给出，在附图中：

-图1是涉及通过硝化-脱硝减少含氮污染物的现有技术方法的示意图；

-图2是涉及通过“硝酸盐回避”亚硝化-脱亚硝化减少含氮污染物的现有技术方法的示意图；

-图3是涉及通过亚硝化-脱氨减少含氮污染物的现有技术方法的示意图；

-图4表示在其中实施通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法的反应器中pH和O₂、NO₂、HNO₂和N₂O的浓度的变化图；

-图5示出了根据本发明的水处理设备；

-图6表示通过“硝酸盐回避”处理具有很少或者没有可生物降解COD的污水的本发明方法的不同步骤的流程图；

-图7表示通过“硝酸盐回避”处理含有可生物降解COD的污水的本发明方法的不同步骤的流程图；

-图8表示通过“亚硝化-脱氨”处理非碱度不足的污水的本发明方法的不同步骤的流程图；

-图9表示通过“亚硝化-脱氨”处理碱度不足的污水的本发明方法的不同步骤的流程图；

-图10示出了在通过亚硝化-脱亚硝化进行水的传统处理的过程中在全SBR循环的过程中NO₂和N₂O浓度以及pH值的分布图（profils）；

-图11示出了在其中HNO₂阈值S2等于1.5μgN-HNO₂/L的全SBR循环中NO₂、HNO₂、N₂O、O₂的浓度以及pH值的分布图。

具体实施方式

7.本发明实施方式的描述

7.1.本发明原理的回顾

本发明的一般原理基于在通过亚硝化-脱亚硝化处理载有铵形式的氮的水的方法中实施用于在线测量在其中进行亚硝化和脱亚硝化反应的序列生物反应器中存在的水中的亚硝酸盐浓度的步骤，用于测量此水的pH值的步骤，以及由亚硝酸盐浓度的测量和pH值的测量确定反应器中的亚硝酸浓度的步骤，以及根据所述亚硝酸浓度控制所述曝气亚硝化步骤（ii）的持续时间的步骤。

在进行通过亚硝化-脱亚硝化处理水的方法的过程中，这种实施防止或者至少极大地限制了一氧化二氮的产生，而所述一氧化二氮是一种强力的温室气体。

7.2．本发明设备的实例

图5示出了根据本发明的水处理设备的实施方式。

如在此图5中所示出的，这种设备包括用于将水供应给装有搅拌器27的序列生物反应器10的装置。

所述供应装置包括：

-缓冲槽11，旨在容纳富含铵形式的氮的待处理水；

-供应管道12，其将缓冲槽11与序列生物反应器10连接，以及

-泵13，取决于是否被使用，其使得能够供应或者不供应待处理水到序列生物反应器10。

曝气装置能够将氧注入到序列生物反应器10中。这些曝气装置包括增压器（surpresseur）14和氧调节阀26，它们经管道15连接到空气扩散器16。这些空气扩散器16被置于序列生物反应器10的下部。

碳注入装置能够将含碳底物注入到序列生物反应器10中。这些注入装置包括旨在容纳含碳底物的槽17，连接槽17和序列生物反应器10的注入管道18，以及泵19，所述泵取决于是否被使用而能够注入或不注入这种底物到序列生物反应器10中。

这种设备包括控制装置，用于控制将水供应到序列生物反应器10的装置，对序列生物反应器10曝气的装置以及用于将碳注入到序列生物反应器中的装置。

这些控制装置包括控制箱20，其例如可包括微控制器或者计算机，以及铵离子探针21、亚硝酸盐探针22、氧探针25、pH探针29以及温度探针30，它们旨在测量序列生物反应器10中所含水的铵浓度、亚硝酸盐浓度、氧浓度、pH值和温度。它们还包括高水位传感器28，以检测是否已经达到序列反应器10的最大水位。

控制箱20旨在由亚硝酸盐浓度、pH值和温度确定亚硝酸浓度，并且将该亚硝酸浓度和借助于铵探针21、亚硝酸盐探针22和氧探针25进行的测量与阈值进行比较，并且因此引导泵13、泵19、增压器14和O₂调节阀26的使用，正如以下所详细解释的。它还能够确定反应器中的水是否达到了此反应器的高水位。

序列生物反应器10具有污泥提取管道23和用于提取处理过的水的管道24。

氧探针的使用使得能够调节反应器中的氧浓度。该氧调节例如可根据设定的值操作，在曝气阶段中，当氧探针测量的值大于一个设定值时，该控制箱指示氧调节阀以使得较少的氧被输送到SBR中。相反，当在氧探针测量的值小于该设定值时，该控制箱指示氧调节阀以使得更多的氧被输送到SBR。在实践中，此设定值将为0.1-3mgO₂/L。

在未示出的一种变化形式中，铵探针可由电导探针替代。实际上对于本领域技术人员来说公知的是，由位于序列生物反应器中的水的电导率可以推导其大致的铵浓度。

7.3.根据本发明的方法的实例

7.3.1.“硝酸盐回避”配置

7.3.1.1包含非常少可生物降解COD的污水的情况

现在参考图6将描述实施硝酸盐回避类型的工艺的本发明方法，用于处理载有铵形式的氮和少量载有可生物降解COD的水。

根据这种实施方式，该处理方法在于以要处理的总体积的相继部分来处理水。

根据这种方法，向序列生物反应器10供应待处理水（步骤61）。为此，控制箱20指示泵13的使用，以使得在缓冲槽11中所含的待处理水的总体积的一部分经供应管道12流动到序列生物反应器10中。

控制箱20平行地（也即在反应器的供应阶段的过程中）指示增压器14以及氧调节阀26的使用，以使得氧经过管道15和空气扩散器16被引入到序列生物反应器10中：反应器进行曝气（步骤61）。

然后观察序列生物反应器10内的AOB细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水因而经历了曝气亚硝化步骤。

在亚硝化过程中，AOB细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的铵离子作用以通过消耗氧形成亚硝酸盐。

反应器10中所含的污水的pH值、温度和亚硝酸盐、铵和氧的浓度通过使用控制箱20、亚硝酸盐探针22、铵探针21、pH探针29、温度探针30和氧探针25在线测量。在一种变化形式中，这些测量可以不是连续地而是例如以有规律的频率来进行。由亚硝酸盐浓度、pH值和温度，控制箱20根据下式计算污水的亚硝酸浓度：

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×e^2300/(273+T)其中T以°C表示，HNO₂和NO₂以mgN/L表示。

在一种变化形式中，对于给定的温度，亚硝酸浓度可按照下式计算：

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×10^pKa

控制向反应器的水的供应（步骤62）。在这个控制供应的过程中，控制箱20：

-计算亚硝酸盐浓度和铵浓度的总和；

-将该总和与等于90mgN/L的第一阈值S1进行比较；

-将亚硝酸浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二预定阈值S2进行比较；

-检验所述反应器中的水的水位。

一旦这个总和高于第一阈值S1或者亚硝酸浓度高于第二预定阈值S2或者反应器中的水已经达到高水位，则控制箱20停止泵13的工作，以使得停止待处理水向序列生物反应器10的供应（步骤63）。

控制曝气亚硝化步骤的持续时间（步骤64）。在此控制的过程中，控制箱20将HNO₂浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二预定阈值S2进行比较。

一旦HNO₂浓度高于所述第二预定阈值S2，则控制箱指示增压器14和氧调节阀26，以使得它不再将氧输送到序列生物反应器10中。因此，曝气亚硝化步骤结束（步骤65）。

然后观察序列生物反应器10内的异养细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水因而经历缺氧脱亚硝化步骤。

在脱亚硝化的过程中，异养细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的亚硝酸盐起作用以通过消耗在序列生物反应器10中存在的含碳底物而形成氮气。

缺氧脱亚硝化步骤包括向序列生物反应器10中输入或掺入碳的步骤（步骤65）。控制这种碳输入（步骤66）。在控制碳输入的过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与等于4mgN-NO₂/L的第五预定阈值S5进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度低于此第五阈值S5，则控制箱指示泵19，以使得停止向序列生物反应器10的碳的注入（步骤67）。注入的碳可采取液体，甲醇、乙醇或甘油的溶液的形式或者其它任何含碳底物的形式。

控制缺氧脱亚硝化步骤的持续时间（步骤68）。在此控制的过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与等于2mgN-NO₂/L的第三预定阈值S3进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度小于此第三预定阈值S3，则控制箱20指示停止缺氧脱亚硝化步骤。

实施新的供应、曝气亚硝化然后缺氧脱亚硝化的步骤以处理待处理水的总体积的新部分。在这种实施方式中，该处理方法因而包括多个子循环，每个子循环包括供应步骤，曝气亚硝化步骤和缺氧脱亚硝化步骤。多个子循环被实施，直到达到生物反应器10的高水位28（步骤69），最后的子循环被实施以处理被引入到反应器10中以使其充满的水的最后体积。

一旦整个体积的水被处理，即一旦已经达到生物反应器10的高水位28（步骤69）并且终止最后的子循环（步骤70-75），则停止序列生物反应器10内的搅拌，以使得在此反应器内所含的水经历沉降过程（步骤76）。悬浮的物质然后与处理过的水分离。一旦沉降结束，则开始用于提取或排出水和污泥的阶段（步骤77）。在此沉降的过程中形成的污泥经过提取管道23从反应器提取。从SBR的排出从来不是完全的。相反，原则在于在沉降之后保留一部分的污泥。反应器的曝气因而从来不是在真空中进行的。经过提取管道24从反应器提取处理过的水。

在此实施方式中，一个全处理循环，即能够处理整个体积（由反应器10的高水位28限定的体积）的待处理水的循环因而包括多个子循环（供应，曝气亚硝化和缺氧脱亚硝化），沉降和处理过的水和污泥的提取。污泥的提取使得能够控制该方法的污泥龄。

在这种实施方式中，控制水的供应和反应器的曝气，尤其是基于反应器中的亚硝酸浓度，以限制一氧化二氮的产生。在一种变化形式中，只有曝气亚硝化步骤的持续时间可根据这个数据进行控制。

在一种变化形式中，所有体积的待处理水可仅一次被引入到序列生物反应器10中。在这种情况下，将只实施一个子循环。

7.3.1.2包含可生物降解COD的污水的情况

现在参考图7将描述采用硝酸盐回避类型的工艺的用于处理载有铵形式的氮并载有可生物降解COD的水的本发明方法。

根据这种实施方式，该处理方法在于以待处理的总体积的相继部分来处理水。

根据这种方法，向序列生物反应器10供应待处理水（步骤81）。为此，控制箱20指示泵13的使用以使得在缓冲槽11中所含的待处理水的总体积的一部分经供应管道12流动到序列生物反应器10中。

该序列反应器10在向其供应的过程中不曝气。

然后观察序列生物反应器10内的异养细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水因而经历了缺氧脱亚硝化步骤。

通过使用控制箱20、铵探针21和水位传感器28，测量铵浓度并且控制序列反应器10中的水的水位。

控制向该反应器的水的供应（步骤82）。在这个供应控制过程中，控制箱20：

-将铵离子浓度与等于80mgN-NH4/L的第四阈值S4进行比较；

-检验反应器中的水的水位是否已经达到高水位。

一旦铵离子浓度高于第四阈值S4或者一旦已经达到序列反应器10的高水位，则控制箱20停止泵13的工作，以使得停止向序列生物反应器10供应待处理水（步骤83）。

在脱亚硝化的过程中，异养细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的亚硝酸盐起作用以通过消耗序列生物反应器10中存在的含碳底物来形成氮气。

该缺氧脱亚硝化步骤任选地包括在序列生物反应器10中的碳输入或掺入的步骤（步骤85）。这种碳输入步骤的活化被控制（步骤84）。为了活化或不活化碳输入步骤，该控制箱通过使用亚硝酸盐探针22测定序列反应器10中的亚硝酸盐浓度。它将亚硝酸盐浓度与等于2mgN-NO2/L的第三阈值S3进行比较。如果亚硝酸盐浓度高于这个第三阈值S3，则进行含碳底物的输入。如果不是，则不进行含碳底物的输入并且如果未达到反应器的高水位则进行序列反应器10的曝气或者如果达到反应器的高水位则开始沉降。

控制这种碳输入（步骤86）。在碳输入的控制过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与4mgN-NO₂/L的第五预定阈值S5进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度低于这个第五阈值S5，则控制箱指示泵19，以使得停止碳向序列生物反应器10的注入（步骤87）。注入的碳可采取液体，甲醇、乙醇或甘油的溶液的形式或者其它任何含碳底物的形式。

控制缺氧脱亚硝化步骤的持续时间（步骤88）。在此控制的过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与等于2mgN-NO₂/L的第三预定阈值S3进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度低于这个第三预定阈值S3，则控制箱20指示缺氧脱亚硝化步骤的停止。

控制箱20然后指示增压器14和氧调节阀26的使用，以使得氧经过管道15和空气扩散器16被引入到序列生物反应器10：反应器进行曝气（步骤89）。

然后观察序列生物反应器10内的AOB细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水因而经历曝气亚硝化步骤。

在亚硝化的过程中，AOB细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的铵离子起作用以通过消耗氧形成亚硝酸盐。

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×e^2300/(273+T)

其中T以°C表示，HNO₂和NO₂以mgN/L表示。

在一种变化形式中，对于给定的温度，亚硝酸浓度可根据下式计算：

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×10^pKa

控制曝气亚硝化步骤的持续时间（步骤90）。在此控制的过程中，控制箱20将HNO₂浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二预定阈值S2进行比较。

一旦HNO₂浓度高于所述第二预定阈值S2，则控制箱指示增压器14和氧调节阀26，以使得它不再向序列生物反应器10输送氧。因此，曝气亚硝化步骤结束（步骤91）。

实施新的供应、缺氧脱亚硝化然后曝气亚硝化的步骤以处理待处理水的总体积的新部分。在这种实施方式中，该处理方法因而包括多个子循环，每个子循环包括供应步骤，缺氧脱亚硝化步骤和曝气亚硝化步骤。多个子循环被实施，直到达到生物反应器10的高水位28（步骤92），最后的子循环被实施以处理被引入到反应器10中以使其充满的水的最后体积。

一旦整个体积的水被处理，即一旦已经达到生物反应器10的高水位28（步骤92）并且终止最后的子循环，则停止序列生物反应器10内的搅拌，以使得在此反应器内所含的水经历沉降过程（步骤93）。悬浮的物质然后与处理过的水分离。一旦沉降结束，则开始用于提取或排出水和污泥的阶段（步骤94）。在此沉降的过程中形成的污泥经过提取管道23从反应器提取。从SBR的排出从来不是完全的。相反，原则在于在沉降之后保留一部分的污泥。反应器的曝气因而从来不是在真空中进行的。经过提取管道24从反应器提取处理过的水。

在此实施方式中，一个全处理循环，即能够处理整个体积（由反应器10的高水位28限定的体积）的待处理水的循环因而包括多个子循环（供应，缺氧脱亚硝化和曝气亚硝化），沉降和处理过的水和污泥的提取。污泥的提取能够控制该方法的污泥龄。

7.3.2.亚硝化-脱氨配置

7.3.2.1非碱度不足的污水的情况

现在参考图8将描述在单个序列生物反应器中，借助于Anammox细菌，使用亚硝化/脱氨类型的工艺处理非碱度不足的载有铵形式的氮的水的本发明方法。

根据这种方法，在第一供应步骤（步骤101）的过程中向序列生物反应器10供应待处理水。为此，控制箱20指示泵13的使用，以使得在缓冲槽11中所含的待处理水的总体积的一部分经供应管道12流动到序列生物反应器10中。

控制箱20平行地指示增压器14以及氧调节阈26的使用，以使得氧经过管道15和空气扩散器16被引入到序列生物反应器10中（步骤101）。

然后观察序列生物反应器10内的AOB细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水因而经历了其中涉及AOB细菌的曝气亚硝化步骤。

在亚硝化的过程中，AOB细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的铵作用以通过消耗氧形成亚硝酸盐。

反应器10中所含的污水的pH值、温度和亚硝酸盐、铵和氧的浓度通过使用控制箱20、亚硝酸盐探针22、铵探针21、pH探针29、温度探针30和氧探针25在线测量。亚硝酸盐探针22能够在线测量序列生物反应器10中所含的水中的亚硝酸盐浓度。铵测量探针21能够在线测量序列生物反应器10中所含的水中的铵浓度。

由亚硝酸盐浓度、pH值和温度，控制箱20根据下式计算污水的亚硝酸浓度：

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×e^2300/(273+T)

其中T以°C表示，HNO₂和NO₂以mgN/L表示。

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×10^pKa

控制向反应器的水的供应（步骤102）。在这个控制供应的过程中，控制箱20：

-计算亚硝酸盐浓度和铵浓度的总和；

-将该总和与等于90mgN/L的第一阈值S1进行比较；

-将亚硝酸浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二阈值S2进行比较；

-检验所述反应器中的水的水位。

一旦此总和高于第一阈值，或者亚硝酸浓度高于第二阈值S2，或者反应器中的水已经达到高水位，则控制箱20停止泵13的工作，以使得停止待处理水向序列生物反应器10的供应（步骤103）。

控制曝气亚硝化步骤的持续时间（步骤104）。在此控制的过程中，控制箱20将HNO₂浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二阈值S2进行比较。

一旦HNO₂浓度高于所述第二预定阈值S2，控制箱指示增压器14和氧调节阀26，以使得它不再将氧输送到序列生物反应器10。因此，曝气亚硝化步骤结束（步骤105）。

进行无曝气的第二供应（步骤105）。控制水向反应器的第二供应（步骤106）。在此供应控制的过程中，控制箱20:

-计算铵浓度与亚硝酸盐浓度之比；

-将该比与等于0.8的所述第六阈值S6进行比较；

-检验反应器中的水的水位。

一旦这个比高于所述第六阈值S6，或者一旦反应器中的水已经达到高水位，则控制箱20停止泵13的工作，以使得停止向序列生物反应器10供应待处理水（步骤107）。

铵和亚硝酸盐的浓度则适合于处理污水中所含的铵和亚硝酸盐。然后观察序列生物反应器10内的Anammox细菌的活性。在序列生物反应器10中所含的待处理水则经历缺氧脱氨步骤。

在缺氧阶段的过程中，Anammox细菌对水中存在的铵和亚硝酸盐起作用以形成氮气。

控制缺氧脱氨步骤的持续时间（步骤108）。在此控制的过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与等于2mgN-NO₂/L的所述第三预定阈值S3进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度低于此第三预定阈值S3，则控制箱20指示停止缺氧脱氨步骤。

实施新的第一供应、曝气亚硝化、第二供应然后缺氧脱氨的步骤以处理待处理水的总体积的新部分。在这种实施方式中，该处理方法因而包括多个子循环，每个子循环包括第一供应步骤、曝气亚硝化步骤、第二非曝气供应步骤以及缺氧脱氨步骤。多个子循环被实施，直到在曝气或非曝气供应步骤时达到生物反应器10的高水位28（步骤101或105）。这个高水位将使供应停止（步骤106或者109）。由该供应启动的剩余的子循环被实施（步骤108-112）：进行曝气亚硝化步骤，之后是缺氧脱氨步骤。

控制这个最后的曝气亚硝化步骤的持续时间（步骤111）。在此控制的过程中，控制箱20:

-计算铵离子浓度与亚硝酸盐浓度之比；

-将这个比与等于0.8的第六阈值S6进行比较；

-将HNO₂浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二阈值S2进行比较。

一旦HNO₂浓度高于所述第二预定阈值S2，或者所述比低于第六阈值S6，则控制箱指示增压器14和氧调节阀26，以使得它不再将氧输送到序列生物反应器10。因此，最后的曝气亚硝化步骤结束（步骤112）。最后的缺氧脱氨步骤开始。它在一旦亚硝酸盐浓度低于等于2mgN-NO₂/L的第三阈值S3时结束。

一旦整个体积的水被处理，即一旦已经达到生物反应器10的高水位28（步骤109）并且发生了曝气亚硝化和缺氧脱氨最后阶段（步骤110-113），则停止序列生物反应器10内的搅拌，以使得在此反应器内所含的水经历沉降过程（步骤114）。在水中悬浮的物质然后与所述水分离。使反应器排放（步骤115）：在此沉降的过程中形成的污泥经过提取管道23从反应器提取，并且经过提取管道24从反应器提取处理的水。从SBR的排出从来不是完全的。相反，原则在于在沉降之后保留一部分的污泥。反应器的曝气因而从来不是在真空中进行的。

在此实施方式中，一个全处理循环因而包括至少一个子循环（第一供应，曝气亚硝化，第二非曝气供应和缺氧脱氨），沉降和处理过的水和污泥的提取。污泥的提取能够控制该方法的污泥龄。

在一种变化形式中，所有体积的待处理水可两次被引入到序列生物反应器10中，只实施一个子循环。

7.3.2.2碱度不足的污水的情况

现在参考图9将描述在唯一的序列生物反应器中，借助Anammox细菌，使用亚硝化-脱氨类型的工艺处理碱度不足的载有铵形式的氮的水的本发明方法。

在此实施例中，污水是碱度不足的，使得不可能将铵完全亚硝化为亚硝酸盐，在污水中可用的碱度的量不足以保持使得AOB细菌能够起作用的pH值。

在这种实施方式中，该处理方法在于以要处理的总体积的相继部分来处理水。

根据这种方法，向序列生物反应器10供应待处理水（步骤120）。为此，控制箱20指示泵13的使用，以使得在缓冲槽11中所含的待处理水的总体积的一部分经供应管道12流动到序列生物反应器10中。

控制箱20平行地指示增压器14和氧调节阈26的使用，以使得氧经过管道15和空气扩散器16被引入到序列生物反应器10中。反应器进行曝气（步骤120）。

在亚硝化的过程中，AOB细菌对序列生物反应器10中所含的水中存在的铵离子作用以通过消耗氧形成亚硝酸盐。

反应器10中所含的污水的pH值、温度和亚硝酸盐、铵和氧的浓度通过使用控制箱20、亚硝酸盐探针22、铵探针21、pH探针29、温度探针30和氧探针25在线测量。亚硝酸盐探针22能够在线测量序列生物反应器10所含水中的亚硝酸盐浓度。铵测量探针21能够在线测量序列生物反应器10所含水中的铵浓度。

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×e^2300/(273+T)

其中T以°C表示，HNO₂和NO₂以mgN/L表示。

[HNO₂]=[NO₂ ^-]×10^-pH×10^pKa

控制向反应器的水的供应（步骤121）。在这个控制供应的过程中，控制箱20：

-计算亚硝酸盐浓度和铵浓度的总和;

-将该总和与等于90mgN/L的第一阈值S1进行比较；

-检验所述反应器中的水的水位。

一旦这个总和高于第一阈值S1或者亚硝酸浓度高于第二阈值S2或者反应器中的水已经达到高水位，则控制箱20停止泵13的工作，以使得停止向序列生物反应器10供应待处理水（步骤122）。

控制曝气亚硝化步骤的持续时间（步骤123）。在此控制的过程中，控制箱20:

-将亚硝酸浓度与等于1.5μgN-HNO₂/L的第二预定阈值S2进行比较;

-计算铵浓度与亚硝酸盐浓度之比并且将其与等于0.8的第六阈值S6进行比较。

一旦HNO₂浓度高于所述第二预定阈值S2或者一旦铵浓度与亚硝酸盐浓度之比低于所述第六阈值S6，则控制箱指示增压器14和氧调节阀26，以使得它不再将氧输送到序列生物反应器10内。因此，曝气亚硝化步骤结束（步骤124）。

控制缺氧脱氨步骤的持续时间（步骤125）。在此控制的过程中，控制箱20将亚硝酸盐浓度与等于2mgN-NO₂/L的所述第三预定阈值S3进行比较。

一旦亚硝酸盐浓度低于这个第三预定阈值S3，则控制箱20指示缺氧脱氨步骤的停止。

实施新的供应、曝气亚硝化然后缺氧脱氨的步骤以处理待处理水的总体积的新部分。在这种实施方式中，该处理方法因而包括多个子循环，每个子循环包括供应步骤、曝气亚硝化步骤、缺氧脱氨步骤。多个子循环被实施，直到在供应步骤的过程中达到生物反应器10的高水位28（步骤126）。这个高水位将供应停止（步骤127）。由该供应启动的剩余的子循环被实施（步骤128-130）：进行曝气亚硝化步骤，之后是缺氧脱氨步骤。

一旦整个体积的水被处理，即一旦已经达到生物反应器10的高水位28并且发生了最后曝气亚硝化和缺氧脱氨阶段，则停止序列生物反应器10内的搅拌，以使得在此反应器内所含的水经历沉降过程（步骤131）。在水中悬浮的物质然后与所述水分离。然后从反应器排出（步骤132）：在此沉降的过程中形成的污泥经过提取管道23从反应器提取，并且处理过的水经过提取管道24从反应器提取。从SBR的排出从来不是完全的。相反，原则在于在沉降之后保留一部分的污泥。反应器的曝气因而从来不是在真空中进行的。

在此实施方式中，一个全处理循环因而包括至少一个子循环（供应，曝气亚硝化,缺氧脱氨），沉降和处理过的水和污泥的提取。污泥的提取使得能够控制该方法的污泥龄。

在一种变化形式中，所有体积的待处理水可只一次被引入到序列生物反应器10中。

7.4.变化形式

借助于探针测量的每个变量与预定阈值的比较优选同时还安全延时。这种安全延时的使用使得即使一个或多个探针可能临时出现问题或者一个或多个数值阈值在与测量的数据进行比较时从未达到的情况下也能继续该方法的运行。

7.5.试验

进行试验以验证根据本发明的技术的效率。

在这些试验中，在500升SBR内通过硝酸盐回避处理含有非常少可生物降解COD的污水。

在同一个反应器中顺序进行该处理的所有步骤。温度为25°C并且在曝气阶段的过程中溶解氧的浓度是低的（0.5mgO₂/L），以促进SBR中的该回避。向这个SBR供应滤出液，所述滤出液是由净化站的厌氧消化池的消化污泥的脱水得到的脱水台（table d’égouttage）的滤出液。该滤出液的平均组成如下表所示。

图10示出了在这种水的传统处理过程中在全SBR循环的过程中NO₂和N₂O的浓度以及pH值的分布图，该处理通过亚硝化-脱亚硝化来进行，其中氢氧化钠被注入到反应器中，以使得pH值不降到低于6.7并且限制亚硝化细菌的活性。在此循环的过程中N₂O的产生是降低的0.09gN-N₂O/gN-NH4，即9%，并且达到大于2000ppmv。

图11示出了在全SBR循环的过程中NO₂、HNO₂、N₂O、O₂的浓度以及pH值的分布图，其中HNO₂阈值S2等于1.5μgN-HNO₂/L。在此循环的过程中N₂O的产生为降低的0.002gN-N₂O/gN-NH4，即0.2%，并且总是低于100ppmv，未注入氢氧化钠到反应器中来控制pH值。

本发明技术的实施因而能够通过亚硝化-脱亚硝化处理水，同时限制一氧化二氮的产生和碱性试剂的添加。

Claims

1.在序列生物反应器(10)中载有铵形式的氮的水的处理方法，所述方法包括至少：

-向所述序列生物反应器(10)供应所述水的第一供应步骤(i)；

-曝气亚硝化步骤(ii)；

-缺氧脱亚硝化步骤(iii)；

-从所述序列生物反应器(10)提取处理过的水的步骤(iv)；

其特征在于所述方法还包括在线测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水中的亚硝酸盐浓度，测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水的pH值的步骤，根据所述亚硝酸盐浓度和所述pH值计算所述序列生物反应器(10)中所含的所述水中的亚硝酸(HNO₂)浓度的步骤，以及控制所述曝气亚硝化步骤(ii)的持续时间的步骤，所述控制所述曝气亚硝化步骤(ii)的持续时间的步骤包括以下步骤：

-将所述亚硝酸浓度与第二预定阈值S2进行比较；

-一旦所述亚硝酸浓度变得高于所述预定阈值S2，则停止所述曝气亚硝化步骤(ii)。

2.权利要求1的方法，其特征在于所述方法包括在线测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水中的铵离子浓度以及控制向所述序列生物反应器(10)供应所述水的所述第一供应步骤(i)的步骤，所述控制所述第一供应步骤(i)的步骤包括以下步骤：

-计算所述亚硝酸盐浓度和所述铵离子浓度的总和；

-将所述总和与第一预定阈值S1进行比较；

-将所述亚硝酸浓度与第二预定阈值S2进行比较；

-检验所述序列生物反应器(10)中的水的水位；

-一旦所述总和高于第一阈值S1或者所述亚硝酸浓度变得高于所述第二阈值S2或者达到所述序列生物反应器(10)的高水位，则停止所述第一供应步骤(i)。

3.权利要求1-2任一项的方法，其特征在于该方法包括用于控制所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)的持续时间的步骤，所述用于控制所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)的持续时间的步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸盐浓度与第三预定阈值S3进行比较；

-一旦所述亚硝酸盐浓度低于所述第三预定阈值S3，则停止所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)。

4.权利要求1-2任一项的方法，其特征在于所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)包括用于使所述水与异养细菌接触的步骤。

5.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括在线测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水中的铵离子浓度以及控制向所述序列生物反应器(10)供应所述水的所述第一供应步骤(i)的步骤，所述控制所述第一供应步骤(i)的步骤包括以下步骤：

-将所述铵离子浓度与第四预定阈值S4进行比较；

-检验所述序列生物反应器(10)中的水的水位；

-一旦所述铵离子浓度高于所述第四阈值S4或者一旦达到所述序列生物反应器(10)的高水位，则停止所述第一供应步骤(i)。

6.权利要求4的方法，其特征在于所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)包括用于在所述序列生物反应器(10)中注入碳的步骤，并且所述方法还包括用于控制所述注入碳的步骤的步骤，所述用于控制所述注入碳的步骤的步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸盐浓度与第五预定阈值S5进行比较；

-一旦所述亚硝酸盐浓度低于所述第五阈值S5，则停止所述注入碳的步骤。

7.权利要求5或6的方法，其特征在于所述第四阈值S4为1mgN-NH₄/L至400mgN-NH₄/L。

8.权利要求6的方法，其特征在于所述第五阈值S5为0mgN-NO₂/L至120mgN-NO₂/L。

9.权利要求1-2任一项的方法，其特征在于所述缺氧脱亚硝化步骤(iii)包括将所述水与Anammox细菌接触的步骤。

10.权利要求9的方法，其特征在于该方法包括在线测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水中的铵离子浓度，并且所述曝气亚硝化步骤(ii)之后是无曝气的第二供应步骤，所述方法包括用于控制所述无曝气的第二供应步骤的步骤，其包括以下的步骤：

-计算所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-将所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比与第六阈值S6进行比较；

-检验所述序列生物反应器(10)中的高水位；

-一旦所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比高于所述第六阈值S6或者一旦达到所述序列生物反应器(10)的高水位，则停止所述第二供应步骤(i)。

11.权利要求9的方法，其特征在于该方法包括在线测量所述序列生物反应器(10)中存在的所述水中的铵离子浓度，并且所述用于控制所述曝气亚硝化步骤(ii)的步骤还包括以下的步骤：

-计算所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-一旦所述亚硝酸浓度高于所述第二预定阈值S2或者所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比低于所述第六阈值S6，则停止所述曝气亚硝化步骤(ii)。

12.权利要求10的方法，其特征在于该方法包括多个向所述序列生物反应器(10)供应的供应步骤，在其结束时达到所述序列生物反应器(10)的高水位的曝气供应步骤构成最后供应步骤，所述最后供应步骤之后是曝气控制最后步骤，所述曝气控制最后步骤包括以下的步骤：

-将所述亚硝酸浓度与所述第二预定阈值S2进行比较；

-计算所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比；

-将所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比与所述第六阈值S6进行比较；

-一旦所述铵离子浓度与所述亚硝酸盐浓度之比低于所述第六阈值S6或者所述亚硝酸浓度高于所述第二阈值S2，则停止所述曝气。

13.权利要求10-12任一项的方法，其特征在于所述第六阈值S6为0.6-1.2。

14.权利要求2的方法，其特征在于所述第一阈值S1为1mgN/L-400mgN/L。

15.权利要求1-2任一项的方法，其特征在于所述第二预定阈值S2为0.01μgN-HNO₂/L至20μgN-HNO₂/L。

16.权利要求3的方法，其特征在于所述第三阈值S3为0mgN-NO₂/L-120mgN-NO₂/L。