CN104870378A - 利用选择性渗透阻隔物的生物处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明包括可被用于从流体介质中去除污染物的多个系统，所述流体介质通常为水性介质。在一个实施方案中，所述系统包含含半渗透阻隔物的处理区，所述半渗透阻隔物被配置以隔离代谢来自介质中的污染物的微生物的培养物。所述半渗透阻隔物允许所述污染物在所述介质和所述培养物间交换，然而所述培养物远离所述介质。随着时间的推移，所述微生物消耗所述污染物且所述介质被净化。在一些实施方案中，所述系统同时包括电极并使用外产电微生物以去除污染物。

Description

利用选择性渗透阻隔物的生物处理系统
相关申请
本申请要求在2012年8月8日提交的美国临时专利申请第61/680,827号的优先权，通过引用其全文将其并入本文。
技术领域
本发明涉及用于通过使用能代谢污染物的微生物从介质例如水中去除污染物的系统。特别地，在具有调节污染物从介质到微生物流动的半渗透阻隔物的反应器中培养微生物。
背景技术
去除不同形式的氮(例如，亚硝酸盐、硝酸盐、铵、氨)是废水处理中一个越来越重要的目标。当释放到环境中时，氮引起海洋中的赤潮，污染湖泊和河流，并污染饮用井和水库。
在较小的点源已特别难以处理氮的去除，在所述较小的点源构筑实现市政水处理工程享有的规模经济的处理设施是不可行的。这样的点设施包括厌氧消化设施、农业生产用水和鱼类养殖(水产养殖)。
例如，再循环水产养殖系统(RAS)，也称为闭环系统，提供了大规模、可持续的鱼类生产的可能性。然而，经济且有效的废水处理是RAS和半RAS工业可持续增长的关键瓶颈。特别地，RAS和其它这样的闭环系统，产生高浓度的溶解的含氮废物成分和减少的有机化合物，这反过来加压于该系统中的化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。如果不将废物移除，牲畜将相继死去。此外，含氮的废物和减少的有机化合物可对该RAS以外的本地栖息地产生不利影响。
目前的脱氮技术不能满足可持续水产养殖的需要。可通过水交换去除硝酸盐，但这通常必须每天等量于系统体积的10-20％，大量的水。此外，由于管理条例变得更为严格，管末端(EOP)硝酸盐的释放将可能被日益严格地处理，这甚至需要在交换系统中使用更大量的水。作为交换的一种替代选择，可以使用异养细菌如假单胞菌通过厌氧反硝化去除硝酸盐。然而，水产养殖污水中低的碳氮(C/N)比需要额外的碳，例如甲醇，以产生厌氧反硝化作用。为抵消使用甲醇的成本和风险，可在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中使用来自相同设施的有机质(例如，污泥)以达到所需的碳含量。然而，该污泥经常以微粒的形式，使其难以与细菌保持混合。如此，必须应用水解和发酵将污泥转化为挥发性脂肪酸和其他更容易被脱氮生物消耗的分子，增加操作的复杂性和成本。更重要的是，具有致病污泥的混合槽水需要昂贵的预处理和后处理消毒并引起该设施中生物污染的严重风险。此外，当使用污泥作为脱氮的COD源时，水产养殖生产者经历了在其产品中显著的异味。
除了从RAS系统中去除氮以保持牲畜健康外，在它们排放至环境之前清洁工艺用水也是重要的。该使用后处理，也称为管末端(EOP)处理，是另一种RAS和半RAS共同的特别重要的处理类型。在水产养殖中，大多数EOP流从初级处理技术，例如转鼓过滤器、带式过滤器、生物过滤器或沉淀池排放。对于转鼓过滤器排放，例如，以具有高水平的COD(1000mg/L)、硝酸盐(100mg/L)和悬浮固体总量(2000mg/L)表现不是不寻常的。当该流的成分随着鱼的种类和设施类型变化时，EPA控制的产量需求在大多数农场是相同的。
已提出多种技术以处理水产养殖中的EOP净化，但各有其局限性。EOP处理对于水产养殖工业的未来是特别重要的。因为目前处理系统的发展继续产生必须被经济处理的浓缩流。一个号称处理EOP流的技术是曝气。然而，在养鱼规模上曝气通常是不经济的，且这是能源消耗非常大的。它也不处理伴随的必须被管控的固体废物流。其它技术使用离子交换膜或离子聚合物沉淀物以净化EOP流。然而，这些技术在更大规模上变得过分昂贵且仍然存在固体废物处理问题。
至今，溶解氧的控制和有毒氨(脱氮的一种形式)的去除已为RAS废水处理系统的主要目标。但随着工业的成熟，如下问题正变得日益明显：管末端生物需氧量(BOD)和培养水中升高的硝酸盐水平将成为增加的水的再利用和较高的鱼产量的新障碍。因此，非常需要能从废水流中经济地去除硝酸盐和化学需氧量(COD)并控制pH的改进的技术。
发明内容
本发明解决了工业对于稳健且经济的对其中具有多种需要处理的污染物的废物管理的需求。本发明包括用于从介质例如含水介质中去除污染物的系统。通常，该系统包括至少两个区：(1)包含能直接或间接代谢污染物的微生物的第一区(“处理区”)，和(2)被处理的介质流入其中的第二区(“介质区”)。由于这两个区被允许污染物通过但不包括(或极大损害)所述微生物的通道的半渗透阻隔物隔开，污染物将从介质区扩散至处理区，并被微生物代谢，留下具有较少污染物的介质。在一些实施方案中，所述处理区和/或所述介质区将包括支撑结构，在该支撑结构上可生长微生物的生物膜。正如下面所讨论的，该发明的系统也具有水产养殖范围外的应用。
在一些实施方案中，本发明也为生物电化学系统(BES)，即，包括配置在处理区的阳极和配置在介质区的阴极，和可用于加偏压于所述电极的电动势源。通常，当所述系统为BES时，所述处理区将包括电活性微生物(即，外产电体(exo-electrogens))。在一些实施方案中，所述处理区和/或所述介质区将包括支撑结构，在该支撑结构上可生长微生物的生物膜。在包括支撑结构的BESs中，所述支撑结构配置在各电极的与所述阻隔物相对的一侧，或将所述支撑结构并入电极中。
也公开了更多的变型，例如介质的预处理和与其他净化/废物处理技术的共处理。
附图说明
图1是本发明的系统的简图，包括被半渗透阻隔物分开的处理区和介质区；
图2显示了适用于脱氮和净化具有高氮含量的废物的本发明的一个实施方案；
图3显示了适用于脱氮和净化具有高氮含量的其他废物的本发明的一个实施方案；
图4显示了用于从介质去除目标污染物的系统的一个实施方案，包括促进代谢所述污染物的微生物生长的支撑结构；
图5显示了用于从介质去除目标污染物的系统的一个实施方案。该系统是生物电化学系统(BES)并包括在电势存在下有助于使代谢所述污染物的外产电微生物生长的支撑结构；
图6显示了用于从介质去除目标污染物的系统的一个实施方案，包括在界定将被净化介质体积的槽中的多个处理单元；
图7显示了用于从介质去除目标污染物的系统的一个实施方案，包括在界定将被净化介质体积的槽中的多个处理单元；图7中的实施方案也包括了可用于监测净化进度和微生物培养健康的BES系统；
图8显示了用于从介质去除目标污染物的系统的一个实施方案，包括包围中间室(2)的内和外处理室(1)和(3)；
图9显示了处理区的一个实施方案，其包括多个相互连通的半渗透阻隔物，所述相互连通的半渗透阻隔物具有连接管以允许微生物在多个半渗透阻隔物之间循环；
图10显示了使用如所述处理区的多个具有连接管的相互连通的半渗透阻隔物的本发明的一个系统，其中净化的介质简单保持在包围所述多个相互连通的半渗透管的槽中。在另一个实施方案中，可以高于所述槽的电势对所述多个相互连通的半渗透阻隔物加偏压且所述处理区可包括外产电体。
具体实施方式
本发明包括可用于从流体介质中，通常为水性介质中去除污染物的多个系统。在一个实施方案中，所述系统包括含半渗透阻隔物的处理区，所述半渗透阻隔物被构造以隔离代谢来自介质中的污染物的微生物的培养物。所述半渗透阻隔物允许污染物在所述介质和所述培养物之间交换，然而所述培养物远离所述介质。随着时间的推移，所述微生物消耗所述污染物且所述介质被净化。在一些实施方案中，所述系统额外地包含电极并使用外产电微生物以去除污染物。
在一个简单的实施方案中，本发明的所述两个区包含在一个不可渗透被处理介质的空腔(例如，槽)中。例如，当所述介质为水性时，所述空腔将是不透水的。一个区，所述“处理区”包含将直接或间接代谢污染物的微生物。第二区，所述“介质区”包括将被净化的介质。然而，所述处理不必唯一地发生在处理区，因为处理的可观部分可发生在介质区。例如，两个或多个隔离的微生物培养物可与各区中的至少一个一起使用。如图1中所示，本发明简化为被半渗透阻隔物分为两个区的一个空腔。在其它实施方案中，本发明可为其中设置有边界包含至少部分阻隔物的多个较小空腔的空腔。这些配置允许多个不同的处理区与单个介质区连接，反之亦然。此外，可使用用于诱导和保持正压力的装置以阻止或减少在半渗透阻隔物中发生破裂时介质区中介质的污染。也就是说，所述正压力将导致介质区的物质流入处理区而不是流入介质区。这样的设计将避免在处理区的具有微生物或其他营养物(例如，固体废物)的介质的污染。
本发明将主要用于流体介质，特别是水性介质的处理。更特别地，本发明用于废水的脱氮。然而，本领域技术人员将认识到公开的原则可用于构建用于从气体介质或从含固体和液体混合物的介质，例如泥浆，或固体和气体混合物，或固体、液体和气体的混合物中去除污染物的系统。
微生物
多种微生物，包括细菌、古生菌、真菌、原生动物和藻类可与本发明的系统一起使用，假设可培养和保持所述微生物，且所述微生物代谢(直接或间接)目标污染物。所述微生物群落可包含单种微生物或多种。至少一个包括在该群落中的物种将能够在它的代谢过程中使用各目标物质。当一种物质被作为从介质中去除的目标时，该群落中的一种或多种微生物将能够利用该物质。当多个物质被作为从介质中去除的目标时，至少一种微生物将使用各物质。单种微生物在其代谢过程中可利用一种以上的目标物质。在一些实施方案中，所述微生物可为来自地杆菌、梭状芽胞杆菌、红育菌或大肠杆菌的细菌。
在一些实施方案中，微生物将使用目标物质作为营养源或作为直接电子受体或电子供体(例如，通过电活性微生物)。或者，所述代谢过程可产生(或催化产生)与目标物质反应的化学物。因此，所述微生物群落可包括不直接去除目标物质但促进其去除或有助于所述微生物群落的整体健康和稳定性的微生物。例如，如果所述物质是被分解为产品的化合物，反过来是期望去除物质时，这些补充的生物体可在它们的代谢过程中使用剩余的产品以提供进一步的修复。另一个模式是补充的生物体，即产生(或催化产生)被去除生物体作为营养物的化学品或通常提升或保持用于处理工艺的系统环境的适用性(例如，保持有利的pH水平)的微生物。
在一些实施方案中，微生物或微生物的混合物将使用另一种作为营养物存在的废物流。例如，微生物可在其代谢过程中使用除目标污染物之外的管末端(EOP)流的液体和固体部分。在这种情况下，可调整废物的活性和相对丰度以适应微生物的需要。例如，可微粒化并稀释固体废物以便更容易的消耗。
操作模式
将被处理的介质，通常是水或废水，将进入介质区。介质可以用泵抽或者也可以通过重力填充等。介质中的污染物将穿过半透膜阻隔物进入处理区，在处理区微生物代谢所述污染物。在一些实施方案中，可添加第二材料流至处理区中，所述处理区可包含微生物的营养物和/或将被处理的第二污染物。所述系统将通常也包括调整污染物或营养物流动的能力以确保最佳的运作。所述阻隔物也将阻止所述微生物和第二污染物从处理区穿至介质区或阻止隔离室的微生物种群相互污染。
本发明系统的一个优选应用是用于水的脱氮。当该系统用于脱氮时，例如，通过将离子交换膜(例如，阴离子交换膜或阳离子交换膜)作为半渗透阻隔物，硝酸根离子将从介质区穿至处理区。该阻隔物同时确保微生物不进入在净化后可能流入河流、湖泊等的水中。
在一些实施方案中，有机废物源，例如具有高化学需氧量(COD)的水，将被直接引入处理区。有机废物提供碳源以被微生物在代谢硝酸盐时使用，同时减少废物的COD。该布置特别有用于水产养殖水，因为第二废物流-牲畜的排泄物-可同时被处理。在该实施方案中，所述废物从水产养殖中去除(例如，通过过滤)且然后被引入处理区以满足微生物的COD和营养物的需求。在一些实施方案中，所述阻隔物将被设计以同时阻止第二废物流返回到介质中。这将允许含氮废物和COD的处理同时使清洁的水产养殖水的污染风险最小化。然而，本发明不限于脱氮，因为可设计该系统以去除多种污染物，假定微生物和半渗透阻隔物的正确组合。特别地，本发明广泛适用于从水中去除离子污染物。
再循环水产养殖系统被本质地设计以限制培养系统中生物学上可用的有机碳的量以提升生物过滤器中的硝化作用。因此，减少培养系统中有机碳的量的关键过程是固体废物的机械捕获和去除。所述机械过程因此产生浓缩的废物固体外排流(EOP)，所述外排流具有高的总COD(tCOD)但可能低的可溶性COD(sCOD)。具有高的废物固体和低的sCOD的外排流意味着有机碳的下降的生物利用性，因为大部分有机碳被封在外排流的固体部分中。为增加固体废物的生物利用性，可利用厌氧消化过程以提取和通过水解溶解挥发性脂肪酸(VFAs)，从而增加sCOD。然后VFAs的提取改善有机碳的可用性(增加sCOD)并最终可用于能够脱氮。
也可将本发明的相同原理并入与水产养殖分开的厌氧消化(AD)系统中。例如，可将其并入用于市政废水的AD系统中或并入用于减少动物粪便例如来自乳牛场的动物粪便的AD系统中。如在图2中所示，将通过如下过程处理废水：(1)粗砂过滤器，(2)然后进入第一澄清池，(3)然后进入本发明的处理区，(4)然后进入硝化单元，(5)然后进入第二澄清池，(6)然后所述固体将流入厌氧消化池，同时第二流将流入介质区以进一步脱氮。或者，所述处理区步骤可紧跟硝化步骤，如图3所示。
阻隔物
所述阻隔物的功能是遏制微生物以阻止它们不受控制地扩散至被处理的介质中。此外，当在所述系统的不同区内使用不同的微生物种群时，所述阻隔物阻止交叉污染。该阻隔物可为机械的，例如具有足够大的孔径以允许目标物质进入和离开所述系统但孔径足够小以阻止生物体通过的过滤器。该阻隔物也可使用电化学原理，例如允许离子通过但不允许微生物通过的离子渗透膜。该阻隔物也可以利用消毒或杀菌的特性，如紫外线阻隔物。
所述半渗透阻隔物可为任何合适的被设计以允许污染物通过而抑制微生物通过的半渗透阻隔物。例如，所述半渗透阻隔物可包含聚合物基质、复合物基质、织物、薄膜、陶瓷或组装的纳米多孔结构。可将阻隔物配置成管、平行板、螺旋、内插的结构或其他适当的配置以使可用于交换的表面积最大化。可用结构元件加固所述阻隔物以提供结构刚性和/或以抵抗所施加的压力。多种类型的半渗透阻隔物可从制造商例如Applied Membranes,Inc.(Vista,CA)商购获得。
支撑结构
在一些实施方案中，所述系统包括支撑结构以促进微生物生物膜的生长，和/或辅助在所述区的混合，和/或辅助区间的扩散。所述支撑结构可为提供如下结构的任何形状或材料：生物膜可在其上生长并允许营养物(包括目标污染物)进入并通过所述结构的通道。例如，可使用网眼、交叉流介质或颗粒。在网状结构中，所述支撑结构将通常被配置在阻隔物附近，优选阻隔物和支撑结构间没有空隙，如图4中所示。在其它实施方案中，所述支撑结构将是自由浮动的(或中密度)、大表面积的聚合结构，该结构允许生物膜被分布在整个处理区。此外，如果本发明采用BES组件(在下面描述)，所述支撑构件将被配置在电极附近，优选它们之间无间隙，或者并入所述支撑结构中。
生物电化学系统
除了处理区和半渗透阻隔物的组合，本发明的一些实施方案同时采用生物电化学系统(BES)，即，包括电势和/或电流源和使用电能或在它们的代谢过程中产生电能的微生物(外产电体)。参见图5。BESs提供脱氮过程的多项重大增强。首先，当COD可用性非常低时，BES提供在阴极隔区(处理区)能够脱氮的电势。可使用附加的生物电极、生物活性的阳极和阴极电极以促进外产电体生物膜。
在本发明BES的一个实施方案中，将通过COD消耗微生物在生物阳极产生的电流转移至生物阴极。当由于培养系统水中的有机碳限制而将不发生传统的脱氮时，电子流能够使脱氮过程在生物阴极发生。第二，由BES产生的电流提供内在反馈机制，通过该反馈机制可推测与阳极隔区或阴极隔区的水质相关的信息。参见图7。电路中的反馈是基于BOD和硝酸盐可用性任一/二者，这取决于该系统是如何设计和运作的。该信息也可用于控制和自动化，即，通过将硝酸盐的添加和/或BOD与电流读数结合。在一些实施方案中，一个系统包括一个或多个不是BESs的处理区和一个或多个BESs处理区。
当所述系统包括一个或多个BESs，可监测BESs以确定去污过程的进度并获得有关微生物的健康或功能的观察。也就是说，电极间电势的变化或电极间产生/消耗的电流量是系统中生物活性的指示，包括BOD和/或氮的消耗。例如，被微生物用作电子受体的阴极的增加可以表明下降的硝酸盐水平而较少可以表明下降的BOD水平。应该注意的是，该原理可适用于在非BOD或硝酸盐的物质处理中使用本发明，因为电活性取决于作为电极受体或供体的电极的使用。
根据需要，可将BES配置在数个结构中，这取决于外电能槽、或源、或偏电压的存在。因此，所述BES系统可表现为如下形式：微生物燃料电池(MFC)，微生物电解池(MEC)，或具有均衡的阴极电位的系统，例如均衡的硝酸盐还原电位。正如MFC和MEC操作方案之间差别的简单描述，MFC意味着阳极和阴极之间的自动调整的电压，这由生物电极上的微生物决定，而MEC意味着电流应用于电极且电极间的电势是固定的。使用稳压器和参比电极均衡阴极电位是可能的。通常仅均衡阴极电位并允许阳极电位“自由浮动”。在一些实施方案中，该布置有助于监测所述介质去污的进度，因为当脱氮停止时，电势变得不平衡，这可作为采取校正措施的信号。例如，该信号可提示输入量的增加，即，增加COD或硝酸盐。
预处理和互补微生物(Complimentary Microorganisms)
在其它实施方案中，本发明也可包括预处理步骤。例如，当本发明用于脱氮时，可包括硝化步骤。在所述系统中可包括附加的氧去除作为预处理。该设计也可允许更容易地处理在固体厌氧消化中产生的氨或铵离子。
在其它实施方案中，所述区可包含微生物的互补群体，各群体能够代谢互补产品。例如，一种目标污染物的一种微生物代谢产物可穿过所述半渗透阻隔物(离子交换或其它方式)，其中所述产物作为其它区中不同微生物的代谢过程的输入物被消耗，无论是作为能量来源或末端电子受体。例如，来自厌氧消化池的过滤器(例如生物过滤器)可将捕获的氨引入将被处理的介质，同时可将来自所述消化池的固体部分添加至处理区以给微生物供以燃料，正如上面所讨论的。
在一个实施方案中，放置在内衬有离子交换膜(例如，阴离子交换膜)的容器中的硝化生物过滤器(例如，移动床生物反应器-MBBR)可被设置在如化粪池或沉淀池的消化室或隔区内。可用泵将液体部分，例如来自消化隔区的液体部分，输送至需氧的MBBR中以将在消化过程中产生的氨转化为硝酸盐。然后所述硝酸盐穿过阻隔物进入消化隔室连同过程水用于最终的脱氮。MBBR中的水反过来将作为精炼的EOP排出物，并可使用第二膜过滤器进一步精炼以捕获可能来自硝化生物过滤器的任何剩余的生物质。
或者，所述过程在某种程度上是可逆的，其中消化隔区有效地作为“预处理槽”，且泵系统使上清液通过一系列由离子交换阻隔物组成的管再循环并返回至消化隔区。然后所述管将浸入来自高硝酸盐的单独的流的水浴中，从而能使硝酸盐进入管中并最终进入硝化隔区用于最终的脱氮。参见例如图10。如上面讨论的实施例，高硝酸盐的水浴可再次为MBBR需氧硝化生物过滤器或相似的结构。
示例性实施方案
实施方案1：在一个优选的实施方案中，适合在硝酸盐的去除中使用，所述系统包括与将被处理的水源连接的槽。多个较小的处理单元将被配置在所述槽内，如图6中所示。各较小的单位是基本不透水的圆筒，其壁是由基于离子交换膜的阻隔物组成。或者，所述系统可包括一种或多种BESs，即，包括外部的阴极电极和内部的阳极电极，且所述BESs包括用于将电压应用于电极的装置。将如此配置所述电极以使所述电极和所述阻隔物间无间隙或基本无间隙。类似地，用包装材料构造的支撑结构将相对于阳极电极配置以作为用于生物膜形成的基底。支撑结构可相对于阴极电极配置，但可被排除以使微生物在阴极侧的生长最小化。实质上，所述槽将作为介质区的单个大的阴极室起作用，而各较小的处理单元将是作为处理区的阳极室。参见图4和5。或者，阴极可包括在处理单元的内部且阳极包括在外部，在这种情况下，所述槽将构成阴极室而所述处理单元将构成阳极室。
由具有高硝酸盐浓度的废水组成的介质将被引入介质区(即，阴极室)，而化学需氧量(COD)的来源将被引入处理区(即，阳极室)。所述介质可通过上升流或侧向流配置进入所述单元。离子交换膜阻隔物将允许硝酸盐进入所述空腔，但其阻止处理区的微生物和COD离开所述空腔并污染主要的水源。可利用处理单元和所述槽间的压差以在阻隔物发生破裂时阻止流体离开处理区。可使用泵或其它机械产生所述压差。或者通过变化相对于介质区的处理区中的水位实现所述压差。通常所述压力将如此以使来自阳极室的流体不能进入阴极室。
在该实施方案中，预期各处理单元将能独立运行。以使它们可被单独取代。在其中将配置处理单元的槽也可被设计为单独运作或与其他相似系统并联。这将允许所述系统的模块化使用，以便可通过简单添加更多的系统满足增强的处理需求。
实施方案2：在第二实施方案中，以与第一实施方案相同的方式配置所述系统，除了没有电极。将与所述阻隔物直接相对的方式配置所述支撑结构。
实施方案3：在第三实施方案中，本发明包括具有用于生物膜生长的平面支撑结构(例如塑料网)的基本平面的阻隔物(barrier)或阻隔物(barriers)(例如，阴离子交换膜或阳离子交换膜)。优选所述支撑结构将与阻隔物连接。一种这样的空腔将具有一个阻隔物或一个支撑结构。另一种空腔将在任一侧具有两个阻隔物构成空腔的边界，且在各阻隔物上或附近具有支撑结构。这些空腔可依次排列，以便具有多个室，各室与其相邻的室共用一个阻隔物。第一室将作为处理区且一侧用壁界定另一侧用阻隔物&支撑结构界定。第二室将作为介质区且一侧用与第一室共享的阻隔物和第二支撑结构界定。所述第二室/介质区将在对侧通过第三支撑结构和第二阻隔物界定。第三室将具有在第二阻隔物附近的第四支撑结构。含氮废物(或其它目标化合物)将流入第二室并扩散至第一和第三室，在其中它将被微生物处理。具有高COD的废物(或其它二次污染物)将进入第一和第三室以被生物体利用。可重复该模式多次，以便可具有任何数量的空腔。该实施方案也适用于水产养殖水处理。
实施方案4：在第四实施方案中，与第三实施方案相同的方式配置该系统，除了它将包含用作平面支撑结构或在所述支撑结构和所述阻隔物之间的电极。介质区电极将作为阴极且处理区电极将作为阳极。
实施方案5：在第五实施方案中，该系统遵循与第三实施方案相似的模式，除了所述室将为同心圆筒而不是平行的平面形状，如图8中所示。第一圆筒的壁将由内部的配置在支撑结构(例如，塑料网)之间的阻隔物组成。第一圆筒将被配置在第二圆筒内，第二圆筒的壁将由在阻隔物的内面侧的的支撑结构组成。第二圆筒将被配置在第三圆筒内，第三圆筒的壁将由在阻隔物的内面侧的的支撑结构组成。含氮废物(或其它目标化合物)将流入第二室并扩散至第一和第三室，在其中它将被微生物处理。具有高COD的废物(或其它二次污染物)将进入第一和第三室以被生物体利用。该实施方案也适用于水产养殖水处理。
实施例7：该实施方案包含配置在与介质槽连接的基本上立方的空腔内的微生物，如此以使所述阻隔物被配置在所述空腔和所述介质之间。所述阻隔物可为允许目标化合物通过但阻止微生物通过的离子交换膜或过滤器。将第二流引入空腔。优选所述微生物将利用硝酸盐和/或亚硝酸盐，从而提供硝化作用和/或反硝化作用。所述第二流将优选为具有高COD的废物。
实施方案8：在商业应用中，使半渗透阻隔物的表面积最大化同时也提供适合微生物长期健康的容器将是重要的。用与图9相似的设计实现这样的条件，其中含半渗透阻隔物的多个管相互连通以在内部提供微生物的流动通道。如图10中所示，将被去污的介质简单保持在多个相互连通的半渗透阻隔物周围的槽中。在另一个实施方案中，可以高于所述槽的电势对所述多个相互连通的半渗透阻隔物加偏压且所述处理区可包括外产电体。或者，所述处理区可为存储槽且所述相互连通的半渗透阻隔物提供将被去污的介质的通道。
参考文献的并入
对其它文件，例如专利、专利申请、专利出版物、学术期刊、书籍、论文、网站内容的参考和引用贯穿该公开内容。所有这样的文件在此通过引用全文并入本文用于所有目的。
等同物
本发明可能以其它具体的形式体现而不背离其精神和基本特征。因此前述实施方案应在所有方面被认为是例证而不是限制这里描述的本发明。因此通过附加的权利要求书而不是通过前述描述指示本发明的范围，且因此来自权利要求书的等同的意思和范围的所有变化旨在包含在本发明内。

Claims (23)

1.用于从流体介质中去除第一目标污染物和第二目标污染物的系统，其包含：
通过半渗透阻隔物与第二区隔离的第一区；和
配置在第一区内部的微生物的培养物(culture)，所述培养物包含至少一种能够在代谢过程中利用第一目标污染物的微生物和至少一种能够在代谢过程中利用第二目标产物的微生物，
其中所述半渗透阻隔物能够渗透第一目标污染物但基本不渗透所述微生物。
2.根据权利要求1所述系统，其中所述至少一种能够在代谢过程中利用第一目标污染物的微生物和所述至少一种能够在代谢过程中利用第二目标污染物的微生物为同一微生物。
3.根据权利要求1所述系统，进一步包含支撑结构，所述支撑结构配置在第一区内，且被配置以促进微生物培养物的增长。
4.根据权利要求3所述系统，其中所述支撑结构包含电极。
5.根据权利要求4所述系统，其中所述系统的电活性用于监测第一目标污染物或第二目标污染物的浓度。
6.根据权利要求5所述系统，其中所述系统被配置以调节第一目标污染物或第二目标污染物的浓度以响应监测的电活性的变化。
7.根据权利要求4所述系统，其中所述至少一种能够利用第一目标污染物的微生物或所述至少一种能够利用第二目标污染物的微生物是外产电微生物。
8.根据权利要求4所述系统，其中所述电极被加偏压以使第一区的电势高于第二区的电势。
9.根据权利要求4所述系统，其中所述电极被加偏压以使第一区的电势低于第二区的电势。
10.根据权利要求1所述系统，其中所述阻隔物包含离子交换膜。
11.根据权利要求1所述系统，其中所述阻隔物包含过滤器。
12.根据权利要求1-11任一项所述系统，其中所述第一目标污染物包含硝酸盐、亚硝酸盐或氨。
13.根据权利要求1-12任一项所述系统，其中所述第二目标污染物包含碳。
14.根据权利要求12或13所述系统，其中所述半渗透阻隔物对流体介质基本无渗透性。
15.根据权利要求12-14任一项所述系统，其中所述半渗透阻隔物对第二目标污染物基本无渗透性。
16.根据权利要求1所述系统，进一步包含通过多个半渗透阻隔物与第二区隔开的多个第一区。
17.根据权利要求1所述系统，进一步包含通过附加的半渗透阻隔物与第二区隔开的第三区，并包含微生物培养物，所述培养物含至少一种能够在代谢过程中利用第一目标污染物的微生物和至少一种能够在代谢过程中利用第二目标污染物的微生物。
18.根据权利要求1所述系统，进一步包含界定第二区的槽。
19.根据权利要求1所述系统，其中所述第一区被配置以接收具有高化学需氧量的流体介质，且所述第二区被配置以接收具有高硝酸盐浓度的流体介质。
20.根据权利要求19所述系统，其中所述第一区被配置以接收动物粪便或市政污水。
21.根据权利要求19所述系统，其中所述第二区被配置以接收农业径流水或水产养殖生产用水。
22.根据权利要求1-21任一项所述系统，其中所述流体介质包含水。
23.根据权利要求1-22任一项所述系统，其中所述微生物选自由地杆菌、梭状芽胞杆菌、红育菌和大肠杆菌组成的组。
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