CN111406036A - 用于通过亚硝化生物处理废水中的氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过在生物反应器中亚硝化来生物处理废水中铵态氮的方法，包括：至少一个步骤a，对含有待处理废水的生物反应器曝气；至少一个步骤b，消除步骤a中产生的至少部分亚硝酸盐；以及步骤c，从反应器中提取由步骤a和步骤b产生的污泥部分。本发明还涉及通过亚硝化/反亚硝化和/或脱氨生物处理废水中的氮的方法，其中所述亚硝化是使用根据本发明的亚硝化方法实施的。

Description

用于通过亚硝化生物处理废水中的氮的方法

技术领域

本发明涉及用于通过亚硝化生物处理废水中氮的方法。本发明还涉及用于通过亚硝化-反亚硝化和/或脱氨(也称为部分亚硝化-厌氧氨氧化)生物处理废水中氮的方法，其中通过根据本发明的亚硝化方法进行亚硝化。

背景技术

典型地，废水处理厂主要设计为通过使用特定细菌的生物过程去除碳、氮和磷。

氮处理通常包括硝化作用，随后是反硝化作用。硝化作用是通过自养细菌、氨氮或铵(也称为NH4或NH₄+)变为以下的氧化反应：

·亚硝酸氮，也称为亚硝酸盐，NO2或NO₂-；

·然后是硝态氮，也称为硝酸盐，NO3或NO₃-。

反硝化作用在于通过反硝化异养细菌将硝化反应期间产生的亚硝酸盐或硝酸盐还原为氮气(称为N₂)。

更准确地说，硝化作用在于两个子步骤：第一亚硝化步骤，然后是第二硝化(nitratation)步骤。亚硝化在于通过自养亚硝化细菌(称为AOB或“氨氧化细菌”，其主要属为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas))将铵氧化成亚硝酸盐。硝化在于通过其他自养细菌(称为NOB或“亚硝酸盐氧化细菌”，其主要属为硝化菌属(Nitrobacter))将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。

反硝化作用也可以分为两个子步骤：将硝酸盐转化为亚硝酸盐的反硝化步骤，以及将这些亚硝酸盐转化为氮气的反亚硝化步骤。

为了减少用于处理氮的能量，可以考虑其他代谢途径：亚硝化-反亚硝化和脱氨。

亚硝化-反亚硝化方法试图通过避免产生硝酸盐来停止亚硝酸盐阶段氮的氧化，因此亚硝酸盐分流了循环的“硝酸盐部分”。

因此，为了进行亚硝化-反亚硝化，有必要抑制NOB，而使用AOB。此方法可节省25％的所需氧气和40％的所需碳。

另一种称为脱氨或部分亚硝化/厌氧氨氧化的方法，使用了称为厌氧氨氧化菌(Anammox)的细菌(用于“厌氧氨氮离子氧化”)，其具有能够在缺氧条件下将亚硝酸盐和铵转化为N₂的特征，而无需外部碳。通过厌氧氨氧化菌的脱氨方法利用了铵的部分亚硝化。为了能够进行完全脱氨，必须将约57％的铵转化为亚硝酸盐。

NOB抑制已被广泛研究。但是，目前在通过亚硝化-反亚硝化和脱氨处理废水中所含氮的过程中，这种抑制的实施尚未优化，并且仍然难以实施。

发明内容

本发明旨在通过提供有效抑制NOB活性的亚硝化方法来优化通过亚硝化-反亚硝化和脱氨处理氮，因此与亚硝酸盐的产生相比，有可能使硝酸盐的产生最小化，换句话说，可以阻止在亚硝酸盐阶段以铵的形式氧化氮。

因此，本发明的目的是用于通过在生物反应器中亚硝化来生物处理废水中铵态氮的方法，包括：

·至少一个步骤a：对含有待处理废水的生物反应器曝气以使所述反应器中的溶解氧浓度大于或等于1mg/L，以便通过存在于所述反应器中的氨氧化细菌将至少部分铵氧化成亚硝酸盐，

其特征在于，所述方法进一步包括：

·至少一个步骤b：通过以下步骤消除至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐：

-在反应器外部对步骤a中处理的水进行采样b1，和/或通过

-缺氧生物转化b2，

循环进行步骤a和b，以使在步骤a开始时所述反应器中的亚硝酸盐浓度低于2mgN-NO2/L或比所述反应器中铵浓度低至少两倍，以及

·步骤c：每单位时间从反应器中提取由步骤a和步骤b产生的污泥部分，计算以获得所述反应器的曝气污泥的有效寿命，该有效寿命低于或等于通过递减指数分布作为温度的函数而定义的用于硝化作用所必需的曝气污泥的理论最小寿命，

使得在所述反应器中，通过步骤a中所述的曝气、步骤b中所述的亚硝酸盐的消除和步骤c中所述的曝气污泥的有效寿命来抑制亚硝酸盐氧化细菌的活性，与亚硝酸盐的产生(换言之亚硝化)相比，硝酸盐的产生(换言之硝化)得以最小化。

在本申请中，硝酸盐、亚硝酸盐、铵的浓度以氮含量的形式表示：亚硝酸盐浓度称为N-NO2；硝酸盐浓度称为N-NO3，铵浓度称为N-NH4。

废水应理解为是指至少部分为铵态的任何类型的含氮城市、工业或家庭污水。工业废水应理解为是指来自包括农业的任何类型的工业的废水。

供料反应器的废水是未处理的水或预先特别是通过碳处理步骤处理过的水。

生物反应器是适合于亚硝化的反应器，换言之包括氨氧化细菌，诸如通常用于处理废水中的氮的生物反应器。在本申请中，生物反应器称为亚硝化反应器或生物亚硝化反应器。该反应器还包含亚硝酸盐氧化细菌，该细菌存在于生物反应器中，用于处理废水中的氮。这特别涉及具有微生物培养物的活性污泥反应器，其中水力停留时间和污泥停留时间解离，所述污泥呈絮状或颗粒状细菌聚集体的形式。

反应器可以是密闭罐或开放式池。反应器可以是简单的反应器，意味着其含有单个罐或池，或是含有最终连接在一起的多个罐或池(特别是允许水和/或污泥的再循环)的多重反应器。

反应器的进料可以是连续的，对应于连续过程，或者是不连续的，对应于不连续过程。特别地，连续反应器是完全混合、塞流、分步进料或沟式的。特别地，不连续进料反应器是顺序生物反应器或被称为SBR的顺序间歇反应器，特别是恒定水平的顺序间歇反应器。

在本发明方法的各种实施方案中，有利地通过将气态氧气注入或吹入反应器中来进行反应器的曝气，即步骤a。可以以纯净形式或有利地以通常包含约20％氧气的空气形式供应氧气。氧气供应装置可以由将空气引入生物反应器的风扇、鼓风机或压缩机形成。在曝气步骤a期间，反应器中溶解氧浓度是由反应器连续或不连续曝气导致的平均浓度。控制在曝气步骤期间注入反应器的空气流，以使反应器中溶解的氧气或DO的浓度保持在大于或等于1mg/L的平均值。反应器有利地包括用于测量并最终调节反应器中溶解氧浓度的装置，例如溶解氧分析仪和/或传感器。

反应器有利地包括混合器，该混合器允许在缺氧步骤或步骤b2期间，以及任选地还在曝气步骤或步骤a期间搅拌反应器。

在曝气步骤a期间，反应器中溶解氧或DO的浓度有利地大于或等于1.5；2；2.5；3；或3.5mg/L，优选大于或等于2mg/L。

步骤a允许至少部分铵的氧化，意味着至少部分亚硝化。部分亚硝化对于通过脱氨处理氮很重要。为了获得部分亚硝化，当部分铵盐已被氧化成亚硝酸盐时，停止曝气或步骤a。为了控制在曝气步骤期间被氧化的铵的百分比，反应器有利地包括用于测量并最终调节反应器中铵浓度的装置，例如铵分析仪和/或传感器。

在本发明方法的各种实施方案中，为消除至少部分步骤a中产生的亚硝酸盐而实施的在反应器外部对步骤a中处理的水进行采样b1有利地通过排出b3至少部分由步骤a产生的反应器的内容物和/或通过将至少部分由步骤a产生的反应器的内容物再循环b4到向第一生物反应器供料的第二生物反应器来进行。所述部分或是由未倾析污泥组成的未处理部分，或是由步骤a和步骤b之间的在先污泥倾析步骤澄清的部分。

排出b3通常在使用SBR反应器的间歇过程中实施，而再循环b4在使用任何类型的反应器，诸如密闭罐或开放式池(例如沟式开放式池)的连续过程中实施。步骤b2中对亚硝酸盐的生物消除在于将亚硝酸盐缺氧生物转化成氮气。亚硝酸盐的缺氧生物转化b2在生物亚硝化反应器中，或主反应器中或第一反应器中，或在称为亚硝酸盐处理生物反应器的另一个生物反应器中，第二反应器中或副反应器中进行。亚硝酸盐的这种缺氧生物转化b2有利地在碳存在下通过异养反亚硝化和/或通过厌氧氨氧化菌进行脱氨而实施。

另外，有利地结合采样b1和生物转化b2。

根据该方法的第一有利实施方案，通过缺氧生物转化b2进行所述至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除，并且在所述生物亚硝化反应器中循环重复步骤a和b2的顺序。在缺氧条件下，在步骤b2期间消除了在循环步骤a(称为循环n)期间产生的亚硝酸盐，使得在下一个循环(也称为循环n+1)的步骤a开始时，反应器中亚硝酸盐或N-NO₂的浓度低于2mgN-NO2/L或比反应器中铵或N-NH4的浓度低至少两倍。对于使用任何类型的具有连续进料的反应器的连续工艺，诸如由一个或多个密闭罐或一个或多个开放式池组成的反应器(例如由沟式开放式池组成的反应器)，该实施方案是优选的。

根据该方法的第二有利实施方案，通过将至少部分由步骤a产生的反应器的内容物再循环b4到向第一反应器进料的第二生物反应器，并通过缺氧生物转化b2在所述第二反应器中的所述部分，进行至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除。在步骤b4中再循环的反应器内容物的部分优选是不澄清部分。可以向亚硝酸盐处理生物反应器或第二反应器或副反应器提供未经处理的水，以及含有载有来自亚硝化反应器或主反应器或第一反应器的亚硝酸盐的水的污泥。第二反应器通过生物转化(特别是在碳存在下通过异养反硝化)来消除亚硝酸盐。结果，离开第二反应器供料亚硝化反应器的经处理的污泥的亚硝酸盐浓度低于2mg N-NO2/L，或比铵或N-NH4的浓度低至少两倍。对于使用任何类型的具有连续进料的反应器的连续工艺，诸如由一个或多个密闭罐或一个或多个开放式池组成的反应器(例如由沟式开放式池组成的反应器)，该实施方案是优选的。

根据该方法的第三个有利的实施方案，通过排出b3至少部分由步骤a产生的反应器的内容物并缺氧生物转化b2最终留在所述生物反应器中的所述部分，进行至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除。优选地，在步骤b3中排出的反应器内容物的部分是通过在步骤a和步骤b3之间的在先的污泥倾析步骤所澄清的部分。

当反应器内容物完全排出时，反应器中没有残留物，并且省略了生物转化步骤b2。

在生物亚硝化反应器中循环地重复步骤a和b3，或a、b3和b2。在一个循环或循环n的步骤a期间中产生的亚硝酸盐被消除，或在排出步骤b3期间全部被消除，或在排出步骤b3期间部分被消除，并且在缺氧生物转化步骤b2中部分被消除，使得在下一个循环或循环n+1的步骤a开始时，反应器中亚硝酸盐的浓度低于2mg N-NO2/L或比反应器中铵浓度低至少两倍

对于使用顺序间歇反应器或SBR，特别是特征在于同时进料和排出，特别是以恒定水平同时进料和排出的SBR反应器，第三实施方案是优选的。

有利地将在步骤b3中排出的反应器的内容物的部分(优选澄清部分)移至第二生物反应器中，并且通过缺氧生物转化b2，特别是在碳存在下通过异养反亚硝化和/或通过厌氧氨氧化菌脱氨，优选通过厌氧氨氧化菌脱氨消除存在的亚硝酸盐。

为了控制步骤b中亚硝酸盐的消除并在曝气步骤a开始时检查亚硝酸盐浓度或铵与亚硝酸盐浓度的比率，反应器有利地包括用于测量并最终调节反应器中亚硝酸盐浓度的装置，其最终与用于测量和最终调节反应器中铵浓度的装置(例如亚硝酸盐分析仪和/或传感器)相关联，最终与铵分析器和/或传感器相关联。

另外，为了控制亚硝酸盐和硝酸盐的相对产生(即与曝气步骤期间硝酸盐的较低产生相比，主要产生亚硝酸盐)，反应器有利地包括用于测量和最终调节反应器中硝酸盐浓度的装置，例如硝酸盐分析仪和/或传感器。

在本发明方法的各种实施方案中，每单位时间从反应器中提取由步骤a和步骤b产生的污泥部分，计算以获得所述反应器的曝气污泥的有效寿命，该有效寿命低于或等于通过递减指数分布作为温度的函数而定义的用于硝化作用所必需的曝气污泥的最小理论寿命。特别地，在步骤c中提取的污泥的所述部分是质量分数。

反应器中曝气污泥的有效寿命或A_有效表示反应器中曝气期间的污泥保留时间。它对应于生物反应器中以千克为单位的干物质或DM的污泥量与每天待去除的过量污泥或E的量的比率，以千克DM/d表示。

特别地，硝化所必需的曝气污泥的最小理论寿命或A_理论，由图1的曲线定义。它也可以由ATV或“Abwassertechnische Vereinigung e.V.”建立的方程式定义：

A_理论＝A＝SF x 3.4x 1.103^(15-T℃)

其中T℃为摄氏温度，SF为1.45-1.8的校正因子，具体取决于用于生物处理废水中氮的站的大小。

如实施例中所示，步骤c有利地通过每单位时间(例如每天)从反应器中提取确定质量分数的污泥来进行，以最终获得曝气污泥的所述有效寿命。

反应器的曝气污泥的有效寿命有利地为曝气污泥的理论最小寿命的50％-90％，优选60％-80％。

重复所述步骤a、b和c，直到在所述曝气步骤a结束时，所述亚硝酸盐或[N-NO2]的浓度与所述亚硝酸盐和硝酸盐的浓度之和或[N-NO2]+[N-NO3]的比率大于或等于0.8或80％(当该比率以百分比表示时)，优选大于或等于0.9或90％。浓度[N-NO2]/([N-NO2]+[N-NO3])的比率可以替换为在曝气步骤a的过程中浓度变化的比率Δ[N-NO2]/(Δ[N-NO2]+Δ[N-NO3])。当亚硝酸盐的浓度与亚硝酸盐和硝酸盐的总和的比率达到大于或等于0.8或80％的值时，认为在生物反应器中已建立起亚硝酸盐阶段(即在与之相关的亚硝化步骤中)的NOB抑制和阻止铵态氮的氧化。在该建立阶段之后，可以在维持阶段中在相同条件下或者在抑制性较小的条件下继续亚硝化。通过降低步骤a中的溶解氧浓度，去除亚硝酸盐的消除步骤b和/或修改污泥提取步骤c来获得较少的抑制条件，使得反应器中曝气污泥的有效寿命大于或等于如上定义的曝气污泥的理论最小寿命。

有利地，根据本发明的用于通过亚硝化生物处理铵态氮的方法无需事先将亚硝化细菌接种到生物亚硝化反应器中而进行。

根据本发明的通过亚硝化生物处理铵态氮的方法有效地抑制了NOB的活性，因此可以在亚硝酸盐阶段阻止氮的氧化，该方法有利地用于通过亚硝化-反亚硝化和/或脱氨处理废水中的氮。

因此，本发明的目的还在于用于通过亚硝化-反亚硝化和/或脱氨作用生物处理废水中的铵态氮的方法，其特征在于，通过如上定义的用于通过亚硝化生物处理氮的方法来实施铵态氮的亚硝化。

附图说明

除了上述布置之外，本发明还包括其他布置，其从下面的描述中将变得显而易见，该描述参考本发明目的的示例实施方案，这些实施方案并不限制本发明，并参考附图，其中：

-图1示出了以天表示的硝化作用所需的曝气污泥的最小理论寿命的递减指数曲线或A作为温度T(以℃表示)的函数。

-图2示出了曝气阶段期间溶解氧的浓度，在下一个曝气阶段之前消除亚硝酸盐以及曝气污泥的有效寿命对在用于连续进料以通过亚硝化-反亚硝化处理废水中氮的生物反应器中的亚硝化建立的影响(通过曝气步骤结束时[N-NO2]/[N-NOx]的比率随时间(以天表示)的演变进行测量)

-图3示出了在图2的生物反应器中建立亚硝化-反亚硝化之后，在曝气和缺氧步骤期间，铵N-NH4、亚硝酸盐N NO2和硝酸盐N-NO3浓度的演变，对应于阶段S3.3。在两个不同的时间进行测量。A.在曝气步骤开始时，N-NO2浓度低于2mg/L。B.在曝气步骤开始时，N-NO2的浓度比N-NH4的浓度低至少两倍。

-图4示出了曝气阶段期间溶解氧浓度、亚硝酸盐消除以及曝气污泥的有效寿命对亚硝化建立的影响，其在间歇进料的用于通过亚硝化-反亚硝化处理废水中的氮的生物反应器(SBR反应器)中，通过排出水中比率[N-NO2]/([N-NO2]+[N-NO3])或[N-NOx]随时间的演变来测量。

-图5示出了在图4的生物反应器中建立亚硝化-反亚硝化之后，在曝气和缺氧步骤期间，铵N-NH4、亚硝酸盐N-NO2和硝酸盐N-NO3浓度的演变，对应于阶段P3的后半部分(时间>70天)。在曝气步骤开始时，N-NO2的浓度比N-NH4的浓度低至少两倍。

-图6示出了曝气阶段期间溶解氧浓度，亚硝酸盐的消除以及曝气污泥的有效寿命对活性污泥的硝化群体(AOB和NOB)的演变的影响。结果来自使用qPCR(定量聚合酶链反应)进行分子生物学分析，以量化所考虑的每个微生物群体的DNA。该结果表示为相对于开始日期(即第16天(时间段1))的所述群体的富集百分比(如果低于0，则为贫乏)。

具体实施方式

实施例1：在连续进料的亚硝化-反亚硝化反应器中通过NOB抑制建立和维持亚硝化

用于生物处理废水氮的系统由两个分别为4和8.9m³的活性污泥生物反应器和10.6m³的澄清池组成，其连续供应有2m³/h经预先处理的城市废水以去除胶体和颗粒碳。生物反应器配备有混合器、曝气系统、用于测量和调节溶解氧浓度的装置以及用于测量亚硝酸盐、硝酸盐和铵浓度的装置。在不事先接种生物反应器的情况下，开始处理铵态氮。根据以下实验设计，测试了曝气阶段期间溶解氧浓度，曝气阶段之前消除亚硝酸盐以及曝气污泥的有效寿命随时间对NOB抑制和在反应器中建立亚硝化的影响：

-阶段S1：

在不进行接种的情况下启动该设施，以避免产生NOB，并仅在阶段S1.1中形成AOB，然后在阶段S1.2中排出该设施，然后在不进行接种的情况下重新启动。

-阶段S2：

采用约0.35mg/L的溶解氧的低浓度的标准亚硝化参数且不验证曝气污泥或顺序曝气的寿命，以消除产生的亚硝酸盐。验证应理解为是指通过调节污泥提取量将系统维持在固定的曝气污泥寿命。

-阶段S3：

通过由连续的30分钟曝气步骤和30分钟缺氧步骤的循环组成的顺序曝气实现这三个参数。在曝气阶段期间，反应器中溶解氧浓度最初在阶段S3.1中为1mg/L，然后在阶段S3.2中降低至0.6mg/1，然后在阶段S3.3中增加至2.5mg/L。每天进行污泥提取，以使曝气污泥的有效寿命等于硝化作用所必需的曝气污泥的理论最小寿命的70％。

在阶段S1的启动阶段(无需接种即可进行)，观察到亚硝化阶段，其[N-NO2]/[N-NOx]的比率约为80，与AOB的表达有关。如果在曝气阶段之前无法通过控制污泥的提取和亚硝酸盐的消除来管理细菌群体，那么单独的亚硝化就会很快消失。在阶段S1.2中排出设施并重新启动以允许快速重建亚硝化，但随后将进行硝化。NOB抑制无效。在阶段S3中，污泥提取的管理加上阶段S3.1中1mg/L的溶解氧浓度以及消除异养细菌形成的亚硝酸盐的顺序通气允许在曝气污泥的2-3个有效寿命后建立亚硝化。在阶段S3.2中，溶解氧浓度为0.6mg/1的测试获得亚硝酸盐亚硝化和因此NOB表达的直接结果。从阶段S3.3开始，一旦溶解氧的浓度增加到2.5mg/L，在实施NOB抑制后，亚硝化将恢复，并以[N-NO2]/[N-NOx]的比率大于或等于85％长期保持数月。

在生物反应器中建立有效NOB抑制的同时，阻止了亚硝酸盐阶段中铵的氧化，这表示与曝气步骤期间亚硝酸盐的产生相比，硝酸盐的产生量最少。结果，在曝气步骤结束时测量亚硝酸盐的浓度与亚硝酸盐和硝酸盐的浓度之和的比率，使得可以研究在生物反应器中建立有效NOB抑制的可能性。在上述各种亚硝化条件下，在生物反应器中随时间测量该比率，结果示于图2中。

在建立和维持NOB抑制的阶段S3.3期间，反应器中铵、亚硝酸盐和硝酸盐浓度的演变在两个不同时间发生。图3A和图3B中示出的结果表明，在曝气阶段期间，铵转化为亚硝酸盐；反应器中的铵浓度降低，而亚硝酸盐浓度(最初低至低于2mg N-NO2/L(图3A)或比铵N-NH4浓度低至少两倍(图3B))增加。另一方面，硝酸盐浓度在通气阶段期间没有变化，并且保持在低于<1mg/L的低值(图3A和3B)。曝气步骤结束时的比率[N-NO2]/[N-NOx]大于0.8(图3A和3B)。在缺氧阶段中，在通过未经处理的水供给的碳存在下，观察到亚硝酸盐的减少，其被异养菌消除。在缺氧阶段结束时，亚硝酸盐浓度低，低于2mg N-NO2/L(图3A)或比铵N-NH4浓度(图3B)低至少两倍。由于曝气和缺氧步骤循环重复进行，因此在下一个循环的曝气阶段开始时亚硝酸盐的浓度也低，低于2mg N-NO2/L或比铵N-NH4浓度低至少两倍。消除亚硝酸盐会限制NOB的生长，因为当存在氧气时，它们没有可用的底物。通过将亚硝酸盐的消除与污泥的提取相结合，我们最终从反应器中浸出了NOB。

实施例2：在间歇进料的SBR亚硝化-反亚硝化反应器中通过NOB抑制建立和维持亚硝化

生物反应器是以13.7m³/d间歇进料有预先经处理的城市废水以去除胶体和颗粒碳以及悬浮物的恒定水平的SBR型活性污泥反应器。反应器的尺寸如下：直径：1.2m；表面积：1.13m³；总高度：4m；水位：3.18m；体积：3.6m³。该反应器配备有混合器；曝气系统；用于测量和调节溶解氧浓度的装置以及用于测量亚硝酸盐、硝酸盐和铵的浓度的装置。通过依次进行以下四个步骤的连续循环来进行氮气处理：同时进料和排出步骤持续60分钟，缺氧步骤30分钟，曝气步骤60分钟，倾析步骤60分钟。

根据以下实验设计，测试了曝气阶段期间溶解氧浓度，曝气阶段之前消除亚硝酸盐以及曝气污泥的有效寿命随着时间对NOB细菌抑制和在反应器中建立亚硝化的影响：

-时期1或P1

在此时期期间，曝气阶段期间的溶解氧浓度为0.85mg/L。在排出/进料时，补充了反应器总体积的57％。因此，消除了通气步骤期间产生的亚硝酸盐，部分是通过排出反应器(57％)，部分是通过异养细菌的反亚硝化作用(43％)。在此时期不进行污泥提取。

-时期2或P2

在此时期期间，曝气阶段期间的溶解氧浓度为0.85mg/L。如在时期1中那样消除在曝气步骤中产生的亚硝酸盐。进行污泥提取，以使反应器的曝气污泥的有效寿命等于在此温度下硝化作用所需的曝气污泥的理论最小寿命的70％。

-时期3或P3

在此时期期间，曝气阶段期间的溶解氧浓度为3.5mg/L。如在时期1中那样消除在曝气步骤中产生的亚硝酸盐。进行污泥提取，以使反应器的曝气污泥的有效寿命等于在此温度下硝化作用所需的曝气污泥的理论最小寿命的70％。

下一段给出了根据时期3的数据管理污泥寿命的实施例。在此时期，反应器中的温度为19℃。应用ATV公式计算曝气污泥的理论最小寿命以允许硝化产量：

1.8x 3.4x 1.103^(15-19)＝4.1天，其中SF＝1.8

考虑到反应器的曝气率为30％(曝气时间占总时间的比例)，则可获得的曝气污泥最小理论寿命或A_理论为13.8天。下表示出了四个为期一周的时期的有效污泥寿命(A_有效)。有效污泥寿命是根据第7页第3行给出的定义计算的。

通过考虑排出污泥的质量流量(以kgDM/d计)除以反应器中污泥的浓度(污泥重量与所述反应器体积的比率)来计算提取量。

在上述不同的亚硝化条件下，随时间测量曝气步骤结束时生物反应器中[N-NO2]/[N-NOx]的比率，结果示于图4中。

在曝气步骤期间没有足够的溶解氧浓度或没有足够的污泥提取的情况下，反应器中亚硝酸盐的产生可以忽略不计。相反，当在曝气步骤之前消除亚硝酸盐与曝气步骤期间足够的溶解氧浓度以及足够的污泥提取相结合时，会观察到亚硝酸盐的主要产生，而硝酸盐的生成率较低，其中[N-[NO2]/[N-NOx]的比率大于80％。

反应器中铵、亚硝酸盐和硝酸盐浓度的演变发生在建立和维持NOB抑制的阶段期间(时期P3的第二部分，时间>70天)。结果显示在图5中。在缺氧阶段中，在通过未经处理的水供给的碳存在下，观察到亚硝酸盐减少，其被异养菌消除。在缺氧阶段结束时，亚硝酸盐的浓度低，比铵N-NH4的浓度低至少两倍(图5)。由于在缺氧阶段之后是曝气阶段，因此曝气阶段开始时亚硝酸盐的浓度也低，比铵N-NH4的浓度低至少两倍(图5)。在曝气阶段，铵转化成亚硝酸盐；反应器中铵的浓度降低，而亚硝酸盐的浓度(最初较低，比N-NH4铵的浓度低至少两倍)增加(图5)。相反，硝酸盐浓度在曝气阶段期间不变化，并保持在低于<1mg/L的低值(图5)。曝气步骤结束时[N-NO 2]/[N-NO x]的比率大于0.8(图5)。亚硝酸盐的消除限制了NOB的生长，因为当存在氧气时，它们没有可用的底物。

通过将亚硝酸盐的消除与污泥的提取相结合，我们最终从反应器中浸出了NOB，如图6所证明。在前两个时期中，两个微生物群体AOB和NOB尽管具有相似的上升趋势，但显示出不同的生长幅度。事实上，在P2结束时，NOB群体比开始日期(第16天(时期1))增加了60％，而AOB则增加了550％。此外，在第三阶段期间，三个参数(曝气阶段期间的溶解氧浓度、亚硝酸盐的消除以及曝气污泥的有效寿命的管理)的并存使得NOB群体大量浸出。在第115天，85％的硝化群体因此被浸出。同时，AOB的量增加16倍。因此，操作条件在微生物群落中产生了有利于AOB群体的变化，从而在生物反应器中建立亚硝化。

Claims (11)

1.用于通过在生物反应器中亚硝化来生物处理废水中铵态氮的方法，包括：

·至少一个步骤a：对含有待处理废水的生物反应器曝气以使所述反应器中的溶解氧浓度大于或等于1mg/L，以便通过存在于所述反应器中的氨氧化细菌将至少部分铵氧化成亚硝酸盐，

其特征在于，所述方法进一步包括：

·至少一个步骤b：通过以下步骤消除至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐：

-在反应器外部对步骤a中处理的水进行采样b1，和/或通过

-缺氧生物转化b2，

循环进行步骤a和b，以使在步骤a开始时所述反应器中的亚硝酸盐浓度低于2mg N-NO2/L或比所述反应器中铵浓度低至少两倍，以及

·步骤c：每单位时间从反应器中提取由步骤a和步骤b产生的污泥部分，计算以获得所述反应器的曝气污泥的有效寿命，该有效寿命低于或等于通过递减指数分布作为温度的函数而定义的用于硝化作用所必需的曝气污泥的理论最小寿命，

使得在所述反应器中，通过步骤a中所述的曝气、步骤b中所述的亚硝酸盐的消除和步骤c中所述的曝气污泥的有效寿命来抑制亚硝酸盐氧化细菌的活性，与亚硝酸盐的产生相比，硝酸盐的产生得以最小化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物反应器是活性污泥反应器。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中步骤a中的溶解氧浓度大于或等于2mg/L。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中通过排出b3至少部分由步骤a产生的反应器的内容物和/或将至少部分由步骤a产生的反应器的内容物再循环b4到向第一生物反应器供料的第二生物反应器，在反应器外部对步骤a中处理的水进行采样b1。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述缺氧生物转化b2在碳存在下通过异养反亚硝化和/或通过厌氧氨氧化菌进行脱氨而实施。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过缺氧生物转化b2进行所述至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除，并且在所述生物反应器中循环重复步骤a和b2的顺序。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过将至少部分由步骤a产生的反应器的内容物再循环b4到向第一反应器进料的第二生物反应器，并通过缺氧生物转化b2在所述第二反应器中的所述部分，进行至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过排出b3至少部分由步骤a产生的反应器的内容物并缺氧生物转化b2最终留在所述生物反应器中的所述部分，进行至少部分在步骤a中产生的亚硝酸盐的消除。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个反应器的曝气污泥的有效寿命为所述曝气污泥的理论最小寿命的50％-90％，优选60％-80％。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中重复所述步骤a、b和c，直到在所述曝气步骤a结束时，所述亚硝酸盐的浓度与所述亚硝酸盐和硝酸盐的浓度之和的比率大于0.8，优选大于0.9。

11.用于通过亚硝化-反亚硝化和/或脱氨作用生物处理废水中的氮的方法，其特征在于通过根据前述权利要求中任一项所述的方法实施所述亚硝化。

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