專利名稱：控制生物降解的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制含有包括含氮組分的生物可降解材料的水介質(zhì)生物降解的方法。此外，本發(fā)明涉及凈化這種水介質(zhì)的方法。最后，本發(fā)明涉及將這些方法用于凈化過程的水凈化工廠。
一般背景今天，環(huán)境保護(hù)是人類十分關(guān)注的問題。人口的增長，以及對于以健康和美麗的環(huán)境為標(biāo)志的提高生活質(zhì)量的普遍要求，同時(shí)還有以使用先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)的生活方式，加強(qiáng)了全世界，特別是世界上工業(yè)化地區(qū)對水，特別是純水的需要。
在高度工業(yè)化的國家，特別是都市人口高度集中的國家，有必要將來自家庭和工業(yè)生產(chǎn)的廢水加以處理以避免環(huán)境，即湖泊、河流及其它水道、海洋等廢水容納物中的被污染物和污染物的含量超過容許水平。被污染物和污染物含有多種物質(zhì)，例如有機(jī)物和無機(jī)物，它們實(shí)質(zhì)上可以分解或不能分解。在經(jīng)常存在于廢水流出物的污染物中，可分解有機(jī)物和重金屬最受重視。
全世界產(chǎn)生的日益增多的廢水目前得到某些處理，這些處理是機(jī)械的、化學(xué)的或生物性質(zhì)的，或它們的任何結(jié)合。一般預(yù)計(jì)，隨著公眾對環(huán)境危害認(rèn)識的加強(qiáng)，將來會對廢水處理更加重視。
對例如城市和工業(yè)廢水凈化的主要目的是降低廢水中生物可降解物質(zhì)的含量，即保證處理過的廢水中生物可降解物質(zhì)，即生物可降解有機(jī)物和/或無機(jī)物的含量不會因可降解(有機(jī))物的需氧分解所需氧量而導(dǎo)致容水池渠中的氧含量降至容許水平以下。
生物可降解物質(zhì)的去除通?？吭谒畠艋^程中包括某種生物處理步驟來完成。通常用微生物的復(fù)合培養(yǎng)物來進(jìn)行生物降解(由于微生物使生物可降解物質(zhì)發(fā)生新陳代謝，從而用它作為能源)，其結(jié)果是將生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為環(huán)境允許的化合物如CO2和N2。
特別希望的是降低廢水中有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量，并且同時(shí)降低其中含氮組分的數(shù)量。
由廢水中這樣除去含氮組分證明是困難的而且耗費(fèi)資源。目的是將固定在廢水中含氮組分上的氮轉(zhuǎn)化為氣體(大氣)氮，傳統(tǒng)上，這是通過硝酸化作用(氧化步驟)和反硝化作用(還原步驟)來完成的。在這些步驟前，用微生物產(chǎn)生的(或任選地向所說系統(tǒng)供給的)尤其是脫氨基酶使復(fù)雜含氮物質(zhì)脫氨基，于是遺留的主要問題是將氨轉(zhuǎn)化為氣體氮。
為改進(jìn)廢水凈化中的除氮步驟，曾進(jìn)行了許多嘗試。一般采用以下方式硝酸化反硝化或更具體地說，硝酸化包括反應(yīng)，反硝化包括反應(yīng)，其中A還原和A氧化分別是在NO3-還原為N2同時(shí)而被氧化的化合物的還原態(tài)和氧化態(tài)。
兩個(gè)反應(yīng)都可被起生物降解作用的微生物所加速，但由于硝酸化被高氧濃度加速，而反硝化被低氧濃度加速，本專利發(fā)明者所知的所有方法都要依賴于以下兩個(gè)原理之一A)生物降解過程需間歇曝氣，因此兩個(gè)過程基本上是不同時(shí)的。美國專利US 5，304,308中描述了這種過程的一個(gè)例子。
B)將生物降解過程分割開，使某些分隔間具有高氧濃度，而其它分隔間具有低氧濃度。這種過程的例子公開于EP-A-218 289和EP-B-233 466中。
應(yīng)該清楚，變通方案A比較費(fèi)時(shí)。使用該變通方案的現(xiàn)有技術(shù)方法還耗費(fèi)能量，因?yàn)橄蝮w系供氧需要很多能量來操作充氣泵和攪拌設(shè)備等。
變通方案B)克服了費(fèi)時(shí)問題卻以耗費(fèi)空間為代價(jià)。只是有不同曝氣區(qū)空間分配這一個(gè)事實(shí)就可說明進(jìn)行該過程需很大的空間，因此這種方法主要用于大規(guī)模水凈化。而且，還必須將生物可降解物質(zhì)從一個(gè)分隔間輸送至另一個(gè)分隔間以便該過程成功地進(jìn)行，因此變通方案B)通常需要系統(tǒng)中有輸送設(shè)備。象變通方案A)那樣，需要高能量。
兩種現(xiàn)有技術(shù)方法還有以下缺點(diǎn)起生物降解作用的微生物的混合培養(yǎng)物對其環(huán)境變化敏感。如果氧濃度很低，生物質(zhì)的組成將會向有利于生物可降解物質(zhì)的厭氧過程的方向變化，即厭氧細(xì)菌比在有氧環(huán)境中更豐富。對氧濃度很高的場合，情形恰恰相反。
所以，在已知方法中，混合培養(yǎng)物的組成從來不會或幾乎從來不會對硝酸化過程或反硝化過程是最佳的，因?yàn)閷⑴囵B(yǎng)物調(diào)整到適合其中一個(gè)過程需要一定時(shí)間。換句話說，大量的細(xì)菌并不參與在某個(gè)時(shí)刻當(dāng)時(shí)“所希望的”過程，因?yàn)樗鼈儾荒芎芎玫赝瓿蛇@一過程。
此外，當(dāng)需要進(jìn)行不同的例如曝氣操作時(shí)，在確定每組條件下應(yīng)該將廢水處理多長時(shí)間時(shí)就會出現(xiàn)(或者是時(shí)間上或者是空間上的)問題，因?yàn)檫M(jìn)料廢水在進(jìn)行反硝化階段前必須在硝酸化階段進(jìn)行充分的硝酸化。在廢水裝料少的情況下，不會產(chǎn)生問題，但在最大負(fù)荷時(shí)，設(shè)備必須加工成所需要的尺寸，以便進(jìn)料水在兩個(gè)階段都能貯存足夠長的時(shí)間。換句話說，按照現(xiàn)有技術(shù)方法運(yùn)轉(zhuǎn)的凈化工廠必須擴(kuò)大以適應(yīng)可能的最壞情況，即最大負(fù)荷，因?yàn)槲廴舅幸驯幌跛峄乃形镔|(zhì)都必須被引至反硝化階段。
發(fā)明目的根據(jù)以上討論，本發(fā)明的目的是提供用于水介質(zhì)(如廢水)生物凈化的方法，其凈化結(jié)果能在去除水中含氮組分的同時(shí)，減少生物可降解物質(zhì)的量，而沒有現(xiàn)有技術(shù)方法的能量需求、耗費(fèi)空間等缺點(diǎn)。發(fā)明描述本專利發(fā)明者令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在含有包括進(jìn)行生物降解的含氮組分的生物可降解物質(zhì)的水介質(zhì)(如廢水)中可同時(shí)完成硝酸化和反硝化，而不必將空間分割為分別對硝酸化或反硝化有利的區(qū)域。要做到這一點(diǎn)需要仔細(xì)控制微生物的生活條件(即微生物的新陳代謝活性)，使微生物的新陳代謝活性保持在一個(gè)很窄的范圍，該范圍可令人驚奇地容許微生物同時(shí)進(jìn)行硝酸化和反硝化兩個(gè)過程。這一狹窄范圍是體系專有的，因此對每個(gè)進(jìn)行這種生物降解的體系經(jīng)常必須預(yù)先測定。但是，本專利發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，即使是在微生物進(jìn)行這種過程的水介質(zhì)的最佳攪拌和氧化部位，也只有當(dāng)氧濃度保持在1 mg/l以下(低于1 ppm)時(shí)，該方法才能有效。
由于發(fā)明者認(rèn)識到微生物新陳代謝活性這一狹窄范圍的存在，才有可能開發(fā)出控制由微生物進(jìn)行的生物可降解的新方法以便使生物降解效率最優(yōu)化。此外，還開發(fā)了同時(shí)進(jìn)行含生物可降解物質(zhì)水介質(zhì)的硝酸化和反硝化的新方法，最后，還發(fā)明了使用所說方法的凈化工廠。
因此，本發(fā)明的一部分涉及一種包括含氮組分的生物可降解物質(zhì)的生物降解的控制方法，該生物可降解物質(zhì)含于水介質(zhì)中，而生物降解由微生物進(jìn)行，該方法包括估計(jì)水介質(zhì)中至少一個(gè)新陳代謝活性參數(shù)的值(估計(jì)值)。
將該估計(jì)值與至少一個(gè)新陳代謝活性參數(shù)的值的預(yù)測范圍或單個(gè)預(yù)測值進(jìn)行比較，該參數(shù)代表使生物可降解物質(zhì)發(fā)生生物降解的微生物的新陳代謝活性，該范圍內(nèi)的值或單個(gè)值表示微生物可同時(shí)有效地進(jìn)行水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)的硝酸化和反硝化，然后- 如果估計(jì)值處在該范圍之外，或與單個(gè)值有差別，沿著使所得估計(jì)值進(jìn)入該范圍或趨近單個(gè)值的方向調(diào)整至少一個(gè)對微生物新陳代謝活性有影響的參數(shù)并保證同時(shí)有效進(jìn)行硝酸化和反硝化的前提下，水介質(zhì)中的氧濃度保持在1 mg/l以下。
在氧濃度低于1 mg/l時(shí)可同時(shí)進(jìn)行硝酸化和反硝化的事實(shí)非常令人驚奇。直到現(xiàn)在，由微生物進(jìn)行硝酸化需要高濃度氧(通常在1.5mg/l以上)才有效在本領(lǐng)域中認(rèn)為是確認(rèn)的事實(shí)，參見德國標(biāo)準(zhǔn)ATV-A122、ATV-A126和ATV-A131。
除非另外說明，本文中所用的術(shù)語“本發(fā)明方法”是指控制生物降解的方法。
優(yōu)選的是只與一個(gè)預(yù)定值進(jìn)行比較，或者另外可供選擇地在使用值的范圍時(shí)，將控制參數(shù)向該范圍內(nèi)一個(gè)特定值(例如該范圍內(nèi)的平均值)的方向調(diào)整。
如本文中所用的“控制”這一術(shù)語是指基于對一個(gè)或多個(gè)過程變數(shù)的測量，調(diào)節(jié)或故意影響一個(gè)或多個(gè)過程變數(shù)的行為。后面的變數(shù)指的是測量變數(shù)，而第一次提及的變數(shù)通常指的是控制變數(shù)?？刂谱償?shù)的希望數(shù)值稱作設(shè)定點(diǎn)，而可能導(dǎo)致過程控制變數(shù)改變的任何變數(shù)的變化稱作負(fù)載。
本文中所用的“生物可降解物質(zhì)”這一術(shù)語是指可生物分解的有機(jī)物和/或無機(jī)物，這種分解是通過使有機(jī)物和/或無機(jī)物，特別是有機(jī)物在微生物培養(yǎng)物(尤其是混合培養(yǎng)物)作用下經(jīng)受一個(gè)轉(zhuǎn)化過程而發(fā)生的，這種轉(zhuǎn)化過程在水相環(huán)境例如水、廢水、污水、湖水、海水、河水等中進(jìn)行。微生物使用存在的生物可降解物質(zhì)作為營養(yǎng)源和/或能源，從而將生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為附加生物質(zhì)及最終代謝產(chǎn)物如硝酸鹽、氣體氮、硫酸鹽、磷酸鹽、二氧化碳等。
生物可降解物質(zhì)在水相中的數(shù)量/濃度在廢水凈化領(lǐng)域內(nèi)通常按照生化需氧量(BOD)測量。BOD是有機(jī)物曝氣分解所需氧量的量度，因?yàn)锽OD評價(jià)完成分解的微生物的需氧量。也可以將生物可降解物質(zhì)的數(shù)量/濃度表達(dá)為化學(xué)需氧量(COD)。COD也是有機(jī)物曝氣分解所需氧的數(shù)量的量度，但這里的需氧量是評價(jià)有機(jī)物純化學(xué)氧化分解所需要的。正如EP-B-461166所公開的，也可以通過測量存在于使生物可降解物質(zhì)生物降解的微生物中的生物熒光團(tuán)的熒光來測定生物可降解物質(zhì)的數(shù)量或濃度。本發(fā)明中測量生物可降解物質(zhì)數(shù)量或濃度的所有方面，優(yōu)選使用后一種方法來測定生物可降解物質(zhì)的數(shù)量或濃度，即EP-B-461166(和相應(yīng)的美國專利US 5,506,096)中所公開的方法。
術(shù)語“含氮物質(zhì)”和“含氮組分”在本文中是指氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、蛋白質(zhì)、氨基酸、嘌呤、嘧啶、核酸、核苷、核苷酸和其它含氮有機(jī)/無機(jī)化合物。
于是詞語“生物降解”(或生物處理)涉及微生物使存在于水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)新陳代謝的方法。實(shí)質(zhì)上，這種生物降解既發(fā)生于微生物內(nèi)，也發(fā)生于微生物外。不易穿越微生物膜進(jìn)行傳輸?shù)母叻肿恿炕衔?例如長烴鏈)或其它化合物不能容易地進(jìn)入微生物，反之而在細(xì)胞外隔室被分泌的酶部分降解。這樣得到的物質(zhì)然后可進(jìn)入細(xì)胞，在里面進(jìn)行代謝成為能量和最終產(chǎn)物如CO2、N2等。在廢水凈化領(lǐng)域中，將水介質(zhì)引入通常含有混合微生物培養(yǎng)物即活性污泥(生物質(zhì))的槽、盆等中，待處理水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)在這里被存在的微生物所降解。
于是，“由微生物進(jìn)行生物降解”這一詞語反映了這樣一個(gè)事實(shí)，即微生物以上述方式之一起到轉(zhuǎn)化生物可降解物質(zhì)的作用。
本文中所用術(shù)語“水介質(zhì)”是指以水為基本優(yōu)勢成分的液體，水含量優(yōu)選高于80重量％，更優(yōu)選高于90重量％，特別是高于96重量％，例如高于97重量％，而最優(yōu)選高于99重量％，這種液體可起到溶劑和/或分散介質(zhì)的作用，從而可以容納可溶性和/或不溶性和/或懸浮和/或分散的物質(zhì)、材料和/或本文所定義的微生物的混合培養(yǎng)物。
根據(jù)本發(fā)明，水介質(zhì)常常選自廢水，例如城市廢水或工業(yè)廢水、凈化廢水、地面水，特別是用作自來水的地面水、海水、污染海水，或其它含有本文定義的生物可降解物質(zhì)的水體系。
本文所用“廢水”這一術(shù)語用于通指含有有機(jī)和/或無機(jī)物質(zhì)的含水流出物，它們存在或形成的環(huán)境是人類存在和/或活動(dòng)的結(jié)果，這些包括最廣泛意義上的活動(dòng)，其包括例如家庭和工業(yè)活動(dòng)，農(nóng)業(yè)，林漁工業(yè)，并且希望對其進(jìn)行處理以便得到純水，主要目的是保持和/或改善環(huán)境和/或生產(chǎn)重新能作為自來水使用的純水。一般地，廢水生產(chǎn)是經(jīng)常的或季節(jié)性的。
詞語“同時(shí)有效的硝酸化和反硝化”表示水介質(zhì)被微生物進(jìn)行生物降解，結(jié)果是同時(shí)產(chǎn)生1)來自含氮物質(zhì)的硝酸鹽和2)來自硝酸鹽的氣體氮。
本文中術(shù)語“有效的”是指最終結(jié)果應(yīng)該是生物降解后的水介質(zhì)含有最多8mg/l的總氮濃度。
根據(jù)本發(fā)明，所有微生物都處于基本相同的條件下(即水介質(zhì)的所有部分中新陳代謝水平力圖保持基本相同)意味著無意象現(xiàn)有技術(shù)方法那樣，將水介質(zhì)物理分隔成例如分別為高氧濃度和低氧濃度區(qū)。
因此，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明在例如廢水凈化系統(tǒng)的曝氣槽中控制凈化過程時(shí)，硝酸化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)在槽中不僅同時(shí)發(fā)生，而且平行進(jìn)行。因此，與已知同時(shí)硝酸化和反硝化的方法相反，槽不被分隔成對硝酸化或反硝化兩個(gè)過程中任何一個(gè)有利的區(qū)域。換句話說，力圖將體系中微生物的生活條件在整個(gè)容器體積內(nèi)(或至少在容器發(fā)生生物降解的部分)基本保持一致，從而力圖保持微生物團(tuán)絮的代謝活性在整個(gè)容器內(nèi)均勻分布。
詞語“微生物”在本文中是指例如自養(yǎng)和異養(yǎng)，需氧、厭氧或兼性細(xì)菌等生物，以及低級真核生物如原生動(dòng)物、酵母、霉菌和經(jīng)常存在于廢水凈化工廠生物處理步驟中的活性污泥中的其它生物，例如象履屬微動(dòng)物(草履蟲)和寄生蟲，特別是耗菌寄生蟲那樣的多細(xì)胞生物。
在廢水凈化領(lǐng)域中，用于生物處理步驟的微生物體系通常是微生物混合培養(yǎng)物。本文所用術(shù)語“微生物混合培養(yǎng)物”是指含多個(gè)，通常是很多種前文定義的微生物的培養(yǎng)物。術(shù)語“活性污泥”或“生物質(zhì)”通常用于前文定義的微生物混合培養(yǎng)物，它們存在于生物處理步驟中以便使生物可降解物質(zhì)，即特別是可分解的有機(jī)和/或無機(jī)物質(zhì)發(fā)生降解。這些微生物混合培養(yǎng)物利用被處理廢水中的養(yǎng)料，從而將有機(jī)和無機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和最終代謝產(chǎn)物如硝酸鹽、氯、硫酸鹽、磷酸鹽、二氧化碳等。這種轉(zhuǎn)化可在厭氧、需氧或缺氧條件下發(fā)生。微生物混合培養(yǎng)物的實(shí)際組成可在寬范圍內(nèi)變化，這是因?yàn)榻M成高度依賴于占優(yōu)勢的條件。
本文中所用術(shù)語“新陳代謝活性”是指使生物可降解物質(zhì)發(fā)生生物降解的微生物新陳代謝的速率，即新陳代謝活性是微生物活性的定量量度。但是，術(shù)語“新陳代謝活性”也包括微生物活性的定性量度。簡而言之，存在兩種利用生物降解所產(chǎn)生的能量的方法，即合成代謝和分解代謝。當(dāng)微生物處于合成代謝狀態(tài)時(shí)(即食物供應(yīng)不限制微生物生長時(shí))，它們進(jìn)行新陳代謝以便進(jìn)行繁殖，即微生物可以得到的能量被轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。而當(dāng)微生物處于分解代謝狀態(tài)(饑餓狀態(tài))時(shí)，它們進(jìn)行新陳代謝來生產(chǎn)例如酶以便它們將生物可降解物質(zhì)進(jìn)一步降解，或換言之，為了生存，基本上微生物的一切努力都是為了從生物可降解物質(zhì)中提取能量。
應(yīng)該理解，本發(fā)明控制生物降解的方法目的在于提供有利的微生物新陳代謝活性，即微生物分解代謝狀態(tài)，從而引起高速生物降解(在微生物合成代謝過程中，僅有少量能量被“浪費(fèi)”)。
但為達(dá)到本發(fā)明第二個(gè)目的，即同時(shí)使生物可降解物質(zhì)進(jìn)行硝酸化和反硝化，必須控制微生物環(huán)境中的參數(shù)使這一目的成為可能。我們相信，本發(fā)明控制生物降解的方法可導(dǎo)致以下三者之間的最佳或接近最佳平衡1)生物可降解物質(zhì)的不含氮組分的生物降解，2)生物可降解物質(zhì)的含氮組分的硝酸化，和3)由硝酸化產(chǎn)生的硝酸鹽的反硝化。我們還相信，這種最佳或接近最佳平衡的達(dá)到是因?yàn)樵谖⑸锟側(cè)后w中不同微生物亞群的生活條件可用本發(fā)明方法進(jìn)行調(diào)節(jié)以便使每個(gè)亞群以對生物降解以及硝酸化/反硝化最佳化的速率和效率完成自己部分的生物降解。由于本發(fā)明方法的目的在于為微生物提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，從而保證水介質(zhì)中新陳代謝活性有穩(wěn)定水平和質(zhì)量，我們還相信，微生物團(tuán)絮的組成在不同種類亞群的相對數(shù)目上也變得相對穩(wěn)定。
詞語“新陳代謝活性參數(shù)”是指有一定數(shù)值而且可提供微生物新陳代謝活性信息的可測量參數(shù)。詞語“影響微生物新陳代謝活性的參數(shù)”是指可控制參數(shù)，當(dāng)它發(fā)生變化時(shí)，結(jié)果使微生物新陳代謝活性改變。新陳代謝活性參數(shù)也可稱作“測量變數(shù)”或“測量參數(shù)”，而當(dāng)對微生物新陳代謝活性有影響的參數(shù)被控制時(shí)，也可叫做“控制變數(shù)”或“控制參數(shù)”。
測量參數(shù)和控制參數(shù)一起被稱為“過程參數(shù)”。
應(yīng)該理解，測量參數(shù)和控制參數(shù)可能相同。當(dāng)直接測量可控參數(shù)的值，例如測量水介質(zhì)中氧的濃度時(shí)，情況就是這樣。如果氧濃度處于已確定的確保硝酸化和反硝化同時(shí)有效的濃度范圍以外，就要將氧濃度調(diào)節(jié)到該濃度范圍以內(nèi)。在其它情況下，測量變數(shù)和控制變數(shù)不相同，例如當(dāng)測量變數(shù)值間接指示微生物新陳代謝活性時(shí)。正如本文詳細(xì)討論的，生物熒光團(tuán)如NADH和NADPH的熒光發(fā)射是本發(fā)明方法中要測量的優(yōu)選新陳代謝活性參數(shù)。但是，為了調(diào)節(jié)該參數(shù)數(shù)值，可以調(diào)節(jié)體系中其它控制參數(shù)，例如氧濃度等。
根據(jù)本發(fā)明，測量參數(shù)優(yōu)選選自CO2濃度、生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射、氧濃度、生物質(zhì)濃度、氧濃度/COD比例、生物可降解物質(zhì)的裝載量、氧濃度、pH、溫度、濁度、沉淀化學(xué)藥品的加料速率、附加易生物可降解含碳物質(zhì)的加料速率、可將不易生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物可降解物質(zhì)的加料速率、活性污泥的循環(huán)速率、入口流量、出口流量、攪拌速率、氧加料速率、空氣加料(曝氣)速率、體系中活性污泥總量，以及其它在水、廢水等處理過程中常用的過程參數(shù)。
測量參數(shù)數(shù)值的估計(jì)可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行。優(yōu)選方法的例子是選自至少一種特征生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射測量，氣相色譜測量，紅外測量，濁度測量，NMR測量，銨、磷酸鹽和硝酸鹽的化學(xué)測量、氧化還原電位測量，BOD的短期測量，和色譜測量如HPLC和FPLC，以及它們的組合。色譜測量包括例如篩析色譜，親合色譜法，離子交換色譜法等。
當(dāng)估計(jì)測量參數(shù)值時(shí)，優(yōu)選是借助在線測量來完成，因?yàn)檫@樣可以連續(xù)監(jiān)視過程，還因?yàn)楫?dāng)測量參數(shù)落到預(yù)定范圍以外或與預(yù)定值不同時(shí)，可采取快速行動(dòng)(例如借助自動(dòng)化)。
本文所用術(shù)語“在線測量”是指響應(yīng)時(shí)間短的測量，即作為實(shí)際測量結(jié)果而得到的數(shù)值或電信號對于過程來說基本上是瞬時(shí)記錄的。
術(shù)語“在線自動(dòng)化系統(tǒng)”是指含有與能控制過程參數(shù)的效應(yīng)設(shè)備連接的在線測量設(shè)備的系統(tǒng)。效應(yīng)設(shè)備由在線測量提供信息并根據(jù)輸入信號自動(dòng)控制過程參數(shù)。典型的這種系統(tǒng)是負(fù)反饋系統(tǒng)，其中表示控制參數(shù)變化的測量參數(shù)值讀數(shù)導(dǎo)致控制參數(shù)向所觀測變化的相反方向進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，控制參數(shù)的控制優(yōu)選由一個(gè)在線自動(dòng)化系統(tǒng)來進(jìn)行。但是，當(dāng)應(yīng)變能力允許時(shí)，特別是考慮到人類在某些情況下對于某些測量參數(shù)變化的反應(yīng)比完全自動(dòng)化系統(tǒng)更恰當(dāng)這一事實(shí)，當(dāng)然也可以對測量參數(shù)進(jìn)行手工或半手工監(jiān)測，然后對控制參數(shù)進(jìn)行手工或半手工調(diào)節(jié)。
優(yōu)選測量至少一種特征生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射，因?yàn)檫@種測量可簡單、快速并可靠地重新得到關(guān)于微生物新陳代謝狀態(tài)的數(shù)據(jù)。特別優(yōu)選使用在線熒光傳感設(shè)備。
本文所用術(shù)語“生物熒光團(tuán)”是指由活物質(zhì)(活細(xì)胞)合成的物質(zhì)，這種物質(zhì)的分子用光照射時(shí)能發(fā)熒光。生物產(chǎn)生的(生物)熒光團(tuán)包括蛋白質(zhì)，特別是含色氨酸和酪氨酸的蛋白質(zhì)，含色氨酸和酪氨酸的肽，含色氨酸和酪氨酸的氨基酸衍生物，輔因子，嘌呤，嘧啶，核苷，核苷酸，核酸，類固醇，維生素等。在本文中，NADH(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)和NAD(P)H是生物熒光團(tuán)的優(yōu)選實(shí)例?？砂l(fā)熒光的生物物質(zhì)的其它例子是酪氨酸、色氨酸、ATP(腺苷三磷酸)、ADP(腺苷二磷酸)、腺嘌呤、腺苷、雌性激素、組胺、維生素A、苯丙氨酸、對氨基苯甲酸、多巴胺(3，4-二羥基苯乙胺)、5-羥色胺(5-羥基色胺)、多巴(3，4-二羥基苯丙氨酸)、犬尿氨酸和維生素B12。
術(shù)語“熒光”或術(shù)語“熒光發(fā)射”是指由處于激發(fā)態(tài)的分子或離子發(fā)射輻射能。分子或離子通過吸收輻射能而達(dá)到激發(fā)態(tài)。吸收紫外線或可見光輻射(或被它們激發(fā))引起電子躍遷(在10-18秒內(nèi))從而使分子由電子基態(tài)激發(fā)到第一電子激發(fā)態(tài)的某個(gè)振動(dòng)次能級。這種光的吸收通常稱作激發(fā)。激發(fā)后，如果分子要回到電子基態(tài)，就必須發(fā)射與吸收的能量相等的能量。這種能量可有幾種形式，例如光、熱等。當(dāng)所說量的能量以比所用激發(fā)光波長更長的波長(較低的能量)發(fā)射而且光發(fā)射的時(shí)標(biāo)是大約10-8秒時(shí)，這種發(fā)射叫做熒光。
每種生化或化學(xué)分子(生物熒光團(tuán))都有一個(gè)特征的激發(fā)和熒光光譜。這種熒光光譜或熒光帶通常分裂為兩個(gè)或多個(gè)峰或畸峰，每個(gè)峰處于一個(gè)特定的波長。為了檢測發(fā)熒光分子的熒光發(fā)射，必須在該熒光團(tuán)熒光帶范圍內(nèi)的波長，優(yōu)選是對應(yīng)熒光光譜中某個(gè)峰的波長檢測該發(fā)射。照射熒光團(tuán)也應(yīng)該用熒光團(tuán)激發(fā)帶范圍內(nèi)的波長處發(fā)射的光，優(yōu)選是對應(yīng)激發(fā)帶中峰的波長。
涉及生物熒光團(tuán)時(shí)使用的術(shù)語“特征的”是指生物熒光團(tuán)是由所研究的活生物物質(zhì)即混合微生物培養(yǎng)物以反映活物質(zhì)生物活性例如新陳代謝活性的量而固有產(chǎn)生的。
下表I分別列出了上述熒光團(tuán)重要例子的激發(fā)峰和熒光峰表I生物學(xué)上重要的熒光物質(zhì)的實(shí)例激發(fā)峰(nm) 熒光峰(nm)*酪氨酸 2753033，4-二羥基苯丙氨酸 345410*色氨酸 287348犬尿氨酸 3704905-羥基色胺(5-羥色胺) 295330苯丙氨酸 2602823，4-二羥基苯乙胺(多巴胺)345410組胺 340480維生素A 372510黃素 450535NADH & NAD(P)H 340460對氨基苯甲酸 294345維生素B12275305雌激素 285325ATP、ADP、腺嘌呤、腺苷 272380*產(chǎn)生蛋白質(zhì)熒光在實(shí)際使用本發(fā)明方法時(shí)，優(yōu)選發(fā)射光的波長大于250nm，特別是在250nm-780nm，例如大約340nm，在大于250nm，優(yōu)選250nm-800nm，特別是280-500nm，例如大約460nm的波長下檢測熒光發(fā)射。
用以照射體系的光適宜地是在大于250nm的波長下發(fā)射的光，而且優(yōu)選在280-500nm的波長下檢測熒光發(fā)射。當(dāng)然，波長應(yīng)該適應(yīng)具體體系，特別是體系中存在的熒光團(tuán)種類。
根據(jù)以上所述，本方法重要的實(shí)施方案是其中熒光團(tuán)是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸例如NADH或NADPH的實(shí)施方案。在這種情況下，發(fā)射光的優(yōu)選波長是大約340nm，而且所說熒光發(fā)射的檢測在大約460nm的波長下進(jìn)行。重視這兩個(gè)熒光團(tuán)測量的一個(gè)原因是它們對其氧化對應(yīng)物NAD+和NADP+的濃度變化非常敏感；甚至NAD+減少一點(diǎn)，都會使NADH濃度增加很多倍。此外，NADH和NAD+在活細(xì)胞中的濃度加在一起是大約1mM，相當(dāng)于大約0.63g/l細(xì)胞，意味著細(xì)胞中干物質(zhì)很大百分比是由NADH和NAD+組成。
利用NADH/NADPH的熒光測量，可以得到有關(guān)微生物生物潛在活性(BPA)的信息。1單位BPA定義為對應(yīng)于由含1ppb香豆素的蒸餾水溶液在室溫和大氣壓下記錄的熒光強(qiáng)度的熒光強(qiáng)度。
預(yù)定測量參數(shù)的數(shù)值范圍或單一值時(shí)，根據(jù)本發(fā)明通常的實(shí)踐而應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)法，即監(jiān)測生物降解過程所研究參數(shù)的輸入和輸出值，同時(shí)記錄測量參數(shù)值。預(yù)定值就是能得到滿意結(jié)果的值?？梢蕴峒暗囊粋€(gè)例子是可以監(jiān)測一個(gè)廢水凈化過程的總氮和BOD或COD的產(chǎn)量。根據(jù)丹麥法律，凈化廢水中的總氮含量不應(yīng)超過8mg/l，BOD不應(yīng)超過15mg/l。所以，當(dāng)預(yù)定測量參數(shù)的數(shù)值范圍或單一值時(shí)，所關(guān)心的值是與低氮和低BOD濃度相連系的值。為了使測量參數(shù)的選值進(jìn)一步最佳化，也可將其它過程參數(shù)如所需能量、生物降解速率等的測量納入估價(jià)范圍。
因此，實(shí)際使用本方法時(shí)，常常優(yōu)選在最初試驗(yàn)時(shí)期監(jiān)測系統(tǒng)測量參數(shù)值并仔細(xì)觀察增加或減少旨在降低生物可降解物質(zhì)的處理，部分對體系本身和部分對測量值的影響，從而確定這種影響和控制參數(shù)、體系本身的條件以及測量參數(shù)的相互作用之間的相互關(guān)系，以便以最高的精確度確定預(yù)定值。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的控制參數(shù)選自生物可降解物質(zhì)裝載量、氧濃度、pH、溫度、濁度、沉淀化學(xué)藥品的加料速率、附加易生物可降解含碳物質(zhì)的加料速率、可將不易生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物可降解物質(zhì)的物質(zhì)的加料速率、活性污泥循環(huán)速率、入口流量、出口流量、攪拌速率、氧加料速率、空氣加料(曝氣)速率、體系中活性污泥總量、水介質(zhì)中污性污泥濃度，以及其它在水、廢水等處理過程中常用的過程參數(shù)。所有這些控制參數(shù)作為進(jìn)行其直接控制的手段在本技術(shù)領(lǐng)域是熟知的。
根據(jù)生物降解中存在的微生物，有必要調(diào)整待處理生物體系的pH以便得到最佳或接近最佳的分解條件。一般地，待處理生物體系的pH值優(yōu)選在6-9范圍內(nèi)，因?yàn)檫@一范圍適合于大多數(shù)微生物。在大多數(shù)情況下，優(yōu)選的pH值范圍是7-8。如果可能，待處理生物體系的溫度也應(yīng)該適合存在的微生物。大多數(shù)微生物可耐受10-70℃范圍的溫度；嗜冷微生物可耐受5-25℃范圍的溫度，中溫微生物可耐受25-40℃范圍的溫度，而嗜熱微生物可耐受40-60℃范圍的溫度。在某些情況下，如果在某些基本的或生物降解增進(jìn)物質(zhì)中缺少營養(yǎng)物時(shí)，向待進(jìn)行生物降解處理的水介質(zhì)中再加些營養(yǎng)物可能是有利的。
生物步驟的生物可降解物質(zhì)的裝載量控制可以在生物處理步驟前的化學(xué)處理步驟中通過控制生物可降解物質(zhì)，特別是膠體粒子形態(tài)的生物可降解物質(zhì)的化學(xué)沉淀(沉降)來實(shí)現(xiàn)。所說化學(xué)處理步驟的這種工藝程序的控制最好是基于關(guān)于生物降解中新陳代謝活性的在線信息。
生物降解的可控生物可降解物質(zhì)的裝載量也可基于對待處理的含水生物體系如廢水生物可降解性能的定性估計(jì)，最好是在線估計(jì)，以及關(guān)于生物降解中的新陳代謝活性的在線信息來實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)得到的信息調(diào)節(jié)有關(guān)的過程參數(shù)。
在這些控制參數(shù)中，水介質(zhì)中活性污泥的濃度特別重要。
使用本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，例如根據(jù)本發(fā)明控制的曝氣槽對可進(jìn)行生物降解的生物可降解物質(zhì)的裝載量更加靈活，故可減少過量污泥的含量。而且，次級污泥分離中的污泥濃度也因此變高。這是由于曝氣槽中生物質(zhì)的濃度通常為3-7kg/m3，而根據(jù)本發(fā)明方法控制的生物降解過程可在污泥濃度高至10-20kg/m3的范圍內(nèi)進(jìn)行(參見實(shí)施例2)。本領(lǐng)域中已知“生物吸著現(xiàn)象”(即有機(jī)物被活性污泥吸著而不發(fā)生生物降解)可以解釋大量廢水的去除，還已知在這方面活性污泥的性質(zhì)是一個(gè)重要的參數(shù)。本發(fā)現(xiàn)指出，當(dāng)按照本發(fā)明控制微生物團(tuán)絮時(shí)，生物吸著被加強(qiáng)，這一現(xiàn)象可以解釋污泥濃度高的體系其耐久性增強(qiáng)。因此，微生物團(tuán)絮在較短的時(shí)間內(nèi)吸收大量進(jìn)來的生物可降解物質(zhì)而且控制過程因此對例如大廢水裝載量變得較不敏感。
因此，在本發(fā)明控制生物降解方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，活性污泥的濃度調(diào)整為至少是3而最多是20kg/m3。在該范圍內(nèi)活性污泥的濃度優(yōu)選至少是5kg/m3，例如至少7kg/m3、9kg/m3、11kg/m3、13kg/m3、15kg/m3、17kg/m3，和至少19kg/m3。
在3-20 kg/m3范圍的生物質(zhì)濃度優(yōu)選調(diào)節(jié)至最高18 kg/m3，例如最高16 kg/m3、14 kg/m3、12 kg/m3、10 kg/m3、8 kg/m3，和最高6kg/m3。
因此，使用本發(fā)明方法可使每單位體積的新陳代謝能力增加，因?yàn)榭墒褂酶叩奈⑸餄舛取Ｓ纱丝磥?，控制體系中微生物的數(shù)量和活力是一個(gè)非常重要的參數(shù)。
在這點(diǎn)上，微生物團(tuán)絮的大小特別重要。在廢水凈化過程中，用以在曝氣槽中進(jìn)行生物降解的微生物易于形成由很多不同的微生物組成的絮狀物(于是，該團(tuán)絮由微生物混合培養(yǎng)物組成)。微生物分泌粘液狀細(xì)胞外物質(zhì)，這些物質(zhì)形成細(xì)胞外基質(zhì)，許多物質(zhì)被捕獲在其中或被生物降解，(例如大生物可降解分子)，或進(jìn)行生物降解(微生物分泌的酶)。有毒的和/或抑制的物質(zhì)也被捕獲在這些細(xì)胞外基質(zhì)中。
在生物廢水工廠中，所含微生物(活性污泥)通常由工藝槽或進(jìn)行沉降的單獨(dú)澄清器中的水中分離出來。與工藝槽中活性生物質(zhì)的選定濃度成比例，然后將部分沉降生物質(zhì)循環(huán)至工藝槽中。
未被循環(huán)至工藝槽的生物質(zhì)進(jìn)行沉降和脫水(參見

圖1，它表示生物質(zhì)一種傳統(tǒng)的流動(dòng)循環(huán)過程。
在沉降階段，活性細(xì)菌經(jīng)受到困難的生活條件，使它們大部分失活或死亡。而且，在沉降階段實(shí)際上不存在生物可降解物質(zhì)或氧這兩種適合細(xì)菌合理生長的基本成分。
根據(jù)本發(fā)明，最重要的是使曝氣槽中微生物的新陳代謝活性保持在能保證有放生物降解和同時(shí)有效進(jìn)行硝酸化和反硝化的恒定水平。此外，非常重要的是通過達(dá)到較大的活微生物群體來提高曝氣槽中的生物活性。所以，希望避免使微生物受到壓力，而這種壓力正是沉降過程的一部分。按照本發(fā)明，這一點(diǎn)可以做到，方法是在沉降過程之前將活性(活著的)生物質(zhì)與非活性生物質(zhì)分離，并且只循環(huán)生物質(zhì)的活性部分。
已知活性微生物易于形成不同大小的團(tuán)絮。但是，本專利發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，團(tuán)絮的尺寸和/或重量密度和它作為水凈化過程成分的效能有關(guān)，而且，非常重要的是這種效能可通過對團(tuán)絮BPA的估值來測量。大的和/或致密的團(tuán)絮是由此較小團(tuán)絮活性更高的微生物組成。因此，保留并循環(huán)大的或致密團(tuán)絮(具有高的BPA)同時(shí)作為過剩污泥除去較小或較松團(tuán)絮(具有低的BPA)的分離過程大大改善了該凈化過程的能力。但任何生物團(tuán)絮分離系統(tǒng)都可通過估計(jì)分離過程留下的和除去的團(tuán)絮的BPA加以改善，這樣可使這種分離過程最佳化。
因此根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在過剩的污泥被送往沉降之前進(jìn)行這種分離(例如基于團(tuán)絮的大小或密度)和活性污泥(生物質(zhì))的循環(huán)。
本專利發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過估計(jì)曝氣槽(分離之前)和/或沉降槽(分離之后)中的BPA，可以評價(jià)團(tuán)絮的分離(例如根據(jù)它們的大小或密度)，因?yàn)槌两惦A段中BPA低而曝氣階段中BPA高表明分離和高BPA團(tuán)絮的循環(huán)效率高。因此根據(jù)本發(fā)明，特別優(yōu)選基于這種BPA測量來控制分離，最佳的分離是使曝氣槽中的BPA和沉降槽中的BPA之間的比值達(dá)到最大。我們還相信，由評價(jià)BPA來控制污泥分離和/或循環(huán)的方法其本身就具創(chuàng)造性。
對BPA的測量也可用來控制返回的活性污泥的量以保持活性污泥的濃度在曝氣槽中相當(dāng)恒定。
參照圖1和2，對構(gòu)成本發(fā)明一部分的分離系統(tǒng)說明如下為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的分離/循環(huán)，在三個(gè)主要方面對循環(huán)生物質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)方法(如圖1所示)作了調(diào)整在曝氣槽中裝設(shè)測量設(shè)備。該測量設(shè)備可指示微生物的潛在活性(BPA)以及裝料情況。信號用以監(jiān)測和控制生物質(zhì)的返回從而控制曝氣槽中生物質(zhì)的濃度。如前所述，通過測量曝氣槽(和任選地沉降槽)中的BPA，可以控制分離效率。
此外，在曝氣槽中的凈化步驟與沉降槽之間引入一個(gè)分離單元該分離單元可放入曝氣槽中或曝氣槽外的獨(dú)立的位置。該分離可以是任何適宜的機(jī)械的、物理的或生理的系統(tǒng)，例如過濾系統(tǒng)、離心系統(tǒng)、旋風(fēng)分離器、膜過濾系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)等。一部分高BPA生物質(zhì)返回至曝氣槽，而過剩的污泥被送往沉降槽和/或用化學(xué)沉淀、膜過濾、沙濾或其它技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行分離。在優(yōu)選實(shí)施方案中，分離系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)，從而可以在系統(tǒng)改變時(shí)分離不同大小的團(tuán)絮，因此改變“最佳團(tuán)絮”的大小或密度。
最后，引入測量系統(tǒng)來控制生物質(zhì)分離系統(tǒng)以達(dá)到使BPA最高的部分回到曝氣槽。測量系統(tǒng)可基于前述的BPA測量，或簡單地基于最佳團(tuán)絮尺寸確定后的團(tuán)絮尺寸，我們相信，最佳團(tuán)絮尺寸/密度不會改變。
利用在沉降槽前將活性生物質(zhì)與非活性生物質(zhì)分離，可大大降低對由沉降槽循環(huán)污泥的要求，甚至可降至零循環(huán)。而且，對沉降步驟規(guī)模的要求也降低了，因?yàn)樵谠摬襟E中加工的污泥更少了。結(jié)果，節(jié)省了能量和投資。
根據(jù)本發(fā)明，其它特別重要的控制參數(shù)是氧濃度、氧加料速率和空氣加料速率。如前所述，本發(fā)明方法只有當(dāng)水介質(zhì)中氧濃度低于1 mg/l時(shí)才證明是有效的。而且還發(fā)現(xiàn)，氧濃度超過0.1 mg/l時(shí)，通常可保證硝酸化過程能滿意地進(jìn)行。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，氧濃度至少是0.1 mg/l，優(yōu)選至少0.2 mg/l。還根據(jù)本發(fā)明，氧濃度優(yōu)選最高0.9，更優(yōu)選最高0.8，而最優(yōu)選最高0.7 mg/l。但是，由于優(yōu)良的結(jié)果是在氧濃度低于0.6 mg/l下得到的，所以特別優(yōu)選將氧濃度調(diào)節(jié)到0.6 mg/l以下，例如低于0.5或甚至低于0.4 mg/l。
由以上討論將會知道，使本發(fā)明成為可能的基本思想是認(rèn)識到有可能將微生物的新陳代謝活性控制到某設(shè)定值，從而做到由微生物進(jìn)行的生物降解對硝酸化/反硝化同時(shí)有效。
因此，本發(fā)明的另一部分是凈化含有包括含氮組分的生物可降解物質(zhì)的水介質(zhì)以便大幅度降低該水介質(zhì)中生物可降解物質(zhì)含量的方法，該方法包括將水介質(zhì)引入容器中，水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)在這里由微生物對其進(jìn)行生物降解和控制所說微生物的新陳代謝活性使得生物降解可基本上在容器的所有部分同時(shí)有效地進(jìn)行硝酸化和反硝化并且在同時(shí)有效進(jìn)行硝酸化和反硝化的同時(shí)使氧在水介質(zhì)中的濃度保持在1 mg/l以下。
術(shù)語“容器”是指能容納一定量擬進(jìn)行生物降解的水的任何容器。通常，容器是例如廢水凈化工廠中的曝氣槽。
“生物降解導(dǎo)致基本上在容器的所有部分同時(shí)有效地進(jìn)行硝酸化和反硝化”是指沒有人為地將容器實(shí)質(zhì)上細(xì)分為曝氣的和曝氣差的垂直區(qū)域。這意味著在含有效濃度團(tuán)絮的容器的隨機(jī)選取的垂直截面中，只有很小的、不重要的平均氧濃度變化。此外，根據(jù)本發(fā)明，在容器任何部分的這種垂直截面中，平均氧濃度優(yōu)選不超過1 mg/l。
詞語“大大降低水介質(zhì)中生物可降解物質(zhì)的含量”在本文中是指生物可降解物質(zhì)的濃度降至最高為水介質(zhì)中初始濃度的20％。生物可降解物質(zhì)的濃度優(yōu)選降至最高為初始濃度的10％，例如最高5％、2％或甚至1％。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，水介質(zhì)被本發(fā)明方法轉(zhuǎn)化為純水。
術(shù)語“純水”是指其中含碳、氮和/或磷成分的濃度很低，以致于實(shí)際上不存在能在純水本身或盛它的容器中發(fā)生進(jìn)一步生物或微生物生長的物質(zhì)。任何生物或微生物在純水容器中的生長不是由將純水引入該容器中而造成的。根據(jù)生物需氧量BOD，丹麥法律規(guī)定了廢水凈化工廠的最終流出物，即純水中上限為15 mg/l，這可用作本文中定義術(shù)語“純水的實(shí)際數(shù)字指標(biāo)。關(guān)于純水中懸浮固體的含量，通過在整個(gè)凈化方法中加入附加的分離過程步驟如沙濾，即可從廢水中基本上除去全部懸浮固體。
將會知道，控制微生物新陳代謝活性的優(yōu)選方法是使用本發(fā)明的方法來控制生物降解，因此本發(fā)明還涉及凈化含有包括含氯組分的生物可降解物質(zhì)的水介質(zhì)以大幅度降低水介質(zhì)中生物可降解物質(zhì)含量的方法，該方法包括- 將水介質(zhì)引入容器，水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)在容器中被微生物進(jìn)行生物降解，和- 根據(jù)本發(fā)明控制生物降解的方法來控制生物降解。
事實(shí)上，前文結(jié)合控制生物降解方法討論的所有優(yōu)選實(shí)施方案在細(xì)節(jié)上作必要修改后，都適于用作本發(fā)明凈化水介質(zhì)的方法。這意味著前文敘述的所有涉及生物質(zhì)濃度、測量參數(shù)、控制參數(shù)、參數(shù)測量方法等的實(shí)施方案也涉及本發(fā)明凈化水介質(zhì)的方法。
當(dāng)使用本發(fā)明方法時(shí)，用來使生物可降解物質(zhì)進(jìn)行生物降解的工藝過程體積與已知生物廢水凈化的標(biāo)準(zhǔn)方法相比，可大幅度減小。如實(shí)施例2中所示，一個(gè)大型凈化過程僅用通常凈化工廠所用工藝過程體積25％的工藝過程體積即可完成而仍能保持凈化效率。我們相信，使用本發(fā)明方法還能進(jìn)一步降低，因?yàn)閷?shí)施例2中降低25％是可能達(dá)到的最大值，這只是因?yàn)樵谀莻€(gè)具體凈化工廠中不能再繼續(xù)減小工藝過程體積(因?yàn)樵僖矝]有曝氣槽可以關(guān)閉)。
德國標(biāo)準(zhǔn)ATV-A122，126和131描述了嚴(yán)格規(guī)定和廣泛接受的建造和運(yùn)行活性污泥過程的標(biāo)準(zhǔn)。與這些標(biāo)準(zhǔn)相比，根據(jù)本發(fā)明凈化水介質(zhì)的方法在許多方面證明是非常優(yōu)越的。
因此，本發(fā)明凈化廢水方法的另一個(gè)重要方面是其活性污泥工藝過程體積最大是用德國標(biāo)準(zhǔn)ATV-A122、ATV-A126或ATV-A131中任何一個(gè)所述凈化體積的80％，標(biāo)準(zhǔn)方法凈化同樣數(shù)量的廢水。在優(yōu)選實(shí)施方案中，工藝過程體積最大是標(biāo)準(zhǔn)凈化方法的70％，例如最大60％、50％或40％。特別優(yōu)選的是工藝過程體積最大是30％，更優(yōu)選最大是25％，最優(yōu)選20％。預(yù)期最小可能工藝過程體積最大是標(biāo)準(zhǔn)方法的10％，這是本發(fā)明這方面的最優(yōu)選實(shí)施方案。
本發(fā)明方法的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是凈化過程所需能量減少。工藝過程體積小的結(jié)果是為保持凈化過程進(jìn)行，需曝氣的體積變小。在本領(lǐng)域中眾所周知，廢水在例如曝氣槽中曝氣是廢水凈化中最耗能量的過程之一。
與上述相平行，本發(fā)明還涉及到本發(fā)明凈化廢水的方法，其中凈化水介質(zhì)所需能量最多只是凈化同樣數(shù)量廢水的標(biāo)準(zhǔn)方法ATV-A122、ATV-A126或ATV-A131中任何一個(gè)所需能量的90％。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所需能量最多為標(biāo)準(zhǔn)凈化方法的70％，例如最多60％、50％或40％。特別優(yōu)選所需能量最多為30％，更優(yōu)選最多為25％，最優(yōu)選20％，預(yù)期所需最少可能能量最多為標(biāo)準(zhǔn)方法的10％，這是本發(fā)明這方面最優(yōu)選的實(shí)施方案。
除以上所述外，使用本發(fā)明方法還有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，微生物對進(jìn)料水中的有毒物質(zhì)或抑制物質(zhì)變得更不敏感，可能是因?yàn)檫@些物質(zhì)在構(gòu)成團(tuán)絮“主要成分”的細(xì)胞外粘液物質(zhì)中不能運(yùn)動(dòng)；看來，當(dāng)團(tuán)絮依前所述進(jìn)行分離和循環(huán)時(shí)，該方法是最佳的，即當(dāng)團(tuán)絮的大小對于生物降解和硝酸化/反硝化為最佳時(shí)，它在這方面可起最佳作用。
一個(gè)似是而非的說法是，上述“有毒物質(zhì)或抑制物質(zhì)”之一是大氣氧(當(dāng)然還有超活性氧自由基如O和H2O2)。因?yàn)檠跤兄趫F(tuán)絮粘液主成分發(fā)生不希望的破壞，從而當(dāng)團(tuán)絮物理上不穩(wěn)定或尺寸變小時(shí)，增加了形成團(tuán)塊污泥的危險(xiǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)方法中，必須使用高氧壓力進(jìn)行硝酸化，因此氧的負(fù)作用不能避免，而本發(fā)明沒有這一缺點(diǎn)。于是，除了本發(fā)明方法可保證最佳生物降解以及同時(shí)除氮外，微生物團(tuán)絮也受到保護(hù)不致于降解，從而阻止了污泥團(tuán)塊的形成。
這可能是生物質(zhì)即使在較小工藝過程體積導(dǎo)致較高水力負(fù)荷的情況下生物質(zhì)未被“沖洗”的原因之一。換句話說，當(dāng)曝氣槽按照本發(fā)明方法操作時(shí)，生物質(zhì)表現(xiàn)出在曝氣槽中優(yōu)良的停留。因此，即使在凈化過程遭受大水力負(fù)荷(大雨后和大雨期間)情況下，由于生物質(zhì)從澄清器中的損失造成的接受容器的污染危險(xiǎn)也變小了。
建造新廢水凈化工廠的費(fèi)用也會減少，因?yàn)楫?dāng)使用本發(fā)明方法時(shí)，需要較小的工廠。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有工廠會變得更靈活，因?yàn)樗鼈兛扇菰S更大的負(fù)載，還因?yàn)橥ǔＶ贿m于硝酸化的槽尺寸也能進(jìn)行反硝化。
所有這些優(yōu)點(diǎn)總括起來可得到如下結(jié)論生產(chǎn)1立方來純水的成本可大幅度降低，從而使有效的廢水凈化對例如第三世界國家是可行的，經(jīng)濟(jì)上是現(xiàn)實(shí)的。
上面討論的本發(fā)明方法當(dāng)然可以同照此對生物降解或廢水凈化進(jìn)行最佳化的所有常規(guī)方法相結(jié)合。技術(shù)人員會知道如何將本發(fā)明方法的改進(jìn)與現(xiàn)有廢水凈化方法相結(jié)合，但在EP-B-461166(美國專利US5,506,096)中可找到關(guān)于這種可能性的綜述。
將會知道，使用本發(fā)明方法得到的結(jié)果在很大程度上取決于對至少一個(gè)新陳代謝活性參數(shù)的數(shù)值范圍或一個(gè)單值所作的精確確定，這些數(shù)值表明微生物同時(shí)有效進(jìn)行生物可降解物質(zhì)的硝酸化和反硝化。
因此，本發(fā)明還涉及確定表示微生物新陳代謝活性的新陳代謝活性參數(shù)的數(shù)值范圍和一個(gè)單值的方法，所說微生物使水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)發(fā)生生物降解，生物可降解物質(zhì)包括含氮成分，范圍內(nèi)的值或這一單值說明微生物可同時(shí)有效地使水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)進(jìn)行硝酸化和反硝化，該方法包括- 估算新陳代謝活性參數(shù)的數(shù)值，同時(shí)估算生物降解效率和除氮效率(如前關(guān)于數(shù)值預(yù)測的討論)，和- 選擇那些與在氧濃度低于1 mg/l下能同時(shí)有效進(jìn)行生物降解和除氮相關(guān)連的值作為范圍內(nèi)的值或作為單個(gè)值。
術(shù)語“同時(shí)有效進(jìn)行生物降解和除氯”是指同時(shí)將BOD和總氮分別降至15 mg/l和8 mg/l以下的值。
最后，本發(fā)明的第四部分是水凈化工廠，其中至少一種包含生物降解步驟的凈化過程是根據(jù)本發(fā)明凈化水介質(zhì)的方法進(jìn)行的，或其中生物降解是根據(jù)本發(fā)明控制生物降解的方法控制的。
實(shí)施例實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的小規(guī)模操作通過將在Nr Herlev，Denmark的凈化工廠的操作由標(biāo)準(zhǔn)操作改變?yōu)楸景l(fā)明廢水凈化方法來研究本發(fā)明的方法。
該工廠設(shè)計(jì)成有一個(gè)曝氣槽和一個(gè)澄清器的單線。原來槽中使用的標(biāo)準(zhǔn)過程是一個(gè)硝酸化過程，其中曝氣槽由表面充氣，用一轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)充氣。氧濃度恒定于2和4 mg/ml之間，生物質(zhì)濃度是3-4 kg/m3。
工廠規(guī)模為700人當(dāng)量(PE)。曝氣槽體積是200m3，澄清器體積是85m3。
工廠中設(shè)置有BioBalance傳感器(可由BioBalance A/S，Vallensbaek，Denmark購得并詳細(xì)公開于EP-A-641,431中)。該BioBalance傳感器測量用340 nm的光激發(fā)后由微生物NADH和NADPH在460 nm發(fā)出的熒光。如EP-B-461166和US 5,506,096所述，可以通過測量由例如微生物中NADH發(fā)生的熒光來監(jiān)測含水體系如曝氣槽中存在的微生物的新陳代謝活性，然后將這種測量的結(jié)果用作在線自動(dòng)化系統(tǒng)的測量參數(shù)，其中將過程變數(shù)沿著保證微生物進(jìn)行最佳生物降解的方向加以控制。
日常操作(用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行)監(jiān)測了3周，即用本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)方法，在凈化過程的不同地點(diǎn)記錄過程參數(shù)氧、COD、BOD、流量、溫度、pH、污泥濃度(懸浮固體濃度)、銨、硝酸鹽、氮和磷酸鹽濃度，和能量消耗，象NADH熒光測量那樣。
然后決定用連續(xù)調(diào)節(jié)氧濃度使后面的熒光測量向平均熒光值(250BPA)方向變化進(jìn)行操作，該值是3周中所記錄的，用這種方法將這一過程改進(jìn)為本發(fā)明控制生物降解的方法。
改進(jìn)之后，曝氣槽在氧濃度從不超出0.1-0.3 mg/l范圍下同時(shí)進(jìn)行硝酸化和反硝化。作為對槽中NADH所發(fā)熒光的波動(dòng)的響應(yīng)，對氧濃度進(jìn)行自動(dòng)控制。
改進(jìn)之后，將活性污泥的濃度保持在3-4 kg/m3的水平。
在實(shí)驗(yàn)期間，所關(guān)心的化合物在工廠入口和出口處的濃度通過日常取樣然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析(用本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行)來監(jiān)測。該監(jiān)測結(jié)果如下入口值體積 250 m3/天COD 200 mg/l氮 30 mg/l方法改變前氮的出口值總N ≈20 mg/lNO3≈20 mg/l方法改變后氮的出口值總N≈6至≈8 mg/lNH4≈1 mg/lNO3 ≈5至≈7 mg/l進(jìn)一步用NADH熒火測量監(jiān)測出口，它是在操作過程中在線完成的。出口測量(實(shí)驗(yàn)室值和熒光值兩者)不受入口值的影響，這一事實(shí)證明了本發(fā)明方法的靈活性。討論通過在這一小型廢水凈化中使用本發(fā)明方法，僅適用于廢水硝酸化的方法現(xiàn)在能夠同時(shí)進(jìn)行硝酸化和反硝化。這一事實(shí)由本發(fā)明方法起動(dòng)后出口氮的減少得到證明(降至最初氮濃度的30％～40％)。實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的大規(guī)模操作通過將在Hecklingen，Germany的城市凈化工廠的操作由標(biāo)準(zhǔn)操作(如ATV-A131所述)改變?yōu)楸景l(fā)明廢水凈化方法來研究本發(fā)明方法。
該工廠設(shè)計(jì)為兩條平行線，每條線有一個(gè)前置選擇器，兩個(gè)曝氣槽和一個(gè)澄清器。原來在槽中使用的該方法是生物脫氮磷(biodenipho)方法(尤其是德國專利DE 34,273,107中公開的一種交替硝酸化和反硝化方法)，其中氮的脫除是在1.5至2 mg/ml氧濃度下的硝酸化階段，接著在大約0 mg/1氧濃度下的反硝化階段進(jìn)行的。
工廠規(guī)?；贏TV-A131并設(shè)計(jì)為48,000人當(dāng)量(PE)；每條線設(shè)計(jì)為24,000 PE，因此每個(gè)曝氣槽規(guī)模為12,000 PE。
工廠中設(shè)置有BioBalance傳感器(可由BioBalance A/S，Vallens bkvej 45，2605 Brndby，Denmark購到)。該BioBalance傳感器測量用340 nm的光激發(fā)后由微生物NADH和NADPH在460 nm處發(fā)射的熒光。如EP-B-461166中所述，可以通過測量由例如微生物中NADH發(fā)生的熒光來監(jiān)測含水體系如曝氣槽中存在的微生物的新陳代謝活性，然后將這種測量的結(jié)果用作在線自動(dòng)化系統(tǒng)的測量參數(shù)，其中將過程變數(shù)沿著保證微生物進(jìn)行最佳生物降解的方向加以控制。
對日常操作(用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行)監(jiān)測了3個(gè)月，即用本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)方法，在凈化過程的不同地點(diǎn)記錄過程參數(shù)氧、COD、BOD、流量、溫度、pH、污泥濃度(懸浮固體濃度)、銨、硝酸鹽、氮和磷酸鹽濃度，和能量消耗，象NADH熒光測量那樣。
然后決定將4個(gè)曝氣槽中的3個(gè)關(guān)閉后進(jìn)行操作，從而使曝氣體積由開始的4個(gè)槽的總計(jì)15,600 m3減少至1個(gè)槽的3,900 m3。單一槽的操作是通過連續(xù)調(diào)節(jié)氧濃度使后面的熒光測量向平均熒光值(BPA)方向變化，該值是3個(gè)月中記錄的，用這種方法將這一過程改進(jìn)為本發(fā)明控制生物降解的方法。
改進(jìn)之后，曝氣槽在氧濃度從不超出0.2-0.6 mg/l范圍下僅使用一個(gè)階段(使用同時(shí)硝酸化和反硝化)。作為對槽中NADH所發(fā)熒火波動(dòng)的響應(yīng)，對氧濃度進(jìn)行自動(dòng)控制。
該工廠的有效負(fù)載是大約30,000 PE，這就是說根據(jù)本發(fā)明操作的曝氣槽能力比計(jì)算能力高2.5倍。
活性污泥的濃度保持在15 kg/m3，比根據(jù)ATV-A 131的標(biāo)準(zhǔn)值高3倍。
在實(shí)驗(yàn)期間，所研究的化合物在工廠入口和出口處的濃度通過日常取樣然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析(用本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行)。該監(jiān)測結(jié)果如下入口值COD 300 至 1100 mg/l氮25至 65 mg/l磷3 至 8 mg/l出口值COD最大25 mg/lCOD平均15 mg/lNH3 0.05 2 mg/lNO3 0.05 3 mg/lP 低于 1 mg/l進(jìn)一步用NADH熒光測量監(jiān)測出口，它是在兩個(gè)月的操作中在線完成的。出口的測量(實(shí)例室值和熒光值兩者)不受入口值的影響，這一事實(shí)證明了本發(fā)明方法的靈活性。討論
通過在該大型廢水凈化中使用本發(fā)明方法，工藝過程體積減小至通常工廠所用工藝過程體積的25％而凈化效率保持在標(biāo)準(zhǔn)滿負(fù)荷操作時(shí)通常達(dá)到的水平。而且，即使在較小工藝過程體積中進(jìn)行操作，所研究化合物的出口值對負(fù)荷的日常變化并不敏感。
從以前的記錄中選擇平均NADH熒光值并不一定是最佳值。為了確定這一最佳熒光操作值，可在使用其它熒光設(shè)定值時(shí)按前文討論的方法監(jiān)測生物降解而對該體系進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種控制含有含氮組分的生物可降解物質(zhì)的生物降解的方法、該生物可降解物質(zhì)被包含于水介質(zhì)中且生物降解由微生物進(jìn)行，該方法包括- 估計(jì)至少一個(gè)新陳代謝活性參數(shù)(測量參數(shù))的值(估計(jì)值)，該參數(shù)能夠代表對水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)進(jìn)行生物降解的微生物的新陳代謝活性，- 將該估計(jì)值與至少一個(gè)測量參數(shù)的一個(gè)預(yù)定的數(shù)值范圍或一個(gè)預(yù)定的單值進(jìn)行比較，處于該范圍內(nèi)的值或這一單價(jià)能表明微生物會同時(shí)有效進(jìn)行水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)的硝酸化和反硝化，然后- 如果該估計(jì)值處于該范圍之外或不同于該單值，沿以下方向調(diào)節(jié)至少一個(gè)對微生物新陳代謝活性有影響的參數(shù)(控制參數(shù))1)使所得估計(jì)值趨向該范圍之內(nèi)或趨向該單值，2)保證水介質(zhì)中氧濃度維持在1 mg/l以下同時(shí)有效進(jìn)行硝酸化和反硝化。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將至少一個(gè)控制參數(shù)向使所得估計(jì)值趨向該范圍內(nèi)一個(gè)特定值的方向調(diào)節(jié)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中該范圍內(nèi)的數(shù)值或該單值用經(jīng)驗(yàn)校正預(yù)定。
4.一種根據(jù)以上權(quán)利要求任何之一的方法，其中測量參數(shù)選自氧濃度、生物質(zhì)濃度、氧濃度/COD比值、CO2濃度、特征生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射、生物可降解物質(zhì)裝載量、氧濃度、pH、溫度、濁度、沉淀化學(xué)藥品的加料速率、附加易生物可降解含碳物質(zhì)加料速率，可將不易生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物可降解物質(zhì)的物質(zhì)的加料速率、活性污泥的循環(huán)速率、入口流量、出口流量、攪拌速率、氧加料速率、空氣加料(曝氣)速率、體系中活性污泥總量、活性污泥在水介質(zhì)中的濃度和其它在水、廢水等處理過程中常用的過程參數(shù)。
5.一種根據(jù)以上權(quán)利要求任何之一的方法，其中測量參數(shù)的估計(jì)包括的測量選自至少一個(gè)特征生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射測量、氣相色譜測量、紅外測量、濁度測量、NMR測量、銨、磷酸鹽和硝酸鹽的化學(xué)測量、氧化還原勢測量、BOD的短時(shí)測量和色譜測量如HPLC和FPLC，以及它們的組合。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中生物熒光團(tuán)選自含色氨酸和酪氨酸的蛋白質(zhì)、含色氨酸和酪氨酸的肽、含色氨酸和酪氨酸的氨基酸衍生物、嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸、核酸、類固醇和維生素。
7.一種根據(jù)以上權(quán)利要求任何之一的方法，其中測量參數(shù)的估計(jì)通過測量參數(shù)的在線測量進(jìn)行。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中所說測量用在線熒光傳感器設(shè)備進(jìn)行。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求4-8任何之一的方法，其中生物熒光團(tuán)用波長優(yōu)選大于250 nm的激發(fā)光進(jìn)行激發(fā)且所說熒光發(fā)射優(yōu)選在280-500 nm的波長下測量。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所說激發(fā)光發(fā)射波長在所說熒光團(tuán)激發(fā)帶包圍之內(nèi)并且所說熒光發(fā)射的測量在所說熒光團(tuán)熒光帶包圍內(nèi)的波長下進(jìn)行，優(yōu)選在對應(yīng)于熒光團(tuán)的熒光譜中一個(gè)峰的波長下進(jìn)行。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求4-10任何之一的方法，其中所說熒光團(tuán)是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸例如NADH或NADPH。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所說激發(fā)光發(fā)射波長大約為340nm，所說熒光發(fā)射測量在大約460nm波長下進(jìn)行。
13.一種根據(jù)以上權(quán)利要求任何之一的方法，其中控制參數(shù)選自生物可降解物質(zhì)裝載量、氧濃度、pH、溫度、濁度、沉淀化學(xué)藥品的加料速率、附加易生物可降解含碳物質(zhì)的加料速率、可將不易生物可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物可降解物質(zhì)的物質(zhì)的加料速率、活性污泥的循環(huán)速率、入口流量、出口流量、攪拌速率、氧加料速率、空氣加料(曝氣)速率、體系中活性污泥總量、水介質(zhì)中活性污泥濃度和其它在水、廢水等處理過程中常用的過程參數(shù)。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中將生物質(zhì)的濃度調(diào)節(jié)至最低3而最高20 kg/m3。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中將生物質(zhì)的濃度調(diào)節(jié)至最低11 kg/m3。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求13-14任何之一的方法，其中至少一個(gè)影響微生物新陳代謝活性的參數(shù)是氧濃度、氧加料速率或空氣加料速率。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中氧濃度調(diào)節(jié)到最高0.9 mg/l。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求16或17的方法，其中氧濃度調(diào)節(jié)到最低0.1mg/l。
19.一種根據(jù)以上權(quán)利要求任何之一的方法，其中對至少一個(gè)影響微生物新陳代謝活性的參數(shù)的調(diào)節(jié)是通過在線自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行的。
20.一種凈化包含含氮組分的生物可降解物質(zhì)的水介質(zhì)以大幅度降低生物可降解物質(zhì)在水介質(zhì)中含量的方法，該方法包括將水介質(zhì)引入一個(gè)容器，其中包含于水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)由微生物進(jìn)行生物降解，和控制所說微生物的新陳代謝活性以使生物降解導(dǎo)致同時(shí)有效的硝酸化和反硝化基本上在容器的所有部分進(jìn)行，而且在同時(shí)有效進(jìn)行硝酸化和反硝化的同時(shí)，水介質(zhì)中氧濃度保持在1 mg/l以下。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中生物降解的控制根據(jù)權(quán)利要求1-19中任何之一的方法進(jìn)行。
22.一種凈化包含含氮組分的生物可降解物質(zhì)水介質(zhì)以大幅度降低生物可降解物質(zhì)在水介質(zhì)中含量的方法，該方法包括- 將含水介質(zhì)引入一個(gè)容器，其中包含在水介質(zhì)中的生物可降解物質(zhì)被微生物進(jìn)行生物降解，和- 根據(jù)權(quán)利要求1-19的任何之一的方法控制生物降解。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求20-22任何之一的方法，其中微生物是微生物的混合培養(yǎng)物例如活性污泥。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其活性污泥工藝過程體積最多是標(biāo)準(zhǔn)凈化方法的80％，標(biāo)準(zhǔn)凈化方法按標(biāo)準(zhǔn)ATV-A122、ATV-A126或ATV-A131中任何一個(gè)描述的方法進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)方法凈化同樣數(shù)量的水。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中活性污泥工藝過程體積最大是標(biāo)準(zhǔn)方法的70％，例如最大是60％、50％或40％，而優(yōu)選最大是30％，更優(yōu)選最大是25％，甚至更優(yōu)選20％，最優(yōu)選最大10％。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求23-25任何之一的方法，其中凈化水介質(zhì)所需能量最多是標(biāo)準(zhǔn)ATV-A122、ATV-A126或ATV-A131中任何之一所描述的凈化所需能量的90％，標(biāo)準(zhǔn)方法凈化同樣數(shù)量的水。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所需能量是標(biāo)準(zhǔn)方法的最多70％，例如最多60％、50％或40％，優(yōu)選最多30％，更優(yōu)選最多25％，甚至更優(yōu)選20％，最優(yōu)選最多10％。
28.一種確定新陳代謝活性參數(shù)數(shù)值范圍或一個(gè)單值的方法，該范圍或單值表示對水介質(zhì)中生物可降解物質(zhì)進(jìn)行生物降解的微生物的新陳代謝活性，生物可降解物質(zhì)含有含氮組分，該范圍內(nèi)的值或單值是表示微生物可同時(shí)有效地使水介質(zhì)中所含生物可降解物質(zhì)發(fā)生硝酸化和反硝化的值，該方法包括- 估計(jì)新陳代謝活性參數(shù)的值并同時(shí)估計(jì)生物降解效率和除氮效率，知- 選擇在氧濃度低于1 mg/l下與同時(shí)有效進(jìn)行生物降解和除氮相關(guān)的數(shù)值作為該范圍內(nèi)的值或單值。
29.一種水凈化工廠，其中至少一個(gè)包括生物降解步驟的凈化過程是根據(jù)權(quán)利要求20-27任何之一的方法進(jìn)行，或者其中生物降解是根據(jù)權(quán)利要求1-19任何之一的方法控制的。
全文摘要
公開了一種控制生物降解的新方法,所說生物降解由微生物的混合培養(yǎng)物進(jìn)行。與微生物新陳代謝活性有關(guān)的過程參數(shù)的測量和調(diào)節(jié)(優(yōu)選在線形式)方式應(yīng)能使硝酸化和反硝化在同一環(huán)境中同時(shí)進(jìn)行并同時(shí)保持氧濃度在1ppm以下。該方法允許使用高生物質(zhì)濃度(高至20kg/m
文檔編號C02F3/00GK1189811SQ9619522
公開日1998年8月5日 申請日期1996年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者K·赫爾莫, N·黑仁 申請人:生物平衡公司