[发明专利]用于总氮去除的方法和系统

说明书

本申请要求提交于2004年5月14日的美国申请60/571,344的优先权，其内容作为整体在本文中引用作为参考。

发明背景

向水体中输入过量的氮正成为一个严重的环境问题。总的来说，含氮物质(N)如铵或硝酸盐的浓度增加促进了富营养化，从而导致缺氧、臭味、着色、以及其它不利的水质变化。铵还对鱼类直接有毒，并显示出巨大的氧需求。此外，饮用水中硝酸盐的含量增加会导致婴儿出现高铁血红蛋白血症(Maxcy，1950；Masters，1998)。结果，USEPA设定了饮用水中对于硝酸盐的最高污染物含量(MCL)，为10mg NO₃^-N/l(Masters，1998)。具有讽刺意味的是，水环境中氮的问题要求氮浓度远低于MCL。将来，当废水对于富营养化或缺乏敏感时，对于总氮的废水排放标准可低至1-3mgN/L。

铵是各种类型的废水中最普遍的氮污染形式。它在制造肥料和化学品的过程中产生。结果，大量的铵存在于农田径流中并从肥料工业中排放。铵污染还归因于过度施肥和密集的放牧。另一个主要的铵氮源是生活污水，因为存在于人粪尿中的有机材料中的氮是铵或可水解为铵的有机氮。

附图简述

图1A：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的一种或多种本发明的方法。

图1B：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的具有气体(H₂或O₂)扩散通过膜式水冷壁，并被外部的生物膜利用的中空纤维。

图2A-B：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的需氧的和缺氧的MBfR部件系统的结构。

图3：在最初100小时处理过程中的氮物质的浓度。

图4：当H₂压力为2.5psi(磅/平方英寸)时，O₂压力对氮物质浓度的影响。第一个100小时表示基线操作(baseline operation)。

图5：当O₂压力维持恒定在3.6psi时，H₂压力对氮物质浓度的影响。

图6A：O₂压力对硝酸盐(NO₃^-)浓度的影响。

图6B：O₂压力对硝酸盐(NO₂^-)浓度的影响。

图7A：当O₂＜2.0psi时，O₂气体对NH₄⁺浓度的影响(注：图7A中的趋势线是指数形式的)。

图7B：当O₂＞2.0psi时，O₂气体对NH₄⁺浓度的影响(注：图7B中的趋势线是线性的)。

图8：在恒定压力(2.5psi)和流入物NH₄⁺浓度为50mgN/L的条件下的总氮去除％。

图9：在恒定O₂压力(约3.6psi)和流入物NH₄⁺浓度为50mgN/L的条件下的总氮去除％。

发明概述

鉴于此，本发明的目的是提供一种或多种用于从废物流中去除含氮污染物(包括，但不限于氨和铵化合物)的方法、设备和/或系统，由此解决现有技术中的各种担忧和问题，包括上述列出的那些。本发明技术人员将理解，本发明的一个或多个方面能满足特定的目的，而一个或多个其他方面能满足其他特定的目的。各个目的可以不在其各个方面与本发明的每个方面相同。同样地，以下目的可视为对本发明的任一方面的替换。

本发明的目的是提供一种或多种用于去除还原性含氮污染物(包括，但不限于铵化合物以及相关的有机胺和季胺污染物)，以达到满足州和/或联邦规定要求的含量的方法。

本发明的另一个目的是提供对单独的还原性含氮污染物，或者还原性含氮污染物与一种或多种流入的氧化性氮污染物的组合进行氧化，以从水性系统中去除总氮。

本发明的另一个目的是提供一种或多种用于本发明方法的设备和/或系统结构，以对含氮污染物进行同时或协同氧化及还原，以从水性废物流中去除氮。