[发明专利]利用选择性渗透阻隔物的生物处理系统

说明书

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