發(fā)明背景

本發(fā)明涉及一種用于生物處理水流體和/或用于通過生物質(zhì)產(chǎn)生所需的最終產(chǎn)物和/或用于產(chǎn)生生物質(zhì)的生物反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及用于制造和使用這種生物反應(yīng)器的方法。

假設(shè)微生物通過改變它們酶的水平來控制營養(yǎng)素和其它化合物的攝取和排泄。根據(jù)dna通過復雜的機制改變該水平。例如，在豐富的多種營養(yǎng)素的同時，微生物選擇最節(jié)能或另外最優(yōu)選的營養(yǎng)素，且在集中加工下一優(yōu)選的營養(yǎng)素之前利用該營養(yǎng)素至幾乎為零的水平。研究已經(jīng)顯示在這種選擇期間，酶水平以這樣的方式改變，使得構(gòu)建酶需要一些時間(這也形成遲滯時間的一部分)，但是這種營養(yǎng)素選擇酶的衰減即使在完全利用營養(yǎng)素之后要慢得多。

生物膜在生物反應(yīng)器中形成所有生物質(zhì)的大部分(約90%左右)。微生物及其生長主要集中在最接近生物膜表面的層。因此，在生物膜、絮體或?qū)觾?nèi)部較深處(100微米以上)，生物膜對營養(yǎng)素的可用性以及排泄材料的處理形成動力學限制，其通過生物膜層相對緩慢地擴散到周圍流體。

已知生物質(zhì)的最活性部分和最高的微生物密度非常接近生物膜或絮體的表面。假設(shè)最佳深度可以低至低于30-50微米。

許多有機化合物按步驟分解，且通常由參與該過程的不同階段的不同微生物種群進行。雖然形成較大的絮體可以提供種群的更寬光譜的益處，但動力學也被大大降低，這相對于大的絮體大小或?qū)雍穸人@得的益處來說可能成為更加限制性因素。

已知可以視為營養(yǎng)素消耗速率乘以生物質(zhì)產(chǎn)率的生長速率隨著較高的基質(zhì)(substrate)濃度而增加。

發(fā)明描述

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明的是用于處理水流體的用于生物處理的、用于通過生物質(zhì)產(chǎn)生所需的最終產(chǎn)物和/或用于在提高的加工速率下產(chǎn)生生物質(zhì)的生物反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及一種用于制造和使用這種裝置的方法。

本發(fā)明的生物反應(yīng)器和用于制造和使用這種生物反應(yīng)器的方法在獨立權(quán)利要求中呈現(xiàn)。此外，本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案在從屬權(quán)利要求中呈現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中敘述的特征是可相互自由組合的，除非另有明確說明。

用于生物處理水流體wf和/或用于通過生物質(zhì)產(chǎn)生所需的最終產(chǎn)物和/或用于產(chǎn)生生物質(zhì)的生物反應(yīng)器br包括至少第一加工單元zf、第二加工單元z2、最后加工單元zl，和任選地在平推流構(gòu)造中的第二加工單元z2和最后加工單元zl之間的附加的加工單元z3、z4，用于從第一加工單元zf循環(huán)生物質(zhì)bm到最后加工單元zl和/或到附加的加工單元z3、z4的至少一個正向循環(huán)系統(tǒng)fcs(fcs1，fcs2)，以及用于從最后加工單元zl和/或從附加的加工單元z3、z4循環(huán)生物質(zhì)bm到第一加工單元zf的至少一個反向循環(huán)系統(tǒng)rcs。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述生物反應(yīng)器br包括至少四個加工單元。這增加所述生物反應(yīng)器的可調(diào)節(jié)性和控制以及使用多個fcs和/或rcs的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述生物反應(yīng)器br包括至少一個生物質(zhì)加工凈化器單元pcu。這允許在系統(tǒng)中使用甚至更高量的生物質(zhì)，同時簡化次級凈化器系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述生物反應(yīng)器br包括至少一個生物質(zhì)改造單元bmu。這增加改造系統(tǒng)生物質(zhì)或在該系統(tǒng)外部臨時使用它的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述生物反應(yīng)器還包括在第一加工單元zf和最后加工單元zl之間添加的至少一個附加的加工步驟，其至少部分參與水流體wf的加工，但不參與主要生物質(zhì)循環(huán)和/或正向循環(huán)系統(tǒng)fcs和/或反向循環(huán)系統(tǒng)rcs。這增加改造系統(tǒng)以提高加工速率和效率的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，該系統(tǒng)用于處理流入物水流體中存在的或以其它方式送到該系統(tǒng)的生物質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的目的，至少一個加工單元zf、z3、z3、z4、zl包括至少一個內(nèi)部生物質(zhì)凈化單元icu。這簡化了系統(tǒng)設(shè)計并減少了泵送需要，且可以簡化將現(xiàn)有系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為本發(fā)明的實施方案。

根據(jù)本發(fā)明的目的，內(nèi)部凈化單元icu包括用于自調(diào)節(jié)水位和水流體wf的控制通道cha和生物質(zhì)bm的反向循環(huán)系統(tǒng)rcs。這增加了系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定性，同時降低了復雜性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述生物反應(yīng)器br包括至少兩個正向循環(huán)系統(tǒng)fcs(fcs1，fcs2)和/或至少兩個反向循環(huán)系統(tǒng)rcs(rcs1，rcs2)。這增加了改造系統(tǒng)提高加工速度和效率的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，將至少兩個加工單元zf、z2、z3、z4、zl至少部分地布置到同一容器ves。這可能會降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本。

根據(jù)本發(fā)明的目的，將至少兩個加工單元zf、z2、z3、z4、zl布置到至少一個平推流容器中，其中rcs的至少一部分布置成通過擴散和/或混合所述容器操作。

根據(jù)本發(fā)明的目的，加工單元zf、z2、z3、z4、zl中的至少一個布置成形成與其它加工單元基本上不同的環(huán)境條件，包括但不限于溫度、基質(zhì)的可用性或溶解氧和/或添加化學物質(zhì)、催化劑或酶。當在不同于其它的環(huán)境條件下優(yōu)先執(zhí)行一個或多個加工步驟時，這增加了系統(tǒng)的靈活性和性能。

根據(jù)本發(fā)明的目的，加工單元zf、z2、z3、z4、zl中的至少一個布置成使其生物質(zhì)的至少一部分在系統(tǒng)fcs和/或rcs外部循環(huán)，或出于其它功能或目的以其它方式永久除去，包括但不限于生物質(zhì)的硝化、脫硝或產(chǎn)生。

水流體可以是包含水的任何流體，且它可以變形。有利地，微生物/生物反應(yīng)可以在所述水流體中發(fā)生。所述水流體可以例如是或包括淡水、加工水、廢水、漿料、固體、生物質(zhì)和/或氣體。所述生物反應(yīng)器可以用作用于通過生物質(zhì)生物產(chǎn)生所需的最終產(chǎn)物和/或產(chǎn)生生物質(zhì)的生物反應(yīng)器。所述生物反應(yīng)器可用于產(chǎn)生沼氣。所述生物反應(yīng)器也可用于氮除去、用于磷除去和/或用于固體除去。所述生物反應(yīng)器也可用于一個或多個需氧、缺氧和/或厭氧過程。所述生物反應(yīng)器可用于產(chǎn)生目標最終產(chǎn)物，包括但不限于產(chǎn)生甲烷、乙醇或微生物生物質(zhì)，或用作用于以微生物方式進行在提供到系統(tǒng)的至少兩種化合物之間的化學反應(yīng)的生物反應(yīng)器，或用作處理存在于水流體的生物質(zhì)的生物反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明的目的，所述水流體是或包含氣體，同時將水與氣體一起或分開送到系統(tǒng)。這允許加工所述氣體，包括但不限于從沼氣中除去生物硫化氫(h2s)。

根據(jù)本發(fā)明的用于處理水流體的生物反應(yīng)器現(xiàn)在可以通過較小的總hrt(加工量)、對于相同加工量的較高容量或較好品質(zhì)的流出物或這些的平衡組合來利用。流入物水的不同基質(zhì)可以至少部分地在系統(tǒng)的不同部分中加工，而系統(tǒng)傾向于沿著平推流系統(tǒng)的整個長度平衡加工。該系統(tǒng)偏好最有效的微生物，該微生物能夠分解流入物基質(zhì)以及所有生成的中間加工產(chǎn)物。在srt的限度內(nèi)，加工流入物中的任何給定基質(zhì)所需的每種微生物都有利于確保盡可能完全的加工。該系統(tǒng)允許使用較高的mlss(混合液體懸浮的固體)，因為系統(tǒng)中的生物質(zhì)在內(nèi)部至少部分循環(huán)，且僅一部分流動到下一個加工步驟，例如過濾器、凈化器或其它次級或三級處理。更高的mlss允許進一步降低加工單元大小或改進加工性能。該系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)以在其正常操作點具有過量的加工能力儲備，與常規(guī)系統(tǒng)相比，允許更高的峰值負載。

該系統(tǒng)還允許沿著加工單元更均勻地進行加工，從而使得充氣系統(tǒng)中的充氣更均勻、更均勻的加工特征以達到最佳的總系統(tǒng)體積并減少階段。

生長較快的微生物占據(jù)生物膜的表面(由于動力學限制)，進一步生長的絮體大小會抵消種群光譜的益處。此外，生物質(zhì)動力學實際上由這種生物膜的有效表面積主導，且當絮體直徑為一半時，給定的總質(zhì)量的絮體的表面積大致加倍。由于上述，限制絮體大小或生物膜厚度是有利的。

生物質(zhì)平均停留時間可以限定哪些微生物可以在生物反應(yīng)器中具有顯著的種群，當種群的倍增時間超過生物膜的停留時間時，這樣的種群在這樣的生物反應(yīng)器中不太可能形成顯著的種群計數(shù)。然而，如參考生物膜絮體大小章節(jié)，由于較小的絮體大小或較薄層深度，生物膜的改進的動力學可以減少種群倍增時間。因此，當動力學改進時，可以減少停留時間。生物質(zhì)的停留時間也影響總生物質(zhì)的存活生物質(zhì)的部分。通常，生物質(zhì)可以分為存活(活性)、死亡和裂解的細胞。這些與系統(tǒng)中的所有非生物質(zhì)固體一起形成系統(tǒng)中的固體的總質(zhì)量。由于高生物質(zhì)停留時間系統(tǒng)中的細胞的一些部分結(jié)合而死亡，而不是分裂(生長)，這可能是由于大的絮體大小等引起的動力學結(jié)果，生物質(zhì)的較短停留時間與死亡和裂解細胞相比通常改進存活細胞的部分。微生物可以視為僅消耗營養(yǎng)素來生長。雖然認為高生物質(zhì)停留時間內(nèi)源系統(tǒng)僅使用營養(yǎng)素和能量進行細胞修復，但相同觀察結(jié)果也可視為通過基質(zhì)消耗的生長以與平均細胞死亡率相同的速率發(fā)生。

已經(jīng)觀察到，對某些營養(yǎng)素具有高的酶水平的微生物傾向于在其細胞材料內(nèi)在消耗所述營養(yǎng)素的環(huán)境條件是有利的時收集豐富的那些營養(yǎng)素。還注意到，例如當需氧微生物從良好的環(huán)境和較高的營養(yǎng)素水平移動到缺氧狀態(tài)時，營養(yǎng)素似乎在相對短的遲滯時間之后從微生物細胞內(nèi)部排泄到生物膜，且因此進入到周圍液體。

這種發(fā)現(xiàn)的重要結(jié)果是，當足夠量的微生物從較低的營養(yǎng)素水平送到較高的營養(yǎng)素水平時，它們非?？斓匚諣I養(yǎng)素，直到環(huán)境的營養(yǎng)素水平達到與較低營養(yǎng)素水平相同的水平。營養(yǎng)素不能立即完全加工，因此營養(yǎng)素吸收到細胞中的速率隨著時間而降低，且達到消耗速率。此外，如果充氣臨時停止，在相對短的遲滯時間之后流體中的營養(yǎng)素水平開始上升。

因此，已經(jīng)得出結(jié)論，通?？梢詫崿F(xiàn)最大營養(yǎng)素或基質(zhì)消耗或吸收速率，以在系統(tǒng)中實現(xiàn)給定量的生物膜/生物質(zhì)，

-當用于吸收和消耗基質(zhì)的酶水平在微生物中已經(jīng)很高時(同時營養(yǎng)素變得可用)。

-當生物膜足夠薄或具有足夠小的絮體大小，以允許營養(yǎng)素、氧等和排泄最終產(chǎn)物的最大動力學時

-當環(huán)境條件在其它方面都有利時

-當將尚未在其細胞內(nèi)吸收飽和水平的基質(zhì)但具有對于這種基質(zhì)的高酶水平的新微生物送到需要高基質(zhì)減少的系統(tǒng)位置時

-當已經(jīng)將基質(zhì)完全吸收到其細胞內(nèi)的微生物從系統(tǒng)中除去或在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)移，因此將它們保持在其它方面都有利的環(huán)境條件中時

用這種方法，可以使所述系統(tǒng)從加工水中除去的營養(yǎng)素比用于最大生長的微生物消耗將通常所允許的營養(yǎng)素顯著更多。

系統(tǒng)操作

將在附圖中描述本發(fā)明的一些特征和優(yōu)點：

圖1.具有一個環(huán)路的基本生物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)

圖2.多個交錯生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路構(gòu)造的實例

圖3.重疊循環(huán)環(huán)路

圖4.基本加工凈化器系統(tǒng)、生物質(zhì)或tss沿著加工流體的泄漏

圖5.加工凈化器系統(tǒng)

圖6.平流布置(plugarrangement)中的基本加工

圖7.具有連接到第一加工單元zf的生物質(zhì)改造單元bmu的用于水流體wf的基本生物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)fcs-rcs

圖8.交叉循環(huán)中的基本加工

圖9.構(gòu)造為本發(fā)明的一個實施方案的充氣活性污泥反應(yīng)器br-as中簡單逆流生物質(zhì)移動的原理

圖10.使用icu的構(gòu)造為一個實施方案的充氣活性污泥反應(yīng)器br-as中簡單逆流生物質(zhì)移動的實際詳細實例

圖11.基質(zhì)泵送系統(tǒng)的簡化實例

圖12.中試系統(tǒng)

圖13.厭氧生物反應(yīng)器

基本系統(tǒng)

本發(fā)明的基本系統(tǒng)構(gòu)造由多個(2個或更多個)加工單元組成，所述加工單元構(gòu)造成平推流構(gòu)造，其中所述加工流體流動和活性生物質(zhì)流動(主要)是逆流。

基本系統(tǒng)構(gòu)造，在圖1中描述，可以單獨使用，或作為較大系統(tǒng)的一部分使用，環(huán)路中包括的實際單元數(shù)可能會變化。在該系統(tǒng)中，加工流體，水流體wf從第一加工單元zf流向最后加工單元zl，而生物質(zhì)bm最終從zl流向zf，并從zf返回到zl。重要的是注意到，z2-zf、z3-z2和zl-z3之間的生物質(zhì)凈流動與加工流體流wf逆向，且作為返回流例如通過泵送、移動生物質(zhì)載體等從第一zf移動到最后加工單元zl。

本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的是，生物質(zhì)和其它固體沿著加工流體的泄漏可以部分地補償從系統(tǒng)的較后部分返回到其較早部分的生物質(zhì)。在新發(fā)明中，系統(tǒng)中的生物質(zhì)的凈流動與相鄰單元之間的加工流體的流動的正常方向逆向布置。

優(yōu)選地，提供正向循環(huán)系統(tǒng)以在一定平均速率下從第一加工單元zf移動生物質(zhì)，所述平均速率超過所述第一加工單元zf中的生物質(zhì)生長減去從所述第一加工單元的生物質(zhì)的處理速率。優(yōu)選地，提供包括在生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路中的任何兩個加工單元之間的反向循環(huán)系統(tǒng)rcs或其任何部分的生物質(zhì)流速，以超過生物質(zhì)沿著所述兩個加工單元之間的正常的加工水流體流動的泄漏。

實施生物質(zhì)流動

可以實施生物質(zhì)與加工流體流動逆向的循環(huán)，包括但不限于：通過泵送或?qū)⑸镔|(zhì)從第一單元主動地轉(zhuǎn)移到接收生物質(zhì)的第二單元的其它手段，使用使生物質(zhì)與所述第一單元的加工流體分離的手段例如過濾或沉降，通過收集生物質(zhì)載體或生物質(zhì)附接的其它手段或從所述第一單元攜帶媒介到所述第二單元，通過使用圖9和10的構(gòu)造或其它類似構(gòu)造，其中生物質(zhì)的流動布置成通過重力或上述組合與加工流體流動逆流。

從在生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路中參與生物質(zhì)循環(huán)的第一單元正向進料到所述環(huán)路的最后單元的生物質(zhì)也可以使用與加工流逆向的循環(huán)類似的方法或其它方法來布置，同時這可有利于使用生物質(zhì)與加工流體的較高分離程度，以限制加工流體與從所述第一單元到所述第二接收單元的生物質(zhì)的短路(shortcircuiting)，特別是當選擇的生物質(zhì)循環(huán)速率與加工流體流速相比相對較大，或這種轉(zhuǎn)移的生物質(zhì)和加工流體的組合的生物質(zhì)部分另外相對較低，以減少加工流體短路時。

然而，也已經(jīng)證實，使用例如與圖10類似的加工單元且將參與污泥循環(huán)環(huán)路的第一單元中的加工流體簡單泵送到所述環(huán)路的最后單元，而不實施任何分離手段可以成功實施高性能和低成本的系統(tǒng)。

基本系統(tǒng)中的流入物基質(zhì)的消耗

當在zf中時，生物質(zhì)吸收和部分消耗基質(zhì)。當移動到zl時，它繼續(xù)加工基質(zhì)而不釋放基質(zhì)，直到其在細胞和生物膜內(nèi)部耗盡，且開始采用其它可用基質(zhì)以通過改變其狀態(tài)消耗，包括構(gòu)建酶，用于最優(yōu)選的可用基質(zhì)。

在正常的工作系統(tǒng)中，所有流入物基質(zhì)水平在zl都處于其的最小值。如果任何類型的基質(zhì)可較大量獲得，微生物試圖采用和吸收那些基質(zhì)以避免饑餓。

當移動到z3時，一些基質(zhì)相對于zl中的基質(zhì)可在更高濃度下獲得。構(gòu)建到非常高或最大水平以在zl中時吸收和消耗某些基質(zhì)的一些酶，現(xiàn)在處于相對較高的水平，這允許微生物以最大速率消耗那些基質(zhì)，且不具有或具有用于適應(yīng)的遲滯時間懲罰。

大多數(shù)基質(zhì)在z3中仍處于相對較低的水平，由于來自zl的進入微生物以高于其在細胞內(nèi)消耗的速率吸收它們。

當移動到z2時，與z3中類似的現(xiàn)象發(fā)生，但通?？色@得更豐富的基質(zhì)水平和光譜。然而，在z2和z3中，最優(yōu)選的流入物基質(zhì)的濃度通常較低或幾乎耗盡。

當再次移動到zf時，微生物選擇流入物中可獲得的最優(yōu)選的基質(zhì)，與系統(tǒng)的其余部分相比，zf中可能存在最高濃度。

還對該系統(tǒng)有益的是，當在zf中和基質(zhì)豐富時，微生物通常以低效方式使用基質(zhì)，例如產(chǎn)生過量的熱和能量溢出途徑。然而，當?shù)竭_zl并處于嚴重限制生長的條件下時，微生物仍繼續(xù)保持高能量通量，因為細胞膜通電和運輸系統(tǒng)的功能是每當環(huán)境條件變化時恢復生長的基本條件。

因此，與內(nèi)源系統(tǒng)相比，所述的生物質(zhì)的循環(huán)也增加基質(zhì)的微生物加工速率。

微生物種群的偏好

由于微生物生長速率取決于基質(zhì)的可用性，系統(tǒng)通常偏好可以在營養(yǎng)素過量下以最快速率消耗基質(zhì)的那些微生物，且在該感知的基質(zhì)濃度下產(chǎn)生最快的生長速率。

在最短時間下吸收最多營養(yǎng)素到其細胞中的微生物(即使過量)將感知最高的基質(zhì)水平，因此該系統(tǒng)也偏好這些微生物。

而且，對于任何其它較快生長的種群，在系統(tǒng)的任何位置不變得最優(yōu)選的基質(zhì)的任何營養(yǎng)素將為優(yōu)選這種基質(zhì)的最合適的微生物提供機會。

因此，該系統(tǒng)主動地偏好微生物物種光譜，其表示可用的任何給定基質(zhì)的最快生長和基質(zhì)消耗速率。

由于所有微生物種群幾乎均勻地在所有加工單元中表示，上述也應(yīng)用于中間產(chǎn)物。

此外，可能期望加工單元中的環(huán)境條件以一種或多種方式顯著改變，使得不同的微生物種群可以在不同的加工單元中經(jīng)歷最佳條件，例如在所述加工單元中的至少一個中所述條件是需氧、缺氧或厭氧時(不同于其它加工單元)。根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)物可以用于一個或多個需氧、缺氧和/或厭氧過程，其中至少一個加工單元是需氧、缺氧或厭氧，不同于其它一個或多個單元。在這種系統(tǒng)中，可以對加工分階段或以其它方式控制，且可以根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)定的要求來改變基質(zhì)的消耗。

中間產(chǎn)物

流入物中的一些基質(zhì)通常在多于一個步驟中生物分解，或通過多于一個微生物種群進行。這種生物分解過程產(chǎn)生一種或多種中間產(chǎn)物，其濃度在系統(tǒng)中變化，取決于多個參數(shù)。

通常，中間產(chǎn)物可以視為在原始基質(zhì)的加工或消耗發(fā)生的地方引入到系統(tǒng)中的新基質(zhì)。

在不具有生物質(zhì)循環(huán)的情況下，這種現(xiàn)象會導致整個系統(tǒng)的分階段(phasing)，從而可能導致這種中間產(chǎn)物的加工時間不足，以及在系統(tǒng)的一些部分中抑制加工。

該基本系統(tǒng)還分配各種基質(zhì)的加工，以便中間產(chǎn)物沿著該系統(tǒng)更均一均勻地可用。結(jié)果，所述中間產(chǎn)物被適當吸收和消耗。例如，在zl中由在zf吸收原始基質(zhì)并移動到zl的微生物產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能水平還遠遠低于z3或z2，這意味著在zl的已經(jīng)很高的酶水平和吸收能力的合適微生物(可能已經(jīng)接近饑餓)能夠進一步有效地加工所述中間產(chǎn)物。

此外，這種中間產(chǎn)物在zf中的豐度通常是最大的，假設(shè)所述中間產(chǎn)物的原始基質(zhì)被zf中的微生物優(yōu)選。

對于任何中間產(chǎn)物，沿著加工流體流(這種原始基質(zhì)轉(zhuǎn)化為這種中間產(chǎn)物的地方)越早，對于待進一步減少的這種中間產(chǎn)物的可用加工時間越長。此外，由于吸收和消耗這種產(chǎn)物的微生物連續(xù)地朝向系統(tǒng)的前部移動，可以說這種中間產(chǎn)物的加工時間越長，系統(tǒng)允許這種基質(zhì)的加工時間越長，因此，任何(生物分解)物質(zhì)的生物分解的所有加工步驟比不具有生物質(zhì)循環(huán)的平推流系統(tǒng)給出更多的加工時間。

基本系統(tǒng)可作為需氧或厭氧加工系統(tǒng)實施。然而，當需氧系統(tǒng)的至少部分具有缺氧階段時，特別是嚴格需氧的微生物可以將一些營養(yǎng)素排泄到周圍的生物膜和流體中，導致加工流體中的基質(zhì)水平增加。

在暴露于需氧條件的厭氧微生物中也可以觀察到這一點。

雖然這種現(xiàn)象的負面影響也可以在基本系統(tǒng)中降低，但是在系統(tǒng)實施中仍可能優(yōu)選以確保實施系統(tǒng)的需氧/缺氧/厭氧部分之間的流動，使得只有加工流體在狀態(tài)之間移動，且所述部分之間的生物質(zhì)交換減少。圖2的多個交錯環(huán)路是這種實施方式的示例。

多個循環(huán)環(huán)路

在一些情況下，可以使用多于1個循環(huán)環(huán)路以在系統(tǒng)中提供額外益處。這樣的益處可以包括例如需氧和厭氧加工的改變，以便導致所需的充氣能量降低，使硝化/脫硝性能適當?shù)取?/p>

多個交錯的生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路構(gòu)造的實例在圖2中描述(每個環(huán)路中的實際環(huán)路或單元數(shù)可以變化)。在圖2中，生物反應(yīng)器br包括兩個正向循環(huán)系統(tǒng)fcs1、fcs2和兩個反向循環(huán)系統(tǒng)rcs1、rcs2。假設(shè)圖2系統(tǒng)實例中的生物質(zhì)bm主要在所示的環(huán)路中循環(huán)，且在環(huán)路之間的量少得多。如果環(huán)路之間的混合大，系統(tǒng)越來越像重疊的環(huán)路實例，如圖3中給出。

多個重疊環(huán)路還允許系統(tǒng)的有意(部分)分階段，當需要時，同時保留系統(tǒng)的許多其它益處。

圖2的厭氧-需氧實施方式的實施例。

環(huán)路zf-z3可以進行厭氧加工，且環(huán)路z2-zl可以進行需氧加工。這種系統(tǒng)的應(yīng)用可以例如是廢水處理，其中在z2中可能發(fā)生硝化，其中在硝化步驟后在z3中可能發(fā)生脫硝。再次，從zf到達z3的脫硝化微生物渴望吸收硝酸鹽，因為它們在zf中很少。一些z3微生物也可以在z3接受超過它們在zf中的水平的vfa和其它基質(zhì)。

同時，z3可以使在zf中存在的抑制化合物的水平降低。當它們返回zf時，它們繼續(xù)在zf進行這種基質(zhì)的加工，平衡系統(tǒng)的不同部分之間的加工。

z2和zl可以提供在從系統(tǒng)釋放流出物之前對于厭氧加工通常需要的高效的精加工(polishing)步驟。

此外，如果zf例如是厭氧污泥過濾器，uasb等，zf還可以充當固體的過濾器，使得能夠厭氧加工更高量的顆粒基質(zhì)以改進節(jié)能或產(chǎn)生甲烷，同時減少在較早步驟中固體分離的需要。在實施這種蒸煉器(digester)的系統(tǒng)中，還可能有利的是在厭氧加工中消化過量的需氧污泥或其它可生物分解的材料以及流入物固體，從而進一步增加甲烷產(chǎn)生。這可能例如在廢水處理系統(tǒng)中導致產(chǎn)生的沼氣能量與用于泵送和充氣所消耗的電力之間的正能量平衡。

在該示例應(yīng)用中，多個生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路的益處主要來自需氧和厭氧加工二者中加工時間的大幅改進，這允許更短的系統(tǒng)hrt，從而使系統(tǒng)的總物理體積更小，而不會增加加工溫度。然而，特別是在厭氧加工側(cè)免除分階段是加工穩(wěn)定性和可控性方面的另一個關(guān)鍵益處。

多個重疊環(huán)路

可以在系統(tǒng)中構(gòu)造多個重疊環(huán)路。這種系統(tǒng)可以構(gòu)造成適合特殊需要，例如在流入物具有大量可緩慢生物分解的基質(zhì)的情況下。重疊循環(huán)環(huán)路如圖3所示。

圖3中的實施例可以具有獨特的益處，因為它允許生物質(zhì)bm的完全再循環(huán)，同時確保附接到zf中的生物質(zhì)的生物固體在成為流出物的一部分之前將具有通過所有系統(tǒng)部分的最小流動；即最小路徑為zf->z3->z2->zl，且環(huán)路1和2的正向和反向循環(huán)速率可影響系統(tǒng)中這種生物固體的平均停留時間，條件是充分控制生物質(zhì)流動與加工流體流動。

在循環(huán)中移動生物質(zhì)

在給出的實施例中，假設(shè)對加工流逆流的生物質(zhì)的流動布置在加工容器之間。這也確保每個容器中的生物質(zhì)保留和平衡至足夠量。

從zf到zl的或在過程的其它部分之間的生物質(zhì)流動可以通過簡單泵送布置。

如果所述加工單元中的兩個或更多個布置為例如一個或多個長平推流容器，其中可以看到單個加工單元的數(shù)目高，而布置成一個容器的所述單元之間的物理邊界甚至減小到擴散和重力流動，fcs和/或rcs從所述容器的較早部分除去生物質(zhì)和/或除去到所述容器的較后部分而在所述容器內(nèi)產(chǎn)生生物質(zhì)濃度梯度。梯度將通過混合和/或擴散減少，從而形成生物質(zhì)從所述容器的較后部分到較早部分的反向循環(huán)，且充當所述容器內(nèi)的rcs的至少一部分和/或形成在所述容器內(nèi)的加工單元之間的至少一個rcs。

這種構(gòu)造的實施例在圖6中給出。在該實施例中，整個系統(tǒng)布置在一個容器ves中，部分壁pwa分離加工單元zf、z2、z3和zl。部分壁允許wf通過pwa從zf流到zl，且還允許生物質(zhì)bm通過pwa從zl流到zf。fcs將生物質(zhì)以一定速率從zf移動到zl，所述速率高于zf中生物質(zhì)的生長，產(chǎn)生生物質(zhì)的濃度梯度，經(jīng)由z3和z2引起生物質(zhì)從zl向zf的凈流動。

部分壁pwa通過減少單元之間的自由混合和擴散而形成對生物質(zhì)流動的阻力。該阻力是這種壁的開口面積和通過所述開口的wf的流動的函數(shù)，因為二者是逆流。當開口作為具有已知表面積和長度的通道形成時，可以實現(xiàn)在wf的給定流動下對生物質(zhì)流動的類似阻力。

在這種構(gòu)造中，當加工單元之間沒有使用其它附加形式的rcs時，生物質(zhì)濃度在zl最高，且在zf最低，與例如通過在單元中構(gòu)建簡單的icu相比，這將導致總系統(tǒng)體積的低效使用或系統(tǒng)性能較差。

如果將正常的as系統(tǒng)改造成本發(fā)明的實施方案，生物質(zhì)的反向循環(huán)可以優(yōu)選例如在圖9和10的構(gòu)造中低成本實現(xiàn)。

在圖9和10中，示出包括icu的活性污泥反應(yīng)器br-as。任何兩個相鄰單元對，例如zf和z2，或z2和z3，其中所述對在此縮寫為zx和zy，其中至少zy包括具有通道cha的icu，通過該通道發(fā)生連通，使得加工流體wf可從zx自由地流到zy，但同時cha充當zx的簡單凈化器，其中進入cha的生物質(zhì)(bm)返回到zx。當任何數(shù)目的單元zf..zl以類似方式布置在平推流構(gòu)造中時，凈生物質(zhì)流動是朝向第一單元zf，即與加工流體流動逆流。形成任何兩個相鄰單元zx和zy的充氣部分之間的端口的通道cha抵抗生物質(zhì)bm流與加工流體wf，同時在zy的頂部開口，通道cha的頂部從zy接收生物質(zhì)bm并將其有效地傳輸?shù)郊庸ち鱳f的先前單元zx。

這種具有其端口的通道是zy的內(nèi)部凈化器單元icu的示例實施方案。

這種構(gòu)造通常足以達到這個目的，即使在通道中存在一些量的渦流，但在其中造成問題，改進生物質(zhì)的沉降或減少在通道中的停留時間可以容易地以例如類似于沉降器中使用的那些的方式布置。

從zy轉(zhuǎn)移到zx的生物質(zhì)的量很大程度上首先取決于暴露于cha的上部的zy的加工流體(以及內(nèi)部的生物質(zhì))的量，從而進行生物質(zhì)分離/沉降并通過通道，其次取決于zy加工流體中的生物質(zhì)的濃度。前者可以大部分選擇為機械設(shè)計參數(shù)，也可以自我調(diào)節(jié)后者，zy中的生物質(zhì)濃度。因此，每個加工單元zy中的生物質(zhì)濃度可以通過設(shè)計單獨設(shè)置，以及每個加工單元zy中的生物質(zhì)的平均srt，獨立于其加工流體體積或流動。

當生物質(zhì)通過重力在加工流體中沉降時，可以實施類似于圖9的實施方式。如果生物質(zhì)通常會漂浮，就像例如附接到漂浮生物膜載體時那樣，類似的通道可以反向使用。

與從zx到zy的生物質(zhì)泄漏速率和從zy到zx的生物質(zhì)返回速率相關(guān)的參數(shù)可以例如取決于生物質(zhì)的沉降特性，且可以受設(shè)計的影響。

在一些情況下，icu可以優(yōu)選以改造的方式使用。例如，在zf中，可能有利的是不通過cha送來流入物，而僅使用cha來分離或冷凝fcs的生物質(zhì)。因此可以避免或減少流入物短路至zl。

此外，在兩個相鄰單元希望具有不同生物質(zhì)的情況下，例如在圖2的系統(tǒng)中，可以使用z3中的cha，而不需要至z2的端口，為了實施rcf2的目的而分離或冷凝生物質(zhì)。同樣在z3中，可以在改造的情況下使用分開的cha以防止生物質(zhì)從z3流到所述改造的cha的頂部，從而通過所述改造的cha至z2，使得所述改造的cha阻斷生物質(zhì)流動兩種方式。可以優(yōu)選這種方法以保持生物質(zhì)環(huán)路分開。

可以例如在厭氧或缺氧連續(xù)混合加工單元之間布置類似類型的構(gòu)造。此外，當所述兩個加工單元包括充氣、非充氣、靜止或混合加工單元的組合時，以及當所述組合在其操作中至少部分間歇時，例如當加工單元以間歇模式(例如間歇充氣和/或間歇加工流體流動)操作時，可以布置類似類型的構(gòu)造。加工單元中的至少一個可以間歇模式操作，例如加工單元中的間歇充氣、間歇正向循環(huán)系統(tǒng)、間歇反向循環(huán)系統(tǒng)和/或間歇加工流體流動。

在間歇操作系統(tǒng)中，可能有利的是使用與反向相同的構(gòu)造，使得到下一個加工單元的流動通道位于第一單元的頂部和下一個單元的底部，使得在沉降階段生物質(zhì)在單元的底部濃縮，且在沉降階段之后的填充階段流動不將生物質(zhì)轉(zhuǎn)移到第二單元。在這種間歇系統(tǒng)中，可能有利的還是減少在混合或充氣階段進入通道的生物質(zhì)的量，因為它將生物質(zhì)在相鄰單元之間的系統(tǒng)中向前轉(zhuǎn)移，這是不希望的。

在這種間歇系統(tǒng)構(gòu)造中，也可以例如通過選擇通道寬度來容易地布置fcs和rcs，通過在相同通道但與加工流體流動相反方向泵送，使得生物質(zhì)與正常加工流體流動逆流轉(zhuǎn)移。通過這種構(gòu)造，例如替代填充階段，生物質(zhì)在從zf沉降到zl之后泵送，且所產(chǎn)生的重力勢導致在所有單元中從zl向zf流動，且生物質(zhì)因此通過通道向zl流動。

在平推流厭氧系統(tǒng)例如uasb中，在正常系統(tǒng)中已經(jīng)實施生物質(zhì)的保留，且可以簡單地通過將位于反應(yīng)器底部的一些生物質(zhì)泵送到反應(yīng)器的上部來布置循環(huán)，其中向反應(yīng)器底部的循環(huán)的剩余部分通過重力完成。

生物質(zhì)循環(huán)速率

如果我們假設(shè)通道可以保留例如生物質(zhì)的80%在系統(tǒng)中向前移動，且類似地生物質(zhì)的80%進入通道頂部，由于湍流流過通道，我們可以假設(shè)在系統(tǒng)中向前移動(與需要方向逆向)的生物質(zhì)的概率只有百分之幾。而且，隨著與加工流體流動逆向的生物質(zhì)移動速率可以合理地良好控制以接近期望值，可以確立總的平均生物質(zhì)再循環(huán)時間并設(shè)定為期望值。

選擇最佳循環(huán)速率取決于許多參數(shù)，包括但不限于例如系統(tǒng)hrt和選擇的srt、可生物分解材料的性質(zhì)及其生物分解速度和單元之間的生物質(zhì)保留的效率，以及過量的污泥處理速率和機制。

也可以通過合適的設(shè)計來實施例如rcs，其中生物質(zhì)的返回速率隨著時間在加工單元之間變化或通過生物質(zhì)濃度變化。這允許在不同加工單元中選擇不同的生物質(zhì)保留時間。

而且，例如在充氣系統(tǒng)中，混合或生物質(zhì)循環(huán)可以是間歇的或以其它方式布置成時間或其它參數(shù)的函數(shù)，包括但不限于olr、hlr、氮或磷除去等的原因。

由于上述，一些構(gòu)造中的生物質(zhì)循環(huán)速率也通過基于參數(shù)的設(shè)計來選擇，這些參數(shù)包括但不限于系統(tǒng)構(gòu)造、每個加工單元中選擇的停留時間以及一個或多個過量生物質(zhì)除去機制的位置和速率。

過量的生物質(zhì)除去

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，給定總量的生物質(zhì)的基質(zhì)除去能力可以是正常系統(tǒng)的幾倍。盡管生物質(zhì)產(chǎn)率/加工的cod量，特別是在充氣系統(tǒng)中，可以低于常規(guī)的，生物質(zhì)srt將通常降低。

通常需要非常短的hrt，因此，為了確保由該過程所需的所有微生物種群可以使用所選擇的srt形成足夠的種群，可以向系統(tǒng)給出進一步的限制或指導，例如選擇活性污泥方法中的增加的生物質(zhì)量或更高的mlss值。

在例如活性污泥系統(tǒng)中，過量的生物質(zhì)除去也可以實施到生物質(zhì)fcs，從而將從zf泵送的生物質(zhì)分成分開的流，其中一個流進入zl，另一個流引導到過量的生物質(zhì)處理系統(tǒng)，例如污泥增稠。

實施合適的生物質(zhì)循環(huán)和/或除去速率的另一種手段可以利用類似于圖9和10的結(jié)構(gòu)。特別是在活性污泥系統(tǒng)中已經(jīng)觀察到，在圖9和10的兩個加工單元之間的連通通道中采用在通道之前充氣或混合加工單元中的生物質(zhì)濃度影響在通道中形成的生物質(zhì)覆蓋層的高度的性質(zhì)。因此，加工單元中的生物質(zhì)的量可以用在隨后的上流通道中在選擇高度下除去生物質(zhì)的手段來控制。此外，當在所述覆蓋層的頂部除去生物質(zhì)時，除去的生物質(zhì)部分基于其沉降性質(zhì)選擇，因此在該過程中保留更好的沉降生物質(zhì)。

因此，隨著生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路中的系統(tǒng)生物質(zhì)在參與這種環(huán)路的所有單元之間循環(huán)，除去過量生物質(zhì)可以實際上在具有圖9和10類型的構(gòu)造的系統(tǒng)中的任何通道中實施。

如果生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路中過量的生物質(zhì)除去例如在所述環(huán)路的第一加工單元zf中實施，較后的加工單元中的生物質(zhì)停留時間也可以比加工單元zf更長。因此，可以選擇高和低基質(zhì)條件之間的生物質(zhì)的環(huán)境周期。

當使用多于1個環(huán)路時，可以單獨針對系統(tǒng)的不同加工單元獲得選擇不同srt和環(huán)境條件的甚至更大自由。

生物質(zhì)載體系統(tǒng)中的生物質(zhì)

移動的生物膜載體系統(tǒng)中的生物質(zhì)fcs和rcs實施方式在應(yīng)用方面是非常簡單的，因為生物膜載體通常易于與加工流體分離。生物質(zhì)移動的速率也可以相對準確地限定。然而，生物膜載體移動的機制需要根據(jù)選擇的載體類型進行選擇。

如圖4所示，基本加工可以具有生物質(zhì)和/或tss沿著加工流體的泄漏。fls1、fls2和fls3表示沿著加工流體流動的泄漏。這些泄漏與期望的生物質(zhì)移動方向相反，且部分減少凈生物質(zhì)流動。有利的是使泄漏減少或最小化，而且重要的是作為rcs的部分的rc3、rc2和rc1分別補償泄漏fls1、fls2和fls3，使得生物質(zhì)的凈流動保持與加工流體流動逆向。

生物質(zhì)改造

取決于循環(huán)中的生物質(zhì)的性質(zhì)，例如當使用移動生物質(zhì)載體時，可能有利的是清潔環(huán)路內(nèi)循環(huán)的載體或其它介質(zhì)。還有，例如當使用活性污泥時，可能有利的是基于其沉降特性改變污泥的組成或選擇循環(huán)污泥。還有利的是在返回主要加工流之前，允許生物質(zhì)排泄細胞內(nèi)吸收的營養(yǎng)素，例如以減少主流hrt。此外，例如厭氧或缺氧污泥可以在主要生物質(zhì)循環(huán)外部臨時用于脫硝。

圖7給出了定位在環(huán)路中從第一單元返回到最后單元的生物質(zhì)中的生物質(zhì)改造的實例。

生物質(zhì)改造單元bmu是生物質(zhì)從生物質(zhì)循環(huán)環(huán)路臨時移動的系統(tǒng)或子系統(tǒng)，用于除了通常在所述環(huán)路中發(fā)生的加工流體的正常加工外的一些其它目的。

bmu還可以構(gòu)造為過量生物質(zhì)除去的手段。

在本發(fā)明的進一步研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當例如使用需氧加工且將參與環(huán)路中的生物質(zhì)與加工流體一起臨時從需氧加工移動到厭氧或缺氧容器時，將含有所述生物質(zhì)的移動的加工流體的基質(zhì)濃度在短暫的遲滯時間后快速提高。

這種現(xiàn)象可以看作當正常生長的do或其它環(huán)境先決條件突然受到限制時，需氧微生物將基質(zhì)排泄到周圍液體。這種現(xiàn)象是本發(fā)明的特征，但在例如as系統(tǒng)凈化器中不會顯著出現(xiàn)，部分原因是as系統(tǒng)中的微生物處于內(nèi)源相，因此它們不具有細胞內(nèi)的過量基質(zhì)。

然而，本發(fā)明的系統(tǒng)鼓勵系統(tǒng)的較后部分中的微生物，在消耗基質(zhì)的同時，以最大效率改造其酶或在其細胞內(nèi)吸收基質(zhì)的其它機制，且當移動到較早部分時，或特別是移動到系統(tǒng)的第一單元時，微生物仍以高度提高的速率吸收基質(zhì)。

已經(jīng)觀察到，包括但限于與進入第一單元的流入物基質(zhì)流動相比的吸氧速率(our)的手段，在系統(tǒng)的第一單元中，微生物吸收的基質(zhì)顯著多于它們可消耗的基質(zhì)。

還觀察到，這種現(xiàn)象在后期尤其是系統(tǒng)的最后單元中至少顯著較少發(fā)生。因此，有利的是，例如在需氧生物質(zhì)環(huán)路的最后單元之后，環(huán)路生物質(zhì)可以暴露于缺氧或厭氧條件，而不使基質(zhì)明顯返回到加工流體。

生物質(zhì)改造單元bmu可連接到生物質(zhì)bm循環(huán)環(huán)路fcs、rcs(rc1、rc2、rc3等)中的任何一個或多個單元zf、z2、z3、zl。

這種bmu的實際應(yīng)用也可以除去一些不期望的流入物污染物、基質(zhì)或中間產(chǎn)物，例如分離固體、脂肪、油或油脂。當bmu中的環(huán)境條件在do、剪切、正常條件的其它變化或那些的組合方面不同或更加苛刻時，某些物質(zhì)可以與生物質(zhì)分離，生物質(zhì)可以基于其性質(zhì)來選擇，或生物膜載體可以清潔或它們的過量生物膜可部分除去以減小其厚度。

bmu的另一個應(yīng)用也在用于基質(zhì)泵送的環(huán)路中使用微生物；當例如需氧微生物在生物質(zhì)改造單元中暴露于缺氧條件時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以將流入物基質(zhì)的大部分從生物質(zhì)提取到生物質(zhì)改造單元中的流體。

基質(zhì)泵構(gòu)造的簡化實施例在圖11中顯示。bmu構(gòu)造成缺氧生物質(zhì)改造單元，且在周期開始時，從zf接收一批混合的加工水和生物質(zhì)bm。在泵送停止后，混合器保持生物質(zhì)懸浮一段選擇的時間，例如30-120分鐘，然后開始沉降。沉降后，沉降的生物質(zhì)返回到zf，而來自生物質(zhì)bm的富含基質(zhì)的加工水移動至厭氧加工。

該單元可以下列階段方案驅(qū)動：

1.將來自zf的生物質(zhì)bm泵送pum到生物質(zhì)改造單元bmu中。在泵送時，將先前批次的生物質(zhì)通過溢流通道cha沖回ret到zf。

2.混合器mix啟動并將生物質(zhì)保持在缺氧或厭氧懸浮液中例如30-120分鐘

3.在混合階段后，生物質(zhì)的沉降開始和在充足的沉降時間后，大部分良好的沉降生物質(zhì)低于優(yōu)選水平的泵送水平，

4.泵送開始并移動富含由生物質(zhì)exh排泄的基質(zhì)的加工水例如至厭氧加工

返回的生物質(zhì)ret沖回到zf將在那里繼續(xù)其正常周期。

該系統(tǒng)有三個主要優(yōu)勢；首先，基質(zhì)可以厭氧加工，其次返回到主環(huán)路的生物質(zhì)將具有比沒有這樣的生長階段中斷周期顯著較低的新生物質(zhì)產(chǎn)率；第三，具有較差沉降特性的生物質(zhì)也可以從主環(huán)路提取且將厭氧消化，這也改進進入次級凈化器時主要加工流的沉降特性。

因此，如果在混合階段期間將基質(zhì)提取到其流體之后在缺氧生物質(zhì)改造中的需氧生物質(zhì)被移回到環(huán)路，同時生物質(zhì)改造單元bmu中剩余的流體移動到厭氧加工，可以實現(xiàn)顯著的成本節(jié)省。厭氧加工更節(jié)能，且其流動獨立于加工流體流動。此外，對于相對低的基質(zhì)濃度流入物，這種厭氧加工的高溫也可以有效地使用。因此，在與主要加工流體流分開的厭氧系統(tǒng)中加工流入物基質(zhì)的該部分是經(jīng)濟上可行的。

加工凈化器

加工凈化器系統(tǒng)可以是需氧、缺氧或厭氧系統(tǒng)，其中生物質(zhì)向zl和/或系統(tǒng)的其它較早部分與加工流體逆向移動，且其中加工或后加工在凈化器起作用的同時在單元中進行。

這對次級凈化器操作是有益的，且在一些情況下，不需要單獨的次級凈化器。由于在每個單元中具有高生物質(zhì)保留的系統(tǒng)的性質(zhì)，當在最后的加工單元之后實施一個或多個主要用于生物質(zhì)保留和返回的加工凈化器單元時，系統(tǒng)可構(gòu)造成具有相對高的mlss。

加工凈化器系統(tǒng)的一個實施例在圖5中顯示。單元za1、za2、za3在生物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的最后加工單元zl之后構(gòu)造成加工凈化器單元pcu。在實踐中，rcs型系統(tǒng)在沒有fcs的情況下實施，因此所有生物質(zhì)都向zl移動。生物質(zhì)fla1、fla2和fla3的泄漏分別由反向循環(huán)單元rcal、rca2和rca3過度補償。

重要的是注意到，例如如果選擇rcal的返回速率，使得當zl中的生物質(zhì)濃度是za1中的生物質(zhì)濃度的3倍時，系統(tǒng)達到rcal和fla1的生物質(zhì)轉(zhuǎn)移速率之間的平衡，且za1、za2和za3的所有階段是類似的，生物質(zhì)從zl到次級凈化器的總泄漏可以降低到低于zl濃度的4%。

這種加工凈化器單元可以視為次級凈化器之前的預(yù)凈化器，其各自保持或與流動逆向返回大部分生物質(zhì)，同時充當小的加工單元。

例如，這樣的預(yù)凈化器可以類似于圖9和10的構(gòu)造，且因此具有icu，其中實際的“加工量”減小到小或最小，且其中hrt實際上由通道hrt支配。因此，前面的系統(tǒng)單元，特別是zl的mlss可以實際選擇，而不需要次級凈化器限制mlss的選擇。

所述加工凈化器單元pcu例如在充氣系統(tǒng)中的另一個具體優(yōu)點是，具有高量的吸收營養(yǎng)素的微生物將不會將所述營養(yǎng)素釋放到生物膜，并因此釋放到流出物，因為環(huán)境保持有利。

雖然所需的srt確保所有需要的微生物種群的種群水平可能另外限制生物質(zhì)處理的可實現(xiàn)速率，t。

這種系統(tǒng)中的單元可以包含除了現(xiàn)有加工介質(zhì)以外的其它介質(zhì)，例如固定或移動的生物膜載體。

一個應(yīng)用是在需氧生物質(zhì)環(huán)路之后引入缺氧或厭氧加工，其中從前面階段泄漏的生物質(zhì)返回到這樣的前面階段。有利的是，當例如固定或移動的介質(zhì)在加工凈化器單元內(nèi)用于厭氧或缺氧加工(例如脫硝)時，與這種固定或移動介質(zhì)分離的生物質(zhì)也將返回到現(xiàn)有環(huán)路并與環(huán)路一起處理生物質(zhì)處理。

另一個應(yīng)用是在厭氧消化階段之后建立用例如固定或移動的生物膜載體的需氧后加工或精加工，其中將分離的生物質(zhì)移動到系統(tǒng)的較早階段，從而也消化精加工階段中產(chǎn)生的需氧污泥。如果例如將移動的生物膜載體用于加工凈化器單元中，則可以在加工凈化器系統(tǒng)中為這種載體布置本發(fā)明的生物膜循環(huán)環(huán)路，以改進加工性能。

返回污泥

在圖8中，示出具有次級凈化器單元scu的系統(tǒng)，其具有從scu返回生物質(zhì)的返回生物質(zhì)循環(huán)單元rcu1。與常規(guī)系統(tǒng)不同，有利的是不布置生物質(zhì)從scu直接返回到zf，因為微生物可能在scu中相對較長地暴露于微生物不能立即恢復正常代謝的環(huán)境條件。因此，有利的是通過所示的備選路線將生物質(zhì)返回到z2、z3或zl而不是zf。

特別是如果在zl和scu之間使用加工凈化器單元pcu，也可以處理來自scu的生物質(zhì)的至少一部分。

fcs和rcs的系統(tǒng)要求

所有加工單元中的bm平衡必須保持在所需的水平?？梢栽趓cs的設(shè)計中設(shè)置加工單元之間的平衡。不具有fcs或rcs的zf中的bm的總量將以zf中的bm凈生長速率(rgrowth)、bm隨流入物進入的速率(rinfluent)和bm從zf沿著加工流體的泄漏速率(rleak)和在zfbm從系統(tǒng)中的除去速率(rremoved)改變，使得zf中的bm凈變化率為

rnet=rgrowth+rinfluent-rleak-rremoved

此外，rcs以rrcs的速率將bm移動到zf。rrcs是關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)之一，由于它限定進入zf的來自較低營養(yǎng)素環(huán)境的bm量，且因此顯著影響zf的營養(yǎng)素吸收速率。

重要的是注意到，當rrcs足夠時，zf的基質(zhì)吸收速率顯著高于其中的實際基質(zhì)消耗速率，且實際速率也取決于基質(zhì)和微生物。因此，zf中的rgrowth也低于基質(zhì)吸收速率，且將另外產(chǎn)生相應(yīng)的生物質(zhì)產(chǎn)率。因此，營養(yǎng)素吸收和消耗以及相關(guān)的bm生長之間的差異將發(fā)生在其它加工單元中。

fcs速率rfcs設(shè)計成補償zf的選擇操作點的rrcs，使得

rfcs=rnet+rrcs

對系統(tǒng)非常有利的是，由于zf中具有平均停留時間(treszf)的zf中的微生物可能在zf經(jīng)歷其最快的生長速率，對應(yīng)于種群倍增時間td，選擇rrcs和rfcs使得所述treszf比td短，因為它促進簇擁且產(chǎn)生較少量的浮游細胞。

此外，隨著微生物的生長階段受到干擾，基質(zhì)的合成代謝消耗轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸獯x，導致新的生物質(zhì)產(chǎn)生減少，但隨著周期時間保持足夠短，微生物不會將其能量消耗降至對內(nèi)源相典型的水平。

在zf中吸收大部分流入物基質(zhì)所需的最小rrcs取決于流入物基質(zhì)濃度。如果rrcs和rfcs增加，td將增加，因此treszf降低到zf中基質(zhì)變得已經(jīng)很少的水平，因此根據(jù)其它系統(tǒng)參數(shù)，rrcs和rfcs可以用作調(diào)節(jié)td和zf中的基質(zhì)濃度的工具。

如果zf中的總bm是mzf，那么通常為了改進生物質(zhì)的沉降性質(zhì)以及減少生成的新生物質(zhì)的量，由于treszf應(yīng)低于td，所以應(yīng)該使用近似的準則：

rfcs>mzf/td，和

rrcs>mzf/td-rnet

當rrcs和rfcs增加或流入物流速或基質(zhì)濃度降低時，td傾向于增加，且zf中的基質(zhì)濃度傾向于都以非線性方式降低。

流入物基質(zhì)濃度、目標微生物的bm產(chǎn)率和選擇的食品與微生物的比率(f/m)以及在zf的測量的基質(zhì)吸收速率rsa可用于評估rrcs和rfcs的目標值，當這些參數(shù)對應(yīng)用的系統(tǒng)條件已知時。

然而，例如在流入物基質(zhì)的分階段分解中，并非所有的生物質(zhì)都能夠直接分解所述基質(zhì)，因此對于能夠分解所述基質(zhì)的其bm中的微生物的部分，zf中的f/m比率達不到統(tǒng)一(lessthanunity)。

因此，針對整個系統(tǒng)選擇的f/m比率與在流入物中存在的任何基質(zhì)的zf中觀察到的f/m比率不同，且強烈取決于流入物基質(zhì)、存在的微生物種群的光譜和系統(tǒng)構(gòu)造。因此，當系統(tǒng)用已知的微生物加工已知的流入物，例如產(chǎn)生所需的最終產(chǎn)物或產(chǎn)生微生物生物質(zhì)時，使用f/m比率或rsa是最可行的。

通常，增加fcs和rcs速率會提高系統(tǒng)性能，直至達到至少局部最大值。增加rfcs和rrcs超過這樣的最大值造成系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)大于所獲得的優(yōu)勢。

研究結(jié)果

使用本發(fā)明的系統(tǒng)的不同構(gòu)造，使用活性污泥作為生物質(zhì)進行研究，且使用正常的as加工反應(yīng)器作為參考。

參考反應(yīng)器(c)

觀察到參考反應(yīng)器性能正常，與當前廣泛用于廢水處理的那些類似。反應(yīng)器的hrt在8至43小時中變化。

本發(fā)明的試驗反應(yīng)器(a型和b型)

在本研究中研究兩種構(gòu)造，同時試驗對構(gòu)造進行的多個改造。構(gòu)造(a)為具有污泥循環(huán)的3單元反應(yīng)器，而構(gòu)造(b)為具有污泥循環(huán)的4單元反應(yīng)器。

(a)和(b)二者分別主要用6和8小時hrt試驗，其中反應(yīng)器的充氣部分占總體積和hrt的約2/3。剩余的1/3用于分離容器的沉降器部分中的污泥，從而將污泥的流動以平推流構(gòu)造充分地減少到下一個單元。這種分離使用正常的沉降器實現(xiàn)。另外，本發(fā)明的加工凈化器構(gòu)造替代正常的沉降器來試驗，其中主要出于混合目的，實施所述加工凈化器的充氣，因此充氣量顯著低于主反應(yīng)器部分。

污泥循環(huán)

fcs使用蠕動泵實施，所述蠕動泵將污泥從第一單元移動到構(gòu)造中的最后單元。

污泥移動可以在沒有任何污泥增稠的情況下發(fā)生，在這種情況下，具有污泥的加工流體通過泵移動?；蛘?，在泵送之前可以使用沉降或其它增稠方法，以在相同量的污泥移動下減少直接從第一單元送到最后單元的加工流體的量。

在試驗期間，在具有和不具有污泥增稠的兩種情況下試驗構(gòu)造，且用于污泥增稠的方法是沉降。

沉降方法以2種方式試驗。首先，通過停止第一單元的充氣4-8分鐘，并將沉降在第一單元底部的污泥泵送，其次在第一單元內(nèi)加入小的未充氣收集單元。收集單元在頂部打開，從而使得第一單元中的污泥能夠進入收集單元，然后沉降到所述收集單元的底部，從這里被泵送。

此外，試驗具有污泥循環(huán)(a型)的3單元的構(gòu)造，接著試驗不具有污泥循環(huán)的1類似單元(bmod型)。此外，在沒有污泥循環(huán)的情況下試驗3單元構(gòu)造(類似于a型)。在這種構(gòu)造中，fcs和rcs二者僅在前三個容器中使用，第四容器未參與bm循環(huán)。

此外，試驗構(gòu)造(z型)，其中類似于圖10的加工單元的6加工單元形成反應(yīng)器，使得4個第一加工單元形成加工部分zf、z2、z3、zl，而2個后續(xù)加工單元形成加工凈化器部分za1、za2。在所述z型構(gòu)造中，使用無需任何污泥增稠方法的fcs，通過使用蠕動泵將zf液體泵送至zl，而與圖9和10類似的加工單元具有與加工流體流動逆向?qū)⑽勰鄰娜魏渭庸卧盟椭燎懊娴募庸卧墓逃刑匦浴?/p>

污泥循環(huán)速率(scr)可以針對參與污泥循環(huán)的構(gòu)造中的污泥限定為污泥通過所述循環(huán)的所有單元或加工單元并返回到其起初的同一單元或處理單元的平均時間。

研究中使用的scr:s在0.5至5天中變化。

試驗的流入物

試驗中使用的流入物是合成廢水，其設(shè)計成模擬正常的城市廢水。流入物的cod在300至大于4000mg/l中變化。這使(a)和(b)的f/m比率范圍對應(yīng)于約0.2至5，且(c)對應(yīng)于約0.1至0.65。此外，其它化合物，例如氮和磷變化，使得c:n:p比率在100:5:0.5至100:20:5中變化。

流入物cod濃度以這種方式變化，使得系統(tǒng)有時間讓新流入物沉降10-90小時。(c)的hrt主要顯著高于(a)和(b)的hrt，特別是在超過正常測量間隔時，因此(c)的適應(yīng)期也較長。

由于使用的試驗容器的充氣限制，未試驗超過約4000的流入物cod值。除了受充氣限制時以外，(a)和(b)沒有顯示在高cod下性能的任何限制。

結(jié)果

參考反應(yīng)器按預(yù)期進行，且其性能與城市和其它廢水處理廠中使用的那些類似。如所預(yù)期，在較高流入物cod(>1500mg/l)和流入物cod的大變化下，(c)反應(yīng)器在不顯著增加hrt的情況下不能再達到可接受的流出物性能。

試驗的(a)和(b)產(chǎn)生穩(wěn)定的良好品質(zhì)流出物，不管流入物cod的大變化和/或水平。

(c)的cod的除去率主要在80-90%左右，取決于流入物。(c)的除去率最初的目標是通過增加(c)的hrt來保持與(a)和(b)的那些相同的范圍，但是結(jié)果是不可行的，特別是在高流入物cod(>1500)下，因此在高流入物cod下允許(c)的流出物cod明顯高于(a)和(b)的那些。

對試驗的各種類型和構(gòu)造的性能評級，使用下式：

方程式中的x可以用作靈敏值，使得較低的x值表示更好的除去速率，因此也表示系統(tǒng)的更好性能。

在試驗期間，(c)的值x主要保持在8左右。(a)和(b)的x在所有變化中主要低于2。用優(yōu)化的fcs和rcs，觀察到x低于1。這些結(jié)果是從500mg/l或更高的流入物cod值獲得的。

還觀察到，試驗構(gòu)造(bmod型)，其中本發(fā)明的系統(tǒng)(a型)后面是不參與污泥循環(huán)的另一個充氣單元，不參與污泥循環(huán)的加工單元不能改進總流出物質(zhì)量，但由于它表示總hrt的1/4，這種構(gòu)造的x值大于正常a型構(gòu)造約1/3。

還觀察到類似于a型構(gòu)造的構(gòu)造(但fcs和rcs被完全禁用，因此不具有本發(fā)明的污泥循環(huán))性能較差，也不能產(chǎn)生具有足夠沉降特性的流出物。因此，本發(fā)明還改進在高f/m比率下mlss的沉降特性。

集成在(b)構(gòu)造中的加工凈化器也作為z型系統(tǒng)試驗。6小時的總hrt表示整個系統(tǒng)的組合hrt。所獲得的x值低于1，通常在0.2至0.8之間，同時將流出物tss降低至約30-200mg/l。根據(jù)加工單元的充氣部分和在兩個充氣加工單元之間形成通道的加工單元的未充氣部分之間的分隔，在2個加工單元中實現(xiàn)90-99%的tss減小。

因此研究表明，本發(fā)明的系統(tǒng)可以將常規(guī)as系統(tǒng)性能改進到4倍或更高，且流入物cod值>500，且可以達到高于10的改進因數(shù)。此外，在沖擊載荷如2:1載荷變化期間動態(tài)性能也優(yōu)異。這種性能改進可以轉(zhuǎn)化為更短的hrt或改進的流出物品質(zhì)，或這些的組合。

中試系統(tǒng)

在kotka,finland的kymenvesioy的mussalo廢水處理廠中進行中試。工廠流入物來自城市和工業(yè)來源，使得大約一半的cod來自工業(yè)，包括造紙和食品工業(yè)。用于該試驗的流入物是來自工廠初級沉降器的側(cè)流，從那里廢水通常進入工廠的缺氧/需氧加工槽。

在中試期間，試驗幾種操作模式。試驗其中每個生物加工單元包括其自身沉降器的連續(xù)流動模式，并將結(jié)果與??具有類似總體積的間歇操作反應(yīng)器進行比較。

加工構(gòu)造，見圖12，是3生物加工單元系統(tǒng)zf、z2、zl，后面是常規(guī)型的后沉降器scu。中試生物反應(yīng)器br的體積為1.5m³，且分別試驗12至2.4小時的停留時間，相應(yīng)的3至15m³/天的流入物流動。

從次級沉降器到流入物的再循環(huán)是在活性污泥廠中實現(xiàn)更高的總氮除去的正常方式，使得再循環(huán)可以例如是流入物流動的1至2倍。也試驗再循環(huán)，但是注意到，試驗過程不需要顯著的再循環(huán)速率來實現(xiàn)非常好的氮減小值，特別是在間歇模式下。

用于試驗的接種物污泥取自相同工廠加工，其也進行氮除去。

在冬季期間進行試驗時，連續(xù)流動試驗的加工溫度主要在8至12攝氏度之間，而間歇試驗的加工溫度主要在6至10攝氏度之間。

工廠流入物營養(yǎng)素濃度與正常的城市廢水相當，cod、總氮和磷平均濃度分別為約600、60和10，且在初級沉淀之后分別為約450、45和4mg/l，顯示對于cod和總氮減少約25%，而對于磷減少50%，也是由于在砂石篩分后加入少量的硫酸鐵。bod/cod比率約為0.5。

試驗連續(xù)模式和間歇模式二者，但試驗更多集中在間歇模式，因為實施更簡單。間歇系統(tǒng)實施方式在圖12中描述。

間歇循環(huán)包括三個階段，總周期時間范圍為20至40分鐘，但大多數(shù)使用約25-30分鐘的總周期時間。第一個是沉降階段，在此期間所有槽中的生物質(zhì)bm快速形成污泥床，其范圍低于流出物管。最佳的沉降階段約為總周期時間的25%。下一階段是填充/傾析階段，在此階段污泥床稍微膨脹但保持低于流出物管。填充/傾析階段約是總周期時間的25%。第三階段是充氣階段，且該階段的最佳值約為總周期時間的50%。

由于在試驗期間總水流wf顯著變化，在高停留時間的小流動期間，因此使用延長的沉降時間，且使用在填充/傾析階段之后的另一個暫?；蚝蟪两怠?/p>

每個生物加工單元zf、z2和zl在填充/傾析階段從底部進料，且槽中的污泥床充當上流污泥過濾器。

正向循環(huán)系統(tǒng)fcs將生物質(zhì)從zf泵送到zl。從zl到z2和從z2到zf的所得重力流動在與主液體流動相反的方向上移動生物質(zhì)，且形成反向循環(huán)系統(tǒng)rcs。污泥循環(huán)也平衡zf-zl中的生物質(zhì)的量。

另外，在充氣結(jié)束時，來自沉降器的少量污泥也移動到zl，由于重力流動，在回流期間的量與充氣期間加工單元zf-zl中的空氣體積相當。用泵從沉降器中除去過量的污泥。

流出物bod水平為10至3mg/l，停留時間為2.4至12小時。這表示從工廠流入物值中除去總量的約97%至99%，在生物過程中減少95%至98%。

流出物的總氮經(jīng)2.4至12小時的停留時間在34至11mg/l中變化。這表示從工廠流入物值中除去總量的約42%至82%，在生物過程中減少25%至75%。特別是在間歇模式下，不需要再循環(huán)來實現(xiàn)高性能的總氮除去。由于脫硝在所有單元zf-zl中發(fā)生，沉降器中的硝酸鹽水平已經(jīng)很低。

間歇模式還使得有機磷除去，且流出物的典型磷含量經(jīng)2.4至12小時的停留時間在0.46至0.16mg/l中變化。因此，所有停留時間減少超過90%，且在所有停留時間下生物減少超過85%。在試驗過程中沒有使用化學品添加，但是通過將合適的化學品例如加入到次級沉降中可以進一步降低到所需的限度。

由于高硝酸鹽濃度液體不再循環(huán)到zf中的流入物，有機磷除去能夠以間歇模式進行。因此，zf的沉降階段使溶解氧do水平下降得非?？?，且在短的充氣時間期間形成了相對少量的硝酸鹽。因此，zf中的條件變成厭氧。需氧-厭氧狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換非常有利于磷積累生物體pao生長并有效減少磷。與zf相比，進一步的生物加工單元z2和zl具有非常低的揮發(fā)性脂肪酸vfa水平，這進一步增強磷吸收并降低了z2和zl中的磷釋放。

因此，用本發(fā)明的系統(tǒng)可以實現(xiàn)使用磷的生物除去的非常良好的流出物水平。

還證實，在發(fā)明的系統(tǒng)中，特別在間歇模式中，有機磷除去可以有效操作，且同時具有高的總氮除去，而不進一步增加到系統(tǒng)或其復雜性。

污泥體積指數(shù)svi是活性污泥加工中的重要因素。經(jīng)試驗的系統(tǒng)，特別是以間歇模式操作時，包括多個選擇器(微生物的環(huán)境條件中的急劇變化)，在厭氧/缺氧或甚至厭氧方面，以及營養(yǎng)素濃度方面。

還證實該系統(tǒng)限制絲狀生物體的生長和優(yōu)選的生物質(zhì)造粒。形成的顆粒主要直徑為約150至300um，最高達500um。短的水力停留時間hrt也導致短的污泥保留時間srt，且顆粒不能變大。

顆粒形成和有限量的絲狀生物體能夠很好地沉降生物質(zhì)，svi范圍為65至80。這對系統(tǒng)性能非常有利，特別是在間歇模式中。為了與相同的流入物比較，mussalo工廠污泥svi在同一時間段期間約為200至250。

由于試驗系統(tǒng)的污泥的非常良好的沉降特性，間歇模式的總周期時間可以降低到20-40分鐘，且可以使用至多6kg/m3的mlss水平，且注意到在該試驗中的最佳值為約5-5.5kg/m3。沉降階段可以降低到約5-8分鐘。

在沉降階段中，污泥沉降進入約8-12分鐘的壓縮階段。因此，短的沉降時間允許從槽的底部同時填充且在槽的頂部作為溢流傾析。這也形成上流污泥床或膨脹污泥床條件。

良好的沉降污泥將保留在系統(tǒng)中，直到mlss超過約5-6kg/m3，這取決于填充速率，即在填充/傾析階段期間在槽中的液體的上升速率。當mlss量超過污泥沉降速率的限值時，過量的污泥將自動離開系統(tǒng)到次級凈化器，從次級凈化器將其除去。

這繼而對系統(tǒng)性能是非常有利的，因為相對短的厭氧或缺氧階段不需要附加的混合以實現(xiàn)微生物和營養(yǎng)素之間的良好接觸，且在一個周期期間可以交換大量的槽液體。同時，mlss自動調(diào)節(jié)到最佳值。

沼氣池中試

使用本發(fā)明的系統(tǒng)的沼氣bg池br的中試由如圖13所示串聯(lián)構(gòu)造的三個uasb型反應(yīng)器zl、z2、zl實現(xiàn)。流入物wf是約15攝氏度的溫度和約10.000-12.000mg/l的cod的豬糞。

每個生物加工單元zl、z2、zl類似于uasb反應(yīng)器，在該單元的頂部具有氣-液-固分離器，其能夠?qū)⑸镔|(zhì)保留在該單元中。fcs通過將固體從zf的下中部泵送到zl的下中部而形成。進行泵送，以便在泵送期間不給出流入物流動，這使得rcs系統(tǒng)能夠通過重力壓力將生物質(zhì)從z2的底部移動到zf，并從zl的底部以大致等于fcs的速率從zl的底部移動到z2。

厭氧加工系統(tǒng)的大多數(shù)多步驟構(gòu)造的典型問題是當?shù)谝患庸卧械纳镔|(zhì)向生物多樣性生長時發(fā)生的系統(tǒng)的分階段，其中水解、產(chǎn)酸和乙酰生成能夠由于與產(chǎn)甲烷細菌相比較高的產(chǎn)酸細菌生長速率而產(chǎn)生過量的有機酸，導致ph降低。

本發(fā)明的系統(tǒng)防止系統(tǒng)的分階段，因為生物質(zhì)在不同的環(huán)境中循環(huán)。生長較快的物類在合適基質(zhì)低的環(huán)境中花費更長的時間，而生長較慢的物類例如產(chǎn)甲烷細菌的種群不足，在所有加工單元中都會看到高基質(zhì)濃度，從而產(chǎn)生最大的生長速率。因此，無論系列構(gòu)造，生物多樣性都會在不同階段的厭氧過程之間達到平衡。

有機磷除去中試

此外，當以間歇模式操作時，有機磷除去在圖13的構(gòu)造中是有效的。大型養(yǎng)豬場中產(chǎn)生的豬糞漿料是良好的肥料，由于氨濃度高，但磷的相對量太高，并限制了作為農(nóng)場肥料的每土地面積的最大使用量。由于這種限制，漿料的運輸導致成本過高。漿料的氣味也是有問題的。

這種漿料可以直接地或在厭氧消化后在本發(fā)明的系統(tǒng)中處理以實現(xiàn)有機磷和氣味的降低二者。在中試系統(tǒng)中，漿料已經(jīng)以圖xxxx的構(gòu)造加工，其結(jié)合有機磷降低和腐殖化二者，這降低了氣味。

已經(jīng)實現(xiàn)了系統(tǒng)的磷降低(在15攝氏度下從約300mg/l降低至約70-90mg/l)和短的水力停留時間。在較短的停留時間下，可以保持磷降低，但腐殖化和因此氣味降低變得較不有效。加工后的磷結(jié)合到磷積累生物體pao的生物質(zhì)，形成產(chǎn)生的污泥的一部分。

因此，液體與固體的分離提供了適用于肥料的低磷和減少氣味的液體。與使用合適的化學品相比，生物磷除去的具體優(yōu)點是其環(huán)境友好性且甚至完全適用于有機耕作。

廢水處理包裝廠

旨在針對使用本發(fā)明的系統(tǒng)的50-80戶的商業(yè)市場的廢水處理包裝廠設(shè)計為400人相等pe大小(personequivalentpesize)(mtb-400)。工廠可以例如是玻璃纖維材料，并結(jié)合過量的污泥儲存、加工和后凈化。還包括部分有機磷除去，且使用化學品進一步降低磷，但比常規(guī)加工更低的劑量。

包裝工廠符滿足所有現(xiàn)有的芬蘭廢水處理規(guī)定，且工廠的大小與100pe的常規(guī)技術(shù)工廠相同，因此結(jié)合4:1大小益處，但還具有較高的總氮除去和對沖擊載荷的高容忍性。

該系統(tǒng)與圖12的中試類似，沉降室也用作放置在系統(tǒng)前面的過量污泥的儲存器。沉降室中的粉碎泵可以為系統(tǒng)提供流入物。系統(tǒng)以間歇模式操作。過量的污泥周期性地從沉降器中除去，當包裝工廠經(jīng)延長時間不接收流入物時，也在系統(tǒng)中提供循環(huán)。對于高總氮除去，不需要循環(huán)，因此較高的水力峰值負載可以長期有效地忍受。