Способ с применением анаммокс-бактерий на носителях биопленки для удаления аммония из потока сточных вод

Способ с применением анаммокс-бактерий на носителях биопленки для удаления аммония из потока сточных вод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка в соответствии с разделом 35 Кодекса законов США § 119(e) испрашивает приоритет по непродолженной заявке на патент США: заявка с порядковым № 13/439153, зарегистрирована 4 апреля 2012 г. Упомянутая выше заявка включена в настоящий документ полностью в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к устройству и способу для удаления аммония из потока сточных вод и, более конкретно, к способу деаммонификации, который включает применение бактерий для аэробного окисления аммония (AOB) и бактерий для анаэробного окисления аммония (ANAMMOX).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Типично, сточные воды, поступающие на очистку, включают аммонийный азот, NH₄-N. Обычно, для того чтобы удалить аммонийный азот, требуется двухстадийный процесс, нитрификация и денитрификация. В этом обычном подходе для удаления аммонийного азота, процесс требует первой стадии, которую называют стадией нитрификации, и которая предусматривает преобразование аммонийного азота в нитрат и очень малое количество нитрита, оба обычно называемые как NO_x. Многие обычные процессы обработки сточных вод активным илом выполняют нитрификацию в зоне аэробной обработки. В зоне аэробной обработки сточные воды, содержащие аммонийный азот, подвергают аэрации, и это вызывает рост культуры микроорганизмов, которая эффективно преобразует аммонийный азот в NO_x. После того, как аммонийный азот был преобразован в NO_x, NO_x-содержащие сточные воды обычно перемещают в бескислородную зону с целью денитрификации. В зоне денитрификации NO_x-содержащие сточные воды выдерживают в резервуаре, в котором отсутствует подаваемый воздух, и ее обычно называют зоной бескислородной обработки. При этом различные культуры микроорганизмов действуют как использующие NO_x в качестве окислителя и тем самым восстанавливают NO_x до свободного азота, который выделяется в атмосферу. Для более полного понимания и оценки обычной биологической нитрификации и денитрификации может быть сделано обращение к описаниям патентов США №№ 3964998; 4056465; 5650069; 5137636; и 4874519.

Обычные процессы нитрификации и денитрификации имеют ряд недостатков. Во-первых, обычные процессы нитрификации и денитрификации требуют значительной энергии, затрачиваемой на образование кислорода, который требуется во время фазы нитрификации. Кроме того, обычные нитрификация и денитрификация требуют значительной подачи внешнего источника углерода.

В последние годы было обнаружено, что деаммонификация может быть выполнена в отдельных случаях в одностадийном биопленочном реакторе. Этот процесс использует носители биопленки и спроектирован для выращивания определенных видов бактерий на носителях биопленки. В частности, целевые бактерии являются бактериями для аэробного окисления аммония (AOB) и бактериями для анаэробного окисления аммония (ANAMMOX). В значительной степени этот подход к деаммонификации был ограничен использованием бокового потока, в котором имеет место сравнительно высокая концентрация аммония, сравнительно низкая концентрация органического углерода и сравнительно высокая температура. Этот процесс применяют, например, при обработке иловой воды от сброженного ила. Термин «иловая вода» означает водный поток, который включен в боковой поток процесса обработки сточных вод, и где водный поток имеет относительно высокую концентрацию аммония по сравнению со сточными водами в основном потоке.

Имеется множество преимуществ процесса деаммонификации. Примерно на 60% меньше кислорода требуется для удаления определенного количества аммонийного азота. Кроме того, процесс деаммонификации не требует дополнительного источника углерода. Помимо этого процесс деаммонификации приводит к меньшему образованию CO₂ и меньшему образованию ила.

Поэтому имеется потребность в процессе деаммонификации, который подходит для по существу полного удаления аммония, как в основном потоке, так и в боковом потоке процесса обработки сточных вод, и который не требует значительного количества кислорода, требующегося для обычной нитрификации и денитрификации, и который особенно применим для основных потоков сточных вод, которые имеют относительно высокое содержание органического углерода и относительно низкую концентрацию аммония.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к процессу деаммонификации, который использует аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии (бактерии ANAMMOX), чтобы удалять аммоний, как из основного потока, так и из одного или нескольких боковых потоков процесса обработки сточных вод.

Кроме того, данное изобретение предусматривает выращивание аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и анаммокс-бактерий в боковом потоке, в котором сточные воды имеют относительно высокую концентрацию аммония, и использование аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и анаммокс-бактерий, выращенных в боковом потоке, чтобы удалять аммоний из сточных вод в основном потоке.

Также данное изобретение предусматривает поочередное контактирование аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и анаммокс-бактерий со сточными водами в основном потоке и боковом потоке, при этом контактирование в боковом потоке используют, чтобы удалять аммоний из сточных вод в боковом потоке, и чтобы восстанавливать аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии при благоприятных рабочих условиях, температуре и субстрате, так что, когда их возвращают в основной поток, они будут эффективными для удаления аммония из сточных вод в основном потоке.

В одном варианте осуществления процесс обработки сточных вод включает основной поток и боковой поток, и процесс включает удаление аммония из сточных вод в боковом потоке, а также удаление аммония из сточных вод в основном потоке. В этом варианте осуществления сточные воды в основном потоке содержат относительно низкую концентрацию аммония, и сточные воды в боковом потоке содержат относительно высокую концентрацию аммония. В боковом потоке сточные воды, имеющие относительно высокую концентрацию аммония, направляются в биопленочный реактор бокового потока, в котором находятся носители биопленки. В биопленочном реакторе бокового потока условия являются благоприятными для выращивания анаммокс-бактерий на носителях биопленки. Это обусловлено отчасти по меньшей мере относительно высокой концентрацией аммония в сточных водах в боковом потоке. Анаммокс-бактерии на носителях биопленки в биопленочном реакторе бокового потока способствуют снижению концентрации аммония в сточных водах в боковом потоке. Анаммокс-бактерии на носителях биопленки также используют, чтобы уменьшать концентрацию аммония в сточных водах в основном потоке, которые по сравнению со сточными водами в боковом потоке имеют относительно низкую концентрацию аммония. Это выполняют посредством контактирования сточных вод в основном потоке с анаммокс-бактериями на носителях биопленки после того, как анаммокс-бактерии находились в биопленочном реакторе бокового потока. Процесс продолжается посредством поочередного приведения анаммокс-бактерий на носителях биопленки в контакт со сточными водами в основном потоке и со сточными водами в боковом потоке таким образом, что анаммокс-бактерии при контактировании со сточными водами в основном потоке способствуют снижению концентрации аммония в сточных водах в основном потоке, и при контактировании со сточными водами в боковом потоке анаммокс-бактерии способствуют снижению концентрации аммония в сточных водах в боковом потоке. Подвергание биомассы воздействию сточных вод в боковом потоке, имеющих относительно высокую концентрацию аммония, эффективно для восстановления анаммокс-бактерий таким образом, что, когда анаммокс-бактерии приводят снова в контакт со сточными водами в основном потоке, анаммокс-бактерии являются эффективными для снижения концентрации аммония в сточных водах в основном потоке.

Другие цели и преимущества данного изобретения станут очевидными из рассмотрения представленного ниже описания и сопроводительных чертежей, которые являются лишь иллюстрацией данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию процесса деаммонификации, включающего процессы в боковом потоке и основном потоке.

Фиг. 2 представляет собой схематическую иллюстрацию, показывающую поочередный процесс в основном потоке и боковом потоке для удаления аммония из сточных вод.

Фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию процесса деаммонификации, подобного тому, что отображен на Фиг. 1, однако в этом случае включающего систему с интегрированной фиксированной пленкой активного ила.

Фиг. 4 иллюстрирует процесс деаммонификации, который использует систему с интегрированной фиксированной пленкой активного ила для удаления аммония, как в основном потоке, так и в боковом потоке.

Фиг. 5 представляет собой схематическую иллюстрацию, показывающую отдельный процесс деаммонификации для основного потока и бокового потока с применением систем с интегрированной фиксированной пленкой активного ила для удаления аммония.

Фиг. 6 иллюстрирует процесс деаммонификации с применением системы с интегрированной фиксированной пленкой активного ила для удаления аммония в боковых потоках.

Фиг. 7 представляет собой таблицу, показывающую удаление аммонийного азота в определенных точках в процессах по Фиг. 1 и 2 без термического гидролиза.

Фиг. 8 представляет собой таблицу, показывающую удаление аммонийного азота в определенных точках в процессах по Фиг. 1 и 2 с термическим гидролизом.

Фиг. 9 представляет собой график, который показывает результаты лабораторных исследований, на котором сравниваются процессы деаммонификации, выполненные посредством системы лишь с биопленкой и системы с интегрированной фиксированной пленкой активного ила.

ОПИСАНИЕ ТИПИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к процессу для удаления аммонийного азота, NH₄-N, в котором аммонийный азот окисляют до нитритного азота без образования значительного количества нитратного азота, и затем нитритный азот денитрифицируют, чтобы образовать элементарный азот. Этот базовый процесс выполняют как в боковом потоке, так и в основном потоке системы и процесса для обработки сточных вод. Как описано ниже, определенные бактерии, способные выполнять эту форму удаления аммонийного азота, выращивают в боковом потоке и используют для удаления аммонийного азота в боковом потоке. В боковом потоке поддерживают условия, которые благоприятны для выращивания бактерий, способных к выполнению этого процесса. Время от времени эти бактерии приводят в контакт со сточными водами в основном потоке, и бактерии функционируют, чтобы удалять аммонийный азот из сточных вод в основном потоке в соответствии с этим процессом. Однако условия в основном потоке не являются благоприятными для выращивания бактерий, которые эффективны в выполнении этого отдельного процесса для удаления аммонийного азота. Соответственно, время от времени бактерии требуется приводить в контакт со сточными водами в боковом потоке для того, чтобы восстанавливать бактерии таким образом, что, когда бактерии приводят снова в контакт со сточными водами в основном потоке, бактерии будут эффективно удалять аммонийный азот.

Более конкретно, процесс деаммонификации по данному изобретению предусматривает частичную нитрификацию до нитрита (т.е. нитритацию), объединенную с тем, что стало известно как процесс анаэробного окисления аммония, чтобы выполнить автотрофное удаление азота в одностадийном биопленочном реакторе, таком как биопленочный реактор с подвижным слоем (MBBR). Предполагается, что две стадии процесса в одностадийном биопленочном реакторе происходят в разных слоях биопленки. Нитритацию выполняют посредством бактерий для аэробного окисления аммония (AOB), и она происходит во внешнем слое биопленки, в то время как анаэробное окисление аммония анаммокс-бактериями происходит во внутреннем слое биопленки. Соответственно, предполагают, что в таком одностадийном биопленочном реакторе происходит одновременное удаление аммонийного азота аммоний-окисляющими бактериями (AOB) и анаммокс-бактериями. По сравнению с обычными нитрификацией и денитрификацией, этот подход к деаммонификации может выполнять удаление азота из сточных вод при примерно на 60% меньшем количестве кислорода и без необходимости во внешнем источнике углерода. Соответственно, этот процесс вносит значительный вклад в экономию энергии при обработке сточных вод.

Имеют место проблемы при осуществлении такого процесса деаммонификации эффективным образом. Одна из основных проблем заключается в том, что в этом подходе к деаммонификации анаммокс-бактерии растут медленно, и имеет место относительно небольшой выход биомассы анаммокс-бактерий. Кроме того, анаммокс-бактерии чувствительны к низким концентрациям растворенного кислорода, высоким концентрациям нитрита и другим факторам окружающей среды, таким как температура, вследствие их автотрофной и анаэробной природы.

Соответственно, как рассмотрено выше, данное изобретение сосредоточено на выращивании и размножении анаммокс-бактерий на носителях биопленки в боковом потоке, где условия, такие как сравнительно высокая концентрация аммония, относительно высокая температура и относительно низкая концентрация органического углерода, благоприятны для роста анаммокс-бактерий. Когда анаммокс-бактерии в боковом потоке достигают определенной концентрации или зрелости, тогда они могут быть приведены в контакт со сточными водами в основном потоке, где анаммокс-бактерии, наряду с аммоний-окисляющими бактериями (AOB), будут эффективными для удаления аммонийного азота из основного потока, посредством перемещения носителей биопленки. С другой стороны, условия в основном потоке обычно не являются достаточными для роста и вызывания размножения анаммокс-бактерий. Это обусловлено тем, что обычно нормируемые условия в основном потоке будут такими, что имеет место относительно низкая концентрация аммония, относительно низкая температура и иногда относительно высокая концентрация органического углерода. По этой причине, через некоторое время в основном потоке носители биопленок с биопленкой анаммокс-бактерий и аммоний-окисляющих бактерий (AOB) будут снова приводиться в контакт с иловой водой в боковом потоке, имеют место условия, которые вызывают рост и размножение анаммокс-бактерий.

Процессы деаммонификации могут быть использованы для удаления аммония из иловой воды, образованной обезвоживанием анаэробно сброженного ила. Этот процесс обычно выполняют при обработке бокового потока. Такие процессы в боковом потоке обычно используют систему биопленочного реактора, такую как системы с биопленочными реакторами с подвижным слоем (MBBR) или системы с гранулами. Вследствие благоприятных условий и характеристик иловой воды, таких как относительно высокая температура, относительно высокая концентрация аммония и относительно низкая концентрация органического углерода, аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии в процессе деаммонификации бокового потока способны к росту при достаточно высокой скорости и вытеснении гетеротрофов. Посредством использования носителей биопленки, процесс в боковом потоке является эффективным, чтобы эффективно производить засеянные носители биопленки, которые могут быть перемещены или направлены к другим процессам деаммонификации на биопленке в качестве затравок.

Нагрузка по азоту в иловой воде типично составляет примерно 15-20% от общей нагрузки по азоту станции в случае обычной станции с нитрификацией активным илом, а остальные 80-85% нагрузки все еще требуют обработки в основном потоке при применении обычных процессов нитрификации и денитрификации. Поэтому применение процесса деаммонификации в основном потоке целесообразно для того, чтобы успешно выполнить удаление азота и соответствовать целевым показателям в отношении энергопотребления или требованиям для станции для обработки сточных вод. Соответственно, идея данного изобретения заключается в том, чтобы использовать процесс деаммонификации, который удаляет значительную часть, по меньшей мере приблизительно 70-80%, нагрузки по аммонийному азоту, поступающей в систему 50 для обработки сточных вод. См. Фиг. 1-5. Идея заключается в достижении этого посредством использования процессов деаммонификации как в боковом потоке, так и в основном потоке. Термин «обработка в основном потоке» означает систему для обработки сточных вод или процесс, который обрабатывает жидкость от неочищенных сточных вод до полностью очищенных сточных вод (конечного эффлюента) и который обычно включает первичные отстойники и систему вторичной биологической обработки с удалением биогенных питательных веществ (BNR) или без него. Термин «обработка в боковом потоке» или «процесс в боковом потоке» означает процесс, который выполняют в зонах вне основного потока и который, как правило, создает потоки, образованные внутри системы для обработки сточных вод в дополнение к сточным водам, поступающим на очистку в станцию. Например, процесс в боковом потоке может включать надосадочные жидкости, промывочные воды, воды для ополаскивания и другие виды жидкостных потоков, которые образуются в ходе процесса обработки сточных вод.

Неочищенные сточные воды или первичный эффлюент (сточные воды после первичной очистки), как правило, не подходят для процесса деаммонификации, поскольку такие сточные воды имеют обычно высокое содержание органического углерода или высокое отношение углерода к азоту. Поэтому, при применении процесса деаммонификации в основном потоке, систему и процесс конфигурируют, чтобы удалять азот из вторичного эффлюента (сточных вод, прошедших вторичную очистку). В одном варианте осуществления биологический процесс, применяемый для обработки первичного эффлюента, сфокусирован в основном на устранении биохимической потребности в кислороде (BOD). Такой системой устранения биохимической потребности в кислороде (BOD) может являться: (1) система суспензионного выращивания, такая как система с обычным активным илом (CAS) с коротким временем удержания твердых частиц (SRT) или система с илом, активированным высокочистым кислородом; (2) биопленочная система, такая как биопленочный реактор с подвижным слоем (MBBR) для удаления углерода и биологический аэрируемый фильтр (BAF) для удаления углерода; или (3) система анаэробной обработки, такая как система с анаэробным слоем ила в восходящем потоке (UASB) или анаэробный мембранный биореактор (AnMBR). Эффлюент из вышеуказанных систем называют вторичным эффлюентом, и этот вторичный эффлюент обычно имеет относительно низкую концентрацию аммония и относительно низкую биохимическую потребность в кислороде (BOD) и относительно низкое общее содержание взвешенных твердых частиц (TSS).

Даже при низких биохимической потребности в кислороде (BOD) и общем содержании взвешенных частиц (TSS), вторичный эффлюент все еще не подходит сразу же для процесса деаммонификации вследствие его относительно низкой температуры и относительно низкой концентрации аммония. Как использовано в данном документе, когда указывают, что сточные воды в основном потоке имеют относительно низкую температуру и относительно низкую концентрацию аммония, это является сравнением с иловой водой в боковом потоке, поскольку, как указано в данном документе, иловая вода в боковом потоке по сравнению со сточными водами в основном потоке имеет относительно высокую температуру и относительно высокую концентрацию аммония, а также относительно низкое отношение органического углерода к азоту. В некоторых случаях может даваться указание на относительно низкую концентрацию углерода. Это означает относительно низкое отношение органического углерода к азоту. Относительно низкая температура в основном потоке приводит к относительно низкой скорости роста анаммокс-бактерий. Низкая концентрация аммония в основном потоке может являться существенным ограничивающим фактором для роста анаммокс-бактерий, особенно в биопленочных системах обработки. Вышеуказанные два фактора приводят к относительно медленному производству биомассы. Даже когда носители биопленки применяют, чтобы аккумулировать и поддерживать биомассу, все еще затруднено наращивание достаточной биомассы, которая необходима для выполнения эффективного процесса очистки деаммонификацией в подходящем объеме реактора в основном потоке.

Поэтому данное изобретение предусматривает биопополнение процесса деаммонификации в основном потоке от его аналога в боковом потоке. Другими словами, данное изобретение предусматривает образование засеянных носителей или подложек биопленки в боковом потоке, когда носители или подложки биопленки засеиваются аммоний-окисляющими бактериями (AOB) и анаммокс-бактериями, и стратегическое применение засеянных носителей или подложек биопленки для удаления аммонийного азота из сточных вод в основном потоке и особенно для удаления аммонийного азота из вторичного эффлюента.

Фиг. 1-3 показывают три системы и процесса для выполнения деаммонификации как в боковом потоке, так и в основном потоке. На Фиг. 1 засеянные носители биопленки перемещают вперед и назад между биопленочным реактором 88 деаммонификации бокового потока и биопленочным реактором 62 деаммонификации основного потока. В варианте осуществления на Фиг. 2 предоставлена поочередная подача вторичного эффлюента и иловой воды к интегрированной системе 100 деаммонификации основного потока-бокового потока. В этом частном варианте осуществления аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии преимущественно производятся, когда носители биопленки подаются на иловую воду в боковом потоке в реакторе деаммонификации 102, и это эффективно удаляет аммонийный азот или аммоний из иловой воды и в то же самое время служит для засеивания носителей биопленки для применения в дальнейшем при удалении аммонийного азота из вторичного эффлюента в основном потоке. Вариант осуществления на Фиг. 3 подобен системе и процессу, представленным на Фиг. 1, однако использует процесс с интегрированной фиксированной пленкой активного ила.

При конкретной ссылке на чертежи, система для обработки сточных вод представлена на них и обозначена в целом цифровым обозначением 50. Как указано выше, система 50 для обработки сточных вод спроектирована, чтобы удалять аммонийный азот или аммоний из сточных вод посредством использования аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и анаммокс-бактерий. Система 50 для обработки сточных вод показана в двух вариантах осуществления, варианте осуществления по Фиг. 1 и варианте осуществления по Фиг. 2. Однако оба варианта осуществления используют биопленочные процессы в основном потоке и в боковом потоке. Аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии выращивают в боковом потоке и используют для удаления аммония в боковом потоке и также приводят в контакт со сточными водами в основном потоке, чтобы удалять из него аммоний. Время от времени используемые бактерии и носители биопленки приводят снова в контакт с боковым потоком для того, чтобы восстановить бактерии и продолжить удаление аммония из бокового потока.

Как видно из Фиг. 1, основной поток включает первичный отстойник 54 с последующим реактором 58 для биологической обработки. Как рассмотрено выше, различные биологические системы могут быть использованы для устранения биохимической потребности в кислороде (BOD) в реакторе 58 для биологической обработки. Например, типичные системы для устранения биохимической потребности в кислороде (BOD) включают системы с обычным активным илом с коротким временем удержания твердых частиц или системы с илом, активированным высокочистым кислородом, биопленочные системы, такие как система с биопленочным реактором с подвижным слоем (MBBR) для удаления углерода и биологический аэрируемый фильтр (BAF) для удаления углерода или система анаэробной обработки, такая как система с анаэробным слоем ила в восходящем потоке (UASB) или анаэробный мембранный биореактор (AnMBR). Ниже по потоку от реактора 58 для биологической обработки расположен биопленочный реактор 62 деаммонификации основного потока. Ниже по потоку от реактора 62 расположены система 66 оптимальной доочистки обычной нитрификацией-денитрификацией и сепаратор 68 жидкой и твердой фаз. В некоторых случаях данный процесс может уменьшать концентрацию аммония в процессе деаммонификации основного потока без применения процесса доочистки нитрификацией-денитрификацией. В этом варианте осуществления эти компоненты образуют компоненты основного потока. Однако следует принимать во внимание, что система 50 для обработки сточных вод может включать дополнительные компоненты, которые могут быть направлены на определенные загрязняющие вещества или условия обработки. Кроме того, основной поток включает подводящую линию 52, которая соединена с первичным отстойником 54. Линия 56 первичного эффлюента 56 функционально соединяет первичный отстойник 54 и реактор 58 для биологической обработки. Линия 60 вторичного эффлюента функционально соединяет биологический реактор 58 и реактор 62 деаммонификации основного потока. Наконец, имеется линия 64 эффлюента, соединяющая реактор 62 и систему 66 доочистки нитрификацией-денитрификацией 66 в системах или процессах, которые могут использовать систему доочистки нитрификацией-денитрификацией. В заключение, имеется линия 70 эффлюента, которая протянута от сепаратора 68 жидкой и твердой фаз.

В боковом потоке предусмотрен илоуплотнитель 80. Илоуплотнитель 80 принимает вторичный ил из реактора 58 для биологической обработки. Линии выпуска ила протянуты от первичного отстойника 54 и илоуплотнителя 80 к узлу 82 термического гидролиза, который является необязательным. В некоторых случаях, объединенный ил из первичного отстойника 54 и илоуплотнителя 80 подают непосредственно в реактор 84 для анаэробного сбраживания. Ниже по потоку от реактора 84 для анаэробного сбраживания размещен узел 86 обезвоживания ила, который производит иловый кек для удаления в качестве отходов и иловую воду. Иловую воду из узла 86 обезвоживания ила направляют в биопленочную систему 88 деаммонификации бокового потока. Биопленочные системы 62 и 88 деаммонификации, как основного потока, так и бокового потока, используют носители биопленки. Обе системы 62 и 88 включают систему аэрации и смесители или другие обычные средства для смешивания. В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 1, предоставлены узлы 90 и 92 для переноса биопленки. Это предоставляет возможность переноса носителей биопленки с поддерживаемой на них биомассой вперед и назад между биопленочной системой 62 деаммонификации основного потока и биопленочной системой 88 деаммонификации бокового потока. Могут быть использованы различные виды узлов для переноса биопленки. В одном из примеров узел для переноса носителя биопленки содержит эрлифтный насос, который закачивает воду вверх из систем или реакторов 62 или 88, и при закачивании воды носители биопленки и биомасса на них вовлекаются в воду. В повышенной точке носители биопленки эффективно отделяются от воды и проходят под действием силы тяжести, например, из реактора 88 в реактор 62 или наоборот. Узлы для переноса носителей биопленки спроектированы таким образом, что как только носители биопленки отделяются от воды, эта вода стекает обратно в расположенный ниже реактор 62 или 88.

При обращении снова к Фиг. 2, система обработки сточных вод, показанная на ней, включает интегрированную систему деаммонификации основного потока-бокового потока, обозначаемую в целом числовым обозначением 100. Система 100, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 1, используется вместо реакторов 62 и 88. Эффективным образом интегрированная система 100 деаммонификации основного потока-бокового потока спроектирована, чтобы функционировать в качестве части основного потока и бокового потока системы 50 для обработки сточных вод. При более подробном рассмотрении системы 100 видно, что она включает последовательность биопленочных резервуаров или биопленочных реакторов 102. Число резервуаров или реакторов может изменяться в зависимости от требуемой производительности системы для обработки сточных вод и нагрузки по аммонийному азоту сточных вод, поступающих на очистку. Каждый из биопленочных реакторов 102 снабжен аэраторами и смесителями или другими обычными средствами для смешивания в них сточных вод.

При рассмотрении Фиг. 2 и интегрированной системы 100 более подробно, видно, что предоставлена основная линия 106 для иловой воды, которая протянута от узла 86 обезвоживания ила к интегрированной системе 100. От основной линии 106 для иловой воды ответвляется ряд подающих линий 106A, при этом каждая подающая линия соединена с одним из биопленочных реакторов 102. Каждая подающая линия 106A включает узел распределения потока, такой как клапан для регулирования потока иловой воды в различные биопленочные реакторы 102. Кроме того, предоставлена линия 110 для подачи основного потока, которая функционально соединена с линией 60 вторичного эффлюента. От линии 110 для подачи основного потока ответвляется ряд ответвлений 110A для подачи основного потока, которые направляют вторичный эффлюент в соответствующие биопленочные реакторы 102. Каждое из этих подающих ответвлений 110A включает регулирующий клапан. На выходной стороне каждого биопленочного реактора 102 предоставлены две выпускные линии 107 и 108 для перемещения обработанной иловой воды или обработанного вторичного эффлюента из соответствующих биопленочных реакторов. Каждая из этих выпускных линий также включает клапан для регулирования протекающего через них потока обработанной иловой воды или вторичного эффлюента. Выпускные линии 107, в одном варианте осуществления, используют, чтобы перемещать обработанную иловую воду из биопленочных резервуаров 102. Выпускные линии 108, с другой стороны и в случае одного из вариантов осуществления, используют, чтобы перемещать вторичный эффлюент из соответствующих биопленочных резервуаров 102. Выпускные линии 108 функционально соединены с коллекторной линией 112, которая направляет обработанный вторичный эффлюент в линию 64. Выпускные линии 107, в одном из вариантов осуществления, функционально соединены с возвратной линией 94. Это делает возможным рециркулирование обработанной иловой воды в место выше по течению интегрированной системы 100 деаммонификации основного потока/бокового потока. Конструктивное решение, представленное на Фиг. 2, применяют, когда имеют место высокие требования в отношении качества воды, протекающей через линию 64. В некоторых случаях, когда требования в отношении качества воды не являются такими высокими, линии 107 и 108, связанные с каждым из биопленочных резервуаров 102, могут быть объединены, чтобы образовать единственную линию, которая функционально соединена с коллектором 112. В этом последнем случае, следует, что обработанная иловая вода не рециркулируется посредством линии 94.

Фиг. 3 отображает альтернативный вариант осуществления данного изобретения, который во многих отношениях сходен с процессом на Фиг. 1. Основная разница между двумя процессами заключается в том, что процесс на Фиг. 3 использует систему с интегрированной фиксированной пленкой активного ила (IFAS) в процессе деаммонификации основного потока. А именно, реактор деаммонификации 150, показанный на Фиг. 3, включает биомассу на фиксированной пленке и взвешенную биомассу. При этом биомасса на фиксированной пленке содержит биомассу, поддерживаемую на носителе биопленки или другой поддерживающей структуре. Этот процесс также включает вторичный отстойник 152, расположенный ниже по потоку от реактора деаммонификации 150. Линия 154 для возврата активного ила протянута от отстойника 152 к линии 60 вторичного эффлюента. Реактор деаммонификации 150 обычно снабжен аэраторами и смесителями.

При возвращении теперь к процессу, показанному на Фиг. 1, видно, что первичный отстойник 54 производит первичный ил, а реактор 58 для биологической обработки производит вторичный ил. Вторичный ил направляют в илоуплотнитель 80, и произведенный уплотненный ил объединяют с первичным илом и в одном из случаев направляют в узел 82 термического гидролиза. Как указано выше, узел 82 термического гидролиза является необязательным. Во всяком случае, выходной продукт узла 82 термического гидролиза или объединенный ил направляют в реактор 84 для анаэробного сбраживания, который производит сброженный ил. Сброженный ил направляют в систему 86 обезвоживания ила, которая производит иловый кек для удаления в качестве отходов и иловую воду. Иловая вода имеет относительно высокую температуру, температуру, которая обычно больше чем 20°C и находится обычно в интервале от 25°C до 35°C. Кроме того, иловая вода имеет относительно высокую концентрацию аммонийного азота. Без термического гидролиза концентрация аммония в иловой воде составляет приблизительно 300-1500 мг/л. Обычно концентрация аммонийного азота составляет приблизительно 1000 мг/л. Однако с термическим гидролизом концентрация аммонийного азота в иловой воде составляет приблизительно 1000-2000 мг/л и обычно приблизительно 1500 мг/л.

В любом случае иловую воду направляют в биопленочную систему или реактор 88 для деаммонификации бокового потока. Реактор 88 включает носители биопленки, и носители биопленки засеяны аммоний-окисляющими бактериями (AOB) и анаммокс-бактериями, что является результатом благоприятных условий, которые имеют место в реакторе 88. Биопленка или биомасса, поддерживаемая носителями биопленки, эффективна в реакторе 88, чтобы удалять аммонийный азот из иловой воды. Как видно в иллюстративной таблице на Фиг. 7, концентрация аммонийного азота в иловой воде составляет 671 мг/л, в то время как обработанный эффлюент из реактора 88, эффлюент от деаммонификации бокового потока, составляет 100 мг/л. Как предположено в таблице, это составляет удаление приблизительно 85% аммония, удаление 75% общего азота (TN), и приблизительно 10% нитрата производится в реакторе 88 бокового потока. Как видно на Фиг. 1, поток обработанной иловой воды направляется через линию 94 и смешивается с вторичным эффлюентом.

Наряду с удалением аммонийного азота из иловой воды в реакторе 88, аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии растут и размножаются. Как правило, время удвоения составляет приблизительно 1-2 дня для аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и более чем 10-11 дней для анаммокс-бактерий.

Для того чтобы выполнить деаммонификацию в основном потоке, когда носители биопленки в реакторе 88 бокового потока в достаточной мере засеяны аммоний-окисляющими бактериями (AOB) и анаммокс-бактериями, некоторые из носителей биопленки могут быть перемещены из реактора 88 бокового потока в реактор 62 деаммонификации основного потока. Как указано выше, это может быть выполнено посредством применения эрлифтного насоса, чтобы поднять носители биопленки из иловой воды в реакторе 88, и посредством применения наклонного лотка, конвейера или другого средства для перемещения засеянных носителей биопленки непосредственно в реактор 62 деаммонификации основного потока. При этом биопленка, содержащая аммоний-окисляющие бактерии (AOB) и анаммокс-бактерии, является эффективной для удаления аммонийного азота из вторичного эффлюента. Как показывает таблица на Фиг. 7, в типичном варианте осуществления содержание аммонийного азота уменьшается в реакторе 62 основного потока от 53 мг/л до 10 мг/л. Как указывает сопроводительное замечание в таблице на Фиг. 7, ожидается, что содержание аммония в эффлюенте составляет приблизительно 10 мг/л, и 10% нитрата производится посредством процесса деаммонификации в реакторе 62 основного потока.

Как рассмотрено выше, условия в реакторе 62 деаммонификации основного потока не являются благоприятными для роста аммоний-окисляющих бактерий (AOB) и анаммокс-бактерий. Это обусловлено тем, что вторичный эффлюент имеет относительно низкую к