申请日2011.08.17
公开(公告)日2013.09.11
IPC分类号C02F3/12
摘要
公开了一种生物学处理废水和从废水除去污染物的方法。在处理废水的过程中，生产生物质。除了从废水除去污染物以外，本发明的过程或方法需要增强生物质的PHA积累潜力。公开了多种用于生物学废水处理系统的过程，用于增强PHA积累潜力。例如，如下实现增强的PHA积累潜力：将生物质暴露于丰富和匮乏条件，并且在将生物质暴露于匮乏条件之后，通过施用大于5mg-COD\L\分钟的平均峰值刺激性RBCOD进料速率与大于0.5mg-COD\g-VSS\分钟的平均峰值RBCOD比进料速率组合，通过将生物质暴露于丰富条件持续所选的时间段，刺激生物质进入丰富时期。在另一个实例中，通过使生物质经受引起生物质达到峰值呼吸速率的丰富条件，增强生物质的PHA积累潜力，该峰值呼吸速率为生物质的现存最大呼吸速率的至少40%。论述了可有助于增强生物质的PHA积累潜力的其它过程。
权利要求书
1.一种处理城市废水的方法，所述方法包括：
a. 将含有可容易生物降解的化学需氧量(RBCOD)的城市废水引导至处理区域;
b. 通过从废水除去污染物，在所述处理区域中生物学处理废水;
c. 在处理废水时生产生物质;
d. 通过以下方式增强生物质的聚羟基烷酸酯(PHA)积累潜力：
i. 将生物质暴露于交替丰富和匮乏条件;和
ii. 在将生物质暴露于匮乏条件之后，通过施用大于5 mg-COD/L/分钟的平均峰值丰富刺激性RBCOD进料速率与大于0.5 mg-COD/g-VSS/分钟的平均峰值丰富RBCOD比进料速率组合，通过将生物质暴露于丰富条件持续所选的时间段，刺激生物质进入丰富时期。
2.权利要求1的方法，其中刺激所述生物质进入丰富时期包括在丰富条件期间保持所述生物质可利用的RBCOD的峰值浓度为10 mg-COD/L – 2000 mg-COD/L。
3.权利要求1的方法，其中基于RBCOD，所述待处理的废水包括体积有机负载速率等于或大于2 kg-COD/m3/天。
4.权利要求1的方法，所述方法包括提供废水流入流，其中多于50%的RBCOD平均包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物。
5.权利要求1的方法，所述方法包括提供废水流入流，其中多于75%的RBCOD平均包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物。
6.权利要求1的方法，所述方法还包括通过使生物质与新鲜的流入废水预混合，刺激丰富条件。
7.权利要求6的方法，所述方法包括使生物质与流入废水混合，使得废水与再循环的生物质的体积混合比为约0.1-约5.0。
8.权利要求1的方法，其中将所述生物质与废水混合，并且其中所述丰富条件在丰富区域执行;并且其中所述方法包括通常保持在丰富区域中的溶解氧浓度大于0.5 mg-O2/L。
9.权利要求1的方法，所述方法包括将流入城市废水流引导至处理区域;再循环至少一部分生物质，和将再循环的生物质与流入废水混合;并且生物质再循环速率基于：(1) 通过在线监测测定的流入废水的水品质或(2) 诱导的生物质呼吸速率。
10.权利要求1的方法，所述方法包括将流入城市废水流引导至处理区域;再循环至少一部分生物质，和将再循环的生物质与流入废水混合;并且生物质再循环速率基于：(1) 通过抓取法取样测定的流入水品质或(2) 离线监测诱导的生物质呼吸速率。
11.权利要求1的方法，所述方法包括生产具有积累多于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质。
12.权利要求1的方法，所述方法包括生产具有积累多于40 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质。
13.权利要求1的方法，所述方法包括保持所述生物质的固体停留时间小于2天。
14.权利要求1的方法，所述方法包括保持所述生物质的固体停留时间小于4天。
15.权利要求1的方法，所述方法包括自所述废水分离颗粒状有机物质，和使已分离的特定有机物质发酵，并且其中通过已分离的特定有机物质的发酵生产的RBCOD用于增强丰富条件，或者在收获生物质之后使用，为PHA生产供应RBCOD。
16.权利要求1的方法，其中增强所述生物质的PHA积累潜力还包括以下的两种或更多种：
a. 在丰富条件期间，保持所述生物质可利用的RBCOD的平均峰值浓度在10 mg-COD\L-2000 mg-COD\L;
b. 提供包括体积有机负载速率等于或大于2 kg-RBCOD\M3\天的废水;
c. 自所述废水分离生物质，再循环已分离的生物质，使生物质与流入废水混合，使得废水与再循环的生物质的体积混合比为约0.1-约5.0;和
d. 保持所述生物质的固体停留时间小于4天。
17.权利要求16的方法，所述方法包括生产具有积累多于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质。
18.权利要求17的方法，所述方法包括提供废水，其中在废水中至少75%的RBCOD平均包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物。
19.权利要求16的方法，其中所述丰富条件存在于丰富区域中，并且其中所述方法还包括通常保持在丰富区域中的溶解氧浓度大于0.5 mg\O2\L。
20.权利要求16的方法，其中增强生物质的PHA积累潜力还包括步骤a、b、c和d。
21.权利要求20的方法，所述方法还包括：
a. 生产具有积累多于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质;
b. 提供废水，其中在废水中至少75%的RBCOD平均包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物;和
c. 其中所述丰富条件存在于丰富区域中，并且其中所述方法还包括通常保持在丰富区域中的溶解氧浓度大于0.5 mg\O2\L。
22.一种处理流入废水和生产具有增强的PHA积累潜力的混合培养生物质的方法，所述方法包括：
a. 将含有RBCOD的流入废水引导至废水处理系统;
b. 生产生物质并利用所述生物质来生物学处理废水和从中除去污染物;
c. 通过以下增强生物质的PHA积累潜力：
(1) 在废水处理系统内使生物质经受交替丰富和匮乏条件，并且其中在至少一种情况下，在经受丰富条件之前使生物质经受匮乏条件;和
(2) 通过使生物质经受引起生物质达到峰值呼吸速率的丰富条件，用RBCOD丰富刺激所述生物质，该峰值呼吸速率为生物质的现存最大呼吸速率的至少40%。
23.权利要求22的方法，其中生物学处理所述废水生产污泥，并且其中通过控制污泥保留时间和RBCOD负载进一步增强生物质中的PHA积累潜力。
24.权利要求22的方法，所述方法还包括通过使生物质经受丰富条件，增强生物质的PHA积累潜力，其中混合液的峰值RBCOD浓度为至少10 mg-COD/L。
25.权利要求22的方法，其中基于RBCOD的体积有机负载速率等于或大于2 kg-COD/m3/天。
26.权利要求22的方法，所述方法还包括提供流入废水，其中平均25%或更少的RBCOD由VFA和醇组成。
27.权利要求22的方法，其中所述废水连续进料或分批进料，并且其中通过使生物质与流入废水预混合来刺激丰富条件，以便建立丰富刺激性条件。
28.权利要求26的方法，其中自所述废水分离生物质，并且再循环用于与流入废水混合;并且其中所述流入废水与再循环的生物质体积混合比为0.1-5.0。
29.权利要求22的方法，所述方法包括向经受丰富条件的生物质供应氧，使得平均的溶解氧浓度大于0.5 mg-O2/L。
30.权利要求22的方法，所述方法包括在线监测流入废水的水品质或诱导的生物质呼吸速率，和基于在线监测确定用于使生物质与流入废水混合的混合比或混合比的范围。
31.权利要求22的方法，所述方法包括进行抓取法取样和离线分批监测流入废水的水品质或诱导的生物质呼吸速率，和基于抓取法取样和离线分批监测确定用于使生物质与流入废水混合的混合比或混合比的范围。
32.权利要求22的方法，所述方法包括生产生物质和积累其中的PHA，并且其中在生物质中积累的PHA的质量大于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体。
33.权利要求22的方法，所述方法包括生产生物质和积累其中的PHA，并且其中在生物质中积累的PHA的质量大于40 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体。
34.权利要求22的方法，所述方法包括控制生物质的固体停留时间为小于2天。
35.权利要求22的方法，所述方法包括控制生物质的固体停留时间为小于4天。
36.权利要求22的方法，所述方法包括在丰富处理的上游自流入废水分离颗粒状有机物质。
37.权利要求36的方法，所述方法包括使已分离的颗粒状有机物质发酵，通过发酵生产RBCOD，和利用通过发酵生产的RBCOD来增强丰富条件或供应RBCOD用于在收获的生物质中最终的PHA生产。
38.权利要求22的方法，其中增强生物质的PHA积累潜力还包括以下的两种或更多种：
a. 在丰富条件期间，保持所述生物质可利用的RBCOD的平均峰值浓度在10 mg-COD\L-2000 mg-COD\L;
b. 提供废水，其包括体积有机负载速率等于或大于2 kg-RBCOD\M3\天;
c. 自所述废水分离生物质，再循环已分离的生物质，使生物质与流入废水混合，使得废水与再循环的生物质的体积混合比为约0.1-约5.0;和
d. 保持生物质的固体停留时间小于4天。
39.权利要求22的方法，所述方法包括生产具有积累多于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质。
40.权利要求39的方法，所述方法包括提供废水，其中在废水中至少75%的RBCOD包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物。
41.权利要求22的方法，其中所述丰富条件存在于丰富区域中，并且其中所述方法还包括通常保持在丰富区域中的溶解氧浓度大于0.5 mg\O2\L。
42.权利要求22的方法，其中增强生物质的PHA积累潜力还包括步骤a、b、c和d。
43.权利要求42的方法，所述方法还包括：
a. 生产具有积累多于30 g-PHA/100 g-生物质挥发性固体的能力的生物质;
b. 提供废水，其中在废水中至少75%的RBCOD包含除挥发性脂肪酸和醇以外的化合物;和
c. 其中所述丰富条件存在于丰富区域中，并且其中所述方法还包括通常保持在丰富区域中的溶解氧浓度大于0.5 mg\O2\L。
说明书
处理城市废水和生产具有生物聚合物生产潜力的生物质的方法
发明领域
本发明涉及一种生物学废水处理系统和方法，更具体地，本发明涉及一种生产能积累聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)的生物质的生物学废水处理系统和方法。
发明背景
家庭废水主要衍生自住宅区域和商业区。公共机构和娱乐设施也代表有助于该废水的来源。在初步沉降后，家庭废水的有机含量通常在100-900 mg-COD/L的低范围，当然在1000 mg-COD/L以下。当遇到较高强度的城市废水时，城市处理设施可能承受家庭废水加上在该区域中来自工业活动的另外的有机负载。
经初步处理的废水有机含量中的相当大部分不溶解，从而认为是颗粒性质的。初级流出物的溶解部分通常含有可容易生物降解的化学需氧量(RBCOD)。假定在生物学活性环境中足够的时间，一些颗粒状部分也水解成为RBCOD。
生物学去除在城市废水中的化学需氧量(COD)产生生物质，并且废弃的生物质在全世界已成为固体废物处理问题。减轻需要处理的生物质的量的现有技术方法是厌氧消化生物质，以产生可转化为能源的生物气。
科学家和研究者已花费大量时间和努力来试图鉴定在生物学处理废水的过程中产生的生物质的有价值的和值得的应用。已知在废水处理中产生的生物质具有积累PHA的潜力。PHA为可由生物质回收并且转化为具有商业价值的可生物降解塑料的生物聚合物，其可用于许多感兴趣的和实际的应用。
通常的生物学废水处理过程产生生物质并且产生的生物质通常包括一些积累最小水平的PHA的潜力。然而，PHA的这些潜在水平不足以使收获生物质和从中提取PHA在经济上可行。
因此，需要生物学废水处理系统和方法，其不仅从废水中除去污染物，而且目的在于生产对于积累PHA具有增强的潜力的生物质。
发明概述
本发明涉及生物学处理废水和从废水除去污染物的方法。在处理废水的过程中，生产生物质。除了从废水除去污染物以外，本发明的过程或方法需要增强生物质的PHA积累潜力(PAP)。
本文论述了可用于生物学废水处理系统以增强PAP的多种过程。例如，如下可实现增强的PHA积累潜力：将生物质暴露于丰富和匮乏(feast and famine)条件，在将生物质暴露于匮乏(famine)条件之后，通过施用大于5 mg-COD\L\分钟的平均峰值刺激性RBCOD进料速率与大于0.5 mg-COD\g-VSS\分钟的平均峰值RBCOD比进料速率组合，通过将生物质暴露于丰富(feast)条件持续所选的时间段，刺激生物质进入丰富时期。在另一个实例中，生物质的PHA积累潜力通过使生物质经历引起生物质达到峰值呼吸速率的丰富条件而得到增强，该峰值呼吸速率大于生物质的现存最大呼吸速率的40%。本文论述了可有助于增强生物质的PHA积累潜力的其它过程或步骤。例如，控制或操纵生物质所经受的RBCOD体积有机负载速率可影响生物质积累PHA的能力。此外，在生物学废水处理过程中，增稠的生物质混合液通常再循环并且与新鲜的流入废水混合。生物质混合液的体积再循环速率亦可在增强生物质的PHA积累潜力中起到显著的作用。可有助于增强生物质的PHA积累潜力的过程参数的另一个实例是保持相对短的固体停留时间。