11向相邻的微量需氧区3流动，所述圆柱形隔断壁30将有氧区2和微量需氧区3分离。被称为混合液的包括被分散的微生物、生物絮体或其他固体的有机、无机或惰性材料的液体和悬浮固体的混合物在微量需氧区3向下流动并且穿过位于水槽1的底部并在有氧区2下方的缺氧区4。净化区6相对于微量需氧区3被同中心地设置，并且通过柱面隔离壁32与其分离，所述柱面隔离壁32在壁的底部留有用于液体通过的通道。
[0022]空气压缩机9的动作创建跨空气扩散器10的压力差，并且引导混合液向着有氧区2流动，从而在有氧区、微量需氧区和缺氧区之间创建连续循环液体。挡板12附接在微量需氧区3和净化区6之间的隔离壁32，以将混合液引向位于中央的有氧区2。挡板12与水平线成范围从30-90度的角。作为结果，混合液的循环在每个循环期间将混合液中的微生物和污染化合物暴露在三个不同的环境，即有氧区、微量需氧区和缺氧区，确保了通过多组微生物进行的有机材料的高生物降解率以及硝化作用和反硝化作用和磷累积。
[0023]混合液在其原始体积的90%以上离开系统之前大约在三个区之间循环200次。事实上，对于从处理系统排放出的99%的液体，在三个区之间的液体循环的数目在375到425圈数的狭窄范围中变化，不管有机负荷多大。
[0024]有氧区2包含固体支持材料8，用于微生物生物量的附着和生长以及微生物生物膜的形成。生物膜保持各营养组的相对高的生物量浓度，并且确保生长缓慢的微生物的生长和增殖，尤其是实行硝化作用过程并且对生物除氮至关重要的自养微生物。处理系统中硝化微生物的滞留已经对许多废水处理系统提出挑战，特别是仅使用悬浮生长微生物的那些废水处理系统。
[0025]固体支持材料8优选地应该具有不堵塞的性质并且不应过度影响液体流动模式。事实上，支持材料的存在可以通过延迟通过系统的氧气的上升而增加氧气对微生物的可用性。支持材料8优选地设置在靠近空气扩散器10的有氧区2的下半部分的截面，在此处溶解氧浓度处于其最高值。这将支持对溶解氧浓度敏感的硝化细菌的最佳生长和增殖，确保了高效的硝化作用。因为铵是一价阳离子并且它的存在降低了生物固体的沉淀属性，所以由于硝化作用过程所导致的铵离子的去除加强了固体的沉降性。如图3所示，也可以将以自然或人造起源的松散载体或静止物体的形式的固体支持材料40设置在微量需氧区3的整个体积或部分中，以支持微生物生物膜的形成。
[0026]固体在与微量需氧区3相邻的净化区6中与液体分离。虽然混合液在系统的三个区之间连续循环，但是一小部分液体自由地流向与微量需氧区3相邻的净化区6，并且根据连续性的规律离开第一水槽1，因为在第一水槽1中没有液体累积。随着液体向上流入净化区6，固体材料向下流动并且沉淀到缺氧区4的底部。从第一净化区6脱出的流出物将由设置在出水管(effluent line) 14中的浑浊度探头(未示出)加以评估以确定其浑浊度。在发生劣质排水的情况下，其可通过管线(line) 15被引向位于第二水槽19中的第二净化(固-液分离)单元(区)7。
[0027]在第二水槽19中，剩余的固体材料将沉淀到厌氧区5。第二水槽19内的挡板20促进固体从液体中分离并且阻碍累积在第二水槽19底部的污泥的上升。在厌氧区5中所产生的VFA通过泵22在再循环流23中被转移到微量需氧区3的顶部以与混合液混合。第二水槽19中的液体穿过位于第二水槽19的顶部的过滤单元17以保留细小的悬浮固体和剩余的胶质材料，并且流向系统的出口 16并经由管线18离开系统。
[0028]如图4中所示出的实施例中所示的，离开第一水槽1的流出物可以穿过处理单元50，用于在进入第二水槽19之前加强除磷并用于增加悬浮固体的沉降性。处理单元50可以采用化学凝结，或者如果除磷不是问题，则采用从臭氧化、超声波处理以及脉冲电场中所选择的技术。
[0029]在缺氧区4的底部所累积的固体可以通过管子21间歇地转移到厌氧区5。在美国专利7，820, 047中所描述的系统的实施例之一中，污泥预处理单元60包括在缺氧区4和厌氧区5之间，如图5所示。在该实施例中，从缺氧区4中除去的生物固体将在污泥预处理单元60中被大量分解以产生更易降解的有机物质并提高其在厌氧区5中的进一步的降解和稳定。分解技术包括但不限于热氧化、化学消化、臭氧化、超声波处理、脉冲电场、酶处理以及高压均质机。
[0030]美国专利7，820, 047中所描述的系统的另一个实施例包括在厌氧区5之后(下游)的固体分解单元70，如图6所示。在该实施例中，经由管子24从厌氧区5中所除去的生物固体在固体分解单元70中被进一步分解以溶解全部或部分的生物固体并且产生更易生物降解的有机物质。在固体分解单元70中所产生的溶解有机材料可整体被送到存储槽用于进一步处理，或其一部分可通过再循环流25被送回到微量需氧区3的顶部以与混合液混合。分解技术包括但不限于热氧化、化学消化、臭氧化、超声波处理、脉冲电场、酶处理以及高压均质机。
[0031]参考图7，示出了根据本发明的一个实施例的废水处理系统。如图7所示的废水处理系统与美国专利7，820，047中所描述的系统类似，但是在两系统之间存在一些显著差巳
[0032]在根据本发明一个实施例的废水处理系统中，流入的废水经由在多个位置处的多个入口被注入到处理系统。大部分原废水，范围从51%到99%的原废水流量，通过进水管13被引入到处理系统中到有氧区2或微量需氧区3，而其余的流入的废水通过进水管12被引入到处理系统中到缺氧区4中。在缺氧区4的无氧条件下，原废水中的有机物质将被发酵并被转换成短链脂肪酸或挥发性脂肪酸(VFA)。所生成的VFA将被并入连续穿过有氧区
2、微量需氧区3以及缺氧区4的循环混合液中。缺氧区4中VFA的存在将有助于生成用于除氮的预反硝化作用条件。混合液中易生物降解的VFA的存在将支持除氮和除磷过程。
[0033]建立用于除去亚硝酸盐和硝酸盐的反硝化过程以及建立除磷过程要求易生物降解的碳源，通常在常规处理过程中通过诸如葡萄糖、醋酸盐、甲醇以及丙酸盐的外部源来供应，所述反硝化过程是生物除氮中所涉及的过程之一。相对于废水中的氮磷含量，可生物降解的有机物质的低浓度已被指定为从营养丰富的废水中除去养分的限制因素。如上文所描述的，在本发明中易生物降解的碳的内部源的供应意味着除磷和除氮将不需要附加或任何外部碳源而完成。该概念，即除氮和除磷不需要任何外部碳源，在猪废料的处理期间得到了验证，所述猪废料提升了美国专利7，820，047的处理系统中的氮磷浓度。那些研究显示了除氮和除磷的大幅度增长，由于由内部源所产生的易生物降解的挥发性脂肪酸(VFA)的供应。在那些研究中挥发性脂肪酸的内部源与本发明中的源不同，并且包括了在位于美国专利7，820, 047的处理系统的第二水槽19中的厌氧区5中的生物量的消化，以及原废水在进水容纳槽(未示出)中因为该槽中厌氧条件的建立而进行的发酵。使用用于生物除氮和除磷的内部可用碳源而无需任何外部碳源之前已经被Ra等人(2000)报告过，而Danesh和Oleszkiewicz (1997)展现了作为导致VFA产生的原废水的预发酵的结果在序批式反应器中的生物除磷的显著改进。
[0034]美国专利7，820, 047中和本发明的该实施例中所描述的废水系统之间的另一不同之处在于，在美国专利7，820，047中所描述的废水系统中，原废水以连续模式被引入处理系统中。在本发明的该实施例中，被引入到处理系统中的原废水以宴会和饥荒的供给方式(feast-and-famine regime of feeding)被添加。该供给方式涉及在有限时段(宴会时段)内添加废水之后，不进行废水添加(饥荒时段)。该基于每小时供给计划表的供给方式的示例包括在