专利名称：微气体服务系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于生物废物的处理(remediation)的系统，更特别地涉及用于通过需氧和厌氧细菌消化处理禽畜废物的系统。
背景技术：
随着全球人口增加，有了增加食物生产的相应需求。大规模食物生产经营如集中动物饲养经营(CAFO)产生大量的禽畜废物。禽畜废物可包含化合物，如粪便、肥料化合物、 烃类和抗生素。这些化合物中的很多必须处理以减少由这些化合物引起的对环境的负面影响。因此，需要禽畜废物处理的有效方法以为增长的全球人口提供环境可持续的食物生产。禽畜废物处理的一种流行的方法是通过使用禽畜废物污水池(lagoon)。禽畜废物污水池是一种封闭的槽，将液体禽畜废物与水混合引入其中以生成处理过的流出物 (effluent)。典型地，液体禽畜废物与收集的雨水混合。禽畜废物污水池起到“消化池”的作用，在其中厌氧或需氧细菌使流出物中的化合物分解为气体、液体和污泥，从而处理这些化合物。厌氧细菌是在存在游离氧时不能存活的细菌。需氧细菌的生存需要有游离元素 (溶解的)氧。厌氧污水池最常用于禽畜废物处理。厌氧细菌每单位污水池容积可分解或“消化” 比需氧细菌更多的有机化合物并主要用于集中的有机废物的处理。因为厌氧消化不依赖于溶解的氧，污水池可以更深并需要较少的表面积，因此能够对更大量的废物进行处理。然而，厌氧消化导致产生和散发有害气体，主要是硫化氢、氨和中间有机酸。需氧污水池通过由需氧细菌消化废物来处理禽畜废物。需氧污水池的主要优点是禽畜废物的需氧消化比厌氧消化可更完全地处理存在于流出物中的有机物。禽畜废物的需氧消化还产生相对无气味的最终产物。在需氧污水池中，氧气的扩散在整个污水池表面发生，导致能使需氧细菌增殖的溶解氧浓度提高。因为需要提高溶解氧浓度，所以基于表面积而不是基于体积设计自然需氧污水池。需氧污水池的水深通常较浅，范围为3-5英尺。因此，自然需氧污水池需要大量的土地，即，是10英尺深的厌氧污水池的高达25倍以上的表面积和10倍以上的体积。因此，自然需氧污水池不现实，并且通常不用于禽畜废物的处理。为了弥补表面积的不足，一些需氧污水池通过机械充气。两级污水池提供了一种将禽畜废物的需氧消化和厌氧消化的优点结合起来的方法。在两级污水池中，引入的废物首先进入第一级厌氧污水池。来自第一级厌氧污水池的溢流输出到第二级需氧污水池。这生成比单独的厌氧消化具有更少的气味和更少的有机固体的流出终产物。然而，两级污水池需要维护两个分离的污水池和其各自的细菌群落。而且，第一级厌氧污水池还产生有害气体。因此，需要一种同时使处理效率和处理的完成最大化的系统。还需要利用处理的副产物的系统。
发明内容
本发明的一个实施方式包括用于处理包含禽畜废物的流出物的方法。该微气体服务系统(micro gas attendant system)建立了废物流出物的污水池。该污水池包括一组子部分或“层级(level) ”，每个层级根据存在于污水池中的氧梯度具有独特的溶解氧浓度。 该微气体服务系统将来自污水池的每个层级的流出物输送到与所述污水池层级具有相同溶解氧浓度的培养器的相应层级中。该培养器包含消化流出物中的有机化合物的一系列微生物，产生处理的流出物。该微气体服务系统将流出物和微生物从培养器输送到污水池。本发明的另一个实施方式包括利用厌氧消化的副产物增殖藻类的方法。该微气体服务系统将厌氧废物从污水池的厌氧层级输送到包含中温嗜热菌和嗜热菌的反应容器中。 该中温嗜热菌和嗜热菌在该反应容器中对厌氧废物进行厌氧消化。该微气体服务系统将厌氧消化的气体副产物收集在歧管中。该微气体服务系统将气体副产物从歧管输送到包含藻类的生长管中。该藻类在生长管中增殖，消耗气体副产物。该微气体服务系统将藻类从该生长管输送到污水池的一个层级中，在该层级中，藻类通过进行光合反应对该层级的溶解氧浓度作出贡献。本发明的另一个实施方式包括一种生成甲烷的方法。如上所述，该微气体服务系统将厌氧消化的气体副产物收集在歧管中。该微气体服务系统将该气体副产物输送到过滤器。该微气体服务系统过滤该气体副产物以生成甲烷。
图1是根据一种实施方式的微气体服务系统的俯视图。图2是说明根据一种实施方式的光反应器的详图。图3是说明根据一种实施方式的污水池的详图。图4是说明根据一种实施方式的培养器外壳的详图。图5是说明根据本发明的一种实施方式，通过微气体服务系统处理流出物的步骤的流程图。图6是说明根据本发明的一种实施方式，通过微气体服务系统增殖藻类和/或生成甲烷的步骤的流程图。
具体实施例方式图1是微气体服务系统100的俯视图。微气体服务系统100用来处理由大规模禽畜生产经营如集中动物饲养经营(CAFO)产生的禽畜废物。在此所用的处理是指一种将物质处理以从中去除化合物和/或将其中的化合物转化(例如将化合物化学转化为其他化合物)以便减少最终物质中的该物质对环境的负面影响的过程。禽畜废物可包括但不限于粪便、环境病原体、有机化合物和无机化合物。禽畜废物的具体组成可取决于多种因素，包括 禽畜生产经营使用的饲料、禽畜生产经营使用的肥料、禽畜生产经营使用的抗生素、有机化合物如禽畜生产经营使用的激素和禽畜生产经营中存在的其他化合物如烃类和含硫化合物。微气体服务系统100通过微生物和大生物的增殖对禽畜废物进行处理，该微生物和大生物通过化学反应将禽畜废物中的化合物处理或“消化”，在该反应中该化合物用作增殖细菌的底物。增殖的细菌促进或进行处理化合物的化学反应。如在此提到的微生物包括真核微生物、原核微生物和光合作用的真核微生物。处理有机化合物的大生物可包括藻类家族中的成员。微气体服务系统100包括污水池102。在此所指的污水池102是用于容纳一定量流出物的三维容器。在此所述的流出物是液体禽畜废物和水的组合物。根据处理中的阶段， 流出物中的有机化合物可以被部分地处理或完全地处理。在一种实施方式中，污水池为946 英尺长、71英尺宽和18英尺深，其储藏量为551000ft3 (立方英尺)。根据氧气梯度将污水池102分为压敏的水平子部分或“层级”。在一个实施方式中，每个层级的压强为每平方英寸0.4镑(psia)。在所示的该实施方式中，污水池102水平地分为7个水平的层级。该表面层级和在其下紧邻的层级(分别为层级1和2、包含最高浓度的溶解氧并共同称作“需氧层级”。在污水池底部的层级(层级7)不含溶解氧并称作 “厌氧层级”。在需氧层级(层级1和幻与厌氧层级(层级7)之间的层级共同称作兼性层级(层级3、4、5和6)。这些层级具有与其距污水池102表面的距离成反比的各自溶解氧浓度。在一特定实施方式中，一个或多个需氧层级具有5mg/L的最大调节氧浓度。污水池102的各个层级上的流出物包括对于该层级独特的氧浓度、化合物组成和生物体组成。在每个层级的不同氧浓度导致特定于该氧浓度的微生物和大生物的增殖。每个层级的微生物和大生物组成通过“消化”流出物中的化合物改变该层级的流出物组成。因此，在每个层级上处理的化合物种类根据在该层级的氧浓度下增殖的生物体种类而不同。 因每个层级的氧浓度不同而导致的这种处理上的不同称作“层化(stratification)”。因为层化允许处理不同类型的化合物，流出物的处理比在均勻的氧浓度下进行处理的系统更彻底或“完全”。微气体服务系统100接收未处理的流出物，在此将其称作来自禽畜经营的“流入物”。在特定实施方式中，水来自冲洗系统。微气体服务系统100接收的流入物的量可根据禽畜经营中的动物数量而改变。每天从每个动物接收的水量可为40-70加仑，每天从每个动物接收的固体废物可为80-150磅，这取决于动物重量。微气体服务系统100处理流入物以生成基本去除了所有对环境具有负面影响的化合物的液体流出物。微气体服务系统100进一步处理流入物以输出基本去除了所有对环境具有负面影响的化合物的液体流出物和固体生物质。从微气体服务系统100输出的液体流出物用于农业过程如灌溉。从微气体服务系统100输出的固体生物质用作奶制品经营中的无毒垫料以及用作农业过程中的肥料。评价流入物和流出物以确定在处理前、后和处理期间的不期望的化合物的量。评价流入物和流出物中不期望的化合物量的适合的方法记载在由美国公共卫生协会(APHA)、 美国给水工程协会(AffffA)和水环境联盟(TOF)出版的第21版〃 Mandard Methods for theExamination of Water and Wastewater"中。如果流出物中不期望的化合物的量指示流出物被有效地处理，则微气体服务系统100输出该液体流出物。微气体服务系统100包括培养器外壳104，外壳104包含一个或多个培养器120。 微气体服务系统100利用培养器120以使用来自污水池的流出物增殖特定类型的细菌。在培养器120中，流出物中的化合物被增殖的细菌进一步“消化”。根据该实施方式，不同的培养器120可用于增殖不同的细菌群、不同的细菌种或不同的细菌菌株。在一种实施方式中，不同的培养器120用于增殖不同的细菌群，其中所述细菌群基于它们所消化的化合物的类型。每个细菌群的增殖取决于它们所消化的化合物类型的浓度。因此，流出物中的高浓度化合物将引起消化该化合物的细菌类型的相应增殖。在一特定实施方式中，不同的培养器120用于增殖磷细菌、硝化细菌、硫细菌和烃降解细菌。在此所用的磷细菌指的是能够溶解不溶性无机磷酸盐，使得植物在生物上可以接受其作为肥料的细菌。无机磷酸盐的溶解是由于这些生物体产生有机酸。还已知磷细菌产生有助于改善植物生长的氨基酸、维生素和生长促进物质如吲哚乙酸(IAA)和赤霉酸 (GA3)。在此所用的硫细菌是指硫还原细菌和硫酸盐还原细菌。硫还原细菌包括几个将元素硫还原为硫化氢的细菌群。它们将该反应与乙酸盐、琥珀酸盐或其他有机化合物的氧化结合起来。硫酸盐还原细菌利用硫酸盐作为氧化剂，将其还原为硫化物。大部分硫酸盐还原细菌还可消化其他氧化的硫化合物如亚硫酸盐和硫代硫酸盐或元素硫。这种化学反应类型称为异化，因为硫未被引入-同化到任何有机化合物中。硫酸盐还原细菌一般在厌氧环境发现。在此所用的硝化细菌是指将氨化合物氧化为亚硝酸盐和/或将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的细菌。硝化细菌一般在需氧环境，如土壤中发现。在此所用的烃降解细菌是指具有催化烃类(如在环境中发现的油)裂解的能力的细菌。与污水池102—样，每个培养器120分为多个层级，其中每个层级具有对应该层级的不同氧浓度。在大多数实施方式中，污水池102中的层级数和培养器120中的层级数相对应。分配器150和歧管160各自包括将污水池中的层级与培养器中的相应层级连接的一组管120。每个培养器120通过歧管160接收来自污水池110的流出物。每个培养器 120通过分配器150将流出物输送回污水池102。在如图1所示的实施方式中，分配器150 和歧管160包括将污水池110的7个层级连接到培养器120中的7个相应层级的7个管。 在一些实施方式中，分配器150还包括用于在安装期间将污水池底部的沉降物扰动或排出的额外的管。在一特定的实施方式中，分配器150和/或歧管160使用具有7个分配室(每个层级一个)的3英寸直径不锈钢管套构成。管套仅在顶部连接到6英寸的钢梁轨道并在底部受到引导。该管套可为了维护的目的而移开并且容易重新安装而不需要除去支撑轨道。在基面水平上的小的混凝土垫锚固该轨道。可为每个管提供截止和截断阀以及空气旁路阀。 在堵塞或阻塞的情形下，可用压缩空气吹通单个管。分配器150和歧管160还可具有不同的流速。在一种实施方式中，分配器150中管的流速为0. 5到1加仑/分钟(gpm)，歧管160中管的流速高达分配器的两倍(即1到2 加仑/分钟)。在一些实施方式中，分配器150包含空气分散系统170。在这些实施方式中，利用喷射器175喷射空气，以使连接污水池的层级1与培养器的层级1的管中的细菌继续生长。 在所述的实施方式中，空气分散单元170悬挂在每个分配器150的层级2下。在一特定的实施方式中，每个空气分散单元170包括装配有微气泡膜空气扩散器的4英寸直径的管接头，该空气扩散器直径为20英寸并提供约5标准立方英尺/分钟(scfm)的氧气。在一些实施方式中，空气分散单元170还可从顶部拆开用于维护。在所述的实施方式中，扩散器以半圆形排列。在一特定实施方式中，扩散器以3英尺直径的半圆形排列。在所述的实施方式中，空气分散单元170的每一个都与单独的空气供应器176连接。微气体服务系统100还包括光反应器单元135，该反应器单元包括反应器140和一组藻类生长管130。反应器140增殖嗜热和/或嗜温细菌，该细菌通过与废物中处理过的有机化合物的厌氧反应“消化”废物。反应器140收集嗜热和嗜温细菌消化固体废物释放的温室气体(例如CO2、甲烷和一氧化二氮)并将温室气体输送到藻类生长管130。藻类生长管130增殖消耗温室气体的藻类。反应器140和藻类生长管130如图4详细描述。图2说明包括反应器140和一组藻类生长管130的光反应器单元135。反应器 140进行废物的厌氧消化。厌氧消化过程开始于输入材料的细菌分解以分解不可溶解的有机聚合物如碳水化合物并使其可被其他细菌利用。然后产酸细菌将糖和氨基酸转化为二氧化碳、氢气、氨和有机酸。然后产酸细菌将得到的有机酸转化为乙酸以及另外的氨、氢气和二氧化碳。产甲烷细菌将这些产物转化为甲烷和二氧化碳。用于在反应器140中增殖的适合的产酸、产乙酸和产甲烷细菌列于附件A中。可从美国典型培养物保藏中心(ATCC， BiologicalResource Center of Manassas, VA)买到的产酸、产乙酸和产甲烧细菌与其 ATCC编号一起列于附件A中。根据该实施方式，产酸、产乙酸和产甲烷细菌可以是嗜热细菌、嗜温细菌或其任何组合。在此所指的嗜热细菌是在高温(45到80°C之间)活跃生长的细菌。在此所指的嗜温细菌是在中高温(15到40°C之间)活跃生长的细菌。根据该实施方式，反应器140可分别在不同反应器140中或在具有温度梯度的同一反应器140中增殖嗜热和/或嗜温细菌。反应器140接收来自污水池110的厌氧层级的厌氧废物。在所述的实施方式中，反应器140接收来自污水池的层级7的厌氧废物。在一种实施方式中，接收的厌氧废物是包含20%到30%悬浮固体物的流出物。在一些实施方式中，反应器140包括用于储存消化前的厌氧废物的容纳罐210。在一特定实施方式中，容纳罐210的容量为100加仑GOO升)。 在一些实施方式中，容纳罐210包括用于保持固体物在流出物中悬浮的搅拌器。反应器140还包括嗜热和/或嗜温细菌对废物进行厌氧消化的反应容器220。反应容器220接收来自容纳罐的厌氧废物。反应容器220接收来自容纳罐的厌氧废物的速率是基于在反应容器220中厌氧消化废物产生温室气体的速率。在所述的实施方式中，反应容器220利用泵225接收来自容纳罐210的厌氧废物。在一特定的实施方式中，反应容器 220通过重力流接收来自容纳罐210的厌氧废物。加热反应容器220以优化用于厌氧消化的嗜热和/或嗜温细菌的增殖。根据该实施方式，温度可为97-145华氏度。在一特定的实施方式中，温度为99华氏度。在一种实施方式中，反应容器220是具有受加热底部的封闭的倾斜容器。在该实施方式中，热层(例如蒸汽层或热水层)对反应容器220底部加热。泵2 位于倾斜面的底部以收集厌氧消化的固体产物218，在此称为“软泥(sludge)”，并将软泥218泵送到污水池的厌氧层级。在大多数实施方式中，反应容器220是空气密封的钢制容器，具有调节压强、温度和层级的控制器，以及分析反应容器220中产生的气体的控制器。根据该实施方式，反应容器220的尺寸可根据厌氧消化需要的时间和表面积进行变化。反应容器220与将来自反应容器220的厌氧消化副产物气体输送到藻类生长管130的气体分配歧管230连接。该气体分配歧管230储存通过防爆鼓风机275收集在反应容器220中的气体。在大多数实施方式中，气体分配歧管230在轻微的正压下(例如12psi) 以克服藻类生长管130中的水柱。气体分配歧管230包括用于调节流向每个藻类生长管 130的适合藻类生长的气体流量的流量控制阀。该气体分配歧管230还包括安全装置如减压阀和防爆片。在替代的实施方式中，气体分配歧管230将来自反应容器220的温室气体输送到甲烷精炼器。甲烷精炼器包括用于从气体副产物中去除硫化氢的活性炭过滤器。甲烷精炼器还包括反应室，其中将气体副产物加压至每立方英寸约600磅并通过水以去除二氧化碳和碳酸。一旦去除了硫化氢、二氧化碳和碳酸，气体副产物主要由甲烷构成。藻类生长管230是用于增殖藻类的圆柱形容器。在此所用的藻类，可以是指任何类型的藻类，包括原核藻类(蓝-绿细菌)和真核藻类。适合用于在藻类生长管230中增殖的藻类列于附件A中。可从ATCC和Carolina Biological Supply Company of Burlington, NorthCarolina买到的藻类与其编号一起列于附件G中。根据该实施方式，藻类生长管130可以是透明的，以向藻类提供用于光合作用的光，和/或藻类生长管130可以是黑色的，以促使藻类利用能量代谢途径而不是光合作用。 在大多数实施方式中，该组藻类生长管130包括透明的藻类生长管和不透过辐射的或“黑色”的藻类生长管。在一特定实施方式中，该组藻类生长管130包括3个透明的藻类生长管和2个黑色藻类生长管。该藻类生长管130通常由塑料如丙烯酸或聚氨酯制成。根据该实施方式，该藻类生长管可为5-17英尺高。在一特定实施方式中，藻类生长管是10英尺高。最初，藻类生长管130用来自污水池120的需氧层级的复合水203和原料藻类填充以引发藻类增殖。在大多数实施方式中，藻类生长管130每日用来自污水池102的需氧层级的新鲜复合水203填充。藻类生长管130接收来自气体分配歧管230的气体。藻类生长管130接收来自气体分配歧管230的气体的速率取决于藻类对气体的消耗。在一些实施方式中，藻类生长管130包含用于确保水不进入气体歧管的止回阀。加热藻类生长管130以优化藻类的增殖。在一特定实施方式中，加热每个藻类生长管130以维持温度为约77华氏度。向透明的藻类生长管130提供日光或人造光以促进藻类增殖和温室气体消耗。在大多数实施方式中，透明藻类生长管130每天接收最少10小时的日光。在一特定实施方式中，用高压钠光(例如约相当于日光的每平方英尺50瓦)向透明藻类生长管130提供人造光。在一些实施方式中，补充的紫外光单元205用于向藻类生长管130提供人造光。定期使藻类生长管130中的过量生长藻类214减少一定的量，以允许藻类的连续增殖。然后将过量的藻类214缩减后泵送回污水池120。在一特定实施方式中，藻类生长管 130中的藻类量每M小时减少50 %。在一些实施方式中，过量藻类214可以被减少以在藻类生长管130中维持恒定的温度(例如在藻类生长管中维持77华氏度的温度)。在一种实施方式中，藻类生长管130包含用于将聚集的过量藻类214切碎为易处理尺寸的高速切碎机以易于缩减。在一特定实施方式中，使用隔膜泵295将过量藻类214泵送到污水池的需氧层级。图3是说明根据一种实施方式的污水池102的详图。如上所述，分配器60用来将来自培养器120的微生物和流出物输送到污水池102。歧管150用来将来自污水池102的流出物输送到培养器120。将过量藻类214从藻类生长管130输送到污水池102的需氧层级。在所示的该实施方式中，污水池102包括7个层级，微气体服务系统100将过量藻类 214输送到紧接污水池102的表面层级之下的层级(层级2、。微气体服务系统100将软泥 218输送到污水池102的厌氧层级(层级7)。微气体服务系统100将来自污水池102的厌氧层级的厌氧废物输送到反应器140。 在所示的该实施方式中，潜水泵300用于将厌氧废物从污水池102泵送到反应器140。在一特定实施方式中，潜水泵300是具有45加仑/分钟(gpm)处理能力的潜水研磨泵。潜水泵300悬挂在横跨污水池的可移动浮块(barge) 320下面的单轨下。潜水泵300通过线缆系统以每分钟约1英尺的慢速度横跨污水池移动。浮块320沿着横跨污水池102的管架结构的轨道移动，并安装在两端的轮子上。浮块320可利用GPS装置远程地在端分配器之间向污水池上下重新定位。图4是说明根据一种实施方式的培养器外壳104的详图。在图4中，为了便于说明，显示具有一个培养器120的培养器外壳。在大多数实施方式中，培养器外壳包括多个培
养器120ο培养器外壳104是温度控制的、绝热的、包括一个或多个培养器120的外壳。在一种实施方式中，培养器外壳104用钢柱、横梁和绝热夹层板构成。培养器外壳104容纳培养器120、管、泵、微生物进料斗140和与培养器120相关联的控制仪器。在一种实施方式中， 2吨HVAC单元设计为维持77华氏度的温度并为培养器外壳104提供适当的通风。在一些实施方式中，水源加热泵和地热系统用于从地下提取热，以向培养器外壳104提供加热或空调。根据该实施方式，分离的外壳可用于容纳不需要绝热、加热和空调的设备如压缩机单元 420。在大多数实施方式中，多个培养器120将用于增殖微生物的不同类型、种或株。这些“宽谱”微生物储存在微生物进料斗410中并利用连续进料器向培养器 120进料。用于在培养器120中增殖的适合的硫细菌、硝化细菌、磷细菌、烃减少细菌 (hydrocarbon-reducingbacteria)和其他细菌分别列于附件B、附件C、附件D、附件E和附件F。可从美国典型培养物保藏中心(ATCC，Biological ResourceCenter)买到的细菌与其ATCC编号一起列于附件中。除了进料到培养器中进行增殖的特定类型、种或株的微生物以夕卜，已经存在于流出物中的其他微生物可在污水池102和/或培养器104中增殖。根据该实施方式，从微生物进料斗410进料到培养器120的微生物可以是液体微生物、干燥固体微生物或其任意组合。在大多数实施方式中，通过来自培养器外壳104顶部的喷嘴用液体微生物和/或干燥固体微生物填充微生物进料斗410。通过进料系统向每个培养器120进料微生物。根据该实施方式，微生物可通过湿进料系统或干进料系统进料到培养器120。湿进料系统和干进料系统以限于维持培养器 120中微生物的特定浓度(例如，50ppm)的流速向培养器120进料。在一种实施方式中，干进料系统是具有恒定流速的可调节失重进料系统，类似于人们在药学实践中使用的系统。在一特定实施方式中，使用干进料系统，其具有容量为5立方英尺干燥固体微生物的微生物进料斗410。利用干进料系统向培养器进料干燥固体微生物的流速为每天0. 25立方英尺。在一种实施方式中，湿进料系统是管和阀系统，其利用重力以一定的速率将液体微生物排放到培养器120。在一特定实施方式中，使用湿进料系统，其具有容量为约35加仑液体微生物的微生物进料斗410。利用湿进料系统将液体微生物进料到培养器120的速率是每天1. 8加仑。将培养器120控制在恒定的温度(例如77华氏度)，平衡pH，并装配空气分散装置。在一些实施方式中，需要加热层以将培养器维持在恒定的温度。将培养器与设计为向流出物补充新鲜水的新鲜水补充系统连接以将培养器层级维持在恒定的层级。培养器120的高度等于污水池102的深度，以将相应的污水池102的层级和培养器120维持在相同的压差。将培养器120中的流出物层级维持在与污水池中流出物的层级同样的高度，以消除可能减缓微生物的增殖的压差。在一种实施方式中，培养器120为1-6 英尺直径和16英尺高。根据该实施方式，培养器120可由不锈钢、玻璃纤维、塑料或其任意组合构成。培养器包含空气分散单元420。空气分散单元420包含多个(例如4个)微气泡膜空气分散器。在一特定实施方式中，每个分散器是9英寸直径以及提供约10标准立方英尺/分钟(scfm)的氧气流速。在所述的该实施方式中，每个空气分散单元420位于培养器 140的第二层级的底部。空气分散单元接收来自歧管150和分配器160中隔膜泵的空气。在每个层级，培养器120配备有搅拌器450，搅拌器450搅拌每个层级中的流出物， 以促进微生物的增殖。搅拌器450包括一组搅拌桨，搅拌桨设计为搅拌培养器120中的流出物，同时限制向上或向下的输送。搅拌器450以1转/分钟(rpm)的低速运行。根据培养器的该层级，搅拌器450可具有不同数量的搅拌桨以增速搅拌。在一特定实施方式中，在厌氧层级(层级7)的搅拌器450具有2个搅拌桨；层级6的搅拌器具有6个搅拌桨；兼性层级的搅拌器450具有18个搅拌桨。根据该实施方式，搅拌桨的宽度可根据具有增加的宽度的层级进行变化，该增加的宽度提供层级中增加的增殖。如上所述，每个培养器120通过歧管150接收以预定流速来自污水池102的流出物，该歧管包括一组将污水池102的相应层级与培养器120的相应层级连接的进口管。通过分配器160以预定流速将流出物从培养器120输送到污水池102，该分配器160包括一组将培养器的相应层级与污水池102的相应层级连接的出口管。该歧管150和分配器160还包括用于从污水池102的层级提取流出物以及将包含在培养器中增殖的微生物的流出物泵送回污水池102的相应层级的泵470。在该实施方式中，示出的歧管和分配器包括隔膜泵 470。通过提供用于泵470运行的中等压强G0-60psi)的压缩机单元420向泵470提供动力。在大多数实施方式中，压缩机单元420位于培养器外壳102的外部并在没有温度控制的分离的外壳中。在一种实施方式中，利用空气压缩机420通过空气向泵系统提供动力。 在一特定实施方式中，空气压缩机420是包括湿和干空气接收器、不加热再生空气干燥器、 微粒和聚结过滤器和流量控制阀的旋转螺杆式压缩机。需要空气干燥器将用于隔膜泵470 运行的空气完全干燥。在一些实施方式中，空气干燥器还通过例如将出口空气温度维持在 77华氏度来控制出口空气温度。在所述的实施方式中，将从隔膜泵470排出的气体输送到培养器140中的空气分散单元420。低压(例如小于IOpsi)再生鼓风机向污水池分配器的空气分散单元530提供低压加压空气。在该实施方式中，中间压缩空气还用于吹向分配器 160和/或歧管150。在一些实施方式中，聚结过滤器用于消除来自压缩机单元420的油和灰尘，以确保用于微生物增殖的空气洁净。歧管150中入口泵470的数目和分配器160中出口泵470的数目可根据该实施方式变化。在一种实施方式中，在歧管150中有14个入口泵470以及在分配器150中有28 个出口泵470。在大多数实施方式中，在歧管150中的入口泵470具有约20英尺水柱的负压头以及每分钟处理1到2加仑的流速。在大多数实施方式中，分配器160中的出口泵470 没有静压头，而主要用于流量控制，每个出口泵470具有每分钟约0. 5到1加仑的流速。入口和出口泵470设置成组，标记，并抵靠培养器外壳104的端壁安装在易于维护的高度。一组入口和出口喷嘴将培养器140与歧管150中的入口管和分配器160中的出口管连接。入口和出口喷嘴装配有截止阀、温度监控器和PH监控器。在一种实施方式中，每个层级的入口和出口管捆在一起，以维持均勻的温度。在一特定实施方式中，入口和出口管是高密度聚丙烯管。设置管系统，以便通往和来自两个培养器的管道，一个位于外壳的一端， 而另两个位于相对端。管道设置在从培养器外壳到污水池的两个线缆槽中(覆盖和任选绝缘)。出口管捆在一起并且横跨污水池漂浮在顶部层级上(即端之间)。漂浮的管锚固在该单元上，该漂浮在污水池温度与培养器温度之间提供渐进的热转移，以避免生长休克。分配器160包括用于空气分配的钢管和管道。在一种实施方式中，对于每个泵470 有2个空气入口和排放收集头，有4个通往培养器120的分配空气管线。温度、pH和流速仪和控制器位于培养器120的入口和出口处。分配器160的层级1的出口管具有喷射器175， 以添加空气以维持输送期间的生长。图5是说明由微气体服务系统100进行的处理生物废物的步骤的流程图。其他实施方式可以不同的顺序进行所述步骤，和/或进行不同的步骤或附加的步骤。微气体服务系统100建立包含流出物的污水池(步骤510)，并且将流出物从污水池102输送到培养器140 (步骤512)。微气体服务系统100响应于在培养器140中增殖微生物产生处理过的流出物(步骤514)，该微生物利用流出物中的化合物作为生长的底物， 从而使转化有机化合物的化学反应能够进行。微气体服务系统100将来自培养器140的流出物和微生物输送到污水池102 (步骤516)。微气体服务系统100响应于在污水池102中增殖微生物在污水池102中产生处理过的流出物(步骤514)，该微生物利用流出物中的化合物作为化学反应的底物。该过程重复直到流出物中的所有化合物都被处理。图6是说明由微气体服务系统100进行的增殖藻类并产生甲烷的步骤的流程图。 其他实施方式可以不同的顺序进行所述的步骤，和/或进行不同的或额外的步骤。微气体服务系统100将来自污水池102的厌氧废物212输送到反应器140 (步骤610)。微气体服务系统100响应于增殖可消化厌氧废物212的厌氧细菌产生气体和软泥218 (步骤612)。微气体服务系统100将气体输送到藻类生长管130和/或精炼器(步骤614)。微气体服务系统100增殖消耗气体的藻类，并在藻类生长管130中产生氧(步骤 616)。微气体服务系统100将来自藻类生长管130的过量的藻类输送到污水池102 (步骤 618)，也将气体输送到精炼器(步骤522)。微气体服务系统100通过从输送的气体中去除硫化氢、二氧化碳和碳酸来产生甲烷(步骤524)。微气体服务系统100将厌氧消化产生的软泥218输送到污水池102的厌氧层级。附件A厌氧细菌
权利要求
1.一种处理禽畜废物的方法，包括建立流出物的污水池，其包括一组在污水池的不同层级上的子部分，所述层级与相应的一组溶解氧浓度有关，污水池的每个子部分具有不同的溶解氧浓度；建立培养器，该培养器包括一组与所述一组溶解氧浓度有关的子部分，培养器的每个子部分具有不同的溶解氧浓度；将来自所述污水池每个子部分的一定量的流出物输送到与所述污水池的所述子部分具有基本相似的溶解氧浓度的培养器的相应子部分；和响应于增殖第一微生物，在培养器的所述相应子部分中产生第一处理量的流出物，所述微生物利用所述量的流出物中的第一化合物作为生长底物，所述第一微生物使改变第一化合物的第一化学反应能够进行。
2.权利要求1的方法，还包括将来自所述培养器的所述相应子部分的所述第一处理量的流出物和所述第一微生物输送到与所述培养器的所述相应子部分具有基本相似的溶解氧浓度的所述污水池的相应子部分；以及响应于增殖所述第一微生物，在所述污水池的所述相应子部分中产生第二处理量的流出物。
3.权利要求1的方法，还包括将来自所述培养器的所述相应子部分的所述第一处理量的流出物和所述第一微生物输送到与所述培养器的所述相应子部分具有基本相似的溶解氧浓度的所述污水池的相应子部分；以及响应于增殖第二微生物，在所述污水池的所述相应子部分中产生第二处理量的流出物，所述第二微生物利用所述第一处理量的流出物中的第二化合物作为生长的底物，所述第二微生物使改变所述第二化合物的第二化学反应能够进行。
4.权利要求1的方法，其中，所述第一微生物是磷细菌以及所述第一化合物包含磷酸
5.权利要求1的方法，其中，所述第一微生物是硝化细菌以及所述第一化合物包含氮。
6.权利要求1的方法，其中，所述第一微生物是硫细菌以及所述第一化合物包含硫。
7.权利要求1的方法，其中，所述第一微生物是烃减少细菌，并且所述第一化合物包含烃。
8.权利要求1的方法，其中，所述一组溶解氧浓度包括相应于0-5mg/L的浓度梯度的浓度。
9.权利要求8的方法，还包括将来自与基本为零的溶解氧浓度有关的所述污水池的子部分的一定量的流出物输送到反应器；以及响应于增殖第二微生物，在所述反应器中产生第二处理量的流出物，所述微生物利用所述量的流出物中的第二化合物作为生长的底物，所述第二微生物使改变所述第二化合物的第二化学反应能够进行。
10.权利要求8的方法，其中，所述第二微生物是嗜热细菌。
11.权利要求9的方法，其中，改变所述第二化合物的所述第二化学反应产生气体副产物，所述方法进一步包括将所述气体副产物输送到生长管；在所述生长管中增殖将所述气体副产物转化为氧气的藻类。
12.权利要求11的方法，还包括将来自所述生长管的所述藻类输送到所述污水池的子部分；以及响应于在所述污水池的所述子部分中增殖所述海藻，在所述污水池的所述子部分中产生增加的溶解氧浓度。
13.权利要求8的方法，其中，改变所述第二化合物的所述第二化学反应生成气体副产物，所述方法进一步包括将所述气体副产物输送到精炼器区；以及在精炼器区过滤所述气体副产物以生成甲烷。
14.权利要求8的方法，还包括响应于对所述污水池的所述子部分机械通气，在所述污水池的子部分中产生增加的溶解氧浓度。
15.权利要求8的方法，还包括响应于对所述培养器的所述子部分机械通气，在所述培养器的子部分中产生增加的溶解氧浓度。
16.权利要求1的方法，其中，增殖所述培养器的所述相应子部分中的所述第一微生物包括搅拌所述量的流出物，使得所述培养器的所述相应子部分中所述量的流出物的分散最大化，并且所述培养器的所述子部分组之间所述量的流出物的输送最小化。
全文摘要
建立流出物的污水池，其包括所述污水池中不同层级上的一组子部分，所述不同层级与相应的一组溶解氧浓度有关，所述污水池的每个子部分具有不同的溶解氧浓度。建立包括与所述一组溶解氧浓度有关的一组子部分的培养器，所述培养器的每个子部分具有不同的溶解氧浓度。将来自所述污水池的每个子部分的一定量的流出物输送到具有与所述污水池的所述子部分基本相同的溶解氧浓度的所述培养器的相应子部分。响应于增殖第一微生物，在所述培养器的所述相应子部分中产生第一处理量的流出物，所述第一微生物利用所述量的流出物中的第一化合物作为生长的底物，所述第一微生物使改变所述第一化合物的第一化学反应能够进行。
文档编号C02F11/02GK102216228SQ200980146345
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月25日 优先权日2008年10月9日
发明者M·特里 申请人:威杜尔技术公司