CN105683094A - 使用pH控制系统和具有高生化需氧量水平的工业污水的单细胞生物质生产的方法和装置 - Google Patents

Abstract

使用pH调节生长异养真核生物质从而处理污水和按照优化的量生产生物质的方法和系统。本技术涉及污水处理，其中pH进行有目的的上调或下调以产生降低原核微生物的盛行并允许真核微生物存活的生理学应激原。例如，使用设计用于在给定的频率上调和/或下调反应器的pH至少1pH单位的系统，可以使用该污水处理方法。按照这种模式调节pH产生有助于降低原核细胞的盛行并允许真核细胞存活的生理学应激原。

Description

使用pH控制系统和具有高生化需氧量水平的工业污水的单细胞生物质生产的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/800,617的受益。以上专利的全部公开内容结合于本文中作为参考。

技术领域

本发明技术涉及pH进行有目的地上调或下调从而产生降低原核微生物的盛行(prevalence)并允许真核微生物存活的生理学应激原(stressor)的污水处理。

背景技术

本部分提供了涉及不一定是现有技术的本公开内容的背景信息。

生物驱动的污水处理方法和系统通常利用最佳生长于6.5-7.5的pH范围内的介质中的异养原核生物，如细菌。能够加入酸或碱以降低或升高保持最佳范围内的pH所需的pH值。然而，在维持pH中，目标值或范围通常保持恒定，以降低能够杀死或以其它方式损害污水处理的微生物群落的pH值波动。

污水处理面临的另一个问题是，目前的处理方法和系统，如活性污泥系统，在除去某些养分如氮和磷中并非非常有效。细菌基(细菌类，基于细菌的，bacteria-based)系统在降低生物需氧量(BOD)方面较好，但不足之处在于，细菌通常不能够有效地将氮和磷隔离(螯合，消除，sequester)至目标水平。改进养分去除的最近策略包括使用其它工艺方法以：(a)经由硝化和反硝化步骤脱氮；和(b)通过化学/生物沉淀除磷。这些其它的工艺方法增加了资本要求，并且也许更重要的是，需要昂贵的有时甚至是危险的化学品投入，如甲醇才能从污物流中去除营养成分。

发明内容

本发明技术包括与通过循环有利于所需的真核微生物持续性或生存力而不利于有害原核微生物的持久性或生存力的生长介质的pH值的污水处理相关的系统、方法、设备、制造品(articlesofmanufacture)和组合物。例如，在给定的频率下使用系统设计用于上调和/或下调反应器的pH值达至少1个pH单位，就能够利用污水处理方法。按照这种模式调节pH值产生有助于降低原核生物的盛行并允许真核生物存活的生理学应激原。

根据本文提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。在本发明内容中的描述和具体实施例旨在仅仅举例说明之目的而并非旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅用于所选择的实施方式的举例说明的目的，而并非所有可能的实施方式，并且并不旨在限制本公开内容的范围。

图1是显示根据本发明技术的pH控制生物反应器的工艺流程图，其中虚线流动路径表示可选工艺过程，包括菌种接种系统，营养物添加系统，厌氧消化工艺过程，收获系统，干燥系统，金属复合(络合，complexing)系统，和菌种接种罐(箱，槽，tank)和/或主要生物反应器的光源。

图2是序批式(sequencingbatch)反应器构造的一个实施方式的工艺流程图。

图3用于从污水生长罐中分离出藻类的膜装置的一个实施方式的工艺流程图，其中，例如，该装置能够用于SBR构造中。一些生物质被除去并用于接种其它罐，在这些其它罐中藻类能够基于用于接种生长室的健康和年龄进行选择。

图4在所选藻类菌株既是能动的又能是趋光性时从非健康或有害微生物中挑选出健康的合乎需要的微生物的技术的工艺流程图。

图5显示了另一种藻类分离技术，其中光源用于排除合乎需要的微生物，而使之可以从有害微生物中分离用于重新接种生长室并培养所需的微生物群落。

图6显示了控制pH和使用异养藻类以降低污水生化需氧量(biochemicaloxygendemand)并同时产生藻类生物质的序批式反应器(SBR)构造。

图7是在构造用于低pH的工艺方法中在工业污水中使用异养藻类生产生物质的构造。

图8是使用低pH生物质室生产藻类生物质的工艺流程图。在此构造中，CO₂源是原位产生的生物气燃烧并有另外的厌氧消化预处理步骤。

图9显示了具有预想用于将目标微生物加到主处理池之前繁殖目标微生物的独立菌种罐的处理系统的详细构造的工艺流程图。显示的压滤机图示说明了除去处理微生物并降低处理出水中固体含量的收获工艺方法的实施例。

图10是4个小型(小试，实验室规模，bench-scale)实验(T1，T2，T3，和T4)的结果，证明了低pH生物处理方法的BOD去除效率。眼虫藻属和其它异养原生生物/藻类(5或15ml)的接种物(分别)加入到95或85ml的未处理啤酒厂污水中。pH降低至5并每24小时进行取样。使用标准方法对离心样品的上清液进行BOD分析。

图11是4个小型实验(T1，T2，T3，和T4)的结果，证明了低pH生物处理方法的COD去除效率。眼虫藻属和其他异养原生生物/藻类(5或15ml)的接种物(分别)加入到95或85ml的未处理啤酒厂污水。pH降低至5并每24小时取样。使用HACH品牌的COD分析管和方案对离心样品的上清液进行化学需氧量(COD)分析。

图12是4个小型实验(T1，T2，T3，和T4)的结果，证明了低pH生物处理方法的总氮去除效率。眼虫藻属和其他异养原生生物/藻类(5或15ml)的接种物(分别)加入到95或85ml的未处理啤酒厂污水。pH降低至5并每24小时取样。使用HACH品牌的总氮方案对离心样品的上清液进行总氮分析。

图13是从4个小型实验获得的数据，显示了四个培养物(T1，T2，T3和T4)在第0，1，3和8天的化学需氧量(COD)，总氮(TN)，总悬浮固体(TSS)和生物需氧量(BOD)。

具体实施方式

以下描述技术在主题问题、一个或多个发明的生产和用途的性质上仅仅是示例性的，并不是为了限制本申请或要求本申请的优先权所可以提交的这种其它申请，或由其授权的专利中要求保护的任何具体发明的范围，应用或用途。对于所公开的方法，所陈述的步骤的顺序本质上是示例性的，而因此步骤的顺序在各个实施方式中能够各不相同。除了另外明确说明之处，本说明书内的所有数量，包括反应和/或使用的材料或条件的量应该理解为通过单词“约”修饰而描述本技术的最广泛范围。

本发明技术在结合设计用于上调和/或下调反应器的pH超过1整个pH单位(即，氢离子浓度10倍变化)的系统的污水处理方法中利用异养真核生物，其中pH调节能够发生于给定的频率下。pH要么上调，要么下调从而产生有助于降低原核生物的盛行并允许真核生物存活的生理学应激原。

本发明技术使用2天停留时间能够实现显著降低生化需氧量(BOD)(例如，约95％)，总磷(P)(例如，约90％)，总氮(N)(至多达约70％)。然而，通过提高藻类可利用的BOD，N和P的可利用性，该方法能够进一步改进。具体而言，本发明技术的实施方式能够包括一个或多个以下步骤：(a)提高作为简单碳水化合物，醇和脂肪酸的BOD的比例，(b)提高作为磷酸盐(PO₄)的总磷的比例；和(c)提高作为铵(NH₄)的总氮比例。为了提高藻类可利用的BOD，P，N的比例并提供pH控制的自然机制，采用了高强度工业污水的酸性预发酵。这种方法改善脱N同时产生其它有用的副产物：氢气。

酸性预发酵能够是称为厌氧消化的厌氧工艺方法中的第一阶段。厌氧消化开始于颗粒有机物的崩解和水解。有机聚合物，如多糖，蛋白质和脂类，水解成能够被细菌细胞吸收的简单可溶性化合物。接着，发酵细菌将这些单体转化成低分子量有机酸(即，挥发性脂肪酸)和醇，主要是乙酸盐(acetate)，丙酸盐(propionate)，丁酸盐(butyrate)和乙醇。在此产乙酸的工艺方法期间，一些发酵产物通过产氢的产乙酸细菌也被氧化成乙酸盐和H₂或转化为CO₂。然后产甲烷菌将乙酸盐和H₂转化成CH₄和CO₂(即，生物气)。

厌氧消化通常在污水处理厂中实施，其中细菌污泥从约1％-2％的固体脱水至5％-6％的固体并随后消化15-30天，产生甲烷(约60％)和二氧化碳(约35％)的混合物的生物气。厌氧消化也用于工业设施生产高强度的污水(即，BOD>3000mg/L)。在这两种情况下，通过将可溶性化合物中的碳转化成气态形式，这些污水流的完全厌氧消化导致BOD去除。尽管厌氧消化适用于这方面，但厌氧消化并不会除去可溶性N和P，并实际上会增加出水中这些营养物的浓度。此外，需要较长的固体停留时间才能维持生长缓慢的产甲烷细菌，并且消化池对原料负荷和组成的快速变化异常敏感。

产酸作用和产甲烷作用具有独特的，而在许多方面，不相容的最佳条件。例如，产甲烷作用对低pH值是高度敏感的，而产酸期间过度挥发性的脂肪酸生产会严重限制甲烷生产。对于水解和产乙酸作用的理想pH值范围据报道为pH5.0-6.5，而产甲烷作用最佳发生于约pH7.0。不试图通过完全厌氧消化去除BOD，而是采用产酸作用将BOD转化成挥发性的脂肪酸并酸化要处理的高强工业污水。产酸工艺方法的各个运行参数(例如，反应器构造，水力停留时间和固体停留时间)能够进行定制从而产生好氧生物反应器中最适合除去营养物的污水。按照这种方式，最小化与通过降低工艺方法水力停留时间和改进营养物的去除效率的处理相关的成本。

尽管从污水中去除营养物是一个关注点，但酸性预发酵工艺方法的目标，即在酸性条件下产生挥发性脂肪酸并限制产甲烷作用，类似于有机污物暗发酵产氢。在这个方面中，H₂是一些发酵反应的主要副产物并能够作为一种有价值的燃料从反应器中回收。为了限制产甲烷作用，反应器能够在较短的水力停留时间和在酸性的条件下运行。此外，用于接种这种反应器的污泥，其通常获自污水处理厂的厌氧沼气池，能够进行预处理(例如，酸-碱，热)而去除产甲烷菌并对幸存于这些处理(通过形成内生孢子)的产氢细菌(例如，梭菌)进行选择。虽然由工业污物大规模生物制氢尚未得到证实，但大量的中试规模的研究表明，这是产生H₂燃料的有前景的途径。此外，应该认识到，生物制氢导致产生小于10％的化学需氧量(COD；BOD的代替值)的去除率，从而需要一些类型的下游污水处理工艺方法。因此，生物制氢能够集成到本发明技术中，其中H₂能够捕获而产生足够的电力，例如，用于运行部分或所有的污水处理工艺过程，就像完全厌氧消化的生物气能够燃烧而对活性污泥设施供电。

活性污泥是用于全球几乎每一生物污水处理厂中处理BOD的生物工艺方法。活性污泥主要是由腐生营养的细菌构成，而且还含有原虫如阿米巴虫，旋毛虫，缘毛类纤毛虫和轮虫。然而，BOD，总凯氏氮(TKN)和总磷(TP)的实际反应速率也受温度，pH，底物和氧水平的强烈影响。对细菌中许多生化反应进行调节的酶是非常pH依赖性的。最佳pH对于现有技术的细菌污水处理系统的合适活性污泥微生物为7.0-7.5。这些系统当pH超出这个范围时往往会崩溃或达到次最优结果。

与细菌基工艺方法不一样，真核生物基工艺方法实际上能够随着真核生物生长吸收营养物进入生物质中，而很少再循环回到水中。因此，当真核细胞收获出水时，几乎所有的氮和磷都维系于(固定于，tiedupin)真核生物质中而水能够采用最低的其它处理进行排放。这样的系统的一个优点是，它们通过消除具有几个除去BOD，氮和磷的不同步骤并在这些每个步骤中需要的后续成本高昂且潜在危险的化学品输入，比处理某些类型的污水的其它方法运行成本更低。此外，无论该工艺方法是活性污泥，硝化/反硝化，还是厌氧消化，在较低的pH范围内，低于6或7，硝化和反硝化途径受到抑制，其中这种原核基污水处理使用接近中性的最佳pH值，处于6-8的范围内。

本体水pH值有两个理由在硝化活性中是重要因素。首先，总碱度的降低可能伴随着硝化作用，因为显著含量的碳酸氢盐在氨转化成亚硝酸盐中被消耗。尽管碱度降低不会产生直接公众健康影响，但是碱度降低能够导致缓冲容量下降，从而影响水的pH稳定性和对铅和铜的腐蚀性。pH，碱度，腐蚀性和金属浸出之间的关系因此能够产生某些问题。第二，硝化细菌对pH非常敏感。例如，亚硝化单胞菌具有约7.0-8.0的最佳pH值，而硝化细菌的最佳pH范围为约7.5-8.0。一些污水处理方法证明，pH值升高(至大于9)能够用于降低硝化作用的发生。然而，许多其他因素有助于硝化细菌的生存力，而因此，在范围6.6-9.7的pH水平下已经观察到硝化发生。因此，在原核基系统中，7.0-9的pH值通常用于作为N₂气脱氮。在一些脱氮需要三个处理步骤的系统中，系统保持于pH值7.0-9。例如，反硝化能够更快地出现在这个最佳pH值范围内而同时在pH5下几乎根本不会发生。因为这个原因，许多努力已经设计用于测定和模拟污水处理系统的最佳pH。基于可编程逻辑控制器的系统已经进行设计而优化这个系统的pH值，以在这些系统中几乎恒定地保持于7.0-9的范围内。

氨(NH₃)对许多微生物有毒而一些污水包含在这种毒性水平的高氨含量。铵离子(NH₄ ⁺)对大多数微生物都是无毒的而在某些情况下，是吸收到细胞中用于微生物生长的氮的优选形式。氨和铵离子依赖于pH能够互换，在较高的pH值下，大部分的氨/铵都是氨的形式。在较低的pH下，大部分的氨/铵都是毒性较低的铵离子形式。例如，在pH7.5和25℃下，只有约1％的氨/铵是氨形式，因此可以降低氨毒性。

本发明技术因此提供了采用接收污水进水流，排放相当于进水大致相同的体积的出水流，排放废水约占体积相同的进水流量，包括定殖生物反应器的微生物群落，用于为好养异养微生物提供氧的曝气或充氧的系统和增加和/或降低生物反应器的pH的生物反应器的方法和系统。作为污水处理的一个实例，来自食品加工器的污水进水可能具有以1百万加仑/天的流量的2000mg/L的BOD水平。生物反应器罐能够具有容积2百万加仑，提供2天的水力停留时间。曝气系统，使用标准的设备和工艺过程，如置于反应器底部的具有细气泡扩散器的鼓泡器系统，能够标称保持氧水平于平均高于1.0mg/L。反应器能够由任何材料和几乎任何尺寸制成，对于罐优选至少2米深从而增加来自一个或多个气泡扩散器的氧传递效率。pH控制系统能够是连接至计量仪，pH控制器，可编程逻辑控制器或类似能够监测pH水平并具有对打开酸或碱添加系统的设备的pH探针。生物反应器中的微生物能够由单一类型的微生物或许多不同类型的微生物群落进行接种。只要微生物的倍增时间比这种反应器的水力停留时间更快，微生物能够自我维持于生物反应器中而无需进一步添加接种物。例如，如果所需的微生物具有24小时的倍增时间而在这个例子中的水力停留时间为60小时，则微生物会增长足够快而保持反应器中可持续的菌落密度。在最基本的设计中，生物反应器的出水简单地是微生物和生物反应器中的溶液的混合物。理想情况下，对于含2000mgBOD/L的污水进水，和水力停留时间为2.5天，生物反应器中的微生物在任何给定时刻的浓度可超过700mg/L而在去除微生物之后的残余BOD浓度能够小于500mg/L并优选小于250mg/L。

pH控制系统的操作能够进行修改而优化处理性能，目标微生物生长或这二者。在上面的例子中，对于食品加工器的污水进水组成为2000mgBOD/L或，进料pH水平能达到7.5左右，这对于原核生物(例如，细菌)生长将是接近理想的。在正常稳态条件下不采用pH控制，生物反应器的pH将是污水出水的pH的函数和在可以升高或降低pH的生物反应器中生物和无机工艺方法的组合效应。例如，通过异养微生物的有机碳正常呼吸通常会降低pH，因为呼吸的二氧化碳会产生碳酸。在本发明技术中，生物反应器的pH通过pH控制系统加酸或碱进行有目的调节。

增加或降低系统的pH，会改变酶促反应动力学，这可能会导致反应器中的微生物的选择和生长速率改变。该系统中的目标微生物是适应或适于高度可变的pH条件的那些和/或适应或适于非常高或低的pH(即，高于9或低于6)的那些。通常情况下，原核细胞(例如，细菌)不太能存活于这种pH波动而原核生物的生长能够显著降低。相比之下，真核生物通常更能耐受这些pH波动，这能够导致能够包括真核鞭毛虫，纤毛虫，原生动物，和尤其是某些藻类物种的微生物群落持续。某些异养藻类物种在低于6的pH下具有最佳生长性能，如眼虫藻属。

在最基本的设计中，pH向上或向下快速波动1单位或多个单位(在小于4小时的跨度内)通常能够即使不会杀灭，也会抑制一定比例的微生物群落生长，而原核生物通常比真核生物更敏感。这种效应的证据能够通过污水介质中泡沫的快速生产就能明晰，这种泡沫的形成就是从溶解的(杀灭的)细胞释放的蛋白的征兆。因为真核生物往往对pH波动不太敏感，这使其排挤掉原核生物。pH波动的频率能够根据污水进水流量，生物反应器中的液体的停留时间，和pH波动对生物反应器中控制原核生物和真核生物之间的竞争平衡的所需影响而变化。pH波动能够使用与定时器集成的pH控制器实现，例如，每隔4小时pH控制器就会激活酸或碱的递送系统(例如，酸性储库的蠕动泵)并在pH下降或上升期望的幅度；例如，1个pH单位之后停用递送系统。对群落的更剧烈的影响能够采用幅度更大的pH波动；即超过1个pH单位而实现。某些实施方式中能够使用4个pH单位的大波动而使几乎所有但最强健的真核微生物被杀灭。

在某些情况下，生物反应器中的反应的正常代谢能够促使pH上升或下降。例如，如果污水的流入pH为8，微生物代谢效应结合任何无机化学效应(即，脱气)促使pH正常下降到pH7，然后稳态pH值水平将趋向于结束于pH7左右。因此，快速pH波动回到pH8能够有效杀灭敏感的原核生物，但随着时间的推移，pH会趋向于再次回到pH7，该工艺过程能够重复。如果pH未自然趋向上升或下降，则pH波动能够通过执行一定时间间隔实现，其中pH上调1个pH单位或更多，并随后在下一个时间间隔(例如，4小时)内，pH能够下降1个pH单位或更多。

如果pH降低，则氨毒性的潜势也会降低。氨相对于铵离子的相对含量通过pH进行调节，而在较高pH下氨相对较高的比例。通过降低pH，尤其低于7.5时，大部分的氨会转化成不太有毒性的铵离子。

相对于某些细菌基污水处理系统，本发明的异养真核生物系统会产生比活性污泥工艺方法更多的生物质，因为更大百分比的分子质量能够摄取到细胞结构中。例如，真核细胞相比于活性污泥或厌氧消化细菌群落能够累积更多的生物质。这种差异的证据参见生物质转化效率。典型的原核生物基系统具有小于20％的BOD:生物质(干)的转化效率(即，1mgBOD/L转化成0.20mg干生物质/L)。真核生物基系统能够获得大于35％BOD:生物质转换效率。

本发明技术能够采用几种类型的生物反应器系统进行实施。这种系统的例子包括：连续流动反应器；序批式反应器(SBR)；移动床反应器；气升式循环反应器；流化床反应器；和膜生物反应器。各种曝气方法同样能够使用，如起泡器，混合，喷雾，以及提供污水介质和空气之间的增加的表面积的浅层反应器的使用。

对于处理污水，生物反应器中生长的微生物能够从使用各种各样的固/液分离收获技术的出水物流中分离出来。实例包括过滤，沉降，溶气浮选，和悬浮空气浮选。这些分离技术每种也能够结合所添加的化学品使用而絮凝微生物细胞。通过从生物反应器出水流中收获微生物细胞，剩余液体出水流将会具有更低的BOD和/或更低的营养物。

pH也可以进行调节而促进或抑制目标粒子吸收到真核细胞，膜，絮凝体，或生物反应器罐中暴露的其它分子表面。例如，pH的改变可以用于促进目标分子，如多氯联苯，结合于异养藻类或加入到溶液中的混凝剂或絮凝剂。任何向污水溶液中加入的酸可以用于降低pH。酸能够包括乙酸，抗坏血酸，碳酸，盐酸，硫酸，氨基磺酸，硝酸，磷酸，通过发酵工艺过程产生的酸，和任何有机酸或任何其它酸。

对于采用低pH工艺方法的处理，降低污水/生物反应器溶液pH的另一种方法是从附近的燃烧工艺方法排放中递送二氧化碳。在一个优选的实施方式中，这种二氧化碳可以来源于厌氧消化工艺过程中产生的甲烷或生物气燃烧。厌氧消化可以发生于上游或下游的厌氧污水处理步骤中或发生于消化有机物质的邻近源，如垃圾废物或粪便。

任何碱都能够用于提高生物反应器溶液的pH。碱包括氢氧化钠和氢氧化钾。氢氧化铵也能够用于提高pH，并具有加氮的添加受益，氮微生物生长的必需元素。其它能够中和酸如碳酸钙的其他化学物质，能够用于升高pH。

虽然本发明技术能够适合任何类型需要处理生物需氧量，氮，或磷的污水运行，但本发明的系统和方法已证明对处理浓缩污水溶液是有效的。主要依赖于pH范围超过6.5的细菌生长的溶液可以不起作用，或它可能导致系统重复崩溃和不稳定的生物平衡。此外，虽然其他方法可以教导加酸能够使污水pH从碱性溶液降低至7的范围，但是只有本发明技术采用加酸有目的地将pH降低至低于7的水平，其中一些实施方式包括降低pH低于7一个或多个pH单位。通过细菌厌氧消化的典型污水处理，例如，不会降低pH低于7，因为如此操作会对异养细菌性能产生负面影响。

在一些实施方式中，使用本发明技术处理的污水能够具有超过500mg/L的BOD浓度，高于100mg/L的总氮水平，和超过5mg/L的总磷浓度水平。如果这些浓度不存在，则氮或磷能够从含氮活磷的化合物加入到污水中而获得期望的浓度。其它必需的营养物，如微量元素，也能够加入而促进生物质生长。

维持低水平pH的另一个益处是抑制细菌驱动的硝化反应发生。这会降低系统对氧的需求，因此降低了曝气需求和潜在的能源成本。此外，如果藻类在其接收到光时能够进行光合作用，则它们能够为系统产生额外的氧并降低二氧化碳浓度。

在各种实施方式中，低-pH生物反应发生于包括具有能够在它们之间进行切换的共同入口和一个共同出口的两个罐的序批式反应器中。每个罐按照以下循环运行，而各个循环交错运行，使其具有接收进水的恒定能力。循环由罐填充，曝气，罐沉降，和从罐倾析(decanting)水构成。生物质污泥可以完全去除或某些污泥能够运到其他室接种轮换生物反应器。其它营养物可以加入到一个或两个罐中而补充可能会限制目标真核微生物生长的任何元素。

目标真核微生物的种群(seedpopulation)能够平行于主反应器处理在单独的菌种反应器(种子反应器，seedreactor)中生长。在这种情况下，菌种反应器罐能够采用与主反应器罐不同的环境条件操作而进一步有利于目标微生物的生长。具体而言，菌种反应器罐能够具有与主生物反应器不同的pH值控制机制，不同的曝气机制，不同的对光暴露和/或不同的养分浓度。例如，如果主反应器罐具有的水力停留时间为2.5天，则菌种罐可以利用5天的停留时间，从而允许真核微生物有更多的机会竞争掉原核生物。同样，如果目标真核微生物除了异养生长之外能够进行光合作用，则菌种罐能够暴露于足够的天然光或人造光水平从而部分在光合作用之下有助于微生物生长，这将使微生物比严格的异养微生物更具有竞争优势。菌种罐能够填充主污水进水的滑流(slipstream)，这将使微生物有机会适应污水化学或菌种罐能够完全填充目标微生物生长特异性的介质。例如，目标微生物的单培养基能够在无菌条件下要么在封闭式光生物反应器中要么在无菌发酵罐中进行生长。

选择所要培养的物种的系统也能够置于罐之间从而提供所需的菌种浮块(seedfloc)。例如，如果异养藻类是合乎需要的物种，则可以使用膜泵出出水，从而使孔径排除藻类通过而不排除细菌。剩下的生物质将由比在接种其它罐之前的细菌具有更大百分比的所需藻类构成。不同于现有的几乎严格依赖于沉降的序批式反应器，曝气可以留下用于部分沉降工艺过程。在某些实施方式中，能够向菌种生物质中加入抗生素之后才将其转移至其它罐。杀生物剂也能够加入到合乎需要的微生物已经经过选育而获得对杀生物剂的抗性或已转基因改性以提供杀生物剂抗性的浮块中。高或低的压力能够进一步用于选择性地破坏其中藻类或要不然合乎需要的微生物能够承受压力和/或压力变化的菌种浮块中的细菌。

当合乎需要的微生物是能动的，则环境信号，如光，可以用于反应室中或单独室中而从竞争微生物中分离出目标微生物之后才将其接种于其他批次的反应器室。在这种情况下，排出的出水能够从间歇式反应器的底部移除，而不像大多数目前序批式反应器设计那样将出水从反应器顶部倾析出。在本设计中，罐能够排水而使能动的物种能够足够快地游向光源而使之能够留在注定作为其它反应器的菌种的最后生物质中。

光源也能够用于驱动所需的能动微生物到罐的底部。另外，如果所需物种较大，它也能够以比较小原核微生物更快的速率沉降于罐的底部区域。在这些情况下，出水可以从罐的顶部倾析出来。另外，所需的微生物(例如，藻类)可以从罐中移除并转移到其他间歇式反应器中。然后，pH可以从先前有助于藻类生长的较低水平(pH<7)升高至有助于细菌生长的pH水平(pH7-9)。在这一步骤中能够停止曝气以有助于反硝化作用并消耗掉罐中剩余的碳源。采用传感器的控制系统可以通过使用优化算法而决定在每个反应器中何时从“藻类”模式切换至“反硝化模式”。如果其确定碳源是驱使反硝化反应的限制试剂时，其它碳源也能够在反硝化步骤器件从外部罐加入。

在一些实施方式中，磷可以加入到溶液中作为降低pH的方法，而同时也向溶液中加入磷。如果已知磷是促进生物反应的限制试剂时，向溶液中加入磷的受益是促进微生物生长。例如，连接至可编程逻辑控制器的系统可以检测出有其它用户期望在系统中通过摄取到异养藻类微生物中而分离的BOD和氨氮存在于系统中，但对于藻类按照所需和预期的速率生长的磷的量不足。加入磷酸可以同时降低pH，而同时也会增加系统可利用的磷。

序批式反应器(SBR)能够用于操纵pH和其他藻类/细菌分离技术而降低BOD和总氮的水平。目标应用能够包括具有高水平BOD和总氮的污水流，但是本发明技术也能够用于其他应用中。在SBR工艺方法中，两个反应室交替运行于使用藻类的BOD异养去除和细菌驱动的反硝化反应之间。罐首先在低于pH7的藻类主导的环境中运行而降低BOD水平。藻类随后通过使用沉降，膜，光，或本文中描述的其它技术之一分离和移除。一旦移除，部分藻类进行脱水并从SBR系统中移除而部分可以用于对其他反应器罐接种。系统然后允许进行厌氧消化，而pH水平升高至反硝化的最佳水平(pH7-9)。一些细菌菌种可以在这个时候从其他罐中加入。细菌菌种可以使用膜，澄清池，或其他技术分离而浓缩细菌菌种。采用存在的正确的细菌菌株的高群落和最优pH水平，反硝化作用就能够迅速发生。一旦总氮达到合适的水平，则罐就排空。一些细菌菌种就可以在此时送至其它SBR池。剩余的出水能够进行处置，采取进行可选的消毒进行之后才处置于水体或污水系统中。罐能够重新装填并在此时用异养藻类重新接种而使反应按所描述的继续进行。

一般SBR工艺方法能够在几个方面进行修改。例如，乙酸或其他有机酸能够递送到系统中降低pH，而同时为系统提供碳源。如果生物需氧量是异养藻类中的生物反应的限制试剂，则加入有机酸能够同时实现这两个目标。二氧化碳也能够加入到系统中作为一种降低pH水平的方法。例如，燃煤电厂的烟道气能够按照受控模式鼓泡到系统中而维持最佳pH水平，其中二氧化碳在污水介质中生成碳酸。循环流能够从含有一定浓度的酸的出水流中返回以降低需要添加到系统中的酸用量；即，酸能够循环返回到系统中。

藻类能够允许自然沉降或通过使用能够包括氧化铁，明矾和聚合物絮凝剂的化学絮凝剂可以诱导更快的沉降。pH也能够低于6或升高超过8而增强或降低生物絮凝剂的存在，或防止在存在于生物反应器中的膜或其他结构上生长生物膜。

异养藻类污水系统能够通过包括连接到外部传感器和自动计量罐的逻辑控制器的自动控制系统进行控制。自动传感器可以包括pH传感器，BOD传感器，浊度传感器，温度传感器，氯传感器，氨传感器等。计量罐可以包括预想影响pH的酸或碱，氯，氨，磷酸，氧，光，或预想影响系统中的BOD，氮，磷或pH浓度的其他化学物质。光度计可以与这些传感器组合使用以反映出预期会发生的光合作用的水平。因此，用于决定加入这种化学品的反应模型和算法能够进行扩展从而包括光和光合作用对总反应速率的影响，包括微生物生长和BOD，氮和磷水平的降低。在控制系统中包括光，温度，BOD以及氮和磷的传感器是本发明技术的一个独特方面。

控制系统能够接收各种输入，处理这些输入，并提供各种输出。输入能够接受自其他系统组件，传感器，或传感器阵列。控制系统的输入实例包括：液流如污水中的溶解氧量；鼓泡到污水或介质中的空气或氧流量；BOD；氮化合物水平，包括氨，硝酸盐，亚硝酸盐；磷及磷化合物水平；pH；光照强度；温度；流速；和混合速率。这种输入能够在进入生物反应器之前提供于物料(例如，污水进水)，生物反应器中的物料(例如，含微生物的污水生长介质)，和/或通过生物反应器处理的物料(例如，污水出水)中。各种输入能够通过控制系统进行处理而实现某些输出，包括控制污水处理系统的其它部分的启动。控制系统的输出实例包括：添加改变pH的酸或碱，其中pH能够在污水进水或生物反应器中被改变；添加适用于生物反应器中一种或多种异养微生物的碳源；添加一种或多种限制性营养物，包括磷和氮及其化合物；添加氨；改变生物反应器中的停留时间；和曝气变化，包括增加/减少搅拌速率或曝气，鼓泡，或进料至系统中的空气或氧的量。

控制系统能够局部运行或信息能够在网络上执行，而中央逻辑模块执行于中央服务器上而从单个位置控制多种藻类生产系统。这种结构的益处包括更快的计算时间，中央数据库管理，和模块的更快升级。同样，远程传感器能够流式处理描述pH，温度，和系统性能的数据。单一控制系统位置能够使之更容易管理和分析大数据集而基于Kalman过滤或其他技术开发出一套优化的算法，以提供优化的操作。也能够包括预测环境天气的算法从而能够考虑对污水溶液的流动体积和温度的未来影响，如此而使系统能够预测和自我调节以优化生物质生产，BOD去除，和防止系统崩溃。

在各种实施方式中，一定分数的新引入污水能够转移到一个或多个菌种罐中以便在不同生长方案下生长目标微生物之后才将微生物加入到主处理罐中。作为一个实例，对于污水流量2百万加仑/天，能够将100,000加仑/天转移到一个或多个水力停留时间为5天的菌种罐中。菌种罐中的环境条件能够进行改变，包括增加营养物或必要的金属，维生素等，相比于初级处理罐，pH能够改变和/或能够增加日光或人共光照，以便有利于目标处理微生物的生产。至少，菌种罐中的水力停留时间能够比主处理池的水力停留时间更长。从菌种罐中流出的水流具有比其进入菌种罐时更高的目标处理微生物的浓度并且水流和处理微生物的这种混合物加入到主处理池中。

在某些实施方式中，从生物反应器中收获的生物质能够使用标准固体分离技术(例如，压滤，离心，澄清池等)降低至5％-35％的固体水平并随后采用标准生物质干燥技术，如一种或多种鼓式干燥机，喷雾干燥器，污泥干燥机和共混机干燥器，进一步干燥至水分含量小于10％。干燥的生物质随后磨碎至所需的粒径(例如，500微米)。

排出系统的生物质和污水能够按照各种方式进一步进行处理。排出收获系统的生物质能够与金属溶液(例如，锌)混合而形成金属复合物。生物质细胞也能够在与金属复合之前溶解。溶解的生物质中的蛋白质也能够水解之后才与金属复合而形成金属蛋白复合物。污水进水能够进行灭菌或巴氏消毒而产生无微生物的进水流或基本上无微生物的进水流。这可以有利于通过防止添加竞争性微生物而产生真核处理微生物的单一培养物。污水也能够使用膜技术进行预浓缩而获得更高强度的污水并降低经历本发明的系统和方法的污水的总体积。例如，包含糖废弃物流的污水能够具有1000mg/L的初始BOD浓度和1百万加仑/天的流量，这随后能够浓缩至约50,000加仑/天的较小体积和20,000mg/L的BOD水平。

污水处理中的另一个问题是烃去除。本发明技术能够进一步包括采用厌氧消化工艺方法处理污水而降低烃。通常在这种厌氧消化工艺方法中具有这样四个阶段：水解，产酸，产乙酸和产甲烷。在水解中，碳水化合物，脂肪和蛋白质分解成更简单的糖，脂肪酸，和氨基酸分子。在产酸中，所产生的产物分解成碳酸，醇，氢，二氧化碳和氨。在产乙酸中，来自产酸作用的产物转化成氢气，乙酸和二氧化碳。最后，来自产乙酸作用的产物在最后的生物驱动的产甲烷作用的转化步骤中转化成甲烷和二氧化碳。这种厌氧消化工艺方法能够包括间歇式或连续式工艺过程的构造，中温或高温的温度条件，高或低的固体组成，以及单级或多级工艺过程设计构造。这种反应中所产生的甲烷能够用于发电而这种工艺方法最近因为那些理由而越来越流行。厌氧消化工艺方法通常利用异养原核生物(例如，细菌)并能够包括于采用真核微生物的本发明系统和方法的前端或后端。

本发明技术的各个方面能够引入到描述于GeoffHorst的美国专利号8,308,944中的污水处理方法和系统中，该专利的全部公开内容结合于本文中作为参考。

实施例

参照图1，显示了pH受控生物反应器系统100的工艺流程图，其中可选的部分通过点线(虚线，stippledline)描绘。在系统100中，生物反应器105进料污水进水110。一个或两个生物反应器105和污水进料110包含异养真核生物，如藻类的眼虫藻属。污水进水110能够起到生物反应器105中全部或部分的生长培养基的作用；例如，生物反应器105能够已经包含生长培养基和/或用污水进水110补充的生长培养基组分。生物反应器105具有曝气或充氧系统115，其能够包括一个或多个用于加入空气或氧的鼓泡器，混合器，喷雾器，并也能够包括使用具有为生长培养基和空气之间提供增加的表面积的浅表构造的生物反应器105。pH控制器120传感生物反应器105的pH并控制酸添加125和碱添加130从而将生物反应器105中生长培养基的pH值改变至所需的值。例如，pH能够改变至多达一个或多个pH单位，并且pH能够改变多次或设置为按照预定的时间间隔进行循环，或一旦生长培养基中的生物活性将pH改变至特定阈值就能够改变pH。在规定的时间或条件满足后，出水135就从生物反应器105中移除。规定的时间能够基于异养真核生物生长曲线和/或基于生长培养基的测定结果，包括BOD，氮，和/或磷的测定结果。出水135能够包含所有或一部分生物反应器105内容物。

系统100能够包括如图1中所示的各种其它组件。例如，污水进水110能够通过使用异养原核生物厌氧消化在产酸/产乙酸的厌氧反应器140中进行处理并随后送入生物反应器105中。按照这种方式，某些烃能够在对于厌氧反应器140中对异养原核生物优化的条件下被消化。剩余的BOD水平，包括氮和磷，然后在生物反应器105中用异养真核生物处理而进一步降低BOD和将氮和磷吸收到异养真核生物生物质中。菌种罐145能够向生物反应器105提供异养真核生物的源并能够提供对于异养真核生物优化的环境。例如，光源150能够用于促进藻类的光合生长，其中有限的碳源抑制异养原核生物的生长。菌种罐145中的异养真核生物也能够适应于污水进水145，因此当异养真核生物接种至生物反应器105中时异养真核生物的代谢已经适应于消化污水进水145。另一光源155能够结合生物反应器105使用而辅助富集或分离出也能够光合生长和/或在微生物的能动性响应于光的异养真核生物；例如，藻类的眼虫藻属。各种补充营养物160能够根据需要提供给生物反应器105。例如，生长限制营养物，如氮，磷，或各种微量金属，都能够加入。生物反应器105的出水135能够进一步通过能够捕获所得生物质并从出水135的液体部分中分离出固体的收获系统165进行处理。在某些情况下，收获系统165的固体部分或至少部分脱水的部分能够在生物质干燥系统170中干燥。来自干燥系统170的干燥的或部分干燥的生物质组分能够使用金属复合工艺过程175与金属进行复合和/或收获系统165的物料能够引导至金属复合工艺过程175中。

参照图2，序批式反应器(SBR)工艺过程200如所示适用于本发明技术中的生物反应器，例如如图1中所示的生物反应器105。SBR工艺过程200包括至少两个具有可以在每个反应器205之间切换的共同入口的反应器205。SBR工艺方法200在图2中的框图中只使用了一个反应器205，其中附加的反应器205的参与将从以下描述中进行理解。反应器205构造设计成通流系统，采取填充或污水进水进入一端而处理过的出水排出另一端。当一个反应器205是按照沉降或倾析模式，而同时其他反应器205则正进行曝气和填充。这允许在的规定等分试样中处理污水流，提供反应器205的按序装料和从污水流中连续脉冲抽吸。进入反应器205的填充物能够随着反应器205装入污水通过曝气机或搅拌器。图2中图示的工艺过程200中所示的处理阶段包括填充阶段210，反应阶段215，沉降阶段220，和抽出阶段225。在填充阶段210期间，污水填充物提供于反应器205。混合可以通过机械手段提供而无需在反应阶段215的缺氧部分230中进行曝气。混合的污水的曝气则在反应阶段215的有氧部分235期间使用各种手段，如固定或浮动机械泵或通过将空气传送进入鼓泡器或扩散器中而进行实施。无曝气和搅拌提供于沉降阶段220，其中悬浮固体开始通过重力从污水中沉降出来。抽吸阶段225包括从反应器205上部分移除在沉降阶段220期间澄清的处理过的出水。固体，污泥和生物质能够从反应器205的下部分移除。例如，SBR工艺过程中的反应器205的数目可以增加而使一个反应器205完成填充阶段210时另一个反应器205完成抽吸阶段225，因此污水流随后能够进料至反应器205中而离开抽吸阶段225。因此，污水填充物的连续装料能够通过工艺过程200进行处理。其它营养物可以添加到一个或多个反应器205中以补充由真核微生物经历的任何生长限制性效应，正如本文中所述。

参照图3，显示了生物反应器305的真核微生物(例如，藻类)的膜分离300的工艺流程图。生物反应器305能够是图1中所示的生物反应器105或图2的SBR工艺中的反应器205之一。使用膜组件310从反应器305中移除出水，其中膜组件310包括防止真核细胞(例如，藻类)通过而同时液体和较小微生物(例如，原核细胞)能够通过并从反应器305中移除的孔径。正如所示，膜组件310位于反应器305之内，但能够位于其它位置，条件是膜组件310截留的真核细胞用于接种最初的生物反应器305和/或用于接种另一个这样的生物反应器305。膜组件310截留的真核细胞和任何其他物质或固体能够进一步处理而用于生物质分离，干燥，和存储，正如工艺流程图中所示。

参照图4，显示了一个光基(基于光的，light-based)选择的工艺过程400的工艺流程图。工艺过程400采用了生物反应器405和光源410从包含有害微生物的经过处理的污水生长培养基的剩余物中分离光敏性的能动真核微生物。例如，能动和趋光的藻类(例如，眼虫藻属)的菌株将会在生长培养基中向光源410相对于生物反应器405的位置迁移。如图所示，光源410位于生物反应器405的顶部，但其他位置也是可能的。在光敏性能动真核微生物向光迁移之后，包含经过处理过的污水的生长培养基的下部分能够作为处理过的出水移除。处理后的出水能够从生物反应器405的底部排出，这与其他从生物反应器405的顶部倾析出处理过的出水不一样。在光基选择的工艺过程400中，生物反应器405能够按照一定速率排水而使光敏性的能动真核微生物能够足够快速地向光源410迁移并保持于反应器405中。另外，一旦移除经处理的出水，剩余的光敏性能动真核微生物能够从反应器405中移除并用于接种另一生物反应器。

参照图5，显示了另一光基选择的工艺过程500的工艺流程图。相对于图4中所示的前述工艺方法，生物反应器505中的光敏性能动真核微生物能够从包含有害微生物的经过处理的污水生长培养基的剩余物中通过使用强光源510排斥光敏性能动真核微生物而分离出来。强光源510能够用于将光敏性能动真核微生物驱赶至生物反应器505的底部，而使经过处理的出水能够从生物反应器505的顶部倾析出来。光敏性能动真核微生物(例如，藻类)也能够从生物反应器505的底部移除并转移从而接种另一个生物反应器和/或经历固/液分离工艺过程。

参照图6，显示了使用生物反应器605交替异养藻类和反硝化的工艺过程600的工艺流程图。工艺过程600能够采用具有多个反应器605的序批式反应器工艺方法，如对于图2的描述，其中反应器605能够用于处理具有高BOD和高总氮(TN)的污水。生物反应器605在610处填充或重新填充未经处理的污水并用异养真核生物(例如，藻类)和异养原核生物(例如，硝化细菌)接种。混合的污水生长培养基，真核生物，和原核生物在小于7的pH下好氧生长于615。在一些时间或在污水生长培养基中获得某种所需的变化之后，曝气停止，而真核微生物和原核微生物在620处分离。一种或多种本文中的各种分离方法就能够在620处使用，正如图4和图5中详细描述的各种光基选择工艺方法。pH值保持小于7。一旦真核微生物分离出来，则将其移除并用于接种另一生物反应器605，在这种情况下多个反应器605能够用于上述序批式反应器工艺过程。原核微生物保留并在625处调节条件进行反硝化，其中pH为7-9，并停止曝气。其它原核生物(例如，硝化细菌)能够在625处加入。在一些时间或在污水生长培养基中获得某些所期望的改变(例如，观察到TN的所需变化)，处理的污水从生物反应器605中移除并将生物反应器605在610处再次启用。

参照图7，显示了低pH污水处理工艺过程700的工艺流程图。任何数量的工业工艺过程，如在705处的工业工艺过程，能够产生具有各种BOD，氮和磷水平的污水流710。污水流710还能够包含生物治理的其他物质或化合物，如烃，脂肪酸等，如本文中所述。可以合乎需要的是允许污水流进行沉降，其中在715处的初级沉降能够从污水中分离处一部分固体。沉降的污水随后倾析出来或转移到生物反应器中，包括一个或多个各种生物反应器和本文中所述的生物反应器工艺方法，而异养真核生物(例如，藻类)好氧生长于720处的污水中。此处，加入将pH调节至小于6所必需的酸。空气或氧能够按照促进真核微生物好氧生长所需加入。低pH能够维持而抑制细菌生长和/或pH能够在一个或多个pH单位之间循环而抑制原核微生物生长。在一段给定的时间或达到所需的条件之后，如某些BOD，氮，磷水平，生物质在725处从处理过的污水中的部分液体中分离出来。处理过的污水能够在此时再循环至工业工艺705。水再循环依据于工业工艺的性质和水需要能够包括其它步骤。例如，水再循环能够包括巴氏消毒，氯化作用(氯化消毒，chlorination)，过滤，或后续生物反应器处理。生物质能够如在730处所示进行收获并用于重新接种一个或多个在720处使用的生物反应器，例如，或真核微生物的代谢产物能够进行收获；例如，碳水化合物，脂肪酸，金属或金属复合物等。

参照图8，显示了另一低pH污水处理工艺800的工艺流程图。再次，工业工艺805在810处输出污水流。污水流能够允许在815处沉降而将部分固体从污水中分离出来。沉降的污水随后倾析出来或转移到生物反应器中，包括一个或多个本文中所述的各种生物反应器和生物反应器工艺方法，在这种情况下这些条件有利于异养原核生长。然后在820处进行厌氧消化。从厌氧消化820产生的生物气能够收集并燃烧，如825处所示，例如，在这种情况下燃烧能够与830处所示的发电偶联。另外，825处的燃烧能够与其他工业工艺偶联，包括在805处的工业工艺的使用。在厌氧消化之后，消化的污水流转送至另一生物反应器使用异养真核生物(例如，藻类)在低pH(例如，小于6)下进行好氧消化。由825处燃烧生物气产生的二氧化碳能够加入到厌氧消化生物反应器而降低pH，其中二氧化碳在污水生长培养基中形成碳酸。在一段给定的时间或达到所需的条件，如一定的BOD，氮，或磷水平之后，生物质在840处从处理过的污水中一部分液体中分离出来。处理过的污水能够在此时再循环至工业工艺805，其中再循环能够包括如本文中所述的其它工艺方法步骤。生物质能够如所示在845处收获并用于重新接种一个或多个在835处使用的生物反应器，例如，或真核微生物的代谢产物能够进行收获；例如，碳水化合物，脂肪酸，金属或金属复合物等。

参照图9，显示了还有的另一低pH污水处理工艺过程900的工艺流程图。具有BOD2200mg/l的2百万加仑/天(MGD)污水流，如在905处所示，分流为0.1MGD的第一物流和1.9MGD的第二物流。第一物流进料至异养真核微生物生长生物反应器而使微生物适应于污水和为主处理生物反应器接种提供接种物。第二物流进料于915处所示的主处理生物反应器。本文中，5百万加仑的污水采用异养真核微生物通过好氧消化进行处理。在915处的主处理生物反应器能够维持于酸性pH和/或pH能够在一个或多个pH单位中进行循环而有利于真核微生物生长并抑制原核微生物生长。在一段给定的时间或达到所需的条件，如一定BOD，氮，或磷水平之后，生物质从920处处理的污水中的一部分液体中分离出来。压滤机如920处所示用于图示说明移除真核微生物的一种手段并降低处理过的出水中的固体含量。2MGD的压滤机出水，现在具有小于100mg/l的BOD值，然后能够排放或再循环用于工业工艺过程(例如，用于冷却)。

参照图10-图13，对四个小型实验(T1，T2，T3和T4)的结果进行图绘描述从而证明本发明低pH生物处理工艺方法的BOD去除效率。眼虫藻属和其它异养原生生物/藻类的接种物(5或15ml)加入到95或85ml(分别)未经处理的啤酒污水中。pH降至5，并每24小时取样。BOD分析使用标准方法对离心样品的上清液进行实施(图10)。化学需氧量(COD)分析使用HACH品牌COD分析管和方案对离心的样品的上清液进行实施(图11)。总氮分析利用HACH品牌总氮方案对离心样品的上清液进行实施(图12)。由四个型实验得到的数据值，显示了在第0，1，3和8天四种培养物(T1，T2，T3和T4)的化学需氧量(COD)，总氮(TN)，总悬浮固体(TSS)，和生物需氧量(BOD)，都体现于图13中。

应该理解的是，在本发明公开内容的范围内，影响生物群落的pH调节能够进行上调或下调。例如，虽然降低pH可以如本文以上进行实施，但技术人员应理解的是，按照所需，也能够采用使用碱向上改变pH。同样，应理解的是，pH改变，即使向下，在所有情况下可以并不结束于“酸性”范围(即低于pH7)。

提供了示例性实施方式而使本发明公开内容将是透彻的，并将全面地将范围传达于本领域的那些技术人员。阐述了许多具体细节如具体组件，设备，和方法的实例，而提供对本发明公开内容的实施方式的深入理解。对于本领域技术人员而言将是显而易见的是，具体细节并不需要采用，示例性实施方式可以以许多不同的形式实施，并且不应该解释为限制公开内容的范围。在一些示例性实施方式中，众所周知的工艺方法，公知的设备结构，和公知的技术没有详细描述。一些实施方式，材料，组成和方法的等效变化，修改和变体，能够在本发明技术的范围内作出，而具有基本类似的结果。

Claims (29)

1.一种有利于真核微生物的生存力而不利于原核微生物的生存力的污水处理方法，所述方法包括：

在第一pH值和第二pH值之间调节所述污水的pH，所述污水包括所述真核微生物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述污水的pH在所述第一pH值和所述第二pH值之间调节小于约4小时。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节步骤包括多次循环所述第一pH值和所述第二pH值之间的pH。

4.根据权利要求3所述的方法，其中每次循环进行小于约4小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述真核微生物包括异养真核微生物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述真核微生物包括光合能动真核微生物。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述真核微生物包括藻类。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述真核微生物是眼虫藻属。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一pH值和所述第二pH值相隔至少约1个pH单位。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一pH值和所述第二pH值相隔至少约2个pH单位。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一pH值和所述第二pH值相隔至少约4个pH单位。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一pH值和所述第二pH值中的一个是小于约6的酸性pH值。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节步骤在所述污水采用所述原核微生物厌氧消化之前。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述原核微生物包括硝化细菌。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述厌氧消化包括水解阶段、产酸阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一pH值和所述第二pH值中的一个是酸性pH值，并且进一步包括燃烧收集自厌氧消化的生物气并将来自所述燃烧步骤的二氧化碳用于所述调节步骤，所述二氧化碳在所述污水中形成碳酸从而获得酸性pH值。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对包含所述真核微生物的所述污水曝气。

18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用光源照射包含所述真核微生物的所述污水。

19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括进行固/液分离工艺以从所述污水中去除固体。

20.根据权利要求1所述的方法，其中使所述真核微生物在所述调节步骤之前适应于所述污水。

21.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向包含所述真核微生物的所述污水供给生长限制性营养物。

22.根据权利要求1所述的方法，其中使用包括多个生物反应器的序批式反应器工艺处理包括所述真核微生物的所述污水，并且在所述序批式反应器工艺的反应阶段的需氧部分期间进行所述调节步骤。

23.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述调节步骤之后从包含所述真核微生物的所述污水去除出水，其中去除所述出水包括使所述污水通过具有允许所述出水从其中通过而所述真核微生物被截留的孔径的膜组件。

24.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用光源照射包含所述真核微生物的所述污水以形成第一污水部分和第二污水部分，所述第一污水部分具有比所述第二污水部分更高浓度的所述真核微生物。

25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括从所述第二污水部分中分离所述第一污水部分。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括将具有更高浓度的所述真核微生物的所述第一污水部分与一定量的新污水组合。

27.根据权利要求1所述的方法，其中所述污水具有在所述调节步骤之前的第一生物需氧量值和在所述调节步骤之后的第二生物需氧量值，所述第二生物需氧量值小于所述第一生物需氧量值至少一个数量级。

28.一种有利于真核微生物的生存力而不利于原核微生物的生存力的污水处理方法，所述方法包括：

在第一pH值和第二pH值之间循环所述污水的pH多次，所述污水包括所述真核微生物，并且所述第一pH值和所述第二pH值相隔至少2个pH单位。

29.一种有利于真核微生物的生存力而不利于原核微生物的生存力的污水处理方法，所述方法包括：

用所述原核微生物厌氧消化所述污水；和

在第一pH值和第二pH值之间循环所述污水的pH多次，所述污水包括所述真核微生物，并且所述第一pH值和所述第二pH值相隔至少1个pH单位。