交叉引用
[0001] 本
申请要求于2017年2月28日提交的美国临时申请号62/464,816的优先权的权益，该申请通过引用而整体并入本文。
发明内容
[0002] 本文在某些实施方案中公开了生产
肥料或堆肥的方法，所述方法包括：(a)提供包含负载在无机多孔介质上的至少一种
微生物物种的微生物溶液；(b)提供包括进入流、外排流、水相和生物固体相的反应容器，并且其中所述生物固体相包括所述至少一种微生物物种的至少一种营养源；(c)向所述反应容器添加包含负载在所述无机多孔介质上的至少一种微生物物种的微生物溶液，并且其中所述至少一种微生物物种消耗所述生物固体相的部分；(d)将所述外排流分离为经处理的水相和经处理的生物固体相；以及(e)将所述经处理的生物固体相脱水以生产所述肥料或堆肥。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括
二氧化
硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括
二氧化硅、沸石、
铝硅酸盐、硅酸盐、
硅藻土或其任何组合。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。
[0003] 在一些实施方案中，所述进入流包括住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，向所述反应容器添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液减少所述经处理的生物固体相的数量。在一些实施方案中，向所述反应容器添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液增加所述反应容器的承载能
力。在一些实施方案中，将所述外排流分离为所述经处理的水相和所述经处理的生物固体相包括倾析、过滤、离心或其任何组合。在一些实施方案中，将所述经处理的生物固体相脱水包括离心或过滤。
[0004] 在一些实施方案中，在干燥品的
基础上，所述经处理的生物固体相包含小于约3最大概率数(MPN)的肠沙
门氏菌(Salmonella enterica)物种/4克固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经处理的生物固体相包含小于约1000MPN的
粪便大肠菌/克总固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经处理的生物固体相包含小于约1蚀斑形成单位(PFU)的肠道病毒/4克总固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经处理的生物固体相包含小于约1个活蠕虫卵/4克总固体，其中载体
吸附标准氧摄取率小于约1.5毫克氧/克固体/小时。在一些实施方案中，所述经处理的生物固体相包含小于约41ppm的砷、小于约39ppm的镉、小于约1,200ppm的铬、小于约1,500ppm的
铜、小于约300ppm的铅、小于约17ppm的汞、小于约420ppm的镍、小于约36ppm的硒和小于约2,800ppm的锌。在一些实施方案中，选择或修饰所述无机多孔介质以从所述水相吸附氮和/或磷，从而(i)增加所述肥料或堆肥的营养素浓度，和(ii)减少所述水相中氮和/或磷的量。在一些实施方案中，(i)所述反应容器中的固体保留时间增加大于或等于约50％，和/或(ii)当所述固体保留时间保持恒定时，所述经处理的生物固体相的量减少大于或等于5％。在一些实施方案中，通过所述方法生产肥料或堆肥。
[0005] 本文在某些实施方案中公开了从废
水处理厂生产肥料或堆肥的方法，所述方法包括：(a)提供包含负载在无机多孔介质上的至少一种微生物物种的微生物溶液；(b)提供包含进入流、外排流、水相和生物固体相的
曝气池，并且其中所述生物固体相包含所述至少一种微生物物种的至少一种营养源；(c)向所述曝气池添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液，并且其中所述至少一种微生物物种消耗所述生物固体相的部分；(d)将所述外排流分离为经处理的水相和经处理的生物固体相；(e)将所述经处理的生物固体相的数量返回到所述曝气池，其中所述经处理的生物固体相由所述至少一种微生物物种进一步消耗，并且其中所述经处理的生物固体相的数量减少；(f)在消化器中消化所述经处理的生物固体相，以产生经消化的生物固体相；以及(g)将所述经消化的生物固体相脱水以生产肥料或堆肥。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。
[0006] 在一些实施方案中，所述进入流包括住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，向所述曝气池添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液减少所述经处理的生物固体相的数量。在一些实施方案中，向所述曝气池添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液增加所述曝气池的承载能力。在一些实施方案中，将所述外排流分离为所述经处理的水相和所述经处理的生物固体相包括倾析、过滤、离心或其任何组合。在一些实施方案中，将所述外排流分离为所述经处理的水相和所述经处理的生物固体相包括倾析、过滤、离心或其任何组合。在一些实施方案中，将所述经消化的生物固体相脱水包括离心或过滤。
[0007] 在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经消化的生物固体相包含小于约3最大概率数(MPN)的肠沙门氏菌物种/4克固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经消化的生物固体相包含小于约1000MPN的粪便大肠菌/克总固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经消化的生物固体相包含小于约1蚀斑形成单位(PFU)的肠道病毒/4克总固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，所述经消化的生物固体相包含小于约1个活蠕虫卵/4克总固体，其中载体吸附标准氧摄取率小于约1.5毫克氧/克固体/小时。在一些实施方案中，所述经消化的生物固体相包含小于约41ppm的砷、小于约39ppm的镉、小于约1,200ppm的铬、小于约1,500ppm的铜、小于约300ppm的铅、小于约17ppm的汞、小于约420ppm的镍、小于约36ppm的硒和小于约2,800ppm的锌。在一些实施方案中，选择或修饰所述无机多孔介质以从所述水相吸附氮和/或磷，从而(i)增加所述肥料或堆肥的营养素浓度和(ii)减少所述水相中氮和/或磷的量。在一些实施方案中，(i)所述反应容器中的固体保留时间增加大于或等于约50％，和/或(ii)当所述固体保留时间保持恒定时，所述经处理的生物固体相的量减少大于或等于5％。在一些实施方案中，通过所述方法生产肥料或堆肥。在一些实施方案中，废水处理设施实现所述方法。
[0008] 本文在某些实施方案中公开了固体肥料或堆肥的组合物，所述组合物包含：(i)脱水生物固体，(ii)在干燥品的基础上，至少约500ppm的无机多孔介质；并且其中所述组合物的特征在于具有以下五种性质中的至少一种：包含小于约41ppm的砷、小于约39ppm的镉、小于约1,200ppm的铬、小于约1,500ppm的铜、小于约300ppm的铅、小于约17ppm的汞、小于约420ppm的镍、小于约36ppm的硒和小于约2,800ppm的锌的分析组成；在干燥品的基础上，低于约3最大概率数(MPN)/4克总固体的肠沙门氏菌物种的浓度；在干燥品的基础上，小于约
1000MPN/克总固体的粪便大肠菌细菌的总浓度；在干燥品的基础上，小于约1蚀斑形成单位(PFU)/4克总固体的肠道病毒的
密度；或在干燥品的基础上，小于1个/4克总固体的活蠕虫卵的密度，其中载体吸附标准氧摄取率小于1.5毫克氧/克固体/小时。在一些实施方案中，所述生物固体不源自废水处理厂。在一些实施方案中，所述生物固体源自废水处理厂。
[0009] 在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。在一些实施方案中，所述肠道病毒包括人星状病毒、人腺病毒、诺如病毒(norovirus)、人札幌病毒(human sapovirus)、人细小病毒、非脊髓灰质炎肠道病毒和人轮状病毒(human rotavirus)。在一些实施方案中，所述组合物包含：含有小于约41ppm的砷、小于约39ppm的镉、小于约1,200ppm的铬、小于约1,500ppm的铜、小于约300ppm的铅、小于约17ppm的汞、小于约420ppm的镍、小于约36ppm的硒和小于约2,800ppm的锌的分析组成；在干燥品的基础上，低于约3最大概率数(MPN)/4克总固体的肠沙门氏菌物种的浓度；在干燥品的基础上，小于约1000MPN/克总固体的粪便大肠菌细菌的总浓度；在干燥品的基础上，小于约1蚀斑形成单位(PFU)/4克总固体的肠道病毒的密度；以及在干燥品的基础上，小于约1个/4克总固体的活蠕虫卵的密度，其中载体吸附标准氧摄取率小于1.5毫克氧/克固体/小时。在一些实施方案中，废水处理设施生产所述组合物。
[0010] 本文在某些实施方案中公开了减少
氨和/或使废水反硝化的方法，包括：(a)提供包含负载在无机多孔介质上的至少一种微生物物种的微生物溶液；(b)提供包含进入流、外排流和水相的曝气池，并且其中所述水相包含氨；以及(c)向所述曝气池添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液，并且其中所述至少一种微生物物种消耗所述氨以产生亚
硝酸盐、硝酸盐、分子氮或其任何组合，并从而减少所述氨的量和/或使所述废水反硝化。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。
[0011] 在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。在一些实施方案中，减少氨不必要使用氯化器、臭氧、过氧化物、
漂白剂或超紫外光。在一些实施方案中，选择或修饰所述无机多孔介质以从所述水相吸附氮，从而(i)增加固体相的营养素浓度，和(ii)减少所述水相中氮的量。在一些实施方案中，使用所述方法生产流出物。在一些实施方案中，废水处理设施实现所述方法。
[0012] 本文在某些实施方案中公开了减少废水中的磷的方法，包括：(a)提供包含负载在无机多孔介质上的至少一种微生物物种的微生物溶液；(b)提供包含进入流、外排流和水相的曝气池，并且其中所述水相包含无机和有机磷水溶液；以及(c)向所述曝气池添加包含负载在所述无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液，并且其中所述至少一种微生物物种消耗所述无机和有机磷水溶液，以减少所述无机和有机磷水溶液的量并防止富营养化。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。
[0013] 在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。在一些实施方案中，减少所述无机和有机磷水溶液的量不必要添加
铁或氧化铝化合物。在一些实施方案中，减少所述无机和有机磷水溶液的量不必要添加氯化镁或氢氧化镁。在一些实施方案中，选择或修饰所述无机多孔介质以从所述水相吸附所述无机和有机磷水溶液，从而(i)增加固体相的营养素浓度，和(ii)减少水相中无机或有机磷水溶液的量。在一些实施方案中，通过所述方法生产流出物。在一些实施方案中，废水处理设施实现所述方法。
[0014] 本文在某些实施方案中公开了用于处理废水的组装，包括：包括水相和生物固体相的进入流；包括至少一个进料流、至少一个出料流和负载在无机多孔介质上的至少一种微生物物种的反应容器；以及包括至少一个进料流和至少一个出料流的分离器，并且其中所述分离器将所述水相与所述生物固体相分离。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。
[0015] 在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。在一些实施方案中，所述组装不包括氯化器。在一些实施方案中，所述组装不包括臭氧发生器。在一些实施方案中，所述进入流包括住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，向所述反应容器添加包含所述至少一种微生物物种的微生物溶液减少所述生物固体相的数量。在一些实施方案中，所述分离器包括倾析器、
过滤器、离心器或其组合。在一些实施方案中，所述反应容器包括曝气池、塘、氧化沟、延长曝气、传统活性
污泥、
膜生物反应器、
移动床生物膜反应器、集成的固定膜
活性污泥、滴流床反应器、顺序分批反应器、完全混合、逐步进料、改良曝气、
接触稳定、高纯度氧气反应器、Karus工艺或任何其他用于微生物生长的反应器。在一些实施方案中，所述反应容器为曝气池。在一些实施方案中，废水处理设施包括所述组装。
[0016] 本文在某些实施方案中公开了用于处理废水的组装，包括：包括水相和生物固体相的进入流；包括至少一个进料流、至少一个出料流和负载在无机多孔介质上的至少一种微生物物种的反应容器；包括至少一个进料流和至少一个出料流的分离器，并且其中所述分离器将所述水相与所述生物固体相分离；将所述生物固体相的部分从所述分离器运送到所述曝气池的返回活性污泥(RAS)线路；将所述生物固体相的第二部分运送到对所述生物固体相进行脱水的脱水器的废物活性污泥(WAS)线路；以及包括经处理的水相的外排流。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，所述无机多孔介质包括二氧化硅、沸石、铝硅酸盐、硅酸盐、硅藻土或其任何组合。
[0017] 在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为需氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为厌氧的。在一些实施方案中，所述至少一种微生物物种为兼性的。在一些实施方案中，所述组装不包括氯化器。在一些实施方案中，所述组装不包括臭氧发生器。在一些实施方案中，所述进入流包括住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，向所述反应容器添加包含负载在无机多孔介质上的所述至少一种微生物物种的微生物溶液减少所述生物固体相的数量。在一些实施方案中，所述分离器包括倾析器、过滤器、离心器或其组合。在一些实施方案中，所述反应容器包括曝气池、塘、氧化沟、延长曝气、传统活性污泥、
膜生物反应器、
移动床生物膜反应器、集成的固定膜活性污泥、滴流床反应器、顺序分批反应器、完全混合、逐步进料、改良曝气、接触稳定、高纯度氧气反应器、Karus工艺或任何其他用于微生物生长的反应器。在一些实施方案中，所述反应容器为曝气池。在一些实施方案中，废水处理设施包括所述组装。
附图说明
[0018] 本发明的新颖特征在所附
权利要求书中具体阐述。通过参考以下对其中利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
[0019] 图1示出了负载在无机多孔介质上的微生物。
[0020] 图2示出了具有标记的
位置的用于微生物递送和样品提取的示例性废水处理厂。
[0021] 图3示出了在测试期和对照期的期间在测试设施中使用的漂白剂的量。
[0022] 图4示出了在测试期和对照期的期间在测试设施中的比氧摄取速率(SOUR)。
[0023] 图5示出了从原污水到二级处理流出物去除的
磷酸盐的百分比。
[0024] 图6示出了从原污水到废水池中的三级处理去除的磷酸盐的百分比。
[0025] 图7示出了由负载在沸石上的微生物和液体培养物中的微生物产生的气体的总质量。
[0026] 图8示出了由负载在沸石上的微生物和液体培养物中的微生物产生的酸。
[0027] 图9示出了负载在沸石上的微生物和液体培养物中的微生物的糖摄取。
具体实施方式
[0028] 反应容器广泛用于工业过程中，包括但不限于
生物燃料的生成、水处理、食品制备和加工以及生物产品的制备。工业反应容器以分批模式、连续加工模式或者分批模式和连续加工模式的结合进行操作。例如，在
治疗性生物
蛋白质的制备中，利用分批加工获得高滴度的稳定临床产品。连续生物加工用于例如需要混合细胞群体持续演化的过程，这些细胞全年能够消耗大量可变原料。连续生物加工还用于例如生产对细胞生长有不利影响的产品或不稳定且在分批加工条件下降解的产品。
[0029] 水、土地和
能源资源管理一直是紧迫的挑战。因此分批、连续和混合生物加工模式的工艺优化对于节约资源并从目前利用全球性资源的工艺中获得最大价值至关重要。工艺优化包括提高操作效率，提高反应容器系统的承载能力，以及使产率达到最高，同时使原材料消耗和成本降至最低。
[0030] 例如，水管理涉及清洁水和废水二者的收集、处理和再循环。废水处理包括一系列过程，如简单的废水蓄积，随后将未经处理但过筛的废水流直接排放到
水体和使用先进的处理反应容器的废水处理厂(WWTP)中。处理过程的产物主要是清洁流出物和污泥形式的固体。废水的生物处理通过在需氧条件下以连续反应器模式生长微生物物种来实现。废水处理模式着眼于总体生长率而不考虑反应容器内存在的个别物种的相对丰度，因为很难将所有存在的物种进行分离并准确分类。由于废水处理过程中存在大量微生物物种，因此废水处理工业提供了最常见的复杂混合微生物培养相互作用的实例。
[0031] 废水处理工艺的工艺优化包括但不限于减少废水系统中得到的或产生的污泥总量，这些污泥脱水后需要进行处置或后处理，这提高了所得生物固体的质量且提高了流出物的质量。用于减少废水处理系统中的污泥的技术包括用含有酶混合物的产品、液基微生物培养物或基于营养素的微生物培养物进行处理。但是，这些技术在减少主要由水(通常为70-85％)组成的污泥方面是不成功的。污泥处置意味着每天在地球上输送大量的水，并使用能源和燃料等土地资源。此外，由于水内容物可以返回到
地下水源而不是被
蒸发而造成日益紧迫的水短缺，因此污泥减量意味着水资源的大量节约。
[0032] WWTP工业中常用的关键性能指标包括：
混合液悬浮固体(MLSS)、废弃的活性污泥(WAS)、挥发性悬浮固体(VSS)、总悬浮固体(TSS)、循环比、返回活性污泥(RAS)、
生物需氧量(BOD)、溶解氧(DO)的量和污泥垫层高度。WWTP的关键性能指标集中在悬浮固体和沉积固体。一个此类指标为固体保留时间(SRT)。如果SRT太短，则活性微生物或处于对数阶段的微生物可被冲刷掉。如果SRT太长，则多细胞生物体或不需要的微生物会变得根深蒂固，并对系统产生不利影响。表1显示了采用了各种废水处理系统的系统关键性能指标。表中显示的值来自WWTP操作员手册(Division of Compliance Assistance.Wastewater Treatment Plant Operator Certification Manual.Frankfort,Kentucky Department of Environmental Protection,2012.获取于2017年2月23日)。
表1：活性污泥工艺的设计参数。
[0033] 大多数WWTP被设计为具有的循环比为流入物流速的50％至150％。溶解氧(即水中存在的氧气量，以毫克/升计)的典型范围在曝气池中通常为2至3.5mg/L。在大多数系统中，通过保持恒定的MLSS或恒定的固体保留时间来实现控制。MLSS的范围通常为2500至3500mg/L。固体保留时间的范围通常为10至20天。操作员改变废弃物率，废弃物率是保持稳态群体的
澄清器底流的一部分，其作为池中的MLSS而测得。操作员通过改变RAS或循环比来保持澄清器中的污泥垫层不变，随着垫层高度的增加，则提高RAS流速，并且如果垫层开始下降，则降低RAS流速。
[0034] 进入WWTP的大部分VSS(80-90％)都是有机食品，如
碳水化合物、脂质和蛋白质。进入WWTP的小部分VSS由不可
生物降解的VSS(nbVSS)组成。进入WWTP的大约10％的TSS由无机物质如金属和淤泥组成。nbVSS和惰性无机物均不会被生物活动消耗。这些固体不是活性污泥处理的目标。不
可生物降解的固体通过WWTP，其中大多数固体从生成的污泥中排出，并且少量保持悬浮，并按照环境保护署(EPA)规定的限制在排放口排放。WWTP中产生的VSS的一部分fd仍然是不可生物降解的“细胞碎片”。这种细胞碎片是nbVSS的主要部分，它与惰性无机物一起构成污泥并从WWTP排出。
[0035] 完全可生物降解的VSS中的总有机碳(TOC)部分(1-fd)以二氧化碳形式离去，其中fd是不可生物降解的部分。废水稳定化的过程包括由细菌氧化有机物质产生二氧化碳和水。因此，根据下面的公式将约50％的入站BOD转化为气体(CO2和N2)和水。这被称为“燃烧”或“物质向气体转化”。因此，
生物质合成产率通常小于1(unity)。
[0036] 在一些实施方案中，产率被定义为
[0037] 产率差别很大，但最有效的WWTP对于它们接收到的每一吨可生物降解材料就会产生大约半吨污泥。观察到的产率可能会更大，并且在一些情况下接近或超过1(unity)。
[0038] 进入的可生物降解材料和RAS成为WWTP中微生物的营养素。细菌利用营养素来生长(复制)或用于细胞维持。主要处于稳定期的小群体将使用该营养素来维持细胞功能(分解代谢)。主要处于对数生长的大群体将使用该营养素产生更多的细胞群(合成代谢)。由于营养素供应有限，较大的群体将经历更多的内源性衰变(相互掠食)，并且单位时间的衰变率增加。
[0039] 通过将有机物质建模为蛋白质
酪蛋白，可以估算将有机物质转化为细胞生物质所需的BOD。酪蛋白的化学式为C8H12O3N2。下面的平衡化学方程(反应1)是BOD和有机物质向细胞生物质的转化：C8H12O3N2+3O2→C5H7O2N+3CO2+H2O+NH3
[0040] 经处理的每184克有机物质会产生113克生物质。这会产生化学计量的需氧量，相当于每摩尔经处理的有机物质需三摩尔氧气。此反应产生大约0.61克生物质/克经处理的有机物质。相反，每生产1克生物质消耗1.42克有机物质。微生物生长产生CO2和N2的放气并生成水。
[0041] 通过第二个平衡化学方程(反应2)准确地表示生物质完全氧化为二氧化碳、水和氨：C5H7O2N+5O2→5CO2+2H2O+NH3
[0042] 第一个反应基本上完成(即，100％的入站BOD已稳定并在细胞生长过程中转化为生物质)。然而，第二个反应发生到消耗反应1中产生的VSS的可生物降解部分(1-fd)的程度。正是第二个反应将VSS物质转化为气体，从而将观测到的出站固体产率进一步降低至低于上述等式的60％生物固体产率。BOD中TOC的质量分数为96/184或52％，这表明碳占待处理的总BOD质量超过50％。类似地，BOD中含有可用的氧气。BOD中氧气的质量分数为48/184或26％。
[0043] 碳不会累积，但会作为气体或污泥离开WWTP。BOD中作为气体离开的TOC的分数为36/96或37.5％。BOD中被捕获在生物质中的TOC的余量是60/96或62.5％。剩余的生物质可进一步被还原为气体。进入反应器的BOD质量中的差不多10％在池中被还原为液态水。在微生物生长过程中会产生大量的水。有机氮占BOD质量负荷的28/184或15％。在反应1中，有机氮的一半通过硝化/反硝化转
化成分子氮。包括以气体形式离开WWTP的TOC和氮气，仅由于第一个反应而导致WWTP总入站有机负荷的大约45％以气体方式损失。BOD质量入站减少约
45％表明仅稳定化过程(反应1)达到55％左右的生物质合成产率。由于所得的生物质通过反应2被进一步氧化和
气化，因此发生该工艺产率降低的改善。反应2描述了在WWTP中产生的生物质的内源性衰变。如果完成反应2会使所有产生的生物质转化为气体、水和氨。在这种完全转化的情况下，污泥将仅包含有进入WWTP的流入物中的惰性无机物和惰性VSS。组成特征大不相同(如BOD和
化学需氧量(COD)的较高负荷浓度)的进入流和流入物中具有较高惰性部分的流可显示出比在本文所述的50％-60％的范围高得多的生物质合成产率。
[0044] 本文在某些实施方案中公开了用于使用负载在多孔介质上的微生物物种或微生物物种聚生体(consortium)来提高反应容器和废水处理设施的流出物和生物固体质量的组合物、方法和组装。某些定义
[0045] 如本文所使用的，“反应容器”是指任何含有微生物的系统，其中物质被该微生物转化，由该微生物产生产物，或者其中实现了细胞群体的增长。本文所用的反应容器可以是以下一种或多种：单个或
串联的分批反应器、补料分批反应器、半连续反应器、连续搅拌罐反应器、连续流式搅拌罐反应器和
活塞流反应器；
沸腾床(即，“鼓泡和沸腾”)反应器；以及
流化床反应器。在某些实施方案中，该反应容器可以是曝气池或氧化塘。在一些实施方案中，该反应容器可以是以下一种或多种：滴流床反应器、渗滤反应器、流化反应器、活塞流反应器、逆流反应器、顺序分批反应器、旋转生物接触器、氧化沟、延长曝气、传统活性污泥、膜生物反应器、移动床生物膜反应器、集成的固定膜活性污泥、滴流床反应器、顺序分批反应器、完全混合、逐步进料、改良曝气、接触稳定、高纯度氧气反应器或Karus工艺。
[0046] 如本文所使用的，“废水处理”是指将被污染的水或不适于由
植物或动物进行消耗的水转化成流出物和生物固体的过程，所述流出物和生物固体可再用于其他目的或返回至
水循环。
[0047] 如本文所使用的，短语“无机多孔介质”指具有多孔结构的无机支持体。在一些实施方案中，该无机多孔介质是沉淀二氧化硅颗粒、超吸收二氧化硅
聚合物、结晶二氧化硅、熔融
石英、气相二氧化硅、硅胶、气凝胶、胶体二氧化硅、沸石、硅铝酸盐、硅酸盐、硅藻土或氧化铝。在一些实施方案中，沸石包括红柱石、蓝晶石、硅线石、方沸石、菱沸石、斜发沸石、丝光沸石、钠沸石、片沸石、
钙十字沸石或辉沸石。在一些实施方案中，该无机多孔介质是不同类型的无机多孔介质的混合物。在一些实施方案中，该多孔结构负载有至少一种微生物物种。
[0048] 如本文所使用的，“递送的微生物”是指负载在无机多孔介质上的细菌、病毒、支原体、
真菌和
原生动物。在一些实施方案中，负载在无机多孔介质上的微生物是细菌。在一些实施方案中，该微生物包含单一物种的微生物或微生物聚生体。在一些实施方案中，基于预期用途、可用营养源和反应容器的理想操作条件来选择该微生物。
[0049] 如本文所使用的，“承载能力”是指特定反应容器系统可以支持的最大群体。在连续的反应器系统如WWTP中，以总悬浮固体(TSS)、混合液悬浮固体(MLSS)或挥发性悬浮固体(VSS)测定承载能力。在一些实例中，通过
葡萄糖或其他糖消耗速率的增加来测定承载能力。在分批反应器系统中，通过微生物的峰值群密度或通过测量微生物的生长速率和营养素的消耗速率来测量承载能力。递送的微生物
[0050] 本文在某些实施方案中公开了递送微生物的方法。图1示出了具有合适的微生物负载特性的无机多孔介质。在一些实施方案中，微生物负载特性包括但不限于负载能力、矿物质含量、孔径、化学惰性和孔隙率。在一些实施方案中，将包含单一微生物物种和微生物物种生长所必需的营养素的微生物溶液负载在无机多孔介质上。在一些实施方案中，将包含微生物物种的聚生体和微生物物种生长所必需的营养素的微生物溶液负载在无机多孔介质上。在一些实施方案中，将微生物溶液添加至无机多孔介质产生指触干燥的物质，从而产生用于递送微生物的干燥模式。在一些实施方案中，该无机多孔介质包括沸石。在一些实施方案中，该沸石包括但不限于红柱石、蓝晶石、硅线石、方沸石、菱沸石、斜发沸石、丝光沸石、钠沸石、片沸石、钙十字沸石或辉沸石。在一些实施方案中，该无机多孔介质包括硅铝酸盐、硅酸盐或硅藻土。在一些实施方案中，该无机多孔介质是不同类型的无机多孔介质的混合物。在一些实施方案中，该无机多孔介质包括沉淀二氧化硅颗粒。在一些实施方案中，沉淀二氧化硅颗粒是高度多孔的并且在其体积内和表面上都含有大的表面积。在一些实施方案中，一磅二氧化硅颗粒具有大约700,000平方英尺的表面积。在一些实施方案中，该表面积提供可以
加速反应的基质。在一些实施方案中，沉淀二氧化硅颗粒也是能够吸收有机营养素以用作新细菌细胞的构建模
块并维持细胞功能的超吸收聚合物。在一些实施方案中，当微生物在无机多孔介质内到达指数生长阶段时，它们经历在介质内的拥挤效应并占据周围环境。
[0051] 在一些实施方案中，所述微生物包括有益微生物的混合培养物。在一些实施方案中，该微生物包括废水应用理想的天然非致病的微生物物种的聚生体。在一些实施方案中，该微生物物种并非基因修饰的菌株。在一些实施方案中，该微生物物种根据世界卫生组织(WHO)属于1组微生物，其中1组微生物是不可能引起
疾病的微生物。在一些实施方案中，负载在无机多孔介质上的微生物在放入含有生物质或死细胞形式的营养源的含水环境中时产生有益细菌的繁殖。
[0052] 在一些实施方案中，将负载在无机多孔介质上的微生物递送到反应容器。在一些实施方案中，将微生物、最佳生长所需的营养素和无机多孔介质独立地递送到反应容器。在一些实施方案中，将负载在无机多孔介质上的微生物递送到分批反应器。在一些实施方案中，将负载在无机多孔介质上的微生物递送到连续反应器。在一些实施方案中，将负载在无机多孔介质上的微生物递送到分批反应器和连续反应器的混合体。在一些实施方案中，该反应容器在需氧或厌氧条件下进行，这取决于所涉及的反应和微生物。在一些实施方案中，利用负载在无机多孔介质上的微生物来产生
生物燃料，包括但不限于甲醇、
乙醇或丁醇。在一些实施方案中，利用负载在无机多孔介质上的微生物来产生沼气。在一些实施方案中，利用负载在无机多孔介质上的微生物来增强废水处理。在一些实施方案中，利用负载在无机多孔介质上的微生物来产生氨基酸。在一些实施方案中，利用负载在无机多孔介质上的微生物来产生治疗上重要的肽。向WWTP递送微生物
[0053] 本文在某些实施方案中公开了源自反应容器的肥料或堆肥的产生方法和组合物。在一些实施方案中，将负载在无机多孔介质上的微生物递送到反应容器。在一些实施方案中，该微生物是需氧的、厌氧的或兼性的。在一些实施方案中，该反应容器包括进入流、外排流、水相和生物固体相。在一些实施方案中，该生物固体相包含微生物的营养素。在一些实施方案中，将该外排流分离为水相和生物固体相。在一些实施方案中，将该生物固体相脱水以产生肥料或堆肥。在一些实施方案中，将该生物固体相在脱水之前在消化器中消化。在一些实施方案中，所述进入流包括但不限于住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，向反应容器中添加负载在无机多孔介质上的微生物会增加反应容器的承载能力。在一些实施方案中，向反应容器中添加负载在无机多孔介质上的微生物会减少生物固体相的数量。在一些实施方案中，将外排流分离为水相和生物固体相包括但不限于倾析、过滤、离心或其任何组合。在一些实施方案中，将生物固体相脱水包括离心和过滤。
[0054] 在一些实施方案中，所述反应容器为WWTP的一部分。在一些实施方案中，该反应容器为曝气池、塘或湖。在一些实施方案中，该WWTP被建模为化学稳定器。在一些实施方案中，该微生物是细菌。在一些实施方案中，该WWTP必须产生与外排流中冲刷的细菌一样多的细菌。在一些实施方案中，冲刷细菌导致WWTP缺乏有益细菌。在一些实施方案中，WWTP内单一微生物物种的生长速率通过Michaelis-Menten动力学描述。在一些实施方案中，该细菌将呈指数生长，直到耗尽食物来源并且出现聚集(crowding)。在一些实施方案中，指数生长是对数线性的，并且对应于微生物群体的非常短的倍增时间。在一些实施方案中，在指数生长期间的营养素消耗是非常快的。在一些实施方案中，当达到反应容器承载能力时，该微生物进入稳定期。在一些实施方案中，在稳定期期间，产生的微生物的数目等于消耗的微生物的数目，并且整个群体保持不变。在一些实施方案中，在稳定期期间，底物摄取对应于“维持”需要。在一些实施方案中，WWTP中的细菌群体主要由处于稳定期的微生物组成。在一些实施方案中，所述营养素已经耗尽，并且微生物群体通过内源性衰变开始衰亡。在一些实施方案中，内源性衰变包括细胞裂解和死细胞物质转化为其他活的微生物的营养素。在一些实施方案中，将活性污泥回收到曝气池，以允许死细胞成为年轻微生物的营养素。在一些实施方案中，负载在无机多孔介质上的微生物驱使WWTP进行更大的内源性衰变并导致更多的物质作为气体离开。在一些实施方案中，微生物活性越强，则意味着水处理程度越高。
[0055] 在一些实施方案中，选择或修饰所述无机多孔介质以从反应容器的水相中吸附氮、磷，或者氮和磷两者。在一些实施方案中，所述磷是有机磷或无机磷水溶液。在一些实施方案中，从反应容器的水相中吸附氮和/或磷增加从反应容器产生的肥料或堆肥的营养素浓度。在一些实施方案中，从反应容器的水相中吸附氮和/或磷减少水相中氮和/或磷的量。在一些实施方案中，无机多孔介质可以进行化学或物理修饰。在一些实施方案中，化学修饰包括添加螯合剂、配体或盐(例如镁盐)，这些会导致与氨和磷指示性地结合的化合物的沉淀。在一些实施方案中，物理修饰包括使多孔介质的表面粗糙化、增加多孔介质的孔隙率、使用凝聚剂和絮凝剂诱导无机多孔介质的较小颗粒形成聚集物或附聚物，或其任何组合。
[0056] 在一些实施方案中，将絮凝剂添加至外排流以产生水相和
滤饼。在一些实施方案中，该絮凝剂是离子聚合物、非离子聚合物或其任何组合中的一种或多种。在一些实施方案中，该离子聚合物是阳离子聚合物。在一些实施方案中，该离子聚合物是阴离子聚合物。在一些实施方案中，絮凝剂包括氯化铝、氯化铁和明矾。在一些实施方案中，该阳离子聚合物是AETAC(N,N-二甲基氨基乙基
丙烯酸酯甲基氯季铵盐)或METAC(二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯季铵盐)和丙烯酰胺的共聚物。在一些实施方案中，絮凝剂通过凝聚其阳离子电荷以及利用它们的高分子量进行絮凝来发挥双重功能。在一些实施方案中，该阴离子聚合物是丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物。在一些实施方案中，与未采用递送的微生物的系统相比，絮凝剂的消耗量减少至少约45％。在一些实施方案中，絮凝剂的消耗减少至少约40％。在一些实施方案中，絮凝剂的消耗减少至少约35％。在一些实施方案中，絮凝剂的消耗减少至少约30％。在一些实施方案中，絮凝剂的消耗减少至少约25％。在一些实施方案中，絮凝剂的消量减少至少约20％。
[0057] 在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约7,000mg/L。在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约8,000mg/L。在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约9,000mg/L。在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约10,000mg/L。在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约11,000mg/L。在一些实施方案中，流出物中MLSS的浓度大于约
12,000mg/L。在一些实施方案中，增加MLSS是确定递送至固体分离器(如澄清器)的负荷的重要措施。在一些实施方案中，MLSS的沉降特性在系统与系统之间不同。在一些实施方案中，MLSS的沉降特性决定了向澄清器或其他类型的固液分离器进料的MLSS的固体浓度的上限。在一些实施方案中，固液分离器表面积和引入到澄清器的悬浮固体的质量速率用于确定质量通量。在一些实施方案中，该质量通量是用于确定澄清器的操作尺寸的工艺设计参数。在一些实施方案中，较高的MLSS还具有较高的VSS。在一些实施方案中，较高的VSS表示WWTP运行中较高的有益微生物活性。
[0058] 在一些实施方案中，该SRT大于二十天。在一些实施方案中，该SRT大于三十天。在一些实施方案中，该SRT大于四十天。在一些实施方案中，该SRT大于四十五天。在一些实施方案中，污泥或固体的SRT大于五十天。在一些实施方案中，该SRT大于六十天。在一些实施方案中，当在WWTP中使用递送的微生物时，该SRT增加大于或等于约1％、2％、5％、10％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％、250％、300％或更多。
[0059] 在一些实施方案中，在不使用递送的微生物的WWTP和使用递送的微生物的系统之间，固体的SRT保持恒定。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于2.5％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于5％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于7.5％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于10％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于15％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于20％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于25％。在一些实施方案中，当SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于30％。在一些实施方案中，当固体的SRT保持恒定时，与不使用递送的微生物的相同系统相比，所产生的固体或污泥减少大于或等于40％。
[0060] 在一些实施方案中，与不采用递送的微生物的系统相比，WWTP产生的污泥减少至少约40％。在一些实施方案中，WWTP产生的污泥减少至少约30％。在一些实施方案中，WWTP产生的污泥减少至少约25％。在一些实施方案中，WWTP产生的污泥减少至少约20％。在一些实施方案中，WWTP产生的污泥减少至少约15％。在一些实施方案中，污泥减少的经济益处包括节省资金、节省时间、减少与污泥处置相关的人力资源、减少絮凝剂如聚合物的消耗、延长设备寿命以及减少设备维护成本。在一些实施方案中，减少WWTP的运行成本包括较低的氧需求、较高的鼓
风机效率、减少化学品在卫生设施方面的定性和定量使用以及延长WWTP寿命。表2中示出了采用递送的微生物的WWTP系统的关键操作参数。表2：活性污泥工艺的设计参数。
[0061] 在一些实施方案中，以每单位质量有机负荷产生的单位质量的废弃产物测定的产率小于约40％。在一些实施方案中，该产率小于约30％。在一些实施方案中，该产率小于约20％。在一些实施方案中，较低的产率表示废水处理中生物固体的最小化或减少。
[0062] 在一些实施方案中，相比于不添加负载在无机多孔介质上的微生物所产生的生物固体相，当添加负载在无机多孔介质上的微生物后所产生的脱水生物固体相具有增强的质量。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体含有至少1,500ppm、1,250ppm、1,000ppm、750ppm、500ppm、250ppm或更小ppm的无机多孔介质。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体含有至少约500ppm的无机多孔介质。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约150ppm、125ppm、100ppm、75ppm、50ppm、25ppm或更小ppm的砷。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约41ppm的砷。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约150ppm、125ppm、100ppm、75ppm、50ppm、
25ppm或更小ppm的镉。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约39ppm的镉。
在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约2,500ppm、2,000ppm、1,500ppm、1,
000ppm、500ppm或更小ppm的铬。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约1,
200ppm的铬。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约3,000ppm、2,500ppm、
2,000ppm、1,500ppm、1,000ppm、500ppm或更小ppm的铜。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约1,500ppm的铜。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约1000ppm、750ppm、500ppm、250ppm或更小ppm的铅。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约300ppm的铅。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约
100ppm、75ppm、500ppm、25ppm、15ppm或更小ppm的汞。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约17ppm的汞。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约
1000ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm或更小ppm的镍。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约420ppm的镍。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约150ppm、100ppm、75ppm、50ppm、25ppm或更小ppm的硒。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约36ppm的硒。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约7,
500ppm、5,000ppm、2,500ppm、1,000ppm或更小ppm的锌。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约2,800ppm的锌。
[0063] 在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约10最大概率数(MPN)、8MNP、5MPN、3MPN或更小MPN的肠沙门氏菌物种的浓度。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约3MPN的肠沙门氏菌物种。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约2,000MPN、1,500MPN、1,250MPN、1,000MPN、750MPN或更小MPN的粪便大肠菌细菌的总浓度。在一些实施方案中，该增强的脱水生物固体包含小于约1000MPN的粪便大肠菌。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体包含小于约10蚀斑形成单位(PFU)、8PFU、4PFU、2PFU、1PFU或更小PFU的肠道病毒/4克总固体。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体包含小于约1PFU的肠道病毒/4克总固体。在一些实施方案中，肠道病毒包括人星状病毒、人腺病毒、诺如病毒、人札幌病毒、人细小病毒、非脊髓灰质炎肠道病毒和人轮状病毒。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体包含小于约10个、8个、4个、2个、1个或更少的活蠕虫卵/4克总固体，并且其中载体吸附标准氧摄取率小于约5mg、4mg、3mg、1.5mg或更小mg的氧/克固体/小时。在一些实施方案中，在干燥品的基础上，该增强的脱水生物固体包含小于约1个活蠕虫卵/4克总固体，并且其中载体吸附标准氧摄取率小于约1.5mg氧/克固体/小时。
[0064] 在一些实施方案中，所述增强的脱水生物固体包含小于约41ppm的砷、小于约39ppm的镉、小于约1,200ppm的铬、小于约1,500ppm的铜、小于约300ppm的铅、小于约17ppm的汞、小于约420ppm的镍、小于约36ppm的硒和小于约2,800ppm的锌；在干燥品的基础上低于约3最大概率数(MPN)/4克总固体的肠沙门氏菌物种的浓度；在干燥品的基础上小于约
1000MPN/克总固体的粪便大肠菌细菌的总浓度；在干燥品的基础上小于约1蚀斑形成单位(PFU)/4克总固体的肠道病毒的密度；和/或在干燥品的基础上小于约1个/4克总固体的活蠕虫卵的密度，并且其中载体吸附标准氧摄取率小于约1.5毫克氧/克固体/小时。
[0065] 在一些实施方案中，所述增强的脱水生物固体包含不超过41ppm的砷、不超过39ppm的镉、不超过1,200ppm的铬、不超过1,500ppm的铜、不超过300ppm的铅、不超过17ppm的汞、不超过420ppm的镍、不超过36ppm的硒和不超过2,800ppm的锌；在干燥品的基础上不超过3最大概率数(MPN)/4克总固体的肠沙门氏菌物种的浓度；在干燥品的基础上不超过
1000MPN/克总固体的粪便大肠菌细菌的总浓度；在干燥品的基础上不超过1蚀斑形成单位(PFU)/4克总固体的肠道病毒的密度；和/或在干燥品的基础上不超过1个/4克总固体的活蠕虫卵的密度，并且其中载体吸附标准氧摄取率不超过1.5毫克氧/克固体/小时。
[0066] 在一些实施方案中，与不添加负载在无机多孔介质上的微生物所产生的流出物相比，当添加递送的微生物后所产生的外排流具有增强的质量。在一些实施方案中，该外排流具有降低的氨浓度。在一些实施方案中，该氨浓度小于约1mg/L、0.75mg/L、0.5mg/L、0.25mg/L、0.1mg/L或更小的mg/L。在一些实施方案中，该氨浓度小于约0.2mg/L。在一些实施方案中，该氨浓度小于分析
检测限。在一些实施方案中，所述反应容器在需氧条件下运行。在一些实施方案中，该微生物在需氧条件下消耗氨，以产生亚硝酸盐和硝酸盐。在一些实施方案中，氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在一些实施方案中，硝酸盐和亚硝酸盐的浓度小于约50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L、10mg/L、5mg/L、2.5mg/L或更小的mg/L。在一些实施方案中，硝酸盐和亚硝酸盐的浓度在约5mg/L至30mg/L的范围内。在一些实施方案中，该外排流被反硝化。在一些实施方案中，该反应容器在缺氧条件下运行。在一些实施方案中，该微生物在厌氧条件下消耗硝酸盐和亚硝酸盐，以产生分子氮。在一些实施方案中，减少氨和反硝化不需要氯化器、臭氧发生器，或不必要使用过氧化物、漂白剂或超紫外光。在一些实施方案中，该流出物中的磷浓度降低。在一些实施方案中，该流出物中的磷浓度小于约20mg/L、10mg/L、5mg/L、2.5mg/L或更小的mg/L。在一些实施方案中，该流出物中的磷浓度小于约
3mg/L。在一些实施方案中，该微生物消耗磷。在一些实施方案中，所消耗的磷被掺入到细胞生物质中。在一些实施方案中，去除可溶性磷减少或防止富营养化。在一些实施方案中，磷去除不必要用钙、铝、铁或镁进行磷酸盐沉淀。在一些实施方案中，磷去除在厌氧条件下实现。在一些实施方案中，磷去除在需氧条件下实现。
使用递送的微生物的WWTP
[0067] 本文在某些实施方案中公开了使用递送的微生物来处理废水的组装。图2示出了示例性WWTP，其具有示例性的添加递送的微生物的位置和提取测试样品的位置。在一些实施方案中，将该递送的微生物添加到在曝气池之前的进料流201或者添加到曝气池202。在一些实施方案中，从进入流210提取测试样品。在一些实施方案中，从流出物220提取测试样品。在一些实施方案中，从澄清器溢流处230提取测试样品。在一些实施方案中，在消化器之后240提取测试样品。在一些实施方案中，从滤饼250提取测试样品。在一些实施方案中，从曝气池或者在曝气池之后260提取测试样品。在一些实施方案中，分析测试样品的总挥发性悬浮固体、氨、COD、TSS、BOD、作为元素氮的硝酸盐和亚硝酸盐、磷和
碱度。在一些实施方案中，按照EPA方法160.4(Environmental Protection Agency.(1971).Method 160.4:Residue,Volatile(Gravimetric,Ignition at 550℃)by Muffle Furnace)分析总挥发性悬浮固体。在一些实施方案中，按照EPA方法350.1(Environmental Protection Agency(1993).Method 350.1:determination of ammonia nitrogen by Semi-Automated Colorimetry)分析氨。在一些实施方案中，按照Hach公司提供的EPA批准的方法HACH 8000分析COD。在一些实施方案中，按照标准方法2540D(Eaton,A.D.,Clesceri,L.S.,
Greenberg,A.E.,Franson,M.A.H.,American Public Health Association,American Water Works Association,and Water Environment Federation.(2012).Standard methods for the examination of water and wastewater.Washington,DC:American Public Health Association)分析TSS。在一些实施方案中，按照标准方法5210B分析BOD。
在一些实施方案中，按照EPA方法300.0(Environmental Protection Agency(1993).Method 300.0:determination of inorganic anions by ion chromatography)将硝酸盐和亚硝酸盐作为元素氮进行分析。在一些实施方案中，通过标准方法4500P分析磷。在一些实施方案中，通过标准方法2320A分析碱度。
[0068] 在一些实施方案中，用于处理废水的组装包括一个或多个进入流、一个或多个曝气池或曝气塘、一个或多个分离器以及一个或多个外排流。在一些实施方案中，该进入流包括水相和生物固体相。在一些实施方案中，该进入流包括住宅废水、农业废水、工业废水、径流废水或其任何组合。在一些实施方案中，该曝气池包括至少一个进料流和至少一个出料流。在一些实施方案中，该分离器将水相与生物固体相分离。在一些实施方案中，将所述递送的微生物添加到曝气池的上游。在一些实施方案中，将该递送的微生物添加到曝气池或曝气塘。在一些实施方案中，该曝气池被配置用于将废水与负载在无机多孔介质上的微生物混合。在一些实施方案中，该废水处理组装具有提高的承载能力。在一些实施方案中，该曝气池的出料流具有的生物活性是进料流的生物活性的至少两倍。
[0069] 在一些实施方案中，第一分离器被配置用于接收来自曝气池或曝气塘的废水以产生包含生物固体和经处理的水流的第一级分。在一些实施方案中，第二分离器被配置用于接收包含生物固体的第一级分以产生包含生物固体的第二级分和包含生物固体的废弃产物流。在一些实施方案中，将该第二级分再循环至曝气池。在一些实施方案中，所述组装包括被配置用于产生经处理的水流和滤饼的第三分离器。在一些实施方案中，将来自第一、第二或第三分离器的生物固体级分引导至反应容器，以产生消化的产物。在一些实施方案中，所述反应容器在消化器中产生消化的产物。在一些实施方案中，将消化的产物引导至附加分离器，该分离器被配置用于将水相从消化的产物中去除并产生滤饼。在一些实施方案中，RAS线路将生物固体相的一部分从分离器运送回曝气池。在一些实施方案中，返回到曝气池的生物固体相的该部分使曝气池的TSS增加25％。在一些实施方案中，返回到曝气池的生物固体相的该部分使曝气池的TSS增加50％。在一些实施方案中，返回到曝气池的生物固体相的该部分使曝气池的TSS增加100％。在一些实施方案中，MLSS的浓度大于7000g/L。在一些实施方案中，曝气池的SRT大于二十天。在一些实施方案中，WAS线路将生物固体相的第二部分运送到对生物固体相进行脱水的脱水器。在一些实施方案中，该组装不包括氯化器或臭氧发生器。在一些实施方案中，该分离器包括倾析器、过滤器、离心器或其组合。
实施例实施例1：基于病原体限制的生物固体再分类和基于标准氧摄取率的载体吸附
[0070] 选择位于得克萨斯州Kingwood的Kingwood中央废水处理设施处的测试设施。这个特定的工厂在满足合规性方面有出色的记录。Kingwood中央废水处理设施具有500万加仑的日均流量。测试开始于2015年3月，将负载在无机多孔介质上的微生物物种或递送的微生物以每天15磅的速率引入到工厂的曝气池。每天施加一次该递送的微生物或以三小时增量施加该递送的微生物，直到总计添加15磅。独立的契约人收集并执行样品分析，在整个测试期内提供
数据采集。这些附加的样品和分析增广了由操作员执行的标准分析。测试期包括共21个月，从2015年3月至2016年10月。改善的滤饼质量
[0071] 递送的微生物的表现显示，粪便大肠菌减少至1,100或更小cfg/g的总固体，并且基于标准氧摄取率(SOUR)的载体吸附在0.24至0.39mg氧/克固体/小时的范围内。
[0072] 表3中示出了从2013年10月开始至2014年12月为止期间，在测试期之前的分析结果。将来自工厂历史运行的数据用作基线以供比较。表3：2013年10月至2014年12月的分析结果。
[0073] 表4示出了测试期的分析结果。使用负载在无机多孔介质上的微生物物种减少了粪便大肠菌。表4：2015年8月至2016年7月的分析结果。
氨减少
[0074] 在工厂入口、澄清溢流处、从消化器和从来自工厂的水性流出物采集样品。通过EPA方法350.1分析氨样品，并通过EPA方法352.1分析硝酸盐(Environmental Protection Agency.(1971).Method 350.1:Nitrogen,Nitrate)。表5和表6分别示出了氨和硝酸盐的分析结果。使用负载在无机多孔介质上的微生物物种使澄清器溢流处的氨减少96％，并使消化器处的氨减少75％。表5：氨浓度的分析结果。
(以mg/l表示)
表6：硝酸盐浓度的分析结果。
(以mg/l表示)
消化器中的硝化和反硝化
[0075] 当将WAS浓度与存在的消化器浓度进行比较时，与70％的基线减少相比，递送的微生物的表现显示总氮(作为氨和硝酸盐/亚硝酸盐)减少了90％。在基线期，氨仅减少了64％，并且在消化器中存在的氨的平均值为13mg/L(表6)。
[0076] 在消化器中碱度的增加说明了完全硝化和反硝化的进一步证据，其中测试期期间的日均碱度比基线期期间存在的日均碱度提高了71％。表7：消化器碱度的分析结果。
漂白剂或氯减少
[0077] 测试工厂使用氯漂白剂对来自处理工厂的废水流出物进行消毒。氯也破坏了流出物中所有的氨。使用递送的微生物导致所使用的氯漂白剂的量显著减少。表8示出了在测试期期间和在基线期期间所使用的氯漂白剂的加仑数。
[0078] 图3示出了基线的平均漂白剂使用和测试期的漂白剂使用。使用递送的微生物将平均使用的漂白剂从447加仑/天减少到298加仑/天。表9示出了漂白剂和亚
硫酸氢盐的日均使用质量以及日均氯残留。使用氯漂白剂要求工厂采用二氧化硫以减少流出物中残留的氯水平。表8：日均氯漂白剂使用
表9：日均氯漂白剂质量以及亚硫酸氢盐和残留氯水平
SOUR减少
[0079] 递送的微生物的表现显示出以毫克氧/升/克VSS/小时测定的混合液SOUR减少。从曝气池采集样品，并按照EPA方法160.2通过标准热重分析(TGA)进行分析。来自曝气池的样品的典型值落入约15至20mg O2/L/g VSS/小时的范围内。施加递送的微生物后，SOUR值降低至较低范围，降低至3至6mg O2/L/g VSS/小时范围内。
[0080] 图4示出了来自基线时间段内的数据、公认的标准值以及当使用递送的微生物时来自测试期的数据。在测试期期间测定的SOUR数据远低于典型值，在图4中以实线表示。实施例2：磷去除
[0081] 选择了位于得克萨斯州Kingwood的废水处理厂处的测试设施。这个特定的工厂在满足合规性方面有出色的记录。废水处理设施具有每天处理2000万加仑废水的日均流量。测试开始于2016年春季，将负载在无机多孔介质上的微生物或递送的微生物以每天30磅的速率引入到滴流床过滤厂。处理系统、微生物递送位置和
采样位置的示意图参见图2。测试期包括共四个月，从2016年4月至2016年6月。
[0082] 追踪流入物中的正磷酸盐水平以及添加递送的微生物后的第二天离开二级澄清器(SCE)的磷酸盐水平。使用标准方法EPA批准的4500-P磷分析法来分析正磷酸盐水平和磷酸盐水平。将该正磷酸盐和磷酸盐水平与添加递送的微生物两天后的大型滞留池中的磷水平进行比较。图5示出了离开SCE的废水的正磷酸盐水平。空心圆表示在测试期期间获取的数据，并且虚线表示数据的线性回归。数据显示从进入的原污水到SCE处理后，磷酸盐去除有略微增加的趋势。图6示出了大型滞留池中废水的正磷酸盐水平。空心圆表示在测试期期间获取的数据，并且虚线表示数据的线性回归。数据显示从进入的原污水到大型滞留池中的废水，磷酸盐去除有急剧增加的趋势。实施例3：沸石使用
[0083] 分析采用沸石作为无机多孔介质的一系列实验的微生物生长和底物摄取。所使用的沸石是斜发沸石，为天然沸石，CAS号12173-10-3。对照是基于液体的混合微生物培养物。沸石负载有精确量的混合培养物。图7示出了液体对照和负载在沸石上的微生物所产生的气体的总质量。含有培养物的沸石显示，所产生的气体的总质量相比于对照有所增加。图8示出了对照和含有培养物的沸石两者的酸产生。含有培养物的沸石显示，产生的酸相比于对照有所增加。图9示出了对照和含有培养物的沸石两者的糖摄取。含有培养物的沸石显示，糖摄取相比于对照有所增加。
