CN101065331A - 用于总氮去除的方法和*** - Google Patents

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Abstract

一种还原性水性氮污染物的氧化还原方法及相关的设备。

Description

用于总氮去除的方法和***
本申请要求提交于2004年5月14日的美国申请60/571,344的优先权，其内容作为整体在本文中引用作为参考。
发明背景
向水体中输入过量的氮正成为一个严重的环境问题。总的来说，含氮物质(N)如铵或硝酸盐的浓度增加促进了富营养化，从而导致缺氧、臭味、着色、以及其它不利的水质变化。铵还对鱼类直接有毒，并显示出巨大的氧需求。此外，饮用水中硝酸盐的含量增加会导致婴儿出现高铁血红蛋白血症(Maxcy，1950；Masters，1998)。结果，USEPA设定了饮用水中对于硝酸盐的最高污染物含量(MCL)，为10mg NO3 -N/l(Masters，1998)。具有讽刺意味的是，水环境中氮的问题要求氮浓度远低于MCL。将来，当废水对于富营养化或缺乏敏感时，对于总氮的废水排放标准可低至1-3mgN/L。
铵是各种类型的废水中最普遍的氮污染形式。它在制造肥料和化学品的过程中产生。结果，大量的铵存在于农田径流中并从肥料工业中排放。铵污染还归因于过度施肥和密集的放牧。另一个主要的铵氮源是生活污水，因为存在于人粪尿中的有机材料中的氮是铵或可水解为铵的有机氮。
附图简述
图1A：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的一种或多种本发明的方法。
图1B：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的具有气体(H2或O2)扩散通过膜式水冷壁，并被外部的生物膜利用的中空纤维。
图2A-B：示出了根据本发明的一个或多个实施方式的需氧的和缺氧的MBfR部件***的结构。
图3：在最初100小时处理过程中的氮物质的浓度。
图4：当H2压力为2.5psi(磅/平方英寸)时，O2压力对氮物质浓度的影响。第一个100小时表示基线操作(baseline operation)。
图5：当O2压力维持恒定在3.6psi时，H2压力对氮物质浓度的影响。
图6A：O2压力对硝酸盐(NO3 -)浓度的影响。
图6B：O2压力对硝酸盐(NO2 -)浓度的影响。
图7A：当O2＜2.0psi时，O2气体对NH4 +浓度的影响(注：图7A中的趋势线是指数形式的)。
图7B：当O2＞2.0psi时，O2气体对NH4 +浓度的影响(注：图7B中的趋势线是线性的)。
图8：在恒定压力(2.5psi)和流入物NH4 +浓度为50mgN/L的条件下的总氮去除％。
图9：在恒定O2压力(约3.6psi)和流入物NH4 +浓度为50mgN/L的条件下的总氮去除％。
发明概述
鉴于此，本发明的目的是提供一种或多种用于从废物流中去除含氮污染物(包括，但不限于氨和铵化合物)的方法、设备和/或***，由此解决现有技术中的各种担忧和问题，包括上述列出的那些。本发明技术人员将理解，本发明的一个或多个方面能满足特定的目的，而一个或多个其他方面能满足其他特定的目的。各个目的可以不在其各个方面与本发明的每个方面相同。同样地，以下目的可视为对本发明的任一方面的替换。
本发明的目的是提供一种或多种用于去除还原性含氮污染物(包括，但不限于铵化合物以及相关的有机胺和季胺污染物)，以达到满足州和/或联邦规定要求的含量的方法。
本发明的另一个目的是提供对单独的还原性含氮污染物，或者还原性含氮污染物与一种或多种流入的氧化性氮污染物的组合进行氧化，以从水性***中去除总氮。
本发明的另一个目的是提供一种或多种用于本发明方法的设备和/或***结构，以对含氮污染物进行同时或协同氧化及还原，以从水性废物流中去除氮。
本发明的其他目的、特征和优点将在概述和对各个实施方式的描述中变得明显，且对具有各种氧化/还原反应和废物处理***的知识的本领域技术人员是显而易见的。这些目的、特征、好处和优点将从上述内容与实施例、数据、附图、以及所引用的所有合理的参考文献的结合中变得明显。
本发明包括一种或多种将含氮废物组分硝化和脱硝，以从水性废物流中去除总氮的方法，以及设备和***。根据本发明，硝化在本文中可考虑为并通过硝化细菌将铵物质(例如NH4 +)氧化为硝酸盐(例如NO3 -)来示出，如可用以下非限制性的反应表示：
                    NH4 ++2O2→NO3 -+2H++H2O
铵氧化为硝酸盐会产生2酸性当量(H+)/摩尔氧化的氮，以及可利用的分子氧(O2)(2mol O2/mol NH4 +)，如所示。相反地，脱硝可考虑为还原，其中，硝酸盐被还原为氮气(N2)，根据非限制性的半反应(half reaction)：
                    NO3 -+6H++5e-→0.5N2(g)+3H2O
N2气散发，由此从水中清除氮。H2通过微生物进行氧化，提供电子(e-)以驱动硝酸盐还原，用于其的半氧化反应为：
                    H2→2e-+2H+
结合两个半反应，脱硝可表示为：
                    NO3 -+2.5H2(g)→0.5N2(g)+2H2O+OH-
总的来说，脱硝在1碱性当量(OH-)/摩尔还原的氮气的条件下将硝酸盐还原为氮气。
因此，本发明提供了一种从水性废物***中去除氮组分的方法。该方法包括：(1)提供包含至少一种硝化细菌、以及至少一种脱硝细菌的***；(2)在***中引入包含还原性含氮组分的水性废物流或供水；以及(3)使所述***独立地与氧气和氢气接触。需养条件促进了硝化细菌的聚集，如本领域中已知的，而缺养条件则促进了脱硝细菌的聚集，也如本领域中已知的。或者，可向该***中注入硝化和/或脱硝细菌。在引入还原性含氮废物组分(例如，但不限于铵化合物)时，继续进行氧化和还原以从水性***中去除还原的和氧化的氮物质。
或者，本发明还可提供使用脱硝细菌从废物流或供水中去除还原的含氮污染物的方法。该方法包括：(1)提供包含第一组分和第二组分的***，所述第一组分包含至少一种硝化细菌以及包含还原性含氮污染物的水体(aqueousvolume)，所述第二组分包含至少一种脱硝细菌；(2)使所述第一组分与气态氧接触，以氧化含氮污染物；(3)将所述氧化的含氮污染物引入和/或转移到第二组分中；以及(4)使所述第二组分与气态氢接触。在还原性含氮污染物(例如，但不限于氨或铵化合物)的背景下可以考虑本方法的特殊实施方式。需养条件能促进生物量(包含硝化细菌)的聚集，并氧化为一种或多种氧化的含氮污染物(例如硝酸盐、亚硝酸盐)。随后将该氧化的污染物引入第二组分，并引入包含脱硝细菌的生物量，在缺养条件下得到促进，还原污染物，从废物流中去除。
需养和缺养条件可改变和/或优化，取决于具体的废物流和氮物质/含量，通过分别改变氧气压力和氢气压力来进行(参见下述实施例2-4)。这一协同的氧化和还原可将流出物的浓度减小至小于约1mgN/L(对于具体的还原的或氧化的氮污染物。同样地，总氮流出物的浓度可减小至小于约2mg/L，符合相应州和联邦规定的要求)。同时的、依序的或协作的氧化和还原也通过脱硝的碱性副产物中和硝化的酸性副产物，由此将对额外的***pH控制的需要减至最小或者消除。除了酸/碱中和的好处之外，废水再循环能提供各种其他优点。例如，重复处理或循环能促进污染物的去除。或者，再循环可用来控制通过硝化和脱硝反应器(即，NR和DR)部件中的一种或两种的速度，而与流入物的流速无关。在任一部件中的高流速会促进形成牢固的致密生物膜，以及促进还原的或氧化的氮污染物向生物膜转移。本发明方法的这些方面及有关的好处可参照以下附图1A-B和2A-B来考虑，这些附图对本文中提供的任何具体的方法/工艺参数或***组分材料、尺寸或结构不起限制作用。
可使用这些方法而不限于任何一种设备或组分结构。但是，本发明的一种或多种方法可结合下述设备使用，该设备包含：(1)包含至少一种中空膜的第一组件，各个中空膜与氧气源流体连通；以及(2)与所述第一组件流体连通的第二组件，所述第二组件包含至少一种中空膜，各个中空膜与氢气源流体连通。在一些实施方式中，所述膜可包含具有第一密度的内层和外层，以及位于内层和外层之间的具有大于第一密度的第二密度的层。在各个优选的实施方式中，前面的层可以是多孔的，后面的层可以是基本上无孔的，以减少或避免氢或氧的鼓泡，或者其他对生物量聚集有害的条件。
同样地，不限于任何一种废物处理***、设备或组分结构，本发明还提供了一种对还原的含氮污染物进行氧化的方法。该方法可包括：(1)提供包含一组件和一水体的***，所述组件包含膜和位于其上的硝化细菌，所述水体包含还原性含氮污染物；以及(2)使所述***与氧接触，以氧化含氮的污染物。如本文中其他地方所讨论的，该***中可注入细菌，或者需养条件可选择性地促进包含硝化细菌的生物量的聚集。在某些实施方式中，该***可包含至少一种与氧气源流体连通的膜组件。该膜按上述排列和构造，或者如下述结合引用的参考文献中所述排列和构造。有关的氧化的污染物可引入包含脱硝细菌的第二***或组件中，如本文中其他地方所述，用以还原随后用以去除的污染物。或者，该氧化方法和/或硝化细菌的使用可与本领域已知的任何还原或脱硝工艺一起使用。
某些实施方式的详细描述
可使用的***/设备组分结构更详细地描述在美国专利No.6,387,262和提交于2004年8月30日的待审申请10/930,051，它们各自在本文中全部引用。这些引用的文献的附图和相关说明书中例举和提供的设备组分和结构可有效地用在本发明中。因此，在某些实施方式中，膜式生物膜反应器(MBfR)可通过扩散通过气泡减少膜的(bubble-less membrane)壁分别向脱硝或硝化细菌传输H2或O2气体。细菌生物膜自发地在相应的膜式水冷壁的外侧生长。硝化细菌利用O2以促进还原的氮组分氧化为例如NO3 -。至于脱硝，生物膜中的细菌从扩散到膜外侧的H2中除去电子以将NO3 -还原为N2气。
硝化细菌是本领域已知的，其代表性的例子包括，但不限于欧洲亚硝化单胞菌、真氧亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eutropha)、白里亚硝化螺菌(Nitrosospira briensa)、活跃假单胞菌和海洋硝化螺菌。同样地，脱硝细菌也是可得到的和众所周知的。
虽然不限于自养(即，氢-氧化)菌种，但是这些有机体的有代表性的例子包括，但不限于脱氮副球菌、真氧产碱菌、黄色氢噬胞菌和Ralstonia eutropha。这些细菌可引入使用来自现有氮处理***的相应孕育剂的各氧化和还原反应器组件中，或者通过在需氧和缺氧条件下的选择性的反应器生物量聚集(参见例如，前述引入的’262专利和共同待审的’051申请)。
H2基MBfR用于将NO3 -(或者例如亚硝酸盐NO2 -)还原为N2气。H2是能大量购买的最廉价的电子供体，且对人无毒。使用H2免除了供体有机C源的需要，而有机C源是昂贵的，经常会引起处理和安全问题，且很容易用量不足或过量。通过扩散通过膜式水冷壁传输H2免除了过量的危险，而用量不足可通过增加对膜的H2压简单而快速地弥补。在膜式水冷壁上具有生物膜确保了接近100％的H2使用效率，改善了工艺的成本效率。使用气泡减少膜的好处是安全地传输H2气。使用其它传输方法，氢气会聚集在气相中，从而形成了***性环境，因而具有较大的安全危险(在空气中氢的***范围约为4-74.5％)。气泡减少传输和生物膜的即时H2消耗阻止了***性气相的形成。
对于总氮去除，用需氧硝化细菌将任何存在的还原性氮组分(例如，氨或铵物质)氧化为NO3 -(或亚硝酸盐NO2 -)。本发明的MBfR***和设备还可用于脱硝和硝化。如图1B中所示，O2可通过扩散通过膜式水冷壁来传输。为了防止起泡，纤维组分可包含位于微孔聚乙烯壁之间的1μm厚的无孔的疏水聚氨酯层。图1B中所示的用于该类***/设备组分的纤维由Mitsubishi Rayon制造(Model MHF200TL)，可作为复合物得到。致密的无孔的层可形成用于气体分散的高驱动力，而不会过早地形成气泡，由此促进了有效的氧利用和所需的硝化细菌的聚集。中空纤维可以是一端密封，而另一端对加压的氧(或氢)开放的。本领域已知的其它纤维结构可提供气泡减少的操作。引入的生物膜聚集简化了水性氮组分(例如NH4 +或NO3 -)与引入的气体(例如O2或H2)之间的电子输送。
因此，本发明的需氧和缺氧***可包含两个用于集合操作的MBfR。一个MBfR组件由O2供给以进行硝化(NR)。另一个MBfR组件由H2气供给以进行脱硝(DR)，用以达到完全的N去除。一种这样的需氧和缺氧组分结构示于图2A。在某些实施方式中，各个柱具有长度为25cm的32个中空纤维，各个MBfR组件的总生物膜表面积为70.6cm2。各个MBfR的体积约为10cm3。有用的流入物泵送速率设定为0.11cm3/分钟，使得MBfR***的停留时间约为3小时。图2A所示的再循环流(例如，以50ml/分钟泵送和以150ml/分钟泵送)可用来连接两个MBfR，并提供合适的混合以确保适宜的氧化/还原。其它组分结构示于图2B，它提供了任选的、额外的缓冲能力。缓冲剂组分的引入(即，用于酸和/或碱中和)可有利地用于处理具有高含量含氮废物的废物流。同样地，根据体积或污染物含量，可在本发明的硝化和/或脱硝方面中使用多个中空纤维膜组件。
可参照前述引入的’262专利和共同待审的’051申请，具体是它们的附图1-2中提供的设备组件和***材料来考虑本发明的各个其它的实施方式。或者，用于本发明的膜可包括一种或多种本领域已知的片或另一种材料阵列。无论是纤维、片或另一种这样的阵列，膜组件可随机设置或以预定的空间结构(例如，但不限于行结构，或者行和列结构)设置。至于后者，可使用一种或多种格栅支撑组件在相对于一种或多种氧气或氢气源的点处设置纤维或片。这些组件的设置的结构可限定用于水移动通过其的中间组件空间。非限制性地，这样的空间使得水中负载的污染物横向移动到膜组件中，因为这样对废水和包含固体颗粒物质的其它水性***的处理特别有用。这些组分和相关的设备结构更详细地描述在共同待审的申请10/876,745中，具体是其附图2A-C中，该申请在本文中全部引用。
发明实施例
以下非限制性实施例和数据示出了与本发明方法和/或设备有关的各个方面和特征。与现有技术相比，本发明的方法和设备得到了令人惊奇、出乎意料、且与之相反的结论和数据。虽然本发明的实用性通过使用几种设备结构和用在其中的模拟的含氮废物流来证实，但是本领域技术人员应理解，用其它各种设备和废物流组合物(例如，有机胺和铵化合物)也可以得到类似的结果，这是因为它们与本方法的范围匹配。因此，本发明构思了具有需氧和缺氧组分的设备/***，用于在一定的氧气和氢气输送速度和压力范围内依序或同时硝化和脱硝，使还原的和氧化的氮废物组分的流出物浓度小于约1mg/L，并基本上除去包含氨的流入物废物流中的总氮。
如本领域中用于证明本发明的广泛应用性所应理解的，以下实施例中使用的介质是具有表1所示组成的合成废水。铵浓度为50mg NH4 +N/l。所述水的缓冲能力以0.252g/l HCO3 -、0.136g/l H2PO4 -和1.134g/l HPO4 2-的形式加入。所述介质包含在氮气喷淋瓶中，以防止碳酸盐***中发生不受控的改变。
表1：合成废水介质的组成
介质成分  量
蒸馏水  5L
NaHCO3  1.26g
(NH4)2SO4  1.179g
KH2PO4  0.681g
NaHPO4  5.678g
微量矿物质  7.5ml
Ca-Fe溶液  7.5ml
MgSO4-7H2O  7.5ml
所测参数是NH4 +、NO3 -、NO2 -和pH。分析方法列于表2。各方法用已知标准来校准，以确保测量精度。使用Spectronic Spec 20来测量NH4 +、NO3 -、NO2 -样品的吸光度。
表2：分析方法简述
参数 方法 参照  范围 标准偏差
NO3 - 铬变酸法 Hach法10020  0-30.0mg/lNO3 -N ±1％
NO2 - 重氮化铬变酸法 Hach法8507  0-0.500mg/lNO2 -N ±2.3％
NH4 + 水杨酸盐法 Hach法10031  0-50.0mg/lNH3N ±2％
pH 电测法 标准方法(1998)-4500H+  0-14pH ±0.1pH
连续送入所述介质几周，同时生物膜聚集在中空纤维膜的外侧(参见例如图1B和图2A)，并形成基线性能。当出现一层可见的生物膜，且氮去除在基线调节下稳定时，进行实验以确定在MBfR中在不同气压条件下的氮去除。在恒定的H2压力(2.5psi)下，确定在以下O2压力下的氮去除：1.25psi、2.0psi和6.0psi。在恒定的O2压力(3.6psi)下确定在1.25psi和5.0psi H2压力下的氮去除。在改变氧气或氢气压力之前使所述***达到稳定态。氢气压力最初保持在2.5psi，此时改变氧气压力。然后在氧气压力保持在3.6psi时改变氢气压力。每个气压取至少3个样品，在各取样之间最少间隔9小时。各样品过滤(0.45微米膜过滤器)除去任何从生物膜中脱落的悬浮的微生物。
                        实施例1
基线除氮
图3中最初100小时的结果显示当氢气压
力为2.5psi，平均氧气压力为2.5psi时的基线除氮。所有氮物质的浓度均较低：NH4 +和NO3 -接近或小于1mgN/L，NO2 -接近零。总氮浓度(即，NH4 +、NO3 -、NO2 -作为N的总和)总小于3mgN/L，通常小于2mgN/L。这些结果清楚地证明了所述需氧和缺氧MBfR***可以使所有氮物质的浓度和总氮浓度很低。
                        实施例2
改变氧气压力
图4也说明了当氧气压力随时间流逝(110-280小时)而改变时，硝酸盐和铵的总趋势。铵浓度因氧气压力低(1.25psi)而大大增加。这是因为在需氧MBfR中硝化反应所需氧气有限。另一方面，当氧气压力升高(6psi)时，所述硝酸盐浓度高，估计这是因为从需氧MBfR转移到缺氧MBfR中的溶解氧抑制了从NO3 -脱硝形成N2。所述亚硝酸的盐浓度低，并且在所用条件下不受气压的影响。总氮浓度反映了氮物质的浓度，由于氧气压力的变化而导致浓度升高。
图4中的结果证明了氧气利用率的预期趋势。氧气利用率太低会减缓需氧MBfR的硝化反应，留下未氧化的NH4 +。在需氧MBfR中氧气利用率太高则会使溶解氧转移，抑制缺氧MBfR中NO3 -的还原。因此，所述集合的需氧和缺氧***以一种可预见的方式运行，并显示为控制进入需氧MBfR的氧气压力会使总氮去除最优化。正确控制氧气压力能很好地除去所有的氮物质(＜1mgN/L)和总氮(＜3mgN/L)，如最初100小时中的结论所示。
                        实施例3
改变氢气压力
图5表示在保持氧气压力为3.6psi时氢气压力发生变化的结果。改变氢气压力不会像改变氧气压力那样显著地改变浓度。所述铵和硝酸盐浓度几乎完全不受氢气压力变化的影响。另一方面，当氢气压力低(1.25psi)时，硝酸盐浓度显著增大。所述总氮浓度与NO3 -浓度相似。
图5中的结果证明氢气利用率的预期趋势。氢气利用率太低会减缓缺氧MBfR中的脱硝反应，留下未还原的NO3 -。但是，提高缺氧MBfR中的氢气利用率看起来不会对需氧MBfR中的硝化反应产生不利影响。这种良好的结果可能是因为氢气的水溶性低，不会显著地转移到需氧MBfR中。而且，所述集合的需氧和缺氧***以可预见的方式运行，显示控制进入缺氧MBfR中的氢气压力可以进行总氮去除。正确控制氢气压力能很好地除去所有的氮物质和总氮，如最初100小时中的结论所示(图3)。
                        实施例4
气压影响概述
图6A-B概括了在所有实验中氧气压力如何影响NO3 -和NO2 -的浓度。显然，硝酸盐随氧气压力的增大而增加(图6A)，这是因为从需氧MBfR转移来氧气。另一方面，NO2 -浓度几乎不受氧气压力的影响(图6B)。如图5所示，氢气压力强力控制流出物NO3 -的浓度，大于1.25psi的氢气压力明显提高了硝酸盐的除去效果。
                        实施例5
图7A-B显示当氧气压力大于1.25psi时铵浓度显著降低。当氧气压力低时(图7A)，氧气并不足以使需氧MBfR中的硝化反应充分进行。结果，NH4 +的氧化率低。当氧气压力大于2.5psi时(图7B)，NH4 +去除与氧气压力并没有太大的关联，虽然在两个变量之间有稍稍向下的趋势线(R＝-0.23)。如图5所示，NH4 +与氢气压力并没有关联。
                        实施例6
氮去除效率概述
图8和9概括了当流入物的N浓度固定为50mgN/L(均以NH4 +计)时的总氮去除效率。在需氧MBfR中的氢气压力恒定(2.5psi)时，总氮去除(图8)在需氧MBfR的中间氧气压力为2.0psi时最大(97.1％)。这与流出物的总氮浓度仅为1.5mgN/L相符。在6.0psi时，氮去除率为91.9％，并由于NO3 -增大而降低。在1.25psi时达到合适的去除率，氮去除率为58.1％，流出物中大多数是NH4 +。而且，控制需氧MBfR中的氧气利用率能获得很高的总氮去除率。
在恒定氧气压力(～3.6psi)下，在所用条件和设备下，所述总氮去除率在氢气压力为5psi的条件下最佳(95.1％，假设流出物总氮浓度为2.5mgN/L)。在1.25psi下，氮去除率稍低，为92.2％，这是因为脱硝反应较少。控制缺氧MBfR中的氢气利用率是有效的，但是最大总氮去除率看起来与需氧MBfR中的氧气利用率更加直接相关。
上述实施例显示本发明的需氧和缺氧MBfR***能几乎完全除去总氮。在本文中，还原的氮污染物以及浓度为～50mgN/L是市政污水以及许多其它废水的典型条件。在硝化生物膜的需氧条件(氧气)下将NH4 +氧化成NO3 -和NO2 -，同时在将生物膜脱硝的缺氧条件(氢气)下将NO3 -和NO2 -还原成氮气。由于硝化和脱硝细菌是自养的，不需要任何含碳能量源，因此无需大量的材料成本，且不会有工艺风险。
总氮去除率会受到氧气压力的影响：氧气压力不足会降低NH4 +到NO3 -或NO2 -的硝化反应，而氧气压力高则会抑制在缺氧组分中NO3 -到N2的脱硝反应。总氮去除率并不太受氢气压力的影响，虽然氢气压力升高能更好地进行脱硝反应且不会影响硝化反应。
虽然已经通过具体实施方式说明了本发明的原理，但是应清楚地理解这些说明仅作为实施例，并不是以任何方式限制本发明的范围。例如，在本文中，在总氮去除率的情况下证实同时或协同硝化和脱硝是可行的，但是本发明也可用于其它各种废物流，不论还原性和氧化性污染物是否共存。还原性污染物还包括，但不限于所有的有机物质和有机氮化合物，而氧化性污染物可类似地包括，但不限于高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、铬酸盐、硒酸盐、***盐、溴酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、铀、钚、镎和含氯有机化合物(例如，但不限于三氯乙烯和三氯乙烯)。

Claims (30)

1.一种从水***中去除还原性含氮组分的方法，该方法包括：
提供包含硝化细菌、脱硝细菌和水性还原性氮组分的***；
使所述***独立地与氧气和氢气接触；以及
氧化并还原所述组分以产生氮气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，需氧条件促进***中硝化细菌的聚集，缺氧条件促进***中脱硝细菌的聚集。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧气压力和氢气压力是独立地改变的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原性氮组分依序氧化和还原，所述氧化产生酸性副产物，所述还原产生碱性副产物，所述酸性和碱性副产物至少部分地相互中和。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原性氮组分选自氨、铵离子、含氮有机化合物、以及它们的组合。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原性氮组分被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐中的至少一种。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述还原性氮组分的流出物浓度小于约1mgN/L。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述***包含流入物氧化的氮组分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述还原的和氧化的氮组分的总流出物浓度小于约2mgN/L。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，缺氧条件促进***中氢-氧化细菌的聚集。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述***包含过氯酸盐，氯酸盐，亚氯酸盐，硒酸盐，***盐，溴酸盐，硫酸盐，亚硫酸盐，铀，钚，镎，含氯有机化合物，以及所述化合物的组合。
12.一种使用脱硝细菌从水***中去除还原性氮污染物的方法，该方法包括：
提供包含第一组分、第二组分、以及还原性含氮污染物的***，所述第一组分包含至少一种硝化细菌，所述第二组分包含至少一种脱硝细菌；
使所述第一组分与气态氧接触；
将所述氧化的含氮污染物引入第二组分中；以及
使所述第二组分与气态氢接触。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，需氧条件促进***中硝化细菌的聚集，缺氧条件促进***中脱硝细菌的聚集。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述细菌是自养细菌。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，提供所述气态氧而基本上没有鼓泡。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述含氮污染物依序氧化和还原，所述氧化产生酸性副产物，所述还原产生碱性副产物，所述酸性和碱性副产物至少部分地相互中和。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，它包括使所述水体与所述第一和第二组分重复接触。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述还原性含氮污染物选自氨、铵离子、有机化合物、以及它们的组合。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述污染物的流出物浓度小于约1mgN/L。
20.一种膜式生物膜反应器设备，它包括：
包含至少一种中空膜的第一组件，各个纤维与氧气源流体连通；
与所述第一组件流体连通的第二组件，所述第二组件包含至少一种中空膜，各个膜与氢气源流体连通；以及
位于所述第一组件上的硝化细菌，以及位于所述第二组件上的脱硝细菌。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，各个膜包含具有第一密度的内层和外层，以及位于内层和外层之间的具有大于第一密度的第二密度的层。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述位于内层和外层之间的层是基本上无孔的。
23.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第一和第二组件中的每一个包含许多中空纤维膜。
24.一种对还原性含氮污染物进行氧化的方法，该方法包括：
提供包含组件和水体的***，所述组件包含膜和位于其上的硝化细菌，所述水体包含还原性含氮污染物；以及
使所述组件与氧气接触。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述含氮污染物选自氨、铵离子、有机化合物、以及它们的组合。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述硝化细菌是自养细菌。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述组件包含至少一种与氧气源流体连通的中空纤维膜。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述氧化的污染物被还原。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述氧化的污染物与包括含有膜和位于膜上的脱硝细菌的组件的第二***接触，所述第二***组件与氢气源流体连通。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，需氧条件促进***中硝化细菌的聚集，缺氧条件促进***中脱硝细菌的聚集。
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