具体实施方式

在水和废水处理以及气味管理中，高硫化物浓度是主要问题。富含硫酸盐和硫化物的水和废水可以导致金属和混凝土快速腐蚀、排放令人不愉悦的气味，并且对人类而言是有毒的。在废水中存在硫化物导致输水系统的腐蚀和在生物淤泥中金属硫化物的累积。此外，硫化物对于产甲烷菌(methanogens)是有毒的，并且在大多数情况下导致对厌氧水处理过程的抑制。因此，溶解在水/废水中的硫化物的存在在作为废水处理过程的厌氧消化中成为了显著问题。

在厌氧条件下，硫酸盐还原细菌使用硫酸盐作为对于存在于水中的有机物质的降解的最终电子受体。因此，硫酸盐还原成硫化氢并且随后分布在液相和气相(例如作为生物气(biogas))两者中。硫酸盐的还原是不希望发生的并且可为废水处理中的寄生反应，这导致硫化氢的产生和积累。

处理水中硫化物的一种方式是使用微曝气。微曝气单元是在水的表面上供应少量空气的装置，这些空气被硫氧化细菌使用以将溶解在水中的硫化物转化成元素硫，并从而将硫化物从水体去除。典型地，微曝气允许向气相供应少(“微”)量氧(例如<0.1mg/L O₂)，如在以下示例反应中那样。

2HS^-+O₂→2S^o+2OH^- (在微氧条件下) (方程1)

在微氧条件下，存在的硫化物氧化细菌将硫化物转化为元素硫，其从气相去除而不再是生物气中的杂质。

在较高氧浓度(例如>0.1mg/L O₂)下，硫化物被氧化回至硫酸盐或硫代硫酸盐。因此，对于去除硫化物而言氧浓度是关键的，并且较高氧浓度是不期望的。

2HS^-+2O₂→S₂O₃ ^2-+2H₂O (在较高氧量下) (方程2)

2HS^-+4O₂→2SO₄ ^2-+2H⁺ (在过量的氧) (方程3)

已经开发并且采用了常规的微曝气装置用于气相中的硫化物去除，但是未曾设计和探究常规的微曝气装置用于水和废水体中的硫化物去除。例如，与首先防止在气相中引入硫化物相反，常规的微曝气单元用于由厌氧消化系统生成的经厌氧消化的甲烷的后处理。此外，常规的微曝气装置具有固定的结构，这将可被纯化的水的水量限定在所需的纯化水平或范围。进一步地，由于常规的微曝气装置的设计聚焦于气相中的硫化物的去除(例如后处理)，它们没有提供均匀的微空气分布(micro-air distribution)。此外，常规的微曝气装置倾向于是小装置，需要纯化的气体或甲烷通过这些装置，并且如此一来，这些装置的小尺寸限制了它们在更大规模上的适用性。如此一来，存在对可以克服现有微曝气技术的这些与其它不足的新方法的需求。

公开了用于将硫化物从水和废水体或物流去除的包括漂浮微曝气单元(FMU)的可规模化的微曝气装置、系统和方法。例如，在各种实现方式中，公开的微曝气技术和装置的漂浮特征容许并且控制空气供应仅在水表面处，而不对主水体进行曝气并因而干扰厌氧处理过程。本文描述的公开的FMU装置、系统和方法的一些实施方式使用了硫氧化细菌，在存在微氧浓度的情况下这些硫氧化细菌能将溶解在水中的硫化物转化成元素硫。

在一些实现方式中，根据本技术的FMU被设计为在水-气界面处提供微氧条件。通过在水-气界面处创造微氧条件，该装置可由此对水表面的顶层曝气，使得水体的剩余部分(例如主要部分)保持在厌氧条件下。这对于厌氧的废水处理技术例如厌氧消化和MFCs而言是重要的。例如，对全部水体曝气将引入反应器中微生物群体的显著变化，并且使处理过程由厌氧过程转换成好氧过程。这种情况出现例如是因为厌氧消化器中的较高氧浓度将对产甲烷作用(methanogenesis)和甲烷生成产生毒性效应。

例如在一些应用中，FMU装置、系统和方法可以用于将硫化物从甲烷去除，因为硫化氢可腐蚀材料，像那些用于将甲烷转化为电能的热电联产系统那样。

在一些实现方式中，根据本技术的FMU的示例实施方式被设计用于将硫化氢从液相去除。例如，由于大多数的硫化物去除出现在气-液界面处，因此FMU在气-液界面处供应低氧浓度，在该气-液界面处有意地使硫化物氧化细菌生长。与被永久固定相反，微曝气装置是自由漂浮的，这允许对可变的水和/或废水体积(量)进行有效处理。漂浮微曝气方法可以直接在现有的水体中实现，或可以作为独立的(separate)流过单元而探究。

FMU的公开实施方式的实现方式可以包括一种或多种以下特征和优势。例如，公开的FMU装置的各种实施方式具有可规模化的设计和结构(architecture)，其允许FMU装置基于废水处理设施的特点(细节)而确定尺寸。例如，FMU可以设计为水和/或废水流过的独立的单元，或者FMU可以结合在现有的水和/或废水处理单元(例如储罐或平衡罐)中。FMU的尺寸取决于水和/或废水的体积和流速。独立的FMU是“即插即用型的(plug-and-play)”并且不须要任何基础设施改变。这同样适用于例如嵌入在已现有的罐中的FMU。

此外，例如可以采用公开的FMU系统、方法和装置用于不同规模的任何废水处理。尽管本文描述的一些示例实现方式主要基于使用FMU系统和方法的某些示例实施方式处理酿酒厂废水以促进理解隐含的概念，例如酿造厂废水，但是理解的是公开的实施方式还可包括酿造厂来源以外的其它废水的处理。

酿造厂废水的特征为高蛋白质和硫酸盐含量。因此，酿造厂废水在其降解期间释放显著量的硫化物。在酿造厂废水中3/50的低化学需氧量(COD)与硫化物之比(COD/S)也会导致大量硫化氢的产生。

表1收录了酿造厂废水的化学组成的实例。

表1

图1A-1C显示了用于将硫化物从不同类型的废水去除的根据本技术的FMU装置100的示例实施方式的图，所述不同类型的废水包括来自国民基础设施系统、农业和工业系统的废物。在一些实施方式中，FMU装置100是独立的单元。在其它实施方式中，FMU装置100可以结合到现有的水和废水处理单元中。在图1A-1C中所描绘的FMU装置100的示例性实施方式中，所述FMU装置100是独立的单元。

参考图1A，FMU装置100包括废水储罐101或与废水储罐101结合在一起，以例如从例如酿造厂、农场或市政废物废水网的设施中接收原废水(raw wastewater)以进行处理。连接至废水储罐101的是流入管线102，在流入管线102中废水水从废水蓄水池流到废水储罐101中以随后被处理。废水储罐101进一步连接至流出管线103，其使废水一经处理就能离开废水储罐101。在各种实现方式中，流入管线102和流出管线103可以位于废水储罐101上的任何位置，从而使其能让废水流入和流出废水储罐101。

如在图1A-1C中显示的示例实施方式中所示，FMU装置100包括曝气模块105(亦称为曝气歧管)。曝气模块105包括具有使空气从歧管结构的内部流出的一个或多个开口的歧管结构。例如，该歧管结构可被配置为环形、多边形(例如三角形、矩形、五边形、六边形或八边形或其它多边形)或其它形状或几何结构。在图1A和1B的实例中，曝气模块105被设置为曝气环105A。曝气环105A漂浮在废水储罐101中容纳的废水的顶部上。在使用漂浮支持体104的情况下，曝气环105A能漂浮在废水储罐101的顶部上，所述漂浮支持体104包括在含水流体溶液上可漂浮的一个或多个支持结构。在一些实施方式中，曝气环105A将漂浮支持体104安置在废水和曝气环105A之间，从而使曝气环105A将漂浮在储罐101中的废水的顶部上。在这样的实施方式中，漂浮支持体104可被配置为防止曝气环105A与废水储罐101中的废水流体直接接触。而在一些实施方式中，漂浮支持体104可被配置为允许曝气环105A接触废水。例如，在一些实施方式中，漂浮支持体104可将曝气环105A定位在废水中，从而使曝气环105A至少部分浸没(例如一半进入水中)；其中曝气环105A浸没在废水中的程度可取决于曝气环105A的重量和漂浮支持体104的浮力性质(buoyancy properties)。特别地，在使曝气环105A接触水的任意配置中，曝气环105A的放置在废水的水-气表面处提供了少量空气。在各种实现方式中，漂浮支持体104可将FMU装置100保持在水的表面上而不论废水储罐101中的水和/或废水体积如何。此特征允许废水储罐101中废水的体积负荷可变，并且确保在废水表面和曝气环105A之间的预先确定的距离。

在一些实施方式中，FMU装置100包括罩106，该罩106在曝气环105A和罩106之间提供允许在水和/或废水表面上的均匀空气分布的体积(例如“顶部空间”)。在一些实施方式中，罩106可以相对于容器的侧壁上下移动，以增加或减少“顶部空间”的体积。在包括罩106的一些实施方式中，FMU装置110在罩106的顶部上包括孔110，孔110允许空气释放以使空气流入和流出顶部空间，例如提供通风并且防止压力积聚。FMU100包括空气管线107以在受控参数下向曝气环105A提供空气。进入的空气流的精确控制允许了在水的表面处氧的精确的微定量给料(micro-dosing)。微氧浓度对于保证与硫化物向硫酸盐或硫代硫酸盐的转化相反的硫化物向元素硫的正确生物转化而言是关键的。可以通过流量控制调节(例如控制)氧的浓度。

在一些实施方式中，曝气环105A可具有两个、三个、四个或更多个空气管线107。空气管线107使空气流至曝气环105A并且在废水储罐101的顶表面和/或表面层处对废水充氧(oxygenate)。在一些实现方式中，废水的表面层指自废水表面的顶表面约0cm～约5cm的深度。例如，FMU装置100可以促进在废水表面层处和/或在废水的顶部层上(例如自废水的顶表面0cm～约5cm)的硫化物的氧化。

在一些实施方式中，FMU装置100进一步包括用于恒定空气供应的空气泵109和用于精确流量控制的流量计108。空气泵109连接至流量计108。流量计108亦称为流量控制器(flow controller)或流量调节器(flow actuator)并调节来自空气泵109的空气的流量或压力。流量计108通过基于测得的空气的流量和/或压力改变(例如调节)空气的流量而运行，流量计108随后进一步连接至空气管线107，其流入FMU装置100中流到曝气环105A并且流到废水的表面上以进行充氧。在一些实现方式中，可以由有限元分析估算通过流量控制器的空气的量，如在图3A和3B中所示并将稍后讨论的那样。

参考图1B，在一些实施方式中，FMU装置100包括支持材料111，该支持材料111可漂浮在废水的表面上和/或可附着至曝气环105A从而使材料111的一侧与废水接触。支持材料为微生物例如细菌的生长提供表面面积(区域)。在一些实施方式中，支持材料111可包括但是不限于穿孔的碳织物、塑料网、穿孔的泡沫等，硫化物氧化细菌在该支持材料111上产生生物膜。在一些实施方式中，支持材料111具有约90％开放结构。在一些实施方式中，支持材料111的空隙具有直径为约1至约2cm的圆形形状或尺寸为约1至约4cm²的矩形形状。在一些实施方式中，硫化物氧化细菌的生物膜同时与水和空气直接接触。

在一些实施方式中，支持材料111被放置为与水的表面直接接触。在一些实施方式中，支持材料111自由地漂浮在水的表面上。在其它实施方式中，支持材料111附着至曝气环105A或曝气歧管105B’。

例如硫化物氧化细菌能在支持材料111上生长，这确保了水流和/或纯化的更高的处理速率，因为处理过程所必须微生物丰度的更高。

图1C显示了示例性的FMU装置100的图像，其特征在于用于细菌生长的支持材料111的实例。如在图1C的左图中所示，非常致密的生物膜繁殖(populated)在了整个支持材料上。生物膜为白色表明了硫酸盐氧化细菌。图1C的右图显示了生物膜发展的早期阶段，在此阶段中细菌在水的表面上生长并且开始在支持材料111上繁殖。

图1D和1E显示了用于将硫化物从水和/或废水体和物流去除的根据本技术的FMU装置100的其它示例实施方式的图。如在图1D和1E中所示，在一些实施方式中，FMU装置100的曝气模块105包含包括多个曝气通道的曝气歧管阵列105B。例如，曝气歧管阵列105B包括自进料管延伸(spanning)的多个管结构，其中管结构具有一个或多个开口以使空气从管结构的内部流出。在图1D和1E中所示的示例实施方式中，曝气歧管阵列105B在使用漂浮支持体104的情况下能漂浮在废水储罐101的顶部上，其中漂浮支持体104位于废水储罐101的废水和曝气歧管阵列105B之间，从而使曝气歧管阵列105B保持在废水储罐101的液位上方。曝气歧管阵列105B连接至空气管线107以向曝气歧管提供空气。在一些实施方式中，示例FMU装置100包括支持材料111，其可以漂浮在废水的表面上和/或可附着至曝气歧管阵列105B从而使材料111的一侧与废水接触。在一些实施方式中，示例FMU装置100不包括支持材料111。例如，微生物(例如细菌)甚至在没有支持材料111的情况下都可在水的表面上生长，但是支持材料111可促进该过程并且发展出更致密的生物膜。

图2A和2B分别显示了描绘在具有和不具有支持材料111的情况下不同规模的示例性的FMU装置100的各种配置的图像。例如，如在图2A中所示，图像201A和201B显示了直径为约30cm的不具有支持材料111的示例FMU装置100。图2A的图像202A-202C显示了直径为30cm的具有支持材料111的示例FMU装置100。如在图2B中所示，图像203A显示了直径为1m的不具有支持材料111的示例FMU装置100，而图像203B和203C显示了配置有支持材料111的示例FMU装置100。对于不具有支持材料111的FMU装置100而言，细菌将在水的表面上生长。对于具有支持材料111的FMU装置100而言，支持材料111可促进细菌的生长过程。FMU装置100在具有和不具有支持材料111的情况下都是可运行的。

图2C表明了FMU装置100的实例以及曝气模块105的设计和规模的变化。如在图2C中所示，图2C中标记为205A的示例曝气环直径可为约0.5ft；而图2C中标记为205B的示例曝气歧管阵列可具有不同长度的多个曝气通道(例如最高达约15ft长，尽管在图2C的图像中显示为约4ft长)。

在一些实施方式中，FMU装置100不包括废水储罐101而是替代地直接结合至现有的水和/或废水处理单元中。例如，FMU装置100可包括曝气模块，该曝气模块包括直接放置到未容纳在废水储罐101之内的水源上的曝气环105A和/或曝气歧管阵列105B。与如在图1A-1C中描述的示例性的FMU装置100相似，可将曝气环105A配置成以特定高度与水接触或由于漂浮支持体104而不与水直接接触。

图3A和3B显示了描绘FMU装置100的示例实施方式的水和/或废水表面处的空气流和空气分布的流动模拟的数据绘图。该数据绘图显示了基于流动模拟确定的空气速度、曝气管的直径以及曝气模块上的孔的数量和位置。

用于酿造厂废水处理的FMU系统的示例实现方式

图4显示了描绘根据本技术的一些实施方式的连接至示例微生物燃料电池(MFC)反应器以形成FMU-MFC系统400的FMU装置的示例实施方式的图像。该图像显示了在用于实验性实现方式的示例设置中配置的FMU-MFC系统400。

FMU-MFC系统400包括与MFC反应器402的示例实施方式连接的根据FMU装置100的一些实施方式的FMU装置401。在实验性的实现方式中，示例FMU-MFC系统400以间歇式模式(batch mode)在流量0.1加仑/分钟(gal/min)的情况下运行超过80天。例如，FMU装置401与MFC反应器402偶联以形成用于处理酿造厂废水的示例FMU-MFC系统400。系统400包括流入管线404，以对FMU装置401的储存罐供应水/废水。来自FMU装置401的流出管线403进入用于去除有机物的MFC反应器402中。如在图像中所示，在系统400中使用的示例FMU装置401包括标记为407的空气管线，以向曝气模块(安置在FMU 401的容器内，未显示)供应空气。在该示例实施方式中，系统400包括与FMU401连接的流量计430和空气泵420。在实现方式中，例如，FMU-MFC系统400可以以间歇式模式运行并且用原酿造厂废水定期对其进料。

在一些示例实施方式中，MFC反应器402包括外壳和封装在外壳内的生物电化学反应器。该生物电化学反应器包括布置在阴极组装件之间的多个阳极。该阴极组装件可包括至少两个阴极，其分隔在多个阳极的相对侧，并且沿着流体的流动方向通过生物电化学反应器布置，使得流体在两个阴极之间流动。在一些实施方式中，所述阴极组装件的至少两个阴极包括可运行以允许氧气渗透到生物化学反应器内的流体中的气体扩散阴极。

在实验性实现方式中，示例FMU-MFC系统400的性能与不具有FMU装置401的MFC反应器402的性能进行比较。系统中硫化物的存在高度影响了MFC反应器402的运行。硫化物吸附在阴极表面上并且降低了催化剂的催化活性。结果，MFC反应器402的阴极电位转变至显著负的值，伴随有阴极反应速率的显著降低。负的阴极电位对于MFC运行是不期望的。

来自此运行的示例结果表明FMU-MFC系统400的电化学性能非常稳定，具有保持为正的阴极电位。

图5表明了与仅具有MFC反应器402而不具有FMU装置401的系统相比，FMU-MFC系统400的阴极电位的稳定性。绘图500A和500B分别描绘了对于超过75天的运行(performance)，示例FMU-MFC系统400在位于MFC装置402的右阴极和左阴极处的阴极电位(以mV为单位)。绘图502A和502B分别描绘了对于相同的时间期间，单独的(即没有FMU装置401)MFC装置402的右阴极和左阴极的阴极电位。

在处理酿造厂废水的FMU-MFC系统400的示例实现方式中，硫酸盐转化为溶解的硫化物的转化率确定为7％。因此，存在于酿造厂废水中的硫酸盐的7％被转化为硫化物，而其余的硫酸盐仍在液相中。一些剩余的硫酸盐被细菌用于蛋白质合成，或被直接转化为元素硫。与此同时，一些所产生的硫化物作为硫化氢释放到大气中，而一部分溶解的硫化物则吸附在阴极表面上。鉴于硫酸盐转化为仍在水中的硫化物的转化率为7％，计算得出在示例FMU-MFC系统400中使用的FMU装置401的效率的范围在74至100％之间。

图6显示了说明根据FMU-MFC系统400的一些实施方式的示例FMU-MFC系统600的示意图。描述了示例FMU-MFC系统600的示例实现方式，该FMU-MFC系统600作为在位于加利福尼亚的酿造厂处理150gpd酿造厂废水的中试装置(pilot installation)中的预处理单元而安装。

所述FMU-MFC系统600可安置在带轮手推车(cart-on-wheels)或其它可移动结构上以允许FMU-MFC系统可运输。FMU-MFC系统600包括根据FMU装置100的示例实施方式的FMU装置601、平衡(EQ)罐602、收集罐603，MFC反应器阵列604(例如在此实例中以阵列配置所示)和进料箱(feeder box)605。在此实例中，FMU装置601是由以下所组成的独立的单元：75gal罐，根据空气泵109的空气泵、根据流量计108的流量计、根据曝气环105的曝气模块和用于细菌生长的根据支持材料111的泡沫支持材料。在此实例中，FMU装置601设置在邻近EQ罐602处并且与EQ罐602操作性连通；并且EQ罐602邻近收集罐603。进料箱605与FMU装置601和MFC反应器604操作性连通。

在运行FMU-MFC系统600的示例实现方式中，酿造厂废水以0.1gpm的流量从EQ罐602流入FMU装置601中。废水随后从FMU装置601转移至系统的进料箱605，再从进料箱605转移到MFC反应器604中。例如，来自MFC反应器604的流出物在间歇操作期间流回到EQ罐602中，而在连续操作期间流回到收集罐603中。FMU系统600中废水的液力(hydraulic，水力)驻留时间为4小时。将原废水定期引入中试FMU系统601中。

图7显示了描绘示例FMU-MFC系统600的中试装置的硫酸盐(SO₄ ^2-)和硫化物(S^2-)浓度随着时间变化的数据绘图。绘图700A和700B分别描绘了对于超过350天的运行，酿造厂废水中硫化物和硫酸盐的浓度。图7中用箭头表示添加新废水。如数据绘图中所示，任何新废水添加都增加了硫化物或硫酸盐的水平。图7的数据绘图表明，示例FMU系统601成功地减少或完全去除了存在于废水中的硫酸盐和硫化物。FMU单元的效率在71～100％的范围内。

用于食品加工废水处理的FMU系统的示例实现方式

图8A和8B显示了描绘从类似于图4中的、在用于处理食品加工废水的示例实现方式中使用的示例FMU-MFC系统测量的硫酸盐(SO₄ ^2-)和硫化物(S^2-)浓度随着时间变化的数据绘图。在图8A中，绘图800A和800B分别描绘了对于超过40天的运行，食品加工废水中硫化物和硫酸盐的浓度。在图8B中，绘图802A和802B分别描绘了对于超过25天的运行，食品加工废水中硫化物和硫酸盐的浓度。在示例食品加工废水处理的实现方式中使用的示例FMU-MFC系统包括与MFC反应器402连接的FMU装置401，与图4中所示的相似。

图8A的数据绘图显示从处理来自豆腐和意大利面调味汁生产的废水的示例FMU-MFC系统400去除硫酸盐和硫化物。当废水引入到示例FMU-MFC系统中时，该废水类型的高蛋白质含量导致硫化物浓度显著增加至10mg/L以上的水平。据估计，FMU装置将硫化物浓度降低了50％并且将硫酸盐浓度降低了100％。

图8B的数据绘图显示处理来自番茄汁生产的废水的FMU-MFC系统的硫化物和硫酸盐图。据估计，FMU装置将硫化物浓度降低了最高达90％并且将硫酸盐浓度降低了100％。

实施例

在根据所公开技术的一些实施方式(实施例A1)中，用于将硫化物从水或废水溶液去除的系统包括：歧管结构，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在容器中的包括水或废水溶液的流体的表面上是可漂浮的，从而使歧管结构不接触水或废水溶液；以及空气源，该空气源使空气流至歧管结构以在水或废水溶液的表面上将硫化物氧化。

实施例A2包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中将硫化物氧化为元素硫并将其从水或废水溶液去除。

实施例A3包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中空气源包括泵。

实施例A4包括实施例A3所述的系统，其中泵进一步连接至向曝气环供应空气的管。

实施例A5包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其进一步包括流量计以控制空气流的速率(流量)。

实施例A6包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中所述歧管结构被配置为环。

实施例A7包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其进一步包括偶联至歧管结构并且用以允许硫化物氧化细菌生长的材料。

实施例A8包括实施例A7所述的系统，其中所述材料包括穿孔的碳织物、塑料网或穿孔的泡沫。

实施例A9包括实施例A7所述的系统，其中所述材料可操作地漂浮在水或废水溶液的表面上。

实施例A10包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中歧管结构的一个或多个开口在水或废水溶液的表面上提供均匀的空气分布。

实施例A11包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中歧管结构包括挠性管。

实施例A12包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中歧管结构包括刚性管。

实施例A13包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中所述一个或多个支持结构是多孔的、生物相容的和/或在水中呈惰性的。

实施例A14包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中所述一个或多个支持结构包括泡沫。

实施例A15包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中水或废水溶液储存在罐中。

实施例A16包括实施例A15所述的系统，其中罐与进料管线和出料管线连接，流体可以通过所述进料管线流入容器中，以及水和废水一经处理就可从所述出料管线流出容器。

实施例A17包括实施例A1-A18中任一项所述的系统，其中将歧管结构、一个或多个支持结构和空气源容纳在(一个)单元内。

实施例A18包括前述实施例A1-A17中任一项所述的系统，其中水或废水溶液包括从民用基础设施系统、农业系统或工业系统接收的废物。

在根据所公开技术的一些实施方式(实施例B1)中，用于将硫化物从水或废水去除的系统包括：歧管结构，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在包括水或废水的流体表面上是可漂浮的；以及空气源，其被配置为向歧管结构供应空气，以使空气通过位于流体处的一个或多个开口从歧管结构流出，以促进流体中的硫化物氧化，其中从内部歧管结构流出的空气包括包含低于0.1mg/L氧(O₂)的量的氧气。

实施例B2包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中所述系统可运行，以使位于流体的顶表面处的空气流至位于流体内0cm～5cm范围之内的浅深度。

实施例B3包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构包括多个通道用于使空气从歧管结构的内部流出。

实施例B4包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中将硫化物氧化至元素硫并将其从水或废水溶液去除。

实施例B5包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中空气源包括泵。

实施例B6包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中泵进一步连接至向歧管结构供应空气的管。

实施例B7包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中系统进一步包括流量计以控制空气流的速率(流量)。

实施例B8包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构被配置为环形或多边形。

实施例B9包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构被配置为自进料管延伸的多个管结构，其中所述管结构具有一个或多个开口，以使空气从管结构的内部流出。

实施例B10包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中系统进一步包括偶联至歧管结构的支持材料，以促进硫化物氧化细菌的生长以产生生物膜。

实施例B11包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中所述支持材料包括穿孔的碳织物、塑料网或穿孔的泡沫。

实施例B12包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中所述支持材料可操作以漂浮在流体的表面上。

实施例B13包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中所述支持材料包括多个开口，从而使支持材料具有最高达结构的90％的开放结构。

实施例B14包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构的一个或多个开口被配置为在包括水或废水的流体的表面上提供均匀的空气分布。

实施例B15包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构包括挠性管。

实施例B16包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中歧管结构包括刚性管。

实施例B17包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个支持结构是多孔的、生物相容的和/或在水中呈惰性的。

实施例B18包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中一个或多个支持结构包括泡沫。

实施例B19包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中系统包括用容器以储存流体。

实施例B20包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中容器与进料管线和出料管线连接，流体可通过所述进料管线流入容器中，以及流体一经处理就可通过所述出料管线流出容器。

实施例B21包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中通过一个或多个支持结构将歧管结构抬升于流体上方，从而使歧管结构的一个或多个开口不接触流体。

实施例B22包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中将歧管结构、一个或多个支持结构和空气源容纳在单个单元内。

实施例B23包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中水或废水包括从民用基础设施系统、农业系统或工业系统接收的废物。

实施例B24包括实施例B1-B25中任一项所述的系统，其中含有水或废水的流体容纳在器皿内并且一个或多个支持结构在器皿中的流体的表面上是可漂浮的。

实施例B25包括实施例B1-B24中任一项所述的系统，其中系统被配置为将来自系统的输出流体进料至微生物燃料电池(MFC)反应器。

在一些根据所公开技术的实施方式(实施例B26)中，将硫化物从含有水或废水的流体去除的方法包括：使含有水或废水的流体与歧管结构接触，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出，其中基于一个或多个支持结构相对于流体对歧管结构进行定位，所述一个或多个支持结构连接至歧管结构并且被配置为漂浮在流体上；使空气从歧管结构的内部流出以向流体供应包含低于0.1mg/L氧(O₂)的量的氧气；和将流体的硫化物转化为元素硫。

实施例B27包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，其中流体包括硫化物氧化细菌。

实施例B28包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，其中使空气从歧管结构的内部流出包括在流体的顶表面处向位于流体内0cm～5cm范围之内的浅深度供应包含低于0.1mg/L的O₂的量的氧气。

实施例B29包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，该方法包含用流量计调节空气流以使空气从歧管结构的内部流出。

实施例B30包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，其中调节空气流从而使引入到含有水或废水的流体中的氧浓度不超过约0.1mg/L。

实施例B31包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，该方法包括提供偶联至歧管结构的支持材料以促进硫化物氧化细菌在支持材料上的生长以产生生物膜。

实施例B32包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，其中所述方法不将硫化物转化为硫酸盐、硫代硫酸盐或其组合。

实施例B33包括实施例B26-B36中任一项所述的方法，其中硫化物为硫化氢。

实施例B34包括实施例B26-B34或B36中任一项所述的方法，其中通过一个或多个支持结构将歧管结构抬升于流体上方，从而使歧管结构的一个或多个开口不接触流体。

实施例B35包括实施例B26-B34或B36中任一项所述的方法，其中通过一个或多个支持结构相对于流体对歧管结构进行定位，从而使歧管结构的一个或多个开口在流体的表面处接触流体或至少部分浸没在流体中。

实施例B36包括实施例B26-B35中任一项所述的方法，其中通过实施例B1-B25中任一项所述的系统、通过实施例A1-A18中任一项所述的系统、通过实施例C1-C15中任一项所述的装置或通过实施例D1-D8中任一项所述的系统而实现该方法。

在根据所公开技术的一些实施方式(实施例C1)中，用于将硫化物从水或废水去除的装置包括：歧管结构，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在包括水或废水的流体的表面上是可漂浮的；以及空气源，其被配置为向歧管结构供应空气，以使空气通过位于流体处的一个或多个开口从歧管结构流出，以促进流体中的硫化物氧化，其中由空气源向歧管结构供应的空气包括包含低于0.1mg/L氧(O₂)的量的氧气。

实施例C2包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中所述装置可运行，以使位于流体的顶表面处的空气流至位于流体内0cm～5cm范围之内的浅深度。

实施例C3包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中歧管结构包括多个通道用于使空气从歧管结构的内部流出。

实施例C4包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中空气源包括连接至管的、向歧管结构供应空气的泵。

实施例C5包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，该装置进一步包含流量计以控制空气流的速率(流量)。

实施例C6包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中歧管结构被配置为具有环形几何结构或多边形几何结构。

实施例C7包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中歧管结构包括自进料管延伸的多个管状结构，其中该管状结构具有一个或多个开口以使空气从管状结构的内部流出。

实施例C8包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，该装置进一步包含偶联至歧管结构的支持材料，以促进硫化物氧化细菌在支持材料上的生长以产生生物膜，其中所述支持材料包括多个开口，从而使支持材料具有最高达结构的90％的开放结构。

实施例C9包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中所述支持材料包括穿孔的碳织物、塑料网或穿孔的泡沫。

实施例C10包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中支持材料被配置为漂浮在流体的表面上。

实施例C11包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中一个或多个支持结构是多孔的、生物相容的和/或在水中呈惰性的。

实施例C12包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中一个或多个支持结构包括泡沫。

实施例C13包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，该装置包括容器以储存流体，其中容器与进料管线和出料管线连接，流体可通过所述进料管线流入容器中，以及流体一经处理就可通过所述出料管线流出容器。

实施例C14包括实施例C1-C15中任一项所述的装置，其中通过一个或多个支持结构将歧管结构抬升于流体上方，从而使歧管结构的一个或多个开口不接触流体。

实施例C15包括实施例C1-C14中任一项所述的装置，其中歧管结构的一个或多个开口被配置为在流体的表面上提供均匀的空气分布。

在根据所公开技术的一些实施方式(实施例D1)中，用于将硫化物从废水去除和处理废水的系统包括：被配置为储存包括废水的流体的容器，其中所述容器与进料管线和出料管线连接，流体可通过所述进料管线流入容器中，以及流体一经预处理就可作为经预处理的流体通过所述出料管线流出罐；被配置为漂浮在流体上的微曝气装置，所述微曝气装置包含(i)包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出的歧管结构，(ii)连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在流体的表面上是可漂浮的，和(iii)被配置为向歧管结构供应空气的空气源，以使空气通过位于流体处的一个或多个开口从歧管结构流出，以促进在流体中的硫化物向元素硫的转化以产生经处理的流体，其中由空气源向歧管结构供应的空气包括包含低于0.1mg/L氧(O2)的量的氧气；和被配置为经由出料管线接收经预处理的流体的微生物燃料电池(MFC)装置，所述MFC装置被配置为以生物电化学方式加工经预处理的流体以同时生成电能和消化在经预处理的流体中的有机物质以产生经处理的水，其中所述MFC装置包含外壳和封装在外壳内的生物电化学反应器，其中所述生物电化学反应器包括布置在阴极组装件之间的多个阳极，所述阴极组装件包含分隔在多个阳极的相对侧并且沿着经预处理的流体的流动方向布置的两个阴极。

实施例D2包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中微曝气装置可运行，以使位于流体的顶表面处的空气流至位于流体内0cm～5cm范围之内的浅深度。

实施例D3包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中微曝气装置进一步包括流量计以控制空气流的速率(流量)。

实施例D4包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中微曝气装置进一步包括偶联至歧管结构的支持材料，以促进硫化物氧化细菌的生长以产生生物膜，其中所述支持材料包括多个开口，从而使支持材料具有最高达结构的90％的开放结构。

实施例D5包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中歧管结构包括多个通道以使空气从歧管结构的内部流出。

实施例D6包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中歧管结构被配置为具有环形几何结构或多边形几何结构。

实施例D7包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中歧管结构包括自进料管延伸的多个管状结构，其中管状结构具有一个或多个开口以使空气从管状结构的内部流出。

实施例D8包括实施例D1-D8中任一项所述的系统，其中阴极组装件的两个阴极包括可运行以允许氧气渗透到生物化学反应器内的流体中的气体扩散阴极。

描述了根据本技术的进一步示例实施方式。

在一些实施方式中，用于将硫化物从水和/或废水溶液去除的漂浮微曝气(FMU)系统包括：(a)具有流入和流出管线的、用于接收原废水的罐；(b)FMU装置，以恒定速率提供空气流的空气泵，和流量计以控制空气流。

在系统的一些实施方式中，FMU装置包括空气环或歧管、漂浮支持体和穿孔的泡沫材料。在系统的一些实施方式中，所述FMU装置用螺旋管进一步连接至空气泵。在系统的一些实施方式中，使用流量计控制流至FMU装置的空气流。在一些实施方式中，所述FMU系统包括在水的表面上提供均匀的空气分布的空气环或歧管。所述空气环或歧管通过在空气环或歧管的侧面上结合孔而提供均匀的空气分布，允许空气从FMU系统逸出。在一些实施方式中，所述空气环或歧管是挠性或刚性管。在一些实施方式中，漂浮支持体是在水中呈惰性的高度多孔生物相容泡沫材料。在一些实施方式中，所述泡沫材料为细菌生长提供表面面积，和/或在水的表面上漂浮。在一些实施方式中，废水包括从民用基础设施系统、农业系统或工业系统接收的废物。

说明书与附图一起旨在被认为是仅为示例性的，其中示例性的意为实(施)例。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”、和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非内容另有清楚说明。此外，使用“或(or)”旨在包括“和/或(and/or)”，除非内容另有清楚说明。

尽管本专利文件含有多个细节(specifics，特征)，但这些不应被理解为对任意发明或权利要求的范围的限制，而应理解为作为对特定发明的特定实施方式而言是具体的特征的描述。在本专利文件中的单独的实施方式的内容中描述的某些特征也可以在单个实施方式中以组合方式实现。相反，在单个实施方式的内容中描述的不同特征也可以在多个实施方式中分别实现或以任意合适的子组合实现。此外，尽管特征可以在上文中描述为以某些组合的方式实施并且甚至可以最初就如此要求，但是在一些情况中来自所要求的组合的一个或多个特征可以从组合去除，并且所要求的组合可以涉及子组合或子组合的变化。

相似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但不应将此理解为要求以所示的特定顺序或以有序的顺序进行这样的操作，或要求所有所示操作都进行，以实现期望的结果。此外，在本专利文件中描述的实施方式中的不同系统部件的分离不应理解为在所有实施方式中都要求这样的分离。

仅描述了一些实现方式和实(施)例，并且可以基于本专利文件中所描述和说明的内容做出其它实现方式、强化和变化。