專(zhuān)利名稱(chēng):含磷酸鹽污水凈化和生物除磷方法以及實(shí)施該方法的設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法，其中可沉淀和/或不可沉淀污水組分在連續(xù)處理池中先作厭氧后作需氧處理，并且將從第二次澄清池來(lái)的活化循環(huán)污泥回送入?yún)捬醪僮鞑襟E，本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的裝置。
與此不同的是，如果磷化合物按化學(xué)或生化反應(yīng)而以固態(tài)從污水中分離出來(lái)的話(huà)，則僅可以氮化合物從污水中分出。因此，以前磷酸鹽以固態(tài)從污水中必然分出的過(guò)程只能以進(jìn)入生物體或進(jìn)行化學(xué)沉降來(lái)進(jìn)行。
多年來(lái)，一直采用多級(jí)澄清裝置來(lái)進(jìn)行化學(xué)沉降磷方法。而近來(lái)則開(kāi)發(fā)了以生物或生物-化學(xué)方式除磷的方法。因此，在純生物方法中，人們?cè)噲D確定過(guò)剩污泥中生物除磷總量。與此不同的是，生物-化學(xué)方法中，生物作用以特定方法與特別經(jīng)濟(jì)的石灰沉降作用結(jié)合起來(lái)。
生物方法中，人們應(yīng)用了這樣一種現(xiàn)象，即污水中所含的磷可按污水和活化污泥相接觸的條件從已知微生物中釋放出來(lái)或與其結(jié)合起來(lái)。其中，污水中磷實(shí)際上僅以磷酸鹽出現(xiàn)，而且大部分為可溶磷酸鹽，只有很少的一部分是特殊凝結(jié)磷酸鹽。如果在按活化方法進(jìn)行操作的生物澄清裝置中讓活化污泥持續(xù)經(jīng)受厭氧條件(存在溶解氧，亞磷酸鹽和硝酸鹽)和需氧條件(存在溶解氧)的作用，則表明污泥在厭氧條件下釋放出磷酸鹽，而在需氧條件下吸收磷酸鹽。厭氧相中磷酸鹽的釋放對(duì)應(yīng)于需氧相中磷酸鹽的吸收。到目前為止，這方面進(jìn)行的所有的研究都表明，需氧條件下的磷酸鹽吸收率與預(yù)先于厭氧條件下進(jìn)行的磷酸鹽返溶率直接相關(guān)。
生物除磷中極為重要的事實(shí)是，磷酸鹽的吸收程度總是比預(yù)先進(jìn)行的返溶程度更高。由于污水凈化之后是在緊接需氧相之后從生物污泥中分出的，所以會(huì)出現(xiàn)Netto-Eliminatian，即排出的磷濃度低，而澄清裝置中過(guò)剩污泥的磷濃度高。
因此，人們?yōu)榱颂峁┏仔识噲D制出盡可能大量的過(guò)剩污泥和/或使過(guò)剩污泥中的磷含量盡可能提高。
因此，可通過(guò)污泥負(fù)荷確定具體的過(guò)剩污泥產(chǎn)量。
過(guò)剩污泥中的磷含量可按上述的關(guān)系而提高，更確切地說(shuō)是通過(guò)強(qiáng)化磷的返溶并由此使隨后的磷的吸收也得到強(qiáng)化。
如果想通過(guò)改變生物澄清裝置中的磷的返溶/磷的吸收而影響除磷效果，則還必須注意到以下事實(shí)1.亞硝酸鹽和硝酸鹽的存在會(huì)阻止磷的返溶，而且在厭氧裝置中決不應(yīng)流入含亞硝酸鹽或硝酸鹽分流。
2.應(yīng)用易分解基質(zhì)則可加快磷的返溶。
在近年來(lái)開(kāi)發(fā)的生物除磷方法中以不同的方式考慮到了這兩個(gè)因素。在目前簡(jiǎn)化了的所謂A/O方法(已見(jiàn)于例如Krichten D.J.，Hong S.N.，Tracy K.D.的研究報(bào)告，Applied biological phos-phorus removal by the A/O.Process，Internat.Conf.“Phosphprus in the Environment”Lissabon，Juli 1985)中，將不通風(fēng)的完全攪拌池或池組與活化池聯(lián)接。將循環(huán)污泥和未處理或預(yù)澄清過(guò)的污水送入這一池，其中在該池中的停留時(shí)間為1-5h。而在隨后的活化池中的停留時(shí)間為約2-5h。這種方法的應(yīng)用僅限于負(fù)荷足夠高的裝置，其中不允許出現(xiàn)硝酸化作用(氨經(jīng)過(guò)微生物氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽)。這時(shí)，換句話(huà)說(shuō)也就是亞硝酸鹽和硝酸鹽會(huì)隨循環(huán)污泥進(jìn)入不通風(fēng)裝置并在其中阻止磷的返溶。
在另一所謂“Phoredox”或改性Bardenpho方法中，與A/O方法一樣，將循環(huán)污泥和未處理或預(yù)澄清過(guò)的污水送入不通風(fēng)的完全攪拌池或池組中。但是，在繼后的裝置中，除了硝酸化而外，還要進(jìn)行完全脫氮(亞硝酸鹽和硝酸鹽經(jīng)微生物還原成分子氮并以氣態(tài)從污水中放出)，這樣一來(lái)，就不含有亞硝酸鹽或硝酸鹽隨循環(huán)污泥一起進(jìn)入?yún)捬跹b置中。這種方法還特別是為生物除氮和磷而設(shè)置的。其中，在進(jìn)行磷返溶的第一不通風(fēng)的完全攪拌池中，循環(huán)污泥停留時(shí)間為1.5h。
又一方法為所謂的UCT(university of cape town)方法，已見(jiàn)于例如Erama G.A.，Marais G.R.，Zusaetzliche bilo-gische P-Elimination beim Belegungsverfahren-Erfahrungen in Suedafrika.GWF126，Seite 241 bis 249(1985)。這種方法的目的是避免完全脫氮作用所需的高消費(fèi)。該方法僅限于連續(xù)脫氮，這樣原則上決不可能達(dá)到100%的除亞硝酸鹽或硝酸鹽。由于循環(huán)污泥因此而含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，所以先將其送入脫氮池。污泥從這一池中出來(lái)之后再送入串聯(lián)的不通風(fēng)攪拌池，其中進(jìn)行磷的返溶。在這一池中，如同前述的兩種方法，污泥與未處理或預(yù)澄清污水于完全攪拌條件下進(jìn)行接觸，其中污泥停留時(shí)間為1.5h。
上述的三種方法為目前主要采用的三種生物除磷方法。另一所謂的Biodenipho方法，就進(jìn)行磷的返溶而言，基本上不同于上述的方法。
與上述方法的基本區(qū)別還表現(xiàn)在Phostrip方法中，該方法已見(jiàn)于Lerin G.V.，Topol G.J.，Tarnay A.G.，Operation of Full Scale Biological Phosphorus Removal Plant，JWPCF 47，577-590(1975)。這一方法代表了高效率生物除磷與化學(xué)沉降除磷相結(jié)合的方法。該方法中將部分循環(huán)污泥送入稱(chēng)之為“Stripper”的沉淀池。在該池中經(jīng)過(guò)幾小時(shí)的厭氧停留而進(jìn)行的磷的返溶期間，同時(shí)經(jīng)過(guò)靜態(tài)濃縮而出來(lái)含磷酸鹽的上層清液。這種含磷酸鹽的上層清水然后進(jìn)行化學(xué)沉降。
與其它方法不同的是，在Phostrip方法中人們還注意到了讓污水分流進(jìn)行化學(xué)沉降而提取載磷組分的目的，這一組分在純粹采用生物作用時(shí)不可能從污水中除去。用石灰(Ca-(OH)2)進(jìn)行沉降的特殊性在于，與污水總流量進(jìn)行沉降的情況一樣，在污水分流進(jìn)行沉降時(shí)，可大量節(jié)省石灰。
原則上，Phostrip方法的應(yīng)用僅限于不脫氮而且負(fù)荷大的活化設(shè)備，因?yàn)閬喯跛猁}或硝酸鹽有可能隨循環(huán)污泥而進(jìn)入Stripper中。但可采取相應(yīng)的措施并且已經(jīng)實(shí)施了這些措施。后面所述的這種方法已進(jìn)行了多次改進(jìn)，一種改進(jìn)旨在“加快磷在Stripper中的返溶”(供入預(yù)澄清污水)，但首先是旨在“進(jìn)一步將磷酸鹽轉(zhuǎn)入Stripper中”(供入預(yù)澄清污水，凈化污水或化學(xué)處理污水，循環(huán)Stripper污泥)。
目前，大多數(shù)情況下純生物除磷的處理方法(A/O，Phoredox，UCT，Biodenipho)的效率還不夠高。由于各方法的前提條件互不相同，所以無(wú)法將目前文獻(xiàn)中列出的結(jié)果直接進(jìn)行相互比較，同時(shí)進(jìn)行的研究也不完善。但是，有一點(diǎn)是確定無(wú)疑的，那就是總除磷率極少有超過(guò)75%的。
在Phostrip方法中，由于讓分流進(jìn)行化學(xué)沉降，所以可達(dá)到相當(dāng)高的除磷率。但其總除磷率的生物除磷成分不到75%。
所有上述方法，也許A/O方法是個(gè)例外，均具有很大的缺點(diǎn)，即工藝復(fù)雜，因此投資大，此外，只能由經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的人才能使其運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的是以生物除磷而凈化含磷酸鹽污水的方法以及實(shí)施該方法的設(shè)備，其中在改善生物除磷工藝的同時(shí)還可大大降低設(shè)備費(fèi)用或使其減至最少。
在上述方法中，本發(fā)明的目的是以這樣的方法來(lái)達(dá)到的，即讓厭氧條件下的處理在沉淀池中進(jìn)行，而沉淀池中污泥停留時(shí)間超過(guò)水力保持時(shí)間，或者說(shuō)是用這樣的設(shè)備來(lái)達(dá)到的，即厭氧操作池為沉淀池(1)，其中包括循環(huán)污泥和可沉淀和/或不可沉淀污水組分混合物輸入管(4)，與后續(xù)通風(fēng)活化池(2)相連的上層清液排出管(5)以及同樣與后續(xù)通風(fēng)活化池(2)相連的沉淀池(1)底部濃縮污泥排放管(6)，而在沉淀池(1)和通風(fēng)活化池(2)之間有時(shí)還連上另一處理池并使上層清液或上層清液和濃縮污泥在其導(dǎo)入通風(fēng)活化池(2)之前經(jīng)過(guò)該處理池。
本發(fā)明基于按多年的經(jīng)驗(yàn)用半工業(yè)化生物除磷設(shè)備得到的認(rèn)識(shí)，即就提高除磷效率來(lái)說(shuō)，以下兩點(diǎn)是很重要的1.必須使活化污泥的厭氧停留時(shí)間高于目前試用的方法，以及2.必須應(yīng)用未處理污水中易分解基質(zhì)的總趨勢(shì)以提供厭氧停留時(shí)間內(nèi)磷酸鹽的返溶速度。
就上述的第一點(diǎn)而言，污水和循環(huán)污泥在目前設(shè)置的完全攪拌池中接觸時(shí)，污泥的厭氧停留時(shí)間總是太短。由于增大池的尺寸并不便宜，所以本發(fā)明采取了分別控制污泥停留時(shí)間和液體停留時(shí)間的辦法，這極易于沉淀池中實(shí)現(xiàn)，其中污泥在與污水接觸之后沉積起來(lái)。然后從沉淀池底部?jī)H取出濃縮污泥，這是從固體物質(zhì)平衡量中強(qiáng)制取出的。如果進(jìn)行良好的濃縮，可達(dá)到很長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間如5-30h，而實(shí)際上特別有利的是10-24h。
為了按要求考慮到上述的第二點(diǎn)，特別有利的是使循環(huán)污泥于池頂部與未處理污水接觸。這樣可以放棄目前常采用的預(yù)澄清步驟，并可將大多數(shù)情況下于澄清裝置中采用的預(yù)澄清池轉(zhuǎn)化為厭氧磷酸鹽返溶池，其中進(jìn)行本發(fā)明方法的第一步。
因此，根據(jù)本發(fā)明，污水可理解為公共污水，商業(yè)污水或工業(yè)污水，必要時(shí)還可讓其流過(guò)格柵并進(jìn)行除砂和/或油脂預(yù)處理，但不進(jìn)行預(yù)澄清，因此仍有大量的可沉淀組分。
本發(fā)明方法，如同以下參照附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)解釋的那樣，其特點(diǎn)是工藝極簡(jiǎn)單并可采用現(xiàn)有澄清裝置而無(wú)需為進(jìn)一步的生物除磷作明顯的改動(dòng)。兩個(gè)月的試運(yùn)轉(zhuǎn)即已顯示出相對(duì)于現(xiàn)有方法的優(yōu)越性。未處理水中含磷濃度一般為平均8mg/l總量，而排出液可達(dá)到平均低于1mg/l總量，除磷率差不多為90%。至于磷酸鹽，其清除效率還可明顯提高。因此，磷酸鹽可基本上完全從活化污泥中分離出來(lái)，而排出液中的剩余磷含量則大部分源于特殊的磷。
為了闡明本發(fā)明方法的突出除磷效率，還是讓我們先簡(jiǎn)單討論一下本發(fā)明方法的理論依據(jù)。
眾所周知，預(yù)澄清污泥經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的厭氧處理即所謂的酸性發(fā)酵。其中，通過(guò)預(yù)澄清污泥中含有的某些微生物的作用而可使油脂，糖和其它可分解物質(zhì)分解成低級(jí)有機(jī)脂肪酸，首先是乙酸。由于分解產(chǎn)物為有機(jī)酸，所以人們又稱(chēng)該過(guò)程為Acidogenese。將分解產(chǎn)物分離出來(lái)后再進(jìn)行一次分解，由于停留時(shí)間很長(zhǎng)(幾天至幾星期)，其中進(jìn)行所謂的甲烷發(fā)酵。
初步試驗(yàn)已表明，將上述分解產(chǎn)物添加到循環(huán)污泥中則可明顯加快相應(yīng)裝置中磷的返溶。由于從循環(huán)污泥中釋放磷酸鹽和從預(yù)澄清污泥中釋放有機(jī)酸這兩個(gè)過(guò)程要求等同的介質(zhì)條件，即厭氧環(huán)境，所以為建立本發(fā)明而得出了如下結(jié)論，即可有利地在一臺(tái)反應(yīng)器中將這兩個(gè)過(guò)程聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行。確切地講這是在沉淀池中進(jìn)行的，其中進(jìn)行本發(fā)明方法的第一步并因此可將該池稱(chēng)之為聯(lián)合發(fā)酵和磷的返溶池。新鮮預(yù)澄清污泥一般是在厭氧條件下與循環(huán)污泥進(jìn)行濃縮，釋放出有機(jī)酸并直接為循環(huán)污泥所用。從循環(huán)污泥中吸收有機(jī)酸并相應(yīng)地保證磷酸鹽的釋放。按照這樣建立起來(lái)的優(yōu)化環(huán)境，磷酸鹽的釋放特別快，只要注意到前面的解釋?zhuān)戳姿猁}的吸收最好在活化池中進(jìn)行，也就不難得出這一結(jié)論。
本發(fā)明方法的應(yīng)用不僅限于無(wú)硝酸化高負(fù)荷裝置，由于厭氧沉淀池中的還原趨勢(shì)很大，所以可進(jìn)行循環(huán)污泥脫氮，而又不明顯影響磷酸鹽的返溶能力。已知方法中用完全攪拌池進(jìn)行操作，其中隨循環(huán)污泥帶入的硝酸鹽立刻遍布池的每一角落并全面阻止磷酸鹽的返溶，與此不同的是，在本發(fā)明方法的沉淀池中，由循環(huán)污泥帶來(lái)的硝酸鹽在其與未處理污水一起導(dǎo)入時(shí)僅浮于池的最上層并很快得到還原。因此而避免了對(duì)下層磷酸鹽的返溶產(chǎn)生不利影響。只是在硝酸鹽還原過(guò)程中要消耗易分解基質(zhì)，這會(huì)在一定程度上削弱磷酸鹽的返溶程度。但是，由于未處理污水中溶解的易分解基質(zhì)完全用以使硝酸鹽還原，所以發(fā)酵而得的有機(jī)酸可完全用于磷酸鹽的返溶。
所以說(shuō)，還要保證穩(wěn)定的澄清裝置除磷效率，澄清裝置在臨界范圍內(nèi)工作并只是間或進(jìn)行硝酸化。因此，本發(fā)明方法可順利地與單獨(dú)進(jìn)行的除氮操作相結(jié)合，可串聯(lián)脫氮，同時(shí)脫氮或交替進(jìn)行(Biodenipho方法)原則上，這種聯(lián)合對(duì)各種方法都是可能的，其中存在無(wú)需固定在載體上的流動(dòng)活化污泥。
必要時(shí)，還可將從厭氧操作沉淀池取出的濃縮污泥再額外進(jìn)行一次厭氧停留。這可在另一沉淀池或混合池中進(jìn)行。如果厭氧沉淀池中混合污泥因液體負(fù)荷大而不能使其濃縮達(dá)到足夠的污泥厭氧停留時(shí)間，則采取這種措施應(yīng)是必須的。
就本發(fā)明的構(gòu)思的另一方面而論，向厭氧沉淀池中只供入可沉淀污水組分，而將不可沉淀的污水組分直接送入需氧處理池。還可有利地將預(yù)澄清池與厭氧沉淀池相連，其中將可沉淀污水組分，也稱(chēng)為預(yù)澄清污泥和不可沉淀污水組分，也稱(chēng)為預(yù)澄清污水相互分開(kāi)。在該實(shí)施方案中，厭氧沉淀池中的水力負(fù)荷得到降低，污泥濃縮得到改善并因而提高了厭氧停留時(shí)間。當(dāng)然，不足的是溶解的污水成分不可能有效地強(qiáng)化厭氧條件下的磷的返溶，因?yàn)轭A(yù)澄清污水直接送入了需氧處理步驟。但是，另一方面，污泥的高厭氧停留時(shí)間又可促使處理池中磷的進(jìn)一步返溶并因此而強(qiáng)化磷的吸收。除磷效率即可得到提高。
預(yù)澄清污泥也可額外進(jìn)行一次處理，這可將大顆粒物質(zhì)與細(xì)顆粒物質(zhì)分開(kāi)。例如，可用離心機(jī)進(jìn)行分離。從離心機(jī)分離出來(lái)的含大顆粒物質(zhì)并以高度濃縮態(tài)沉降的污泥可直接送去進(jìn)行污泥處理。而中間的大量細(xì)顆粒物質(zhì)則送入?yún)捬醭恋沓亍?br>本發(fā)明的另一實(shí)施方案是考慮向厭氧沉淀池中只供入不可沉淀污水組分，而取出可沉淀污水組分。在前置的預(yù)澄清池中又一次于不可沉淀污水組分即預(yù)澄清污水下面使可沉淀污水組分即預(yù)澄清污泥得到分離。厭氧沉淀池中這樣供入預(yù)澄清污水，具體基質(zhì)的分解甚至也不能發(fā)揮作用，但是，與完全攪拌體系比較起來(lái)，高厭氧停留時(shí)間是有效的。通過(guò)這一實(shí)施方案，還可避免放棄預(yù)澄清步驟可能帶來(lái)的不利影響如高需氧量，沉積和堵塞等現(xiàn)象。
在污水成分不利(高磷酸鹽濃度，低BSB濃度)時(shí)，上述實(shí)施方案可達(dá)到其效率范圍。在這種情況下，按本發(fā)明可考慮借助污水分流沉降而在添加少量石灰時(shí)使高磷酸鹽載帶量達(dá)到化學(xué)凝結(jié)。這時(shí)，可將從需氧沉淀池中取出的污泥分成富含磷酸鹽的水和貪磷酸鹽的污泥，例如可用離心分離機(jī)進(jìn)行。富含磷酸鹽的水在約9的pH值下進(jìn)行石灰沉降，其中取出沉淀污泥并將上層水送入需氧處理池。而貪磷酸鹽污泥直接送入需氧處理池。少量的污水分流和高溶解磷酸鹽濃度即為磷酸鹽的化學(xué)沉降提供了理想的前提條件。取出的磷酸鈣沉降污泥還可回送去再次使用。
按照本發(fā)明，還可考慮讓從厭氧沉淀池中取出的濃縮污泥直接送去進(jìn)行石灰沉降。在約9的pH值下產(chǎn)生的沉降污泥與有機(jī)污泥一起送入需氧處理池并在其中因pH值下降而部分再進(jìn)入溶液。但是，一大部分沉降污泥仍將按磷酸鹽晶體的所謂“Alterung”而以固態(tài)留下來(lái)并使工藝體系具有過(guò)剩的污泥。生物結(jié)合的磷酸鹽還應(yīng)加上化學(xué)結(jié)合的部分，因此除磷效率得到了提高。
按照作為基礎(chǔ)的工藝原理，可以少量設(shè)備分流達(dá)到磷酸鹽富集，本發(fā)明的這種實(shí)施方案還可在用石灰進(jìn)行分流沉降時(shí)利用這一事實(shí)。在用石灰進(jìn)行沉降時(shí)，除磷效率取決于可提高的pH值。磷酸鹽在少量污水中的富集還意味著，如同總污水流沉降一樣，僅增加極少量的石灰即可達(dá)到相同的效率。因此，石灰節(jié)約量直接與污水分流和總流之比成正比。
以下參照附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明方法。
圖1為本發(fā)明方法的基本組成部分流程圖。
圖2為除本發(fā)明方法的基本組成部分而外還包含延長(zhǎng)厭氧停留時(shí)間的攪拌池的流程圖。
圖3為除本發(fā)明方法的基本組成部分而外還包含另外延長(zhǎng)厭氧停留時(shí)間的沉淀池的流程圖。
圖4為說(shuō)明輸送預(yù)澄清污泥的本發(fā)明設(shè)備運(yùn)行方式的流程圖。
圖5為說(shuō)明本發(fā)明設(shè)備中進(jìn)行污水分流沉降單獨(dú)排放沉降污泥的運(yùn)行方式的流程圖。
圖6為說(shuō)明本發(fā)明設(shè)備中進(jìn)行污水分流沉降而不單獨(dú)排放沉降污泥的運(yùn)行方式的流程圖。
圖7為說(shuō)明實(shí)施例所述試驗(yàn)的第1a和1b期間試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行方式的流程圖。
圖8為說(shuō)明實(shí)施例所述試驗(yàn)的第2期間試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行方式的流程圖。
圖9為表明按實(shí)施例中試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行方式在第1星期內(nèi)厭氧沉淀池中磷酸鹽返溶進(jìn)程的示意圖。
圖10為表明按實(shí)施例中試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行方式在第1星期內(nèi)處理池組中磷酸鹽吸收進(jìn)程的示意圖。
圖11為以連續(xù)圖樣表面實(shí)施例中試驗(yàn)設(shè)備入口處和出口處總磷濃度和所得降磷率的示意圖，其中取24小時(shí)攪拌試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。
按照?qǐng)D1，本發(fā)明設(shè)備包括3個(gè)相互連接的裝置，對(duì)應(yīng)于3步操作步驟，即沉淀池1，活化池2和第二次澄清池3。向沉淀池1中經(jīng)導(dǎo)管4導(dǎo)入未處理污水并于沉淀池1頂部向該污水中混入經(jīng)導(dǎo)管9從沉淀池3來(lái)的循環(huán)污泥。其中，導(dǎo)管4插入沉淀池中液體表面層中，這樣一來(lái)可沉淀的固體成分即可毫不受阻地沉下去并在由未處理污水和循環(huán)污泥組成的相當(dāng)新鮮的混合物形成的區(qū)域進(jìn)行脫氮，而這防止了硝酸鹽組分進(jìn)入沉淀而得的濃縮污泥。沉淀池1的上層清液經(jīng)導(dǎo)管5可直接或如下述經(jīng)中間放置的厭氧步驟之后送入活化池2，其中同時(shí)還經(jīng)導(dǎo)管6送入沉淀池底部的濃縮污泥?；罨?可為眾所周知的適宜活化池，其中還從頂部通風(fēng)(如用通風(fēng)機(jī)13進(jìn)行)或借助更為常見(jiàn)的已知裝置進(jìn)行通風(fēng)或用空氣或純氧氣充氣?；罨?可以常規(guī)方式經(jīng)導(dǎo)管7與第二次澄清池3相連，經(jīng)過(guò)第二次澄清之后，已澄清污水以常規(guī)方式經(jīng)管線(xiàn)8排出，而從其底部取出生物污泥并將其分流，一部分為經(jīng)導(dǎo)管9輸送的循環(huán)污泥和經(jīng)導(dǎo)管10排出的過(guò)剩污泥。此外與如圖1所示不同的是，過(guò)剩污泥也可從活化池2直接取出，這還可帶來(lái)這樣的優(yōu)越性，即過(guò)剩污泥的磷含量不會(huì)通過(guò)第二次澄清池中進(jìn)行的磷返溶而得到降低。過(guò)剩污泥從沉淀池中排出并不是優(yōu)選的，但在個(gè)別的情況下也是有意義的。沉淀池1保證其中的污泥停留時(shí)間，這超過(guò)水力保持時(shí)間，這樣一來(lái)，就可強(qiáng)化磷酸鹽的返溶，而這正是后續(xù)活化池中有效地吸收磷酸鹽的前提條件。
因此，沉淀池1可為大多數(shù)澄清裝置中常見(jiàn)的預(yù)澄清池，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)改型即將各入口和出口作適當(dāng)調(diào)整而轉(zhuǎn)變成適于本發(fā)明方法的厭氧沉淀池。本發(fā)明這種方法的優(yōu)點(diǎn)已在本文前述做了基本的說(shuō)明。
圖2-6表明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中參考號(hào)如圖1所示。
圖2表明了本發(fā)明設(shè)備，其中除了本發(fā)明基本組成部分而外，還包括攪拌池以延長(zhǎng)厭氧停留時(shí)間。厭氧沉淀池1底部濃縮污泥導(dǎo)管6與攪拌池15a相連，而該池同樣在厭氧條件下進(jìn)行操作。然后，將這樣處理之后的污泥送入通風(fēng)活化池2。如果厭氧沉淀池1中混合污泥的濃縮依據(jù)預(yù)給水力負(fù)荷而不能達(dá)到足夠的要求，則這另外的厭氧停留時(shí)間是必須的。
圖3表面了另一延長(zhǎng)厭氧停留時(shí)間的可能性，其中圖2的攪拌池15a由第二厭氧沉淀池15b代替。
圖4表面了以預(yù)澄清污泥投料的本發(fā)明設(shè)備。將厭氧沉淀池1與預(yù)澄清池16相連，其中經(jīng)導(dǎo)管19送入未處理污水。在預(yù)澄清池16中，未處理污水分成預(yù)澄清污泥和預(yù)澄清污水。預(yù)澄清污泥經(jīng)導(dǎo)管17與經(jīng)導(dǎo)管9輸送的循環(huán)污泥一起送入?yún)捬醭恋沓?。而預(yù)澄清污水則經(jīng)導(dǎo)管18而直接送入通風(fēng)活化池2。如上所述，這種實(shí)施方式具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即厭氧沉淀池1的水力負(fù)荷得以降低。
圖5和6則表明了本發(fā)明設(shè)備中進(jìn)行污水分流沉降的運(yùn)行方式。
在圖5所示設(shè)備中，將經(jīng)導(dǎo)管6從厭氧沉淀池1中取出的濃縮污泥送入離心機(jī)20，其中分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥。富含磷酸鹽的水經(jīng)導(dǎo)管21送入攪拌池22，其中還添加石灰。在后續(xù)的沉積池23中取出產(chǎn)生的沉降污泥，而上層水則通過(guò)導(dǎo)管24送入通風(fēng)活化池2。與此相對(duì)的是，貧磷酸鹽的污泥直接經(jīng)管線(xiàn)25送入活化池2。如上所述，本發(fā)明的這種實(shí)施方案可在降低石灰添加量的同時(shí)，提高磷酸鹽載體的清除效果。
圖6示出了另一種分流沉降可能性。從沉淀池1中經(jīng)導(dǎo)管6取出的濃縮污泥直接于攪拌池中進(jìn)行石灰沉降，產(chǎn)生的沉降污泥與有機(jī)酸一起經(jīng)導(dǎo)管26送入活化池2。大部分沉降污泥在活化池2中以固態(tài)留下來(lái)，而設(shè)備則經(jīng)導(dǎo)管10排出過(guò)剩污泥。
下面用具體實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中在說(shuō)明具體試驗(yàn)設(shè)備的圖7和8中，參考號(hào)意義同圖1。
實(shí)施例該實(shí)施例說(shuō)明以半工業(yè)化比例進(jìn)行的3個(gè)月試運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行方式以現(xiàn)有設(shè)備為基礎(chǔ)，試驗(yàn)設(shè)備的活化池2以充入純凈氧氣進(jìn)行操作。試驗(yàn)設(shè)備的活化池即總?cè)萘繛?.7m的三個(gè)池組，均置于密閉裝置中，其中還裝有表面通風(fēng)機(jī)13并將氧通入第一串聯(lián)池12a的通氣空間。各串聯(lián)池12a、b、c的通氣空間用膠管內(nèi)連起來(lái)。廢氣，首先是由CO2和剩余氧組成的，從第三個(gè)串聯(lián)池12c而離開(kāi)活化池。
試驗(yàn)于8-11月分兩階段進(jìn)行。
在第一階段，進(jìn)行活化并進(jìn)行前置脫氮(參見(jiàn)圖7)，其中于活化池2之前設(shè)置完全攪拌的脫氮箱11，其中將活化池2來(lái)的排出液分流與沉淀池1來(lái)的上層清液和濃縮污泥送入該箱。
在第二試驗(yàn)階段，省去了這樣安排的脫氮步驟，以便觀察厭氧沉淀池中含硝酸鹽的循環(huán)污泥對(duì)磷酸鹽返溶的影響(見(jiàn)圖8)。
兩階段試驗(yàn)的操作數(shù)據(jù)列于表1。
表1試驗(yàn)設(shè)備的操作數(shù)據(jù)沉淀池體積 2.0m3脫氮池體積 1.0m3(僅用于第一試驗(yàn)階段)活化池體積 1.7m3第二次澄清池體積 2.0m3污水量(未處理污水) 0.30m3/h循環(huán)污泥量 0.09m3/h上層液體量 0.33m3/h濃縮污泥量 0.06m3/h循環(huán)量 0.60m3/h(僅用于第一試驗(yàn)階段)
試驗(yàn)設(shè)備入口和出口處總磷量，BSB5，CSB以及固體物質(zhì)的測(cè)定是以24h混合試驗(yàn)進(jìn)行的。在整個(gè)試驗(yàn)期間保持24h試驗(yàn)取值。對(duì)總磷量的測(cè)定基本上是以混合試驗(yàn)日進(jìn)行的。還包括連續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)剩污泥中的磷含量，以便盡可能使磷達(dá)到精確平衡。
正磷酸鹽濃度僅僅是以抽樣試驗(yàn)得到的。BSB5，CSB，可過(guò)濾的物質(zhì)和所有氮參數(shù)均是以混合試驗(yàn)日得到的，但不是每天。
每種情況下的分析則是按Deutsch Einheitsverfahren(DEV)進(jìn)行的。至于磷，則采用了硫酸/過(guò)氯酸進(jìn)行的分解(DEV，D11，1975)。
試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)得到的結(jié)果以示意圖示于圖11，其中給出了試驗(yàn)設(shè)備入口和出口的總磷濃度以及所得的除磷效率。從中可以看出，4個(gè)星期以上的試運(yùn)轉(zhuǎn)是必要的，試運(yùn)轉(zhuǎn)直至除磷效率達(dá)到80%以上。在觀察除磷效率時(shí)發(fā)現(xiàn)，在4個(gè)星期試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)，效率突然升高。圖9表明了厭氧池中磷的返溶情況，從中可以看出，至少是就磷的返溶而言，試運(yùn)轉(zhuǎn)期間整個(gè)工藝經(jīng)歷了相當(dāng)穩(wěn)定的變化。圖10則對(duì)應(yīng)地表明活化池組的磷吸收率，其中曲線(xiàn)A、B、C各代表運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后10、18以及39天的情形。因此，曲線(xiàn)C同時(shí)又表示出達(dá)到的平衡狀態(tài)。
可以明顯地看出，厭氧沉淀池中磷酸鹽返溶程度的提高對(duì)應(yīng)于活化池中不斷提高的磷酸鹽吸收程度。當(dāng)然，Netto除磷最初還有一定極限，即對(duì)于先前進(jìn)行的磷的返溶而言，僅僅能少量提高磷酸鹽的吸收。但在試驗(yàn)的第4星期內(nèi)，對(duì)先前進(jìn)行的磷返溶的這種過(guò)補(bǔ)償會(huì)增加并約從第30天開(kāi)始于活化池中達(dá)到基本上完全的磷酸鹽吸收。
由于這樣測(cè)定的所有結(jié)果表明，從這一天開(kāi)始達(dá)到平衡，所以下表2中所列結(jié)果即代表試驗(yàn)從第32天到試驗(yàn)結(jié)束的結(jié)果。試驗(yàn)期間，效率降低很明顯是由于受到操作上的干擾所致(供氧損失，循環(huán)污泥泵損失)，這些試驗(yàn)日在取平均值時(shí)就不加考慮。
表2試驗(yàn)設(shè)備在第1b和第2試驗(yàn)期間的試驗(yàn)結(jié)果24小時(shí)混合試驗(yàn)，平均值參數(shù) 測(cè)試位置 單位 第1b試驗(yàn)期 第2試驗(yàn)期總磷量未處理污水 g/m38.40 7.47Ges.-p 出口 g/m30.95 0.90除磷率 % 89 88未處理污水 g/m3158 157生物需氧出口 g/m37 7BSB5除磷率 % 96 96未處理污水 g/m3327 303化學(xué)需氧出口 g/m353 39CSB 除磷率 % 84 87未處理污水 g/m3135 101上層液體 g/m3147 74固體出口 g/m318 10TS 循環(huán)污泥 g/m319.300 18.300濃縮污泥 g/m328.800 27.300活化污泥 g/m35.340 5.140
污泥體積指數(shù)活化污泥 cm3/g 78 85SVI體積負(fù)荷 BRkg/m3d 0.67 0.66污泥負(fù)荷 BTSkg/kgd 0.12 0.13如表2所示，兩段試驗(yàn)期間的總觀察時(shí)間還可細(xì)分為各28天(第1b和第2試驗(yàn)期對(duì)應(yīng)于圖7和8)。從表2可知，長(zhǎng)時(shí)間的平均值保持低于1mg/l試驗(yàn)設(shè)備出口的總磷量。所得除磷效量近于90%。
而且，CSB和BSB5除磷率很好。而循環(huán)污泥通過(guò)在前置沉淀池中作長(zhǎng)期厭氧停留(約24h)，也決不會(huì)對(duì)分解效率產(chǎn)生不利影響。其中，上述污泥停留時(shí)間是從取出的污泥量和沉淀池中的污泥區(qū)體積(約1.5m)得出的。
由于活化污泥具有很好的沉淀特性(SVI約80)，所以在活化池中可達(dá)到很高的固體濃度。雖然污泥負(fù)荷相當(dāng)小，但整個(gè)觀察期間硝酸化仍不完全。平均僅能達(dá)到40%除銨率，而出口處的硝酸鹽值僅限于10mg/lNO3-氮。但是，不大可能有因本發(fā)明方法的特點(diǎn)而帶來(lái)對(duì)硝酸化的阻止，而且在試驗(yàn)設(shè)備中應(yīng)用的充氧技術(shù)亦如止，充氧導(dǎo)致CO2的集聚?；罨刂?.5的低pH值和僅為5mmol/l的入口酸容量意味著，在這臨界的負(fù)荷范圍內(nèi)，也可能于充氧裝置中阻止硝酸化。
由于硝酸化受到限制，所以在第二試驗(yàn)期間(無(wú)前置脫氮步驟)也決不可能在循環(huán)污泥中測(cè)出亞硝酸鹽或硝酸鹽。
應(yīng)對(duì)出口處剩余含量的組成給出說(shuō)明的研究結(jié)果如表3所示。在表3中，給出了對(duì)出口處以及第3串聯(lián)池12c的活化污泥進(jìn)行抽樣試驗(yàn)研究所得的平均值。據(jù)此在對(duì)第3串聯(lián)池進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)時(shí)，僅有0.15mg/l PO4-磷顯示出來(lái)。正磷酸鹽也基本上完全從活化污泥中吸收了。而對(duì)應(yīng)的在排出流體8中還有0.23mg/l PO4-磷，其中與活化池排出液7比較起來(lái)提高量不大應(yīng)歸因于第二次澄清池3中開(kāi)始出現(xiàn)的磷酸鹽的返溶。與一并列出的初始和過(guò)濾排出液試驗(yàn)的總磷含量結(jié)合起來(lái)，所列數(shù)據(jù)表明，排出液中的總磷含量以大致等同的部分由正磷酸鹽-磷，可過(guò)濾的磷化合物和不可過(guò)濾的磷化合物(沒(méi)有正磷酸鹽)組成。在這些成分中，最后一種最難于處理，而其它則還可采用其它先進(jìn)的工藝方法而進(jìn)一步降低(如進(jìn)行污水過(guò)濾或絮凝過(guò)濾)。
常規(guī)澄清裝置所得澄清污泥中的磷含量為1-2%w/w。而這樣達(dá)到的常規(guī)除磷率為約20%。在試驗(yàn)設(shè)備的情況下，過(guò)剩污泥中更高的磷含量對(duì)應(yīng)于更高的除磷效果。測(cè)定過(guò)剩污泥中的磷含量而得平均4.0%w/w的值(以干重計(jì))或5.5%w/w(以有機(jī)干重計(jì))。
如果根據(jù)可能造成的誤差而假定10%的允許誤差范圍，則以過(guò)剩污泥的磷含量所得值正好符合所觀察到的除磷效果。在表4中列出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
其中表明，在本發(fā)明的方法中，由于不存在預(yù)澄清，所以可更多地沉淀出單位過(guò)剩污泥產(chǎn)量，而從主要方面考慮，這正如以上所述又極有利于提高除磷率。
因此，試驗(yàn)設(shè)備以半工業(yè)化規(guī)模進(jìn)行的3個(gè)月試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)表明，在1個(gè)月的試運(yùn)轉(zhuǎn)之后總除磷率可保持80%以上。取長(zhǎng)時(shí)間的平均值，則總除磷率不足90%，其中排出液濃度為平均0.93mg總磷/l和0.23mg PO4-磷本發(fā)明方法實(shí)際應(yīng)用時(shí)，無(wú)需很高的投資費(fèi)用。以現(xiàn)有澄清裝置即可以少量投資構(gòu)成本發(fā)明方法基本組成部分的預(yù)澄清池，活化池和第二次澄清池，從而按本發(fā)明方法達(dá)到進(jìn)一步的生物除磷。
表3排出液和活化污泥抽樣試驗(yàn)的總-磷和正磷酸鹽-磷試驗(yàn)設(shè)備在試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束之后所得到測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值參數(shù) 抽樣試驗(yàn) 單位 1b+2試驗(yàn)期總-磷排出液，未過(guò)濾 g/m30.75Ges.-p 排出液，過(guò)濾＊ g/m30.47正磷酸鹽-磷排出液，過(guò)濾＊ g/m30.23PO-P 活化污泥第3串聯(lián)池，g/m30.15過(guò)濾＊＊膜過(guò)濾，微孔直徑0.45αm表4試驗(yàn)設(shè)備的磷平衡，以試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后所得數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)除磷量 g P/m3污水 7.0
過(guò)剩污泥磷含量 g P/g TS 0.04沉淀出的過(guò)剩污泥量＊ g TS/m3污水 1.60＊對(duì)應(yīng)于1.0kg US/kg BSB5的單位污泥產(chǎn)量
權(quán)利要求
1.以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法，其中，可沉淀和/或不可沉淀污水成分在連續(xù)處理池中先作厭氧后作需氧處理，并且將第二次澄清池來(lái)的活化循環(huán)污泥回送入?yún)捬醪僮鞑襟E，其特征是，使厭氧條件下的處理在沉淀池中進(jìn)行，而沉淀池中污泥停留時(shí)間超過(guò)水力保持時(shí)間。
2.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是，厭氧沉淀池后接通風(fēng)活化池，并向活化池中供入從沉淀池來(lái)的上層液體以及從沉淀池底部取出的濃縮污泥。
3.按權(quán)利要求
1或2的方法，其特征是，厭氧沉淀池中供入未處理污水，該污水中有大量可沉淀物質(zhì)，這些物質(zhì)在沉淀池頂部與循環(huán)污泥混合。
4.按權(quán)利要求
1-3之一的方法，其特征是，未處理污水和循環(huán)污泥混合物送入?yún)捬醭恋沓氐谋韺訁^(qū)域。
5.按權(quán)利要求
1-4之一的方法，其特征是，向需氧處理池中供入的濃縮污泥是從厭氧沉淀池中取出的，其量為單位時(shí)間內(nèi)來(lái)自未處理污水和循環(huán)污泥的總共固體物質(zhì)帶入量。
6.按權(quán)利要求
1或2的方法，其特征是，向厭氧沉淀池中只送入可沉淀水組分，而將不可沉淀污水組分直接送入需氧處理池。
7.按權(quán)利要求
1或2的方法，其特征是，向厭氧沉淀池只送入不可沉淀污水組分，而取出可沉淀污水組分。
8.按權(quán)利要求
6或7的方法，其特征是，污水在前置預(yù)澄清池中分成可沉淀污水組分即預(yù)澄清污泥和不可沉淀污水組分即預(yù)澄清污水。
9.按權(quán)利要求
1-8之一的方法，其特征是，將從厭氧沉淀池中取出的污泥分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥，而將富含磷酸鹽的水送去進(jìn)行石灰沉降，其中將沉降污泥取出并將上層水送入需氧處理池，而將貧磷酸鹽的污泥直接送入需氧處理池。
10.按權(quán)利要求
9的方法，其特征是，濃縮污泥是用離心分離方法分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥的。
11.按權(quán)利要求
1-8之一的方法，其特征是，從厭氧沉淀池中取出的濃縮污泥在其導(dǎo)入需氧處理池之前送去進(jìn)行石灰沉降。
12.按權(quán)利要求
1-11之一的方法，其特征是，第二次澄清池直接設(shè)在通風(fēng)活化池之后，從中取出活化污泥并分成循環(huán)污泥和過(guò)剩污泥。
13.按權(quán)利要求
1-12之一的方法，其特征是，總方法中包括前置脫氮，同時(shí)脫氮或交替進(jìn)行。
14.以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的設(shè)備，其中包括厭氧操作池，后續(xù)通風(fēng)活化池和第二次澄清池并從該池中取出活化污泥而分成過(guò)剩污泥和送入?yún)捬醪僮鞒氐难h(huán)污泥，其特征是，厭氧操作池為沉淀池(1)，其中包括循環(huán)污泥和可沉淀和/或不可沉淀污水組分混合物輸入管(4)，與后續(xù)通風(fēng)活化池(2)相連的上層清液排出管(5)以及同樣與后續(xù)通風(fēng)活化池(2)相連的沉淀池(1)底部濃縮污泥排放管(6)，而在沉淀池(1)和通風(fēng)活化池(2)之間有時(shí)還連上另一處理池并使上層清液或上層清液和濃縮污泥在其導(dǎo)入通風(fēng)活化池(2)之前經(jīng)過(guò)該處理池。
15.按權(quán)利要求
14的設(shè)備，其特征是，循環(huán)污泥和污水組分混合物輸入管(4)通入沉淀池(1)的上層區(qū)域。
16.按權(quán)利要求
14或15的設(shè)備，其特征是，沉淀池(1)為改型的常用預(yù)澄清池，其中是將未處理污水輸入管與循環(huán)污泥輸入管相聯(lián)并將污泥排出管與后續(xù)活化池相聯(lián)而進(jìn)行改型的。
17.按權(quán)利要求
14-16之一的設(shè)備，其特征是，厭氧操作沉淀池(1)之前設(shè)置預(yù)澄清池(16)，其中包括未處理污水輸入管(19)，與活化池(2)相連的預(yù)澄清污水排出管(18)和與沉淀池(1)相連的預(yù)澄清污泥排出管(17)。
18.按權(quán)利要求
14-17之一的設(shè)備，其特征是，沉淀池(1)底部的濃縮污泥排放管(6)與離心機(jī)(20)相通，其中包括富含磷酸鹽的水排出管(21)和貧磷酸鹽污泥排出管(25)，而富含磷酸鹽的水排出管(21)與裝有石灰添加裝置的攪拌池(22)，后續(xù)沉積池(23)和其后的活化池(2)相通，而貧磷酸鹽污泥排出管(25)則直接與活化池(2)相通。
19.按權(quán)利要求
14-17之一的設(shè)備，其特征是，沉淀池(1)底部的濃縮污泥排放管(6)與裝有石灰添加裝置的攪拌池(22)和后續(xù)活化池(2)相通。
專(zhuān)利摘要
以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法和設(shè)備一般只能達(dá)到約75％的除磷率并且還需要大量設(shè)備投資。為了改善厭氧條件下的磷酸鹽返溶并改善隨后進(jìn)行的磷酸鹽吸收，可讓厭氧條件下的處理在沉淀池中進(jìn)行，其中供入未澄清未處理污水和從第二次澄清池來(lái)的循環(huán)污泥并讓其中的污泥停留時(shí)間比水力保持時(shí)間長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C02F1/52GK87105996SQ87105996
公開(kāi)日1988年9月28日 申請(qǐng)日期1987年12月29日
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