專利名稱：同時(shí)缺氧生物除磷和氮的制作方法
同時(shí)缺氧生物除磷和氮
背景技術(shù)：
除去污水中的多種成分例如氮、碳和磷是艱難且高成本的過(guò)程，在ー些情況中需要向污水處理過(guò)程中添加碳源。另外，用于很多污水處理過(guò)程中的高溶解氧濃度是導(dǎo)致污水處理工廠的能量使用成本的主要原因?？梢詫⑻荚矗缂状继砑拥皆谌毖豕拗械倪^(guò)程，例如輔助硝化和反硝化。另外，曝氣罐(aerated tank)可能需要高溶解氧濃度以促進(jìn)生物需氧量(BOD)和氨的氧化。但是碳源的添加和高溶解氧濃度的需求是高成本的、極大增加了處理污水的費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)權(quán)利要求進(jìn)行定義，而不通過(guò)以下概述進(jìn)行定義。出于以 下原因，在此提供本發(fā)明多個(gè)方面的高水準(zhǔn)概述提供本公開的概述，以及介紹將在下文中進(jìn)ー步詳細(xì)介紹的概念精選。此處的概述不意在確定所要求的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在用于輔助分離以確定所要求主題的范圍。在第一方面，提供用于處理污水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的方法。該方法包括在缺氧條件下運(yùn)行的第一罐中提供兩個(gè)或多個(gè)流，該兩個(gè)或多個(gè)流包括エ廠流入污水和回流的活性污泥。エ廠流入污水和回流的活性污泥在第一罐中混合以形成混合液，從而啟動(dòng)磷釋放以及顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵。然后轉(zhuǎn)移混合液至在微需氧條件下運(yùn)行的第二罐。在第二罐中的溶解氧濃度小于1.0mg/l以促進(jìn)硝化、反硝化、磷釋放和磷吸收的同時(shí)進(jìn)行。另外，轉(zhuǎn)移混合液至第三罐，該第三罐從含微生物的活性污泥中分離經(jīng)處理的流出物?；钚晕勰嗟囊徊糠肿鳛榛亓鞯幕钚晕勰啾环祷刂恋谝还?。在第二方面，提供用于處理污水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的方法。該方法包括在缺氧罐中使エ廠流入污水與回流的活性污泥接觸以形成混合液?；亓鞯幕钚晕勰喟軌蛟谌毖豕拗袉?dòng)磷釋放的細(xì)菌?；旌弦毫髦辆哂械腿芙庋鯘舛鹊钠貧夤抟栽试S顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵，以及提供有利于形成除磷細(xì)菌的條件。然后使混合液流至膜罐以從活性污泥中分離エ廠流出物。額外地，活性污泥的一部分作為回流的活性污泥再循環(huán)至缺氧罐。在第三方面，提供用于處理污水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括接收エ廠流入污水和回流的活性污泥的第一罐，該第一罐在缺氧條件下運(yùn)行以促進(jìn)反硝化、磷釋放和顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵。第二罐接收來(lái)自第一罐的混合液。第二罐具有的溶解氧濃度為小于1.0mg/l以有效促進(jìn)存在于被接收進(jìn)入第一罐中的回流的活性污泥中的磷-釋放細(xì)菌的形成(development)?；亓鞯幕钚晕勰嘀械牧?釋放細(xì)菌允許第ー罐中的磷釋放和顆粒狀有機(jī)物的發(fā)酵。提供第三罐，其從活性污泥中分離エ廠流出物，活性污泥的一部分作為回流的活性污泥再循環(huán)至第一罐。


以下將參考附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明，其中
圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的污水處理方法的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的備選污水處理方法的示意圖；圖3示出了作為實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案結(jié)果的污水處理工廠的能量使用的減小；圖4示出了當(dāng)在污水處理工廠中實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案時(shí)氨和磷酸鹽兩者的減??；以及圖5示出了表示每個(gè)罐中的磷、溶解氧和硝酸鹽濃度的柱狀圖。本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明在本文中具體說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方案的主題以滿足法定需求。但是說(shuō)明本身不意在必要地限制權(quán)利要求的范圍。所要求的主題可以其他方式實(shí)施以包括不同的步驟或本文中所說(shuō)明的類似的步驟組合，結(jié)合其他現(xiàn)有技術(shù)或未來(lái)技木。術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該理解為在本文所述的多種步驟之間的任一特定次序，除非明確說(shuō)明了單個(gè)步驟的次序。圖I示出了污水處理方法10的示意圖。更具體地，該污水處理方法提供了能量和成本有效的方法用于同時(shí)除去エ廠流入污水中的氮、磷和有機(jī)物。盡管很多系統(tǒng)需要外部碳源和高濃度溶解氧，而本發(fā)明的實(shí)施方案不需要外部碳源和高濃度溶解氧，事實(shí)上相比較通常用于污水處理系統(tǒng)中的溶解氧和碳的量而言，本發(fā)明實(shí)施方案需要非常少量的溶解 氧和碳。例如，很多系統(tǒng)需要外部碳源用于除磷和除氮，但在本發(fā)明的實(shí)施方案中，除氮僅需要最小量的碳，因?yàn)槠渲饕冒?。另外，除磷利用存在于污水中的溶解的和顆粒狀的碳(例如顆粒狀有機(jī)物)，取代僅溶解的碳或外部碳源。在圖I的實(shí)施方案中，三個(gè)獨(dú)立的罐用于同時(shí)除去エ廠流入污水12中的氮、磷和有機(jī)物。如本文中所使用的，エ廠流入污水12是還未經(jīng)處理因此還未進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的原污水，所述污水處理系統(tǒng)例如本文中所說(shuō)明的污水處理系統(tǒng)。圖I所示的第一個(gè)罐是缺氧罐16，其接收至少兩個(gè)流，包括エ廠流入污水12和回流的活性污泥14。如本文中將進(jìn)ー步討論的，回流的活性污泥14是活性污泥的一部分，該活性污泥來(lái)自第三個(gè)罐或膜罐20，再循環(huán)進(jìn)入ー個(gè)或多個(gè)其他罐，例如缺氧罐16。如本文中所使用的，活性污泥是已經(jīng)和エ廠流出物分開的流。該活性污泥流除含硝酸鹽和溶解氧之外還包含微生物量(microbial mass)。微生物量包含大量生物成分,該生物成分包括細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物以及輪形動(dòng)物等。在活性污泥中寄生了異養(yǎng)和自養(yǎng)細(xì)菌，通常主要寄生了異養(yǎng)細(xì)菌。異養(yǎng)細(xì)菌從エ廠流入污水中的含碳有機(jī)物中獲取能量用于合成新細(xì)胞。然后這些細(xì)菌通過(guò)轉(zhuǎn)化有機(jī)物至化合物例如ニ氧化碳和水而釋放能量?；钚晕勰嘀械淖责B(yǎng)細(xì)菌通常還原經(jīng)氧化的碳化合物例如ニ氧化碳用于細(xì)胞生長(zhǎng)。這些細(xì)菌通過(guò)氧化氨至硝酸鹽(已知的硝化)而獲取它們的能量，這在下文中將進(jìn)ー步說(shuō)明。如上述，回流的活性污泥14是活性污泥的一部分，該活性污泥通過(guò)處理方法的最后的分離步驟(例如膜罐或膜生物反應(yīng)器)而產(chǎn)生?；亓鞯幕钚晕勰?4再循環(huán)至缺氧罐16中并向罐提供微生物量、殘留氧、硝酸鹽和亞硝酸鹽。應(yīng)該注意到磷釋放通常不會(huì)在缺氧罐中利用含硝酸鹽和溶解氧的回流的活性污泥發(fā)生，但是在本發(fā)明的實(shí)施方案中，磷釋放在缺氧罐16中發(fā)生。發(fā)生磷釋放是因?yàn)橛糜谙牧椎募?xì)菌也存在于回流的活性污泥14中。另外，發(fā)生磷釋放是因?yàn)榇嬖谟诹魅胛鬯械念w粒狀有機(jī)物的活性水解和發(fā)酵條件。如本文中所使用的，水解是通過(guò)細(xì)菌作用將聚合的有機(jī)物分解為單體。在一實(shí)施方案中，水解涉及化學(xué)反應(yīng)，在該化學(xué)反應(yīng)期間，水分子在化學(xué)機(jī)理過(guò)程中分解為氫陽(yáng)離子和氫氧根陰離子。這種類型的反應(yīng)用于分解一些聚合物。例如，代替僅利用溶解的有機(jī)物作為碳源來(lái)除磷，本發(fā)明的實(shí)施方案允許溶解的和顆粒狀有機(jī)物兩者作為碳源用于磷的去除。一般地，不能使用顆粒狀有機(jī)物，但是因?yàn)樗诒疚闹斜话l(fā)酵，它可以用作碳源從而省去了對(duì)外部碳源的需求。在污水中，有機(jī)物以顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物形式出現(xiàn)。使用三個(gè)主要測(cè)試用于測(cè)定污水中的有機(jī)物。這些測(cè)試包括生物需氧量(BOD)、總有機(jī)碳量(TOC)和化學(xué)需氧量(C0D)。不同于溶解的有機(jī)物，顆粒狀有機(jī)物以懸浮固體的形式存在于污水中。如本文中將進(jìn)ー步討論的，當(dāng)利用本發(fā)明的實(shí)施方案時(shí)，顆粒狀有機(jī)物進(jìn)行水解以轉(zhuǎn)化顆粒至可溶固體，從而允許更大程度的除磷。憐釋放和憐吸收涉及聚憐生物(phosphorusaccumulating organism, PAOs)在胞內(nèi)顆粒體(intracellular granules)中儲(chǔ)存多磷酸鹽(polyphosphate)作為能量?jī)?chǔ)備的過(guò)程。在厭氧條件下，PAOs釋放正磷酸鹽,利用能量以聚集簡(jiǎn)單有機(jī)物(organics)和儲(chǔ)存它們作為多輕基鏈燒酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHAs)。在好氧條件下,或在至少存在一些氧的條件下，PAOs基于所儲(chǔ)存的有機(jī)材料生長(zhǎng)，利用一些能量以吸收正磷酸鹽和儲(chǔ) 存它作為多磷酸鹽。如此，當(dāng)PAOs儲(chǔ)存碳用于未來(lái)生長(zhǎng)時(shí)，PAOs也釋放磷，有時(shí)是同時(shí)的。當(dāng)PAOs利用所儲(chǔ)存的碳時(shí)，它們吸收磷。如本文中將進(jìn)ー步說(shuō)明的，曝氣罐具有低溶解氧濃度，但PAOs仍吸收磷。當(dāng)氧存在吋，PAOs可以從碳中得到能量。因此，當(dāng)碳充足吋，PAOs在它們的細(xì)胞中儲(chǔ)存碳，等待存在氧的條件從而它們可以利用碳用于生長(zhǎng)和吸收磷。然后磷酸鹽被移至廢活性污泥26中，其通常是不再循環(huán)至缺氧罐16的活性污泥。PAO種群的形成將在本文中進(jìn)ー步進(jìn)行討論。缺氧罐16在缺氧條件下操作，在所述缺氧條件下存在很少或不存在溶解氧，但是可以存有硝酸鹽(例如NO2和NO3)。在缺氧罐中保持連續(xù)的氧不足。缺氧罐16，在一實(shí)施方案中，包括混合器，其混合エ廠流入污水12和回流的活性污泥14以形成混合液?；旌弦?，如本文中所使用的，簡(jiǎn)單地是指エ廠流入污水12和回流的活性污泥14的混合物。除了調(diào)節(jié)回流的活性污泥14的流速外，可以調(diào)節(jié)混合比率以控制缺氧罐16中的磷釋放。應(yīng)該要注意到在本發(fā)明的實(shí)施方案中避免添加外部碳源例如甲醇使得無(wú)需額外碳源進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施方案。除磷釋放之外，反硝化也在缺氧罐16中發(fā)生。反硝化是分解亞硝酸鹽或硝酸鹽以釋放氮?dú)?，反硝化隨著微生物消耗亞硝酸鹽或硝酸鹽中的氧而發(fā)生。更具體地，反硝化是經(jīng)微生物促進(jìn)的最終產(chǎn)生氮分子(N2)的異化硝酸鹽還原(dissimilatory nitrate reduction)過(guò)程,氮分子返回至大氣中。硝酸鹽和亞硝酸鹽通過(guò)反硝化轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。反硝化通常響?yīng)電子供體的氧化作用還原氮的氧化形式，該電子供體如在此存在于回流的活性污泥14中的有機(jī)物。該過(guò)程主要通過(guò)異養(yǎng)細(xì)菌在氧耗盡或氧消耗超過(guò)氧供應(yīng)速率的環(huán)境例如缺氧罐16和曝氣罐18中進(jìn)行。利用本發(fā)明的實(shí)施方案，反硝化也通過(guò)自養(yǎng)硝化細(xì)菌在低溶解氧的條件下在缺氧罐16和曝氣罐18中進(jìn)行。以下反應(yīng)示例性說(shuō)明反硝化過(guò)程，包括示例性氧化還原反應(yīng) (I) NOf — NO, — NCHN2O — N2 (g)(2) 2N03>10e>12H+ — N2+6H20來(lái)自工廠流入污水12的顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物在缺氧罐中發(fā)酵。在本發(fā)明實(shí)施方案中的缺氧罐中的條件包括顆粒狀有機(jī)物高程度的水解和發(fā)酵，其提供多過(guò)反硝化反應(yīng)所需的經(jīng)發(fā)酵的有機(jī)物，允許同時(shí)釋放磷和形成PHAs。顆粒狀有機(jī)物的發(fā)酵使得額外的碳可以用于除磷。流入污水流在缺氧罐中的平均停留時(shí)間在一個(gè)小時(shí)至十個(gè)小時(shí)之間變化。在一實(shí)施方案中，缺氧罐中的溶解氧濃度小于O. 3mg/L。在其他的實(shí)施方案中，缺氧罐中的溶解氧濃度小于O. 2mg/L。在又一其他實(shí)施方案中，缺氧罐中的溶解氧濃度是O. lmg/L或更小。另外，回流的活性污泥的再循環(huán)速率可以在流入物流速的O. 3至6倍之間變化。將缺氧混合液轉(zhuǎn)移到曝氣罐18。在圖I中示出了單個(gè)曝氣罐18，也可以使用多個(gè)曝氣罐，可以平行配置或串聯(lián)配置。備選地，可以使用ー個(gè)曝氣罐，但是曝氣罐可以包含多于ー個(gè)腔室，其中混合液流動(dòng)經(jīng)過(guò)該腔室。包含多于ー個(gè)腔室的目的在于改進(jìn)經(jīng)最小化的罐體積的整個(gè)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)條件。任選地，一部分活性污泥被轉(zhuǎn)移進(jìn)入曝氣罐中以提供發(fā)酵顆粒狀和溶解的有機(jī)物所需的額外細(xì)菌種群并促進(jìn)磷釋放。這在當(dāng)膜罐中的硝酸鹽濃度非常高的情況下是有利的。不同于很多曝氣罐，本發(fā)明的實(shí)施方案中所提供的曝氣罐18在非常低的溶解氧濃度例如微需氧條件下運(yùn)行，這促進(jìn)了用于磷釋放和吸收的細(xì)菌種群(例如聚磷生物(PAO))的形成。通常地，這類細(xì)菌種群能夠儲(chǔ)存磷，例如以多磷酸鹽的形式，以及代謝其用于生成能量和細(xì)胞合成，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)活性污泥除去系統(tǒng)中的磷。該特定的細(xì) 菌種群在高溶解氧濃度時(shí)不能形成。由于該種特定細(xì)菌種群可以在曝氣罐18中形成，它也存在于再循環(huán)至缺氧罐16的回流的活性污泥14中，從而允許在缺氧罐16中進(jìn)行磷釋放。 磷吸收可以在曝氣罐18中和磷釋放同時(shí)發(fā)生。除了磷釋放和磷吸收，在曝氣罐18中也發(fā)生硝化和反硝化。在一實(shí)施方案中，在曝氣罐18中同時(shí)發(fā)生硝化、反硝化和磷釋放。如前所述，反硝化是微生物促進(jìn)的通過(guò)還原氮的氧化形式最終產(chǎn)生氮?dú)獾漠惢跛猁}還原過(guò)程。硝化，從另一方面，是氨分解為硝酸鹽和水。更具體地，硝化是氨和氧進(jìn)行生物氧化為亞硝酸鹽，之后亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。通常兩種生物負(fù)責(zé)氧化氨至亞硝酸鹽。這兩種為氨-氧化細(xì)菌(AOB)和氨-氧化古細(xì)菌(AOA)。以下方程式表示硝化過(guò)程硝化桿菌屬(3) NH3+C02+1. 502+ 亞硝化單抱菌屬一NO2+H20+H+(4) NO2 +C02+0 . 502+ 硝化桿菌屬一NO3(5) ΝΗ3+02 — NO2 +3H.+2e(6) NO2 +H2O — NO3 +2H++2e在本發(fā)明的實(shí)施方案中，由方程式⑷和(6)所表示的反應(yīng)以最小的程度發(fā)生，從而降低氧的需求量以及顯著節(jié)約能量的使用。在一些實(shí)施方案中，在混合液中存在非常少量的硝酸鹽或不存在的硝酸鹽，這是因?yàn)榉磻?yīng)⑷和(6)占整個(gè)過(guò)程的百分比小，使得在上述方程式(I)中，主要是亞硝酸鹽而非硝酸鹽被轉(zhuǎn)化至氮?dú)狻Ｔ诜匠淌?2)中，需要小于10個(gè)電子以轉(zhuǎn)化亞硝酸鹽至氮?dú)?。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，這些電子不是來(lái)自甲醇或其他外部碳源而是來(lái)自于氨。這將在下文更詳細(xì)地進(jìn)行討論。如以上反應(yīng)(3)和(5)所示，氨用于轉(zhuǎn)化亞硝酸鹽至氮?dú)?。由于不需要外部碳源，一些氨用于反?yīng)(3)和(5)，但是ー些氨也用作用于反硝化的電子還原源。這說(shuō)明了硝化和反硝化在具有低氧濃度和不含額外碳源的系統(tǒng)中是如何發(fā)生的。另外，微需氧(microaerophilic)條件允許顆粒狀和溶解的有機(jī)物在曝氣罐18中發(fā)酵，這在更高溶解氧濃度時(shí)通常是不會(huì)發(fā)生的。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，硝化和反硝化在缺氧和曝氣罐兩者中發(fā)生。常規(guī)硝化-反硝化由以下反應(yīng)(7)、⑶和(9)表示。反應(yīng)(9)是反應(yīng)(7)和⑶的凈反應(yīng)(net) 0很多情況，該順序的反應(yīng)需要高溶解氧濃度和外部碳源。在這里，每克N-NH3需要約4. 57克O2用于反應(yīng)(7)以及每克N-NO3需要約2. 86克COD-O2用于反應(yīng)(8)。方程式如下(7) 1ΝΗ3+202 — 1HN03+H20(8) IHNOy + 有機(jī)物-N2 + H2O以下反應(yīng)(9)和(10)示例性說(shuō)明了稱作短程硝化的過(guò)程，其中初始反應(yīng)或反應(yīng)
(10)僅驅(qū)動(dòng)至亞硝酸鹽，其導(dǎo)致需氧量和有機(jī)物兩者的需求的節(jié)約。每克N-NH3需要約3. 43克O2用于反應(yīng)(9)以及每克N-NH3需要約I. 71克COD-O2用于反應(yīng)(10)。在ー個(gè)實(shí)例中，當(dāng)比較以上第一組反應(yīng)(反應(yīng)(7)-(8))和以下第二組反應(yīng)(反應(yīng)(9)-(10))吋，需氧量減小了約 25%(4. 57g02/gN-NH3-3. 43g02/gN-NH3=l. 15g02/gN-NH3)以及有機(jī)物的需求量減小了約 40%(2. 86g02/gN-N03-l. 71g02/gN_NH3=l· 15gC0D/gN_NH3)。
(9) INHi + -O1 IHNO7 + W1OΛ.(10) UdAOi + 有機(jī)物+//;0以下標(biāo)為(11)和(12)的反應(yīng)組發(fā)生在缺氧罐和曝氣罐中。在一些實(shí)例中，該組反應(yīng)稱作硝化-反硝化。如方程式(11)中所示，氨和氧轉(zhuǎn)化至氮?dú)?、亞硝酸和水。有機(jī)物然后用于轉(zhuǎn)化亞硝酸至氮?dú)?、水和ニ氧化碳。每克N-NH3需要約2. 28克O2用于反應(yīng)(11)以及每克N-NH3需要約O. 57克COD用于反應(yīng)(12)。當(dāng)比較所述三組反應(yīng)時(shí)，該第三組反應(yīng)(反應(yīng)(13)-(15))需要最小量的氧。當(dāng)比較以下第三組反應(yīng)所需的有機(jī)物量和第一組反應(yīng)(反應(yīng)(7)-(8))時(shí)，有機(jī)物的節(jié)約量為約 80%(2. 86g02/gN-N03-0. 57gC0D/gN-NH3=2. 29g02/gN)。另外，第一組和第三組方程式之間所需的氧的節(jié)約量為約50%(4. 57g02/gN-NH3-2. 28g02/gN-NH3=2. 28g02/gN)。(Il) IiVZf3 + IO2 ^-N2 -￥-HNO2+-H2O
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II(12) -HNO2 + 有扭i 物—>—N2 + H ,Ο + COi
36 回到圖I，然后混合液從曝氣罐18轉(zhuǎn)移至第三個(gè)罐，其在此處顯示為膜罐20，用于固體-液體分離步驟，在這里分離經(jīng)處理的水中的微生物。在活性污泥法中,例如本文中所述的那些，溶解的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為水、ニ氧化碳和生物質(zhì)，引起產(chǎn)生剩余污泥。膜罐20將這樣的污泥從經(jīng)處理工廠流出物22中分離。在一實(shí)施方案中，膜罐是膜生物反應(yīng)器，其是膜方法(例如微濾、超濾、中空纖維、平板(flat sheet)、管狀的(tubular))和懸浮生長(zhǎng)生物反應(yīng)器(suspended growth bioreactor)的組合。生物反應(yīng)器是指支持生物活性環(huán)境的設(shè)備。因?yàn)樯锓磻?yīng)器必須聯(lián)合分離單元以回收生物質(zhì)和經(jīng)純化的液體，由于獨(dú)立単元的低效性和不便利性，膜生物反應(yīng)器用于提供相同或更好的結(jié)果，但是以單ー單元的形式。膜生物反應(yīng)器是生物反應(yīng)器和錯(cuò)流過(guò)濾的聯(lián)合。在一個(gè)實(shí)例中，對(duì)膜罐20進(jìn)行曝氣以提供水?dāng)_動(dòng)用于清洗浸潰(submerged)的膜過(guò)濾器。在一實(shí)施方案中，膜過(guò)濾器利用微濾，但在另一實(shí)施方案中，使用超濾。發(fā)生于在膜罐20中的膜過(guò)濾得到至少兩個(gè)出ロ流，其包括經(jīng)處理的エ廠流出物22和活性污泥24，活性污泥24的一部分再循環(huán)至缺氧罐16，在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)至曝氣罐18。如本文中所使用的，經(jīng)處理的エ廠流出物22是離開第三個(gè)罐的流，其已經(jīng)處理除去了碳、氮、磷和其他不期望的成分。剰余活性污泥顯示為活性污泥26。再循環(huán)至缺氧罐16的活性污泥24的量有所變化，在一些實(shí)施方案中，其為進(jìn)入缺氧罐16的エ廠流入污水12的量的50%至600%的范圍中的任一量。如此，每加侖エ廠流入污水12，可以向缺氧罐16中添加O. 5至6加侖回流的活性污泥14。在備選的實(shí)施方案中，在圖I的實(shí)施方案中的第三個(gè)罐(雖示為膜罐20)是澄清池。澄清池是用于分離、濃縮和再循環(huán)活性污泥的罐。通常地，澄清池具有比膜生物反應(yīng)器大得多的占地面積。關(guān)于圖2，示出了備選污水處理方法的示意圖。缺氧罐16a、曝氣罐18a以及膜罐20a示出在圖2的實(shí)施方案中且和圖I中所述的那些類似地運(yùn)行。在此，厭氧罐28添加在缺氧罐16a的下游或之后以及曝氣罐18a的上游或之前。通常，厭氧罐28在厭氧條件或在沒(méi)有氧時(shí)操作。厭氧罐28是非-曝氣罐，從而沒(méi)有添加的氧且不存在硝酸鹽。在厭氧罐28 中內(nèi)含物進(jìn)行混合，存有混合器。圖2的實(shí)施方案或具體地、向系統(tǒng)中加入?yún)捬豕?8的實(shí)施方案在以下條件時(shí)使用存在于流入污水流中的有機(jī)物的特征使得需要額外的停留時(shí)間用于顆粒狀有機(jī)物的水解和發(fā)酵兩者。在一實(shí)施方案中，額外磷釋放發(fā)生在厭氧罐28中。類似于圖I中所說(shuō)明的，エ廠流入污水12a和回流的活性污泥14a在缺氧罐16a中混合?；旌弦菏紫缺晦D(zhuǎn)移至厭氧罐28，之后至曝氣罐18a，以及最后至膜罐20a。從膜罐20a離開的是經(jīng)處理的エ廠流出物22a和活性污泥24a?；钚晕勰?4a的一部分作為回流的活性污泥14a被再循環(huán)至缺氧罐16a，以及任選地，一部分還再循環(huán)至曝氣罐18a。在一實(shí)施方案中，處置廢棄的活性污泥26a。圖3示出了顯示作為實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案的結(jié)果的污水處理廠能量使用量的減小的線形圖300。如所述，當(dāng)曝氣罐中溶解氧濃度維持在最小值時(shí)，能量使用成本顯著減小，因?yàn)樘砑尤芙庋醯某杀究梢哉嘉鬯幚韽S總能量成本的最多至50%。如“啟動(dòng)試驗(yàn)”所示，測(cè)試了本文所述的技術(shù)并發(fā)現(xiàn)能量成本顯著減小，其至少部分是由于曝氣罐中所需的溶解氧量小。如所不，在試驗(yàn)如，最聞的能量使用為約64000kWh/月，而試驗(yàn)后的最聞能量使用為約54000kWh/月，雖然在早先幾個(gè)月，達(dá)到的量小得多。關(guān)于圖4，示出了柱狀圖400，其顯示當(dāng)在污水處理廠中實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案時(shí)氨和磷酸鹽兩者的減小。如這里所示出的，氨的流入濃度為約72mg/L，但是在利用本文所述的處理方法處理工廠流入污水后降低至約lmg/L。另外，磷酸鹽約74mg/L的流入濃度在利用本文所述的處理方法處理工廠流入污水后降低至約4mg/L。
實(shí)施例以下實(shí)施例示例性說(shuō)明了包含兩個(gè)平行列的エ廠，所述兩個(gè)平行列包括第一列(列A)和第二列(列B)。在每列中的罐是相同的且在相同的位置上。但是罐中的條件是不同的。列A表不不使用本發(fā)明實(shí)施方案發(fā)生的傳統(tǒng)方法,列B表不使用本發(fā)明的實(shí)施方案的方法，例如曝氣罐中的低溶解氧濃度，如前所述的。例如，如在下表I中所示，在列A的曝氣罐中的溶解氧濃度為I. 3mg/L，而在列B的曝氣罐中的溶解氧濃度是O. lmg/L。相比較列A而言，如在列B中的磷和硝酸鹽/亞硝酸鹽的去除程度所示，在曝氣罐中的更低的溶解氧濃度允許除磷細(xì)菌在曝氣罐中形成。這些除磷細(xì)菌然后存在于從膜罐回到缺氧罐的回流的活性污泥(未示出)中。在列B的缺氧罐中觀察到磷釋放，而在列A的缺氧罐中未觀察到。在列B的曝氣罐中發(fā)生凈磷吸收，在列A的曝氣罐中未發(fā)生。因此，在該方法中發(fā)生更高程度的磷吸收和除去。結(jié)果是列B的膜罐或エ廠流出物中的磷的濃度為3. 65mg/L，其比列A的膜罐中的濃度7. 41mg/L小得多。類似地，硝化-反硝化在列B的曝氣罐中同時(shí)發(fā)生，而在列A的曝氣罐中僅發(fā)生硝化，其通過(guò)顯著更大的硝酸鹽濃度差別來(lái)反映。列B的膜罐中的硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度為7. 15mg/L，其小于列A的膜罐中的濃度8. 31mg/L。繼續(xù)以上所述和示出在下表I中的實(shí)施例，圖5示出了柱狀圖500，其顯示了在每個(gè)罐中的磷、溶解氧和硝酸鹽的濃度。在比較磷濃度時(shí)，例如，可見(jiàn)列B的膜罐中的濃度比列A中的小得多，這部分是因?yàn)槠貧夤拗械娜芙庋鯘舛鹊?。表I.在傳統(tǒng)方法(列A)和利用本發(fā)明實(shí)施方案的方法(列B)中的溶解氧、磷和硝酸鹽的濃度
權(quán)利要求
1.用于處理廢水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的方法，該方法包括 在缺氧條件下運(yùn)行的第一罐中提供兩個(gè)或多個(gè)流，所述兩個(gè)或多個(gè)流包括工廠流入污水和回流的活性污泥； 在所述第一罐中混合工廠流入污水和回流的活性污泥以形成混合液，從而啟動(dòng)磷釋放以及顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵； 轉(zhuǎn)移所述混合液至在微需氧條件下運(yùn)行的第二罐，其中在所述第二罐中的溶解氧濃度小于I. Omg/1，該溶解氧濃度可以有效促進(jìn)硝化、反硝化、磷釋放和磷吸收的同時(shí)進(jìn)行；以及 轉(zhuǎn)移所述混合液至第三罐，該第三罐從含微生物的活性污泥中分離經(jīng)處理的流出物，其中所述活性污泥的第一部分作為所述回流的活性污泥被返回至所述第一罐。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述第三罐是膜生物反應(yīng)器。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述第三罐是澄清池。
4.權(quán)利要求I的方法，其中在所述第一罐中發(fā)生的磷釋放的量基于所述工廠流入污水和所述回流的活性污泥的混合速率或所述回流的活性污泥進(jìn)入所述第一罐的流速中的一種或多種。
5.權(quán)利要求I的方法，其還包括添加所述活性污泥的第二部分至所述第二罐中。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述第二罐中的所述微需氧條件促進(jìn)所述混合液中的顆粒狀有機(jī)物的發(fā)酵。
7.權(quán)利要求I的方法，其中所述第二罐中的所述微需氧條件允許用于除磷的微生物種群的形成。
8.權(quán)利要求I的方法，其中在所述第一罐中提供的所述回流的活性污泥包括殘留氧、硝酸鹽和亞硝酸鹽。
9.權(quán)利要求I的方法，其中所述第一罐中的所述缺氧條件允許發(fā)生磷吸收。
10.用于處理廢水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的方法，該方法包括 在缺氧罐中使工廠流入污水與回流的活性污泥接觸以形成混合液，其中所述回流的活性污泥包含能夠在所述缺氧罐中啟動(dòng)磷釋放的細(xì)菌； 使所述混合物流至具有低溶解氧濃度的曝氣罐以允許顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵，以及提供有利于形成除磷細(xì)菌的條件； 使所述混合液流至膜罐以從活性污泥中分離工廠流出污水； 將所述活性污泥的一部分作為回流的活性污泥再循環(huán)至所述缺氧罐；以及 轉(zhuǎn)移所述工廠流出污水用于進(jìn)一步加工。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述工廠流入污水和回流的活性污泥通過(guò)所述缺氧罐中的混合器混合。
12.權(quán)利要求10的方法，其中在所述缺氧罐中發(fā)生磷釋放。
13.權(quán)利要求10的方法，其中在所述曝氣罐中同時(shí)發(fā)生硝化、反硝化、磷釋放和磷吸收。
14.權(quán)利要求10的方法，其中在所述曝氣罐中的溶解氧濃度小于I.Omg/1。
15.用于處理廢水以同時(shí)除去有機(jī)物、氮和磷的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 接收工廠流入污水和回流的活性污泥的第一罐，其中所述第一罐在缺氧條件下運(yùn)行以促進(jìn)反硝化、磷釋放和顆粒狀有機(jī)物和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵； 接收來(lái)自所述第一罐的混合液的第二罐，其中所述第二罐中的溶解氧濃度小于I. Omg/I以有效促進(jìn)存在于被接收進(jìn)入所述第一罐中的所述回流的活性污泥中的磷-釋放細(xì)菌的形成，以及其中在所述回流的活性污泥中的磷-釋放細(xì)菌允許所述第一罐中的磷釋放和顆粒狀有機(jī)物的發(fā)酵；以及 從活性污泥中分離工廠流出污水的第三罐，所述活性污泥的一部分作為所述回流的活性污泥再循環(huán)至所述第一罐。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述第一罐是缺氧罐，所述第二罐是曝氣罐，以及所述第二te是膜te。
17.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述第二罐在微需氧條件下運(yùn)行。
18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中在所述第二罐中同時(shí)發(fā)生硝化、反硝化、磷釋放和磷吸收。
19.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其還包括第四罐，該第四罐位于所述第一罐的下游以及所述第三罐的上游，其中所述第四罐在厭氧條件下操作。
20.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述第二罐中的所述溶解氧濃度小于0.3mg/l。
全文摘要
提供用于處理廢水以同時(shí)除去氮、碳和磷的方法和系統(tǒng)。該方法包括接收至少兩個(gè)流的缺氧罐，該至少兩個(gè)流包括工廠流入污水和回流的活性污泥。這些流在缺氧罐中混合以促進(jìn)磷釋放和顆粒狀和溶解的有機(jī)物的發(fā)酵。將混合液轉(zhuǎn)移至具有低溶解氧濃度的曝氣罐以促進(jìn)磷-釋放細(xì)菌的形成，所述磷-釋放細(xì)菌最后通過(guò)回流的活性污泥再循環(huán)至缺氧罐。硝化、反硝化和磷釋放同時(shí)在曝氣罐中發(fā)生。膜罐從膜罐中的活性污泥中分離經(jīng)處理的流出物。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102753487SQ201180008535
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者E.吉拉爾多, S.穆圖克里施南, Y.劉 申請(qǐng)人:美國(guó)水利工程股份有限公司