用于生物水凈化的改進(jìn)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用回流污泥進(jìn)行廢水處理的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及這 樣一種方法，其用于使用回流污泥進(jìn)行氮和磷（其在廢水處理裝置中脫除）的側(cè)流去除，其 中所述回流污泥的一小部分不使用外部細(xì)菌或化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行側(cè)流處理，以用于增強(qiáng)所述方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于在全世界來自立法者增長(zhǎng)的需求，用于衛(wèi)生、市政、商業(yè)和工業(yè)廢水處理的工 藝和技術(shù)已經(jīng)不斷地被改進(jìn)并且新的設(shè)備不斷地被增加。
[0003] 在所有廢水處理的生物方法背后的基本思想是引入與微生物的接觸，所述微生物 以廢水中的無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)為食。由此廢水中的污染物濃度，包括無機(jī)或有機(jī)氮和無機(jī)或 有機(jī)磷，以及生化需氧量（BOD)、化學(xué)需氧量（COD)和總懸浮固體（TSS)被降低。生物處理 背后的原則是微生物對(duì)廢水中所存在污染物的降解及在其上的生長(zhǎng)。有機(jī)材料通過微生物 的代謝而被轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，其不再是在溶液中的或分散的，可以在二次澄清池中通過簡(jiǎn) 單的重力沉降而從水相分離。于是離開所述系統(tǒng)的處理過的排出物比其進(jìn)入所述廢水處理 裝置（WWTP)時(shí)清潔許多。
[0004] 在典型的基于生物處理的廢水處理裝置中，入流廢水在初級(jí)處理中被預(yù)處理，其 中一部分有機(jī)體，包括懸浮固體通過沉降而被除去。在該初級(jí)處理之后，所述廢水經(jīng)歷生物 處理，其中在所述廢水中的污染物在生物工藝中被降解，在所述生物工藝中使用微生物從 廢水中除去剩余的有機(jī)物、氮和磷。
[0005] 所述生物處理可以包括若干處理階段，包含厭氧處理區(qū)和好氧處理區(qū)。因此通過 在不同的區(qū)中使用受控的工藝條件而對(duì)微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)進(jìn)行控制和利用。
[0006] 在生物處理之后，允許所述處理后的廢水在二級(jí)沉淀池澄清/沉淀預(yù)定的時(shí)間 段，在這之后從所述沉淀池的上部提取出排出物并排放?；钚猿恋砦勰嗟囊徊糠郑ㄆ浒?在廢水處理期間微生物在曝氣池中的生長(zhǎng)而產(chǎn)生的生物質(zhì)）被除去，用以脫水并處置，而 剩余污泥的另一部分可以作為活性回流污泥（ARS)返回到生物處理以增強(qiáng)生物降解。所述 活性回流污泥可以不經(jīng)任何后續(xù)處理而如此返回到生物處理反應(yīng)器?；蛘?，所述活性回流 污泥可以經(jīng)受初始的好氧處理以增加好氧污泥齡并改善次級(jí)處理區(qū)中氮的去除。用這種方 法，可以容易地對(duì)低負(fù)荷系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，例如當(dāng)新規(guī)定要求對(duì)氮去除有更嚴(yán)格的限制時(shí)。
[0007] 活性污泥的量在WWTP中用于處理工藝時(shí)是由速率限制的，并且如果不存在COD對(duì) 氮的過量，例如C0D:N的比率低于7、6、乃至5,現(xiàn)有的WWTP將不能有效滿足氮排出物標(biāo)準(zhǔn)。 而且，通常用于回流污泥處理的曝氣設(shè)備在部分時(shí)間是空轉(zhuǎn)的，在一些WWTP的概念中，典 型地在50%的時(shí)間。這就意味著曝氣設(shè)備的量可能必須加倍，并且所有水解的COD (HC0D)， 其在所述廢水處理裝置的厭氧段中產(chǎn)生并且其沒有被生物除磷（bio-P)微生物所利用，將 在好氧相中被降解并且然后不在處理池中被用于脫氮或生物脫磷。
[0008] W0 2010/148044描述了一種用于從原水中去除生物磷和氮以減少剩余污泥產(chǎn)生 的裝置。這通過在厭氧側(cè)流反應(yīng)器中的處理實(shí)現(xiàn)，在所述厭氧側(cè)流反應(yīng)器中發(fā)生水解和發(fā) 酵-在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過在所述側(cè)流反應(yīng)器（CSTR)中提供酸性條件促進(jìn)所述處理。 在所述側(cè)流反應(yīng)器中，所述方法包括使用化學(xué)物質(zhì)如堿或酸，添加的消化酶，超聲波處理， 臭氧處理或其他氧化性的化學(xué)處理以及熱處理。
[0009] 所述方法使用酸性環(huán)境和加熱以實(shí)現(xiàn)效益。該方法的一個(gè)缺陷是硝化細(xì)菌不能在 酸性條件下存活，并因此WO 2010/148044的方法和裝置的促進(jìn)以硝化細(xì)菌和它們的作用 為代價(jià)。
[0010] 因此，盡管廢水處理技術(shù)在持續(xù)發(fā)展，仍還有對(duì)于生物廢水處理裝置進(jìn)一步改進(jìn) 的迫切需要，來提供擴(kuò)大的使用范圍，并仍然符合對(duì)于效率以及對(duì)不需要的有機(jī)與無機(jī)化 合物（例如總氮、總磷、總懸浮固體、生物需氧量和化學(xué)需氧量）的去除的高要求，并與可達(dá) 到的COD無關(guān)。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于生物處理的改進(jìn)方法，其具有對(duì)可達(dá)到的COD 更好的產(chǎn)能利用率以及由此對(duì)廢水更高效的凈化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在上述背景下，在第一方面本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于廢水生物處理的方法， 其通過在整個(gè)方法中使用相同細(xì)菌種群的活性污泥法進(jìn)行，所述方法包括以下步驟：
[0013] a)使廢水進(jìn)料流入處理池，
[0014] b)使所述處理池中的廢水經(jīng)受生物處理過程以提供處理后的廢水和活性污泥的 混合物，
[0015] c)使所述混合物在沉淀池中沉淀以提供處理后的廢水和沉淀污泥，其中對(duì)所述沉 淀污泥進(jìn)行以下步驟：
[0016] i)將所述沉淀污泥的第一和第二回流部分分離，
[0017] ii)使所述沉淀污泥的第一回流部分在側(cè)流反應(yīng)器中經(jīng)受包含好氧處理和/或厭 氧處理的過程，
[0018] d)使所述沉淀污泥的第一回流部分從所述側(cè)流反應(yīng)器和所述沉淀污泥的第二回 流部分從所述沉淀池流入處理池。
[0019] 令人驚訝地，已發(fā)現(xiàn)通過將兩部分的回流污泥引入處理池，其中只有第一部分進(jìn) 行側(cè)流處理，無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的總體去除比在傳統(tǒng)的廢水處理裝置（其中回流污泥的一個(gè) 部分被處理并返回所述處理池）中更加高效。在這個(gè)具體的方法中，活性沉淀污泥的第一 部分在側(cè)流反應(yīng)器中經(jīng)歷適于硝化和脫氮過程以及脫磷的好氧和/或厭氧處理，并且第二 部分沒有任何側(cè)流處理而返回到所述處理池。
[0020] 通過在側(cè)流反應(yīng)器的較小體積中濃縮所述耗時(shí)的生物反應(yīng)（所述側(cè)流反應(yīng)器具 有高于處理裝置3-5倍的污泥濃度），水解將更加高效。在所述側(cè)流反應(yīng)器中在例如厭氧處 理下的水解速率以恒定速率持續(xù)直至40小時(shí)停留時(shí)間。
[0021] 所述方法在整個(gè)方法中使用相同的細(xì)菌種群，即在所述方法的任何點(diǎn)都不添加外 部細(xì)菌以增強(qiáng)具體過程，也不添加任何化學(xué)物質(zhì)以增強(qiáng)好氧或厭氧細(xì)菌作用。
[0022] 在本發(fā)明的上下文中，通過"相同細(xì)菌"指在所述方法的任何點(diǎn)都不添加或生長(zhǎng)特 定細(xì)菌，并且所述細(xì)菌種群純粹是在所述方法中所發(fā)生的反應(yīng)的結(jié)果，所述方法由曝氣或 無空氣的體積、程度和時(shí)間進(jìn)行控制。
[0023] 通過利用根據(jù)本發(fā)明的側(cè)流反應(yīng)器，磷主要在處理池A中被去除，而系統(tǒng)中的細(xì) 菌已準(zhǔn)備用于通過利用HCOD進(jìn)行最佳攝取以去除P。因此，所述方法也可被看作用于為處 理池提供HCOD，以用于磷的最佳去除的手段。
[0024] 這將在具有過量廢水時(shí)提供一種更加靈活的廢水處理裝置，因?yàn)镃OD含量可以在 側(cè)流反應(yīng)器中被濃縮和/或利用，同時(shí)在沉淀池中的回流污泥的第二部分直接返回到所述 處理池，從而可以在不受入流廢水的流量波動(dòng)影響情況下運(yùn)行提供容易達(dá)到的COD的水解 (HC0D)〇
[0025] 此外，本發(fā)明所述的系統(tǒng)提供了一種相對(duì)于可達(dá)到的COD含量具有靈活性的方 案。因此，在所述COD對(duì)氮的比率較低的情況下，典型地低于7,優(yōu)選地低于6,更優(yōu)選地低 于5,仍然具有高效的脫氮。這在世界上COD與氮的比率極低-或換言之，氮含量高的地區(qū) 是特別有用的。例如在中國(guó)，由于低脂肪食品廢棄物以及由于工業(yè)廢物的頻繁預(yù)處理，就符 合上述情況。
[0026] 在整個(gè)方法中，pH是基本恒定的，大約中性或弱堿性，因此pH優(yōu)選大于6. 5,更優(yōu) 選大于7且最優(yōu)選為6. 8-7. 5。因此，不需要添加酸性或堿性成分以提供特定pH，因?yàn)楦鶕?jù) 本發(fā)明的操作確保pH在優(yōu)選范圍內(nèi)。
[0027] 本發(fā)明的方法的益處還在于其比主要集中于脫氮的現(xiàn)有技術(shù)方法更加有效地去 除存在于未處理廢水之中的磷。
[0028] 并且，因?yàn)榭梢允褂酶〉墓艿篮透〉膫?cè)流處理池，運(yùn)行本發(fā)明方法的安裝成 本更低。除成本之外，因?yàn)橛脕砀倪M(jìn)廢水處理工藝所需的空間是有限的，所以這還影響到在 現(xiàn)有廢水處理裝置之中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的靈活性。
[0029] 因此，總之，本發(fā)明涉及一種方法，其中在具有-優(yōu)選恒定的-活性污泥流量的側(cè) 流反應(yīng)器中發(fā)生水解，并且其中所產(chǎn)生的水解的可氧化污染物（HCODs)可用于被約束的氮 如在側(cè)流反應(yīng)器的好氧段中形成的N0 3的脫氮，在側(cè)流反應(yīng)器的厭氧段和/或來自側(cè)流反 應(yīng)器的剩余HC0D中的P去除，可在處理池中增強(qiáng)脫氮和P去除-即用于通過在處理池中的 微生物改進(jìn)生物除磷和脫氮。
[0030] 復(fù)雜的有機(jī)化合物的分解被一步步分解至簡(jiǎn)單化合物，并在遍布所述裝置的活性 污泥中發(fā)生，這通過水解這些化合物至水解的COD (HC0D)的過程進(jìn)行。
[0031] 厭氧處理允許多磷酸鹽微生物（細(xì)菌）攝取廢水中存在的揮發(fā)性的脂肪酸（VFA) 并以磷酸鹽的形式釋放磷，以提高從廢水吸收磷酸鹽的未來潛力。
[0032] 對(duì)廢水進(jìn)行曝氣允許氨、R-NH3+和NH 4+硝化為亞硝酸根NO 2_，并且最終硝化為硝酸 根NCV。所述硝化微生物是專門的并且生長(zhǎng)緩慢。這樣，必須要有足夠的時(shí)間用于所述活性 污泥的好氧處理，以使該微生物的生長(zhǎng)能夠比排出沉淀池中的沉淀污泥去除速率更快。曝 氣還促進(jìn)了通過異養(yǎng)生物的COD和B0D消耗。
[0033] 在降解COD物質(zhì)時(shí)，如果得不到氧氣，許多COD去除微生物能夠利用N03_作為氧化 劑，并且將NCV轉(zhuǎn)化為游離的氮，N 2。
[0034] 磷的去除是一種用污泥中存在的專門的微生物，即生物除磷（bio-P)細(xì)菌而進(jìn)行 的兩級(jí)工藝。如果生物除磷細(xì)菌處于沒有氧氣和NCV的環(huán)境，所述生物除磷細(xì)菌會(huì)通過向 水相脫除在細(xì)胞中作為能源儲(chǔ)存在聚合的磷酸鹽化合物中的磷酸鹽，將VFA-C0D吸收和轉(zhuǎn) 化為有機(jī)聚合物，PHB。
[0035] 當(dāng)所述生物除磷細(xì)菌在下一步驟中被保持在好氧條件下時(shí)，該生物除磷細(xì)菌吸收 的磷將比被脫除的磷更多，這通常被稱作"過量攝取"過程。在該步驟中所述除磷細(xì)菌所利 用的HCOD比在第一釋放步驟中攝取的HCOD多4倍。
[0036] 生物除磷細(xì)菌在厭氧的和好氧的步驟中都依賴HCOD，并且在第一步中所述細(xì)菌被