專利名稱：多階段雙循環(huán)周期的污水處理工藝的制作方法
本申請(qǐng)為中國(guó)專利申請(qǐng)No.97196312.6(PCT/US97/12302)的分案申請(qǐng)。
本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.66/022,491(申請(qǐng)日1996年7月10日)的優(yōu)先權(quán)，這里將該臨時(shí)申請(qǐng)的全部引入本申請(qǐng)作參考。
本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及生物污水處理領(lǐng)域。具體地講，本發(fā)明涉及利用由順序化批處理反應(yīng)和連續(xù)流動(dòng)工藝組合來實(shí)現(xiàn)養(yǎng)份、有機(jī)物和固態(tài)物質(zhì)的去除的方法和設(shè)備。
本發(fā)明背景利用微生物，主要是利用包含在活化污水中的細(xì)菌，在除去養(yǎng)份的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水流中的有機(jī)污泥漿的分解。上述這種策略現(xiàn)在在污水處理領(lǐng)域很普遍。這些原始污水具有相對(duì)高的生物需氧量(BOD)，并且分解產(chǎn)物是典型的低分子量的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)如乙酸、丙酸或丁酸。上述成份在懸浮固態(tài)物中含量也高。氮以氨和有機(jī)物形式存在，而磷卻以無機(jī)磷酸根形式存在。
眾所周知，活化污泥漿中發(fā)現(xiàn)的天然微生物群落多種多樣，并代表著從嚴(yán)格的喜氧菌到兼性厭氧菌再到專性厭氧菌的菌譜。在適當(dāng)控制下，這些細(xì)菌種類中的每一種都能實(shí)現(xiàn)污水處理過程中的某些目的。
污水處理過程中，除了消除影響細(xì)微生態(tài)平衡的有機(jī)物之外，在此過程中除去養(yǎng)份如氮(包括有機(jī)氮、氨中氮和氧化態(tài)氮)以及磷酸根日益成為污水處理過程的一個(gè)目的。對(duì)不同種類的細(xì)菌的同化作用和異化作用的理解，導(dǎo)致了利用這些自然過程的各種污水處理方案。
有機(jī)化合物供給細(xì)菌生長(zhǎng)的食物。包含在污水中的簡(jiǎn)單的和復(fù)雜的有機(jī)物為細(xì)菌的生長(zhǎng)提供養(yǎng)料。在喜氧條件下，可發(fā)生三種類型的代謝(1)基質(zhì)氧化作用，其中有機(jī)化合物被轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?2)合成作用，其中有機(jī)化合物和養(yǎng)份被轉(zhuǎn)化為細(xì)胞質(zhì)；(3)內(nèi)在呼吸作用，其中細(xì)胞質(zhì)被轉(zhuǎn)化為二氧化碳、養(yǎng)份和水。以上這些作用描述在Metcalf和Eddy的《污水工程》(第三版，McGraw-Hill出版社，1991年)一書中。此外，也需要能量和可代謝的碳源來實(shí)現(xiàn)養(yǎng)份的利用。在厭氧條件下，有機(jī)化合物主要被兼性厭氧菌類進(jìn)一步分解為揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。要從污水中除去的兩種主要養(yǎng)份是無機(jī)磷酸根和含氮化合物。注入的污水中通常包含有機(jī)氮和以銨離子(NH4+)形式存在的氨。將有機(jī)氮水解和氨轉(zhuǎn)變成易于從溶液進(jìn)入大氣的氮?dú)?N2)需要兩個(gè)明顯不同的過程。在硝化過程中，氨首先借助亞硝化毛桿菌(Nitrosomonas spp.)和相關(guān)微生物的自養(yǎng)氧化作用轉(zhuǎn)變成亞硝酸根(NO2-)，隨后借助硝化毛桿菌的進(jìn)一步氧化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛岣?NO3-)。然后，經(jīng)一系列步驟，相對(duì)寬范圍內(nèi)的異養(yǎng)兼性細(xì)菌將硝酸根(NO3-)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂傻獨(dú)?N2)。多步驟的硝化作用和脫硝作用的基本過程可表述為下述反應(yīng)硝化作用(1)(亞硝化毛桿菌)(硝化毛桿菌) (2)脫硝作用(兼性微生物) (3)研究表明，步驟(1)是硝化作用的速率限制步驟；硝化毛桿菌作為電子接受者很快地將NO2-轉(zhuǎn)變成NO3-。同時(shí)，脫硝作用依賴于有機(jī)碳源的供給情況很明顯，除氮過程首先需要有一個(gè)好氧步驟，將氨氧化成亞硝酸根(NO2-)(硝化作用)；接著有一個(gè)缺氧步驟，由兼性微生物將亞硝酸根和硝酸根轉(zhuǎn)變成可排放到大氣中的自由氮?dú)?脫硝作用)。最好的也是最基本的生物水處理采用穩(wěn)定的充氣方法。存在兩種處理方法一是注入、反應(yīng)和排出；二是讓污水一般性地流過反應(yīng)區(qū)，隨后進(jìn)行沉淀分離。
在較新式的注入、反應(yīng)和排出處理工藝中，污水被引入到一個(gè)含有活化污泥漿的箱體中。交替地進(jìn)行厭氧/缺氧和好氧步驟以實(shí)現(xiàn)含碳有機(jī)物的氧化、硝化和脫硝作用。經(jīng)沉淀后，將凈化水排放掉。在多室系統(tǒng)中，將最初凈化過的水與活化污泥漿混合成混合液，該混合液再在連續(xù)流動(dòng)過程中通過多個(gè)有氧/缺氧處理室并在最后進(jìn)入第二個(gè)凈化器。沉淀出的部分污泥漿返回與污水混合形成混合液。充氣步驟幫助在上述有氧過程中產(chǎn)生菌群，并使氨硝化。隨后在缺氧池和第二個(gè)凈化器中缺氧條件的建立導(dǎo)致發(fā)生某種程度的脫硝作用。隨后，脫硝作用僅僅依賴于菌類的內(nèi)在呼吸作用。
現(xiàn)在污水處理系統(tǒng)在將揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)轉(zhuǎn)化為磷酸酯的同時(shí)，也尋求除去含磷物質(zhì)。在兩個(gè)步驟中發(fā)生除磷作用，借助一群富磷微生物菌(Bio-P)(主要是不動(dòng)桿菌(Acinetobacter spp.)和某些氣單胞菌(Aeromonas)作為中間媒體。這些細(xì)菌在經(jīng)過厭氧區(qū)的污水中出現(xiàn)時(shí)，利用聚磷酸酯形式的貯存能吸收食物養(yǎng)份(主要是揮化性脂肪酸VFA)，并將其以聚-β-羥基丁酸酯(PHB)形式存貯。在此過程中，微生物隨著聚磷酸酯的分解釋放能量而釋放磷酸根。該處理區(qū)必須是厭氧環(huán)境而不是缺氧環(huán)境，以便貧化會(huì)阻礙磷酸根釋放和細(xì)菌吸收VFA的硝酸根。偶爾，初始污水中含有會(huì)阻礙上述過程的氧化態(tài)氮物質(zhì)。
在除去磷酸根的第二個(gè)步驟中，包括正通過好氧區(qū)的污水中的好氧菌將PHB代謝并吸收磷酸根，同時(shí)伴隨菌群增加。由于富磷菌(Bio-P)吸收的磷酸根多于從前釋放出的磷酸根，這種差別被稱作貪婪吸收(luxury uptake)。在許多已有工藝中，加入從初始污水分解出來的揮化性脂肪酸(VFAs)以供給細(xì)菌生長(zhǎng)所需碳源，并且還加入低分子量的含碳化合物如乙酸或甲醇以提供脫硝過程中的有機(jī)碳源。由于細(xì)胞生長(zhǎng)消耗了吸收的有機(jī)碳源并伴隨有磷的攝取，細(xì)菌隨衰老細(xì)胞群的形成而開始內(nèi)在呼吸，所述的衰老細(xì)胞通常在第二凈化器里沉積出來。
已用這些種類微生物的代謝特征來構(gòu)建幾種用于提高污水處理效率的工藝。在基本的A/O系統(tǒng)(按順序組合厭氧和好氧區(qū)域的單一的污泥漿懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng))中，有兩個(gè)連續(xù)的箱體或池。注入的污水首先經(jīng)過一個(gè)厭氧菌消化步驟，其中有機(jī)物被分解成VFAs，并伴隨著磷的釋放和VFA的吸收；接著在另一箱體中進(jìn)行好氧處理步驟。流出的經(jīng)處理污水再在一個(gè)凈化器里進(jìn)一步凈化。從養(yǎng)份的角度而言，可以在第一個(gè)箱休中發(fā)生脫硝作用，在第二個(gè)箱體中使氨進(jìn)一步硝化并排出氮?dú)?。在此工藝中使污泥漿循環(huán)是重要的，這有以下兩點(diǎn)理由一是菌群是第一個(gè)箱體中混合液中微生物的來源；二是被循環(huán)的硝酸根被脫硝。在第一箱體的厭氧條件下釋放磷酸根，并在第二箱體的好氧條件下吸收磷酸根?；続/O類型工藝的例子公開在美國(guó)專利No.4,162,153(Spector)和No.4,522,722(Nicholas)中。
即使該系統(tǒng)存在一對(duì)厭氧和好氧過程，但它仍相對(duì)缺乏效率，因?yàn)榱黧w體積大且滯流時(shí)間長(zhǎng)。無機(jī)物、養(yǎng)份和有機(jī)物會(huì)跑到凈化器中，因?yàn)椴⒎撬玫娜芙馕镔|(zhì)都得到了恰當(dāng)?shù)姆峙?。另一個(gè)低效的原因是在厭氧箱體中的原料被含有氧化態(tài)氮的循環(huán)污泥漿和新注入污水穩(wěn)定地稀釋。
對(duì)基本A/O類型工藝存在許多改進(jìn)，通常分為線性和順序化(非線性)類型。A/O線性構(gòu)造的變化包括A2O工藝，該工藝包括單獨(dú)的厭氧、缺氧和好氧區(qū)，并有兩個(gè)循環(huán)回路。一個(gè)回路是從最終凈化器到厭氧區(qū)；另一個(gè)回器從好氧區(qū)出口到缺氧區(qū)。該A2O系統(tǒng)將厭氧和好氧區(qū)分為幾個(gè)池，并與Bardenpho工藝很類似。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它不包含由含有高濃度硝酸根的循環(huán)液組成其液體成份的厭氧區(qū)。高濃度硝酸根被返回到缺氧條件下以進(jìn)行脫硝作用。五階段的Bardenpho工藝在厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)構(gòu)成的A2O系統(tǒng)中增加了一個(gè)第二缺氧和好氧區(qū)，但仍保持A2O系統(tǒng)的循環(huán)回路。該系統(tǒng)在理論上增大了其處理能力的同時(shí)，也具有將降低養(yǎng)份/BOD的循環(huán)步驟和缺氧、好氧區(qū)循環(huán)復(fù)合在一起的優(yōu)點(diǎn)，所述缺氧、好氧區(qū)循環(huán)用來處理排出的流體量。
另一線性地構(gòu)造的污水處理系統(tǒng)公開在美國(guó)專利No.4,271,185(Chen)、美國(guó)專利No.4,488,967和美國(guó)專利No.4,650,585(Hong)中。在No.4,271,185中，該系統(tǒng)在沉積之后且在混合形成混合液之前設(shè)置了一個(gè)第二氧化室。美國(guó)專利No.4,488,967包括一些通過底部處理孔相連接的線性處理室。美國(guó)專利No.4,650,585(Hong)具有一系列的厭氧室和在處理系列中通過底部處理孔相互連接起來的有氧室，但所述的厭氧系列室通過頂部處理孔與好氧系列室相通，而好氧系列室再通過頂部孔與一凈化器溝通。在美國(guó)專利No.5,160,043(Kos)中公開了一個(gè)令人感興趣的變化，這里使來自富氧箱的被循環(huán)污泥漿在消耗箱中滯留以消耗硝酸根后返回到厭氧箱中。美國(guó)專利5,213,681(Kos)公開了另一個(gè)更復(fù)雜的線性類型的污水處理系統(tǒng)，其中一系列的包括消耗箱的厭氧/好氧處理循環(huán)回路依次相互連接在一起，該系統(tǒng)并具有凈化后到流入液注入管道的最終循環(huán)。
在交替式或順序化的反應(yīng)器系統(tǒng)中，在不同的時(shí)間可將混合液或處理污泥漿導(dǎo)入到不只一個(gè)目標(biāo)箱體中。這樣，一個(gè)給定的箱體在一個(gè)步驟中進(jìn)行一種處理過程，而在另一不同步驟中則執(zhí)行另一種處理過程。這樣通常可更有效地使用設(shè)備，因?yàn)槊總€(gè)箱體或處理室并不專用于某單一的處理步驟。這給設(shè)計(jì)處理污水方案提供了相當(dāng)大的靈活性，尤其是針對(duì)注入污水的成份來變更不同的步驟的處理時(shí)間。
美國(guó)專利No.3,977,965(Tholander)公開了一種早期的順序化的污水處理系統(tǒng)。其中注入的污水被引導(dǎo)到由帶閥門導(dǎo)管相互連接的兩水管之一中。進(jìn)入第一水管的水可按需要在好氧或厭氧條件下處理，再進(jìn)入也可進(jìn)行各種處理的第二水管，并隨后排放到大的凈化器中。在第二循環(huán)中，將注入的污水導(dǎo)入到第二水管，爾后進(jìn)入第一水管，再排放到相同的凈化器。當(dāng)注入的污水和混合液首先在厭氧箱體中被處理時(shí)，這些系統(tǒng)也稱作DE-Ditch工藝。在一種變化的形式中，不用凈化器，而作為一種選擇，可采用一種或其它的溝槽作為沉積容器，通過一可調(diào)節(jié)的導(dǎo)流口排放被凈化過的水。該工藝過程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在沒充氣的溝槽中產(chǎn)生了一個(gè)缺氧區(qū)，同時(shí)在此情況下通過加入含有可降解碳的注入污水提供了脫硝作用所需的碳源。
最后，美國(guó)專利No.5,228,996(Lansdell)公開了一種交替式處理系統(tǒng)，它具有三個(gè)系列的線性相互連接的處理室，用于污水連續(xù)流動(dòng)處理操作。其中三個(gè)系列處理的兩個(gè)系列在任何給定時(shí)間均在好氧條下運(yùn)行，而另一系列在缺氧條件下運(yùn)行。在每次處理循環(huán)中，不同的兩個(gè)系列處理室為好氧條件，而另一系列處理室用于沉積。該系統(tǒng)無單獨(dú)的凈化器，也沒有裝備污泥漿返回管道。這樣做之所以可能，是因?yàn)橥ㄟ^改變各系列處理中的條件，活化污泥漿交替處于缺氧的和好氧的條件下。這樣交替變化的環(huán)境條件在生物學(xué)上等價(jià)于返回循環(huán)，形成與較早處理階段相反的條件。
在Tholander專利的改型專利即美國(guó)專利No.5,137,636(Bandgaard)中，將交替式缺氧/好氧雙箱體處理策略與跟隨著凈化器的第二好氧處理室組合起來。凈化后的污泥漿返回到輸入管道。令人驚奇的是在本系統(tǒng)沒有明顯的厭氧區(qū)卻能有效地除去磷酸根。
本發(fā)明的簡(jiǎn)述現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)的目的在于能同時(shí)提高除去養(yǎng)份和生物需氧量(BOD)的效率和能力。影響效率的因素包括處理用箱體或其它接納容器的大小和構(gòu)造，工藝中步驟的多寡和時(shí)間，工藝調(diào)節(jié)的靈活性，以及固態(tài)物形成和在系統(tǒng)中分配的控制。本發(fā)明涉及一種工藝策略和有力地將這些影響效率的因素緊密結(jié)合的系統(tǒng)。
更具體而言，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可進(jìn)行工藝控制并且一致性的污水批處理工藝，在所述的批處理中不打斷污水流入處理系統(tǒng)以及處理過的流出污水。本發(fā)明的又一目的是防止混合液被在前面污泥漿循環(huán)回路中產(chǎn)生的部分硝化過的污水稀釋。本發(fā)明還有一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳在整個(gè)系統(tǒng)中的分配。最后，本發(fā)明的一個(gè)目的是在將水流排放掉前的最后階段的沉積步驟中，很快地產(chǎn)生一清澈的上清液，而且不使用單獨(dú)的凈化器。所有這些目的的滿足會(huì)明顯增加整個(gè)工藝的效率，這在下文中會(huì)很明顯。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案為一種工藝，其中，首先是將污水與經(jīng)相分離獲得的濃縮的循環(huán)污泥漿相在厭氧條件下混合；其次，在上將混合液與含有液相和固態(tài)活化污泥漿相的經(jīng)硝化懸浮液混合，來對(duì)溶液脫硝并把硝酸根轉(zhuǎn)化為自由氮?dú)庖约按x有機(jī)化合物；第三步采用相分離過程將活化污泥漿相從脫硝懸浮液中分離出來，用于循環(huán)。
使混合的脫硝污泥漿懸浮液溢流到一分離器中，隨著部分固態(tài)組份沉積成循環(huán)用濃縮的污泥漿相使得液相和固相得到一部分分離。由于濃縮固相污泥漿直接混合到混合液中，在污水中所含的VFAs只受到最少的稀釋，這會(huì)導(dǎo)致其中有機(jī)碳源和能量的早期貧化，這種貧化也在其它過程中發(fā)生。污泥漿循環(huán)的稀釋因子通常低于1Q，最好低于0.5Q，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)靜水壓頭該因子甚至可以是負(fù)值。這些混合液與基本上硝化了的懸浮液的混合在一個(gè)單獨(dú)的處理室中進(jìn)行，并進(jìn)行足夠的長(zhǎng)時(shí)間來使氧化態(tài)氮基本上得以脫硝。作為另一種選擇，混合液可進(jìn)行多于一次的脫硝或硝化步驟，這取決于污水中的氮含量。
脫硝作用源于有關(guān)菌類的內(nèi)呼吸。在分離室中，脫硝作用的速率隨固體濃度的增加而增加，這正是返回到厭氧室的污泥漿中其氧化態(tài)氮的含量極低的原因。
相分離室允許高濃度的活化污泥漿(大于1200mg/L固相)返回到厭氧室中導(dǎo)致下述結(jié)果
1.通過減少返回污泥漿的體積總量，消除了任何殘余氧化態(tài)氮(亞硝酸根和硝酸根)，或許還除去了在來自脫硝室的污泥漿中溶解的一些氧。
2.由于返回的濃縮的活化污泥漿通過位于相分離室底部的相對(duì)高濃度的污泥漿層，在污泥漿層中的濃縮的活化污泥漿(具有較高的活的微生物密度)中將發(fā)生較強(qiáng)的內(nèi)呼吸作用，這會(huì)消耗掉殘余的溶解氧和氧化態(tài)的氮。因而，在返回厭氧室的有限體積的污泥漿中，僅留有極少的含氧類物質(zhì)。
3.返回的總污水體積的降低消除了供給初始污水中的有機(jī)碳(尤其是VFAs)的被稀釋和沖洗掉，增加了VFA和其它有機(jī)碳的濃度。這導(dǎo)致促進(jìn)富P微生物(Bio-P)對(duì)含磷物質(zhì)的釋放、VFA的吸收以及PHB的存貯。
4.返回的總污水體積的降低也增加了實(shí)際污水和混合液在厭氧室中的滯留時(shí)間。滯留時(shí)間越長(zhǎng)導(dǎo)致更多非VFA物質(zhì)、生物降解緩慢的有機(jī)碳類物質(zhì)或化合物轉(zhuǎn)化為VFA，在厭氧室中增加了VFA的可獲得性，為富P微生物(Bio-P)提供更大的機(jī)會(huì)來釋放含磷物質(zhì)、吸收VFA和將VFA轉(zhuǎn)化為PHB。
5.稀釋因子的降低也促進(jìn)了厭氧室中活化污泥漿微生物濃度的增加，從而促進(jìn)含磷物質(zhì)的釋放、VFA的吸收以及向PHB的轉(zhuǎn)化。
在水處理系統(tǒng)中，進(jìn)入系統(tǒng)的注入水體積通常用“Q”表示其量。在連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中1Q進(jìn)入系統(tǒng)，則從系統(tǒng)中也必須是1Q的量流出。在處理系統(tǒng)中，會(huì)存在一些情況如流量被部分分流或流量集中。這樣在該處的流量會(huì)是Q的一部分或幾倍。在典型的現(xiàn)有循環(huán)回路中，回路流量Q為1或幾倍。如果是1，則輸入Q總流量為2，并且液相在該工藝步驟滯留時(shí)間為1/2。
在本發(fā)明的分離器和分離步驟中，循環(huán)污泥漿流被轉(zhuǎn)移，結(jié)果重要的固態(tài)組份低于1Q而經(jīng)過另一步驟(好氧條件)的上清液大于Q。這樣在本發(fā)明中，循環(huán)污泥漿與污水在好氧條件下混合形成的混合液含有相同數(shù)量的固相即1Q，而且該污泥漿包含在低于1Q的體積中，因此增加了液壓滯留時(shí)間并降低了VFAs的稀釋，從而使之有效地循環(huán)到厭氧步驟。通常任何循環(huán)污泥漿等價(jià)于1Q流量卻存在于低于1Q的體積中會(huì)提高效率，但在本發(fā)明實(shí)際運(yùn)用中優(yōu)選循環(huán)體積低于0.5Q或0.25Q。注意，通過恰當(dāng)調(diào)節(jié)厭氧室中的靜水壓頭，Q可為負(fù)值。這樣即使仍存在凈返回固相也可發(fā)生負(fù)流量。
在本發(fā)明另一方面上，無機(jī)磷酸根形式的磷在厭氧條件下借助Bio-P微生物(主要是不動(dòng)桿菌)被釋放到溶液中。然后在缺氧條件下對(duì)混合液進(jìn)行進(jìn)一步的處理以進(jìn)行脫硝作用。這樣生物去除氮和磷的工藝涉及在厭氧條件下將含有固相活化污泥漿成份和液相成份的返回污泥漿同混合液混合形成摻合物。
在第二個(gè)步驟中，混合液在缺氧條件下脫硝。然后脫硝后的且富含無機(jī)磷酸根的液體在有新鮮混合液的情況下通過貪婪吸收磷酸根來去除磷酸根。在許多Bio-P BNK系統(tǒng)中加入易生物降解的有機(jī)物來供給有機(jī)碳和能量，這些有機(jī)碳和能量促進(jìn)微生物攝入磷酸根并增加微生物的數(shù)量，它還促進(jìn)缺氧區(qū)脫硝作用的進(jìn)行。本申請(qǐng)者發(fā)現(xiàn)將含有有機(jī)碳的混合液轉(zhuǎn)入工藝中任何需要多余有機(jī)碳和能量來用于脫硝的地方，避免了對(duì)昂貴的外源碳/能量以及多余的循環(huán)回路的需求。
充氣后，使菌群通過一在靜止容器里的污泥漿過濾層或過濾區(qū)，所述的污泥漿已在所述的過濾層或過濾區(qū)沉淀下來。污泥漿混合物經(jīng)過污泥漿過濾層的過濾使得其進(jìn)一步脫硝，但無明顯的磷酸根釋放。然后可將所述混合物的液體成份排放出口從系統(tǒng)排出。
申請(qǐng)者發(fā)現(xiàn)具有前述發(fā)明步驟的高效污水處理系統(tǒng)涉及多階段工藝，其中在兩個(gè)或多個(gè)順序化的處理室間的工藝步驟的循環(huán)導(dǎo)致殘余菌群重復(fù)出現(xiàn)在相繼交替的富氧和缺氧處理?xiàng)l件下。在這些階段的一些中使用改進(jìn)的批處理方法能確保在處理步驟中的均勻性，以及微生物群的均勻分布和懸浮固態(tài)物質(zhì)的均勻分布。一種改進(jìn)的順序化的批處理反應(yīng)器包括第一循環(huán)，該批處理反應(yīng)器用于去除有機(jī)物和養(yǎng)份并同時(shí)保持在雙循環(huán)過程中連續(xù)的注入污水流到分離器混合室中以及從交替式順序化處理室中流出連續(xù)的凈化的水。這里在第一循環(huán)的第一階段中，連續(xù)注入的污水和濃縮的污泥漿在缺氧條件下混合形成混合液。部分混合液進(jìn)入第一順序化處理室，在此它們與包含固態(tài)污泥漿成分和液相成分的硝化懸浮液混合而形成摻合物。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楸静襟E將混合液中的有機(jī)碳源和進(jìn)行高速率內(nèi)在呼吸的菌群組合起來，從而為脫硝作用提供大量的能量貯備。
混合液的另一部分同時(shí)在連續(xù)混合和充氣條件下被轉(zhuǎn)移到充氣室。上述說明列出了在五處理室系統(tǒng)中進(jìn)行污水處理的基本工藝步驟。
順序化的批處理反應(yīng)器系統(tǒng)具有下述優(yōu)點(diǎn)即同一處理室用于不同的步驟，并為獲得批處理的一致性而用于臨時(shí)分離的工藝步驟?？墒牵谡麄€(gè)系統(tǒng)中，整個(gè)工藝可以重復(fù)；這里每個(gè)步驟可指定一個(gè)專用的處理室。這樣即可產(chǎn)生一個(gè)表現(xiàn)出這里給出的本發(fā)明方面的系統(tǒng)，并代表本發(fā)明的另一實(shí)施方案。
這樣本發(fā)明工藝可根據(jù)進(jìn)行特定處理目的所要求的循環(huán)而改變。在基本的脫硝過程中，由注入的污水和來自分離器的脫硝污泥漿在厭氧條件下形成混合液?；旌弦涸倥c硝化過的污泥漿在缺氧條件下混合成摻合物，來獲得大體上但不徹底的脫硝。在分離器中，分離具有能通過沉積而分離為上清液和濃縮污泥漿部分的含懸浮固態(tài)物的摻合物。將沉淀物與初始污水合并以促進(jìn)新一輪的缺氧條件下的脫硝作用，從而繼續(xù)循環(huán)。并且在分離室中隨沉淀的發(fā)生污泥漿達(dá)到某種程度的密實(shí)，并進(jìn)一步發(fā)生脫硝作用，這是厭氧室中存在極低濃度的氧化態(tài)氮的原因。
在厭氧條件下形成混合液時(shí)，Bio-P細(xì)菌釋放磷酸根并吸收揮化性脂肪酸。在脫硝的缺氧條件下，這些磷酸根釋放停止，并在隨后的好氧步驟中發(fā)生貪婪吸收磷和進(jìn)一步代謝VFAs。在打開的順序化處理室或最終凈化室底部的污泥漿過濾層過濾后，凈化水被排放掉，處理過的污水由處理室的底部進(jìn)入所述的凈化器中。工藝的其它變更包括在缺氧條件下將摻合混合液和硝化過的污水進(jìn)行第二次混合或第二次充氣，這依賴于污水的組份?？墒牵诟鲗?shí)施例中，活化的硝化污泥漿沉淀物在厭氧條件下循環(huán)返回到混合液中。
本發(fā)附圖的簡(jiǎn)要描述本發(fā)明的附圖包括

圖1是分離室的垂直截面圖；圖2是典型的四箱體順序化批處理反應(yīng)器中處理室布置構(gòu)造的平面圖；圖3是垂直截面圖，表示圖2公開系統(tǒng)的充氣室的位置；圖4a-c是在混合液室和有氧室之間布置著缺氧室的系統(tǒng)的構(gòu)造的平面圖；圖5a-c是順序化批處理反應(yīng)器系統(tǒng)的另一實(shí)施方案，這里包括一個(gè)第二次充氣步驟。在圖4和圖5中，框圖“a”表示系統(tǒng)的空間構(gòu)造；框圖“b”描述工藝步驟，并且若每個(gè)步驟有特定的處理室，則也表示工藝流程圖；框圖“c”表示相應(yīng)于分離器的室構(gòu)造。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述按本發(fā)明的一個(gè)方面，通過保持嚴(yán)格的厭氧條件、高濃度的VFA以及供給含大量微生物的濃縮的活化污泥漿和混合液懸浮固體，來促進(jìn)由不動(dòng)桿菌類和相關(guān)細(xì)菌導(dǎo)致的無機(jī)磷酸根的釋放和VFA的攝入/利用。濃縮污泥漿懸浮固相的濃度典型情況下為大于2000mg/L，最好在至少1200mg/L到2500mg/L的范圍內(nèi)。在多數(shù)現(xiàn)有污水循環(huán)系統(tǒng)中，只是簡(jiǎn)單地將濃縮污泥漿通過管道由泵泵入不同的處理室中。有機(jī)物在目標(biāo)處理室中稀釋了在該室中的懸浮液。在本發(fā)明中，相分離器允許借助重力作用使脫硝污泥漿沉積而濃度變高，再直接與注入的污水在厭氧條件下合并起來，而不用泵來轉(zhuǎn)移它以稀釋混合液。
參照?qǐng)D1，這是一個(gè)縱向截面圖，分離器包括通常由垂直分隔壁13分隔開的厭氧反應(yīng)器1和分離室4。分離室4由兩個(gè)側(cè)壁(未示出)和與厭氧反應(yīng)器1底壁12交叉的傾斜壁11圍成。垂直分隔壁13僅向分離室底部伸展一部分從而構(gòu)成一個(gè)溝通孔15，通過孔15污泥漿沉淀進(jìn)入?yún)捬跏?(如箭頭所示)。圖1也描述了注入污水的輸入管6，混合裝置9a，和用于除去混合液的可選擇管道23，其中注入污水經(jīng)管6進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)室。
在缺氧條件下處理過的污水或在脫硝前或在脫硝后進(jìn)入分離室4的頂部。上清液在排放口或水孔10排出來，并且污泥漿沉淀沉積在分離室4的底部。通過傾斜壁實(shí)現(xiàn)污泥漿的進(jìn)一步濃縮，這里通過重力使沉淀逐漸減小其體積。在厭氧反應(yīng)室1中通過攪拌作用使沉積污泥漿重新懸浮起來。這樣避免了返回污泥漿高循環(huán)速率引起的稀釋。這種雙室分離器比現(xiàn)有循環(huán)方式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
在本分離器中，循環(huán)污泥漿僅很少地稀釋混合液。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榘谘h(huán)污泥漿中的富P細(xì)菌(Bio-P)在厭氧反應(yīng)室里吸收VFAs并釋放無機(jī)磷酸根。揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)是細(xì)菌有機(jī)碳和能量的源泉，在高濃度VFA條件下，本處理過程更有效地進(jìn)行。通過減少對(duì)混合液的稀釋，在隨后的脫硝過程中混合液也作為有機(jī)碳和能量來源，從而避免了對(duì)外源碳和能量的要求。這避免了現(xiàn)有的系統(tǒng)中所需要的返回初始污泥漿發(fā)酵槽的需求，該多余的過程不但包括使初步污水發(fā)酵，還包括污水稠化步驟。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過分離器底部的高濃度細(xì)菌的內(nèi)在呼吸而導(dǎo)致的脫硝作用，使得污水沉淀中氧化態(tài)氮的濃度很低，結(jié)果僅有很低的氧化態(tài)氮總量進(jìn)入?yún)捬跏?；從而污泥漿循環(huán)不會(huì)擾動(dòng)厭氧反應(yīng)室中的厭氧條件。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于由于混合液稀釋程度低而使在厭氧反應(yīng)室中流過的懸浮液總體積在任何給定流動(dòng)速率下都較小，從而流體滯留時(shí)間(HRT)增加。這意味著注入污水中有機(jī)物比現(xiàn)有工藝更好地轉(zhuǎn)化為易揮化性脂肪酸VFAs，并有更多的PHB存貯在Bio-P細(xì)菌中。由增加HRT而實(shí)現(xiàn)較高的VFAs轉(zhuǎn)化程度和較多的磷釋放。
如前所述，很明顯這里公開的分離器實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，即有效地避免了已有工藝中的注入污水和混合液的明顯地稀釋，并且不耗費(fèi)能量，分離行為由重力作用實(shí)現(xiàn)，而濃縮污泥漿混合借助攪拌作用在厭氧反應(yīng)室中進(jìn)行。這里公開的分離器裝置按它這種構(gòu)造相當(dāng)有效，沒有必需的泵送或其它傳送裝置來轉(zhuǎn)移給定體積液體中的固態(tài)物質(zhì)返回厭氧室中。然而，實(shí)際上在本發(fā)明方法的不同實(shí)施方案，可在污泥漿返回和厭氧室之間布置一重力凈化裝置來完成相同功能，但效率不同。因而傾向于使用任何已有技術(shù)的設(shè)備用來傳送污泥漿沉淀到混合液容器中，但在循環(huán)回路中稀釋因子應(yīng)低于1Q，并且最好稀釋因子低于0.5Q。
連通分離器/厭氧反應(yīng)室的兩室結(jié)構(gòu)可按幾種方式構(gòu)造。各處理室的幾何形狀和體積主要由預(yù)期的污水的容量和流速?zèng)Q定。其基本要求是①厭氧反應(yīng)器處理室是一個(gè)混合室，在其中進(jìn)行連續(xù)攪拌以至足以使沉積在分離室下部的密實(shí)沉積污泥漿重新懸浮起來；②分離室的壁通常向下傾斜，使沉積污泥漿受到壓縮；③在分離室底部和鄰近的混合室下部有一連通孔，用來接納進(jìn)入?yún)捬跆幚硎业奈勰酀{。向下傾斜的壁可以是三側(cè)面壁，或者甚至是圓形的?？椎拇笮】烧{(diào)節(jié)，用于適應(yīng)循環(huán)回收的污泥漿量。
在所有本發(fā)明的工藝變化中，混合液均與高度硝化的污水混合在一起，再在缺氧條件下處理而實(shí)現(xiàn)脫硝。在圖2所示的第一實(shí)施方案中，在污泥漿循環(huán)和分離前，混合液和硝化懸浮液混合。在圖4a所示的第二實(shí)施方案中，在相分離和污泥漿循環(huán)之后，發(fā)生脫硝作用。第一實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是保持基本所有在分離室4中的懸浮液處于缺氧條件下，從而減少任何氧化態(tài)氮存在而阻礙在厭氧反應(yīng)室中磷酸根釋放的可能性。第二實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于通過允許同時(shí)除磷和脫硝(將在下文變得顯而易見)而使工藝循環(huán)簡(jiǎn)單化。
脫硝處理步驟后緊隨好氧處理步驟，這里通過一充氣裝置供給氧氣同時(shí)使懸浮液得到有效地混合。充氣裝置是任何已有的設(shè)計(jì)，但強(qiáng)烈建議使用按照已知工程原理的裝置大小，這樣不會(huì)耗費(fèi)多余能量。硝化過程導(dǎo)致有機(jī)態(tài)和氨態(tài)的氮轉(zhuǎn)變成硝酸根。在充(摻)氣過程中發(fā)生無機(jī)磷酸根的貪婪吸收，同時(shí)伴隨存貯在Bio-P微生物中的PHB發(fā)生好氧代謝。有效地利用氧氣對(duì)估算容器是重要的。例如充氣污水不能循環(huán)到缺氧區(qū)，因?yàn)橹匦陆捬鯒l件在能量方面是昂貴的，并與去除養(yǎng)份的策略相矛盾。經(jīng)過一定時(shí)間靜態(tài)沉積后，可從系統(tǒng)中排放掉凈化水。申請(qǐng)者發(fā)現(xiàn)含有注入污水有機(jī)碳的混合液是優(yōu)秀的脫硝作用所需的有機(jī)碳和能量來源(如圖5a-c所示)。部分混合液被分流到缺氧室消除了對(duì)外源有機(jī)碳源的需要。通過循環(huán)混合液時(shí)最少地對(duì)其稀釋，加強(qiáng)了混合液為此目的的應(yīng)用。
圖2是體現(xiàn)本發(fā)明原理的污水處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。本系統(tǒng)包括被隔成多個(gè)不同處理室的水槽。這些處理室為注入污水厭氧反應(yīng)室1，第一順序化處理室2，第二順序化處理室3，分離室4和充(摻)氣室5。生物污水處理工藝包括兩(2)個(gè)依次相連的循環(huán)周期，每個(gè)周期大體上包括五(5)個(gè)連續(xù)階段，總計(jì)十(10)個(gè)階段。本處理系統(tǒng)和工藝容納連續(xù)注入的未處理的或初始污水，同時(shí)連續(xù)排出流出的水。
在污水處理工藝的第一循環(huán)周期的第一階段，初始注入污水連續(xù)通過注入裝置6進(jìn)入注入污水的厭氧反應(yīng)室1。在這里，注入的污水利用混合裝置9a在連續(xù)攪拌下與來自相鄰分離室4的活化污泥漿混合而在大體厭氧的條件下產(chǎn)生混合液?；旌涎b置9a用于混合注入污水的厭氧反應(yīng)室1中的組份，并且兩個(gè)順序化處理室2、3和充氣室5中的混合裝置9b-e也示意地表示在圖中，但混合裝置9b-e可由任何已有技術(shù)的已有裝置之一或它們的組合構(gòu)成。
在分離室4中的沉積污泥漿沿向下傾斜的壁11向下進(jìn)入注入污水的厭氧反應(yīng)室1的下部。在污泥漿沿向下傾斜的壁11向下進(jìn)入注入污水的厭氧反應(yīng)室1下部被混合而形成混合液的同時(shí)，大體上凈化的上清液從分離室4的上部通過可控制的傳送裝置16進(jìn)入充氣室5中。通過使沉積的活化污泥漿進(jìn)入注入污水的厭氧反應(yīng)室1中和使上清液進(jìn)入充氣室5中，分離室4用作系統(tǒng)內(nèi)部的相分離室。在雙循環(huán)周期污水處理工藝的全部十個(gè)階段，充氣室5內(nèi)的組份連續(xù)混合并充氣。
與混合裝置9a-e類似，充氣裝置18a-d用于向充氣室5中的內(nèi)含物里摻入氣。兩個(gè)順序化處理室2、3中的充氣裝置示意地表示在圖中。但充氣裝置18a-d可以使用現(xiàn)有技術(shù)的已有充氣裝置的任何一種或它們的組合來構(gòu)成。同時(shí)，混合液經(jīng)由可控制的循環(huán)裝置19從注入污水的厭氧反應(yīng)室1循環(huán)回收到第一順序化處理室2。第一順序化處理室2中的內(nèi)含物包括來自上次循環(huán)的高度硝化的活化污泥漿懸浮液和來自厭氧室1的混合液，在此將它們混合起來但不充氣。在這些條件下，隨氮?dú)庑纬啥l(fā)生脫硝作用。
處理室2的一部分內(nèi)含物經(jīng)過位于第一順序化處理室2和分離室4之間的可控制傳送裝置21進(jìn)入分離室4中?；旌弦阂仓苯訌淖⑷胛鬯膮捬醴磻?yīng)室1并經(jīng)過可控制傳送裝置23進(jìn)入充氣室5中。這在所有十個(gè)處理階段中都發(fā)生。混合液中的高濃度VFA可以在充氣過程中實(shí)現(xiàn)吸收代謝。若在兩個(gè)循環(huán)周期的所有階段均發(fā)生混合液轉(zhuǎn)移，它必定在低于或等于混合液從注入污水的厭氧反應(yīng)室1循環(huán)到順序化處理室2、3之一的流速的流速下發(fā)生。來自充氣室5的充氣混合液經(jīng)由位于充氣室5和第二順序化處理室3之間的可控制的傳送裝置24進(jìn)入第二順序化處理室3中。第二順序化處理室是第一循環(huán)周期中所有五個(gè)階段中的沉淀區(qū)，大體上凈化了的液體經(jīng)位于第二順序化處理室3末端的排放裝置26被排放到處理系統(tǒng)之外。
第一循環(huán)周期的第二階段，大體上與第一階段相同，只有下述兩個(gè)例外(1)混合液經(jīng)由循環(huán)裝置19從注入污水的厭氧反應(yīng)室1到第一順序化處理室2的循環(huán)流動(dòng)停止；(2)為實(shí)現(xiàn)缺氧條件下的混合，充氣的混合液從充氣室5經(jīng)由可控制的循環(huán)裝置19進(jìn)入第一順序化處理室2中。正如第一循環(huán)周期的第一階段那樣，未處理的污水繼續(xù)進(jìn)入注入污水的厭氧反應(yīng)室1中，在這里未處理污水借助混合裝置9a與來自分離室4的活化污泥漿混合起來，在大體上厭氧條件下形成混合液。經(jīng)由位于分離室4和充氣室5之間的傳送裝置16從分離室4到充氣室5的上清液的流動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行。混合液也可以經(jīng)過連通注入污水厭氧反應(yīng)處理室1和充氣室5的可控制傳送裝置23直接從注入污水反應(yīng)室1進(jìn)入充氣室5中。充氣室5中的充氣混合液，經(jīng)由位于充氣室5和第二順序化處理室3之間的可控制傳送裝置24繼續(xù)進(jìn)入第二順序化處理室3。第二順序化處理室3繼續(xù)作為沉淀區(qū)，并且大體上凈化的液體經(jīng)過位于第二順序化處理室3端部的流出液排放裝置26排放到處理系統(tǒng)外。
第一循環(huán)周期的第三階段，與前面幾個(gè)階段在下面三個(gè)方面不同(1)混合液，經(jīng)由位于分離室4和第一順序化處理室2之間的可控制傳送裝置21，從第一順序化處理室3到分離室4的流動(dòng)停止；(2)用于對(duì)第一順序化處理室2中的內(nèi)含物摻氣的充氣裝置18a繼續(xù)在整個(gè)階段進(jìn)行充氣操作，以對(duì)混合液摻氣；(3)充氣的混合液經(jīng)可控制循環(huán)裝置19從第一順序化處理室2循環(huán)返回到充氣室5。充氣混合液經(jīng)可控制傳送裝置28流入第一順序化處理室2中，在這里進(jìn)行進(jìn)一步的充氣和混合。充氣混合液繼續(xù)經(jīng)由位于充氣室5和第二順序化處理室3之間的可控制傳送裝置24而繼續(xù)從充氣室5進(jìn)入第二順序化處理室3。第二順序化處理室繼續(xù)作為沉淀區(qū)，并且大體上凈化的液體經(jīng)由位于第二順序化處理室3端部的流出液排放裝置26排放到處理系統(tǒng)之外。
第一處理循環(huán)周期的第四階段在兩個(gè)方面不同于緊鄰的前述第三階段，即(1)充氣混合液從第一順序化處理室2并經(jīng)由循環(huán)裝置19到充氣室5的循環(huán)流動(dòng)停止；(2)充氣混合液經(jīng)由位于充氣室5和第一順序化處理室2之間的可控制傳送裝置28并且從充氣室5到第一順序化處理室2的流動(dòng)停止。
第一處理循環(huán)周期的第五階段與前述第四階段僅在一個(gè)方面不同用于對(duì)第一順序化處理室2中內(nèi)含物充氣和混合的充氣裝置18a和混合裝置9b停止工作。這使得在第一順序化處理室2中固態(tài)物質(zhì)得以沉淀，從而為大體凈化的液體在整個(gè)第二處理循環(huán)周期的第一到五階段的過程中從處理室2排放出來做準(zhǔn)備。在沉淀過程中固態(tài)物質(zhì)的濃縮促進(jìn)進(jìn)入液體的過濾作用，并允許通過內(nèi)在呼吸作用完成脫硝。
從第一和第二順序化處理室2、3的功能角度而言，第二處理循環(huán)周期是第一處理循環(huán)周期的“鏡像”。在每個(gè)處理循環(huán)周期里，它們的功能也發(fā)生“循環(huán)”或“順序化”。在第一處理循環(huán)周期的第一到五階段的全過程中，第二順序化處理室3作為沉淀區(qū)在這里接收從充氣室5且經(jīng)由位于處理室3、充氣室5之間的可控制傳送裝置24轉(zhuǎn)送來的充氣混合液，并且將大體上凈化了的液體經(jīng)排放裝置26排出處理系統(tǒng)之外。在第一處理循環(huán)周期的第一到四階段，第一順序化處理室2作為真正的“處理”室，在這里發(fā)生混合或者混合加充氣。在第二處理循環(huán)開始時(shí)，兩(2)個(gè)順序化處理室2、3轉(zhuǎn)換角色第二順序化處理室3成為真正的“處理”室，并且第一順序化處理室2成為沉淀區(qū)。
下面總結(jié)了發(fā)生在上述各五階段循環(huán)周期中的明顯的生物過程參量。
階段1懸浮固態(tài)物質(zhì)再分配；缺氧條件下與加入的促進(jìn)脫硝的含有機(jī)碳的初始污水混合從而進(jìn)行脫硝作用。
階段2懸浮固態(tài)物質(zhì)再分配；隨有機(jī)碳的消耗和微生物的內(nèi)在呼吸發(fā)生而繼續(xù)脫硝。
階段3懸浮固態(tài)物質(zhì)再分配；進(jìn)行消除殘余有機(jī)碳的充氣操作；使懸浮固態(tài)物質(zhì)穩(wěn)定化并去除已形成的氮?dú)狻?br> 階段4繼續(xù)進(jìn)行充氣，但不在處理室2或3同充氣室5之間分配懸浮固態(tài)物質(zhì)。
階段5進(jìn)行絮凝沉淀和沉積，產(chǎn)生下一循環(huán)最終過濾用的污泥漿過濾層。
圖3是描述在圖1的分離器的縱向垂直截面，此外表明了按照?qǐng)D2所列構(gòu)造的充氣室5與分離器的沉淀室4的關(guān)系。在本實(shí)施方案中，沉淀室4中的上清液經(jīng)裝置10直接進(jìn)入充氣室5。上清液的來源是來自缺氧室的部分凈化的且脫硝的污水。該圖也描述了混合裝置9b和充氣裝置18c。圖3也表示了混合液從處理室1經(jīng)傳送裝置23到充氣室5的傳送。
在另一實(shí)施方案中，通過取消到處理室2或3側(cè)的循環(huán)而簡(jiǎn)化工藝。參照?qǐng)D4a，在第一階段，混合液進(jìn)入位于分離器和有氧室5(描述在圖2)之間的缺氧室6。箭頭表示在各處理室中的流體流動(dòng)方向。這樣，在第一階段，在處理室1內(nèi)厭氧條件下形成的混合液在流入有氧室5之前先在指定的缺氧室6內(nèi)進(jìn)行脫硝。一部分充氣懸浮液通過第一順序化處理室2，同時(shí)同樣體積的第二部分懸浮液通過順序化處理室3中的污泥漿過濾層，這里處理室3作為凈化箱。在此方案中，分離器發(fā)揮功能，從硝化和部分脫硝的懸浮液中收集濃縮的污泥漿。由于氧化態(tài)氮是可溶的，故它在上清液中而進(jìn)入缺氧室，而沉淀物中的硝酸根濃度足夠低，不會(huì)干擾處理室1中的厭氧過程。從室5到室6如虛箭頭所表明的循環(huán)路線，將較多的氧化態(tài)氮帶到缺氧室來促進(jìn)脫硝作用。
后一個(gè)實(shí)施方案采用六個(gè)而不是五個(gè)處理室。其優(yōu)點(diǎn)是消除了污水到側(cè)面處理室的泵送循環(huán)，相當(dāng)于消除了伴隨的在三個(gè)步驟Q循環(huán)量從1增加到2的問題。圖4b是圖4a實(shí)施方案所示系統(tǒng)中流體流向的圖示。圖4b是圖4a的工藝構(gòu)成。圖4a和4c表示進(jìn)行該處理工藝的各室的實(shí)際排布。An、Ax和Ae分別是厭氧(anaerobic)、缺氧(anoxic)和好氧(aerobic)條件的標(biāo)準(zhǔn)縮寫。帶有標(biāo)號(hào)的處理室或步驟使工藝步驟同圖2和圖4裝置的處理室的相應(yīng)標(biāo)記數(shù)字一致。
兩實(shí)施方案的對(duì)比表明了許多共同因素，但也有一些差別。在兩個(gè)系統(tǒng)中，濃縮污泥漿與注入污水及混合液混合形成進(jìn)一步混合液，其中復(fù)合污泥漿的稀釋因子極小，并在污泥漿中懸浮固體濃度大于1500mg/L。也存在一供給步驟，將作為有機(jī)碳源的混合液送到工藝中各處，否則在這些地方釋放磷或脫硝時(shí)會(huì)需要外來的能量。
兩種工藝的差別是，在六處理室系統(tǒng)中脫硝主要發(fā)生在單獨(dú)的缺氧室中；而在五處理室系統(tǒng)中，僅在順序化處理室內(nèi)發(fā)生。在厭氧處理階段，分離器在五處理室系統(tǒng)中的操作與在六處理室系統(tǒng)中的操作可以一樣有效，這可能是因?yàn)槌錃獠僮髦挟a(chǎn)生的硝酸根存在于要排放到缺氧室6中的上清液相中。
在圖5a所示的又一實(shí)施方案中，將缺氧室6和第二級(jí)充氣室7布置在主充氣室5和順序化處理室2、3之間。這種變更對(duì)于注入污水中有機(jī)氮和氨態(tài)氮的濃度超出乎常地高的情況下是很有效的，因?yàn)樵撓到y(tǒng)提供了兩個(gè)相繼的脫硝步驟。本系統(tǒng)的重要特征是混合液分流。混合液在進(jìn)入主缺氧室6之前，和從分離器排出的上清液混合，其量與圖2中加到順序化處理室2中的混合液的量相等。由于有效地脫硝需要有機(jī)碳，使厭氧處理室里含有高濃度有機(jī)含碳物質(zhì)的混合液的一部分分流進(jìn)入缺氧室6中。
工藝步驟的精確數(shù)目和時(shí)間主要由注入污水的成份確定。在典型的五處理室系統(tǒng)的循環(huán)周期中，給缺氧室和充氣室供給混合液10～15分鐘，接著進(jìn)行導(dǎo)致脫硝的在缺氧條件下的混合作用。該步驟運(yùn)行50～70分鐘，通常是最長(zhǎng)的工藝步驟。在處理室里充氣的總時(shí)間僅為15～20分鐘，還包括在充氣室里在連續(xù)充氣條件下將其中污水與側(cè)面處理室的污水混合的混合階段時(shí)間。這允許十分有效地利用氧，允許由于較少菌群的低內(nèi)在呼吸作用導(dǎo)致的低需氧量，并允許處理室為沉淀和凈化處理作好準(zhǔn)備。預(yù)沉淀階段持續(xù)30到40分鐘，并導(dǎo)致有效凈化輸入的懸浮固體的污泥漿過濾層的形成。
在本處理系統(tǒng)中，平均固體含量約2000-2800mg/L。沉淀后處理室內(nèi)，固態(tài)物質(zhì)常達(dá)到4000～5000mg/L。在已有的厭氧處理室(如UCT工藝)中，由于稀釋作用，該室中固體的濃度僅為其它處理室中固體濃度的50％。在本發(fā)明中保持厭氧處理室中的固體含量高于其它處理室。對(duì)于這種獨(dú)特的混合液，厭氧處理室中VFAs的濃度范圍為80-150mg/L，幾乎是普通污水的其它除磷方法中的兩倍。這通過小于10％(體積比)稀釋的固相分離過程來實(shí)現(xiàn)。這樣，能在關(guān)鍵處理過程中如缺氧脫硝和Bio-P菌在好氧條件下對(duì)磷進(jìn)行貪婪吸收為微生物提供食物源的營(yíng)養(yǎng)混合液，具有固體含量800～1500mg/L和VFA含量80-150mg/L。通過改變工藝循環(huán)和調(diào)節(jié)各反應(yīng)室中的流量，懸浮固體含量可以改變，但保持缺氧室中的混合液含有如此高濃度的有機(jī)碳，使得可將原始污水作為有機(jī)碳源，而不用外加其它化學(xué)物質(zhì)如甲醇等。
而順序化批處理反應(yīng)器系統(tǒng)具有節(jié)約空間和批處理步驟一致的優(yōu)點(diǎn)，按照一種流動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明工藝的所有重要步驟是可能的。這意味著可利用順序化處理室取代多個(gè)連續(xù)工藝步驟，這里提供的幾個(gè)專用的處理室而等價(jià)于幾個(gè)處理工藝步驟，這樣在任何步驟都沒有批處理。流動(dòng)模式的操作表示在相應(yīng)于各個(gè)工藝步驟的圖4b和5b中，由于每個(gè)步驟有專用的處理室，因而沒有以批處理模式進(jìn)行的步驟。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將從下面的實(shí)施例中很顯然地看出來。
實(shí)施例用圖2所示的包括多個(gè)處理室的設(shè)備作為改進(jìn)的順序化批處理反應(yīng)器(MSBR)，進(jìn)行四處理室系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為6.5英尺寬，14英尺長(zhǎng)和7英尺高，平均工作容量為1200加侖。調(diào)節(jié)流量以使每天可處理1200加侖。本系統(tǒng)處理伊利諾斯州的Rockton市的市政污水處理廠的初始污水。
下述縮寫適用于表示結(jié)果的數(shù)據(jù)表。
COD＝化學(xué)需氧量BOD5＝生物需氧量(5天)TSS＝總懸浮固體TKN＝總克式氮含量NH4-N＝銨態(tài)氮NO3-N＝硝酸根態(tài)氮NO2-N＝亞酸根態(tài)氮TIN＝總氮含量TP＝總磷含量VSS＝揮發(fā)性懸浮固體Ortho P＝磷酸根(PO4-3)MLSS＝混合液懸浮固體由于污水中氮含量高，該系統(tǒng)要求24小時(shí)的流體滯留時(shí)間。
該MSBR試驗(yàn)裝置包括下述通用組件充氣系統(tǒng)，控制器，混合器，泵，箱體和閥門。所有控制器、混合器、電機(jī)和閥門設(shè)計(jì)為具開/關(guān)功能和加長(zhǎng)的操作壽命。
幾乎所有的已知生物除磷工藝(如Bardenpho，A/O和UCT)均具有1Q(初始污水的平均日流速)或更高的厭氧循環(huán)流量。不含容易降解有機(jī)碳源(RBCOD)的循環(huán)流體在厭氧室中稀釋含碳有機(jī)物濃度和VFA的濃度。1Q循環(huán)流量意味著在厭氧室中供給的VFA和RBCOD降低了一半。利用相分離器，到厭氧室的循環(huán)流體其Q值降低到0.2Q到0.3Q。這意味著VFA僅被循環(huán)流體稀釋15-20％。不考慮其它積極因素，厭氧室中VFA濃度與1Q厭氧循環(huán)流量系統(tǒng)相比可增加到大于60％。減少的循環(huán)流量促進(jìn)Bio-P細(xì)菌貯存PHB，這反過來導(dǎo)致在后面階段攝入磷有較高的驅(qū)動(dòng)力。
低循環(huán)流量能使實(shí)際流體滯留時(shí)間(HRT)較長(zhǎng)。當(dāng)進(jìn)入?yún)捬跏业难h(huán)流量從1Q降到0.25Q，通過厭氧室的總流量從2Q降低到1.25Q。這對(duì)于厭氧室而言，會(huì)增加實(shí)際HRT約60％。較長(zhǎng)的厭氧流體滯留時(shí)間(HRT)可使一般的異養(yǎng)菌通過酸發(fā)酵作用將更多的非-VFA RBCOD轉(zhuǎn)化為VFA。這增加了VFA的濃度。較長(zhǎng)的HRT也允許富P菌(Bio-P)有更多時(shí)間存貯可利用的VFAs，并將其轉(zhuǎn)化為PHB。因此，當(dāng)PHB在Bio-P菌內(nèi)代謝時(shí)，在隨后的脫硝和氧化步驟中可吸收更多的磷，提高了除磷效率。
在上述半循環(huán)的第一步中，混合液從厭氧室被轉(zhuǎn)移到順序化處理室，而不是直接供給初始污水到順序化處理室。這使得在順序化處理室里的有機(jī)碳濃度增加，這可提高該處理室中的脫硝速率。來自轉(zhuǎn)移混合液Bio-P菌體內(nèi)貯存的PHB，隨著磷的攝入和用硝酸根和亞硝酸根作電子接受者的脫硝作用而進(jìn)行代謝，更有效地利用了有機(jī)碳源。其它存貯在Bio-P菌中的PHB在主充氣室和順序化處理室中在充氣期間并伴隨磷的攝入而被氧化掉。
本研究中的全自動(dòng)的裝在滑動(dòng)底板上的MSBR實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)裝置用涂層碳鋼制成，內(nèi)部反應(yīng)器尺寸以英寸計(jì)為75″×94″且深為48″，可容納42″深的水。在上述水深時(shí)，反應(yīng)器總體積為1280加侖。在反應(yīng)器的底部和側(cè)面有鋼質(zhì)槽，便于柔韌的纖維玻璃板插入其中。這些玻璃板作為活動(dòng)隔壁和隔板，可調(diào)整它們來模擬各種處理系統(tǒng)的構(gòu)造。
系統(tǒng)開始運(yùn)行后，上述實(shí)驗(yàn)地區(qū)遇到意想不到的早冬。低溫(＜50℃)下細(xì)菌生長(zhǎng)速度很慢，使得初始運(yùn)行很困難。
一旦機(jī)理問題得到糾正，操作溫度提高到10℃以上，排出水的總磷含量下降到低于1mg/L，而排出的磷酸根下降到低于0.5mg/L。在此期間，本系統(tǒng)除掉的總磷平均為11.4mg/L，去除率約93％。該結(jié)果表明存在于初始污水和循環(huán)水流里的亞硝酸根在生物除磷系統(tǒng)中降低了除磷效率。分離循環(huán)活化污泥漿的相分離室的獨(dú)特設(shè)計(jì)防止了循環(huán)流體中氧化態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬跏也⑼瑫r(shí)防止在厭氧室中有機(jī)碳受到稀釋。盡管系統(tǒng)接受來自污水的平均為28mg/L的氧化態(tài)氮，系統(tǒng)仍保持很低的磷排放量，尤其是可溶性的磷酸根。去除硝酸根/亞硝酸根的循環(huán)防止了將另外的的氧化態(tài)氮加入?yún)捬跏抑?。沒有稀釋時(shí)，供給的高濃度有機(jī)碳能對(duì)來自初始污水的氧化態(tài)氮快速脫硝。這些結(jié)果表明本改進(jìn)系統(tǒng)即使在初始污水含有大量的氧化態(tài)氮時(shí)也能有效地從污水中除磷。
開始進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的一個(gè)星期后，顯微檢查表明，在活化污泥漿中僅有幾個(gè)桿狀的帶纖毛原生動(dòng)物和卷曲的原生動(dòng)物以及一些鞭毛原生動(dòng)物，這表明污泥漿是新生成的。菌群不足夠多的年輕污泥漿在系統(tǒng)中產(chǎn)生一些分散的細(xì)菌，導(dǎo)致排出水混濁。在這段時(shí)間的第一半時(shí)間內(nèi)，最終排出水的TSS保持大于30mg/L。當(dāng)更多的桿狀的帶纖毛的原生動(dòng)物和卷曲的原生動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)，排出的TSS增加。在此期末時(shí)，排放的總懸浮物下降到小于5mg/L。兩周內(nèi)最終排出懸浮固體平均為16.5mg/L。年輕的污泥漿年齡也限制了硝化菌，導(dǎo)致最終排出的NH4-N平均為2.8mg/L。菌群生長(zhǎng)隨后提高了系統(tǒng)的消化作用。排出的NH4-N下降到約1mg/L(在接近數(shù)據(jù)收集最后時(shí))。
一個(gè)噴氣加熱器用來保持反應(yīng)器的溫度為17℃。為在有限的硝化菌群下促進(jìn)硝化作用，系統(tǒng)操作的總滯留時(shí)間(HRT)為24小時(shí)而充氣HRT為9.8小時(shí)。平均MLSS為2495mg/L。為在系統(tǒng)中增加微生物的數(shù)量，在此期間僅從系統(tǒng)排除浮渣而無污泥漿排除。
在研究結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)獲得良好的處理結(jié)果，尤其是除磷結(jié)果。
總之，收集的數(shù)據(jù)表明該MSBR工藝能以簡(jiǎn)單的小體積的單箱體裝置高度有效地進(jìn)行污水處理。使用這種易操作的全自動(dòng)系統(tǒng)，可在低投資與低運(yùn)行費(fèi)用的條件下，除去注入污水中BOD5、TSS、氮和磷。
MSBR試驗(yàn)研究總結(jié)
HRT＝24小時(shí)(4小時(shí)厭氧條件，1.3小時(shí)液固相分離器，8小時(shí)主充氣操作)(5.35小時(shí)用于每個(gè)順序化處理室)溫度＝17℃。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的順序化批處理反應(yīng)器工藝，用于從注入污水中去除有機(jī)物和無機(jī)養(yǎng)份并用于減少固體，同時(shí)在雙循環(huán)周期中使注入污水連續(xù)流進(jìn)分離器混合室且排出水流從交替的順序化處理室中連續(xù)排出，該工藝包括如下步驟第一循環(huán)，包括以下第一階段至第五階段第一階段，連續(xù)注入的污水在厭氧條件下與濃縮的污泥漿混合形成混合液，該混合液部分進(jìn)入第一順序化處理室并在那里與含固相污泥漿成份和液體成份的硝化懸浮液混合形成摻合物，再在連續(xù)混合與充氣條件下進(jìn)入充氣室，所述摻合物部分進(jìn)入內(nèi)部分離室中，在此所述液體成份作為上清液流入所述充氣室，所述固態(tài)污泥漿成份沉淀在所述內(nèi)部分離室的底部，該固態(tài)污泥漿成份作為濃縮的污泥漿與注入污水混合形成混合液，第二階段，所述第一階段形成的所述上清液與充氣混合液形成硝化溶液，使該硝化溶液進(jìn)入所述第一順序化處理室并在那里與含有固相成份和液體成份的脫硝懸浮液混合而形成摻合物，所述摻合物部分進(jìn)入所述內(nèi)部分離室中使所述液體成份作為上清液進(jìn)入所述充氣室并使所述固態(tài)成份沉淀在所述內(nèi)部分離室的底部，該固態(tài)成份作為濃縮的污泥漿與注入污水混合形成混合液，并使該混合液部分進(jìn)入所述充氣室中，第三階段，對(duì)所述第一順序化處理室中的所述溶液充氣并混合，同時(shí)懸浮液從所述充氣室進(jìn)入所述順序化處理室中，第四階段，在所述順序化處理室中繼續(xù)以批處理模式進(jìn)行充氣操作，第五階段，在所述第一順序化處理室中停止充氣操作并使缺氧靜置條件建立起來，使其中的所述懸浮液發(fā)生靜態(tài)沉積作用；第二循環(huán)周期，包括與上述五個(gè)階段相同的五個(gè)階段，其中所述的順序化處理室是第二個(gè)順序化處理室并且所述排出水連續(xù)地從所述第一順序化處理室中排放出來。
2.一種污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將濃縮的活化污泥漿與注入污水合并起來形成混合液，該污水處理系統(tǒng)包括容納含有活化污泥漿的混合液的分離室，該分離室包括至少一個(gè)向下傾斜的壁和用于容納沉積下來的濃縮的活化污泥漿的下室體部分；底部與分離室下室體部分相通的混合室，該混合室用來接納沉積在分離室下室體部分的濃縮的活化污泥漿；和混合室中在足以攪拌其內(nèi)含物的位置上設(shè)置的混合器，以便在所述分離室中分離并在分離室的底部靠近所述連通孔處沉積下來的所述濃縮的活化污泥漿，被導(dǎo)入到所述混合室中并和所述注入污水混合。
3.一種從污水中去除養(yǎng)份和BOD的生物污水處理系統(tǒng)，該生物處理系統(tǒng)包括具有污水注入口和分離室的分離/混合器，所述分離室包括至少一個(gè)向下傾斜的壁和用于收集沉積污泥漿的下室體部分，所述分離器還包含包括與分離室下室體部分相溝通的底部的混合室；至少兩個(gè)順序化處理室，在所述分離器混合室與每個(gè)所述順序化處理室之間具有閥門聯(lián)接件，并且在所述順序化處理室中有能攪拌其中所含溶液的混合器；充氣室，在其底部具有與每個(gè)所述順序化處理室相溝通的閥門聯(lián)接件；以及每個(gè)所述順序化處理室具有排放口，用于連續(xù)排放凈化過的排出污水。
全文摘要
本文公開了一種污水處理系統(tǒng)，它具有通常由豎直分隔壁(13)分隔開的厭氧反應(yīng)室(1)和一分離室(4)，一根污水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)室(1)的污水注入管道(6)，混合裝置(9a)和用于轉(zhuǎn)移混合液的可選擇管道(23)。本文公開的系統(tǒng)能夠濃縮活化的污泥漿并將此脫硝污泥漿循環(huán)返回到好氧處理室，提供很有效的方法和裝置進(jìn)行污水處理?；鞠到y(tǒng)描述在基于污水組份基礎(chǔ)上選擇的幾個(gè)實(shí)施方案中。改進(jìn)的系統(tǒng)可使混合液受到最小的稀釋，在工藝的不同位置增加流體滯留時(shí)間并節(jié)約能量。
文檔編號(hào)C02F3/12GK1781856SQ200510135810
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期1997年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者切斯特·企星·楊 申請(qǐng)人:阿克-艾羅比克系統(tǒng)公司