申請(qǐng)日2015.09.28
公開(kāi)(公告)日2017.05.31
IPC分類號(hào)C02F1/52; C02F3/12; C02F3/30; C02F101/10
摘要
本發(fā)明涉及用于管理廢水處理工藝的方法。所述方法包括至少以下步驟：測(cè)量流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的量(CN，流入物)，和基于流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的測(cè)量的量(CN，流入物)確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)。
摘要附圖
權(quán)利要求書(shū)
1.用于管理廢水處理工藝的方法，其中流入物廢水包含磷，所述的方法包括至少以下步驟：
-測(cè)量流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的量(CN，流入物)，和
-基于流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的測(cè)量的量(CN，流入物)確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述的方法進(jìn)一步包括以下步驟：
-從流入物廢水中除去所確定的量(CP，流入物)的磷。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去就流出物廢水中磷的量而言的目標(biāo)值(CP，目標(biāo)，流出物)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-將就流出物廢水中磷的量而言的當(dāng)前測(cè)量值(CP，流出物)與就流出物廢水中磷的量而言的目標(biāo)值(CP，目標(biāo)，流出物)之間的差加至先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述從流入物廢水中除去所確定的量(CP，流入物)的磷的步驟進(jìn)一步包括：
-在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的化學(xué)處理階段期間引入一定量的凝結(jié)劑，其中基于先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)確定凝結(jié)劑的引入量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去對(duì)應(yīng)于磷的生物吸收的值，所述的磷的生物吸收在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的生物處理階段期間發(fā)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的磷的生物吸收至少基于消耗的可生物降解的碳，優(yōu)選通過(guò)生物需氧量(BOD)的方式表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去對(duì)應(yīng)于由磷累積生物體(PAO)吸收磷的值，所述的由磷累積生物體(PAO)吸收磷在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的生物處理階段期間發(fā)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的由磷累積生物體(PAO)吸收的磷至少基于在需氧條件下流入物廢水中存在的易于生物降解的碳的值與流出物廢水中存在的易于生物降解的碳的值之間的差，所述的易于生物降解的碳優(yōu)選通過(guò)易于生物降解的化學(xué)需氧量(rbCOD)的方式表示。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-在確定通過(guò)生物吸收和/或通過(guò)磷累積生物體(PAO)吸收的磷時(shí)，計(jì)入廢水處理工藝的反應(yīng)階段的生物階段的厭氧部分的持續(xù)時(shí)間。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氮物質(zhì)為銨態(tài)氮(NH4-N)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中流入物廢水的磷濃度(CP，流入物)與流入物廢水中銨態(tài)氮(NH4-N)的濃度(CNH4，流入物)之間的關(guān)聯(lián)度等于或小于1:2并且等于或大于1:8，優(yōu)選等于或小于1:4并且等于或大于1:6，最優(yōu)選為約1:5。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氮物質(zhì)為有機(jī)氮、氨(NH3)和銨(NH4+)的至少一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為稀土鹽，其包括鈰離子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中鈰(Ce)與磷(P)的摩爾比為0.2-2，優(yōu)選為1。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為三氯化鈰(CeCl3)。
17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為金屬鹽，其包括鐵離子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中鐵(Fe)與磷(P)的摩爾比為1-4，優(yōu)選為2.5。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為三氯化鐵(FeCl3)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括：
-測(cè)量流入物廢水中可生物降解的碳的水平(CN，流入物)，和
-從先前確定的流入物廢水中磷的量(CP，流入物)中減去流入物廢水中可生物降解的碳的測(cè)量的水平(CN，流入物)。
說(shuō)明書(shū)
用于管理廢水處理工藝的方法
本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明通常涉及廢水處理的領(lǐng)域。此外，本發(fā)明具體涉及用于確定待從流入物廢水中除去的磷的量的方法。
本發(fā)明背景技術(shù)
日�；A(chǔ)上產(chǎn)生大體積的城市廢水。這里，綜合術(shù)語(yǔ)城市廢水涵蓋了黑水、灰水以及地表徑流。產(chǎn)生的城市廢水通常包含顯著量的污染物，例如，源自尤其是各種清凈劑的使用的磷�？鐨W盟的就廢水中磷濃度而言的平均值為4-10mg/L。在美國(guó)的對(duì)應(yīng)值為大約4-15mg/L。除了磷之外，廢水還包含顯著量的碳和氮。
為了最小化其環(huán)境影響，廢水需要在排放至水體例如湖泊和水塘之前適合地處理。因此，廢水一般在處理廠中處理，其中，污染物(包括含磷化合物)以最大可能的程度從液體中去除。
用于廢水處理的兩種公知的工藝為常規(guī)活性污泥(CAS)工藝(包括承載處理工藝的不同階段的多個(gè)接收罐)和連續(xù)間歇式反應(yīng)器(SBR)工藝(其中全部處理在單個(gè)池中進(jìn)行)。
無(wú)論所采用的工藝如何，含磷化合物的吸收在包括生物處理階段和后續(xù)的化學(xué)處理階段的反應(yīng)階段期間進(jìn)行。
更具體而言，生物處理階段包括流入物廢水的氧化和后續(xù)的氧化流入物廢水的混合的交替工藝。氧化(通常通過(guò)通氣器裝置的方式進(jìn)行)產(chǎn)生了需氧環(huán)境。氧化流入物廢水的混合在缺氧過(guò)程中發(fā)生，即在可忽略的氧水平下并且在氮的存在下。反應(yīng)容器中存在需氧/厭氧細(xì)菌的各種的物質(zhì)特異性的種群。其目的是在生物處理階段期間由流入物廢水的氮、碳和磷進(jìn)行進(jìn)料，以便減少各物質(zhì)的水平。
在此上下文中，需氧條件發(fā)生在溶解的氧的水平大于0.2mg/L時(shí)。此外，缺氧條件在溶解的氧的水平大于0并且小于0.2mg/L和硝酸鹽濃度大于0mg/L時(shí)發(fā)生。最后，厭氧條件在溶解的氧的水平為0mg/L和硝酸鹽濃度為0mg/L時(shí)存在。
反應(yīng)階段進(jìn)一步包括化學(xué)處理階段�；瘜W(xué)處理階段通常包括添加適合的凝結(jié)劑以便從工藝液中沉淀磷。其還包括進(jìn)一步(主要機(jī)械地)處理工藝液以便使得沉淀的磷物質(zhì)絮凝。
一旦反應(yīng)階段完成，絮凝的物質(zhì)，其下沉是重力促進(jìn)的，逐漸形成(overgo)沉積的污泥層，所述沉積的污泥層還包含生物處理階段期間產(chǎn)生的生物質(zhì)。污泥的一部分最終從池中排空，并且循環(huán)剩下的部分以維持在生物處理階段中參與的工藝。
在流入物廢水中一般存在的污染物中，含磷化合物是對(duì)環(huán)境最有危害的，這是為什么以上討論的處理工藝在很大程度上關(guān)注其吸收/去除。這主要是在工藝的化學(xué)處理階段中通過(guò)引入適合的凝結(jié)劑實(shí)現(xiàn)的。用于化學(xué)處理的凝結(jié)劑通常為金屬系鹽或稀土系鹽。在此上下文中，期望的是從流入物廢水中去除盡可能多的磷，同時(shí)將凝結(jié)劑的劑量保持到最小。這要求針對(duì)流入物廢水和/或流出物廢水中磷的量的相當(dāng)精確的信息。
在整個(gè)水處理工藝中確定廢水中磷的量的公知的方法基于關(guān)注于確定廢水流入物和/或廢水流出物中的磷含量的模型。這些模型通常過(guò)于簡(jiǎn)化，這是為什么相關(guān)方法通常產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
在相關(guān)的上下文中，實(shí)際測(cè)量磷含量，例如流入物廢水中的磷含量，當(dāng)前是作為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的樣品分析或作為在線的基于濕法化學(xué)的測(cè)試實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)室分析主要是人工進(jìn)行、消耗時(shí)間并且準(zhǔn)確度有限的。在另一方面，基于濕法化學(xué)的測(cè)試非常準(zhǔn)確并且在沒(méi)有顯著時(shí)間延遲的情況下返回結(jié)果。然而，這樣的測(cè)試非常昂貴。這是更通常使用更常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室分析的原因。
發(fā)明目的
本發(fā)明旨在消除先前已知方法的上述缺點(diǎn)和缺陷，并且提供用于管理廢水處理工藝的改善的方法。本發(fā)明的主要目的是提供用于實(shí)時(shí)測(cè)量流入物廢水中存在的磷含量的初始限定的類型的有利方法。本發(fā)明的另一目的是提供這樣的方法，其更精確的特征為廢水處理工藝，特別是作為反應(yīng)階段的一部分的生物階段，以便更準(zhǔn)確地確定在化學(xué)處理階段中除去磷所需要的凝結(jié)劑的量。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，至少主要目的通過(guò)具有在獨(dú)立權(quán)利要求中限定的特征的初始限定的用于管理處理廢水工藝的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步限定。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了用于管理廢水處理工藝的方法，其中流入物廢水包含磷，所述的方法包括至少以下步驟：
-測(cè)量流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的量(CN，流入物)，和
-基于流入物廢水中至少一種含氮物質(zhì)的測(cè)量的量(CN，流入物)確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)。
已發(fā)現(xiàn)的是，流入物廢水中磷的量與流入物廢水中含氮物質(zhì)的量相關(guān)聯(lián)。如以上討論的，該工藝參數(shù)在歷史上非常難以以簡(jiǎn)單的方式并且以合理的成本確定。基于流入物廢水中磷的量(CP，流入物)與流入物廢水中含氮物質(zhì)的量(CN，流入物)是相關(guān)聯(lián)的以及至少一種含氮物質(zhì)的量易于通過(guò)容易可得的傳感器的方式測(cè)量的認(rèn)識(shí)，流入物廢水中磷的量可以以很大的精確度直接確定。在使用來(lái)自不同位點(diǎn)的作為直接流入物的城市廢水的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)進(jìn)一步研究了以上的關(guān)聯(lián)度。該實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)施例1更詳細(xì)地討論。
在實(shí)施方案中，確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去就流出物廢水中磷的量而言的目標(biāo)值(CP，目標(biāo)，流出物)。在與其相關(guān)的實(shí)施方案中，確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括將就流出物廢水中磷的量而言的當(dāng)前測(cè)量值(CP，流出物)與就流出物廢水中磷的量而言的目標(biāo)值(CP，目標(biāo)，流出物)之間的差加至先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)。
就流出物廢水中磷的量而言的目標(biāo)值(CP，目標(biāo)，流出物)可以使用歷史數(shù)據(jù)推斷，或者更通常地，可以由立法者提出，以便符合標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論如何，一旦設(shè)定所述的值，其就變得可以確定就需要從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)而言在技術(shù)上和商業(yè)上更相關(guān)的值。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，從流入物廢水中除去所確定的量(CP，流入物)的磷的步驟進(jìn)一步包括在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的化學(xué)處理階段期間引入一定量的凝結(jié)劑，其中基于先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)確定凝結(jié)劑的引入量。
引入的凝結(jié)劑具有高初始反應(yīng)性，這是為什么流入物廢水中懸浮的磷快速沉淀。隨后允許凝結(jié)的顆粒狀物質(zhì)絮凝并且累積成團(tuán)塊，其主要包含磷。適合地調(diào)整凝結(jié)劑分布和顆粒絮凝參數(shù)可以促進(jìn)減少去除工藝中使用的凝結(jié)劑的量。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去對(duì)應(yīng)于磷的生物吸收的值，所述的磷的生物吸收在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的生物處理階段期間發(fā)生。
在生物處理階段期間發(fā)生的磷的生物吸收是通過(guò)細(xì)菌進(jìn)行的。這些細(xì)菌由廢水中存在的碳質(zhì)物質(zhì)進(jìn)料，而同時(shí)以三磷酸腺苷(ATP)的形式吸收磷并且儲(chǔ)存磷。磷的吸收量取決于生物質(zhì)的產(chǎn)生量，即取決于碳質(zhì)物質(zhì)的消耗量。在此上下文中，磷的吸收量通常關(guān)聯(lián)于流入物與流出物廢水之間的生物需氧量水平(BOD水平)的差而表示。這里，BOD水平的差量化了碳質(zhì)物質(zhì)的氧化中由微生物例如細(xì)菌使用的氧的量。從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量中減去對(duì)應(yīng)于磷的吸收量的值促進(jìn)了減少在后續(xù)的化學(xué)階段中使用的凝結(jié)劑的量。換句話說(shuō)，計(jì)入該階段期間磷的吸收對(duì)于減少后續(xù)的化學(xué)階段中使用的凝結(jié)劑的量是開(kāi)放的。
在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，確定待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)的步驟進(jìn)一步包括從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量(CP，流入物)中減去對(duì)應(yīng)于由磷累積生物體(PAO)吸收磷的值，所述的由磷累積生物體(PAO)吸收磷在廢水處理工藝的反應(yīng)階段的生物處理階段期間發(fā)生。
由磷累積生物體(PAO)吸收磷在生物處理階段期間發(fā)生。更具體而言，在初始厭氧階段，PAO吸收碳質(zhì)物質(zhì)，通過(guò)能量的消耗釋放細(xì)胞(cellular)磷。在通氣時(shí)，即在需氧階段，這些生物體的細(xì)胞累積大量的磷，作為用于能量生產(chǎn)和儲(chǔ)存的基質(zhì)。磷的吸收量取決于生物質(zhì)的產(chǎn)生量，即取決于碳質(zhì)物質(zhì)的消耗量。由PAO吸收的磷可以是先前所討論的常規(guī)生物吸收的2-7倍多。在此上下文中，磷的吸收量通常關(guān)聯(lián)于在厭氧條件下流入物廢水中存在的易于生物降解的碳的值與流出物廢水中存在的易于生物降解的碳的值之間的差定義，所述的易于生物降解的碳優(yōu)選通過(guò)易于生物降解的化學(xué)需氧量(rbCOD)的方式表示。這里，rbCOD-水平的差量化了在厭氧條件下由PAO使用的碳質(zhì)物質(zhì)的量。從先前確定的待從流入物廢水中除去的磷的量中減去對(duì)應(yīng)于磷的吸收量的值促進(jìn)了減少在后續(xù)的化學(xué)階段中使用的凝結(jié)劑的量。換句話說(shuō)，計(jì)入在該階段期間吸收的磷對(duì)于減少在后續(xù)的化學(xué)階段中使用的凝結(jié)劑的量來(lái)說(shuō)是開(kāi)放的。
在實(shí)施方案中，含氮物質(zhì)為銨態(tài)氮(NH4-N)并且流入物廢水中磷的量(CP，流入物)與流入物廢水中銨態(tài)氮(NH4-N)的量(CNH4，流入物)之間的關(guān)聯(lián)度等于或小于1:2并且等于或大于1:8，優(yōu)選等于或小于1:4并且等于或大于1:6，最優(yōu)選為約1:5。在此上下文中，關(guān)聯(lián)度1:5為多數(shù)EU國(guó)家城市廢水的代表。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，凝結(jié)劑為三氯化鈰(CeCl3)。已發(fā)現(xiàn)的是三氯化鈰的使用可以將引入的凝結(jié)劑的量減少至多30%。這至少部分地取決于三氯化鈰在其與流入物廢水接觸的最先若干秒期間是極其具有反應(yīng)性的事實(shí)。此外，三氯化鈰為在與含磷物質(zhì)結(jié)合并且沉積在污泥層中時(shí)也保留特定水平的反應(yīng)性的凝結(jié)劑。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和特征將從其它從屬權(quán)利要求以及以下的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中看出。
