申請日2015.09.28
公開(公告)日2017.08.29
IPC分類號C02F9/14; C02F101/10
摘要
本發(fā)明涉及用于處理廢水的方法。這是通過使用聚集含磷物質(zhì)的凝結(jié)劑實現(xiàn)的。方法包括以下步驟：執(zhí)行反應(yīng)階段，其具有生物處理階段和后續(xù)的化學(xué)處理階段�；瘜W(xué)處理階段包括：混合廢水(5)同時將預(yù)定劑量的凝結(jié)劑注入(17)到池(1)中的第一子步驟，在其中廢水速度等于或大于0.5m/s的位置處進行注入，以便使凝結(jié)劑接觸和凝結(jié)含磷物質(zhì)，其中將所述劑量的結(jié)合化合物注入到池(1)中是在這樣的時間段期間進行的，其等于或大于完成廢水(5)的兩次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段并且等于或小于完成廢水(5)的七次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段;和混合廢水(5)使得池(1)中的廢水(5)的平均速度等于或大于0.1m/s并且等于或小于0.4m/s，以便絮凝凝結(jié)的物質(zhì)的第二子步驟。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.用于處理池(1)中的廢水(5)的方法，其通過將結(jié)合化合物用于聚集所述的廢水(5)中存在的含磷物質(zhì)進行，其中所述結(jié)合化合物包含凝結(jié)劑，所述的方法包括至少以下步驟：
-在所述的池(1)中執(zhí)行反應(yīng)階段，所述的反應(yīng)階段包括生物處理階段和后續(xù)的化學(xué)處理階段，所述化學(xué)處理階段包括以下子步驟：
a)混合廢水(5)，同時將預(yù)定劑量的結(jié)合化合物注入到池(1)中，所述結(jié)合化合物在其中廢水速度等于或大于0.5m/s的位置處注入，以便使所述結(jié)合化合物接觸并且凝結(jié)含磷物質(zhì)，其中將所述劑量的結(jié)合化合物注入到池(1)中是在這樣的時間段期間進行的，其等于或大于完成廢水(5)的兩次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段并且等于或小于完成廢水(5)的七次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段，和
b)混合廢水，使得池(1)中的廢水(5)的平均速度等于或大于0.1m/s并且等于或小于0.4m/s，以便將凝結(jié)的含磷物質(zhì)絮凝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中子步驟a)中的混合通過池(1)中存在的至少一個機械混合器(12)的方式執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中靠近所述的至少一個機械混合器(12)在機械混合器(12)的壓力側(cè)注入結(jié)合化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中子步驟b)中的混合通過通氣器裝置(18)的方式執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中將所述劑量的結(jié)合化合物注入到池(1)中是在這樣的時間段期間進行的，其等于完成廢水(5)的約五次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述結(jié)合化合物劑量取決于所述化學(xué)處理階段期間待凝結(jié)的含磷物質(zhì)的濃度，并且基于流入物廢水中含氮物質(zhì)的濃度(CN，流入物)和基于池(1)中可生物降解的碳的水平確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述結(jié)合化合物劑量取決于所述化學(xué)處理階段期間待凝結(jié)的含磷物質(zhì)的濃度，并且基于流入物廢水中銨的濃度(CNH4，流入物)和基于池中可生物降解的碳的水平確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述流入物廢水的磷濃度(CP，流入物)與流入物廢水中銨的濃度(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。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，其中所述化學(xué)處理階段中液體的磷濃度(CP，化學(xué))通過從流入物中的磷濃度(CP，流入物)減去流出物中的目標(biāo)磷濃度(CP，目標(biāo)，流出物)和生物處理階段中的磷濃度(CP，生物)確定，其中(CP，目標(biāo)，流出物)是流出物廢水的磷濃度的目標(biāo)水平并且(CP，生物)為反映生物處理階段期間的磷吸收(P吸收)的濃度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為鹽。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述凝結(jié)劑包含稀土離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的稀土離子為鈰離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述凝結(jié)劑為三氯化鈰(CeCl3)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述的池(1)包括：第一區(qū)段(4)，其中接收流入物廢水(5);和第二區(qū)段(6)，其中進行反應(yīng)階段。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述結(jié)合化合物添加至池的第二區(qū)段(6)中的廢水(5)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中完成混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段相對于池的第二區(qū)段(6)的含量確定。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中子步驟a)中的混合的持續(xù)時間等于或大于10分鐘并且等于或小于30分鐘。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中子步驟b)中的混合的持續(xù)時間等于或大于10分鐘并且等于或小于30分鐘。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述的方法進一步包括以下步驟：
-執(zhí)行沉降階段，允許絮凝的含磷物質(zhì)在池中沉降，使得在池的頂部獲得澄清的廢水(27)并且在池(1)的底部形成活性污泥層(28)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述沉降階段的持續(xù)時間等于或大于30分鐘并且等于或小于90分鐘。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，所述的方法進一步包括以下步驟：
-執(zhí)行提取階段，其中澄清的廢水(27)作為流出物廢水從池(1)中排出。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21中任一項所述的方法，其中從池(1)中移出一部分活性污泥層(28)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中所述提取階段的持續(xù)時間等于或大于30分鐘并且等于或小于90分鐘。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中池(1)至少在所述生物處理階段期間接收流入物廢水(5)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中注入到池(1)中的凝結(jié)劑溶解在液體例如水中。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述的池(1)是連續(xù)間歇式反應(yīng)器(SBR)的一部分。
說明書
用于處理廢水的方法
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)明具體涉及用于處理廢水的方法其通過將結(jié)合化合物用于聚集所述的廢水中存在的含磷物質(zhì)進行，其中所述結(jié)合化合物包含凝結(jié)劑。
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。跨歐盟的就廢水中磷濃度而言的平均值為4-10mg/L。在美國的對應(yīng)值為大約4-15mg/L。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。
這些廢水處理廠最通常包括機械處理系統(tǒng)，其在構(gòu)建的環(huán)境內(nèi)使用天然工藝。這樣的機械處理系統(tǒng)通常涉及所謂的活性污泥工藝，其中將空氣和各種反應(yīng)物添加至廢水。常規(guī)活性污泥(CAS)工藝要求多個接收罐，承載不同階段的廢水處理。因此，反應(yīng)物接觸磷的過程和沉淀物的產(chǎn)生通常在不同的罐中進行。另一方面，沉淀物沉降成污泥中的過程通常與污泥的處置過程結(jié)合。更具體而言，沉降過程通常在漏斗形沉降罐中執(zhí)行的，其涉及污泥的重力促進的下沉以及其立即經(jīng)由罐的底部區(qū)段排空。
進一步的結(jié)構(gòu)不同的活性污泥工藝類型是連續(xù)間歇式反應(yīng)器(SBR)工藝。在SBR工藝中，所有的處理是在單一的池中進行。在該上下文中，在SBR工藝中，所有的污泥不是瞬間從池中去除的。相反，允許污泥層在多用途池的底部累積(build)。除了減少占地面積之外，使用SBR工藝還簡化了日常操作和操作性改變，并且促進了工藝控制。由于這些益處，SBR工藝在過去二十年中已廣泛用于歐洲和美國。
WO2012141895公開了用于從含磷水料流中去除無機和有機目標(biāo)物質(zhì)的方法和添加劑。在該上下文中，公開了在實驗室環(huán)境中而不是在全規(guī)模處理廠中進行的實驗(實施例5)，其中使用CeCl3處理廢水流入物。因此，檢查的樣品由流入物組成并且并非源自含工藝液的池。此外，通過實驗的方式，實際廢水處理工藝的沉降階段已經(jīng)被過濾階段通過孔徑為0.20μm的非常精細(xì)的過濾器替代，已知相比于常規(guī)沉降，所述的過濾器從液體中去除更多的顆粒。因此，所公開的實驗不能代表廢水處理的現(xiàn)實生活工藝，例如任何以上討論的CAS或SBR。在相同的上下文中，測試的混合階段具有長持續(xù)時間，持續(xù)16小時。顯然，具有這樣長的混合階段的工藝與水處理業(yè)在工藝性能方面的當(dāng)前要求不相容。
發(fā)明目的
本發(fā)明旨在消除先前已知方法的上述缺點和缺陷，并且提供用于處理廢水的改善方法，同時增加(leveraging)SBR工藝的益處。本發(fā)明的主要目的是提供初始限定類型的改善方法，其使得能夠更有效地從廢水中去除磷。
本發(fā)明的另一目的是提供實現(xiàn)減少在除去工藝中使用的化學(xué)反應(yīng)物的量的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供實現(xiàn)減少產(chǎn)生的污泥量的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可以以工業(yè)規(guī)模使用的方法。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，至少主要目的通過具有在獨立權(quán)利要求中限定的特征的初始限定的用于處理廢水的方法來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案在從屬權(quán)利要求中進一步限定。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了用于處理池中廢水的方法，其通過將結(jié)合化合物用于聚集所述的廢水中存在的含磷物質(zhì)進行，其中所述結(jié)合化合物包括凝結(jié)劑。所述的方法包括至少以下步驟：
-在池中執(zhí)行反應(yīng)階段，所述的反應(yīng)階段包括生物處理階段和后續(xù)的化學(xué)處理階段，化學(xué)處理階段包括以下子步驟：
a)混合廢水，同時在將預(yù)定劑量的結(jié)合化合物注入到池中，結(jié)合化合物在其中廢水速度等于或大于0.5m/s的位置處注入，以便使結(jié)合化合物接觸并且凝結(jié)含磷物質(zhì)，其中將所述劑量的結(jié)合化合物注入到池(1)中是在這樣的時間段期間進行的，其等于或大于完成廢水(5)的兩次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段并且等于或小于完成廢水(5)的七次混合周轉(zhuǎn)所要求的時間段，
b)混合廢水使得池中廢水的平均速度等于或大于0.1m/s并且等于或小于0.4m/s，以便將凝結(jié)的含磷物質(zhì)絮凝。
因此，本發(fā)明基于的是以下認(rèn)識：如果結(jié)合化合物將以就除去磷而言的改善的效果來凝結(jié)含磷物質(zhì)并且在結(jié)合化合物的常規(guī)的高初始反應(yīng)性的情況下，則所述的化合物需要以最大的可能程度無延遲地接觸廢水。因此，當(dāng)將結(jié)合化合物引入池中時，廢水需要以更高的速度移動。參照子步驟a)，為了確保結(jié)合化合物與凝結(jié)劑在整個廢水中的充分和基本均勻的分布，廢水的速度需要等于或大于0.5m/s。
參照子步驟b)，隨后允許凝結(jié)的顆粒絮凝并且累積成團塊。廢水以較低的速度移動。因此，混合是溫和的。這保持顆粒懸浮并促進絮凝，而沒有破壞生長的絮凝物的風(fēng)險。
該方法的優(yōu)良的促結(jié)劑分布和顆粒絮凝性質(zhì)對于減少在除去工藝中使用的化學(xué)反應(yīng)物的量是開放的。
在優(yōu)選的實施方案中，結(jié)合化合物的劑量取決于在化學(xué)處理階段期間待凝結(jié)的含磷物質(zhì)的濃度，并且基于流入物廢水中的含氮物質(zhì)的濃度(CNH4，流出物)和基于池中可生物降解的碳的水平確定。更具體地，已經(jīng)確定，流入物廢水中的磷濃度與流入物廢水中的含氮物質(zhì)的濃度關(guān)聯(lián)�？紤]池中可生物降解的碳的水平進一步改善了劑量的準(zhǔn)確性。在該上下文中，可生物降解的碳的水平可以以總有機碳(TOC)、化學(xué)需氧量(COD)、碳質(zhì)生物需氧量、生物需氧量(BOD)或特定波長吸光度或透射率的方式表示。特別是，COD和BOD容易測量，而TOC僅僅可以在實驗室中測定。通過測定池中可生物降解的碳的水平，可以計算在生物處理階段中細(xì)菌消耗多少碳。這允許推斷在生物處理階段中細(xì)菌消耗的磷的量。因此，間接確定了在化學(xué)處理階段開始時在液中剩余多少磷。該測量改善了在后續(xù)的化學(xué)處理階段中的劑量的準(zhǔn)確性。在該上下文中，碳的消耗量相對穩(wěn)定，并且主要是溫度依賴性的。該碳消耗量可以直接測量、基于歷史工藝數(shù)據(jù)計算或就有限的時間段(周、月)基于隨機樣品設(shè)置。
在實施例3中討論的密切相關(guān)的實施方案中，流入廢水物的磷濃度(CP，流入物)與流入物廢水的銨濃度(CNH4，流入物)之間的關(guān)聯(lián)度等于或小于1:2，至多或大于1:8，優(yōu)選等于或小于1:4且等于或大于1:6，最優(yōu)選約1:5。在此上下文中，關(guān)聯(lián)度1:5可見于大多數(shù)EU國家。在也在實施例3中完整描述的變型中，可以使用總凱氏氮(TKN)，或使用總含氮物質(zhì)的另一種合適的量度代替銨。正確地確定劑量方案尤其取決于流入物廢水的磷濃度。該工藝參數(shù)歷史上很難以簡單的方式確定�；诹魅胛飶U水的磷濃度(CP，流入物)和流入物廢水的銨濃度(CNH4，流入物)直接相關(guān)并且通過容易可得的傳感器的方式容易地測量銨濃度的觀點，可以直接確定流入物水中的磷濃度。在使用來自不同位點的城市廢水作為到SBR的池的直接流入物的實驗中，進一步研究了上述關(guān)聯(lián)度。如上所述，結(jié)合實施例3更全面地討論了實驗。
在另一優(yōu)選實施方案，化學(xué)處理階段中液體的磷濃度(CP，化學(xué))通過從流入物中的磷濃度(CP，流入物)減去流出物中的目標(biāo)磷濃度(CP，目標(biāo)，流出物)和生物處理階段中的磷濃度(CP，生物)確定，其中(CP，目標(biāo)，流出物)是流出物廢水的磷濃度的目標(biāo)水平并且(CP，生物)是反映生物處理階段期間的磷吸收(P吸收)的濃度。目標(biāo)水平可以使用歷史數(shù)據(jù)推斷或者可以由立法者提出。無論如何，一旦設(shè)定了所述的水平，就可以得到化學(xué)處理階段中液體的準(zhǔn)確的磷濃度(CP，化學(xué))的理論值。然后相應(yīng)地調(diào)整劑量方案。
在進一步的實施方案中，所述方法包括執(zhí)行沉降階段，允許絮凝的含磷物質(zhì)在池中沉降，使得在池的頂部獲得澄清的廢水，并且在池的底部形成活性污泥層。當(dāng)在SBR工藝中使用時，多用途池的特定益處促進改善工藝結(jié)果。更具體而言，多用途池的底部的固有污泥層只是逐漸被替代。因此，淤泥的給定部分在池中花費的平均時間為15-25天。此外，還存在當(dāng)與含磷物質(zhì)結(jié)合并且沉降在活性污泥層中時保留特定水平的反應(yīng)性的凝結(jié)劑。顯然，這些凝結(jié)劑與含磷物質(zhì)結(jié)合的過程然后可以在污泥層中繼續(xù)。由此，與最初描述的常規(guī)CAS工藝相比，更有效地進行磷的去除。
在優(yōu)選實施方案，凝結(jié)劑為三氯化鈰(CeCl3)。與其它常用的凝結(jié)劑相比，使用三氯化鈰可以將注入的凝結(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初若干秒期間是極其有反應(yīng)性的事實。給定所使用的混合速度，三氯化鈰在其高反應(yīng)性時間段期間變得完全和均勻地分布在整個廢水中。此外，三氯化鈰是當(dāng)與含磷物質(zhì)結(jié)合并且沉降在活性污泥層中時也保留特定水平的反應(yīng)性的凝結(jié)劑。
本發(fā)明的進一步的優(yōu)點和特征將從其它從屬權(quán)利要求以及以下的優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明中看出
