申請(qǐng)日2014.04.25
公開(公告)日2014.11.12
IPC分類號(hào)C02F3/30
摘要
本發(fā)明描述了用于生物處理水和/或污水的方法和裝置。該方法和裝置間歇曝氣以提高生物脫氮效果。有的方法和裝置還含有前置混和區(qū)。根據(jù)間隙曝氣區(qū)的工作狀態(tài)，該前置混和區(qū)處于厭氧或缺氧狀態(tài)。該混和區(qū)強(qiáng)化了脫氮效果，并通過培養(yǎng)聚磷菌增加了生物除磷功能。該方法和裝置都可用脈動(dòng)式混和裝置混和。由于該脈動(dòng)式混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)，不含機(jī)械動(dòng)件，混和力強(qiáng)，降低了整個(gè)處理裝置的維護(hù)與管理要求以及能耗，并在有的應(yīng)用中有效降低了濾膜的堵塞，以及強(qiáng)化填料的脫膜，提高了反應(yīng)器的性能。
權(quán)利要求書
1.一種處理水和污水的生物工藝，其中包含：
(a)一個(gè)具有進(jìn)口和出口的反應(yīng)池與后面一個(gè)對(duì)該反應(yīng)池出流進(jìn)行固液 分離的沉淀池;
(b)所述反應(yīng)池內(nèi)含有混和裝置與曝氣裝置;
(c)所述曝氣裝置間歇性地開啟與關(guān)閉;
(d)所述混和裝置至少在所述曝氣裝置關(guān)閉時(shí)工作;
(e)所述混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)，并能夠使反應(yīng)池內(nèi)的液體產(chǎn)生脈動(dòng)式的 提升運(yùn)動(dòng);
(f)一種將所述沉淀池污泥回流到所述反應(yīng)池的方法。
2.一種處理水和污水的生物工藝，其中包含：
(a)一個(gè)具有進(jìn)口和出口的反應(yīng)池與后面一個(gè)對(duì)該反應(yīng)池出流進(jìn)行固液 分離的沉淀池;
(b)一種將所述反應(yīng)池分割成一個(gè)混和區(qū)和一個(gè)間歇曝氣區(qū)的方法;
(c)所述混和區(qū)內(nèi)含有混和裝置;
(d)所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)含有混和裝置和曝氣裝置;
(e)所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)的曝氣裝置間歇性地開啟與關(guān)閉;
(f)所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混和裝置至少在所述曝氣裝置關(guān)閉時(shí)工作;
(g)一種將所述沉淀池污泥回流到所述反應(yīng)池的方法。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，所述混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)， 并能夠使反應(yīng)池內(nèi)的液體產(chǎn)生脈動(dòng)式的提升運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，在所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)含有一 種將混和液回流到所述混和區(qū)的方法。
5.一種處理水和污水的反應(yīng)器，其中包含：
(a)一個(gè)具有進(jìn)口、出口和間歇曝氣區(qū)的的池子;
(b)所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)含有曝氣裝置、混和裝置和保留微生物的方法;
(c)所述曝氣裝置間歇性地開啟與關(guān)閉;
(d)所述混和裝置至少在所述曝氣裝置關(guān)閉時(shí)工作。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)， 并能夠使液體產(chǎn)生脈動(dòng)式的提升運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述保留微生物的方法是 濾膜。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，還包括一個(gè)在間歇曝氣區(qū)的上游并含有 混和裝置的混和區(qū)，以及一種將間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混和液回流到所述混和區(qū)的方 法。
9.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述保留微生物的方法是 固定或懸浮填料，并且還包括一個(gè)沉淀池用于去除所述反應(yīng)器出流的固體。
10.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，還包括一個(gè)在間歇曝氣區(qū)的上游并含有 混和裝置的混和區(qū)，以及一種將間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混和液回流到所述混和區(qū)的方 法。
11.一種處理水和污水的方法，其中包含：
(a)一個(gè)具有進(jìn)口、出口和間歇曝氣區(qū)的的池子;
(b)所述間歇曝氣區(qū)內(nèi)含有曝氣裝置、混和裝置和保留微生物的方法;
(c)所述曝氣裝置間歇性地開啟與關(guān)閉;
(d)所述混和裝置至少在所述曝氣裝置關(guān)閉時(shí)工作。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)， 并能夠使液體產(chǎn)生脈動(dòng)式的提升運(yùn)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述保留微生物的方法是 濾膜。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括一個(gè)在間歇曝氣區(qū)的上游并含有 混和裝置的混和區(qū)，以及一種將間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混和液回流到所述混和區(qū)的方 法。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述保留微生物的方法是 固定或懸浮填料，并且還包括一個(gè)沉淀池用于去除所述反應(yīng)器出流的固體。
16.如權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，還包括一個(gè)在間歇曝氣區(qū)的上游并含 有混和裝置的混和區(qū)，以及一種將間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混和液回流到所述混和區(qū)的 方法。
17.一種處理水和污水的生物工藝，其包括權(quán)利要求1-4中的任一技術(shù)特 征或技術(shù)特征的任意組合。
18.一種處理水和污水的反應(yīng)器，其包括權(quán)利要求5-10中的任一技術(shù)特 征或技術(shù)特征的任意組合。
19.一種處理水和污水的方法，其包括權(quán)利要求11-16中的任一技術(shù)特征 或技術(shù)特征的任意組合。
說明書
水和污水的處理方法和裝置
引用的相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2013年5月10日的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/891，830的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)背景
含有有機(jī)污染物的污水通常用生物法處理。懸浮生長(zhǎng)法，通常也被稱為活 性污泥法，是最廣泛使用的生物法之一。例如，大多數(shù)市政污水處理廠在其二 級(jí)處理階段采用活性污泥法去除污水中的有機(jī)污染物。傳統(tǒng)活性污泥法包括一 個(gè)懸浮生長(zhǎng)生物反應(yīng)器(若在好氧條件下運(yùn)行則稱之為曝氣池)和一個(gè)沉淀池 (通常稱之為沉淀池)。污水和從沉淀池回流的活性污泥進(jìn)入曝氣池�？諝饣� 氧氣通過曝氣系統(tǒng)供至曝氣池。在曝氣池中，污染物被降解。曝氣池的混和液 然后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固-液分離。沉淀池的上清液通過沉淀池的出口排出。 沉淀池中沉淀的大部分污泥被回流到曝氣池。剩余污泥被排放到污泥處置系統(tǒng) 進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
在大多數(shù)情況下，污水中還含有各種型態(tài)的氮和磷。因?yàn)樗鼈兡芤鹗芗{ 水體中藻類的過快增長(zhǎng)，他們也被稱為污水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外，有機(jī)氮和氨在受 納水體中被氧化時(shí)會(huì)消耗氧。這些污水營(yíng)養(yǎng)物也可在生物反應(yīng)器中被去除。在 好氧條件下微生物可以將有機(jī)氮和氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽或亞硝酸鹽。這個(gè)過程被稱 為硝化。如果生物反應(yīng)器或者其中的一部分是在缺氧狀態(tài)(無溶解氧(DO))， 微生物可以將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氮?dú)�。這個(gè)過程被稱為反硝化。如果生 物反應(yīng)器被維持在低溶解氧狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)硝化/反硝化。如果好氧污泥 不斷地流經(jīng)生物反應(yīng)器的厭氧區(qū)，則可以馴化出有利于磷吸收的微生物，通常 稱之為聚磷微生物(PAO)。磷會(huì)隨著排放污泥被去處。
生物硝化與反硝化可經(jīng)由多種方式實(shí)現(xiàn)。生物反應(yīng)器或工藝可由兩個(gè)區(qū)或 兩個(gè)獨(dú)立的池子組成：好氧區(qū)(池)用于硝化，缺氧區(qū)(池)用于反硝化。活 性污泥從沉淀池回流到生物反應(yīng)器中，以保持一定的微生物量進(jìn)行硝化與反硝 化。如果缺氧區(qū)是在好氧區(qū)的前面，它被稱為“前缺氧”工藝。在這個(gè)工藝中， 進(jìn)水中的有機(jī)物用作反硝化反應(yīng)的電子給體，從而在反硝化過程中也使得部分 有機(jī)物得以去除。然而，該工藝依賴于最終污泥和混和液的回流向缺氧區(qū)提供 亞硝酸鹽/硝酸鹽。因此，只有在這些回流液中的亞硝酸鹽/硝酸鹽才能被去除。 在好氧區(qū)中總有一部分硝酸鹽/亞硝酸鹽(取決于回流比)永遠(yuǎn)不會(huì)被回流到 缺氧區(qū)，從而限制了反硝化的程度。如果缺氧區(qū)是在好氧區(qū)之后，它被稱為“后 缺氧”工藝。這一工藝不能利用進(jìn)水中的有機(jī)碳進(jìn)行反硝化。因此，反硝化速 度通常非常緩慢，通常需用外加碳源來促進(jìn)反硝化。外加碳源的方法增加了操 作的復(fù)雜性和費(fèi)用。
此外，還有一種交替好氧-缺氧工藝(AAA)用于硝化與反硝化以去除總 氮。該工藝的生物反應(yīng)器不分段，而是在同一體積內(nèi)，在不同時(shí)間分別創(chuàng)造好 氧和缺氧條件。曝氣用于創(chuàng)造好氧條件進(jìn)行硝化，然后停止曝氣以創(chuàng)造缺氧條 件進(jìn)行反硝化。
序批式生物反應(yīng)器(SBR)可以在同一個(gè)池子內(nèi)進(jìn)行硝化、反硝化和固 液分離。在曝氣期間進(jìn)行硝化，在進(jìn)水和混和期間進(jìn)行反硝化。污泥在沉淀期 間沉淀并被保留在池內(nèi)。然而，在新的進(jìn)水周期開始之前，硝化后上清液中的 部分硝酸鹽必須被撇出。出水中的硝酸鹽濃度取決于進(jìn)水中的總氮濃度和一個(gè) 處理周期內(nèi)進(jìn)水體積所占池子總體積之比。因此，只有在撇除上清液后存留在 池內(nèi)的部分硝酸鹽才可被反硝化。由于SBR工藝不太可能對(duì)上清液進(jìn)行頻繁但 小體積的撇除，因此，出水中總的硝酸鹽濃度不能夠保持在所希望的低水平。 此外，上清液撇除過程中使用許多機(jī)械動(dòng)件;它們可能會(huì)出問題并影響操作。
如果需要同時(shí)去除氮和磷，則必須使用更復(fù)雜的工藝。這些工藝應(yīng)當(dāng)有厭 氧條件以培養(yǎng)聚磷微生物，缺氧條件進(jìn)行反硝化，和好氧條件以氧化有機(jī)污染 物和進(jìn)行硝化。
圖1展示了傳統(tǒng)的用于去除總氮的前缺氧工藝。它有一個(gè)用于反硝化的缺 氧區(qū)和后面一個(gè)用于去除生物耗氧量(BOD)和硝化的好氧區(qū)。好氧區(qū)連續(xù)曝 氣。好氧區(qū)混和液被強(qiáng)制回流到缺氧區(qū)以提供硝酸鹽。混和液從好氧區(qū)流到沉 淀池進(jìn)行固-液分離。沉淀池中沉淀的污泥被回流到缺氧區(qū)以提供生物處理所 需的微生物，上清液則排出。缺氧區(qū)通常通過機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)混和。
圖2展示了傳統(tǒng)的用于去除總氮與磷的厭氧-缺氧-好氧(A2O)工藝。它 在圖1所示的前缺氧工藝之前加了一個(gè)厭氧區(qū)，用以培養(yǎng)PAO。因此，該工藝 又具有除磷功能。
附著生長(zhǎng)工藝，也稱之為生物膜法，若填料全部浸沒在水中還被稱為接觸 氧化工藝，也被用于污水處理。它采用固定的或移動(dòng)的填料以維持反應(yīng)器內(nèi)的 微生物。附著生長(zhǎng)工藝通常不需要從沉淀池回流污泥來維持生物反應(yīng)器的生物 量。圖3展示了傳統(tǒng)的附著生長(zhǎng)工藝。填料可以是固定的，也可以是懸浮的。 若采用懸浮填料，在反應(yīng)器的出口須用一個(gè)隔網(wǎng)防止填料雖出流進(jìn)入沉淀池。 反應(yīng)池需要連續(xù)曝氣，利用填料表面附著的生物膜降解進(jìn)水中的污染物�；旌� 液從反應(yīng)池流到沉淀池進(jìn)行固-液分離。沉淀池的上清液排出。沉淀池沉淀 的剩余污泥通常無需回流到前面的反應(yīng)池。
膜生物反應(yīng)器(MBR)利用濾膜將污泥截流在反應(yīng)器中，降解進(jìn)水中的污 染物。圖4展示了傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器。它通常在連續(xù)好氧條件下運(yùn)行。處理 過的水在壓力或抽力的作用下經(jīng)過濾膜過濾后直接排放�；钚晕勰喙腆w被濾膜 截流在反應(yīng)器內(nèi)。它能保持較高的污泥濃度，因此可以承受較高的體積負(fù)荷。
發(fā)明簡(jiǎn)述
本發(fā)明所公開的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)缺氧和好氧交替運(yùn)行(間歇曝氣)的 生物處理裝置與方法，以實(shí)現(xiàn)在有氧和無氧條件下的生物反應(yīng)。在曝氣/好氧 階段反應(yīng)器內(nèi)的BOD被轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氨氮/有機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽或亞硝 酸鹽。在不曝氣/缺氧階段，反應(yīng)器內(nèi)的硝酸鹽或亞硝酸鹽被轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻７?應(yīng)器內(nèi)的活性污泥由沉淀池回流。在缺氧階段由脈動(dòng)式提升裝置進(jìn)行混和。該 混和裝置由空氣驅(qū)動(dòng)，不含任何機(jī)械動(dòng)件，低能耗。當(dāng)缺氧混和的時(shí)間延長(zhǎng)后 會(huì)發(fā)生厭氧狀態(tài)，這會(huì)促進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)聚磷微生物的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)生物除磷。
本發(fā)明所公開的又一實(shí)施例是含有混和區(qū)與間歇曝氣區(qū)的生物處理裝置。 該混和區(qū)在厭氧或缺氧條件下運(yùn)行，因此能培養(yǎng)聚磷菌，實(shí)現(xiàn)生物除磷。反應(yīng) 器內(nèi)的活性污泥來源于回流的沉淀池污泥。某些情況下需將間歇曝氣區(qū)內(nèi)的混 和液回流到混和區(qū)，強(qiáng)化處理效果�；旌蛥^(qū)與間歇曝氣區(qū)可由脈動(dòng)式提升裝置 進(jìn)行混和。
本發(fā)明所公開的又一實(shí)施例包括間歇曝氣的膜生物反應(yīng)器與方法。它的上 游還可增加一個(gè)混和區(qū)，以提高生物處理效果。反應(yīng)器可由由空氣驅(qū)動(dòng)的脈動(dòng) 式提升裝置進(jìn)行混和。該脈動(dòng)式提升裝置的強(qiáng)力紊動(dòng)可降低膜的堵塞。
本發(fā)明所公開的又一實(shí)施例包括間歇曝氣的接觸氧化法反應(yīng)器。它可采用 固定或懸浮填料。它的上游可增加一個(gè)混和區(qū)，以提高生物處理效果。反應(yīng)器 可由脈動(dòng)式提升裝置進(jìn)行混和。該脈動(dòng)式提升裝置還可強(qiáng)化脫膜，促進(jìn)填料表 面的更新。
