用于生物水凈化的改進方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用回流污泥進行廢水處理的方法。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行氮和磷（其在廢水處理裝置中脫除）的側流去除，其 中所述回流污泥的一小部分不使用外部細菌或化學物質進行側流處理，以用于增強所述方 法。
【背景技術】
[0002] 由于在全世界來自立法者增長的需求，用于衛(wèi)生、市政、商業(yè)和工業(yè)廢水處理的工 藝和技術已經(jīng)不斷地被改進并且新的設備不斷地被增加。
[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 以廢水中的無機和有機物質為食。由此廢水中的污染物濃度，包括無機或有機氮和無機或 有機磷，以及生化需氧量（BOD)、化學需氧量（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廢水中所存在污染物的降解及在其上的生長。有機材料通過微生物 的代謝而被轉化為細胞物質，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 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入所述廢水處理 裝置（WWTP)時清潔許多。
[0004] 在典型的基于生物處理的廢水處理裝置中，入流廢水在初級處理中被預處理，其 中一部分有機體，包括懸浮固體通過沉降而被除去。在該初級處理之后，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微生物的生長和代謝活動進行控制和利用。
[0006] 在生物處理之后，允許所述處理后的廢水在二級沉淀池澄清/沉淀預定的時間 段，在這之后從所述沉淀池的上部提取出排出物并排放。活性沉淀污泥的一部分（其包含 在廢水處理期間微生物在曝氣池中的生長而產(chǎn)生的生物質）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處理區(qū)中氮的去除。用這種方 法，可以容易地對低負荷系統(tǒng)進行升級，例如當新規(guī)定要求對氮去除有更嚴格的限制時。
[0007] 活性污泥的量在WWTP中用于處理工藝時是由速率限制的，并且如果不存在COD對 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準。 而且，通常用于回流污泥處理的曝氣設備在部分時間是空轉的，在一些WWTP的概念中，典 型地在50%的時間。這就意味著曝氣設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。這通過在厭氧側流反應器中的處理實現(xiàn)，在所述厭氧側流反應器中發(fā)生水解和發(fā) 酵-在優(yōu)選的實施方案中，通過在所述側流反應器（CSTR)中提供酸性條件促進所述處理。 在所述側流反應器中，所述方法包括使用化學物質如堿或酸，添加的消化酶，超聲波處理， 臭氧處理或其他氧化性的化學處理以及熱處理。
[0009] 所述方法使用酸性環(huán)境和加熱以實現(xiàn)效益。該方法的一個缺陷是硝化細菌不能在 酸性條件下存活，并因此WO 2010/148044的方法和裝置的促進以硝化細菌和它們的作用 為代價。
[0010] 因此，盡管廢水處理技術在持續(xù)發(fā)展，仍還有對于生物廢水處理裝置進一步改進 的迫切需要，來提供擴大的使用范圍，并仍然符合對于效率以及對不需要的有機與無機化 合物（例如總氮、總磷、總懸浮固體、生物需氧量和化學需氧量）的去除的高要求，并與可達 到的COD無關。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個目的是提供用于生物處理的改進方法，其具有對可達到的COD 更好的產(chǎn)能利用率以及由此對廢水更高效的凈化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在上述背景下，在第一方面本發(fā)明的一個目的是提供用于廢水生物處理的方法， 其通過在整個方法中使用相同細菌種群的活性污泥法進行，所述方法包括以下步驟：
[0013] a)使廢水進料流入處理池，
[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，其中對所述沉 淀污泥進行以下步驟：
[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流反應器中經(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流反應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 行側流處理，無機和有機物質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 部分被處理并返回所述處理池）中更加高效。在這個具體的方法中，活性沉淀污泥的第一 部分在側流反應器中經(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 部分沒有任何側流處理而返回到所述處理池。
[0020] 通過在側流反應器的較小體積中濃縮所述耗時的生物反應（所述側流反應器具 有高于處理裝置3-5倍的污泥濃度），水解將更加高效。在所述側流反應器中在例如厭氧處 理下的水解速率以恒定速率持續(xù)直至40小時停留時間。
[0021] 所述方法在整個方法中使用相同的細菌種群，即在所述方法的任何點都不添加外 部細菌以增強具體過程，也不添加任何化學物質以增強好氧或厭氧細菌作用。
[0022] 在本發(fā)明的上下文中，通過"相同細菌"指在所述方法的任何點都不添加或生長特 定細菌，并且所述細菌種群純粹是在所述方法中所發(fā)生的反應的結果，所述方法由曝氣或 無空氣的體積、程度和時間進行控制。
[0023] 通過利用根據(jù)本發(fā)明的側流反應器，磷主要在處理池A中被去除，而系統(tǒng)中的細 菌已準備用于通過利用HCOD進行最佳攝取以去除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提供一種更加靈活的廢水處理裝置，因為COD含量可以在 側流反應器中被濃縮和/或利用，同時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影響情況下運行提供容易達到的COD的水解 (HC0D)〇
[0025] 此外，本發(fā)明所述的系統(tǒng)提供了一種相對于可達到的COD含量具有靈活性的方 案。因此，在所述COD對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，由于低脂肪食品廢棄物以及由于工業(yè)廢物的頻繁預處理，就符 合上述情況。
[0026] 在整個方法中，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，因為根據(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，因為可以使用更小的管道和更小的側流處理池，運行本發(fā)明方法的安裝成 本更低。除成本之外，因為用來改進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 流反應器中發(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 如在側流反應器的好氧段中形成的N0 3的脫氮，在側流反應器的厭氧段和/或來自側流反 應器的剩余HC0D中的P去除，可在處理池中增強脫氮和P去除-即用于通過在處理池中的 微生物改進生物除磷和脫氮。
[0030] 復雜的有機化合物的分解被一步步分解至簡單化合物，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)的過程進行。
[0031] 厭氧處理允許多磷酸鹽微生物（細菌）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] 對廢水進行曝氣允許氨、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緩慢。這樣，必須要有足夠的時間用于所述活性 污泥的好氧處理，以使該微生物的生長能夠比排出沉淀池中的沉淀污泥去除速率更快。曝 氣還促進了通過異養(yǎng)生物的COD和B0D消耗。
[0033] 在降解COD物質時，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)細菌而進行 的兩級工藝。如果生物除磷細菌處于沒有氧氣和NCV的環(huán)境，所述生物除磷細菌會通過向 水相脫除在細胞中作為能源儲存在聚合的磷酸鹽化合物中的磷酸鹽，將VFA-C0D吸收和轉 化為有機聚合物，PHB。
[0035] 當所述生物除磷細菌在下一步驟中被保持在好氧條件下時，該生物除磷細菌吸收 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菌被