專利名稱:含磷酸鹽污水凈化和生物除磷方法以及實施該方法的設備的制作方法
本發(fā)明涉及以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法，其中可沉淀和/或不可沉淀污水組分在連續(xù)處理池中先作厭氧后作需氧處理，并且將從第二次澄清池來的活化循環(huán)污泥回送入厭氧操作步驟，本發(fā)明還涉及實施該方法的裝置。
與此不同的是，如果磷化合物按化學或生化反應而以固態(tài)從污水中分離出來的話，則僅可以氮化合物從污水中分出。因此，以前磷酸鹽以固態(tài)從污水中必然分出的過程只能以進入生物體或進行化學沉降來進行。
多年來，一直采用多級澄清裝置來進行化學沉降磷方法。而近來則開發(fā)了以生物或生物-化學方式除磷的方法。因此，在純生物方法中，人們試圖確定過剩污泥中生物除磷總量。與此不同的是，生物-化學方法中，生物作用以特定方法與特別經濟的石灰沉降作用結合起來。
生物方法中，人們應用了這樣一種現象，即污水中所含的磷可按污水和活化污泥相接觸的條件從已知微生物中釋放出來或與其結合起來。其中，污水中磷實際上僅以磷酸鹽出現，而且大部分為可溶磷酸鹽，只有很少的一部分是特殊凝結磷酸鹽。如果在按活化方法進行操作的生物澄清裝置中讓活化污泥持續(xù)經受厭氧條件(存在溶解氧，亞磷酸鹽和硝酸鹽)和需氧條件(存在溶解氧)的作用，則表明污泥在厭氧條件下釋放出磷酸鹽，而在需氧條件下吸收磷酸鹽。厭氧相中磷酸鹽的釋放對應于需氧相中磷酸鹽的吸收。到目前為止，這方面進行的所有的研究都表明，需氧條件下的磷酸鹽吸收率與預先于厭氧條件下進行的磷酸鹽返溶率直接相關。
生物除磷中極為重要的事實是，磷酸鹽的吸收程度總是比預先進行的返溶程度更高。由于污水凈化之后是在緊接需氧相之后從生物污泥中分出的，所以會出現Netto-Eliminatian，即排出的磷濃度低，而澄清裝置中過剩污泥的磷濃度高。
因此，人們?yōu)榱颂峁┏仔识噲D制出盡可能大量的過剩污泥和/或使過剩污泥中的磷含量盡可能提高。
因此，可通過污泥負荷確定具體的過剩污泥產量。
過剩污泥中的磷含量可按上述的關系而提高，更確切地說是通過強化磷的返溶并由此使隨后的磷的吸收也得到強化。
如果想通過改變生物澄清裝置中的磷的返溶/磷的吸收而影響除磷效果，則還必須注意到以下事實1.亞硝酸鹽和硝酸鹽的存在會阻止磷的返溶，而且在厭氧裝置中決不應流入含亞硝酸鹽或硝酸鹽分流。
2.應用易分解基質則可加快磷的返溶。
在近年來開發(fā)的生物除磷方法中以不同的方式考慮到了這兩個因素。在目前簡化了的所謂A/O方法(已見于例如Krichten D.J.，Hong S.N.，Tracy K.D.的研究報告，Applied biological phos-phorus removal by the A/O.Process，Internat.Conf.“Phosphprus in the Environment”Lissabon，Juli 1985)中，將不通風的完全攪拌池或池組與活化池聯(lián)接。將循環(huán)污泥和未處理或預澄清過的污水送入這一池，其中在該池中的停留時間為1-5h。而在隨后的活化池中的停留時間為約2-5h。這種方法的應用僅限于負荷足夠高的裝置，其中不允許出現硝酸化作用(氨經過微生物氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽)。這時，換句話說也就是亞硝酸鹽和硝酸鹽會隨循環(huán)污泥進入不通風裝置并在其中阻止磷的返溶。
在另一所謂“Phoredox”或改性Bardenpho方法中，與A/O方法一樣，將循環(huán)污泥和未處理或預澄清過的污水送入不通風的完全攪拌池或池組中。但是，在繼后的裝置中，除了硝酸化而外，還要進行完全脫氮(亞硝酸鹽和硝酸鹽經微生物還原成分子氮并以氣態(tài)從污水中放出)，這樣一來，就不含有亞硝酸鹽或硝酸鹽隨循環(huán)污泥一起進入厭氧裝置中。這種方法還特別是為生物除氮和磷而設置的。其中，在進行磷返溶的第一不通風的完全攪拌池中，循環(huán)污泥停留時間為1.5h。
又一方法為所謂的UCT(university of cape town)方法，已見于例如Erama G.A.，Marais G.R.，Zusaetzliche bilo-gische P-Elimination beim Belegungsverfahren-Erfahrungen in Suedafrika.GWF126，Seite 241 bis 249(1985)。這種方法的目的是避免完全脫氮作用所需的高消費。該方法僅限于連續(xù)脫氮，這樣原則上決不可能達到100%的除亞硝酸鹽或硝酸鹽。由于循環(huán)污泥因此而含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，所以先將其送入脫氮池。污泥從這一池中出來之后再送入串聯(lián)的不通風攪拌池，其中進行磷的返溶。在這一池中，如同前述的兩種方法，污泥與未處理或預澄清污水于完全攪拌條件下進行接觸，其中污泥停留時間為1.5h。
上述的三種方法為目前主要采用的三種生物除磷方法。另一所謂的Biodenipho方法，就進行磷的返溶而言，基本上不同于上述的方法。
與上述方法的基本區(qū)別還表現在Phostrip方法中，該方法已見于Lerin G.V.，Topol G.J.，Tarnay A.G.，Operation of Full Scale Biological Phosphorus Removal Plant，JWPCF 47，577-590(1975)。這一方法代表了高效率生物除磷與化學沉降除磷相結合的方法。該方法中將部分循環(huán)污泥送入稱之為“Stripper”的沉淀池。在該池中經過幾小時的厭氧停留而進行的磷的返溶期間，同時經過靜態(tài)濃縮而出來含磷酸鹽的上層清液。這種含磷酸鹽的上層清水然后進行化學沉降。
與其它方法不同的是，在Phostrip方法中人們還注意到了讓污水分流進行化學沉降而提取載磷組分的目的，這一組分在純粹采用生物作用時不可能從污水中除去。用石灰(Ca-(OH)2)進行沉降的特殊性在于，與污水總流量進行沉降的情況一樣，在污水分流進行沉降時，可大量節(jié)省石灰。
原則上，Phostrip方法的應用僅限于不脫氮而且負荷大的活化設備，因為亞硝酸鹽或硝酸鹽有可能隨循環(huán)污泥而進入Stripper中。但可采取相應的措施并且已經實施了這些措施。后面所述的這種方法已進行了多次改進，一種改進旨在“加快磷在Stripper中的返溶”(供入預澄清污水)，但首先是旨在“進一步將磷酸鹽轉入Stripper中”(供入預澄清污水，凈化污水或化學處理污水，循環(huán)Stripper污泥)。
目前，大多數情況下純生物除磷的處理方法(A/O，Phoredox，UCT，Biodenipho)的效率還不夠高。由于各方法的前提條件互不相同，所以無法將目前文獻中列出的結果直接進行相互比較，同時進行的研究也不完善。但是，有一點是確定無疑的，那就是總除磷率極少有超過75%的。
在Phostrip方法中，由于讓分流進行化學沉降，所以可達到相當高的除磷率。但其總除磷率的生物除磷成分不到75%。
所有上述方法，也許A/O方法是個例外，均具有很大的缺點，即工藝復雜，因此投資大，此外，只能由經過專門訓練的人才能使其運轉。
本發(fā)明的目的是以生物除磷而凈化含磷酸鹽污水的方法以及實施該方法的設備，其中在改善生物除磷工藝的同時還可大大降低設備費用或使其減至最少。
在上述方法中，本發(fā)明的目的是以這樣的方法來達到的，即讓厭氧條件下的處理在沉淀池中進行，而沉淀池中污泥停留時間超過水力保持時間，或者說是用這樣的設備來達到的，即厭氧操作池為沉淀池(1)，其中包括循環(huán)污泥和可沉淀和/或不可沉淀污水組分混合物輸入管(4)，與后續(xù)通風活化池(2)相連的上層清液排出管(5)以及同樣與后續(xù)通風活化池(2)相連的沉淀池(1)底部濃縮污泥排放管(6)，而在沉淀池(1)和通風活化池(2)之間有時還連上另一處理池并使上層清液或上層清液和濃縮污泥在其導入通風活化池(2)之前經過該處理池。
本發(fā)明基于按多年的經驗用半工業(yè)化生物除磷設備得到的認識，即就提高除磷效率來說，以下兩點是很重要的1.必須使活化污泥的厭氧停留時間高于目前試用的方法，以及2.必須應用未處理污水中易分解基質的總趨勢以提供厭氧停留時間內磷酸鹽的返溶速度。
就上述的第一點而言，污水和循環(huán)污泥在目前設置的完全攪拌池中接觸時，污泥的厭氧停留時間總是太短。由于增大池的尺寸并不便宜，所以本發(fā)明采取了分別控制污泥停留時間和液體停留時間的辦法，這極易于沉淀池中實現，其中污泥在與污水接觸之后沉積起來。然后從沉淀池底部僅取出濃縮污泥，這是從固體物質平衡量中強制取出的。如果進行良好的濃縮，可達到很長的污泥停留時間如5-30h，而實際上特別有利的是10-24h。
為了按要求考慮到上述的第二點，特別有利的是使循環(huán)污泥于池頂部與未處理污水接觸。這樣可以放棄目前常采用的預澄清步驟，并可將大多數情況下于澄清裝置中采用的預澄清池轉化為厭氧磷酸鹽返溶池，其中進行本發(fā)明方法的第一步。
因此，根據本發(fā)明，污水可理解為公共污水，商業(yè)污水或工業(yè)污水，必要時還可讓其流過格柵并進行除砂和/或油脂預處理，但不進行預澄清，因此仍有大量的可沉淀組分。
本發(fā)明方法，如同以下參照附圖和實施例進行詳細解釋的那樣，其特點是工藝極簡單并可采用現有澄清裝置而無需為進一步的生物除磷作明顯的改動。兩個月的試運轉即已顯示出相對于現有方法的優(yōu)越性。未處理水中含磷濃度一般為平均8mg/l總量，而排出液可達到平均低于1mg/l總量，除磷率差不多為90%。至于磷酸鹽，其清除效率還可明顯提高。因此，磷酸鹽可基本上完全從活化污泥中分離出來，而排出液中的剩余磷含量則大部分源于特殊的磷。
為了闡明本發(fā)明方法的突出除磷效率，還是讓我們先簡單討論一下本發(fā)明方法的理論依據。
眾所周知，預澄清污泥經過一段時間的厭氧處理即所謂的酸性發(fā)酵。其中，通過預澄清污泥中含有的某些微生物的作用而可使油脂，糖和其它可分解物質分解成低級有機脂肪酸，首先是乙酸。由于分解產物為有機酸，所以人們又稱該過程為Acidogenese。將分解產物分離出來后再進行一次分解，由于停留時間很長(幾天至幾星期)，其中進行所謂的甲烷發(fā)酵。
初步試驗已表明，將上述分解產物添加到循環(huán)污泥中則可明顯加快相應裝置中磷的返溶。由于從循環(huán)污泥中釋放磷酸鹽和從預澄清污泥中釋放有機酸這兩個過程要求等同的介質條件，即厭氧環(huán)境，所以為建立本發(fā)明而得出了如下結論，即可有利地在一臺反應器中將這兩個過程聯(lián)合起來進行。確切地講這是在沉淀池中進行的，其中進行本發(fā)明方法的第一步并因此可將該池稱之為聯(lián)合發(fā)酵和磷的返溶池。新鮮預澄清污泥一般是在厭氧條件下與循環(huán)污泥進行濃縮，釋放出有機酸并直接為循環(huán)污泥所用。從循環(huán)污泥中吸收有機酸并相應地保證磷酸鹽的釋放。按照這樣建立起來的優(yōu)化環(huán)境，磷酸鹽的釋放特別快，只要注意到前面的解釋，即磷酸鹽的吸收最好在活化池中進行，也就不難得出這一結論。
本發(fā)明方法的應用不僅限于無硝酸化高負荷裝置，由于厭氧沉淀池中的還原趨勢很大，所以可進行循環(huán)污泥脫氮，而又不明顯影響磷酸鹽的返溶能力。已知方法中用完全攪拌池進行操作，其中隨循環(huán)污泥帶入的硝酸鹽立刻遍布池的每一角落并全面阻止磷酸鹽的返溶，與此不同的是，在本發(fā)明方法的沉淀池中，由循環(huán)污泥帶來的硝酸鹽在其與未處理污水一起導入時僅浮于池的最上層并很快得到還原。因此而避免了對下層磷酸鹽的返溶產生不利影響。只是在硝酸鹽還原過程中要消耗易分解基質，這會在一定程度上削弱磷酸鹽的返溶程度。但是，由于未處理污水中溶解的易分解基質完全用以使硝酸鹽還原，所以發(fā)酵而得的有機酸可完全用于磷酸鹽的返溶。
所以說，還要保證穩(wěn)定的澄清裝置除磷效率，澄清裝置在臨界范圍內工作并只是間或進行硝酸化。因此，本發(fā)明方法可順利地與單獨進行的除氮操作相結合，可串聯(lián)脫氮，同時脫氮或交替進行(Biodenipho方法)原則上，這種聯(lián)合對各種方法都是可能的，其中存在無需固定在載體上的流動活化污泥。
必要時，還可將從厭氧操作沉淀池取出的濃縮污泥再額外進行一次厭氧停留。這可在另一沉淀池或混合池中進行。如果厭氧沉淀池中混合污泥因液體負荷大而不能使其濃縮達到足夠的污泥厭氧停留時間，則采取這種措施應是必須的。
就本發(fā)明的構思的另一方面而論，向厭氧沉淀池中只供入可沉淀污水組分，而將不可沉淀的污水組分直接送入需氧處理池。還可有利地將預澄清池與厭氧沉淀池相連，其中將可沉淀污水組分，也稱為預澄清污泥和不可沉淀污水組分，也稱為預澄清污水相互分開。在該實施方案中，厭氧沉淀池中的水力負荷得到降低，污泥濃縮得到改善并因而提高了厭氧停留時間。當然，不足的是溶解的污水成分不可能有效地強化厭氧條件下的磷的返溶，因為預澄清污水直接送入了需氧處理步驟。但是，另一方面，污泥的高厭氧停留時間又可促使處理池中磷的進一步返溶并因此而強化磷的吸收。除磷效率即可得到提高。
預澄清污泥也可額外進行一次處理，這可將大顆粒物質與細顆粒物質分開。例如，可用離心機進行分離。從離心機分離出來的含大顆粒物質并以高度濃縮態(tài)沉降的污泥可直接送去進行污泥處理。而中間的大量細顆粒物質則送入厭氧沉淀池。
本發(fā)明的另一實施方案是考慮向厭氧沉淀池中只供入不可沉淀污水組分，而取出可沉淀污水組分。在前置的預澄清池中又一次于不可沉淀污水組分即預澄清污水下面使可沉淀污水組分即預澄清污泥得到分離。厭氧沉淀池中這樣供入預澄清污水，具體基質的分解甚至也不能發(fā)揮作用，但是，與完全攪拌體系比較起來，高厭氧停留時間是有效的。通過這一實施方案，還可避免放棄預澄清步驟可能帶來的不利影響如高需氧量，沉積和堵塞等現象。
在污水成分不利(高磷酸鹽濃度，低BSB濃度)時，上述實施方案可達到其效率范圍。在這種情況下，按本發(fā)明可考慮借助污水分流沉降而在添加少量石灰時使高磷酸鹽載帶量達到化學凝結。這時，可將從需氧沉淀池中取出的污泥分成富含磷酸鹽的水和貪磷酸鹽的污泥，例如可用離心分離機進行。富含磷酸鹽的水在約9的pH值下進行石灰沉降，其中取出沉淀污泥并將上層水送入需氧處理池。而貪磷酸鹽污泥直接送入需氧處理池。少量的污水分流和高溶解磷酸鹽濃度即為磷酸鹽的化學沉降提供了理想的前提條件。取出的磷酸鈣沉降污泥還可回送去再次使用。
按照本發(fā)明，還可考慮讓從厭氧沉淀池中取出的濃縮污泥直接送去進行石灰沉降。在約9的pH值下產生的沉降污泥與有機污泥一起送入需氧處理池并在其中因pH值下降而部分再進入溶液。但是，一大部分沉降污泥仍將按磷酸鹽晶體的所謂“Alterung”而以固態(tài)留下來并使工藝體系具有過剩的污泥。生物結合的磷酸鹽還應加上化學結合的部分，因此除磷效率得到了提高。
按照作為基礎的工藝原理，可以少量設備分流達到磷酸鹽富集，本發(fā)明的這種實施方案還可在用石灰進行分流沉降時利用這一事實。在用石灰進行沉降時，除磷效率取決于可提高的pH值。磷酸鹽在少量污水中的富集還意味著，如同總污水流沉降一樣，僅增加極少量的石灰即可達到相同的效率。因此，石灰節(jié)約量直接與污水分流和總流之比成正比。
以下參照附圖和實施例詳細說明本發(fā)明方法。
圖1為本發(fā)明方法的基本組成部分流程圖。
圖2為除本發(fā)明方法的基本組成部分而外還包含延長厭氧停留時間的攪拌池的流程圖。
圖3為除本發(fā)明方法的基本組成部分而外還包含另外延長厭氧停留時間的沉淀池的流程圖。
圖4為說明輸送預澄清污泥的本發(fā)明設備運行方式的流程圖。
圖5為說明本發(fā)明設備中進行污水分流沉降單獨排放沉降污泥的運行方式的流程圖。
圖6為說明本發(fā)明設備中進行污水分流沉降而不單獨排放沉降污泥的運行方式的流程圖。
圖7為說明實施例所述試驗的第1a和1b期間試驗設備運行方式的流程圖。
圖8為說明實施例所述試驗的第2期間試驗設備運行方式的流程圖。
圖9為表明按實施例中試驗設備的運行方式在第1星期內厭氧沉淀池中磷酸鹽返溶進程的示意圖。
圖10為表明按實施例中試驗設備的運行方式在第1星期內處理池組中磷酸鹽吸收進程的示意圖。
圖11為以連續(xù)圖樣表面實施例中試驗設備入口處和出口處總磷濃度和所得降磷率的示意圖，其中取24小時攪拌試驗所測數據的平均值。
按照圖1，本發(fā)明設備包括3個相互連接的裝置，對應于3步操作步驟，即沉淀池1，活化池2和第二次澄清池3。向沉淀池1中經導管4導入未處理污水并于沉淀池1頂部向該污水中混入經導管9從沉淀池3來的循環(huán)污泥。其中，導管4插入沉淀池中液體表面層中，這樣一來可沉淀的固體成分即可毫不受阻地沉下去并在由未處理污水和循環(huán)污泥組成的相當新鮮的混合物形成的區(qū)域進行脫氮，而這防止了硝酸鹽組分進入沉淀而得的濃縮污泥。沉淀池1的上層清液經導管5可直接或如下述經中間放置的厭氧步驟之后送入活化池2，其中同時還經導管6送入沉淀池底部的濃縮污泥?；罨?可為眾所周知的適宜活化池，其中還從頂部通風(如用通風機13進行)或借助更為常見的已知裝置進行通風或用空氣或純氧氣充氣?；罨?可以常規(guī)方式經導管7與第二次澄清池3相連，經過第二次澄清之后，已澄清污水以常規(guī)方式經管線8排出，而從其底部取出生物污泥并將其分流，一部分為經導管9輸送的循環(huán)污泥和經導管10排出的過剩污泥。此外與如圖1所示不同的是，過剩污泥也可從活化池2直接取出，這還可帶來這樣的優(yōu)越性，即過剩污泥的磷含量不會通過第二次澄清池中進行的磷返溶而得到降低。過剩污泥從沉淀池中排出并不是優(yōu)選的，但在個別的情況下也是有意義的。沉淀池1保證其中的污泥停留時間，這超過水力保持時間，這樣一來，就可強化磷酸鹽的返溶，而這正是后續(xù)活化池中有效地吸收磷酸鹽的前提條件。
因此，沉淀池1可為大多數澄清裝置中常見的預澄清池，再經過適當改型即將各入口和出口作適當調整而轉變成適于本發(fā)明方法的厭氧沉淀池。本發(fā)明這種方法的優(yōu)點已在本文前述做了基本的說明。
圖2-6表明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中參考號如圖1所示。
圖2表明了本發(fā)明設備，其中除了本發(fā)明基本組成部分而外，還包括攪拌池以延長厭氧停留時間。厭氧沉淀池1底部濃縮污泥導管6與攪拌池15a相連，而該池同樣在厭氧條件下進行操作。然后，將這樣處理之后的污泥送入通風活化池2。如果厭氧沉淀池1中混合污泥的濃縮依據預給水力負荷而不能達到足夠的要求，則這另外的厭氧停留時間是必須的。
圖3表面了另一延長厭氧停留時間的可能性，其中圖2的攪拌池15a由第二厭氧沉淀池15b代替。
圖4表面了以預澄清污泥投料的本發(fā)明設備。將厭氧沉淀池1與預澄清池16相連，其中經導管19送入未處理污水。在預澄清池16中，未處理污水分成預澄清污泥和預澄清污水。預澄清污泥經導管17與經導管9輸送的循環(huán)污泥一起送入厭氧沉淀池1。而預澄清污水則經導管18而直接送入通風活化池2。如上所述，這種實施方式具有這樣的優(yōu)點，即厭氧沉淀池1的水力負荷得以降低。
圖5和6則表明了本發(fā)明設備中進行污水分流沉降的運行方式。
在圖5所示設備中，將經導管6從厭氧沉淀池1中取出的濃縮污泥送入離心機20，其中分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥。富含磷酸鹽的水經導管21送入攪拌池22，其中還添加石灰。在后續(xù)的沉積池23中取出產生的沉降污泥，而上層水則通過導管24送入通風活化池2。與此相對的是，貧磷酸鹽的污泥直接經管線25送入活化池2。如上所述，本發(fā)明的這種實施方案可在降低石灰添加量的同時，提高磷酸鹽載體的清除效果。
圖6示出了另一種分流沉降可能性。從沉淀池1中經導管6取出的濃縮污泥直接于攪拌池中進行石灰沉降，產生的沉降污泥與有機酸一起經導管26送入活化池2。大部分沉降污泥在活化池2中以固態(tài)留下來，而設備則經導管10排出過剩污泥。
下面用具體實施例詳細解釋本發(fā)明，其中在說明具體試驗設備的圖7和8中，參考號意義同圖1。
實施例該實施例說明以半工業(yè)化比例進行的3個月試運轉情況。
試驗設備運行方式以現有設備為基礎，試驗設備的活化池2以充入純凈氧氣進行操作。試驗設備的活化池即總容量為1.7m的三個池組，均置于密閉裝置中，其中還裝有表面通風機13并將氧通入第一串聯(lián)池12a的通氣空間。各串聯(lián)池12a、b、c的通氣空間用膠管內連起來。廢氣，首先是由CO2和剩余氧組成的，從第三個串聯(lián)池12c而離開活化池。
試驗于8-11月分兩階段進行。
在第一階段，進行活化并進行前置脫氮(參見圖7)，其中于活化池2之前設置完全攪拌的脫氮箱11，其中將活化池2來的排出液分流與沉淀池1來的上層清液和濃縮污泥送入該箱。
在第二試驗階段，省去了這樣安排的脫氮步驟，以便觀察厭氧沉淀池中含硝酸鹽的循環(huán)污泥對磷酸鹽返溶的影響(見圖8)。
兩階段試驗的操作數據列于表1。
表1試驗設備的操作數據沉淀池體積 2.0m3脫氮池體積 1.0m3(僅用于第一試驗階段)活化池體積 1.7m3第二次澄清池體積 2.0m3污水量(未處理污水) 0.30m3/h循環(huán)污泥量 0.09m3/h上層液體量 0.33m3/h濃縮污泥量 0.06m3/h循環(huán)量 0.60m3/h(僅用于第一試驗階段)
試驗設備入口和出口處總磷量，BSB5，CSB以及固體物質的測定是以24h混合試驗進行的。在整個試驗期間保持24h試驗取值。對總磷量的測定基本上是以混合試驗日進行的。還包括連續(xù)監(jiān)測過剩污泥中的磷含量，以便盡可能使磷達到精確平衡。
正磷酸鹽濃度僅僅是以抽樣試驗得到的。BSB5，CSB，可過濾的物質和所有氮參數均是以混合試驗日得到的，但不是每天。
每種情況下的分析則是按Deutsch Einheitsverfahren(DEV)進行的。至于磷，則采用了硫酸/過氯酸進行的分解(DEV，D11，1975)。
試驗結果試驗得到的結果以示意圖示于圖11，其中給出了試驗設備入口和出口的總磷濃度以及所得的除磷效率。從中可以看出，4個星期以上的試運轉是必要的，試運轉直至除磷效率達到80%以上。在觀察除磷效率時發(fā)現，在4個星期試運轉結束時，效率突然升高。圖9表明了厭氧池中磷的返溶情況，從中可以看出，至少是就磷的返溶而言，試運轉期間整個工藝經歷了相當穩(wěn)定的變化。圖10則對應地表明活化池組的磷吸收率，其中曲線A、B、C各代表運轉開始后10、18以及39天的情形。因此，曲線C同時又表示出達到的平衡狀態(tài)。
可以明顯地看出，厭氧沉淀池中磷酸鹽返溶程度的提高對應于活化池中不斷提高的磷酸鹽吸收程度。當然，Netto除磷最初還有一定極限，即對于先前進行的磷的返溶而言，僅僅能少量提高磷酸鹽的吸收。但在試驗的第4星期內，對先前進行的磷返溶的這種過補償會增加并約從第30天開始于活化池中達到基本上完全的磷酸鹽吸收。
由于這樣測定的所有結果表明，從這一天開始達到平衡，所以下表2中所列結果即代表試驗從第32天到試驗結束的結果。試驗期間，效率降低很明顯是由于受到操作上的干擾所致(供氧損失，循環(huán)污泥泵損失)，這些試驗日在取平均值時就不加考慮。
表2試驗設備在第1b和第2試驗期間的試驗結果24小時混合試驗，平均值參數 測試位置 單位 第1b試驗期 第2試驗期總磷量未處理污水 g/m38.40 7.47Ges.-p 出口 g/m30.95 0.90除磷率 % 89 88未處理污水 g/m3158 157生物需氧出口 g/m37 7BSB5除磷率 % 96 96未處理污水 g/m3327 303化學需氧出口 g/m353 39CSB 除磷率 % 84 87未處理污水 g/m3135 101上層液體 g/m3147 74固體出口 g/m318 10TS 循環(huán)污泥 g/m319.300 18.300濃縮污泥 g/m328.800 27.300活化污泥 g/m35.340 5.140
污泥體積指數活化污泥 cm3/g 78 85SVI體積負荷 BRkg/m3d 0.67 0.66污泥負荷 BTSkg/kgd 0.12 0.13如表2所示，兩段試驗期間的總觀察時間還可細分為各28天(第1b和第2試驗期對應于圖7和8)。從表2可知，長時間的平均值保持低于1mg/l試驗設備出口的總磷量。所得除磷效量近于90%。
而且，CSB和BSB5除磷率很好。而循環(huán)污泥通過在前置沉淀池中作長期厭氧停留(約24h)，也決不會對分解效率產生不利影響。其中，上述污泥停留時間是從取出的污泥量和沉淀池中的污泥區(qū)體積(約1.5m)得出的。
由于活化污泥具有很好的沉淀特性(SVI約80)，所以在活化池中可達到很高的固體濃度。雖然污泥負荷相當小，但整個觀察期間硝酸化仍不完全。平均僅能達到40%除銨率，而出口處的硝酸鹽值僅限于10mg/lNO3-氮。但是，不大可能有因本發(fā)明方法的特點而帶來對硝酸化的阻止，而且在試驗設備中應用的充氧技術亦如止，充氧導致CO2的集聚?；罨刂?.5的低pH值和僅為5mmol/l的入口酸容量意味著，在這臨界的負荷范圍內，也可能于充氧裝置中阻止硝酸化。
由于硝酸化受到限制，所以在第二試驗期間(無前置脫氮步驟)也決不可能在循環(huán)污泥中測出亞硝酸鹽或硝酸鹽。
應對出口處剩余含量的組成給出說明的研究結果如表3所示。在表3中，給出了對出口處以及第3串聯(lián)池12c的活化污泥進行抽樣試驗研究所得的平均值。據此在對第3串聯(lián)池進行過濾試驗時，僅有0.15mg/l PO4-磷顯示出來。正磷酸鹽也基本上完全從活化污泥中吸收了。而對應的在排出流體8中還有0.23mg/l PO4-磷，其中與活化池排出液7比較起來提高量不大應歸因于第二次澄清池3中開始出現的磷酸鹽的返溶。與一并列出的初始和過濾排出液試驗的總磷含量結合起來，所列數據表明，排出液中的總磷含量以大致等同的部分由正磷酸鹽-磷，可過濾的磷化合物和不可過濾的磷化合物(沒有正磷酸鹽)組成。在這些成分中，最后一種最難于處理，而其它則還可采用其它先進的工藝方法而進一步降低(如進行污水過濾或絮凝過濾)。
常規(guī)澄清裝置所得澄清污泥中的磷含量為1-2%w/w。而這樣達到的常規(guī)除磷率為約20%。在試驗設備的情況下，過剩污泥中更高的磷含量對應于更高的除磷效果。測定過剩污泥中的磷含量而得平均4.0%w/w的值(以干重計)或5.5%w/w(以有機干重計)。
如果根據可能造成的誤差而假定10%的允許誤差范圍，則以過剩污泥的磷含量所得值正好符合所觀察到的除磷效果。在表4中列出了相應的數據。
其中表明，在本發(fā)明的方法中，由于不存在預澄清，所以可更多地沉淀出單位過剩污泥產量，而從主要方面考慮，這正如以上所述又極有利于提高除磷率。
因此，試驗設備以半工業(yè)化規(guī)模進行的3個月試驗運轉表明，在1個月的試運轉之后總除磷率可保持80%以上。取長時間的平均值，則總除磷率不足90%，其中排出液濃度為平均0.93mg總磷/l和0.23mg PO4-磷本發(fā)明方法實際應用時，無需很高的投資費用。以現有澄清裝置即可以少量投資構成本發(fā)明方法基本組成部分的預澄清池，活化池和第二次澄清池，從而按本發(fā)明方法達到進一步的生物除磷。
表3排出液和活化污泥抽樣試驗的總-磷和正磷酸鹽-磷試驗設備在試運轉結束之后所得到測試數據的平均值參數 抽樣試驗 單位 1b+2試驗期總-磷排出液，未過濾 g/m30.75Ges.-p 排出液，過濾＊ g/m30.47正磷酸鹽-磷排出液，過濾＊ g/m30.23PO-P 活化污泥第3串聯(lián)池，g/m30.15過濾＊＊膜過濾，微孔直徑0.45αm表4試驗設備的磷平衡，以試運轉結束后所得數據為基礎除磷量 g P/m3污水 7.0
過剩污泥磷含量 g P/g TS 0.04沉淀出的過剩污泥量＊ g TS/m3污水 1.60＊對應于1.0kg US/kg BSB5的單位污泥產量
權利要求
1.以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法，其中，可沉淀和/或不可沉淀污水成分在連續(xù)處理池中先作厭氧后作需氧處理，并且將第二次澄清池來的活化循環(huán)污泥回送入厭氧操作步驟，其特征是，使厭氧條件下的處理在沉淀池中進行，而沉淀池中污泥停留時間超過水力保持時間。
2.按權利要求
1的方法，其特征是，厭氧沉淀池后接通風活化池，并向活化池中供入從沉淀池來的上層液體以及從沉淀池底部取出的濃縮污泥。
3.按權利要求
1或2的方法，其特征是，厭氧沉淀池中供入未處理污水，該污水中有大量可沉淀物質，這些物質在沉淀池頂部與循環(huán)污泥混合。
4.按權利要求
1-3之一的方法，其特征是，未處理污水和循環(huán)污泥混合物送入厭氧沉淀池的表層區(qū)域。
5.按權利要求
1-4之一的方法，其特征是，向需氧處理池中供入的濃縮污泥是從厭氧沉淀池中取出的，其量為單位時間內來自未處理污水和循環(huán)污泥的總共固體物質帶入量。
6.按權利要求
1或2的方法，其特征是，向厭氧沉淀池中只送入可沉淀水組分，而將不可沉淀污水組分直接送入需氧處理池。
7.按權利要求
1或2的方法，其特征是，向厭氧沉淀池只送入不可沉淀污水組分，而取出可沉淀污水組分。
8.按權利要求
6或7的方法，其特征是，污水在前置預澄清池中分成可沉淀污水組分即預澄清污泥和不可沉淀污水組分即預澄清污水。
9.按權利要求
1-8之一的方法，其特征是，將從厭氧沉淀池中取出的污泥分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥，而將富含磷酸鹽的水送去進行石灰沉降，其中將沉降污泥取出并將上層水送入需氧處理池，而將貧磷酸鹽的污泥直接送入需氧處理池。
10.按權利要求
9的方法，其特征是，濃縮污泥是用離心分離方法分成富含磷酸鹽的水和貧磷酸鹽的污泥的。
11.按權利要求
1-8之一的方法，其特征是，從厭氧沉淀池中取出的濃縮污泥在其導入需氧處理池之前送去進行石灰沉降。
12.按權利要求
1-11之一的方法，其特征是，第二次澄清池直接設在通風活化池之后，從中取出活化污泥并分成循環(huán)污泥和過剩污泥。
13.按權利要求
1-12之一的方法，其特征是，總方法中包括前置脫氮，同時脫氮或交替進行。
14.以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的設備，其中包括厭氧操作池，后續(xù)通風活化池和第二次澄清池并從該池中取出活化污泥而分成過剩污泥和送入厭氧操作池的循環(huán)污泥，其特征是，厭氧操作池為沉淀池(1)，其中包括循環(huán)污泥和可沉淀和/或不可沉淀污水組分混合物輸入管(4)，與后續(xù)通風活化池(2)相連的上層清液排出管(5)以及同樣與后續(xù)通風活化池(2)相連的沉淀池(1)底部濃縮污泥排放管(6)，而在沉淀池(1)和通風活化池(2)之間有時還連上另一處理池并使上層清液或上層清液和濃縮污泥在其導入通風活化池(2)之前經過該處理池。
15.按權利要求
14的設備，其特征是，循環(huán)污泥和污水組分混合物輸入管(4)通入沉淀池(1)的上層區(qū)域。
16.按權利要求
14或15的設備，其特征是，沉淀池(1)為改型的常用預澄清池，其中是將未處理污水輸入管與循環(huán)污泥輸入管相聯(lián)并將污泥排出管與后續(xù)活化池相聯(lián)而進行改型的。
17.按權利要求
14-16之一的設備，其特征是，厭氧操作沉淀池(1)之前設置預澄清池(16)，其中包括未處理污水輸入管(19)，與活化池(2)相連的預澄清污水排出管(18)和與沉淀池(1)相連的預澄清污泥排出管(17)。
18.按權利要求
14-17之一的設備，其特征是，沉淀池(1)底部的濃縮污泥排放管(6)與離心機(20)相通，其中包括富含磷酸鹽的水排出管(21)和貧磷酸鹽污泥排出管(25)，而富含磷酸鹽的水排出管(21)與裝有石灰添加裝置的攪拌池(22)，后續(xù)沉積池(23)和其后的活化池(2)相通，而貧磷酸鹽污泥排出管(25)則直接與活化池(2)相通。
19.按權利要求
14-17之一的設備，其特征是，沉淀池(1)底部的濃縮污泥排放管(6)與裝有石灰添加裝置的攪拌池(22)和后續(xù)活化池(2)相通。
專利摘要
以生物除磷而使含磷酸鹽污水凈化的方法和設備一般只能達到約75％的除磷率并且還需要大量設備投資。為了改善厭氧條件下的磷酸鹽返溶并改善隨后進行的磷酸鹽吸收，可讓厭氧條件下的處理在沉淀池中進行，其中供入未澄清未處理污水和從第二次澄清池來的循環(huán)污泥并讓其中的污泥停留時間比水力保持時間長。
文檔編號C02F1/52GK87105996SQ87105996
公開日1988年9月28日 申請日期1987年12月29日
發(fā)明者銳納·商伯格 申請人:林德股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan