專利名稱：使用間歇式傾析延時(shí)曝氣法處理廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于廢水處理的方法，其目的在于除去廢水中的氮、磷以及有機(jī)物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使用間歇式傾析延時(shí)曝氣(IDEA)法處理廢水的方法，該方法包括一個(gè)循環(huán)工藝，該循環(huán)工藝中曝氣、沉降和傾析三個(gè)階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行。
過(guò)去，廢水處理廠通常致力于去除廢水中的有機(jī)物和懸浮固體。因而在傳統(tǒng)的廢水處理中，許多無(wú)機(jī)養(yǎng)分如氮和磷并沒(méi)有去除就被排放到湖泊和沼澤中。這導(dǎo)致湖泊和沼澤的富營(yíng)養(yǎng)化，從而難以提供清潔的水源和保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。例如，在廢水處理廠中，有機(jī)物的去除比例是80％或更多，而氮和磷卻沒(méi)有有效地去除從而與廢水一同排出。這種排入湖泊和沼澤中的含有氮和磷的廢水導(dǎo)致藻類的過(guò)分繁殖，從而難以提供高質(zhì)量的水源。結(jié)果，廢水處理的費(fèi)用劇增，因而進(jìn)一步需要一種凈化廢水的更為先進(jìn)的處理方法。
椐此，本領(lǐng)域提出了多種去除廢水中含有的各種養(yǎng)分的方法。它們可以大致地分為去除氮的方法、去除磷的方法以及同時(shí)去除氮和磷的方法。
一種廢水處理的傳統(tǒng)方法是用微生物的硝化和脫硝循環(huán)過(guò)程來(lái)去除氮，以及用厭氣-好氣法的原理去除磷(它是通過(guò)微生物好氣性過(guò)量吸收在厭氣和無(wú)氧條件下釋放出來(lái)的磷來(lái)進(jìn)行的)。
比如，有一種同時(shí)去除氮和磷的方法被稱為Bardenpo法；而生物去除磷的方法被稱為厭氣-好氣法(A/O法)和A2/O法。另外還有一種廢水處理方法，例如用一種普通混凝劑如鋁和石灰的化學(xué)沉淀法，以及氨的氣提法。
然而，上述每一種傳統(tǒng)方法根據(jù)其操作特點(diǎn)各有其缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)匯總在表1中表1
為消除上面表1中所描述的傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，并開發(fā)一種高效去除氮和磷以及有機(jī)物的方法，本發(fā)明是在進(jìn)行了深入研究的基礎(chǔ)上完成的。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用間歇式傾析延時(shí)曝氣(IDEA)法處理廢水的方法，其特征在于，曝氣、沉降和傾析三個(gè)階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，其中入流的廢水在反應(yīng)器的底部被橫向輸入并在整個(gè)工藝周期中在反應(yīng)器中緩慢地?cái)U(kuò)散，而處理后的廢水只在傾析階段被間歇地排出。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用IDEA法的廢水處理方法，其中曝氣、沉降和傾析三個(gè)階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，其特征在于，所述的曝氣階段包括一個(gè)第一階段，該階段在輸入外部碳源的同時(shí)通過(guò)少量氧氣完成；以及一個(gè)第二階段，該階段通過(guò)大量氧氣完成，氧氣的量取決于對(duì)將要輸入到曝氣階段的氧氣量的控制。
通過(guò)閱讀本說(shuō)明書的剩余部分，本發(fā)明更進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。


圖1是曝氣階段圖。
圖2是沉降階段圖。
圖3是傾析階段圖。
圖4是本發(fā)明反應(yīng)器的平面圖。
在傳統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)態(tài)生物法中，生物氧化和懸浮固體的分離這兩個(gè)處理過(guò)程依次在各自的反應(yīng)器中進(jìn)行；與傳統(tǒng)過(guò)程相反，本發(fā)明的方法包含一種間歇式傾析延時(shí)曝氣(IDEA)法，該IDEA法包括一個(gè)由曝氣，沉降和傾析三個(gè)階段組成的循環(huán)工藝，其中生物氧化和懸浮固體的分離這兩個(gè)處理過(guò)程每隔一段時(shí)間在一個(gè)單一的反應(yīng)器中交替進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的方法，入流廢水在反應(yīng)器的底部被橫向輸入并在整個(gè)工藝周期中緩慢地?cái)U(kuò)散，而處理后的廢水被間歇地排出。這樣，本發(fā)明的方法不同于貫序分批法或注排法(其中廢水的輸入是被間歇調(diào)節(jié)的，而且處理過(guò)程周期包括四個(gè)階段充灌、曝氣、沉降和汲取)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，提供了一種處理廢水的循環(huán)工藝，它包括曝氣、沉降和傾析三個(gè)階段，這三個(gè)階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，其中所述曝氣階段包括第一曝氣階段，該階段在將外部碳源與廢水一同輸入的同時(shí)通過(guò)少量氧氣完成；以及第二曝氣階段，該階段通過(guò)大量氧氣完成。
通常，在廢水處理過(guò)程中，由于將硝酸鹽或亞硝酸鹽脫硝為N2、以及在厭氣條件下促使磷的釋放所需的碳源在生活廢水中不夠多，因此難以最優(yōu)化地完成一個(gè)硝化和脫硝的周期。另外，在沉降和傾析階段之后，當(dāng)開始曝氣階段時(shí)很難直接將反應(yīng)器的厭氣條件轉(zhuǎn)換為好氣條件，這樣反應(yīng)器中的反應(yīng)就會(huì)偏向于硝化或脫硝。因此，通過(guò)控制在曝氣階段加入氧氣的量來(lái)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)曝氣階段并隨后向反應(yīng)器中加入外部碳源，就可以最優(yōu)化地進(jìn)行硝化-脫硝的一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，將包括控制氧氣供應(yīng)和加入外部碳源的本方法匯總于表2中。表2
參照附圖，將根據(jù)過(guò)程的每一階段對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳盡的描述。
(1)曝氣階段(參見(jiàn)圖1)通常，在此階段，化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)是通過(guò)存在于反應(yīng)器中的微生物對(duì)有機(jī)物的氧化而降低的，通過(guò)使用所供應(yīng)的氧氣也發(fā)生了游離氨的硝化和磷的過(guò)量吸收，這是去除氮和磷的中間步驟。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，曝氣階段包括第一和第二曝氣階段。
第一曝氣階段占整個(gè)曝氣階段的10％-40％。在此階段，將用來(lái)促使有效脫硝的外部碳源與廢水一同加入，而且提供占下述第二階段30-50％的氧氣。在這個(gè)階段，整個(gè)氧氣供應(yīng)系統(tǒng)只有30％-50％進(jìn)行操作。由于在前面的沉降和傾析階段中有一個(gè)污泥的沉淀層維持在厭氣狀態(tài)，所以它花費(fèi)或多或少的時(shí)間來(lái)使厭氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為好氣狀態(tài)。這樣，在第一階段中，由于反應(yīng)器的內(nèi)部狀態(tài)保持在厭氣狀態(tài)，脫硝就可以在這樣的厭氣狀態(tài)下在加入外部碳源的情況下積極地進(jìn)行。優(yōu)選地，所述外部碳源可從包括甲醇、乙醇、葡萄糖、醋酸和甲烷的這一組物質(zhì)中選出。碳源的濃度以COD計(jì)算，優(yōu)選為大約100到200mg/L。
在第二曝氣階段，外部碳源的供應(yīng)被中斷，整個(gè)氧氣供應(yīng)裝置開始運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)果反應(yīng)器內(nèi)部狀態(tài)從無(wú)氧/厭氣條件變?yōu)楹脷鈼l件。當(dāng)反應(yīng)器的內(nèi)部狀態(tài)變?yōu)楹脷鈼l件時(shí)，多磷酸鹽淤積細(xì)菌(PAB)以正磷酸鹽的形式攝取過(guò)量的磷，這些正磷酸鹽是在沉降和傾析階段中在厭氣狀態(tài)下被釋放到沉淀的污泥層中，而磷就通過(guò)污泥的廢棄而被去除。
同樣，由于通過(guò)輸入氧氣來(lái)充分地完成廢水的混合，因此不用附加的攪拌設(shè)備或者攪拌反應(yīng)器、亦即不用無(wú)氧/厭氣攪拌步驟就可以去除氮和磷。因而，根據(jù)本發(fā)明，可提供一種更經(jīng)濟(jì)的廢水處理方法。
在第二階段的好氣條件下，COD和BOD是通過(guò)微生物利用供應(yīng)到反應(yīng)器中的氧氣使有機(jī)物氧化而降低的，NH3-N被活躍地硝化成NO2-N和NO3-N。產(chǎn)生出的亞硝酸和硝酸可通過(guò)后續(xù)的沉降和傾析階段中的脫硝作用，以及另一第一曝氣階段中的脫硝作用來(lái)去除。
可以使用一個(gè)曝氣器和一個(gè)擴(kuò)散器以使反應(yīng)器中形成一個(gè)完全混合的均勻狀態(tài)。如需要，也可以提供附加的攪拌裝置。
另外，如現(xiàn)有技術(shù)中所知，化學(xué)混凝劑如石灰、釩、三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵被加入反應(yīng)器中以使存在于廢水中的磷成分沉淀，從而提高磷的去除效率。
污泥(反應(yīng)后的微生物)的廢棄可在曝氣階段連續(xù)進(jìn)行，或只在指定的短階段內(nèi)進(jìn)行。優(yōu)選地，污泥的廢棄可在曝氣的第二階段末期的一個(gè)短時(shí)段內(nèi)(例如1到5分鐘)進(jìn)行，此階段中污泥處于活性狀態(tài)；而廢棄的污泥可使用用于污泥濃縮和脫水的另外設(shè)備進(jìn)一步處理。
通常，上述污泥的廢棄有下面三個(gè)主要作用。首先，由于曝氣階段中的污泥含有攝入過(guò)量磷的微生物，磷可隨污泥一同除去。其次，污泥的廢棄可在本發(fā)明方法的操作設(shè)計(jì)和控制參數(shù)中調(diào)節(jié)固體停留時(shí)間(SRT)。再次，通過(guò)調(diào)節(jié)要除去的污泥的量，就可避免在反應(yīng)器中形成活性污泥的聚集物。
曝氣的第一和第二階段通?？梢曰谌肓鲝U水的性質(zhì)和位置狀況-特別是反應(yīng)器中污泥的沉降特性-通過(guò)對(duì)本過(guò)程的設(shè)計(jì)來(lái)確定?？梢源_定所供氧氣的量，從而使溶解于水中的氧氣的濃度在曝氣的第一階段維持在0.3-0.5mg/L，在曝氣的第二階段維持在1.5-3.0mg/L。
(2)沉降階段(參見(jiàn)圖2)反應(yīng)器中的曝氣階段隨著沉降過(guò)程的開始而中斷?；钚晕勰嚅_始均勻地沉降，然后溶解氧的濃度緩慢地下降，使反應(yīng)器由好氣條件變?yōu)閰挌鈼l件。結(jié)果，微生物通過(guò)使用入流廢水作為有機(jī)碳源、使用在曝氣階段中產(chǎn)生的NO2和NO3作為電子受體進(jìn)行脫硝。優(yōu)選地，在此階段，隨著沉降階段的進(jìn)行，將揮發(fā)性脂肪酸如醋酸、丙酸、戊酸和葡萄糖作為碳源加入到將要進(jìn)入污泥層的廢水中，以通過(guò)特別易揮發(fā)的脂肪酸的作用使從PAB微生物中釋放磷更加容易。待加入的碳源濃度以COD計(jì)算可以為大約150到300mg/L。優(yōu)選地，在沉降階段和傾析階段的后期將揮發(fā)性碳源與入流的廢水一同加入，使微生物釋放的磷最多。
沉降階段的目的是脫硝和在污泥層中釋放磷，并在沉降層之上形成澄清的上清液，以使在隨后的傾析階段中易于排出處理后的廢水。
(3)傾析階段(參見(jiàn)圖3)沉降階段完成后就形成了一層澄清的上層清水。傾析上述經(jīng)過(guò)處理的澄清的廢水可通過(guò)使用出流傾析器來(lái)完成，設(shè)計(jì)該傾析器是用于去除殘?jiān)蛻腋≡趶U水中的浮渣。典型地，傾析階段從將出流傾析器投入水平面以下開始。然后，上層清水流入傾析器，而傾析器以合適的速度和高度放入，以排出經(jīng)過(guò)計(jì)算的給定量的處理后的廢水。
出流傾析器持續(xù)投入，直到這個(gè)階段完成。當(dāng)傾析階段完成時(shí)，水表面的高度恢復(fù)到曝氣階段前的水位，然后另外一個(gè)曝氣階段開始進(jìn)行。
同時(shí)，因?yàn)樵谶@個(gè)傾析階段中廢水的入流和外部碳源的加入持續(xù)進(jìn)行，污泥的沉降層中的微生物能夠保持其活性，而且污泥的沉降層可作為阻隔屏障，防止處理后的廢水被微生物釋放的磷和入流的廢水所污染。
另外，在本發(fā)明的反應(yīng)器中可提供一些局部直立擋板(partialstanding walls)以使廢水緩慢流動(dòng)并擴(kuò)散入反應(yīng)器中，如圖4所示。
同時(shí)，在上面所描述的三個(gè)階段中，最高水位(top water level，TWL)和最低水位(bottom water level，BWL)是設(shè)計(jì)和控制本發(fā)明方法的極為關(guān)鍵的參數(shù)。這些參數(shù)可以在工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中加以確定。同樣，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以根據(jù)入流廢水的性質(zhì)、廢水處理廠的位置條件等因素確定每一階段的長(zhǎng)度和反應(yīng)器的形狀、大小與結(jié)構(gòu)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，只要改變工藝中每一階段的長(zhǎng)度，所提供的方法就可正常操作，甚至在暴雨天氣、干燥和潮濕天氣也不必對(duì)廢水進(jìn)行分流。以下將進(jìn)一步描述在特定氣候條件下本發(fā)明方法的操作。
1)干燥天氣流量下的操作在此操作循環(huán)中，應(yīng)該確定曝氣、沉降和傾析三個(gè)必要階段以得到良好的出流水。在工藝循環(huán)中，曝氣階段的確定應(yīng)基于供給每天所需的氧氣量的整個(gè)曝氣階段，以滿足該工藝中所需的氧氣量。沉降和傾析階段時(shí)間的確定應(yīng)使污泥能沉降到一個(gè)合適的深度以便排出澄清水流而無(wú)污泥的泄漏。
2)潮濕天氣流量和暴雨流量下的操作由于本方法是通過(guò)間歇式傾析廢水進(jìn)行操作的，除傾析階段外，在整個(gè)過(guò)程中水位持續(xù)升高。如果在潮濕天氣流量和暴雨流量下水位在曝氣階段過(guò)分上升，反應(yīng)器中的廢水將溢出，以至一部分懸浮的固體將流出。然而，按照本發(fā)明的方法，可縮短操作循環(huán)的階段從而避免發(fā)生上述現(xiàn)象。據(jù)此，僅僅通過(guò)控制操作循環(huán)的階段，本工藝就能應(yīng)付潮濕天氣和暴雨流量而不必改變其它因素。這樣，就不必對(duì)入流廢水進(jìn)行分流。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中使用電子水位感應(yīng)系統(tǒng)以確定循環(huán)的恰當(dāng)階段。亦即，當(dāng)廢水水位超過(guò)一個(gè)特定水位時(shí)，程序控制的沉降和傾析階段就會(huì)通過(guò)一個(gè)暴雨開關(guān)檢測(cè)器的操縱開始運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，最好將沉降階段保持60分鐘以上以免污泥與出流水一起流出。
以下將通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)際廢水取自KIST居民公寓(韓國(guó)，漢城)。使用的廢水的性質(zhì)如下面表3所述。特別地，如表3所示，此廢水含有低濃度的碳源。
在一個(gè)最大工作容積為17升、底部直徑為20厘米的圓底反應(yīng)器中，接入取自Kwangdongli污水處理廠(韓國(guó)，Kyungi道，光州市)的曝氣池的臨時(shí)樣品，并加入上述廢水。反應(yīng)器的循環(huán)操作由一個(gè)Master-K3OH程序邏輯控制器(韓國(guó)，LG電子公司，PLC)控制。
每天注入反應(yīng)器的廢水為10升，曝氣階段、沉降階段和傾析階段分別確定為48分鐘、72分鐘和24分鐘；每個(gè)循環(huán)耗時(shí)144分鐘(2.4小時(shí))，即每天10個(gè)循環(huán)。為控制污泥的停留時(shí)間，根據(jù)所需的SRT，將活性污泥在曝氣階段的最后幾分鐘廢棄。在曝氣階段，通過(guò)水族館型擴(kuò)散石(diffuser stone)向反應(yīng)器中供應(yīng)空氣。供給速率由Dwyer流量計(jì)控制。供給空氣量一般在0.1到1.0L/min范圍內(nèi)。
從同一循環(huán)全部?jī)A析的流出物中收集流出廢水樣品，每周收集2-4次并進(jìn)行分析。用于確定可溶成分的樣品在取樣后立即用0.45μm濾紙進(jìn)行過(guò)濾，并冷卻到4℃以防止進(jìn)一步的污染。所有樣品的分析均按照標(biāo)準(zhǔn)方法操作(APHA，1992)。
廢水處理結(jié)果列于表3。實(shí)施例2本實(shí)施例中使用與實(shí)施例1相同的反應(yīng)器。操作條件也與實(shí)施例1完全相同，不同的是48分鐘的曝氣階段被分為15分鐘的第一曝氣階段(FAP)，和接下來(lái)的33分鐘的第二曝氣階段(SAP)，在FAP過(guò)程中加入甲醇，在沉降階段的最后24分鐘和整個(gè)傾析階段中向反應(yīng)器中加入醋酸。
以基于廢水總量的COD計(jì)，所加入甲醇和醋酸的量分別為200mg/L和300mg/L。
廢水處理結(jié)果列于表3。表3
如上面的結(jié)果所示，在處理沒(méi)有足夠碳源的生活廢水時(shí)，對(duì)總氮量和總磷量的去除實(shí)施例2比實(shí)施例1更為有效。
權(quán)利要求
1.一種使用間歇式傾析延時(shí)曝氣法(IDEA)處理廢水的方法，該方法包括一個(gè)循環(huán)工藝，該循環(huán)工藝中曝氣階段、沉降階段和傾析階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，入流的廢水在反應(yīng)器的底部被橫向輸入并在該過(guò)程的全部時(shí)間內(nèi)在反應(yīng)器中緩慢地?cái)U(kuò)散，而處理后的廢水僅在傾析階段期間被間歇地排出。
2.權(quán)利要求1的方法，其中曝氣階段包括a)一個(gè)通過(guò)輸入氧氣進(jìn)行的第一曝氣階段，以使溶解氧濃度維持在0.3-0.5mg/L，以及b)一個(gè)通過(guò)輸入氧氣進(jìn)行的第二曝氣階段，以使溶解氧濃度維持在1.5-3.0mg/L。
3.權(quán)利要求2的方法，其中在第一曝氣階段將從包括甲醇、乙醇、葡萄糖、醋酸和甲烷的這一組物質(zhì)中選出的一種外部碳源與入流的廢水一同加入到反應(yīng)器中。
4.權(quán)利要求2的方法，其中在沉降階段的后期和傾析階段將從包括醋酸、丙酸、戊酸和葡萄糖的這一組物質(zhì)中選出的一種揮發(fā)性脂肪酸與廢水一同加入到反應(yīng)器中。
5.權(quán)利要求1或2的方法，其中廢水的生物氧化和污泥的好氣穩(wěn)定化在反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行。
6.權(quán)利要求1的方法，其中污泥在所述曝氣階段中被廢棄。
7.權(quán)利要求2的方法，其中污泥在所述第二曝氣階段被廢棄，由此除去氮和磷。
8.權(quán)利要求1或2的方法，其中通過(guò)改變曝氣、沉降和傾析每一階段的時(shí)間，本方法可在干燥天氣和潮濕天氣以及暴雨天氣情況下使用而無(wú)須對(duì)入流的廢水進(jìn)行分流。
9.權(quán)利要求1或2的方法，其中傾析階段通過(guò)出流傾析器完成，該傾析器配有用于去除殘?jiān)蛻腋≡趶U水中的浮渣的設(shè)備。
10.權(quán)利要求1或2的方法，其中反應(yīng)器包括一些局部直立擋板。
11.權(quán)利要求1或2的方法，其中在曝氣階段向反應(yīng)器中加入從包括石灰、礬、三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵的這一組物質(zhì)中選出的化學(xué)混凝劑。
全文摘要
一種間歇式傾析延時(shí)曝氣(IDEA)法,其特征在于,一個(gè)曝氣階段,一個(gè)沉降階段和一個(gè)傾析階段在一個(gè)單一的反應(yīng)器中按此順序連續(xù)重復(fù)進(jìn)行,入流的廢水在反應(yīng)器的底部被橫向輸入并在反應(yīng)器中緩慢地?cái)U(kuò)散,而提供一種在傾析階段被間歇地排出的處理后的廢水。根據(jù)本發(fā)明的方法,廢水可被高效地處理而無(wú)須在干燥天氣和潮濕天氣條件以及暴雨天氣條件下分流廢水。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1258267SQ98805631
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1998年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月31日
發(fā)明者安圭洪, 廉益泰, 李炯執(zhí), 李瑞炯, 李吉載 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院