用于污水生物處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于污水生物處理的方法，該方法包括：a)將該污水引入種植有活性污泥的曝氣池內(nèi)以便充分曝氣處理，b)將從該曝氣池排出的處理過(guò)的污泥引入沉淀池以便固-液分離，c)在固-液分離后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在該混合池中該污泥與從THPS存儲(chǔ)容器中進(jìn)料到該混合池內(nèi)的THPS均勻混合，并且d)使與該THPS混合的污泥回流至該曝氣池中，其中連續(xù)進(jìn)行該方法。污泥的沉降性能可以得到改進(jìn)并且在該生物處理過(guò)程中的剩余污泥的產(chǎn)量可以通過(guò)該方法得到減少。
【專利說(shuō)明】用于污水生物處理的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于污水處理的技術(shù)，具體地一種用于污水生物處理的方法。
發(fā)明背景
[0002]在隨著工業(yè)發(fā)展的公司中，污水的構(gòu)成已經(jīng)逐漸變得越來(lái)越復(fù)雜。一些難以被降解的有機(jī)物質(zhì)和毒性物質(zhì)需要通過(guò)微生物方法來(lái)處理。微生物們通過(guò)從這種污水中獲得營(yíng)養(yǎng)素可以在這種污水中生長(zhǎng)并且繁殖同時(shí)降解這些有害物質(zhì)，由此來(lái)純化這種污水。污水的生物處理是一種污水純化方法，這種方法利用這些微生物的生命活動(dòng)來(lái)分解溶解或懸浮在這種污水中的有機(jī)污染物。由于以下值得注意的優(yōu)點(diǎn)，污水生物處理技術(shù)是非常有吸引力的:能量消耗低、效率高、成本低、操作方便且可靠連同沒(méi)有二次污染。用這樣一種技術(shù)，可以將在污水中的這些有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2、水、以及污泥。據(jù)估計(jì)，當(dāng)處理I噸城市污水時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生100g污泥。因此，污水的生物處理將會(huì)產(chǎn)生大量的污泥。例如，在2006年，在中國(guó)產(chǎn)生了約1.73百萬(wàn)噸的干污泥(統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2001) (Statistical Gazette, 2001)并且在英國(guó)產(chǎn)生了約1.3百萬(wàn)噸的干污泥(www.wateruk.0rg, 2006)。處置如此多的污泥對(duì)于污水廠來(lái)說(shuō)是最復(fù)雜的問(wèn)題之一。據(jù)估計(jì)，用于處理和處置這種污泥的費(fèi)用可以占污水廠的總運(yùn)行成本的20%-50%、甚至達(dá)到60%。因此，污泥的加工和處置是污水廠的關(guān)鍵性問(wèn)題。鑒于污水加工和處置的現(xiàn)狀，解決污泥問(wèn)題的根本途徑是盡可能地減少在污水處理過(guò)程中剩余污泥的產(chǎn)量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這樣做，有待處置的污泥的量就可以從根源就減少，研究人員們和污水廠已經(jīng)把大量精力放在對(duì)用于減少在污水處理過(guò)程中剩余污泥產(chǎn)量的方法的研究上。
[0003]目前，用于減少在污水處理過(guò)程中污泥產(chǎn)量的方法主要是基于所謂的“解偶聯(lián)生長(zhǎng)(uncoupling growth)”。在這些方法中，通過(guò)添加解偶聯(lián)劑來(lái)擴(kuò)大這些污泥微生物的分解代謝與合成代謝的能級(jí)之 間的空隙以便減少可用于這種合成代謝的能量從而抑制這種合成代謝，這減少了這些污泥微生物的生長(zhǎng)速率并且因而減少了剩余污泥的產(chǎn)量。因?yàn)檫@樣的一種污泥減少方法可以在常規(guī)的污水生物處理設(shè)備中通過(guò)結(jié)合用于解偶聯(lián)劑的輸送設(shè)備來(lái)進(jìn)行而沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行顯著修改，所以這種投入成本是非常低的。因此，這樣一種方法具有深遠(yuǎn)的環(huán)境的和經(jīng)濟(jì)的意義。當(dāng)前使用的解偶聯(lián)劑包括硝基苯酚類例如2，4- 二硝基苯酚(dNP)、對(duì)硝基苯酚(p-NP)、間硝基苯酚(m-NP)以及類似物；氯苯酚類例如對(duì)氯苯酚(口4?)、間氯苯酚(11^^)、五氯苯酚(？0?)以及類似物；3，3’，4’，5-四氯水楊酰苯胺(TCS);氨基苯酚；以及類似物?？傮w上，這些解偶聯(lián)劑是脂溶性的弱酸并且或多或少會(huì)污染水體。
[0004]四(羥甲基)鱗硫酸鹽(THPS)是水溶性的鱗鹽生物殺滅劑(在20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn))。THPS具有以下優(yōu)點(diǎn):殺菌范圍寬、效率聞、以及殺菌效果迅速。此外，在使用后，它可以被迅速地氧化成為非-殺菌的并且?guī)缀鯚o(wú)毒的三羥甲基膦氧化物，這種三羥甲基膦氧化物可以被迅速地進(jìn)一步生物降解成為正磷酸鹽。由于就毒性、環(huán)境友好性以及安全性而言其超過(guò)傳統(tǒng)殺菌劑的優(yōu)點(diǎn)，THPS在1997年獲得了美國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)獎(jiǎng)”，這些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)大量的數(shù)據(jù)(為了在EPA注冊(cè)而提供)得到證實(shí)。THPS的主要優(yōu)點(diǎn)包括水溶性、低毒性、用于處置的低推薦標(biāo)準(zhǔn)以及在環(huán)境中迅速降解為完全無(wú)毒的物質(zhì)而沒(méi)有生物累積。因此，它被廣泛用于冷卻水系統(tǒng)、油田的水系統(tǒng)、火災(zāi)控制噴灑系統(tǒng)、造紙等等。
[0005]W02004/113236披露了 THPS作為解偶聯(lián)劑用于含水系統(tǒng)中控制細(xì)菌生物質(zhì)的用途，并且進(jìn)一步披露了一種用于使用THPS在一種含水系統(tǒng)中控制這種細(xì)菌生物質(zhì)的方法。
[0006]發(fā)明書
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的、用于污水生物處理的方法，這種方法使用THPS作為一種解偶聯(lián)劑，通過(guò)這種方法可以改進(jìn)污泥的沉降性能并且可以減少在這種生物處理過(guò)程中的剩余污泥的產(chǎn)量。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明提供了一種用于污水生物處理的方法，該方法包括:a)將這種污水引入種植有活性污泥的曝氣池內(nèi)以便充分曝氣處理；b)將從這個(gè)曝氣池排出的處理過(guò)的污泥引入沉淀池內(nèi)以便固-液分離；c)在固-液分離后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在該混合池中該污泥與THPS均勻混合，這種THPS是從THPS存儲(chǔ)容器中進(jìn)料到這個(gè)混合池內(nèi)的；并且d)使與這種THPS混合的污泥回流至這個(gè)曝氣池中；其中，連續(xù)進(jìn)行這種方法。
[0009]如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“污水”包括任何工業(yè)污水和城市污水。
[0010]如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“剩余污泥的產(chǎn)量”指的是通過(guò)去除在這種污水中每單位(Kg) BOD5所產(chǎn)生的剩余污泥的量(Kg)。
[0011]如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“回流污泥率”指的是回流至這個(gè)曝氣池的污泥的流量與進(jìn)入這個(gè)曝氣池的污水的流量的比率(V/V)。
[0012]如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“回流污泥在這個(gè)混合池中的停留時(shí)間”指的是這個(gè)混合池中的所有回流污泥的一次更新所要求的時(shí)間。
[0013]如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“THPS的容積負(fù)荷”指的是每升回流污泥每天的THPS的量，這表述為mg THPS/L回流污泥.天。根據(jù)以下公式可以計(jì)算出THPS的容積負(fù)荷:
[0014]THPS的容積負(fù)荷=[THPS溶液的濃度(mg/L)*THPS溶液進(jìn)入混合池的流量(ml/h)*24 (h) /1000 (ml/L) ]/[污水進(jìn)入曝氣池的流量(L/h) *回流污泥率*24h]。
[0015]除了步驟c)和d)之外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用與污水的常規(guī)生物處理過(guò)程相同的方式來(lái)進(jìn)行。
[0016]對(duì)這種曝氣池的尺寸與形狀沒(méi)有限制。曝氣池的尺寸取決于有待處理的污水的量。這個(gè)曝氣池中的污泥濃度，即，混合液懸浮固體(MLSS)，優(yōu)選地是1500-4000mg/L、更優(yōu)選地是2000-3000mg/L。這個(gè)曝氣池中的溶解氧濃度優(yōu)選地被維持在1.5-3.5mg/L、更優(yōu)選地在 2-3mg/L。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，THPS可以以THPS溶液、優(yōu)選THPS水溶液的形式。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，THPS的容積負(fù)荷的范圍是:從0.0OOlmg THPS/L回流污泥.天至0.003mg THPS/L回流污泥.天、優(yōu)選地從0.00015mg THPS/L回流污泥.天至0.0025mg THPS/L回流污泥.天、更優(yōu)選地從0.0002mg THPS/L回流污泥.天至0.002mgTHPS/L回流污泥.天、特別優(yōu)選地從0.0003mg THPS/L回流污泥.天至0.0009mg THPS/L回流污泥.天、最優(yōu)選地從0.0004mg THPS/L回流污泥.天至0.0008mg THPS/L回流污泥.天。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在固-液分離后使部分沉淀污泥以50%_350%、優(yōu)選地100%-300%、更優(yōu)選地150%-225%的回流污泥率回流至這個(gè)混合池中。[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，THPS和回流污泥以其間的角度是90±5度的方向、優(yōu)選地以彼此垂直的方向進(jìn)料到這個(gè)混合池中。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，THPS溶液具有l(wèi)_50mg THPS/L、優(yōu)選地1.5_7mgTHPS/L、更優(yōu)選地2-5mg THPS/L的濃度。
[0022]THPS可以與選自表面活性劑；消泡劑；污垢抑制劑；腐蝕抑制劑；生物殺滅劑；絮凝劑以及分散劑的一種或多種一起配制:；例如，與碳酸氫鹽、更優(yōu)選地碳酸氫鈉和/或碳酸氫鉀一起配制以便將THPS更好地分散在回流污泥中。碳酸氫鹽在這種THPS溶液中的濃度可以是0.2_20g/L、優(yōu)選是2_5g/L。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這種回流污泥在這個(gè)混合池內(nèi)的停留時(shí)間是1-25分鐘、優(yōu)選地3-20分鐘、更優(yōu)選地4-15分鐘、特別更優(yōu)選地5-7分鐘。
[0024]這個(gè)混合池的體積取決于回流污泥的量，并且這個(gè)混合池可以以不同的形狀。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混合池是以圓柱形的形狀。 [0025]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混合池裝有攪拌器，例如槳式攪拌器，優(yōu)選地其中這個(gè)攪拌器的軸被定位在這個(gè)混合池的垂直軸線上。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述回流污泥是在距這個(gè)混合池的底部1/5*H_1/3*H、優(yōu)選地1/4*H的距離處水平地進(jìn)料到這個(gè)混合池中，其中H是這個(gè)混合池的高度。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述THPS是在距這個(gè)攪拌器的軸1/4*R_1/2*R、優(yōu)選地1/3*R的距離處從這個(gè)混合池的頂部垂直地進(jìn)料到這個(gè)混合池中的，其中R是這個(gè)混合池的半徑。
[0028]當(dāng)與傳統(tǒng)的活性污泥處理技術(shù)相比時(shí)，本發(fā)明的這些有利效果包括:根據(jù)本發(fā)明，污水生物處理過(guò)程中的剩余污泥的產(chǎn)量可以減少約10%-55%、優(yōu)選地20%-55%、更優(yōu)選地25%-55%并且最優(yōu)選地30%-55%，并且污泥的沉降性能(表達(dá)為SV3tl，這指的是在這種污泥在將來(lái)自這個(gè)曝氣池的混合液在一個(gè)刻度量筒內(nèi)沉降持續(xù)30分鐘后的體積百分?jǐn)?shù)；SV3(I越低，沉降性能越好)可以改進(jìn)約5%-35%、優(yōu)選地10%-35%、更優(yōu)選地15%-35%。
[0029]就以下項(xiàng)而言根據(jù)本發(fā)明的方法的污水處理效率實(shí)質(zhì)上與傳統(tǒng)的活性污泥處理方法的污水處理效率相同:去除C0D、五天生化需氧量(B0D5)、懸浮固體(SS)、總氮量(TN)、總磷量(TP)、NH4+-N、等。本發(fā)明的方法還具有以下的優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便利、投資和運(yùn)行費(fèi)用低等等。
[0030]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。
[0032]實(shí)魁
[0033]現(xiàn)在將通過(guò)參考附圖以非限制實(shí)例的方式來(lái)描述本發(fā)明。
[0034]實(shí)例I
[0035]在這個(gè)實(shí)例中，以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模來(lái)進(jìn)行完全混合的活性污泥法(參見(jiàn)圖1)。為了比較，使用六組相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在同樣的條件下進(jìn)行六個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了使用如表1中示出的具有不同THPS濃度的THPS水溶液之外。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，使用了具有500L有效體積的曝氣池3、以及具有100L有效體積的沉淀池8。將曝氣池3用來(lái)自污水廠的沉淀池(用于中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的中央公園)的沉淀污泥來(lái)種植。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的中央公園的生活污水用作測(cè)試污水。具有2m3容積的污水池I用作其污水儲(chǔ)池。[0036]在進(jìn)入污水池I后，將這種污水通過(guò)污水供給泵2以1.0L/min的流量連續(xù)從污水池I中泵送至曝氣池3中用于其中的曝氣處理。曝氣池3中污泥濃度是2500-3400mg/L，并且曝氣池3中溶解氧濃度是1.5-3.5mg/L。污水在曝氣池3中的停留時(shí)間是9小時(shí)，并且其污泥在曝氣池3中的停留時(shí)間是10天。將來(lái)自曝氣池3的處理過(guò)的污水進(jìn)料到沉淀池8中以便固-液分離。在這個(gè)沉淀池的上部通過(guò)排水出口排出上清液，同時(shí)通過(guò)泵9從沉淀池8的底部排出部分沉淀污泥，并且其余部分的沉淀污泥通過(guò)泵10以200%的回流污泥率回流至混合池7中(以圓柱形狀)以便與THPS水溶液進(jìn)行混合，這種THPS水溶液是通過(guò)一個(gè)泵5從THPS儲(chǔ)池4進(jìn)料到混合池7中的。混合池7具有IOL的有效體積(是曝氣池3的有效體積的1/50)并且具有d X h=15cm xl5cm的尺寸?；旌铣?裝有槳式攪拌器6，其軸被定位在了這個(gè)混合池的垂直軸線上。進(jìn)料到這個(gè)混合池7中的THPS水溶液的濃度分別是 Omg THPS/LUmg THPS/L、2mg THPS/L,3.5mg THPS/L、5mg THPS/L、以及 8mg THPS/L。以18ml/h的流量將這種THPS水溶液進(jìn)料到混合池7中。THPS的容積負(fù)荷分別是OmgTHPS/L回流污泥.天、0.00015mg THPS/L回流污泥.天、0.0003mg THPS/L回流污泥.天、0.000525mg THPS/L 回流污泥.天、0.00075mg THPS/L 回流污泥.天、0.0012mg THPS/L 回流污泥.天?；亓魑勰嘣诰嗷旌铣?的底部1/4*H的距離處水平地進(jìn)料到這個(gè)混合池中，同時(shí)這種THPS水溶液在距離攪拌器6的軸1/2*R的距離處從混合池7的頂部垂直地進(jìn)料到混合池7中。將回流污泥和THPS水溶液以兩個(gè)彼此垂直的方向進(jìn)料到混合池7中從而促進(jìn)混合。這種回流污泥在這個(gè)混合池中的停留時(shí)間是5.5分鐘。使與THPS水溶液均勻混合的回流污泥回流至曝氣池3中。
[0037]這些實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定地進(jìn)行了兩個(gè)月，其中在整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟中獲得了穩(wěn)定品質(zhì)的流出水(即，上清液)。就這種流出水中的C0D、B0D5、NH4+-N、TN以及SS值而言，添加THPS的五個(gè)實(shí)驗(yàn)與未添加THPS的實(shí)驗(yàn)類似；而TP值在添加THPS的這些實(shí)驗(yàn)中稍微高于未添加THPS的實(shí)驗(yàn)的TP值。當(dāng)與未添加THPS的實(shí)驗(yàn)相比時(shí)，在添加THPS的這些實(shí)驗(yàn)中，剩余污泥的平均產(chǎn)量得到降低并且污泥的沉降性能得到改進(jìn)(詳情參見(jiàn)表1和2)。
`[0038]表1:進(jìn)料污水與流出水之間水質(zhì)的比較
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種用于污水生物處理的方法，該方法包括: a)將該污水引入種植有活性污泥的曝氣池內(nèi)以便充分曝氣處理； b)將從該曝氣池排出的處理過(guò)的污泥引入沉淀池內(nèi)以便固-液分離； c)在固-液分離后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在該混合池中使該污泥與從THPS存儲(chǔ)容器中進(jìn)料到該混合池內(nèi)的THPS均勻混合；并且 d)使與該THPS混合的污泥回流至該曝氣池中； 其中，連續(xù)進(jìn)行該方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述THPS以THPS溶液、優(yōu)選THPS水溶液的形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中THPS的容積負(fù)荷的范圍是:從0.0OOlmgTHPS/L回流污泥.天至0.003mg THPS/L回流污泥.天、優(yōu)選地從0.00015mg THPS/L回流污泥.天至0.0025mg THPS/L回流污泥.天、更優(yōu)選地從0.0002mgTHPS/L回流污泥.天至0.002mg THPS/L回流污泥.天、特別優(yōu)選地從0.0003mgTHPS/L回流污泥.天至0.0009mgTHPS/L回流污泥?天、最優(yōu)選地從0.0004mgTHPS/L回流污泥?天至0.0008mg THPS/L回流污泥.天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中使所述部分沉淀污泥在固-液分離后以50%-350%、優(yōu)選地100%-300%、更優(yōu)選地150%_225%的回流污泥率回流至該混合池中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至 4中任一項(xiàng)所述的方法，其中使所述THPS和所述回流污泥以其間的角度是90±5度的方向、優(yōu)選地以彼此垂直的方向進(jìn)料到該混合池中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述THPS溶液具有l(wèi)_50mgTHPS/L、優(yōu)選地1.5-7mg THPS/L、更優(yōu)選地2_5mg THPS/L的濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述THPS與選自表面活性劑、消泡劑、污垢抑制劑、腐蝕抑制劑、生物殺滅劑、絮凝劑以及分散劑的一種或多種一起配制；優(yōu)選地與碳酸氫鹽、更優(yōu)選地碳酸氫鈉和/或碳酸氫鉀一起配制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述回流污泥在該混合池內(nèi)的停留時(shí)間是1-25分鐘、優(yōu)選地3-20分鐘、更優(yōu)選地4-15分鐘、特別更優(yōu)選地5_7分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述混合池裝有攪拌器，例如槳式攪拌器，優(yōu)選該攪拌器的軸被定位在該混合池的垂直軸線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述混合池以圓柱形的形狀，并且所述THPS是在距該攪拌器的軸1/4*R-1/2*R、優(yōu)選地1/3*R的距離處從該混合池的頂部垂直地進(jìn)料到該混合池中，其中R是該混合池的半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述回流污泥是在距該混合池的底部1/5*H-1/3*H、優(yōu)選地1/4*H的距離處水平地進(jìn)料到該混合池中，其中H是該混合池的高度。
【文檔編號(hào)】C02F3/12GK103648988SQ201180070591
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】L·盧韋爾, 楊建明, 楊敏, 劉俊鑫, 肖本益 申請(qǐng)人:索爾維投資有限公司, 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心