申请日2016.08.31
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号C02F3/12; C02F9/14
摘要
本发明提供一种逐序处理污水的方法，属于污水处理技术领域。该方法主要包括A段和B段处理单元，A段处理单元的出水中磷化合物的含量达到最小，碳化合物的浓度降低，A段处理单元的出水进入B段处理单元继续处理，B段处理单元中活性污泥浓度增加，出水中剩余污染物，特别是在冬季含氮化合物的浓度，远低于现有的污水处理厂的出水，可以达到直接排入河流湖泊的水质要求。在B段处理单元之后，可以继续C段和D段的处理。C段处理单元的出水中磷化合物的含量更少。D段处理单元的出水能够满足大部分水库或饮用水源的要求。该方法A+B段的运行简单，能源消耗远低于现有工艺。
权利要求书
1.一种逐序处理污水的方法，其特征在于：包括A段处理单元和B段处理单元，经机械预处理的污水先经A段处理单元处理后进入B段处理单元继续处理，其中，A段处理单元的具体方法如下：
(1)经机械预处理的污水进入到A段混合池中进行生化处理;
(2)在A段混合池中进行生化处理时，进行部分区域曝气;
(3)步骤(2)中污水进入A段澄清区，A段澄清区填充填料;
(4)将步骤(3)中所产生的剩余污泥抽走，进入之后的污泥处理，A段澄清区的出水进入B段处理单元;
B段处理单元的具体方法如下：
(5)A段处理单元步骤(4)的出水进入B段处理单元的B段混合池中;
(6)B段混合池中进行部分区域曝气或全部区域曝气;
(7)步骤(6)中污水进入B段澄清区，B段澄清区填充填料;
(8)步骤(7)的出水进入排水管路或者进入下一步的处理单元。
2.根据权利要求1所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：B段处理单元步骤(8)的出水进入C段处理单元或步骤(8)的出水依次进行C段处理单元和D段处理单元。
3.根据权利要求1所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：所述A段混合池的容量大于每小时污水处理量的3～6倍;所述A段混合池和B段混合池中分别设置溶氧控制系统，使A段混合池和B段混合池中溶氧浓度不高于1.0mg/L。
4.根据权利要求1所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：所述A段混合池和B段混合池中分别设置溶氧控制系统，使A段混合池和B段混合池中溶氧浓度不高于0.3mg/L。
5.根据权利要求1所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：所述A段处理单元对碳化合物进行去除，A段处理单元步骤(4)的出水中COD与氮化合物TN的比例大于4kgCOD：1kgTN。
6.根据权利要求1所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：可在所述A 段处理单元加强磷化合物的去除，即在步骤(1)的污水或步骤(2)的混合液中添加石灰、白云石水化物、铁盐、铝盐来去除磷化合物。
7.根据权利要求1或2所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：在B段处理单元的出水和在C段处理单元的混合液中添加具有絮凝作用的化合物、活性炭、高炉焦炭。
8.根据权利要求7所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：所述具有絮凝作用的化合物为加石灰、白云石水化物、铁盐或铝盐。
9.根据权利要求1或2所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：C段处理单元的出水通过活性炭过滤，或通过高炉焦炭、或通过多孔填料过滤。
10.根据权利要求1或2所述的逐序处理污水的方法，其特征在于：D段处理单元的出水通过活性炭过滤和/或与OH-自由基结合处理。
说明书
一种逐序处理污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是指一种逐序处理污水的方法。
背景技术
现代的污水处理厂虽然采用各种不同的处理方法，但大致方法可以总结如下：
-机械预处理，如过滤和除沙;
-预澄清(或初级沉淀)，如通过沉淀去除悬浮颗粒物;
-生化处理，包括几个步骤：如好氧、厌氧和缺氧处理;
-最终澄清(或二次沉淀)
例如，市政污水处理通常先经过机械预处理(格栅过滤和沉沙)，之后进入初沉池(预澄清)，被部分去除悬浮颗粒物的污水紧接着进入活性污泥处理单元，在该处理单元通过好氧、厌氧和缺氧条件的控制去除含碳化合物(如用COD衡量)和含氮化合物(如用TN衡量);为达到该目的，生化反应池内的混合物将被部分的在不同处理步骤之间循环;被处理的含有污泥的水之后将被引入最终澄清单元，在这里部分沉淀下来的污泥重新回流到生化处理单元，剩余污泥进行进一步的污泥处理，处理干净的水被排走。
现代污水处理厂通常根据DWA(德国水、污水和废物协会)的规则按照上述步骤进行运行，这种方式是国际上公认的领先方法。但是，根据这些规则悬浮颗粒物在预澄清阶段被过度去除，将导致在后续的生化处理阶段中缺少碳源。因此，一般推荐在进行市政污水处理时，仅仅大约三分之二的悬浮颗粒物在预澄清阶段被去除。为了在减少生化池容积的情况下获得好的出水数据，DWA规则进一步建议，对于大规模的污水处理厂，生化处理阶段的活性污泥泥龄最佳应该控制在20～30天之间。
欧盟专利EP 0125546A1披露了一个被叫做AB的工艺;该工艺最优的是一个两步的处理过程。该工艺的第一步是使用活性污泥，该活性污泥含有丰富的原核生物;该活性污泥在一个中间澄清区从被部分处理的污水中分离出来，部分被回用到第一步处理环节或部分被输送到污泥处理。通过这样的方式，已被部分处理的污水通常在后续步骤得到进一步处理。该专利发明者之后对该专利工艺进行了修改，因为经过了第一步处理，在后续的处理步骤中没有足够的含碳化合物参与总氮的去除。
由于缺乏合适的污水处理工艺，现代污水处理厂的排水依然含有较高残余浓度的污染物，这使环境产生日益严重的问题。未充分去除的污染物包括所谓的难降解化合物，如药物、激素和长链有机物或其它有机物。一些欧洲国家仍法律上容许当污水处理厂的水温低于10℃时排放到环境中的废水含有高浓度氮化物。这对于环境保护极其不利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种逐序处理污水的方法。
一种逐序处理污水的方法，包括A段处理单元和B段处理单元，经机械预处理的污水先经A段处理单元处理后进入B段处理单元继续处理，其中，A段处理单元的具体方法如下：
(1)经机械预处理的污水进入到A段混合池中进行生化处理;
(2)在A段混合池中进行生化处理时，进行部分区域曝气;
(3)步骤(2)中污水进入A段澄清区，A段澄清区填充填料;
(4)将步骤(3)中所产生的剩余污泥抽走，进入之后的污泥处理，A段澄清区的出水进入B段处理单元;
B段处理单元的具体方法如下：
(5)A段处理单元步骤(4)的出水进入B段处理单元的B段混合池中;
(6)B段混合池中进行部分区域曝气或全部区域曝气;
(7)步骤(6)中污水进入B段澄清区，B段澄清区填充填料;
(8)步骤(7)的出水进入排水管路或者进入下一步的处理单元。
其中，B段处理单元步骤(8)的出水进入C段处理单元或步骤(8)的出水依次进行C段处理单元和D段处理单元。
其中，所述A段混合池的容量大于每小时污水处理量的3～6倍;所述A段混合池和B段混合池中分别设置溶氧控制系统，使A段混合池和B段混合池中溶氧浓度不高于1.0mg/L。
其中，所述A段混合池和B段混合池中分别设置溶氧控制系统，使A段混合池和B段混合池中溶氧浓度不高于0.3mg/L。
其中，所述A段处理单元对碳化合物进行去除，A段处理单元步骤(4)的出水中COD与氮化合物TN的比例大于4kgCOD：1kgTN。
其中，可在所述A段处理单元加强磷化合物的去除，即在步骤(1)的污水或步骤(2)的混合液中添加石灰、白云石水化物、铁盐、铝盐来去除磷化合物。
其中，在B段处理单元的出水和在C段处理单元的混合液中添加具有絮凝作用的化合物、活性炭、高炉焦炭。
其中，所述具有絮凝作用的化合物为加石灰、白云石水化物、铁盐或铝盐。
其中，C段处理单元的出水通过活性炭过滤，或通过高炉焦炭、或通过多孔填料过滤。
其中，D段处理单元的出水通过活性炭过滤和/或与OH-自由基结合处理。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该方法同时具有简化的污水处理步骤，确保污水处理厂的安全运行和控制。同时，该方法能够降低污水处理厂的能量消耗。该方法能够尽可能消除难降解化合物以及在冬季含氮化合物的去除。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种逐序处理污水的方法。该方法包括A段处理单元和B段处理单元，经机械预处理的污水先经A段处理单元处理后进入B段处理单元继续处理，其中，A段处理单元的具体方法如下：
(1)经机械预处理的污水进入到A段混合池中进行生化处理;
(2)在A段混合池中进行生化处理时，进行部分区域曝气;
(3)步骤(2)中污水进入A段澄清区，A段澄清区采用板式填料进行填充填料;
(4)将步骤(3)中所产生的剩余污泥抽走，进入之后的污泥处理，A段澄清区的出水进入B段处理单元;
B段处理单元的具体方法如下：
(5)A段处理单元步骤(4)的出水进入B段处理的B段混合池中;
(6)B段混合池中进行部分区域曝气或全部区域曝气;
(7)步骤(6)中污水进入B段澄清区，B段澄清区配置板式填料进行填充填料;
(8)步骤(7)的出水进入排水管路或者进入下一步的处理单元。
其中，A段处理单元是在背景技术中提到老的AB技术的基础上的进一步发展。相对于老的AB技术，本发明的实质性改进在于，根据进水量的多少生化池的污水多次再循环。所采取的循环速度根据进水中所含的污染物浓度确定。当处理市政污水时，循环速度可以高于进水量的5倍～30倍。在本发明中的A段处理单元，生化处理(即A段混合池)与A段澄清区紧密结合，A段澄清区可以配置板状填料或其它类填料。优选的是，在A段澄清区采用中国专利申请201610486954.7所提出的污泥分离/富集的方法。在本发明的A段处理单元，生化处理同时采用部分曝气。优选的是，A段混合池中的所有区域溶氧量不超过0.3mg/L。对A段处理单元循环的污水进行部分曝气可以通过以下方法达到：在A段混合池中交替配置曝气区和非曝气区或者采用间歇曝气。本发明中的A段混合池的容量最佳设置为大于每小时污水处理量的3～6倍。
在本发明中，与DWA建议的几小时不一样，A段处理单元循环流动的污水混合物在几分钟之内流经A段处理单元的不同区域。因此，本发明中的A段处理单元对磷化合物有很高的生物去除率。该现象被称为生物除磷过程(或强化生物除磷，EBPR)。根据实际需要，在上述A段处理单元中可以添加石灰、白云石水、铁盐或铝盐作为补充，从而进一步提高磷的去除率。
相对于传统的预澄清步骤，本发明中的A段处理单元目的在于得到干净的出水，使出水中含有尽量少的SS悬浮物和磷。A段处理单元出水(作为下一步B段的进水)中COD的剩余浓度通过调节供氧以及活性污泥的浓度进行控制。在这种情况下，A段需要排放大量的剩余污泥，生成的特定污泥负荷通过结合供氧调节决定了A段出水中的COD达到所需的浓度。供氧越高，A段出水中的COD浓度越小;污泥浓度越高，COD去除所需要的氧越少。需要说明的是，在A段处理单元的特定条件下部分去除的COD并不是真正的被降解，而且被活性污泥所吸附。因此，氧气消耗和COD去除之间的化学关系很小。因此，本发明中的第一步A段处理单元能够实现在减少曝气能耗情况下去除原水中相对较高的污染物量。
本发明中B段处理单元紧接着A段处理单元。B段处理单元采用具有高污泥龄的工艺，例如一个典型应用为自从2003年以来在中国出版物所熟知的“BioDopp”或者“Engelbart-BioDopp”或者“生物倍增(Bio-dopp)”。该工艺的混合池混合物以一个高速度在循环，结合一个大面积微小均匀气泡的曝气，和一个最终的澄清单元或污泥停留单元(即B段澄清区)，该单元可配置板状填料或其它类填料，在B段混合池中设置特殊的溶氧浓度控制。溶氧浓度将在沉淀区之前的回流区进行检测，优选的是，溶氧浓度需要控制在0.02～0.3mg/L。根据很多污水处理厂的实际结果来看，为达到硝酸化合物的总去除量(用总氮来测量)BioDopp工艺所要求碳氮比(COD/TN)相对较小，远低于DWA所建议的6：1。在本发明中，B段处理单元在进水的COD/TN大于4/1的情况下运行，其出水中的TN浓度就会远远小于在欧洲政府所要求的排放标准。很显然，对COD较少量的需求减少了B段处理单元因供氧所需要的能源消耗。
本发明中B段处理单元最大的优势在于活性污泥的生产速度被控制得很低，这是因为在B段处理单元的进水中缺乏悬浮物，污泥负荷会很低，同时B段处理单元进水中的磷含量较少。考虑到通常1公斤剩余污泥干物质(细菌质量)生长需要大约20克磷(正磷酸盐)，因此，如果本发明的B段处理单元进水中含有0.5mg/L的磷，理论上剩余污泥的最大生长速度仅仅只能达到25克SS/m3污水。所产生的剩余污泥量远低于传统工艺的最低剩余污泥量。因此，相对于其它工艺而言，本发明的B段处理单元能够允许达到半年甚至更长时间的污泥龄。关于这一点，根据当今通用的理论，如此高的污泥龄承担了很大的危险，将饿死活性污泥中的一些重要的细菌，因此如此高的污泥龄必需被避免。
我们通过长期的研究发现，与现有的理论相反，如果污水处理厂按照本发明进行运行，在B段处理单元的生物处理过程中大幅度提到的污泥龄使得污水处理厂的处理效果极大地改善。具体如下：
·难降解的化合物的去除效率随着污泥龄的增长而提高。这意味着，在B段处理单元活性污泥中细菌的质量和组成持续朝着所需要的方向发展，污水处理厂运行时间越长，效果越好。
·污泥龄越长，特定污泥的体积越小，活性污泥的浓度也会越高。因此，当提高活性污泥的浓度，特定污泥负荷随着污泥龄降低，这导致COD去除的加强;
·此外，污泥龄越高意味着活性污泥中细菌生长速度较小，因此剩余污泥量减少。因此，污泥量下降越多，污水处理厂在本发明条件下运营时间越长;这导致产生更多稳定的污泥，经实验证明，该稳定的污泥在之后的污泥处理中更有优势。
·最重要的是，如果B段处理单元持续不间断运行，难降解化合物在出水中的浓度将会越来越低，因为根据实验显示缓慢生长的细菌能够代谢这些化合物，进行缓慢繁殖。
根据目前政府规定，在欧洲的污水处理厂当水温低于10℃不需要完全去除总氮。但是，在实验中，证明在该温度下TN的完全去除是有可能的;此外，对温度敏感的硝化细菌在甚至接近0度时都还具有一定的生长速度和新陈代谢。此外，在本发明的B段处理单元中当水温较低时硝化细菌的减少速度非常小，因为仅有非常少量的剩余污泥(甚至没有)必须被排出。因此，在根据本发明进行运行时，在B段处理单元的活性污泥中一直都有足够的硝化细菌。
本发明中的B段处理单元所需的容积不会高于传统生化处理池的容积。针对一个市政污水计算，混合池的容积高于每小时进水量的12倍，活性污泥浓度大于10g/L(MLSS)，则产生的污泥龄将大于200天。因为所产生污泥体积非常小，当使用如中国专利201610486954.7述的澄清单元时，B段处理单元的活性污泥浓度甚至可以高于10g/L。
本发明中A段混合池和B段混合池所需总的最低容积小于传统工艺。此外，更大的池容使得污水处理厂的运行更加安全。但是，这也表明一般的污水处理厂很容易根据本发明进行改造。
在本发明中，A段处理单元和B段处理单元已经能够提供比传统工艺更加干净的出水，同时允许后续处理单元的简单衔接，即所谓的第4阶段处理。
本发明中B段处理单元的出水完全澄清并不是强制要求。B段澄清区，尤其是采用中国专利201610486954.7所述的方法，可以作为一个污泥固定装置。在此条件下能产生B段处理单元的最大混合液悬浮固体浓度(MLSS)，B段处理单元的出水含有B段处理单元所产生的剩余污泥和无法去除的剩余COD。因为该条件下的悬浮固体(SS)的浓度非常小，该出水可以通过混合相对少量的支持絮凝的化学品被进一步容易的、经济的处理。为此所建议的化学品有石灰和/或白云石水合物，这两类物质能够形成碳酸钙，碳酸钙在絮凝产生过程中可以吸附大量的长链碳化合物，所产生的絮体可以在后续的最终澄清单元(即本发明中的C段处理单元)很容易的沉淀。通过这些手段可以非常经济地降低COD。一种进一步提高B段处理单元出水质量的辅助方法是在B段处理单元的出水中(C段处理单元最终澄清单元之前)加入活性炭，或者是加入高炉焦炭，但后者更为经济。两种方法一起可以实现相当高的COD去除率。另一种提高最终出水水质的可能的方法是在B段处理单元的出水中加入铁盐或铝盐。这将有助于形成沉降性非常好的絮体，并将磷的浓度降低到<0.05mg/L，这样的处理效果将保证C段处理单元的出水对环境无害，可以直接排入湖泊，因为像这样低浓度的磷不会导致藻类的爆发。
在本发明的C段处理单元之后，已被进一步净化的水体能够在下一步D段处理单元进行处理，通过活性炭过滤和/或与OH-自由基结合，把水体中的残余污染物处理到几乎无法检测出的程度。
应当指出的是，相对于欧盟专利0125546A1所描述的AB工艺，在本发明中B段处理单元、C段处理单元和D段处理单元所产生的剩余污泥都可以回流到A段处理单元，整个流程的剩余污泥是从A段处理单元抽取送往之后的污泥处置。这相对于常规方法而言，对污水处理厂的维护工作是一个极大的简化。
总而言之，本发明方法的顺序组合----A+B、或者A+B+C、或者A+B+C+D----与现行主导理论不完全一致，但其带来处理效果的改善是巨大的。本发明污水处理工艺简单，且能满足各种需求。
当使用本发明中的A+B段方法，所消耗的能量比传统工艺大量降低，同时处理效率大大提高。
如果在A+B段之后补充添加石灰或白云石水合物，可能还组合添加铁盐或铝盐，和/或在C段前补充添加活性炭或高炉焦炭，最终出水中的COD和磷能够被极大的降低，从而出水可以被回用于多种用途。
如果在C段处理单元之后采用D段处理单元，包括活性炭过滤(优选的是高炉焦炭)，或通过其它多孔填充材料的过滤，以及通过OH-自由基的处理，其最终出水甚至可以供给饮用水的生产，因为所有的有害污染物都将被去除到无法检测的程度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
