申请日2011.12.02
公开(公告)日2013.11.27
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12; C02F3/28
摘要
本发明提供了一种含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法通过利用硫或者硫化合物作为电子载体将有机碳氧化成二氧化碳，同时将硫或者硫化合物还原成硫化物来进行。该硫化物可以被氧气或者硝酸盐氧化。如有必要，氨可以被氧化成硝酸盐，然后被还原成氮气。本发明还提供了生物污水处理厂。该方法对含盐污水厂和不含盐污水厂都有效。
权利要求书
1.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法包括：
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物;
利用氧气将氨氧化成硝酸盐;以及
利用硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐，同时将所述硝酸盐还原成氮气。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括：
利用硫或者硫化合物，通过硫化合物还原细菌将所述有机碳转化成二氧化碳;
利用自养反硝化硫氧化细菌，通过硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐;以及
通过自养硝化将所述氨氧化成硝酸盐。
3.权利要求1或2所述的方法，其中所述硫或者硫化合物包括选自亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
4.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法包括：
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物;以及
利用氧气将所述硫化物氧化成硫酸盐。
5.权利要求4所述的方法，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
6.权利要求4或者5所述的生物废水处理方法，进一步包括：
利用所述硫或者硫化合物，通过硫化合物还原细菌将所述有机碳氧化成二氧化碳;
利用氧气，通过自养硫氧化细菌将所述硫化物氧化成硫酸盐。
7.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法包括：
在上流式颗粒污泥床反应器中，利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物;以及
利用氧气或者硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐。
8.权利要求7所述的方法，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
9.权利要求7或8所述的生物污水处理方法，其中所述上流式污泥床反应器进一步包括内回流泵和流速限制装置来增加反应器内的湍流。
10.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法包括：
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物;以及
在上流式颗粒污泥床反应器中，利用氧气或者硝酸盐通过自养硫氧化将所述硫化物氧化成硫酸盐。
11.权利要求10所述的方法，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
12.权利要求4至11中任一项所述的方法，进一步包括利用硝化细菌将氨氧化成硝酸盐。
13.权利要求4至12中任一项所述的方法，进一步包括使用了含有大量盐分的进水。
14.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理方法，该方法包括：
提供并行支流用于生物处理，结合如下：
在第一支流中，利用氧气或者硝酸盐将所述有机碳氧化成二氧化碳;及
在第二支流中，利用硫或者硫化合物，通过硫还原细菌将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物，该硫化物随后被氧气或者硝酸盐氧化成硫酸盐。
15.权利要求14所述的方法，进一步包括利用额外处理步骤来实现所述第一支流的处理出水回用，其中该额外处理步骤选自过滤和消毒所组成的组。
16.权利要求14或15所述的方法，进一步包括：
收集所述第一支流所产生的污泥;以及
在所述第二支流将所述污泥和进水混合共同处理。
17.权利要求14所述的方法，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
18.权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括在所述第一支流和所述第二支流中的一者或两者中，利用硝化作用将氨氧化成硝酸盐。
19.权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括使用了含有大量盐分的进水。
20.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括:
利用硫或硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，并同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的反应器;
用来将所述硫化物氧化成硫酸盐并同时将硝酸盐还原成氮气的反应器;以及
用来将氨氧化成硝酸盐的反应器。
21.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括:
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的途径;
利用硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐，同时将所述硝酸盐还原成氮气的途径;以及
将氨氧化成硝酸盐的途径。
22.权利要求20或者21所述的生物污水处理厂，其中所述硫或者硫化合物包括选自亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
23.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括：
利用硫或硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，并同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的反应器;以及
利用氧气将所述硫化物氧化成硫酸盐的反应器。
24.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括：
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的途径;以及
利用氧气将所述硫化物氧化成硫酸盐的途径。
25.权利要求23或者24所述的生物污水处理厂，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
26.权利要求23至25中任一项所述的生物污水处理厂，进一步包括将氨氧化成硝酸盐。
27.权利要求23至26中任一项所述的生物污水处理厂，进一步包括使用了含有大量盐分的进水。
28.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括：
利用氧气或硝酸盐将所述有机碳氧化成二氧化碳的反应器;
利用硫或者硫化合物将有机碳氧化成二氧化碳，并同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的反应器;以及
利用氧气或者硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐的反应器。
29.一种处理含有机碳的进水的生物污水处理厂，包括：
利用氧气或者硝酸盐将所述有机碳氧化成二氧化碳的途径;
利用硫或者硫化合物将所述有机碳氧化成二氧化碳，同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物的途径;以及
利用氧气或者硝酸盐将所述硫化物氧化成硫酸盐的途径。
30.权利要求28或者29所述的生物污水处理厂，进一步包括利用硫或者硫化合物将来自于氧气或者硝酸盐氧化有机碳过程的污泥和进水污水联合处理，以将所述有机碳氧化成二氧化碳，并同时将所述硫或者硫化合物还原成硫化物。
31.权利要求28至30中任一项所述的生物污水处理厂，其中所述硫或者硫化合物包括选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和单质硫所组成的组的物质。
32.权利要求28至31中任一项所述的生物污水处理厂，进一步包括污水回用系统，即对于经氧气或者硝酸盐氧化所述有机碳而产生的处理出水，通过额外处理步骤来实现该处理出水的回用，其中该额外处理步骤选自过滤和消毒所组成的组。
33.权利要求28至32中任一项所述的生物污水处理厂，进一步包括将氨氧化成硝酸盐的设施。
34.权利要求28至33中任一项所述的生物污水处理厂，进一步包括使用含有大量盐分的进水的设施。
说明书
以硫化合物作为电子载体以实现污泥产量最小化的污水生物处理及回用
背景技术
在20世纪初，有机污染物的排放使得水污染已成为一个主要的世界性环境问题，作为二级处理的生物除碳工艺应运而生。虽然其后的公共卫生研究者已经将焦点转移到发展生物去除营养物工艺来解决富营养化问题，并且有不少主管当局也制定了准则和标准来控制敏感水体氮磷排放量，但是并不能因此而忽视二级处理的优点。这些优点包括更短泥龄、更小的反应器、更简便的操作以及更少的起泡问题。
美国环保署(USEPA)1984年定义二级处理为30天平均出水的碳生化需氧量(CBOD5)和悬浮固体(SS)分别不高于25mg/L和30mg/L。这些运行和经济上的优势使得二级处理仍然是世界上最受欢迎的水处理工艺的一种，特别是对于出水直接排放到像大海这样的较不敏感的水体以及污水回收成再生水。
再生水用于灌溉是二级处理出水常见应用之一。灌溉用水占世界水消耗量的70%。为了节约宝贵的水资源，许多城市都采用双供水系统供应淡水和再生水以满足不同需求，比如庄稼灌溉和景观灌溉。灌溉所要求的最低处理水平就是二级处理加消毒。基于灌溉的目的，二级处理优于生物营养物质去除。不仅因为处理成本低，而且可以保留养分作为肥料。
自从1914年引入活性污泥法，以二级处理去除污水中有机碳工艺中的生物反应程序几乎没变。图1就是一个描述传统生物污水处理工艺如何利用异养氧化反应器去除有机碳的工艺流程图。处理过程包括异养氧化有机碳成为CO2并将剩余有机碳转化为污泥在二沉池加以去除。
为了控制富营养化，除氮是必须的。1960年代发展起来的生物除氮工艺通过引入自养硝化和异养反硝化步骤来修改处理工艺。图2是一个描述应用异养反硝化和自养硝化反应器去除碳、氮的一种传统生物处理工艺流程图。由于异养碳氧化和异养反硝化过程的污泥产率系数比较高，处理过程中剩余污泥的排除、处理及处置是不可避免的。
许多国家依靠中水回用来提供不同类型的再生水，比如清洗街道和汽车、冲厕、景观灌溉、环境用水和地下水回灌。图3展示了一个典型的污水处理和回收厂的处理流程。通常来说，这些类型的再生水的最低处理要求包括二级生物处理以及紧跟其后的砂滤或膜滤和消毒。如果有必要可再增加脱氮，即硝化反硝化工艺。
然而，在一些为节约水而利用海水冲厕的地区(比如香港)应用废水回用系统会相当困难。这是因为海水含盐约35000mg/L,当利用它来冲厕时，将形成含盐量7000-10000mg/L的废水。如此高的含盐量会直接影响到废水回用，比如灌溉或者补充地下水等。然而，由于海水同时也含有约2600mg/L的硫酸盐，它可以提供足够的硫酸根离子作为电子载体来形成一种新型废水处理工艺。这种利用硫酸盐的工艺为SANI工艺的特征。
发明内容
通过利用硫或者硫化合物作为电子载体来将有机碳氧化成为二氧化碳，并将所述硫或硫化合物还原为硫化物，从而实现含有机碳的进水的生物处理。之后该硫化物会被氧气或者硝酸盐氧化，如果是被硝酸盐氧化，则硝酸盐将会被还原成氮气。
