申请日2004.08.09
公开(公告)日2006.10.11
IPC分类号C02F3/30
摘要
从废水中脱除生物营养素以产生低磷(例如低于0.25mg/L)流出物的方法，包括提供含有活性污泥的串联多级生物反应器，所述生物反应器包括在水力学上串联的厌氧区和下游需氧区，其中每个区均具有上游入口和下游出口。提供废水至厌氧区入口。向下游需氧区中加入足以使可溶性和颗粒状磷沉积的一定量化学物质，从而产生低磷流出物。处理后的水与活性污泥和沉积的磷分离，并将与处理后的水分离的活性污泥循环回厌氧区。
权利要求书
1.一种从废水中脱除生物营养素以产生低磷流出物的方法，所述 方法包括：
a)提供含有活性污泥的串联多级生物反应器，所述生物反应器包 括在水力学上串联的厌氧区和下游需氧区，其中每个区均具有上游入口 和下游出口;
b)提供废水至厌氧区入口;
c)向下游需氧区中加入一定量化学物质，其加入量足以使可溶性 和颗粒状磷沉积，从而产生低磷流出物;
d)使处理后的水与活性污泥和沉积的磷分离;和
e)将通过浸没式膜过滤器与处理后的水分离的返回活性污泥循 环回厌氧区。
2.权利要求1的方法，其中步骤a)进一步包括提供包括缺氧区的 多级生物反应器，其中所述缺氧区在水力学上串联于厌氧区和下游需氧 区之间。
3.权利要求1的方法，其中步骤c)的分离通过与下游需氧区操作 相连的浸没式膜过滤器的过滤而实施。
4.权利要求1的方法，其中步骤a)进一步包括提供具有上游缺氧 区、上游需氧区和下游缺氧区的多级生物反应器，其中所述各区在水力 学上串联于厌氧区和下游需氧区之间。
5.权利要求2的方法，其中在步骤d)中返回的活性污泥首先循环 至缺氧区的入口附近，然后从缺氧区的出口附近循环至厌氧区。
6.权利要求3的方法，其中在步骤d)中返回的活性污泥循环至上 游缺氧区的入口附近，然后从上游缺氧区的出口附近循环至厌氧区。
7.权利要求6的方法，其中在步骤d)中返回的活性污泥首先循环 至上游需氧区的入口附近，然后从上游需氧区的出口附近循环至上游缺 氧区的入口附近，并从上游缺氧区的出口附近循环至需氧区。
8.权利要求1的方法，其中在步骤c)中低磷流出物低于0.25mg/L。
9.权利要求1的方法，其中在步骤c)中低磷流出物低于0.1mg/L。
说明书
在膜生物反应器中处理废水以产生低磷流出物的方法
技术领域
本发明涉及废水处理方法，更具体地涉及应用膜生物反应器 (″MBR″)和应用生物和化学脱磷法进行的活性污泥处理方法，所述方法 适合于在性污泥处理方法中排除磷限制条件。
背景技术
用来脱除生物营养素如生化需氧量(″BOD″)、硝酸盐和磷酸盐的生 物处理方法是公知的。一种典型的生物处理方法是活性污泥法，其中 废水是需氧的并与活性污泥一起搅拌，然后清除大量微生物。通常这 种需氧步骤与厌氧步骤和缺氧步骤相组合，其中所述厌氧步骤是指在 没有诱导氧即溶解氧或者由亚硝酸盐或硝酸盐得到的氧(NOx)存在下 进行操作的步骤，而所述的缺氧步骤是指没有氧但存在亚硝酸盐或硝 酸盐的情况。在厌氧步骤中通过积累磷的生物体(″PAOs″)的存在而实 现磷的脱除，其中作为积累用于细胞生长的有机物(即挥发性脂肪酸) 的方法的一部分将磷释放入废水中。在下游需氧或缺氧区中，生物体 代谢所积累的有机物质，并且作为生长过程的一部分将所释放的磷积 累入细胞内。许多现有技术的专利公开了在各区之间具有一些循环物 流的多区生物反应器，这些循环物流用来保持各种有用的微生物的浓 度，以及促进生物营养素的脱除。例如，Daigger的US 6,517,723， 其内容在这里作为参考引入。其它例子包括Daigger的US 5,480,548、 Hawkins的US 5,601,719、Marsman的US 5,342,522、Strohmeier的 US 5,798,044、Hong的US 5,650,069、Timpany的US 5,354,471、 Wittmann的US 4,961,854、Nicol的US 4,787,978和Yang的US 5,942,108。
在某些情况下，要求流出物中磷酸盐的浓度非常低，在这种情况 下，应用化学沉积法进行磷酸盐或磷脱除。在化学沉积法中，向废水 中加入可溶性盐，如氯化亚铁/氯化铁或硫酸铝，以形成不可溶性金属 磷酸盐。然后这种不可溶性金属磷酸盐通过重力分离或过滤与废水分 离，以产生总磷酸盐(″TP″)浓度非常低的流出物。在这里，TP的下限 被定义为低于0.25mg/L。
正如在Husain的US 6,406,629中所公开的，一种称为膜生物反 应器的生物处理可以与磷酸盐沉积技术组合。Husain提出一个例子： 向与膜过滤器相连的需氧罐中加入使磷酸盐沉积的化学物质。但由于 金属沉积物的存在增加了膜结垢的速率或者迫使操作者在低效的污泥 停留时间较长的系统下操作，所以这种组合受到批判。根据描述，该 组合系统的另一个缺点是如果系统包括在生物处理过程中很典型的活 性污泥的循环，则在生物处理过程中，在超过支持活性污泥生长所需 要的化学计量量的条件下脱除磷将会降低生物处理方法脱除其它营养 物的效率。
Husain描述了一种试图解决上面所讨论的问题的方案。Husain 提供了一种与常规的多级活性污泥生物处理方法并行的侧线物流方法 来脱除过量的磷。在第一个侧线物流方法中，从来自活性污泥方法的 厌氧步骤的厌氧混合液中提取出贫含固体但含有磷酸盐的液体。从该 混合液中沉积出磷酸盐以生产贫磷液体，所述液体作为流出物离开该 过程或者返回缺氧或需氧区。在一个替换的侧线物流方法中，需氧混 合液被移至反应区并进行处理以形成富含不溶性磷酸盐的液体。富含 不溶性磷酸盐的液体在液压旋风分离器中进行处理以分离出不溶性磷 酸盐，并产生贫含不溶性磷酸盐的液体。贫含不溶性磷酸盐的液体返 回缺氧区。虽然Husain提出的方法可以有效脱除磷，但其需要更多的 过程，这就增加了处理费用以及实施该处理过程所需的空间。另外， 第一侧线物流方法可能会导致厌氧区下游生物处理步骤磷不足。
本发明涉及克服上面所讨论的一个或多个问题。
发明内容
本发明的一个方面是一种从废水中脱除生物营养素以产生低磷 (例如少于0.25mg/L)流出物的方法。提供含有活性污泥的串联多级 生物反应器，所述生物反应器包括在水力学上串联的厌氧区和下游需 氧区，其中每个区均具有上游入口和下游出口。提供废水至厌氧区入 口。向下游需氧区中加入足以使可溶性和颗粒状磷沉积的一定量化学 物质，从而产生低磷流出物。处理后的水与活性污泥和沉积的磷分离， 并将与处理后的水分离的活性污泥循环回厌氧区。
在一个优选的实施方案中，通过浸没式膜过滤器过滤处理后的水、 活性污泥和沉积磷而使处理后的水与活性污泥和沉积磷分离，所述浸 没式膜过滤器与下游需氧区操作相连。多级生物反应器可以进一步包 括在水力上串联于厌氧区和下游需氧区之间的缺氧区。可替换地，多 级生物反应器可以包括上游缺氧区、上游需氧区和下游缺氧区，所述 各区在水力上串联于厌氧区和下游需氧区之间。也可以有多种循环选 择。例如，所返回的活性污泥可以首先循环至缺氧区的入口附近，然 后从缺氧区的出口附近循环至厌氧区。可替换地，所返回的活性污泥 可以首先循环至上游需氧区的入口附近，然后从上游需氧区的出口附 近循环至上游缺氧区入口附近，然后再从上游缺氧区的出口附近循环 至厌氧区。
本发明方法通过组合生物处理过程和化学磷脱除过程而得到低磷 流出物。令人惊奇的是，所返回的包含残余的磷沉积化学物质的活性 污泥的循环并不会造成释放磷的充分沉积而抑制下游生物过程。厌氧 区实际上用作磷缓冲液，以确保在下游需氧区中化学脱除磷的同时为 下游生物过程供应磷。因此，本方法允许在常规包含厌氧区的生物处 理方法内进行化学磷的脱除，不但不抑制而且还会促进下游生物区中 强的营养吸收。除了放松了在下游需氧区提供精确量的磷脱除剂这一 要求外，本方法不再需要侧线物流磷脱除过程或随后的下游磷脱除和 净化，从而减少了空间需求和相应的费用。
