申请日2004.07.22
公开(公告)日2008.01.09
IPC分类号C02F3/30; C02F3/00
摘要
本发明涉及使用活性污泥或混合培养物生物处理水的方法与装置，其中包括调节活性污泥池的曝气。该方法包括确定曝气阶段(T1min和T1max)和非曝气阶段(T2min和T2max)的等待时间，处理水或混合液的硝酸盐含量的高设定值(SH NO3)和低设定值(SB NO3)，以及存在于槽中的水的氧化还原电位的高设定值(SH redox);连续测量曝气(T1)和非曝气(T2)时间，在处理的水或混合液中的硝酸盐含量和混合液的氧化还原电位;并且当硝酸盐含量小于SB NO3和T2小于T2min时，或者当硝酸盐含量保持大于SB NO3但T2没有达到时间T2max时，不使混合液曝气;当所测量的硝酸盐含量大于SH NO3或者当所测量的氧化还原电位的值保持大于SH redox并且T1小于T1min，或者当硝酸盐含量保持小于SH NO3或者当氧化还原电位的值保持小于SH redox但T1还没有达到T1max时，使混合液曝气。
权利要求书
1.一种生物水处理方法，该方法包括下述步骤：
-使所述水在至少一个装有游离或混合生物物质的生物池中经 过，其中在所述生物池的内部，分别通过运行和关闭曝气设备来交替 进行氧化和还原阶段;和
-使生物池中的混合液进行至少一个分离步骤，以便获得污泥和 处理的水，
其特征在于它包括初步步骤，这些步骤是：
-确定所述混合液的最小允许曝气时间(T1min)，最大允许曝气 时间(T1max)，最小允许非曝气时间(T2min)和最大允许非曝气时间 (T2max);
-确定在处理的水或混合液中的硝酸盐含量的低设定值(SB NO3) 和至少一个高设定值(SH NO3);
-确定所述混合液的SH氧化还原电位的至少一个高设定值(SH redox);
并且它包括另外步骤，这些步骤是：
-连续测量在处理的水或混合液中的硝酸盐含量;
连续测量在曝气池中混合液的氧化还原电位;
-测量混合液的曝气时间T1和非曝气时间T2;
-在下述情况下不使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持小于所述低设定值(SB NO3)并 且所测量的非曝气时间T2小于最小允许非曝气时间T2min，
或者当所测量的硝酸盐含量保持大于所述低设定值(SB NO3)并且 所测量的非曝气时间T2还未达到最大允许非曝气时间T2max，
-在下述情况下使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持大于所述高设定值(SH NO3)或 者当所测量的氧化还原电位的值保持大于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)并且所测量的曝气时间T1小于最小允许曝气时间T1min 时，
或者当所测量的硝酸盐含量保持小于所述高设定值(SH NO3)或者 当所测量的氧化还原电位的值保持小于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)并且所测量的曝气时间T1还未达到最大允许曝气时间 T1max时。
2.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括另外的初步步骤， 这些初步步骤是确定处理的水或混合液中的硝酸盐含量的超高设定值 (STH NO3)和混合液中的氧化还原电位的超高设定值(STH Redox)，
并且它包括：
-在下述情况下不使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持小于所述低设定值(SB NO3)并 且所测量的非曝气时间T2小于最小允许非曝气时间T2min，
或者当所测量的硝酸盐含量保持大于所述低设定值(SB NO3)但所 测量的非曝气时间T2还没有达到最大允许非曝气时间T2max时，
-在下述情况下使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持大于所述高设定值(SH NO3)或 者所测量的氧化还原电位的值保持大于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)，
并且所测量的曝气时间T1小于最小允许曝气时间T1min，
并且所测量的硝酸盐含量还没有达到所述超高设定值(STH NO3)或 者所测量的氧化还原电位还没有达到所述超高设定值(STH Redox)，
或者当所测量的硝酸盐含量保持小于所述高设定值(SH NO3)或者 所测量的氧化还原电位的值保持小于所述氧化还原电位高设定值(SH redox)，但所测量的曝气时间T1还没有达到最大允许曝气时间T1max 时。
3.权利要求2的方法，其特征在于它包括另外的步骤，这些步骤 是：
-确定用于表示混合液中氧化还原电位随时间变化的曲线的斜 率的至少一个设定值;
-连续计算所述斜率;
-连续调节在曝气过程中分配的空气流量，以保持氧化还原斜率 恒定并大约等于所述斜率设定值。
4.权利要求1-3任何一项的方法，其特征在于所述分离步骤是 沉降步骤。
5.权利要求1-3任何一项的方法，其特征在于所述分离步骤是 在至少一个过滤膜上的过滤步骤。
6.权利要求5的方法，其特征在于所述分离步骤包括在膜上过滤 来自所述生物池的混合液，并且在配有浸渍或加压膜的至少一个外部 过滤回路中实施。
7.权利要求5的方法，其特征在于使用浸渍在所述生物池中的至 少一个膜来进行所述分离步骤。
8.权利要求3的方法，包括使所述浸渍膜曝气以防止其被堵塞或 者清除其堵塞的步骤，并且它包括测量过滤水的流量并根据过滤水的 流量调节为了使所述膜曝气而分配的空气的流量。
说明书
使用曝气调节并通过活性污泥进行水的生物处理的方法和装置
本发明涉及用于纯化目的的水的生物处理领域。
这种水可例如由城镇废水或工业水组成。
更确切地，本发明涉及使用活性污泥技术或混合培养物技术对水 进行生物处理。
活性污泥技术是在至少一个配有曝气设备的池中使用游离生物物 质，也即未结合于载体上的生物物质。
混合培养物技术是在配有曝气设备的池中同时使用游离生物物质 和保持悬浮状态的结合到载体上的生物物质。
根据这些技术，生物物质使包含在待处理水中的含碳污染物和含 氮污染物降解。
为了实现这种目的，设备池配有空气或氧气注入设备(通过小气 泡、涡轮机、刷子等曝气)，下文称为“曝气设备”。
这些曝气设备的运行可按一定顺序进行，以便在同一池中组织曝 气和缺氧阶段。
根据另一种类型的设备，在同一池中或者在几个池中配有至少一 个曝气区和至少一个非曝气区。
该曝气使得能够降解被处理水中的含碳污染物并且硝化这种处理 的水。
这种水的非曝气能够使水脱硝。
硝化和脱硝阶段的交替进行有助于待处理水中氮污染物的降解。
已经发现需要控制曝气设备的操作，尤其是曝气与非曝气阶段的 交替。
这是因为，研究表明，通过曝气设备过量添加氧气到生物物质中 会妨碍硝酸盐的恰当消除，而氧气添加不足会限制氨的破坏。
因此需要连续控制曝气设备的操作，以使其遵循一个折衷方案， 根据该方案，曝气设备不会添加太多或太少的氧气到曝气池中。
现有技术已经提出了实现这种控制的不同设备。
根据第一种方法，提出使用探针检测在氧气于活性污泥池中的停 留过程中，在水中溶解的氧的浓度，并且根据所保持的记录和在出口 处NH4和NO3的含量来改变曝气设备的操作持续时间和间隔时间，以 便测定通过这些设备添加的氧气量。
但是，当这种溶解的氧的含量低于0.5mg/l时，这种溶解氧的测 量方法无法保持被处理的水中硝酸盐含量处于总是可接受的阈值下。
因此提出了将这种溶解氧浓度测量和测量活性污泥池中存在的水 的氧化还原电位相结合。专利FR2779140公开了这种技术。然而，这 种技术的缺点是，它需要频繁地人工再调节氧化还原电位的设定值。 对于使用浸渍在活性污泥中的过滤膜的生物装置来说，氧化还原调节 是特别不足的。
在FR2685692中所述的技术提出在配有曝气设备的生物池中测量 氧化还原电位，以将这些曝气设备的操作控制在这个氧化还原电位的 至少一个设定值，并控制这个氧化还原电位设定值在被处理污水中的 硝酸盐和/或氨含量的测量值。
尽管这种技术有效，但其缺点是它要求测量仪器在所有时刻的可 靠性，尤其是连续校正设定值的硝酸盐测量仪或氨测量仪的可靠性。
本发明的目的是提供一种通过活性污泥或混合培养物生物处理水 的方法，其采用了能够比现有技术方法更有效地调节曝气的曝气设备 的控制。
具体地，本发明的一个目的是公开这样的方法，该方法可以连续 地将处理的水中的氮污染物含量限制在一个非常低的水平，实践中为 小于10mg/l。
本发明的另一目的是公开这样的方法，该方法不需要随着时间而 频繁地人工调节控制阈值。
本发明的再一个目的是公开这样的方法，该方法可用于任何类型 的活性污泥或混合培养物处理装置，尤其是用于使用过滤膜的装置中。
本发明另一目的是公开一种方法，所述方法可以优化并降低曝气 所需的能耗。
本发明的另一目的是提供一种比现有技术的方法具有更大可靠性 的方法。
采用本发明可实现这些不同的目的，其中本发明涉及一种生物水 处理方法，该方法包括下述步骤：
-使所述水在至少一个装有生物物质的生物池中经过，其中在所 述生物池的内部，分别通过运行和关闭曝气设备来交替进行氧化和还 原阶段;和
-使生物池中的混合液进行至少一个分离步骤，以便获得污泥和 处理的水，
其特征在于它包括初步步骤，这些步骤是：
-确定(fixer)所述混合液的最小允许曝气时间(T1min)，最大 允许曝气时间(T1max)，最小允许非曝气时间(T2min)和最大允许非曝 气时间(T2max);
-确定在处理的水或混合液中的硝酸盐含量的低设定值(SB NO3) 和至少一个高设定值(SH NO3);
-确定所述混合液的SH氧化还原电位的至少一个高设定值;
并且它包括另外步骤，这些步骤是：
-连续测量在处理的水或混合液中的硝酸盐含量;
连续测量在曝气池中混合液的氧化还原电位;
-测量混合液的曝气时间T1和非曝气时间T2;
-在下述情况下不使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持小于所述低设定值(SB NO3)并 且所测量的非曝气时间T2还没有达到最小允许非曝气时间T2min，
或者当所测量的硝酸盐含量保持大于所述低设定值(SB NO3)并且 所测量的非曝气时间T2小于最大允许非曝气时间T2max，
-在下述情况下使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持大于所述高设定值(SH NO3)或 者当所测量的氧化还原电位的值保持大于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)并且所测量的曝气时间T1小于最小允许曝气时间T1min 时，
或者当所测量的硝酸盐含量保持小于所述高设定值(SH NO3)或者 当所测量的氧化还原电位的值保持小于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)并且所测量的曝气时间T1小于最大允许曝气时间T1max 时。
因此，这种具有曝气调节的生物处理方法基于在处理的水或混合 液中的硝酸盐以及在生物池中存在的混合液的氧化还原电位的连续测 量。
根据本发明，一旦符合下述条件之一则启动由曝气设备进行的空 气注入：
-第一条件：在处理的污水中的硝酸盐含量达到低设定值(SN NO3)(低阈值)并观测到最小缺氧持续时间(T2min)，
-第二条件(可供选择的)：在处理的水或混合液中的硝酸盐含量 (SN NO3)还没有达到低设定值(SB NO3)，但观测到最大缺氧持续时间 (T2max)。
最小非曝气持续时间T2min和最大非曝气持续时间T2max形成了 一个等待时间(temporisation)，该等待时间的目的是一旦脱硝处理 出现故障或者在硝酸盐含量测量设备中出现故障时起到安全机制的作 用。
当硝化处理没有按照需要发生时，换句话说，当硝酸盐含量不可 能达到预定的低值时或者当在硝酸盐测量设备中出现故障时，最大允 许非曝气时间(T2max)限制缺氧阶段。
甚至在这些测量设备出现故障的情况下，最小允许非曝气时间 (T2min)可以确保最小的脱硝作用。
根据本发明，一旦符合下述条件之一则停止由曝气设备进行的空 气注入：
-第一条件：当在处理的污水中的硝酸盐含量达到高设定值(SH NO3)(高阈值)时或者当曝气池中水的氧化还原电位达到高设定值(SH redox)(高阈值)时并且当观测到最小曝气持续时间(T1min)时;
-第二条件(可供选择的)：当还没有达到在处理的水中的硝酸盐 的高阈值(SH NO3)或者在曝气池中存在的水的高氧化还原电位阈值 (SH redox)，但观测到最大曝气持续时间T1max时。
例如，在污染物含量低的时间段过程中，使用氧化还原电位高设 定值限制曝气。
最小曝气持续时间T1min和最大曝气持续时间T1max形成了一个 等待时间，该等待时间的目的是一旦脱硝处理出现故障或者硝酸盐含 量测量设备出现故障时起到安全机制的作用。
最小曝气持续时间T1min确保生物物质的最小曝气时间，因而在 用于测量处理的水或混合液中的硝酸盐含量的设备或者用于测量曝气 池中存在的混合液的氧化还原电位的设备出现故障的情况下提供安全 性。
当难以达到硝酸盐含量的高参考阈值时，最大曝气持续时间T1max 防止生物池过度曝气。
根据本发明的一个变化方案，该方法包括另外的初步步骤，这些 初步步骤是确定处理的水或混合液中的硝酸盐含量的超高设定值(STH NO3)和混合液中的氧化还原电位的超高设定值(STH Redox)，
并且它包括：
-在下述情况下不使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持小于所述低设定值(SB NO3)并 且所测量的非曝气时间T2小于最小允许非曝气时间T2min，
或者当所测量的硝酸盐含量保持大于所述低设定值(SB NO3)但所 测量的非曝气时间T2还没有达到最大允许非曝气时间T2max时，
-在下述情况下使混合液曝气
或者只要所测量的硝酸盐含量保持大于所述高设定值(SH NO3)或 者所测量的氧化还原电位的值保持大于所述氧化还原电位高设定值 (SH redox)，
并且所测量的曝气时间T1小于最小允许曝气时间T1min，
并且所测量的硝酸盐含量还没有达到所述超高设定值(STH NO3)或 者所测量的氧化还原电位还没有达到所述超高设定值(STH Redox)，
或者当所测量的硝酸盐含量保持小于所述高设定值(SH NO3)或者 所测量的氧化还原电位的值保持小于所述氧化还原电位高设定值(SH redox)，但所测量的曝气时间T1还没有达到最大允许曝气时间T1max 时。
当待处理水中污染物含量低于正常情况时，使用超高硝酸盐阈值 限制了过度曝气问题。尤其当待处理的水由城市废水(包括在大雨情况 下收集的水)组成时，情况即是如此。
使用超高硝酸盐阈值(STH NO3)避免了添加过量的溶解氧到生物池 中。当达到这个超高阈值时，停止曝气，而不考虑最小和最大允许曝 气时间。因此，该方法可以省去使用适应于不同质量的待处理水的多 次的等待时间。
即使没有达到超高的硝酸盐含量，使用超高氧化还原电位阈值 (STH redox)可以停止曝气。当待处理的水具有低含量的有机污染物 时，使用这个超高氧化还原电位阈值是特别有用的。尤其当待处理的 水是极稀的城市废水(例如在夜晚收集的这类城市废水)时，情况即 是如此。
可按照一种或几种给定的空气流量来实施曝气。这些空气流量的 值可根据经验获得的已知在给定的时间周期(如一天)内达到的污染 物含量来确定。因此，对于城市污水的处理来说，可在污染高峰期间 确定高空气流量，而在低污染时(例如晚上)则可确定中等空气流量和 低空气流量。
然而，根据本发明的一个变化方案，空气流量被连续调节，这意 味着该方法可适应待处理水中污染物含量的变化。
根据本发明的这种变化方案，本发明的方法包括另外的步骤，这 些步骤是：
-确定用于表示池中氧化还原电位随时间变化的曲线的斜率的 至少一个设定值;
-连续计算所述斜率;
-连续调节在曝气过程中分配的空气流量，以保持大约等于所述 斜率设定值的氧化还原斜率。
因此本发明的方法意味着可控制曝气和非曝气阶段，还意味着在 曝气阶段的过程中也可控制曝气强度。
氧化还原电位斜率的计算的这种积分法因而可进一步提高本发明 方法的质量。
可在不同类型的水处理工艺中使用本发明的方法。
因此，当从生物池中分离混合液的分离步骤是在常规的层状或者 非层状沉降槽中进行的沉降步骤时，可使用本发明。
当这种分离步骤是膜过滤步骤时，也可使用本发明。在此情况下， 可在具有浸渍或加压膜的至少一个外部过滤回路中使用该膜，或者它 们可以是浸渍在池中的膜。
这种浸渍的膜通常被连接到特定的曝气设备上，该曝气设备被设 计为防止所述浸渍膜被堵塞，或者如果它们需要清除堵塞时，则清除 该膜的堵塞。
在此情况下，本发明的方法优选包括另外的步骤，这些步骤是： 测量通过膜过滤的水的流量，并根据该过滤的水的流量来调节分配的 空气流量，以清除它们的堵塞。用于清除膜堵塞的空气参与池中存在 的介质的氧化，这是因为该膜是浸在其中的。
本发明还涵盖了采用以上所述方法的不同类型的装置。
本发明因此涵盖了配备有下述设备的任何装置：输送待处理水的 设备、配有曝气设备的收集活性或混合污泥的生物池、膜过滤设备和 从所述膜过滤设备中使过滤的水排出的设备，
其特征在于，它具有在所述排出设备上或者在所述生物池中配备 的测量氮含量的设备，在所述生物池中配备的测量氧化还原电位的设 备，设计用于根据硝酸盐测量设备和氧化还原电位测量设备传送的测 量结果对所述曝气设备起作用的调节设备，所述调节设备包括输入氧 化还原电位设定值、硝酸盐浓度设定值和最小及最大曝气和非曝气时 间的设备。
根据一个变化方案，所述装置的调节设备还包括输入氧化还原斜 率设定值的设备。
根据一个变化方案，在配有浸渍或加压膜的主活性污泥池外部的 回路上配备所述膜过滤设备。
根据另一变化方案，所述膜过滤设备被浸渍在所述生物池中并与 能够分配空气的曝气设备协同工作，以防止它们被堵塞或者清除它们 的堵塞。
在此情况下，该装置优选包括在所述排出设备上配备的测量过滤 的水的流量的设备，以及第二调节设备，该第二调节设备设计用于根 据所述流量测量设备传送的测量结果对所述曝气设备起作用。
