用于生物水净化的改进方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用回流污泥进行废水处理的方法。更具体地说，本发明涉及这 样一种方法，其用于使用回流污泥进行氮和磷（其在废水处理装置中脱除）的侧流去除，其 中所述回流污泥的一小部分不使用外部细菌或化学物质进行侧流处理，以用于增强所述方 法。
【背景技术】
[0002] 由于在全世界来自立法者增长的需求，用于卫生、市政、商业和工业废水处理的工 艺和技术已经不断地被改进并且新的设备不断地被增加。
[0003] 在所有废水处理的生物方法背后的基本思想是引入与微生物的接触，所述微生物 以废水中的无机和有机物质为食。由此废水中的污染物浓度，包括无机或有机氮和无机或 有机磷，以及生化需氧量（BOD)、化学需氧量（COD)和总悬浮固体（TSS)被降低。生物处理 背后的原则是微生物对废水中所存在污染物的降解及在其上的生长。有机材料通过微生物 的代谢而被转化为细胞物质，其不再是在溶液中的或分散的，可以在二次澄清池中通过简 单的重力沉降而从水相分离。于是离开所述系统的处理过的排出物比其进入所述废水处理 装置（WWTP)时清洁许多。
[0004] 在典型的基于生物处理的废水处理装置中，入流废水在初级处理中被预处理，其 中一部分有机体，包括悬浮固体通过沉降而被除去。在该初级处理之后，所述废水经历生物 处理，其中在所述废水中的污染物在生物工艺中被降解，在所述生物工艺中使用微生物从 废水中除去剩余的有机物、氮和磷。
[0005] 所述生物处理可以包括若干处理阶段，包含厌氧处理区和好氧处理区。因此通过 在不同的区中使用受控的工艺条件而对微生物的生长和代谢活动进行控制和利用。
[0006] 在生物处理之后，允许所述处理后的废水在二级沉淀池澄清/沉淀预定的时间 段，在这之后从所述沉淀池的上部提取出排出物并排放。活性沉淀污泥的一部分（其包含 在废水处理期间微生物在曝气池中的生长而产生的生物质）被除去，用以脱水并处置，而 剩余污泥的另一部分可以作为活性回流污泥（ARS)返回到生物处理以增强生物降解。所述 活性回流污泥可以不经任何后续处理而如此返回到生物处理反应器。或者，所述活性回流 污泥可以经受初始的好氧处理以增加好氧污泥龄并改善次级处理区中氮的去除。用这种方 法，可以容易地对低负荷系统进行升级，例如当新规定要求对氮去除有更严格的限制时。
[0007] 活性污泥的量在WWTP中用于处理工艺时是由速率限制的，并且如果不存在COD对 氮的过量，例如C0D:N的比率低于7、6、乃至5,现有的WWTP将不能有效满足氮排出物标准。 而且，通常用于回流污泥处理的曝气设备在部分时间是空转的，在一些WWTP的概念中，典 型地在50%的时间。这就意味着曝气设备的量可能必须加倍，并且所有水解的COD (HC0D)， 其在所述废水处理装置的厌氧段中产生并且其没有被生物除磷（bio-P)微生物所利用，将 在好氧相中被降解并且然后不在处理池中被用于脱氮或生物脱磷。
[0008] W0 2010/148044描述了一种用于从原水中去除生物磷和氮以减少剩余污泥产生 的装置。这通过在厌氧侧流反应器中的处理实现，在所述厌氧侧流反应器中发生水解和发 酵-在优选的实施方案中，通过在所述侧流反应器（CSTR)中提供酸性条件促进所述处理。 在所述侧流反应器中，所述方法包括使用化学物质如碱或酸，添加的消化酶，超声波处理， 臭氧处理或其他氧化性的化学处理以及热处理。
[0009] 所述方法使用酸性环境和加热以实现效益。该方法的一个缺陷是硝化细菌不能在 酸性条件下存活，并因此WO 2010/148044的方法和装置的促进以硝化细菌和它们的作用 为代价。
[0010] 因此，尽管废水处理技术在持续发展，仍还有对于生物废水处理装置进一步改进 的迫切需要，来提供扩大的使用范围，并仍然符合对于效率以及对不需要的有机与无机化 合物（例如总氮、总磷、总悬浮固体、生物需氧量和化学需氧量）的去除的高要求，并与可达 到的COD无关。
[0011] 因此，本发明的一个目的是提供用于生物处理的改进方法，其具有对可达到的COD 更好的产能利用率以及由此对废水更高效的净化。
【发明内容】
[0012] 在上述背景下，在第一方面本发明的一个目的是提供用于废水生物处理的方法， 其通过在整个方法中使用相同细菌种群的活性污泥法进行，所述方法包括以下步骤：
[0013] a)使废水进料流入处理池，
[0014] b)使所述处理池中的废水经受生物处理过程以提供处理后的废水和活性污泥的 混合物，
[0015] c)使所述混合物在沉淀池中沉淀以提供处理后的废水和沉淀污泥，其中对所述沉 淀污泥进行以下步骤：
[0016] i)将所述沉淀污泥的第一和第二回流部分分离，
[0017] ii)使所述沉淀污泥的第一回流部分在侧流反应器中经受包含好氧处理和/或厌 氧处理的过程，
[0018] d)使所述沉淀污泥的第一回流部分从所述侧流反应器和所述沉淀污泥的第二回 流部分从所述沉淀池流入处理池。
[0019] 令人惊讶地，已发现通过将两部分的回流污泥引入处理池，其中只有第一部分进 行侧流处理，无机和有机物质的总体去除比在传统的废水处理装置（其中回流污泥的一个 部分被处理并返回所述处理池）中更加高效。在这个具体的方法中，活性沉淀污泥的第一 部分在侧流反应器中经历适于硝化和脱氮过程以及脱磷的好氧和/或厌氧处理，并且第二 部分没有任何侧流处理而返回到所述处理池。
[0020] 通过在侧流反应器的较小体积中浓缩所述耗时的生物反应（所述侧流反应器具 有高于处理装置3-5倍的污泥浓度），水解将更加高效。在所述侧流反应器中在例如厌氧处 理下的水解速率以恒定速率持续直至40小时停留时间。
[0021] 所述方法在整个方法中使用相同的细菌种群，即在所述方法的任何点都不添加外 部细菌以增强具体过程，也不添加任何化学物质以增强好氧或厌氧细菌作用。
[0022] 在本发明的上下文中，通过"相同细菌"指在所述方法的任何点都不添加或生长特 定细菌，并且所述细菌种群纯粹是在所述方法中所发生的反应的结果，所述方法由曝气或 无空气的体积、程度和时间进行控制。
[0023] 通过利用根据本发明的侧流反应器，磷主要在处理池A中被去除，而系统中的细 菌已准备用于通过利用HCOD进行最佳摄取以去除P。因此，所述方法也可被看作用于为处 理池提供HCOD，以用于磷的最佳去除的手段。
[0024] 这将在具有过量废水时提供一种更加灵活的废水处理装置，因为COD含量可以在 侧流反应器中被浓缩和/或利用，同时在沉淀池中的回流污泥的第二部分直接返回到所述 处理池，从而可以在不受入流废水的流量波动影响情况下运行提供容易达到的COD的水解 (HC0D)〇
[0025] 此外，本发明所述的系统提供了一种相对于可达到的COD含量具有灵活性的方 案。因此，在所述COD对氮的比率较低的情况下，典型地低于7,优选地低于6,更优选地低 于5,仍然具有高效的脱氮。这在世界上COD与氮的比率极低-或换言之，氮含量高的地区 是特别有用的。例如在中国，由于低脂肪食品废弃物以及由于工业废物的频繁预处理，就符 合上述情况。
[0026] 在整个方法中，pH是基本恒定的，大约中性或弱碱性，因此pH优选大于6. 5,更优 选大于7且最优选为6. 8-7. 5。因此，不需要添加酸性或碱性成分以提供特定pH，因为根据 本发明的操作确保pH在优选范围内。
[0027] 本发明的方法的益处还在于其比主要集中于脱氮的现有技术方法更加有效地去 除存在于未处理废水之中的磷。
[0028] 并且，因为可以使用更小的管道和更小的侧流处理池，运行本发明方法的安装成 本更低。除成本之外，因为用来改进废水处理工艺所需的空间是有限的，所以这还影响到在 现有废水处理装置之中实现本发明的灵活性。
[0029] 因此，总之，本发明涉及一种方法，其中在具有-优选恒定的-活性污泥流量的侧 流反应器中发生水解，并且其中所产生的水解的可氧化污染物（HCODs)可用于被约束的氮 如在侧流反应器的好氧段中形成的N0 3的脱氮，在侧流反应器的厌氧段和/或来自侧流反 应器的剩余HC0D中的P去除，可在处理池中增强脱氮和P去除-即用于通过在处理池中的 微生物改进生物除磷和脱氮。
[0030] 复杂的有机化合物的分解被一步步分解至简单化合物，并在遍布所述装置的活性 污泥中发生，这通过水解这些化合物至水解的COD (HC0D)的过程进行。
[0031] 厌氧处理允许多磷酸盐微生物（细菌）摄取废水中存在的挥发性的脂肪酸（VFA) 并以磷酸盐的形式释放磷，以提高从废水吸收磷酸盐的未来潜力。
[0032] 对废水进行曝气允许氨、R-NH3+和NH 4+硝化为亚硝酸根NO 2_，并且最终硝化为硝酸 根NCV。所述硝化微生物是专门的并且生长缓慢。这样，必须要有足够的时间用于所述活性 污泥的好氧处理，以使该微生物的生长能够比排出沉淀池中的沉淀污泥去除速率更快。曝 气还促进了通过异养生物的COD和B0D消耗。
[0033] 在降解COD物质时，如果得不到氧气，许多COD去除微生物能够利用N03_作为氧化 剂，并且将NCV转化为游离的氮，N 2。
[0034] 磷的去除是一种用污泥中存在的专门的微生物，即生物除磷（bio-P)细菌而进行 的两级工艺。如果生物除磷细菌处于没有氧气和NCV的环境，所述生物除磷细菌会通过向 水相脱除在细胞中作为能源储存在聚合的磷酸盐化合物中的磷酸盐，将VFA-C0D吸收和转 化为有机聚合物，PHB。
[0035] 当所述生物除磷细菌在下一步骤中被保持在好氧条件下时，该生物除磷细菌吸收 的磷将比被脱除的磷更多，这通常被称作"过量摄取"过程。在该步骤中所述除磷细菌所利 用的HCOD比在第一释放步骤中摄取的HCOD多4倍。
[0036] 生物除磷细菌在厌氧的和好氧的步骤中都依赖HCOD，并且在第一步中所述细菌被