专利名称：污水的净化方法
技术领域：
本发明涉及一种污水的净化方法，这种方法属于“采用活性污泥的生物学”类的方法，该方法的目的是在待处理的污染负荷每天都在变化、而这些变化可能是周期性的条件下同时除去含氮污染物和含磷污染物。
人们知道，在污水处理站中，污染负荷变化可能特别地源于-与清洁卫生系统相连的特定循环污染作用(例如葡萄酒酿造业)；-与清洁卫生系统配置相关的降雨，在这种情况下在旱季(低负荷)，所述的配置有利于在管道中悬浮物质的倾析作用，在降雨期间(高负荷)污水流量增加导致需要清淤管道，表现在处理站接受的污染负荷临时增加(约24-48小时)；-季节(夏-冬)。
下面简要说明有关通过活性污泥类的生物净化站处理含氮污染物以及处理含磷污染物的现有技术水平。还可能涉及DEGREMONT编辑的《水的技术手册》，第9版，1989年，第2卷，第24章。
在本说明书中，参看图1-8b，这些图示意性地表示现有技术方法的实施方式。
1)氮的处理人们知道，在其一般原理中采用生物学方法处理氮包括两个步骤-在所谓的需氧区进行的第一个步骤是硝化步骤，其中借助自养细菌将(有机和无机)氮的还原形式氧化成硝酸盐形式。在这个步骤过程中，使用的细菌一方面消耗在待处理流出物中通常呈碳酸盐形式存在的无机碳源，另一方面消耗由机械曝气方法带入的氧源；-在所谓的缺氧区进行的第二个步骤是脱氮步骤，其中，将第一个步骤生成的硝酸盐还原成释放到大气中的气态氮。这个步骤使用异养细菌，这些细菌应该一方面消耗在待处理流出物中自然存在的有机碳源，另一方面消耗由与硝酸盐中的氮化学结合的氧构成的氧源，这样能够将所述硝酸盐还原成气态氮。
目前，存在两种能够采用上述方法的技术。这两种技术唯一的不同之处在于第二个步骤，即使用缺氧区。这些技术中第一种技术使用两个处理池(图1)，第二种技术使用单个池(图2a和2b)。
a)两个池的技术由图1可以看到，在分开的池中进行上述每个处理步骤-需氧池，其中进行第一个步骤(硝化作用)；-缺氧池，其中进行第二个步骤(脱氮作用)；由图1可以清楚地看到进行这种已知处理的方式。
原污水(即待处理的流出物)带来异养菌所必需的碳，这些细菌保证在缺氧池中完成脱氮作用，借助活性污泥从需氧池到缺氧池进行的内循环过程不断地提供被包含在活性污泥中的必需的细菌总量。
可以采用任何机械曝气方法(涡轮、刷、增压装料机等)提供在需氧池中曝气所需要的氧。曝气装置的容量(QO2)可用其每小时功率表征，被表示为每小时千克氧(kgO2/h)。这个每小时功率是按照下述原理计算的QO2＝每日氧量/每天运行时间。
每天氧量是处理所有含碳和含氮污染物所需要的量，曝气装置每天运行时间一般是每天约20小时。使用这种处理技术，每小时曝气功率是约每天提供氧量的1/20。
b)一个池的技术在由图2a和2b明的这种已知技术中，在单个池中进行硝化作用和脱氮作用两个步骤，其中需氧阶段与缺氧阶段交替进行。因此，同一生物池交替地起着需氧池和缺氧池的作用，以便保证氮的处理过程的完整性。
图2a表示需氧段的单个池的运行方式(第一个步骤-硝化作用)，图2b表示这个池在缺氧段的运行方式(第二个步骤-脱氮作用)。
原污水(即待处理流出物)带给异养菌所需要的碳，这些碳确保在缺氧段进行脱氮作用(第二个步骤)。
可以采用任何机械曝气装置提供需氧段运行时曝气所需要的氧，如在图1的情况下。以与上述在两个池的处理情况中同样方式确定曝气装置的功率(QO2)。
曝气装置每天运行时间为缺氧段(未经曝气)所需时间之和，该所需时间直接与待处理氮量成正比。因此，与两个池的技术相比，对于同样待处理污染物负荷，在单个池的这种技术情况下，在24小时周期内曝气时间明显缩短。一般地，这个曝气时间约为每天12小时。
在这种技术中，每小时曝气功率约为每天提供氧量的1/12。
下面简要比较上述两种氮处理技术的成本。
在这两种技术中，生物曝气池的总体积(在第一种技术中，需氧和缺氧两个池的累计体积，或根据第二种技术，交替运行时池的总体积)，对于同样待处理污染物负荷应是相同的。两种技术之间的主要差别如下-生物学步骤的结构排布，其中两个池的结构配置比单个池的配置更为昂贵；-曝气装置的功率，单个池技术中的功率高于两个池技术中所需功率约70％。
如果这两种处理技术具有认可的相等效率，在满足本领域技术规程的情况下，选择这些技术中一种或另一种技术往往出于对经济秩序方面的考虑。事实上，通常认为，对于小的净化站，单个池的技术比两个池的技术需要更少的投资。这个优势随着处理能力增加而降低，因为就大型处理装置而言，情况完全相反，曝气系统的成本与由两池配置所带来的约束相比这时成为主要因素。
2)磷的处理在现有技术中，分别按照物理化学和生物学两种方法进行磷的处理。
a)采用物理-化学方法的处理图3说明了这种处理的实施方案。这种处理在于按照需要的处理注入适量金属盐(例如FeCl3)，以便以金属磷酸盐形式沉淀待除去的磷。由图3看到，该反应物可以在生物学系统的多个位置在需氧池中或在需氧池与澄清器之间注入。在这两种情况下，用过量的生物污泥从处理系列步骤(filiére)提取沉淀的金属磷酸盐。
脱磷作用污泥由金属磷酸盐和金属氢氧化物组成，由于起作用的不同化学反应相互竞争，金属离子必须以高于化学计量的剂量被注入。摩尔比数量级根据所寻求的除磷效率，金属离子/除去的P(例如Fe/P)是1.1-1.8。
待注入金属盐的量与待沉淀磷的量成正比，其定义如下P(pré)＝P(ent)-P(assim)-P(rejet)其中
P(pré)待沉淀磷的量，P(ent)在处理系统进口处磷的量，P(assim)用于微生物新陈代谢的生物学同化磷的量，P(rejet)用待保持排放量定义的通过处理系统排放的磷的量。
一般地，相应于P(assim)的除去率是约25％。
作为实例，对于P(ent)＝100千克/天这一数量而言，用于保持“PT1”所需要的P(pré)量为P(pré)＝100-25-20＝55千克/天，其中“PT1”相应于除去率80％。
在使用铁盐和其中Fe/P摩尔比为1.3的情况下，相应的脱磷污泥的产量是325千克/天，铁盐的用量以铁表示为129千克。
b)采用生物学方法处理在图4a所说明的这种技术中，为了使P(assim)量明显地高于常规生物学处理系统，可以用微生物(细菌)进行磷的过度同化作用。没有必要详细地解释在这种处理中使用的生物学机制，可以认为该结果是通过持续让细菌进行相继的厌氧和需氧段处理得到。
如由图4a和4b所看到的，处理装置在这种情况下包括生物学脱磷厌氧池和需氧池。通过研究这些图可以很清楚地得出其运行原理。
实施磷的过度同化过程所需要的基本条件如下-对于待处理流出物-高DCO/P比-存在易同化的可溶DCO。
-对于厌氧池-没有溶解的氧和结合的氧，这样有可能存在一个相应于合理的厌氧条件的负氧化还原电位；-流出物的停留时间是2-3小时。
符合上述条件时，一般地，相应于P(assim)量的除去率是约55％。在大多数情况下，这个除去率对于达到需要的磷排放水平是不够的，这时需要采用物理化学处理方法来补充完成通过生物方法的处理过程，因此涉及为补充脱磷作用而注入金属盐。这时运行的原理通过图4b的示意图说明。
由这个图看到，可以在生物学系统的多个位置在厌氧池；在需氧池；在需氧池至澄清器之间注入脱磷反应物。
作为实例，对于P(ent)量＝100千克/天，为符合PT1水平(PT1相应于除去率为80％)而须采用沉淀方法除去的P(pré)量是P(pré)＝100-55-20＝25千克/天。
在使用Fe/P摩尔比为1.3的铁盐的情况下，相应的脱磷作用污泥产量为178千克/天，使用的铁盐量以铁表示为59千克。
这两种除磷技术的成本比较表明主要差别涉及下述几点-生物学步骤的结构排列，其中用于生物学脱磷技术的两个池结构配置比用于物理化学脱磷作用的单个池的配置更为昂贵；-金属盐的消耗，物理化学脱磷作用高于生物学脱磷作用(在所研究的实施例中为120％以上)；-产生脱磷作用污泥，物理化学脱磷作用产生的污泥多于生物学脱磷作用产生的污泥(在所研究的实施例中为80％以上)。
这两种处理技术具有认可的等同效率，在满足本领域技术规程的情况下，选择这些技术中一种或另一种技术取决于-待处理流出物的特性，这些特性可能是或多或少有利于实施生物学脱磷作用，-当地的经济条件及其一方面对金属盐原材料成本的影响，另一方面对除去污泥的成本影响。
由现有技术还可以了解在同一系列步骤中将氮和磷处理结合起来的装置，在处理的水量需要这些同时进行的处理的情况下也如此。这时在这同一系列步骤中将前面提到的这些处理技术结合起来。
图5-8b说明了这些处理的组合，在单一系列步骤中可以实施同时除去氮和磷。
在图5上，说明了采用物理化学脱磷技术可保证在两个池中除去氮的装置。
在图6上，示出了一种装置，该装置可保证采用生物学脱磷技术和通过物理化学方法补充脱磷技术在两个池中处理氮；在图7a和7b上，示出了采用物理化学脱磷技术在单一池中处理氮的装置两段运行情况，以及在图8a和8b上，示出了采用生物学脱磷技术与通过物理化学方法补充脱磷技术在单一池中处理氮的装置两段运行情况。
从该技术出发，本发明试图提出一种同时保证除去氮和磷的污水净化方法，这种方法可在其中污染物负荷定期发生明显变化的净化装置或净化站中实施，如上所述，本发明解决的技术问题是随着净化装置接受的污染物负荷的情况，在同一过程中实施氮和磷处理技术。因此有可能享有每种处理技术的经济优势，并且优化投资和运行成本。
因此，本发明涉及一种污水净化方法，该方法用于处理污水中含有的氮和磷，这个方法在一种装置中实施，该装置包括厌氧池，安装有能够以需氧方式运行或不以厌氧方式运行的曝气装置的第二个池，澄清器和用于往第二个池加入金属盐的部件，这种方法的特征还在于它包括下述步骤a)根据相应于干旱季节时装置负荷的最低污染负荷确定这些池和曝气部件的尺寸；b)在旱季，即在低负荷期间，采用生物学脱磷技术按照在一个池中处理氮的方式使该装置运行；c)在雨季，即在高负荷期间，通过在两个池中实施物理化学处理磷的技术和处理氮的技术使该装置运行以及d)控制该装置，同时检测所处的(高负荷或低负荷)负荷情况，以便将池的运行配置适合于所观察的负荷情况。
根据本发明，上述步骤b)时，第一个池厌氧运行，以便保证生物学脱磷作用，第二个池交替地进行目的在于保证硝化作用的需氧运行，然后进行目的在于保证脱氮作用的缺氧运行，同时通过搅拌内循环污泥。
根据本发明，上述步骤c)时，第一个池变成缺氧池，以便保证脱氮作用，第二个池需氧运行，以便保证硝化作用，通过加入金属盐达到物理化学脱磷作用。
根据本发明，借助一个系统保证控制该装置，该系统包括程序自动装置、硝酸盐分析仪、氧化还原电位测量探头和溶解氧的测量探头，其特征在于由连续测量残留硝酸盐为起点进行调节-在低负荷期，第一个池以厌氧方式运行，以保证磷的生物学处理；-只有在氮负荷需要时(高负荷期)，才改变配置；-在以需氧方式运行的第二个池中进行硝化，脱氮作用由其中一个氧化还原电位测量探头控制；-借助处在第二个池中的硝酸盐连续分析仪控制脱氮作用；-使用硝酸盐分析仪控制第一个池从厌氧方式到缺氧方式运行配置的变换或者反方向运行配置的变换。
参照附图所作的下面描述可得出本发明的其它特征和优点，这些
实施例，这些例子没有任何限制特性。在这些附图上-图1-8b是与上述现有技术相关的示意图；-图9a和9b是说明在旱季即低负荷期间本发明所使用装置的运行方式的示意图，以及-图10是与图9a和9b类似的示意图，用于说明在雨季即高负荷期间的运行方式。
在这里描述的实施例中，涉及净化站，该站面临在旱季(低负荷)状况与雨季(高负荷)状况之间待处理污染物负荷的明显变化，可以假设雨季负荷＝1.5倍旱季负荷。
如已经在前面提到的那样，本发明的方法在于根据最低污染负荷(低负荷)、通过同时采用在池中处理氮的技术与采用生物学脱磷技术确定装置，即净化站尺寸，还在于在高负荷期间转变处理系列步骤，以便在两个池中处理氮和进行磷的物理化学处理。
A)低负荷期间的运行首先参看图9a和9b，这些图说明了这种低负荷运行原理。在这个运行期间，第一个池以厌氧方式运行，以便保证生物学脱磷作用，第二个池以需氧方式(目的在于保证硝化作用)和以缺氧方式(目的在于保证脱氮作用)交替运行，同时进行污泥内循环。还应考虑如上所述通过注入金属盐进行的补充脱磷作用。
这种配置的优点如下-优化处理氮工艺的投资(低于使用两个池的技术)；-根据“低负荷”每天需用量的1/12，确定了每小时曝气功率大小，因此该功率高于使用两个池的技术(每天需用量的1/20)；-优化金属盐的消耗(为使用物理化学脱磷技术需要量的50％以下)，以及-最大限度降低脱磷作用的污泥产生量(为使用物理化学脱磷技术产生量的50-60％)。
因此，这种运行配置能够优化净化站装置的初始投资成本，可将与整个低负荷期间脱磷作用相关的运行成本降到最低。
B)高负荷期间的运行在高负荷状况下，所采用的氮和磷处理技术改变了。这可以通过在处理系列步骤中改变多种装置功能来实现。
事实上观察到，在高负荷期间，用于进行磷的生物学处理的厌氧池(第一个池)的效率大大降低，其原因在于所需条件不再被组合在一起并且尤其是-由于流量增加，这种增加伴随污染物负荷增加，导致停留时间不充足，以及-由于雨水带来氧，实际的厌氧条件不再充分存在。
因通过过度同化生物学除去磷的过程不再有同样的效率，通过增加金属盐加入量达到其总除去率。因此转变了在物理化学处理磷的技术配置中的处理系列步骤。
该厌氧池(第一个池)对于这种磷的生物学处理不再有效，这时通过启动活性污泥内循环，可以将其用作缺氧池，这样使其能够使用两个池中处理氮的技术(厌氧池脱氮作用，和需氧池硝化作用)。这种技术改变能够处理补充的污染物负荷(例如雨季负荷＝1.5倍旱季负荷)，不用改变曝气装置的尺寸。
事实上，在按照单个池的技术处理氮时，每小时曝气功率是低负荷每天需用量的1/12。在两个池中处理氮的技术中，每小时曝气功率是高负荷每天需用量的1/20。1/20与1/12的比相应于功率增加66％，在所选实施例的情况下，这样能够面对待处理污染物负荷增加达50％。
在本发明采用的高负荷期间的运行原理由图10加以说明-为处理氮，将厌氧池转变成缺氧池，-增加用于通过物理化学方法处理磷所注入的金属盐量，以便补偿磷的生物过度同化作用的降低。
这种配置特征如下-没有为在两个池中处理氮而过量投资，其原因在于通过简单地变换功能使用现有的厌氧池；-与生物学处理方案相比，没有过分消耗磷处理所使用的金属盐量，其原因在于负荷的变化无论如何都会降低过度同化的效率，因此需要补充用于补偿的金属盐；-与生物学处理方案相比，没有过度产生脱磷作用污泥；-由于简单改变配置能够处理50％附加氮负荷并且无须增加曝气容量，因而优化曝气容量大小；这种方法还考虑了自动控制，这种控制能够一方面检测净化装置所处的负荷情况(高或低)，另一方面将装置运行配置适合于上述的检测负荷的情况。
可以用于实施本发明方法的该控制系统包括工业的程序自动装置，硝酸盐分析仪，两个氧化还原电位测量探头和溶解氧测量探头。其运行原理如下1)在低负荷期间(图9a和9b)，第一个池即厌氧池在不存在活性污泥循环的条件下保证磷的生物学处理，第二个池通过抑制供给氧和采用搅拌内循环污泥，可交替地在需氧段(加入氧，图9a)和缺氧段(图9b)运行以便保证深度脱氮作用。
2)在相应于含氮污染物增加的高负荷期间，持续地优先在需氧池中进行深度硝化作用(图10)，这可用氧化还原电位测量探头进行控制。脱氮性能一直通过连续分析第二池中的硝酸盐进行评价。
从厌氧池到缺氧池，或者反过来的运行配置的改变，根据下述原则通过硝酸盐分析仪控制-表明需要补充脱氮作用的残留硝酸盐“高阈值”给定值起动活性污泥的内循环，从而将厌氧池转变成缺氧池；-表明在需氧池中脱氮作用进行完全的残留硝酸盐“低阈值”给定值停止活性污泥内循环，因此将缺氧池转变成厌氧配置。这种运行方式的改变可以通过氧化还原电位测量探头加以证实，这种测量可表明缺氧池回复到厌氧配置。
作为实例下面指出分析仪调节阈值。
-在用于控制硝化作用条件的需氧池中氧化还原电位探头-高阈值380-550V/EHN-低阈值100-300mV/EHN-硝酸盐连续分析仪-高阈值2-10mg/l-低阈值0-2mg/l-在能够控制回复到厌氧配置的第一个池中氧化还原电位探头
-产生这回复过程的氧化还原电位值小于0至-200mV/EHN-在需氧池中氧探头作为氧化还原电位测量探头的备用设施运行-高阈值1-6mg/l-低阈值0-1mg/l+保证在0mg/l(缺氧)时最低时间的持续时间。
根据本发明的实施例，在至少两个硝化作用-脱氮作用循环后，并且硝酸盐残留含量低于给定值，这时允许依据硝酸盐“低阈值”给定值发生配置变化。
根据本发明，按照生物学步骤的运行方式，通过预程序化自动匹配测定金属氯化物，进行通过物理化学方法完成的磷的补充处理过程。
本发明目的方法尤其带来下述优点-根据氮的低负荷情况，并且以最经济配置(在一个池中处理氮，并且进行生物学脱磷作用)，能够确定装置的尺寸。事实上，由上述看到，这种运行配置能够同时优化装置投资成本，并且可将与在整个低负荷期间脱磷作用相关的运行成本降至最低；-仅仅借助改变运行配置，能够处理氮的补充负荷(在这里所选实施例中50％以上)，这样在净化站设计中不需要考虑曝气部件尺寸过大的问题。事实上，如果根据高氮负荷的情况确定装置尺寸，并且采用“在一个池中处理氮，并且进行生物学脱磷作用”的配置，以便利用这种方案(在高负荷期间)的优点，特别是运行成本方面的好处，应该根据高负荷的1/12(而不是本发明方法中低负荷的1/12)，确定曝气装置的功率大小，这意味着在净化站低负荷运行的整个期间都无法被利用的过度投资，以及-使装置调整建立在连续测量残留硝酸盐这一基础上的事实，能够保证仅仅在被接受的氮负荷要求时，才改变高负荷期间的运行配置。因此，在标准运行过程中，该净化站可以保持在低负荷配置，这样能够一直优化使用成本。
当然，应该指出，本发明不限于在这里说明的或示出的实施例，但是本发明包括所有变化形式。
权利要求
1.一种污水净化方法，该方法用于处理这些流出物中含有的氮和磷，这个方法在一种装置中实施，该装置包括厌氧池，安装有能够以需氧方式运行或不以厌氧方式运行的曝气装置的第二个池，澄清器和用于往第二个池加入金属盐的部件，这种方法的特征还在于它包括下述步骤a)根据相应于干旱季节时装置负荷的最低污染负荷确定这些池和曝气部件的尺寸；b)在旱季，即在低负荷期间，采用生物学脱磷技术按照在一个池中处理氮的方式，使该装置运行，c)在雨季，即在高负荷期间，通过在两个池中实施物理化学处理磷的技术和处理氮的技术，使该装置运行以及d)控制该装置，同时检测所处的(高负荷或低负荷)负荷情况，以便将池的运行配置适合于所观察的负荷情况。
2.权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)过程中，第一个池以厌氧方式运行，以便保证生物学脱磷作用，第二个池交替地以目的在于保证硝化作用的需氧方式运行，然后以目的在于保证脱氮作用的缺氧方式运行，同时通过搅拌内循环污泥。
3.权利要求1的方法，其特征在于在步骤c)过程中，第一个池变成缺氧池，以便保证脱氮作用，第二个池以需氧方式运行，以便保证硝化作用，通过加入金属盐达到物理化学脱磷作用。
4.权利要求1的方法，其特征在于借助一个系统保证控制该装置，该系统包括程序自动装置、硝酸盐分析仪、氧化还原电位测量探头和溶解氧的测量探头，其中由连续测量残留硝酸盐开始进行调节-在低负荷期，第一个池以厌氧方式运行，以保证磷的生物学处理；-只有在氮负荷需要时(高负荷期)，才改变配置；-在以需氧方式运行的第二个池中进行硝化，脱氮作用由其中一个氧化还原电位测量探头控制；-借助处在第二个池中的硝酸盐连续分析仪控制脱氮作用；-通过连续分析曝气池中的残留硝酸盐含量，控制第一个池从厌氧方式到缺氧方式运行配置的变换或者反方向运行配置的变换。
5.权利要求4的方法，其特征在于借助两个给定值，通过连续分析在曝气池中残留硝酸盐含量控制配置变换-表明需要补充脱氮作用的残留硝酸盐“高阈值”给定值，起动活性污泥内循环，从而将厌氧池转变成缺氧池；-表明在需氧池中脱氮作用进行完全的残留硝酸盐“低阈值”给定值，停止活性污泥内循环，因此缺氧池转变成厌氧配置。
6.权利要求5的方法，其特征在于这种运行方式的改变可以通过氧化还原电位测量探头加以证实，这种测量可表明缺氧池回复到厌氧配置。
7.权利要求5的方法，其特征在于在至少两个硝化作用-脱氮作用循环后，并且硝酸盐残留含量低于给定值，这时允许根据硝酸盐“低阈值”给定值变换配置。
8.权利要求1～7中任一项的方法，其特征在于按照生物学步骤的运行方式，通过预程序化自动匹配测定金属氯化物，借助物理化学方法进行磷的补充处理。
全文摘要
本发明方法的特征在于它包括下述步骤a)根据相应于干旱季节装置负荷的最低污染负荷确定这些池和曝气部件的尺寸；b)在旱季，即在低负荷期间，采用生物学脱磷技术按照在一个池中处理氮的方式使该装置运行；c)在雨季，即在高负荷期间，通过在两个池中实施物理化学处理磷的技术和处理氮的技术，使该装置运行以及d)控制该装置，同时检测所处的(高负荷或处于低负荷)负荷情况，以便将池的运行配置适合于所观察的负荷情况。
文档编号C02F3/00GK1466553SQ0181631
公开日2004年1月7日 申请日期2001年9月25日 优先权日2000年9月27日
发明者K·沃特斯－瓦希雅克, K 沃特斯-瓦希雅克, O·于贝, F·杜邦, D·德曼 申请人:翁德奥底格里蒙公司