用于废水处理的多阶段方法及设备的制作方法

专利名称：用于废水处理的多阶段方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在处理设备中将来自废水的氮和/或磷除去的多
阶段方法，其中，在通过反应器的流道过程中对废水供料(waste-water feed)进行曝气以及生物处理，以及涉及一种用于执行这种方法的处理 设备。
就此而论，术语"废水"指的是包含有机物和营养物(例如，氮 和含磷的化合物)的各种污水，例如，家庭废水、市政废水、下水道 污水、工业废水、地下和地表径流水等、以及它们的混合物。
背景技术：
由于世界范围内人口的增长和城市化进程的加快，使用过的因此 通常被污染的水的产生已经迅速增加，污水处理已经成为全世界的主 要社会问题。污染后的用水已经成为非常大的问题的原因是，污水改 变排放到水环境(aqueous enviroment)(例如，小溪、河流、江、池 塘、湖、甚至大海)的能力。该环境改变的结果部分是由于有机物的 一次污染而引起的当地水生态系统(即，当地植物群和动物群)的中 毒，以及部分是由于营养物的二次污染而引起的生态系统内一些有机 体的过度刺激(即，富营养化)。生态系统的这两种改变都是非常不 期望的。
除直接有害物质和重金属(污水中它们的排放通常受法律条例的 限制)之外，废水对水环境的毒害和/或富营养影响主要由于废水中的 四种污染物，即，有机物、含铵/氨和氮的有机物、硝酸盐、以及磷酸 盐或含磷物质。在过去的一个世纪中，为了首先除去被称为一次污染 的有机物质，已经因此付出了巨大的努力，以及在最近的几十年中，同样为了在污水被排放到当地水接受方之前除去污水中的营养物，实 际上，在开发用于逐一除去污染物质或物质群的方法和处理设备或设 施方面所付出的努力已经取得了成功。这些方法和设备或设施在Springer-Verlag由Henze，M.、 Harrmoes，P、 Jansen,丄、禾卩Arvin，E.所著 的Wastewater Treatment(2000)第三版中有所描述。在不同技术的发展过程中，已经论证了最有利的技术是，将各自 去除这四种有害物质的污染群中的一种或多种的方法组合成在单独组 合的设备或设施中的单独组合方法。然而，这种组合的单独方法和处 理设备或设施实际经历重负荷和成分变化，因此为了将所有污染物质 群降低到根据政府条例通常可接受或允许的水平，它们需要非常复杂 的控制。当前普遍采用的用于去除有机物、含铵/氨和氮的有机物、硝酸盐、 磷酸盐或含磷物质的基本方法是基于在活性污泥中找到的不同微生物 来分解在特定条件下所讨论的物质的能力。通常这些方法被称为生物 营养物质去除(BNR)方法，并且用于该方法的设备相应地被称为BNR 设备。在时间的进程中，已经开发了很多种不同的BNR方法和设备，目 前它们中的很多种仍在实践中使用。大多数BNR设备是在Springer-Verlag由Henze，M.、 Harrmoes,P、 Jansen，J.、和Arvin，E.所著的Wastewater Treatment(2000)第三版中第295页图8.7中所示的推流式循环类型。可选的方法是序批式反应器(SBR)方法，该方法在完全混合反 应器(FMR)内被实现。SBR的更为复杂的设计是诸如双沟(DD或D) 的相分离氧化沟(PID)、具有外部澄清的双沟(DE)、三沟(TD或 T)、以及具有外部澄清的三沟(TE)系统，其中每个沟(即，水池或者反应器)都被完全混合，使得物质浓度在所有单独反应器体积内保 持相同水平。在每个反应器内，所涉及的状态周期性变化，从厌氧状 态或者阶段(暗指磷释放和脱硝步骤)、通过缺氧状态或阶段(暗指 进一步的脱硝和磷释放)、到好氧状态或阶段(暗指磷吸收和硝化步 骤)。
PID系统或设备通常在没有任何经过部分或完全处理的废水的内 部再循环的情况下进行操作，但是通过沟的流动方向可周期性反向，
在DE和TE系统或设备中可对从外部澄清器到一个或多个单独反应器 的分离污泥进行外部再循环，其中污泥与废水混合以产生悬浮的污泥 (SS)液体或混合液体。为了在所有阶段中保持混合的污泥均匀悬浮， 利用机械搅拌器在反应器的至少厌氧和缺氧阶段进行持续搅动。在附 图的图2中示出了用于执行包含十个阶段的BNR过程的典型TE设备。
US 6,830,689中公开了一种T系统(即，没有外部净化器的三反 应器设备)，其中原始废水在组合过程的三个不同阶段中被顺序引向 三个完全混合的水池中每一个，并且与活性污泥混合来形成混合液体， 并且来自其中一个水池(basin)中的混合液体被内部再循环到其它水 池之一内，其中至少一个用于沉淀污泥。该T系统对于去除废水中的 磷特别有效。
在EP 0 869 920 Bl中公开了 DE系统的变形，即具有外部澄清器 的双反应器设备，其中，在至少两个处理区域内将污水顺序进行生物 处理，经过这种处理后的水流到永久澄清池并分成水部分和污泥部分， 后者的至少一部分被再循环到反应器内。在第一周期内，将污水引向 第一曝气区域，在该区域内其与再循环的污泥部分混合，接着流到第 二处理区域，在该区域中这种状态被保持到污泥发生沉淀，即在那个 区域内没有搅动、曝气或其它主动混合，来自沉淀区域的流出液流入 永久性澄清池内。在经过足以在沉淀区域内积累浓度相对高的污泥的 一段时间后，将引入的污水和再循环的污泥部分引入到它们被混合并进行曝气的先前的沉淀区域，接着将其流入到当前作为沉淀区域使用 的先前的曝气区域，这意味着正是在这种条件下在其中发生污泥的堆 积/沉淀，即，组合区域内的所有流动方向反向。通过这种称为曝气池
沉淀(ATS)的方法，可得到污泥与污水之间增大的比值以及由此改善 的澄清性能。然而，ATS中的混合器和曝气器在反应器的出口端被停 止，这对BNR方法而言不是最优的。此外，引用文献中公开的设备类 型对于生物P去除方法而言不稳定。
由于在完全混合的SBR设备、特别是在PID设备内所有反应器体 积(reactor volume)的浓度都被保持在相同水平上，所以它们比传统 的再循环设备更能给出代表性的动态信息。因此，交替操作可更可靠 地控制这些设备。不幸的是，这些设备中的小范围的浓度变化会导致 不利的污泥特性。
在Wat.Sci.Tech., Vol.37，no.9, pp.55陽63， 1998, "Upgrading of Boras wastewater treatment plant based on intelligent process and operation control"中Dines E. Thornberg， Marinus Nielsen禾口 Joran Eriksson J艮告
了基于曝气池内连续的氨和硝酸盐测量来对Boras污水处理设备进行 的阶段性周期调整。Boras设备包括与活性污泥一起操作的三条线路， 每条线路均包括一对串联连接的曝气池。此外，所述线路中的一条以 生物脱硝(biodenitro)的方式进行操作，即，将废水交替供给到活性 污泥也被混合到的两个池中的一个内，并且进行脱硝。接下来污泥和 废水的混合物流向在其中执行硝化的另一个池内。在经过一段周期或 者阶段之后，将流动方向和处理条件反过来。通常的观点是，将废水 碳留在硝酸盐不是再循环硝酸盐和返回到缺氧池的氧那里，这是再循 环BNR类型设备的情况。由此，生物脱硝线路被认定为由两个串联 连接的完全混合的池或水池组成的DE系统。尽管对硝化和脱硝阶段或 周期的长度的调整是基于对连续的氨和硝酸盐测量值的离线计算，但 是所进行的实验结果表明性能改善15%到50%是可得到的。在线传感 器现在被永久安装在Boras废水处理设备上，并且到现在为止一直用于生物脱硝配置中的氮去除的在线动态控制。此后根据本发明的方法已 经被实施。基于在大约IO年的期间内对二十个实际设备的在线监控所做的进一步观测、计算以及开发在IWA Scientific and Technical Report No.15, IWA Publishing , London, UK. ISBN 1900222833由Olsson G., Nielsen M.K.， Yuan Z.， Lynggaard-Jensen A.和 Steyer J:P(2005)所著的 "Instrumentation, Control and automation in wastewater systems "中有所报告，但是到目前为止，关于高级废水处理还没有构想出创造性的观 点。一般的再循环BNR方法是推流式(PF)方法，其特征在于，将被 消除污染的废水像活塞一样通过一个或多个串联连接的反应器系统而 移动，其通常具有窄长结构。废水供料被引入到反应器的一端，并且 含有污泥的经过生物处理的废水从另一端离开。流出液可在将澄清水 与污泥分开的外部澄清器中被进一步处理，污泥的一部分被再循环到 反应器的入口端，在此处污泥与废水供料混合。在稳定操作状态下， 传统的推流式结构一直在反应器的相同部分上保持相同的功能，其在 流动方向上产生很强的浓度梯度，同时负荷根据反应器长度而变化。 不同负荷和营养物质浓度为最终离开反应器的污泥中的不同种类微生 物增长和繁殖提供有力条件，当被再循环到废水供料时，其提供了有 利的分解和其它污泥特性。然而，例如，由于脱硝和磷吸收区域内的 有机碳源的缺失，废水流通过反应器的单个通道可能阻碍生物处理的 最佳进程。因此，除污泥的外部再循环之外，推流式反应器还设有一 个或多个部分已处理废水的内部再循环，其可以相当于入口供给料的 大约200-400%，并且这将按比例减少预期的浓度梯度。除此之外，为 了保持再循环的污泥悬浮并使内部再循环流完全混合，推流式反应器 至少在厌氧和缺氧单元内还设有机械搅拌器，这也将降低预期的浓度 梯度。附图的图1中示出了用于执行BNR方法的传统推流式反应器。因此，目前，在推流式反应器内理论上可获得的有利的浓度梯度 在实际中不能实现，并且也不能实现可靠的过程控制，这种可靠的过程控制可通过完全混合的SBR设备实现，其中，浓度在整个反应器体积内保持为相同水平，这使得获得代表性的动态信息成为可能。此外， 完全混合的设备内的小范围浓度变化导致不利的污泥特性。本发明的主要目的是提供一种BNR方法，其将在理想的推流式设 备中可获得的良好浓度分布的优点与完全混合的SBR设备(特别是交 替PID方法的设备，例如DE和TE设备)中可获得的工艺参数的精密 信息的优点相结合。本发明的另一目的是提供一种BNR方法，其在反应器内产生所需 要或期望的好氧、缺氧和厌氧状态，并且这种方法即使是在现有的传 统污水处理设备上还可以廉价而有效地操作。发明内容本发明的上述目的是通过在处理设备中将来自废水的氮和/或磷 除去的多阶段方法来实现，其中，在通过反应器的曝气和非曝气单元 或区域的流道过程中对废水供料进行曝气和生物处理，所述方法的特 征在于，反应器设有至少两个根据反应器的长度隔开的用于引入废水 供料的入口，和至少两个同样根据反应器的长度隔开的用于排出已处理的废水的出口，其中，以大体为推流式的方式执行通过反应器的废 水流。此外，废水供料的引入从所述入口中的一个变到所述入口中的 另一个，反之亦然，并且已处理的废水的排出也从所述出口中的一个 变到所述出口中的另一个，反之亦然。更优选的是，本发明通常用作推流式系统被实施，而无需执行厌 氧和/或缺氧区域的任何实质的机械主动混合，也无需对部分和完全处 理的废水进行任何内部再循环。因此，本发明是基于这种观点，即，活性污泥内的连续混合对于
迄今所设想的BNR性能而言与负荷的多阶段分配相比并不十分重要。 可以相信，这是由于吸收污泥的能力或者吸收用于所期望反应的所需 材料的能力，其中分解反应是重要的。因此，所预期的过程将根据经 验在缺氧或厌氧阶段内持续进行，尽管在非曝气阶段过程中污泥与与 混合液体内的废水部分分离。缺乏混合将抑制脱硝处理，但是脱销的 减弱要多于较好的污泥特性所带来的补偿。这意味着，在实践中推流 式设备以与完全混合的SBR设备以及它们的派生物(例如交替PID方 法的设备，如DE和TE设备)相同或更好的可靠性进行操作和控制。 然而，本发明并不受上述理论的限制。
如下所述，本方法对于需要通过生物手段来提高N或P去除性能 的现有设备特别有利；但是本发明对于需要成本低廉的设计和操作的 新设备而言也非常有利，原因在于，除用于运行混合设备及维护该设 备所需成本明显减少之外，避免了用于机械搅拌器和内部再循环的本 发明的安装成本。
在所附的从属权利要求中限定本发明方法的优选和有利实施例， 将在下面说明某些对象。
优选的是，从入口中的一个到入口中的另一个的废水供料的引入 的改变与从所述出口中的一个到所述出口中的另一个的已处理的水的 排出的改变基本上同时实现，因为这会使通过设备的废水的流动更为 平稳，并且避免了设备的某些部件内较大体积的废水的累积或减少。
当至少两个入口和至少两个出口被设置在反应器的相对端处或邻 近反应器的相对端时，可以更高效地利用其总体积。
特别优选地是，根据反应器的长度设置至少三个开口，因为这使 得定期将反应器的单元与废水流切断成为可能，在这个单元中然后可以从原始废水的固定入口完成没有污染的特别反应。当根据反应器的长度基本相等地隔开至少三个入口时，可能的单 独单元将具有相同的体积，并且在需要时可以同时在两个可能单元中同样实现完成预期的反应。通过在至少三个入口之间将废水供料的引入顺序从反应器长度的一端改变到其另一端，然后顺序地使其反向，完全且灵活的BNR方法被形成而不再需要如在传统推流式系统内的内部再循环或机械搅拌。当根据反应器长度分布反应器内的曝气装置(例如，曝气格栅) 时，可以根据需要或者期望对反应器的任意单元或区域进行曝气处理。优选的是，根据实际需要将反应器体积分成曝气和非曝气单元或 区域，以便在反应器体积的所选单元或区域内执行生物硝化、脱硝或 者p释放，以产生对来自离开反应器的已处理的废水总的氮和磷的最 佳去除。反应器体积内的曝气和非曝气单元或区域的分布优选是基于反应 器的至少一个单元或区域中的一个或多个工艺参数的测量值，和任选 的其它操作数据。这将确保在反应器内的特定和邻近单元或区域内执 行特定过程的最佳状态。根据特定反应器的设备或者实际的优选选择， 可周期或连续地实现分布的变化。由此，分布可以基于离线和在线的 参数测量值。所选择的用于控制反应器体积(reactor volume)内的曝气和非曝 气单元或区域的分布的工艺参数优选从下组中选择反应器体积的至 少一个单元或区域中的废水流、溶解氧、气流、氧气的吸收速度、氧 化/还原电位、氨/铵、硝酸盐或磷的水平，因为这些参数对运行生物处 理是十分重要的。可选择的其它操作数据(例如，温度和原始废水内的实际污染物质的一般或特定知识)也可包含在这些参数中，这些参 数是基于所执行的控制。本发明的方法可以在仅包含两个单元或区域的反应器内执行，但 是优选的是，将反应器空间至少分成三个区域，S卩厌氧、缺氧、好 氧单元或区域。优选的是，靠近和邻近入口单元或区域保持为厌氧或者缺氧，靠 近或邻近出口单元或区域保持为好氧。然而，为了特殊目的，后者也 可保持为缺氧。优选的是，根据本发明的方法的之后是外部澄清器中的特定澄清 步骤，以便在将流出液排放到自然接受方之前去除流出液中的尽可能 多的污泥。为了加速和优化反应器内的生物除污过程，在外部澄清器 内沉淀的一部分污泥被再循环到废水供料并与其混合。剩余部分的污 泥被处理掉。最有利的是，再循环的污泥与供给到入口废水的反应器单元或区 域内的废水供料混合。然而，在污泥进入到反应器之前，以及在一些 情况下甚至在反应器内的废水供给入口的下游点(point downstream) 处，再循环的污泥还可与废水供料混合。再循环的污泥还可被连续供给反应器的一个或多个单元或区域。本发明的方法基本上避免了尽可能多的机械混合，反应器的不同 单元或区域中的废水和可选择的污泥基本上仅通过在反应器的特定选 择单元或区域内的曝气操作来完成，其中混合是需要的。在特定操作条件下，在很少处理时间内在厌氧和/或缺氧区域内通 过机械混合来执行根据本发明的多阶段方法。本发明的目的同样也是为了提供一种用于执行在权利要求20-38 中所限定的根据本发明方法的、用于将来自废水的氮和/或磷去除的多 阶段方法的处理设备，一种如在权利要求39中所限定的数据处理系统， 一种如在权利要求40中所限定的用于在线控制的控制系统， 一种如在 权利要求41中所限定的用于控制根据本发明方法的计算机程序，以及 一种如在权利要求42中所限定的计算机可读介质。


图1是示出了具有混合液体的内部再循环和来自外部澄清器的污 泥的外部再循环的传统推流式设备的工艺流程图。图2是示出了设有外部澄清器(TE)的传统三沟式设备的操作循 环的十个不同阶段的工艺流程图。图3A是示出了包括两个推流式池的传统再循环设备的工艺流程 图，该两个推流式池被连接以形成根据本发明设备的一个实施例的一 个长推流式反应器。该反应器设有空气扩散曝气。图3B是示出了与图3A相同的再循环设备，但是根据本发明通过 将长推流式反应器分成三个逻辑单元或区域来进一步优化的工艺流程 图。图4是示出了在图3B所示的两池(two-tank)设备中所执行的根 据本发明方法的一个实施例的工作循环的四个阶段的工艺流程图。图5是示出了在两池设备中分别对高负荷(high load)和低负荷 废水供料所执行的根据本发明方法的另一实施例的工作循环的四个操 作阶段的工艺流程图。图6是示出了根据本发明的推流式方法的实施例的工艺流程图， 其中，再循环的污泥在其引入到反应器一端之前与废水供给料混合。图7是示出了在根据本发明方法实施例的四个阶段循环过程中对 曝气区域控制的工艺流程图。图8是前一处理阶段中的氧气吸收速度或者铵与硝酸盐的浓度比 值与应被激活的曝气格栅数量的关系曲线。图9表示一部分在根据现有技术操作所述设备时和一部分在根据 本发明操作设备时的来自设备的流出液中的总体氮含量与供给到所述 设备的废水中铵氮含量相比的在线记录。图IO表示一部分在按照现有技术操作所述设备时和一部分在根据 本发明的方法操作设备时的来自设备的流出液中的总体磷含量的在线 记录。
具体实施方式
现在将参照附图以及本发明的示例性实施例进一步详细描述本发 明，然而，附图和实施例不应理解为限制性的。参照图l，其示出了包括细长釜式反应器(reactortank) 1和外部 澄清器2的传统推流式BNR设备。废水供料3在釜式反应器1的一端 被引入，并且作为经过生物处理的流出液4从另一端排出。流出液4 被流入外部澄清器2，除去污泥的净水的流出液5从外部澄清器2被排 出。在澄清器内分离的污泥的一部分6被再循环到废水供料3并与其 混合产生混合液体。釜式反应器1被分成厌氧单元或区域7、缺氧单元 (section)或区域8、和好氧单元或区域9。曝气格栅被设置在用于将 大气喷射到液体内的好氧区域中。在厌氧区域和缺氧区域内没有曝气 格栅是活性的。两个内部再循环流被引导，其中一个流10a在其被引入 到釜式反应器之前从缺氧区域的前端被引导到废水供给料处，第二流 lOb从厌氧区域的后端被引导到缺氧区域的前端，以便为脱硝提供硝酸 盐。从外部澄清器2泵送外部再循环流6以供应具有微生物和低分子 有机化合物(例如，醋酸盐)的混合液体。首先在本说明书中解释在釜式反应器的不同区域内进行的生物处理。在本申请中，要理解的是，文中的术语"厌氧"指的是在废水处 理区域内基本没有溶解氧、硝酸盐和亚硝酸盐(N0x)的状态，术语"缺氧"指的是废水处理区域内其中BOD通过硝酸盐和/或亚硝酸盐进行新 陈代谢导致不能获得溶解氧的状态，术语"好氧"指的是通常利用来 自曝气格栅的大气使废水区域曝气来获得溶解氧的状态。参照图2，其示出了设有外部澄清器(TE)的三沟式设备的操作 循环如Al到E1以及A2到E2所指示的十个不同阶段。在所示出的阶 段中各个沟a、 b、 c (池或反应器)的状态由附图中的符号所指示。设 备在无任何内部再循环流的情况下操作，但是相反，在不同的完全混 合的反应器内，在不同生物处理之间(即，厌氧、缺氧和好氧)周期 性地改变不同沟的功能，从而从通过设备的废水中实现生物营养物去 除(BNR)。在缺氧和厌氧阶段过程中，为了保持污泥的均匀悬浮， 处于无曝气阶段的反应器常常通过机械搅拌器混合。在所有阶段中， 存在从外部澄清器到废水供料的污泥的再循环，污泥被引入到反应器 a、 b、 c之一的一端，但通过反应器a、 b、 c排列进行周期性改变，然 后在相反方向上改变。相同改变同时应用于从反应器a、 b、 c的相对端 到外部澄清器的处理水的流出液中，不过是在相反的方向上。图2中示出的附图标记具有与图1中的附图标记相同的含义。参照图3A，其示出了设有空气扩散曝气的传统BNR再循环设备 的两个推流式池，所述两个推流式池通过该池的先前的入口端之间的 管道14进行连接，从而形成根据本发明优选实施例的长推流式反应器。 传统设备通常具有沿第一池的反应器体积的第一个2/3通过第一管道 的阶梯式供给料添加(feed addition)，以使仅反应器长度的1/3需要 引入到用于使第一管道延长的第二管道，以将废水添加到两个池的入 口的相对端。通常，反应器后面有澄清器和用于返回污泥6的外部再 循环回路。该实例中的每个推流式池(plug-flow tank)被分成5个子 单元，以方便对各个子单元的曝气进行计算机控制。各个子单元交替 地进行厌氧、缺氧和好氧进程的操作。图3B示出了与图3A相同的再循环设备，其中，根据本发明的长 反应器分别被分成三个逻辑单元或区域11、 12和13。 14是提供两个 推流式池之间流体连接的管道。设备的中间单元是缺氧的，另外两个 单元11和12分别是厌氧的和好氧的。与三个逻辑单元相对应的体积 可以被改变，以便根据设备负荷变化的动态需求来分配总体积。参照图4。该附图示出了在图3B所示的长推流式反应器中所执行 的根据本发明方法的一个实施例的工作循环的四个连续阶段A到D。 此外，它示出了根据本发明的被分成三个逻辑单元或区域的长反应器 的入口和出口、流动模式和处理模式的典型分配。废水通过下述阶段A、 B、 C、 D，然后是A、 B、 C、 D， 一直按列举的顺序进行，反应器包括第一单元11，该第一单元连接到中间单 元13，该中间单元又连接到最后的单元12。阶段A和C是主要阶段，这里入口被移动到推流式反应器的前一 阶段的出口。在这些阶段过程中，反应器体积从单元11的入口 15移 动一段距离到单元12的出口 16，由阶段A中的虚线17所示，并且在 阶段C中从单元12的入口 18移动到单元11的出口 19，由虚线17所 示。在中间阶段B和D中，单元11和12分别都没有加载新的处理水。 这里在阶段B中处理水从单元13的入口 20流动到单元12的出口 16， 或者在阶段D中，流动到单元11的出口 19。流动路线通过21标记。 将在前一过程阶段中处于入口单元的单独单元进行曝气，以在下一主 要阶段(C或A)将其准备成出口单元。根据废水的负荷和成分，不同 阶段的持续时间在0到3小时之间变化，典型地为1/2到2小时。污泥 的一小部分一直经由虚线6所示的外部管道返回。在阶段A和C中，废水通过入口 15或18流入厌氧单元，这里通 过聚磷菌来脱除磷，其吸收有机物并且大量繁殖。好氧单元(阶段A 和C的单元13)为铵的硝化作准备，并容许细胞大量增长。处理水在处于阶段B和D的缺氧条件下在单元13内被处理，其中，进行脱硝以 及进行的磷的脱除(deliberation)，同时由通过入口 20进入的新废水 吸收有机物。经过脱硝处理的水最终进入曝气单元12或者11，以实现 最后的硝化、吸收磷、以及将有机物转化为细胞(曝气发生在所有阶 段的最后单元中)。此后，含氨、硝酸盐和磷的低的废水从单元12或 11通过出口 19或16流出。图5示出了在两种不同负荷状态下的实际操作，其中这些阶段必 须根据引入的废水的负荷进行调整。在上部示出了高负荷状态并且在 下部示出了低负荷状态。低负荷状态需要较少的反应器体积来执行好 氧反应。由此，不同状态将相对于图4中的简化情形进行。下文中的 描述是针对低负荷状态而言的。其意味它可应用于根据本发明方法的 一个实施例。在阶段A中，废水被引入到单元ll。单元U起初保持缺氧，并 且随着新废水的引入而变为厌氧。单元11中的出口保持关闭。对单元 13进行局部或全部好氧操作。单元12最初为好氧，当在该阶段过程中 氨和/或氧的吸收速度降低时或者当在该阶段中观测到高的氧化还原电 位时转换为缺氧。单元12的出口打开。在阶段B过程中，废水被输送到保持厌氧的单元13。单元11的 出口关闭，单元12的出口打开。单独单元ll保持好氧，同时单元12 也保持好氧直到氨或者氧的吸收速度变低并此后变为缺氧。阶段C和D除了在反应器内从入口到出口的流动方向相反以及操 作是镜像的之外，与阶段A和B相同。阶段C和D中的单元11分别 按照与阶段A和B中的单元12相似的方式操作，并且单元12按照与 阶段A和B中的单元11相似的方式操作。同样，单元13中的流动方 向在阶段C中是反向的，并且通过格栅激活的过程与阶段A中的相反。 请参见图7。在阶段D后，该过程又准备好进行从阶段A开始的新循环。在优选实施例中，在阶段A到D的所有过程中，外部再循环被加入到单元13，但是如图6所示，如果其与废水一起被引入的话，这个过程仍然是有效的。图6示出了图3B的设备，其中，废水与来自外部澄清器2的再循 环污泥6 —起混合。同样示出的是包括曝气格栅的三个逻辑单元或区 域11、 12和13。参考图7。它示出了图3B中的长推流式反应器的两个池，所述池 具有优选的数量(即三个)的用于控制生物过程的四个阶段方法的逻 辑单元或区域。该阶段是与图4中相似的阶段A到D。为了获得满意 的污泥特征，单元的最小数量是两个。优选的是，在反应器内设有2 到6个单元和2到30个子单元或格栅，更优选的是，2到3个单元和 3到IO个子单元或格栅。根据本发明，由浓度和操作数据所决定的空间和时间被包括在对 不同单元和子单元内的格栅上的致动器所执行的控制操作的计算。控 制系统可以包括任何可从在线系统中萃取的知识。字母a、 b、 c和d示出了顺序，其中，格栅根据氧的需求而被激 活。在阶段A中，废水通过单元11的入口被引入，进一步移动到单元 13，并通过单元12离开，格栅a被激活，而b是任选的。格栅c和d 不操作。在阶段B中，先前作为入口单元的单元11，准备好在阶段C 中进行曝气，然而在阶段B中对出口单元12进行曝气。由此，激活格 栅a和可选择的b，而不激活c和d。在阶段C中，这些过程几乎与阶 段A相反，因为现在将废水引入到单元12内并通过单元11离开。在 阶段D中，格栅以与阶段B中的顺序相似的方式被激活，但是更多的 格栅激活的，这反映了来自废水的更高的负荷。阶段B和D中的废水分别进入到左侧和右侧的中间单元13，并流到废水进入的相同池的另 一端，而另一池内的废水不移动。参照图8。曝气更多的取决于引入的废水的负荷。在图8中，将被 激活的激活曝气格栅的数量被示出作为单元内的氧气吸收速度的函数 或者作为前一过程阶段的特定单元内的处理水的氨含量与硝酸盐含量 的比值的函数。当废水中的负荷很低时，发生曝气的格栅的数量同样 很低，并且当负荷变高时，发生曝气的格栅数量最多为4。图9显示了来自瑞典Boras废水处理设备的废水供料的总氮含量 以及流出液的总氮含量。该设备一直按照现有技术的方法进行操作直 到2005年9月16日。到此时为止，流出液的日平均浓度不满足瑞典 标准15mg/IN。在开始使用根据本发明的方法后，流出液的日平均浓度 满足瑞典标准。即使在操作温度低于9月份的温度下也能得到该结果。 流出液浓度从15g/W降到10g/m3。在示出的周期内，无机氮的入口 负荷随时间小幅变化，但平均稳定在大约24g/m3。该设备是形成一个长反应器的两个连接的推流式单元，所述长反 应器在上面现有技术讨论中的"Upgrading of Boras waste treatment plant based on intelligent process and operation control",编者为D.E.Thomberg 等人，Wat.Sci.Tech., Vol.37， pp.55-63， 1998， Elsevier Science Ltd中被引用，但是不使用混合器。在图9所示周期内它交替地以用于去除氮和 磷的不同过程被操作。IO示出了来自相同设备的流出液的含物质的总含磷量，并且时间 点与图9中的设备相同。左轴以g/附3为单位表示磷含量。其大约是 0.20g/m3。这与实施该方法之前的9月数据相同(数据未示出)。总之， 当用激活的所有混合器运行相对于不激活的混合器运行时，流出液中磷 含量没有明显的变化。显然，该结果与N去除结果一起示出了混合可被 明显地降低，并且很显然完全没有较差流出液质量的任何缺点。
权利要求
1.一种用于在处理设备中从废水去除氮和/或磷的多阶段方法，其中，废水供料在流经反应器的曝气和非曝气单元或区域期间中被曝气和生物处理，其特征在于，该反应器设有至少两个入口和至少两个出口，所述至少两个入口沿着反应器的长度隔开，用于引入废水供料，所述至少两个出口也沿着反应器的长度在流动方向上隔开，用于排出已处理的废水，以大体为推流式的方式进行废水通过反应器的流动，废水供料的引入从所述入口中的一个改变到所述入口中的另一个，反之亦然，并且已处理的废水的排出也同样所述出口中的一个改变到所述出口中的另一个，反之亦然。
2. 根据权利要求1所述的多阶段方法，其特征在于，所述废水供 料的引入从所述入口中的一个到所述入口中的另一个的改变与已处理 的废水的排出从所述出口中的一个到所述出口中的另一个的改变基本 上同时实现。
3. 根据权利要求1-2所述的多阶段方法，其特征在于，所述至少 两个入口定位在所述反应器的相对端处或者与所述相对端相邻地定 位，并且所述至少两个出口也定位在所述反应器的相对端处或者与所 述相对端相邻地定位。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 沿着所述反应器的长度设置至少三个入口。
5. 根据权利要求4所述的多阶段方法，其特征在于，所述至少三 个入口沿着所述反应器的所述长度基本上等距地间隔开。
6. 根据权利要求4或5所述的多阶段方法，其特征在于，所述废 水供料的引入从所述反应器的所述长度的一端到其另一端在所述至少三个入口之间顺序改变，然后沿相反方向顺序改变。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 沿着所述反应器的长度设置曝气装置。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于，根据实际需要，所述反应器体被分成曝气和非曝气单元或区域，以便 在所述反应器体的特定单元或区域中进行生物硝化、脱硝或磷释放。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于，根据所述反应器体的至少一个单元或区域中的一个或多个工艺参数的测量值以及可选的其它操作数据来周期性改变所述反应器体中的曝气 和非曝气单元或区域的分布。
10. 根据权利要求1-8中任一项所述的多阶段方法，其特征在于，根据所述反应器体的至少一个单元或区域中的一个或多个工艺参数的测量值以及可选的其它操作数据来连续地改变所述反应器体中的曝气 和非曝气单元或区域的分布。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 基于从下组选择的一个或多个工艺参数的测量值以及可选的其它操作 数据来控制所述反应器体中的曝气和非曝气单元或区域的分布，所述 组包括在所述反应器体的至少一个单元或区域中的废水流、溶解氧、空气流、氧的吸收速率、氧化/还原能力、氨/铵、硝酸盐或磷的水平。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 沿着所述反应器体建立三个单元或区域，即，厌氧、缺氧、好氧单元 或区域。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于，围绕或邻近所述入口的单元或区域保持为厌氧或缺氧，而围绕或邻近 所述出口的单元或区域保持为好氧或缺氧。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 所述处理设备设有位于所述反应器之后的用于处理污泥的澄清器，并 且处理过的污泥从所述澄清器再循环并与废水混合。
15. 根据权利要求14所述的多阶段方法，其特征在于，将再循环的污泥供给到所述反应器的一个或多个中间单元或区域。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 所述反应器的不同单元或区域中的废水和可选的污泥的所有混合基本 上仅通过在所述反应器的所选单元或区域中的曝气操作来完成，其中， 混合是需要的。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的多阶段方法，其特征在于， 该方法被是在厌氧和/或缺氧区域中不进行机械混合、也没有对局部或 完全处理过的废水进行任何内部再循环的情况下执行的。
18. —种用于执行根据权利要求1所述的从废水供料去除氮和/或 磷的多阶段方法的处理设备，该处理设备包括反应器，该反应器设有 在所述废水流经所述反应器期间使所述废水曝气的装置，其特征在于， 所述反应器设有至少两个入口和至少两个出口，所述至少两个入口沿 着反应器的长度隔开，用于引入废水供料，所述至少两个出口也沿着 反应器的长度隔开，用于排出已处理的废水，所述反应器具有实现了 使得通过反应器的废水流大体为推流式的操作的装置和尺寸，并且所 述至少两个入口对所述废水供料是顺序可关闭/可打开的，所述至少 两个出口对所述已处理的废水的所述排出是顺序可关闭/可打开的。
19. 根据权利要求18所述的处理设备，其特征在于，所述至少两个入口对所述废水供料是顺序可关闭/可打开的，并且所述至少两个 出口对所述已处理的废水的所述排出以基本同时进行的方式顺序可关 闭/可打开。
20. 根据权利要求18或19所述的处理设备，其特征在于，所述 反应器的所述至少两个入口定位在所述反应器的相对端处或与所述相 对端相邻地定位，并且所述至少两个出口也定位在所述反应器的相对 端处或与所述相对端相邻地定位。
21. 根据权利要求18-20中任一项所述的处理设备，其特征在于， 所述反应器具有沿着所述反应器的长度隔开的至少三个可关闭/可打 开的入口。
22. 根据权利要求21所述的处理设备，其特征在于，所述至少三 个可关闭/可打开的入口沿着所述反应器的所述长度基本等距地隔开。
23. 根据权利要求21或22所述的处理设备，其特征在于，所述 至少三个可关闭/可打开的开口从反应器的所述长度的一端设置到其 另一端，并且可沿一个方向顺序操作，然后可沿相反方向顺序操作。
24. 根据权利要求18-23中任一项所述的处理设备，其特征在于， 所述曝气装置沿着所述反应器的长度分布。
25. 根据权利要求18-24中任一项所述的处理设备，其特征在于，所述反应器具有用于控制曝气操作的装置和用于将反应器体分成曝气 和非曝气单元或区域的装置。
26. 根据权利要求25所述的处理设备，其特征在于，所述装置是 传感器和用于根据实际需要控制将反应器体分成曝气和非曝气单元或区域的设定点，以使所述反应器在反应器体的所选单元或区域中执行 生物硝化、脱硝或磷释放。
27. 根据权利要求26所述的处理设备，其特征在于，所述反应器 具有用于测量反应器体的至少一个单元或区域中的一个或多个工艺参 数以及用于可选地测量其它操作数据的传感器；以及用于控制周期性 地将反应器体分成曝气和非曝气单元或区域的设定点。
28. 根据权利要求26所述的处理设备，其特征在于，所述反应器 具有用于测量反应器体的至少一个单元或区域中的一个或多个工艺参 数以及用于可选地测量其它操作数据的传感器；以及用于控制连续地 将反应器体分成曝气和非曝气单元或区域的设定点。
29. 根据权利要求27或28所述的处理设备，其特征在于，用于 测量一个或多个工艺参数的所述传感器从下组中选择，该组包括用 于在反应器体的至少一个单元或区域中测量废水流、溶解氧、空气流、 氧的吸收速率、氧化/还原能力、以及氨、硝酸盐或磷浓度水平的传感 器，以及用于测量其它操作数据的可选传感器；并且所述反应器的所 述传感器具有用于控制将反应器体分成曝气和非曝气单元或区域的设 定点。
30. 根据权利要求18到29中任一项所述的处理设备，其特征在 于，所述反应器具有沿着反应器体的至少三个单元或区域，S卩，厌氧、 缺氧、好氧单元或区域。
31. 根据权利要求18到30中任一项所述的处理设备，其特征在 于，所述反应器具有围绕或邻近所述入口的厌氧或缺氧单元或区域， 和/或围绕或邻近所述出口的好氧或缺氧单元或区域。
32. 根据前述权利要求中任一项所述的处理设备，其特征在于，在所述反应器之后设有澄清器，该澄清器用于处理污泥并且用于将所 处理的污泥从所述澄清器再循环到用于与其混合的废水。
33. 根据权利要求32所述的处理设备，其特征在于，在所述反应 器中设置用于引入再循环的污泥的一个或多个中间单元或区域。
34. 根据权利要求18到33中任一项所述的处理设备，其特征在 于，所述反应器仅具有曝气装置，而没有用于在反应器的不同单元或 区域内使废水和可选的污泥混合的机械混合构件，其中，混合是需要 的。
35. —种数据处理系统，其适于执行根据权利要求8到17的在单 元中的流动和曝气转换。
36. —种控制系统，用于根据权利要求8到17所述的方法的在线 控制。
37. —种计算机程序，其包括程序编码装置，该程序编码装置适 于当在数据处理系统上运行时执行用于实施根据权利要求8到17所述 方法的定量。
38. —种计算机可读介质，该计算机可读介质上存储程序编码装 置，该程序编码装置适于当在数据处理系统上运行时执行用于实施根 据权利要求8到17所述方法的定量。
全文摘要
一种用于将来自废水的氮和/或磷除去的多阶段方法以及用于该方法的设备，其中，在流道通过反应器的曝气和非曝气单元的过程中，将废水供料进行曝气或生物处理。反应器设有根据反应器的长度隔开的至少两个用于引入废水供料的入口和至少两个用于排出已处理的废水的出口。以大体为推流式的方式完成通过反应器的废水流，废水供料的引入从入口中的一个变为入口中的另一个，反之亦然，并且已处理的水的排出也从出口中的一个变为出口中的另一个，反之亦然。由此提供了用于净化废水的更廉价且更有效的技术。
文档编号C02F3/30GK101277904SQ200680036263
公开日2008年10月1日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年9月28日
发明者马里纳斯·K·尼尔森 申请人:废水控制有限公司