专利名称：具有两阶段反应器的先进废水处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制能够去除包含在污水或废水中的营养素的先进水处理 设备的系统，更具体地，涉及一种具有两阶段反应器的先进废水处理设备，该废水处理设备 能够在使反应器数量最小化的同时使营养素去除效率最大化。
背景技术：
包含在污水或废水中的各种污染物通常采用活性污泥方法进行处理。由于环境 法规的增加，近来开发出能够去除包含在污水或废水中的重金属和各种营养素(比如氮或 磷)的先进废水处理方法。根据活性污泥方法，如图1所示，流经除砂器110的楔形棒细筛或者粗筛以去除 砂的污水由泵115泵送，然后流经初始沉淀反应器120、曝气反应器130和最终沉淀反应器 140，之后污水被消毒并排放到河流中。曝气反应器130让污水与被引导到流经最终沉淀反应器120的污水中的空气发生 反应。废水在曝气期间经受吸收、凝结或氧化作用，以使得有机物转变成生物活性污泥，并 且在停留期间起反应的活性污泥在最终沉淀反应器140中被沉淀和分离。包含于从最终沉淀反应器排出的污水中的许多营养素(比如氮和磷)虽然没有被 活性污泥方法去除，但是在消毒之后被排出。因为河流或湖泊近年来由于这些营养素(比 如氮和磷)而遭受富营养化影响，所以有必要去除氮或磷。具体地，与其它有机物相比，包含在最终沉淀反应器140中的甚至很少量的氮和 磷也会引起伊乐藻的繁殖。伊乐藻消耗存在于水中的氧，从而导致鱼类和贝类死亡。为了 防止出现这种不良影响，向目前的工艺过程增添了一种先进废水处理方法(第三次处理)。先进废水处理方法是一种用来去除包含在水中的氮或磷的方法。具体地，在去除 氮的情况下，在有氧条件下将氨氧化成硝酸盐，或者在缺氧反应器的情况下，将氮气还原到 空气中。在去除磷的情况下，为磷酸阴离子添加阳离子以形成化学沉淀物，例如吸收磷的生 物物质，否则，为磷添加金属盐以形成沉淀物，以作为一种生物处理方法。如上所述，引入微生物来去除氮或磷，并且需要能量以用于微生物的繁殖和生长。 再者，在去除氮时，根据最终电子受体，在有氧过程中需要氧，在缺氧过程中需要亚硝酸盐， 并且在厌氧过程中需要能量源(比如二氧化碳)。具体地，由于通过活性污泥方法不能同时进行氮和磷的去除，所以应该加入缺氧 过程和厌氧过程。更具体地，如图2所示，设置多阶段反应器，比如缺氧和有氧类型的两阶 段反应器，或者厌氧、缺氧、有氧和缺氧类型的四阶段反应器，否则，将在其中连续地进行缺 氧、厌氧、有氧、沉淀和排放过程的有次序的成批反应器应用于单个反应器。因此，由于在先进废水处理方法中应该设置具有不同特征的反应器(比如缺氧反 应器、厌氧反应器和有氧反应器)，以便同时去除氮和磷，所以增大了处理设备的专用面积， 并且因此增加了操作或维护费用。
发明内容
技术问题因此，本发明针对一种先进废水处理设备，该废水处理设备能够基本上消除由于 相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。本发明的一个目的在于提供一种具有两阶段反应器的先进废水处理设备，该废水 处理设备能够在使反应器数量最小的同时使营养素去除效率最大化。技术方案为了实现这些目的，提供了一种先进废水处理设备，该废水处理设备被供给来自 除砂器和初始沉淀反应器的污水以将营养素去除，并且将废水排放至最终沉淀反应器，该 先进废水处理设备包括第一反应器，该第一反应器被供给来自初始沉淀反应器的污水，以 在通气搅拌器的操作中进行厌氧、缺氧和有氧过程；第二反应器，该第二反应器被供给来自 第一反应器的污水，以便在通气搅拌器的操作中进行有氧和缺氧过程；内部回流管道，该内 部回流管道用于将由第二反应器硝化的污水回流到第一反应器并且将由所述第二反应器 和最终沉淀反应器形成的污泥回流到第一反应器或第二反应器；以及控制器，该控制器用 来接收来自安装在第一反应器和第二反应器中的传感器的信号并且将驱动信号输出给通 气搅拌器。技术效果根据用于去除营养素(比如氮或磷)的具有两阶段反应器的先进废水处理设备， 减少了过程的数量和工作负荷，从而提高其工作效率。由于可以减小处理设备的专用面积， 因此降低了安装成本或维护费用。再者，通过在第一反应器和第二反应器中的任一个进行厌氧、缺氧和有氧过程，可 以用最适宜的费用来处理污水或废水。
包括的附图用来进一步理解本发明并且被结合在本申请中且构成本申请的一部 分，该附图示出了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用来说明本发明的原理。在附 图中图1是描述传统废水处理线的视图；图2是描述传统先进废水处理方法的视图；图3是描述根据本发明的先进废水处理设备的方框图；图4是描述根据本发明的先进废水处理设备的结构的示意图；和图5是描述根据本发明的先进废水处理设备的通气搅拌器的视图。
具体实施例方式现在将参照附图对根据本发明的优选实施例进行说明。图3是描述根据本发明的先进废水处理设备的方框图，图4是描述根据本发明的 先进废水处理设备的结构的示意图。先进废水处理设备被供给来自除砂器和初始沉淀反应器的污水，以去除营养素并 且将污水排放至最终沉淀反应器60，该废水处理设备包括第一反应器，该第一反应器被供给来自初始沉淀反应器20的污水，以在通气搅拌器90的操作中进行厌氧、缺氧和有氧过 程；第二反应器40，该第二反应器被供给来自第一反应器30的污水，以在通气搅拌器90的 操作中进行有氧和缺氧过程；内部回流管道50，该内部回流管道用于将由第二反应器40硝 化的污水回流到第一反应器30并且将由所述第二反应器40和最终沉淀反应器60形成的 污泥回流到第一反应器30或第二反应器40 ；以及控制器70，该控制器接收来自安装在第一 反应器30和第二反应器40中的传感器的信号并且将驱动信号输出给通气搅拌器90。本发明的先进废水处理设备通过使用除砂器10、初始沉淀反应器20、第一反应器 30和第二反应器40以及最终沉淀反应器60来处理污水，其中通过使用安装在初始沉淀反 应器20和最终沉淀反应器60之间的第一反应器30和第二反应器40来提高营养素去除效 率。第一反应器30根据从初始沉淀反应器供给的废水的铵态氮来连续地改变处于厌 氧、缺氧和有氧状态的间歇曝气反应器的氧供应时间以及由内部回路管道运送的污泥体 积。第二反应器40通过保持半有氧状态和有氧状态来去除有机物和营养素(比如氮或磷)。氮的生物去除主要分为三个部分首先，在生物过程中进行污泥的硝酸同化作用， 其中通过传统的活性污泥方法去除流入水的20-30% ；第二，进行硝化作用和脱硝作用，其 中通过将还原的氮氧化成硝态氮来消耗氧，并且将氧化的氮还原成氮气；以及最后，使用特 定的占绝大多数的微生物来进行氮吸收。主要用作先进废水处理过程的过程是一种同时进 行硝化作用和脱硝作用的过程。生物硝化作用和脱硝作用由在有氧条件下进行的硝化反应(有氧微生物)和在缺 氧条件下进行的脱硝反应(可选的微生物)构成。具体地，主要的微生物品种为以亚硝化 单胞菌(Nitrosomonas sp.)和硝化细菌(Nitrobacter sp.)为代表的自给营养的生物体。 它通过使无机氮化合物氧化而获得生长能量，并且利用碳化物作为细胞合成所需的碳源。在该情况下，在硝化细菌中的铵态氮的最大生长速度比亚硝化单胞菌的最大生长 速度明显更快。亚硝酸盐的累积不大，但是它被认为是从铵态氮到氮的氧化作用的速度控 制措施(rate controlling step)。硝化作用的主要因素是PH值、溶解的氧和有机体。最适宜的PH值为8至9，并且 最适宜的溶解的氧为大于2ml/l。能够中和从铵态氮产生出的氢离子的碱可以溶解在水中， 如下面公式1所示。公式1NHl +1·8302 +\MHCO~ 0.02IC5/Z7O2 +0·98Μ93— + IMHO^lMH2COi生物脱硝反应是通过还原反应将硝酸盐转变成NOx，它涉及在各种异养生物中采 用硝酸盐作为电子受体并且采用有机体作为电子供体，如下面公式1所示。公式2NH; +1 .^CHiOH + OlAH2COi Q^eC5H1O2N^OAlN2 +IMH2O + HCO；在该情况下，消耗3. 7g(克)的COD来使Ig(克)的硝酸盐脱硝。再者，合成0. 045g 的微生物，还原3. 57g的碱。在水中存在溶解的氧时，由于消耗了用作电子供体的有机碳源 并且抑制了脱硝反应，所以将硝酸盐保持在缺氧状态下是很重要的。如图2和3所示，本发明的设备通过将内部回流通道50使IQ至1. 5Q的污泥回流 到第一反应器30，从沉积反应器60使0. 5Q至IQ的污泥回流，并且使用从第一反应器30供
6给的有机碳源作为脱硝作用源。参照图3，本发明的设备适于在将污水从初始沉积反应器20供给至第一反应器30 时，选择地进行使污水从第二反应器40回流到第一反应器30并且使污泥从沉积反应器回 流到第一反应器30的步骤和使污泥从最终沉积反应器60回流到第二反应器40的步骤。更具体地，在内部回流管道50中，第一过程意味着在污水供给至第一反应器30的 同时将污水输送给第一反应器30并且将污泥从最终沉积反应器60回流到第一反应器30， 第二过程意味着将污泥从最终沉积反应器60回流到第二反应器40。如图4所示，优选地，在内部回流管道50中安装有污泥回流流量计51和52、污泥 回流泵53、内部回流流量计54和内部回流泵55。为了在缺氧和半厌氧状态下驱动第一反应器并且在有氧和半有氧状态下驱动第 二反应器40，分别在第一反应器30和第二反应器40中安装有氧化_还原电位势能(ORP) 传感器31和41以及氧(DO)传感器32和42，并且通过控制器实时地监控ORP传感器和DO 传感器的数值。控制器根据控制器70的操作信号来控制通气搅拌器90的操作时间。第一反应器30的前一步骤(即，使除砂器10的污水和废水流过除砂腔和筛子并 且然后流过初始沉积反应器20的过程)在本领域是公知的，因此其详细说明在这里将省 略。再者，通过使用第一反应器30和第二反应器40、用于改变第一反应器30和第二反 应器40的水通道以独立地或补充地驱动第一反应器和第二反应器的内部回流管道50、每 个安装在第一反应器30和第二反应器40中以同时进行通气和搅拌的通气搅拌器90、由安 装在第一反应器30和第二反应器40中的传感器和用于检测排出水的质量的传感器驱动的 磷过滤器80，本发明的设备可防止富营养化作用。更具体地，如果供给的污水与所设计的体积相同或类似，则进行第一过程，其中第 一反应器10和第二反应器20互补地操作，以使得通过第一反应器和第二反应器将供给的 污水排出至最终沉淀反应器。在该过程中，通过使由第二反应器40硝化的硝酸盐通过内部回流管道50回流到 第一反应器30来进行脱硝过程。通过转换器来驱动回流泵53和55以获得精确的回流体 积，流量计测量第一反应器中的内部回流体积。第一反应器30使用鼓风机、扩散器和搅拌器来进行缺氧、半厌氧和厌氧过程，而 第二反应器40根据氧的浓度和时间控制通过使用氧传感器(DO计)和PLC来进行有氧和 缺氧过程。第一反应器30在缺氧和半厌氧状态下操作，同时溶解的氧的浓度保持在平均 0. 5mg/l。第二反应器40在有氧和半有氧状态下操作，溶解的氧的浓度保持在平均1. 5mg/ 1或更大。在脱硝反应的情况下，在第一反应器进行缺氧、半厌氧和厌氧过程的同时，由第二 反应器硝化的污水被第一反应器脱硝。在去除磷的情况下，交替地使微生物暴露于厌氧状 态(第一反应器)和有氧状态(第二反应器)中以给微生物施加压力。也就是说，通过极 端地改变用来转换微生物新陈代谢的路径而引起过度吸收的环境条件，由此重复进行去除 磷的过程。再者，污水和废水在4个季节期间经历大约3Q的流量波动。如果流入水的质量和
7流量降低至小于设定水平，则第一反应器和第二反应器通过控制器70的信号而被独立地 驱动。这通过监控流入流量计和流入污水的水质来确定，并且通过使用电动闸门阀或电 动阀来转换流入水而进行该过程。流入污水被供给至第一反应器或第二反应器，然后进行 SBR过程。在该例子中，各个反应器进行先进废水处理过程。在SBR中进行流入过程、反应过程、沉淀过程、排出过程和悬置过程(suspension process)以提高MLSS值(悬浮混合液体的固体)，从而延长了 SRT (污泥保持时间)。因 此，促进污泥的自动氧化作用，从而明显降低污泥的产生。除了将化学制品放入到生物反应器中的化学方法之外，先进废水处理过程不容易 通过同时去除磷和氮来获得可游泳水水平的流出水。因此，根据本发明，氮通过使用进行通 气和搅拌的两阶段反应器而被处理，并且磷被间接地去除。具体地，该系统适用于在SS和 T-P浓度超过参考值时通过磷过滤器80排出流出水。虽然去除了作为目前污水参考值的T-P的大约60% (8mg/l-2的T_P，2mg/l至 3mg/l)，但是仍不能满足作为可游泳水的参考值0. 5mg/l。本发明采用磷过滤器以用于使排 出水再循环并且通过包含在排出水中的磷的回收/再循环来进行资源回收。更具体地，通过将磷浓度传感器85安装在最终沉淀反应器60的排出通道中并且 将电动阀或闸门阀安装在排出通道中，根据用于接收由磷浓度传感器85检测到的信号的 控制器70的信号，将污水排出引导至磷过滤器80。如图3所示，磷过滤器80安装在先进废水处理设备的后端部上，以便通过过滤和 吸收来去除磷。磷过滤器80由具有过滤和吸收功能的材料制成，以便通过让二次排出的水 流过磷过滤器来过滤SS组分和吸收磷，从而去除T-P。在该例子中，磷过滤器80包括预过滤材料和主过滤材料，该预过滤材料由纤维或 聚氨酯制成的合成树脂构成以用来过滤包含在排出水中的SS组分，该主过滤材料由水滑 石(hydrotalcite)或锆基吸收剂构成以用来吸收磷组分。因此，根据本发明的先进废水处理设备实时地监控T-N和T-P。如果T-P的去除暂 时不稳定，则立即将出水管道引导至磷过滤器80，以使得排出水恒定保持最高水平。由本发明设备所监控的DO(溶解的氧)的浓度如下所示(参见表1)。第一反应器 30在厌氧、缺氧和半厌氧状态下操作，同时溶解的氧的浓度保持在平均0. 5mg/l。第二反应 器40在有氧和半有氧状态下操作，同时溶解的氧的浓度保持在大约1. 5mg/l或更大。根据本发明的设备的另一种操作类型是一种采用氧传感器的控制方法。由通气和 搅拌驱动的第一反应器30和第二反应器40的类型如下所示(参见表2)。在第一反应器30中的通气和搅拌时间以及搅拌时间和强度对水质有影响。每小 时的频率根据流入水的温度和操作条件而对排出水的水质有影响，而是进行3至6次交替 操作。在将有氧操作转换成缺氧和厌氧操作时，时间控制可以通过铵态氮和硝酸盐的浓度 来实现。表 1各个反应器中的DO浓度
权利要求
一种先进废水处理设备，该废水处理设备被供给来自除砂器和初始沉淀反应器的污水以去除营养素，并且将污水排放至最终沉淀反应器(60)，所述先进废水处理设备包括第一反应器(30)，所述第一反应器被供给来自初始沉淀反应器(20)的污水，以便在通气搅拌器(90)的操作中进行厌氧、缺氧和有氧过程；第二反应器(40)，所述第二反应器被供给来自第一反应器(30)的污水，以便在通气搅拌器(90)的操作中进行有氧和缺氧过程；内部回流管道(50)，所述内部回流管道用于将由第二反应器(40)硝化的污水回流到第一反应器(30)，并且将由第二反应器(40)和最终沉淀反应器(60)形成的污泥回流到第一反应器(30)或第二反应器(40)；以及控制器(70)，所述控制器接收来自安装在所述第一反应器(30)和第二反应器(40)中的传感器的信号并且将驱动信号输出给通气搅拌器(90)。
2.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中每个安装在所述第一反应器(30)和第 二反应器(40)中的通气搅拌器(90)实时地、交替地操作。
3.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中每个安装在所述第一反应器(30)和第 二反应器(40)中的通气搅拌器(90)根据第一反应器和第二反应器的时间设定而交替地操 作。
4.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中最终沉淀反应器(60)包括用于吸收包 含在污水中的磷组分的磷过滤器。
5.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中最终磷过滤器(80)由预过滤材料和主 过滤材料组成，所述预过滤材料由纤维或聚氨酯制成的合成树脂构成以用来过滤包含在排 出水中的SS组分，所述主过滤材料由水滑石或锆基吸收剂构成以用来吸收磷组分。
6.如权利要求1或4所述的先进废水处理设备，其中最终沉淀反应器(60)包括安装在 排出管道中的磷浓度传感器(85)，所述磷浓度传感器用于检测包含在污水中的磷的浓度， 以将信号输出给磷过滤器(80)。
7.如权利要求1或4所述的先进废水处理设备，其中最终沉淀反应器(60)包括安装在 排出管道中的电动阀和闸门阀中的任一个，以用于在磷过滤器的安装方向上引导污水的排 出方向。
8.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中传感器为设置在第一反应器(30)中的 氧化还原电位计(31、41)。
9.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中传感器为设置在第一反应器(30)或第 二反应器(40)中的氧传感器(32、42)。
10.如权利要求1、8和9中任一项所述的先进废水处理设备，其中控制器(70)响应于 传感器(31、41、32、42)的信号将操作信号输出给第一反应器(30)和第二反应器(40)。
11.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中通气搅拌器(90)包括用于使用由 驱动马达(91)驱动的旋转轴(92)来产生驱动力的驱动单元；用于通过使用安装在旋转轴 (92)周围的通气叶轮(93-1)和搅拌叶轮(93-2)来进行通气和搅拌的操作单元；用于通过 使用安装在旋转轴(92)周围的导流板(94)来扩散和引导污水的扩散单元；和用于通过使 用包围导流板(94)的喷射角度调节器(96)来调节射流的方向和范围的控制单元。
12.如权利要求11所述的先进废水处理设备，其中喷射角度调节器(96)包括导流叶片(96-1)，该导流叶片通过支承柱和支承板安装在导流板(94)上，用于在导流板(94)和导 流叶片(96-1)之间形成横向流动通道；以及圆柱形主体(96-2)，该圆柱形主体与导流叶片 (96-1)的底面联接，用于在导流板(94)和圆柱形主体(96-2)之间形成底流通道。
13.如权利要求11或12所述的先进废水处理设备，其中圆柱形主体(96-2)包围通气 叶轮(93-1)的圆周。
14.如权利要求11或12所述的先进废水处理设备，其中圆柱形主体(96-2)在其下端 部上设置有放大管道(96-3)，用于平稳地接收污水以进行通气过程。
15.如权利要求11所述的先进废水处理设备，其中所述导流板(94)具有斜角部分 (94-1)，用于与圆柱形主体(96-2) —起引导污水的流动。
16.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中所述第一反应器(30)和第二反应器 和(40)包括罩，所述罩用于罩住由于污水排放而导致的讨厌气味。
17.如权利要求1所述的先进废水处理设备，其中当所述内部回流管道(50)被打开或 关闭时，独立地或互补地进行将污水从第二反应器(40)回流到第一反应器(30)并且将污 泥从沉淀反应器回流到第一反应器(30)的步骤和将污泥从最终沉淀反应器(60)回流到第 二反应器(40)的步骤。
18.如权利要求11或12所述的先进废水处理设备，其中所述内部回流管道(50)包括 污泥回流流量计(51、52)、污泥回流泵(53)、内部回流流量计(54)和内部回流泵(55)，所述 污泥回流流量计(51、52)、污泥回流泵(53)、内部回流流量计(54)和内部回流泵(55)根据 控制器(70)的信号而被驱动。
全文摘要
本发明公开了一种具有两级反应器的先进废水处理设备，以便在使反应器数量最小的同时使营养素去除效率最大化。该先进废水处理设备包括第一反应器(30)，该第一反应器被供给来自初始沉淀反应器(20)的污水，以便在通气搅拌器(90)的操作中进行厌氧、缺氧和有氧过程；第二反应器(40)，该第二反应器被供给来自第一反应器(30)的污水，以便在通气搅拌器(90)的操作中进行有氧和缺氧过程；内部回流管道(50)，该内部回流管道用于将由第二反应器(40)硝化的污水回流到第一反应器(30)，并且将由所述第二反应器(40)和最终沉淀反应器(60)形成的污泥回流到第一反应器(30)或第二反应器(40)；和控制器(70)，该控制器接收来自安装在第一反应器(30)和第二反应器(40)中的传感器的信号，并且将驱动信号输出给通气搅拌器(90)。
文档编号C02F3/30GK101980971SQ200880128301
公开日2011年2月23日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年3月26日
发明者吴进焕, 崔圭灿, 崔昞赫, 李桢珉 申请人:三昌企业株式会社