通过在定序间歇反应器中通过致密化污泥来处理废水流出物的方法与流程

本发明属于城市和工业废水的生物处理的，更具体地涉及所谓的定序间歇反应器(sbr)的技术。

背景技术：

1、sbr以具有各种处理步骤，特别是倾析阶段的定序方式运行，该倾析阶段允许从经处理的水中分离“活性”污泥。

2、称为“活性污泥”法的方法在其处理废水时使用生物净化。这是一种使用游离培养物的纯化模式。原理涉及利用细菌降解悬浮或溶解在废水中的有机物。凭借允许细菌接近颗粒的介质的均质化和良好的曝气，获得了良好的生物降解水平。然后，污泥在倾析阶段期间沉积在反应器的底部。

3、活性污泥法旨在消除碳污染和氮污染，以及消除或回收磷污染中所含的磷。为了确保消除碳污染，因此需要富含异养细胞的细菌培养物。然而，细菌生长需要营养物质的存在，特别是氮和磷的来源，例如流出物中所含的那些，并且其消除也是需要的。

4、氮处理通常需要硝化和反硝化(n/dn)方法。硝化是使用自养细菌、氨态氮或铵(通常表示为n-nh4)的氧化反应，使用：

5、-亚硝酸盐氮，也称为亚硝酸盐，n-no2；

6、-然后是硝酸盐氮，也称为硝酸盐，n-no3。

7、以已知的方式，生物硝化处理是使用能够将铵离子(nh4+)氧化为亚硝酸根离子(no2–)，然后氧化为硝酸根(no3–)的自养微生物在好氧条件下进行的。该步骤通常以亚硝化和硝化的两个子步骤进行：

8、

9、反硝化包括使用反硝化细菌还原硝化反应期间产生的硝酸盐的气态氮(或分子氮，也称为n2)。生物反硝化处理通常使用异养微生物在缺氧条件下进行，该异养微生物能够将第一次处理期间产生的硝酸根离子还原为亚硝酸根离子，然后将亚硝酸根离子还原成气态氮(n2)。

10、更具体地，硝化分为两个子步骤：在氧气存在下的第一步亚硝化，然后在氧气存在的情况下硝化第二步骤。亚硝化涉及使用自养亚硝酸盐细菌(称为aob或“氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria)”)(其主要属是亚硝化单胞菌(nitrosomonas))将铵氧化成亚硝酸盐。硝化涉及使用其他自养细菌(称为nob或“亚硝酸氧化细菌(nitriteoxidizing bacteria)”)(其主要属是硝化菌属(nitrobacter))将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。

11、反硝化也可以分为两个子步骤：将硝酸盐转化为亚硝酸盐的反硝化步骤，和将这些亚硝酸盐转化为气态氮的反亚硝化步骤。这两个子步骤中的每一个都是使用异养细菌进行的，并且需要大量可生物降解的碳。事实上，反硝化需要约2.9千克的呈5天生物需氧量(dbo5)形式的碳，以将一千克的n-no3还原为分子氮。

12、为了减少用于处理氮的能量和碳的量，可以考虑其他代谢途径：亚硝化-反亚硝化和部分亚硝化-脱氨。

13、亚硝化-反亚硝化法，也称为“硝酸盐分流”，试图在亚硝酸盐阶段停止氧化氮，同时避免硝酸盐的产生，并且因此该循环的“硝酸盐部分”的分流。因此，为了实现亚硝化-反亚硝化，因此必须抑制nob(亚硝酸盐氧化细菌)，以利于aob(氨氧化细菌)。根据现有技术，该方法在氧气需求方面提供25％的节省，并且仅需要1.7千克dbo5形式的碳来将一千克n-no2还原为分子氮。与传统的硝化-反硝化法相比，这表示相对于碳需求节省了约40％。

14、以已知的方式，亚硝化处理是使用能够将铵离子(nh4+)氧化为亚硝酸根离子(no2–)的自养微生物在好氧条件下进行的。反亚硝化处理是在缺氧条件下使用能够将亚硝酸根离子(no2–)还原为分子氮(n2)的异养微生物进行的。

15、另一种方法(称为部分脱氨或亚硝化/厌氧氨氧化(anammox)(np/a))使用上述亚硝化反应，但随后涉及厌氧自养细菌(称为“厌氧氨氧化”)，其消耗铵和亚硝酸盐以产生n2，而不需要氧气和可生物降解的碳。

16、脱氨的第一步是部分亚硝化(np)。它包括将一部分(57％)铵离子氧化为亚硝酸盐。第二步由厌氧氨氧化菌进行。在该反应中，约11％的氮负荷转化为硝酸盐，这将理论上的最大消除速率提高到89％。

17、与n/dn相同的细菌种群，即好氧氧化细菌(aob)，参与部分亚硝化。在这种情况下，(i)与需要100％氧化nh4的n/dn方法不同，只有一部分铵被氧化，以及(ii)由于目标分子是no2而不是no3，所以氧化水平降低。根据现有技术，与传统的硝化和反硝化处理相比，该处理路线的氧气节省相当于约50％。

18、此外，由于aob和厌氧氨氧化菌是自养种群，整个np/a过程可以在没有任何可生物降解碳的情况下进行。不需要添加外部(或外源)碳来进行氮处理。因此，这种处理不允许可能存在的碳被消除。

19、以已知的方式，部分亚硝化处理是使用能够将铵离子(nh4+)氧化为亚硝酸根离子(no2–)的自养微生物在好氧条件下进行的。厌氧氧化处理是在厌氧条件下使用能够在亚硝酸根离子(no2–)存在下将铵离子(nh4+)氧化为分子氮(n2)的自养微生物(厌氧氨氧化菌)进行的。

20、生物除磷(即通过生物途径处理磷)相继地在厌氧条件下执行处理步骤，并且在好氧条件下执行处理步骤。事实上，某些被称为聚磷菌(或pao)的细菌在他们经历交替的厌氧和好氧条件时，具有过度积累磷的特殊特征。pao在厌氧条件下释放磷酸盐，并且然后当它们转变以在好氧条件下时，它们积累的磷酸盐量大于在厌氧条件下的磷酸盐量。

21、因此，通过调整腔室的厌氧/好氧条件，可以凭借含磷pao的干预来控制sbr的腔室中磷酸盐的浓度。

22、无论所使用的处理技术如何，sbr技术在其尺寸方面受到污泥倾析性的限制。事实上，限制sbr(本身代表了处理污染负荷的可能性)中活性污泥的浓度的因素之一是污泥的倾析性，其通常使用mohlman指数表示。mohlman指数是污泥的倾析性的指数。该指数定义了半小时内倾析的活性污泥的量相对于该污泥的干残渣质量(或悬浮物的浓度，也表示sm)：该指数越低，污泥的倾析能力越好。

23、污泥越致密，倾析阶段越快，处理循环的总持续时间越短，这允许通过进行更高数量的循环在单日内处理更多的污染。

24、通常，更致密的污泥意味着可以在更高浓度下工作，同时允许良好的倾析性(指数)，因此意味着可以在相同的工作体积内处理更多的污染。

25、第一种反应器设计(称为定序间歇反应器(sbr))使用交替用于反应和倾析的两种不同体积，其中水从反应室转移到倾析室(seghers unitank法)。然而，这种类型的sbr反应器已经得到了改进，并且大多数定序(sbr)型生物反应器目前被设计具有其中相继地进行各种处理步骤的单个体积。这些反应器通常是可变液位反应器：原水供应阶段和经处理的水回收阶段随着时间的推移而分离，因此当经处理的水被回收时，反应器中的水位会降低。

26、“恒定液位”sbr也是已知的，其允许减少每个处理序列的时间，同时保持处理的有效性。例如在文献wo 2016/020805中描述了这样的反应器。

27、在sbr型反应器中，最容易倾析的污泥，也就是说，最重的污泥，通常位于污泥床的底部。然而，正是这种污泥在倾析期结束时的每个循环期间被提取，这往往会选择最轻的污泥(其也是最不易倾析的)。

28、wo 2004/024638中描述的sbr方法旨在克服这个问题。这涉及一种恒定液位sbr法，它执行好氧颗粒状污泥，其特殊特征是倾析非常快(倾析速度超过10m/h)。然而，关于城市/市政流出物(也就是说，关于低浓度的污染(碳、氮、磷))的颗粒的形成需要很长时间，并且其作为输入负荷和温度变化的函数的稳定性迄今尚未得到证实。

29、国际申请wo 2019/053114通过提出一种sbr反应器而提出进一步改进wo 2004/024638中描述的sbr方法，该sbr反应器使用用于确定用于在sbr腔室中提取污泥的最低液位和最高液位的装置，选择性地提取表现出最佳倾析性的颗粒状污泥。

30、因此，需要一种使用sbr处理活性污泥的方法，该sbr更具竞争力，也就是说，更强烈，并且能够与任何类型的污泥(包括非颗粒状污泥)一起操作。此外，本发明的方法有利地允许处理与现有技术的方法相同或甚至更大的废水量，但具有有限的占用空间。

技术实现思路

1、本发明旨在通过提出一种称为“致密化污泥”法的方法来克服上述所有或部分问题，从而允许实现高的污泥倾析速度，而与污泥的性质无关(无论其是否为颗粒状)，并且有利地使用非颗粒状污泥。凭借以下几个因素的组合，通过优化易倾析微生物的生产，在恒定水平的sbr中对污泥进行致密化：

2、-通过污泥床的供应；

3、-废水处理中实施的序列顺序，从而允许发展特定微生物种群，表现出良好的倾析性，特别是pao(聚磷菌)；及

4、-污泥提取策略，其通过在每个循环中提取最不易倾析的污泥，使具有最佳倾析性的污泥保持在反应器中。

5、为此，本发明的目的是一种在定序间歇反应器(sbr)中处理包括碳污染、氮污染和磷污染的废水流出物的方法，所述sbr包括：

6、-能够容纳包含不同液位的废水-污泥混合物的腔室，其中每个液位由

7、污泥浓度和/或密度限定；

8、-位于腔室的底部的污泥床，其包括pao，在其上方限定污泥层液位；

9、-用于确定用于在腔室中提取污泥的最低液位和最高液位的装置；

10、-提取装置，其能够在最低提取液位和最高提取液位之间的可变液位处提取污泥；

11、所述方法包括：

12、-供应sbr的步骤，在此期间，优选地经由覆盖所述腔室的底部的分配网络，在腔室的底部附近在污泥床中引入一定体积的待处理的流出物，

13、-反应序列，其包括：

14、o至少第一厌氧步骤，在此期间，pao捕获碳污染并释放磷化合物；

15、o任选地，缺氧条件下(部分和/或全部)反硝化第二步骤，其中该步骤仅在nox浓度大于预定阈值的情况下实施；

16、o第三曝气步骤105，允许通过pao 14对流出物进行脱磷，其中该曝气被控制以同时进行(部分或全部)硝化或(部分或完全)亚硝化；

17、-倾析步骤，在此期间污泥沉积在腔室的底部并且腔室的内容物在其

18、表面附近被澄清；

19、-回收步骤，在此期间从腔室的内容物中抽出经澄清部分，其中所述回收步骤和供应步骤同时进行，以便在回收步骤和供应步骤期间保持腔室的内容物的液位基本恒定；及

20、在最低提取液位和最高提取液位之间的预定液位处，优选在污泥层附近提取至少一部分轻质污泥的步骤。根据一个特定实施方案，本发明的方法由上述步骤组成，并且如果适用，还包括下面描述的一个或多个任选步骤。

21、有利地，根据本发明的处理方法进一步包括测量污泥层的步骤，并且当污泥层的测量值基本上等于距污泥提取液位的预定距离时，执行提取至少一部分轻质污泥的步骤。

22、有利地，提取至少一部分轻质污泥的步骤在供应步骤期间和/或倾析步骤期间进行。

23、有利地，根据本发明的处理方法包括在反应序列期间将空气注入腔室的步骤。

24、有利地，第三曝气步骤之后是缺氧条件下的后置反硝化步骤，优选在第三步骤是全硝化或部分硝化步骤时实施；或者第三曝气步骤之后是缺氧条件下的反亚硝化步骤，优选在第三步骤是全部或部分亚硝化步骤时实施；或者第三曝气步骤之后是缺氧条件下的脱氨步骤，优选在第三步骤是部分亚硝化步骤时实施。

25、有利地，倾析步骤之前是将空气注入腔室的步骤。

26、有利地，根据本发明的处理方法包括使用腔室内的致密化装置使污泥致密化的步骤。

27、有利地，根据本发明的处理方法包括控制作为废水流出物的污染水平(特别是碳、氮和磷污染)的函数的第三曝气步骤的持续时间的步骤。

28、“颗粒状污泥”的特征在于大于10m/h的倾析速度，和小于35ml/g的污泥指数(“污泥体积指数”，根据2006年7月的nf en 14702-1标准测量)(在申请wo 2004/024638第3页中特别提到的)。不同时满足这两个条件的污泥不被视为颗粒状污泥。例如，非颗粒状污泥是具有小于或等于10m/h的倾析速度的污泥。因此，对于颗粒状污泥，5分钟时的污泥指数等于30分钟时的淤泥指数。

29、“致密化污泥”，也称为重质污泥，其特征在于35至100ml/g、优选40至80ml/g、更优选40至70ml/g的污泥指数，和2.0至9.0m/h的倾析速度。其特征还在于，颗粒尺寸大于100μm(高达1000μm，优选200μm至500μm)的颗粒的质量比例为10％至50％(优选为20％至40％)，以及颗粒尺寸小于100μm(有利地小于200μm)的生物絮体的高质量比例(50％至90％)。这种致密化污泥也可以特征在于大于或等于8kg mes·m-2·h-1，优选大于或等于8.5kg mes·m-2·h-1的极限质量流量标准。这是固体、液体和微生物的混合物，其中所述微生物包括携带磷的聚磷菌。这种重质污泥具有非常好的倾析性。

30、“轻质污泥”的特征在于大于100ml/g的污泥指数和小于2m/h的倾析速度。其特征还在于尺寸小于0.2mm的生物絮体的质量比例为15％至50％。这种轻质污泥也可以特征在于小于8kg mes/m2/h的极限质量流量标准。它是固体、液体和微生物的混合物。这种污泥几乎不含或甚至不含pao。这种轻质污泥难以倾析。

31、“倾析速度”以米/小时(m/h)表达。它可以从kynch曲线中确定，该曲线是通过在重力作用下观察1l试样中样品的倾析而获得的。需要注意的是，根据标准nf en 14702-1-2006年7月，kynch曲线30分钟时的值允许获得molhman指数(svi，“污泥体积指数”)或污泥指数(原污泥稀释度，dsvi(稀释svi))。在中试规模或工业反应器上，在非曝气序列中，可以从污泥层高度随时间的演变推断出倾析速度。可以连续测量污泥层的高度，例如使用超声探头。替代性地，它可以是不连续的，然后可以在反应器的高度上以预定的间隔在不同的液位进行手动采样。

32、“极限质量流量”以kg·m-2h-1表示。它表征了每单位面积和时间可以倾析的悬浮固体物质(也称为mes)的量，并测量了污泥在给定浓度下可以具有的下降速度。通过连续多次稀释或浓缩原污泥，根据kynch曲线确定极限质量流量。

33、“生物絮体的比例”表示为污泥的重量％，与尺寸有关，例如小于0.2mm的百分比。该值可通过在具有各种筛孔尺寸(例如，200μm/400μm/500μm/800μm/1mm/1.25mm)的筛网上筛选污泥样品来获得。然后测量所获得的滤液的mes(悬浮物)浓度，然后将其添加到原污泥的mes浓度中(以％计)。

34、“生物絮体的尺寸”对应于颗粒尺寸，特别是颗粒的最大尺寸。它可以使用基于显微镜照片的统计分析来确定。

35、有利地，本发明的方法不包括在定序间歇反应器中再循环轻质污泥的步骤。