CN101023034A

CN101023034A - 同时去除废水中的生物需氧量（bod）和磷酸盐的方法

Info

Publication number: CN101023034A
Application number: CNA2005800304383A
Authority: CN
Inventors: 韦伯·鲁尔德·阿布玛; 斯约德·休伯斯特·约瑟夫·韦林格; 罗纳德·穆德
Original assignee: PACQUES BV
Current assignee: Paques IP BV
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: CN101023034B; PL1786733T3; WO2006028372A1; BRPI0515105B1; BRPI0515105A; EP1786733A1; US20080073265A1; ZA200702001B; EP1786733B1; US7722768B2

Abstract

本发明涉及一种自含有铵、生物需氧量(BOD)、磷酸盐和镁的液体中同时去除BOD和磷酸盐的方法，所述方法包含：将所述液体馈入含有BOD氧化生物体的反应器中；确保所述反应器中的所述液体含有相对于磷酸盐而言化学计量过量的铵和镁，其中所述化学计量与鸟粪石的化学计量相关；氧化至少部分的BOD；将所述反应器中所述液体的pH值调节到所需值；在所述反应器中形成固体物质，所述固体物质包含鸟粪石；将至少部分所述包含鸟粪石的固体物质自反应器排出物中分离；将一部分所述固体物质返回到所述反应器中。本发明也涉及一种用于此方法的反应器。所述方法和装置的优势在于，可在一个反应器中将BOD和磷酸盐都自所述液体中去除。

Description

同时去除废水中的生物需氧量（BOD）和磷酸盐的方法

技术领域

本发明涉及一种自含有铵、生物需氧量(BOD)和磷酸盐的液体中同时去除BOD和磷酸盐的方法以及一种用于此方法的装置。

背景技术

在城市和工业用水中产生受磷酸盐污染的废水，可应用磷酸盐去除技术来处理废水。常规方法是基于活性污泥的固定或基于钙或铁盐的磷酸盐的沉淀。后一种方法产生相当大量富含水的污泥，这需要以持续增加的成本来处理。为使处理成本降到最低，通常在处理之前以机械方式使污泥脱水。通常甚至在脱水后，污泥的含水量仍为60％至85％，且处理成本的相当大部分来自于昂贵的水处理。由于废弃污泥的含水量高且质量低，因此使得磷酸盐的再利用成为不具经济吸引力的选择。

US 5126049描述一种处理原水的方法，其包含在存在细菌的情况下使水生物脱氮，从而产生具有降低的含氮量且含有细胞结合氮的细菌的水源。对具有降低含氮量的水源通气以释放铵离子形式(并非硝酸盐或亚硝酸盐离子)的所述细胞结合氮。在反应器中通过用镁离子和磷酸盐离子处理水源来使铵离子以鸟粪石的形式沉淀，从而产生大体上不含氮的水源。为达到生物反应的最佳条件，加入醇、糖或有机酸作为细菌的碳源。沉淀优选包括用镁离子和磷酸盐离子来处理水，从而使铵离子以鸟粪石(MgNH₄PO₄，MAP)的形式沉淀。此纯化方法需要至少四个反应器和容器：脱氮反应器、通气容器、用于形成鸟粪石的第二反应器和过滤或沉降容器(池)。

EP1496019(WO0308699)揭示一种自含有高浓度有机物质、磷和氮的废水(例如人类废水和化粪池污泥的消化上清液、污泥的消化清液和化工厂废水)中回收呈现磷酸二氢铵(MAP)晶体形式的磷酸镁铝的方法和装置。污泥的处理方法包含：在厌氧消化池中处理在有机废水的生物处理系统中所形成的混有污泥的液体，从而实现消化污泥，同时将镁源加入厌氧消化池中，使得MAP晶体微粒在厌氧消化池中形成并生长，将含有MAP晶体的混有污泥的液体自厌氧消化池中抽出，自所抽出的混有污泥的液体中分离并回收含有MAP晶体微粒的固体，并在分离和回收MAP晶体微粒后将部分混有污泥的液体返回到厌氧消化池中。

替代性方法可包含例如通过使用类似砂子和矿物(Crystalactor方法)的合适晶种材料或通过使用颗粒(“Phosnix”方法)使鸟粪石结晶。在此项技术的方法中，由于污泥产量低、能耗低且产生沼气，因此在厌氧生物反应器中使用Crystalactor来处理废水。在需氧生物处理设备中研磨排出物。在第二反应器中，通过将MgCl₂和NaOH溶液馈入厌氧阶段的一部分排出物中使鸟粪石结晶来去除磷酸盐。在“Phosnix”方法(即此项技术的另一种方法)中，将含有磷酸盐的废水馈入已定剂量加入镁、控制pH值且形成精细MAP晶体的反应容器中。在反应容器的底部，通过空气使MAP颗粒保持流体化，且精细MAP晶体粘附于所述颗粒表面上生长其尺寸。自反应容器底部周期性地排出已长大的MAP颗粒。

背景技术方法和装置的缺陷在于仅促进去除磷酸盐，而未去除BOD(生物需氧量)，或不得不在不同反应器中去除BOD和磷酸盐。另一缺陷在于可能需要另外的化学物质来控制pH值。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种部分或完全克服上文提及缺陷的方法。根据本发明，提供一种自含有铵、BOD、磷酸盐和镁的液体中同时去除BOD和磷酸盐的方法，所述方法包含：

a)将所述液体馈入含有BOD氧化生物体的反应器中；

b)确保所述反应器中的液体含有相对于磷酸盐而言化学计量过量的铵和镁，其中所述化学计量与鸟粪石的化学计量相关；

d)在所述反应器中需氧性地氧化至少部分的BOD；

e)将所述反应器中液体的pH值调节到7.5-11的值；

f)在所述反应器中形成固体物质，所述固体物质包含鸟粪石；

g)将至少部分所述包含鸟粪石的固体物质自反应器排出物中分离；

h)将一部分所述固体物质返回到所述反应器中；和

i)将所述生物体在所述反应器中保持生物体滞留时间，从而使铵在所述反应器中的硝化作用为25％或25％以下。

另一方面，本发明涉及一种同时去除液体中的BOD和磷酸盐的装置，所述装置包含：

a)反应器，所述反应器包含：

i)液体入口；

ii)含氧气体的入口和分配器；

iii)含二氧化碳气体的出口；

iv)反应器排出物的出口；

v)视情况一个或一个以上选自由以下部件组成的群组的部件：用于测量的部件和/或用于控制铵浓度、磷酸盐浓度、镁浓度、氧浓度、温度和pH值的部件；

b)用于使固体物质与反应器中的液体分离的分离器；

c)连接所述分离器与反应器用于使至少一部分所述固体物质返回到所述反应器中的回流管线。

与背景技术的方法或装置相比，本发明方法和装置的优势在于可在一个反应器中将BOD和磷酸盐都从液体中去除。所述方法的另一优势在于，通过自液体中汽提CO₂从而减少碱的使用。与例如EP1496919不同，本发明有利地提供在一个反应器中需氧氧化BOD与形成MAP的组合。

附图说明

图1示意性描述用于进行本发明方法的本发明装置的实施例。

图2a和2b示意性描述可能具有附加反应器的本发明装置和方法的实施例。

具体实施方式

例如，可在本发明的装置中采用本发明方法的液体可(例如)为城市废物流，如污水，或工厂废物流或工业排出液。所述废物流可包含如BOD，例如蛋白质、脂肪酸等等，即有机物质和/或可经生物氧化的还原性硫化合物，如硫化物。关于生物和化学需氧量，即所属领域技术人员已知的术语：化学需氧量(COD)为氧化废水中可氧化的化合物(如有机物质，也例如硫)所需的氧气量。生化需氧量(BOD)是指细菌(和原生动物)通过氧化水中的有机物(和其他可氧化的物质，如S(如果存在))所消耗的氧气量。因此，COD包含BOD且大于BOD。此项技术中已知测定BOD和COD的方法(例如，用来自Hach Lange的BODTrak，以测压法测定BOD)。液体(例如废物流)通常包含液态且作为BOD/COD载体的水。也可以通过将固态或液态BOD与(例如)水混合来获得液体或液体流。液体以液体流的形式馈入反应器中。举例来说，液体可包含约0.02至20克/升BOD，优选为0.1至5克/升BOD，但所述量也可以例如视废水种类而更大或更小。在反应器中未经生物氧化的BOD可(例如)在液体流中返回反应器中，或可经所属领域技术人员已知的其他技术处理从而进一步去除BOD。

液体的pH值、尤其反应器中液体的pH值可通过在需要时加入碱(腐蚀剂)来汽提CO₂而调节为约7.5至11。优选不加入碱，而通过去除(汽提)CO₂来调节和/或保持pH值。此汽提CO₂可通过在液体进入反应器之前和/或在反应器中时向液体通气来达成。为此目的，反应器可具有一个或一个以上空气和/或氧气的入口，例如通气器，且还具有一个或一个以上包含CO₂的气体的出口。优选通过因向反应器通气而汽提CO₂来实现所需pH值的至少部分增加，由此减少控制pH值所需的化学物质的量。然而，如果需要，则可通过加入碱性物质来进一步增加和控制pH值，所述碱性物质例如NaOH、MgO、Mg(OH)₂、Na₂CO₃等等。优选通过使用例如MgO或Mg(OH)₂或二者来调节pH值。反应器中液体的pH值优选介于约7.5与9.5之间，更优选介于约8与9之间。通过提供空气或氧气实现汽提CO₂后，也向细菌提供氧气。

在本发明的一个实施例中，使用一种选择生物体滞留时间以使得至少部分氧化BOD的方法。优选大体上氧化(在一实施例中至少90wt％，优选至少95wt％)BOD。此外，优选为选择生物体的滞留时间从而减少用于氧化铵的物质的生长。以此方式，铵大体上未经氧化。污泥在反应器中的滞留时间(即，生物体滞留时间)优选保持少于铵氧化细菌(硝化细菌，如欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas Europaea)、红假亚硝化单胞菌(Nitrosomonas Oligotropha)、蔷薇科亚硝化单胞菌(NitrosomonasCommunis)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter Agilis))的倍增时间，例如在约35℃的温度下污泥滞留时间(SRT)为约18小时，或例如在约20℃下SRT为约35小时。关于硝化细菌及其生长速率的实例，参看例如J.H.Hunik，J.Tramper，R.G Wijffels，Bioprocess Engineering 11(1994)73-82，所述文献是以引用的方式并入本文中。优选地，SRT在约35℃下为约4至25小时，且在约20℃下为约4至40小时。一般说来，SRT为约4至25小时，优选为约8至22小时。在一实施例中，也可向液体中加入硝化抑制剂(例如，双氰胺或吡唑磷酸二甲酯)。例如，如本发明所使用，铵氧化细菌在含有BOD、生物体、铵和磷酸盐的排出物(例如消化器的排出物)中的倍增时间在约20℃下为约20小时(此时间将视所存在的铵氧化细菌的类型而定且可视作平均值)。其中，此倍增时间视温度而定。当选择小于此倍增时间的污泥滞留时间(甚至仅短数分钟)时，获得本发明的优选条件，即BOD至少部分经氧化，而铵大体上未经氧化，因此可使用铵形成鸟粪石。在本发明的一个实施例中，污泥滞留时间(生物体滞留时间)为铵氧化细菌在反应器中(在本发明的方法中)的倍增时间的约10％至99％，更优选为铵氧化细菌在反应器中的倍增时间的约40％至85％。可通过所属领域技术人员已知的方法来评估铵氧化细菌的倍增时间。

在另一优选实施例中，将反应器中的污泥滞留时间(即，生物体滞留时间)保持在少于铵氧化细菌(硝化细菌，如欧洲亚硝化单胞菌、红假亚硝化单胞菌、蔷薇科亚硝化单胞菌)的生长速率的倒数(定义为l/h)。在本发明的一个实施例中，污泥滞留时间(生物体滞留时间)为铵氧化细菌在反应器中(在本发明的方法中)的生长速率倒数的约10％至99％，更优选为铵氧化细菌在反应器中的生长速率倒数的约40％至85％。例如，许多硝化细菌的生长速率(最大比生长速率)是在J.H.Hunik，J.Tramper，R.G.Wijffels，Bioprocess Engineering 11(1994)73-82中进行评估，所述文献是以引用的方式并入本文中(例如欧洲亚硝化单胞菌的生长速率倒数在7℃下为146小时)。可由质量平衡(参看下文)或例如通过分批测试来评估铵氧化细菌的生长速率和倍增时间，其中将生物体自反应器中去除且接着进行通气。可由形成硝酸盐和亚硝酸盐的速率来确定生长速率。

如上文所提及，优选为选择生物体滞留时间，从而减少用于氧化铵的物质的生长。以此方式，铵大体上未经氧化。因此，在一优选实施例中，选择生物体滞留时间(SRT)，从而使反应器中(其中BOD至少部分经需氧细菌氧化)的硝化作用为25％(mol％)或25％以下(即≤25％)，优选为5％或5％以下。这意味着馈入此反应器中的25％或25％以下、优选5％或5％以下的铵在反应器中经转化成硝酸盐和亚硝酸盐。以此方式，铵大体上未经氧化且硝化细菌也未积累。为调节生物体滞留时间(或硝化程度)，一种优选方式是监测铵、硝酸盐和亚硝酸盐的质量平衡。

这可由此项技术中已知的方式(例如，来自Hach Lange的Cuvette测试)来进行。大于25％、优选大于10％且更优选大于5％的转化率将缩短污泥滞留时间，从而减少用于氧化铵的物质的生长，并使硝化作用保持在25％以下(或更低)。因此，根据本发明的一个实施例，提供一种方法，其包含将生物体在反应器中保持生物体滞留时间，从而使铵在反应器中的硝化作用为25％或25％以下。“简单地”使用质量平衡，即监测硝酸盐和/或亚硝酸盐的形成的优势在于，对于25％或25％以下、优选10％或10％以下且更优选5％或5％以下的硝化作用的要求适用于所应用的所有温度，而硝化细菌的倍增时间或生长速率的值视所应用的温度而定(参看例如J.H.Hunik，J.Tramper，R.G.Wijffels，BioprocessEngineering11(1994)73-82中的图3a、b)。在一个实施例中，至少监测亚硝酸盐，且在另一实施例中，监测亚硝酸盐和硝酸盐两者的形成。

氧浓度优选介于约0.1mg/l与10mg/l之间，更优选为约0.1mg/l至4mg/l O₂。由于BOD氧化生物体也可以包含铵氧化剂(例如，亚硝化单胞菌等等)，因此可选择低于约2mg/l O₂、更优选低于约1mg/l O₂(其也视温度而定)的氧浓度，以便抑制硝化细菌的生长。可通过改变反应器的气源或通过使空气在反应器内循环降低空气中的含氧量来控制氧浓度。为此，本发明的装置可另外包含使至少部分气体作为含氧气体进料经反应器中的液体循环回到反应器中的单元。当选择低O₂浓度时，污泥滞留时间可能增加。

对于需氧氧化反应器中的至少部分BOD而言，液体可含有BOD氧化生物体，或可例如在本发明的方法过程中或在开始所述方法之前将BOD氧化生物体加入反应器中。生物体可为常见的需氧生物体，例如由污泥(例如，如所属领域技术人员已知的废水处理工厂、城市废水处理工厂等等所产生的固体和水的固结混合物)所获得的细菌、真菌和原生动物等等。反应器中BOD氧化生物体的量优选为约0.1至5千克/立方米。例如，在步骤a)的液体中，BOD与铵的重量比率可介于约0.01与100之间，更优选介于约0.1与10(BOD重量/铵重量)之间。

待处理的液体另外包含磷酸根(PO₄ ^3-)和铵。例如，含有BOD、磷酸盐和铵的特征性废物流为消化器(消化器设备)和厌氧废水处理设备的排出物。如果液体中不存在铵和/或磷酸盐中的一者或两者，或其量不足，那么也可以向液体中加入铵和/或磷酸盐。在液体中不存在镁(Mg)或液体中Mg不足的情况下，也可以加入Mg。Mg源可包含MgO、MgCl₂和/或Mg(OH)₂等等中的至少一种。因此，在本发明的上下文中，“馈入含有铵、BOD、磷酸盐和镁的液体”表示将此液体提供到反应器中，且其包含例如将含有BOD、铵和磷酸盐的液体馈入反应器中且在液体进入反应器之前和/或在反应器中时将镁加入液体中的情形，即，将每一种个别组份都加入反应器中，从而获得含有生物体、BOD、磷酸盐、铵和镁的液体，但一种或一种以上的所述组份可作为单独馈料加入反应器中；引入反应器中的液体中无需含有所有组份。

当进行本发明的方法时，需确保液体含有相对于磷酸盐而言化学计量过量的铵和镁，其中所述化学计量与鸟粪石(MgNH₄PO₄(其也可含有结晶水：通常为MgNH₄PO₄·6H₂O))的化学计量相关。这可能需要测量各种物质(NH4⁺、PO₄ ^3-及Mg)各自的浓度，且当需要时，可加入铵和/或镁以便得到所需的过量(关于鸟粪石化学计量过量)。在本文上下文中，短语“相对于磷酸盐而言化学计量过量的铵和镁，其中所述化学计量与鸟粪石的化学计量相关”意味着视磷酸盐的浓度或(如果可应用)磷酸盐和铵的浓度、视温度和pH值以及视排出物中所需(或需要)磷酸盐的浓度而定来选择加入液体(进入反应器之前或在反应器中)中的镁量(可用于形成鸟粪石的镁量)或铵量(可用于形成鸟粪石的铵量)和(如果可应用)镁和铵量，从而促进鸟粪石的形成，并在排出物中获得所需的磷酸盐浓度(低于反应器流入物的浓度)。镁或铵都过量，但优选为镁和铵都相对于磷酸盐关于鸟粪石中所述三种物质的化学计量过量。短语“相对于磷酸盐化学计量过量的铵和镁，其中化学计量与鸟粪石的化学计量相关”与本发明反应器中流入物的铵浓度相关。由于鸟粪石的形成和某种程度的硝化作用，反应器中的铵浓度降低。

过量的镁优选为磷酸盐量的约1.1至10倍(Mg/PO₄ ^3-的摩尔比率为1.1至10)，更优选为1.5至5倍。另外，过量的铵优选为磷酸盐量的约1.1至100倍(摩尔比率)，更优选为5至50倍。为此目的，反应器和/或连接到反应器和来自反应器的管道或管线可包含用于测量NH₄ ⁺、PO₄ ^3-和/或Mg浓度以及用于测量pH值、温度和/或氧浓度的部件。所述部件为所属领域的技术人员所已知。为确保液体(反应器中或流入物中)含有必需相对量的NH₄ ^3-、PO₄ ^3-和Mg，且视需要也含有适于进行本发明方法的量的生物体和BOD，本发明也可包含例如通过取样偶然性或定期性地评估浓度。

在本发明的一个实施例中，例如消化器废物流的液体为含有铵、BOD和磷酸盐的水流，其中通常存在相对于磷酸盐(关于鸟粪石的化学计量)而言过量的铵。此液体也可以含有镁。根据本发明，进行本方法从而通过加入镁来确保反应器中的液体含有相对于鸟粪石的化学计量过量的镁(即，相对于磷酸盐而言摩尔过量的镁)。因此，确保反应器中所存在的镁量是以相对于磷酸盐而言摩尔过量的量存在，其将以鸟粪石的形式被去除。

通过向液体通气，去除CO₂并增加pH值。如上文所提及，优选增加pH值并使其保持在约7.5与11之间，更优选在约8与9之间。由于此pH值升高或由于反应器中液体的pH值，使得在反应器中形成固体物质。此固体物质包含由NH₄ ⁺、PO₄ ^3-和Mg形成的鸟粪石。然而，合适的pH值也视温度而定。约7.5与11之间、更优选介于8与9之间的值与在室温下(例如在约20℃下)进行的方法有关。当使用例如约35℃的较高温度时，可选择较高的pH值，例如约8.5至10，从而使得(有效)形成鸟粪石，并在排出物中获得所需的磷酸盐浓度(即，例如由于环境调节所允许的最大磷酸盐浓度，或其他所需浓度)。

与此项技术中已知的方法相比，通过本发明的方法和装置，可在一个反应器中将BOD与磷酸盐(和铵)都自(例如)废水流中去除。所述方法优选利用废水流中所存在的磷酸盐和铵，并且通过选择污泥滞留时间而使得铵大体上未经氧化，可在一个反应器中(至少部分地)去除BOD和磷酸盐(和铵)。以此方式，提供一种同时去除废液流中所存在的至少部分BOD和磷酸盐以及至少部分铵的方法。

反应器中由此形成的一部分鸟粪石和反应器中所存在的一部分生物体与排出物流一起离开反应器。因此，所述方法包含下述步骤：自反应器排出物分离出至少部分的固体物质(包含鸟粪石)，随后将一部分固体物质返回到反应器中。此可为连续过程。使至少一部分包含生物体和鸟粪石的固体物质返回反应器中，但本发明的方法优选另外包含一种方法，其中使液体排出物中的鸟粪石与生物体分离，且大体上仅将鸟粪石返回到反应器中。例如，此可通过用三通道固体-固体-液体分离器进行分离的方法和装置来完成。本发明的优选实施例包含用水力旋流器或层状分离器进行此分离且使生物体(固体)与鸟粪石(固体)彼此分离并使其与液体排出物分离的方法和装置。水力旋流器和层状分离器是书已知的现有技术，且其分别例如示意性地描述于US2003/0127379(层状分离器)、US6706521(水力旋流器)和US5788842(水力旋流器)中，所述专利是以引用的方式并入本文中。使用水力旋流器或层状分离器的优势在于可有效分离沉降速率大于约0.5m/h(例如絮凝状污泥)、尤其大于约5m/h且甚至更尤其大于约10m/h的固体物质。另一优势在于可使生物体与鸟粪石大体分离。也可以使用除所述分离器以外的其他部件，如过滤器、澄清器和回流系统。因此，可通过一种或一种以上选自由以下部件组成的群组的部件来控制生物体滞留时间(SRT)：层状分离器、过滤器、澄清器、水力旋流器和回流系统。通过控制流经层状分离器、过滤器、澄清器、水力旋流器和/或回流系统的液体(和污泥)的回流来控制生物体滞留时间。举例说来，可将反应器排出物中所存在的50至90wt％生物体返回反应器中。例如，此量将视液体流经反应器的流速、生物体滞留时间(污泥滞留时间)、液体中的氧浓度等因素而定。因此，在本发明装置的一个实施例中，用于分离反应器中的固体物质和液体的分离器包含反应器下游用于分离固体物质与反应器排出物的分离器。

在一个优选实施例中，液体(含有BOD)和污泥在反应器中混合良好。混合可通过此项技术中已知的部件(例如搅拌器等等)来进行，但优选为通过向反应器中引入气体(优选为含氧气体)来进行混合。引入反应器中的液体中的能量优选介于约10与500W/m³之间，更优选介于约20与400W/m³，甚至更优选介于约50与250W/m³之间。为此，在一个优选实施例中，在反应器中布置通气部件(如喷雾器或膜式分配器)或其他用于引入气体的部件，并使其连接至吹风机、泵或所属领域技术人员已知的其他部件，所述部件经设计以将能量介于约10与500W/m³之间、更优选介于约20与400W/m³之间、甚至更优选介于约50与250W/m³之间的气体引入反应器中的液体中。在一个替代性实施例中，在反应器中布置由一个或一个以上发动机驱动的搅拌机或搅拌器等等；在反应器中布置由一个或一个以上发动机和/或一个或一个以上吹风机、泵或所属领域技术人员已知的经设计用以推进气体的其他部件驱动的喷射式搅拌器(jet stirrer)或旋转式气体注射器(rotary gas injector)。因此，在本发明方法和装置的一个优选实施例中，在反应器中布置经设计用以引入介于约10与500W/m³之间、更优选介于约20与400W/m³之间、甚至更优选介于约50与250W/m³之间的混合能的部件。所述部件可选自由下述部件组成的群组中的一个或一个以上：搅拌机、搅拌器、喷雾器和膜式分配器以及所属领域技术人员已知的其他部件。此外，在一个实施例中，可在反应器中布置一个或一个以上的上升管(riser tube)、下降管(down comer tube)和挡板以促进混合。

在另一实施例中，反应器中存在三通道固体-固体分离器。在此实施例中，反应器排出物应理解为反应器区段的排出物，其中BOD至少部分经氧化且形成鸟粪石(即，本发明方法的步骤a-f)，鸟粪石被馈入包含分离器的反应器区段中。

如上文所提及，在分离器中与液体分离后，部分固体物质、但优选大体上仅为鸟粪石被返回到反应器中。以此方式，促进反应器中鸟粪石晶体的晶体生长，且可获得较大的晶体。当结晶开始时，可加入鸟粪石晶体或其他晶种材料。例如，在加工过程中，可使反应器中鸟粪石的量保持在一定程度以上，例如大于约1kg/m³(反应器中的液体体积)，优选至少约10kg/m³，例如约10至50kg/m³。在操作过程中，也可获得部分鸟粪石作为产物，而并不将其返回到反应器中。例如，此产物可用作肥料，和/或可经进一步加工(例如)从而获得所需粒度。在典型实例中，鸟粪石在反应器中将具有约10至35天、优选介于约20至30天之间(例如约25天)的平均停留时间。

本发明的方法和装置可由在本发明的方法之前、同时和/或之后进行的其他方法和装置或反应器进一步有利地延伸。举例而言，所述装置可包含反应器a)上游(其中BOD经需氧处理且形成鸟粪石)用于厌氧处理BOD的厌氧反应器，即，所述方法可另外包含在步骤a)之前厌氧处理BOD的步骤。例如，此可通过UASB(上流式厌氧污泥床(upflowanaerobic sludge blanket))反应器或IC(内循环)反应器来完成。在此步骤(或反应器)中，可形成可例如用作气体发动机或泵等等(例如本发明装置本身的那些部件)的燃料的沼气。

此外，本发明的方法和装置也可以分别包含用于下述的步骤和反应器，其中将来自反应器或来自反应器排出物的铵和/或来自反应器的包含氨的排出气体(空气或氧气，和CO₂)馈入通过硝化作用和/或脱氮作用去除至少部分铵的另一反应器中。此可(例如)通过利用例如WO9807664和EP0327184中所述的厌氧氨氧化菌(Anammox bacteria)的方法来完成，所述专利是以引用的方式并入本文中。至此，本发明的装置可包含分离器b)下游和/或反应器a)下游的需氧反应器(其中BOD经需氧处理且形成鸟粪石)。在本发明方法的一个实施例中，在f)使用硝化细菌后自排出物去除铵。当通过形成鸟粪石的反应(本发明方法的步骤f)未去除所有铵时，可应用此步骤。在本发明方法的特定实施例中，在f)使用硝化细菌和/或脱氮细菌(例如使用厌氧氨氧化菌)后自排出物去除铵。

根据本发明的另一方面，提供一种自含有铵、BOD、磷酸盐和镁的液体同时去除BOD和磷酸盐的方法，所述方法包含：通过BOD氧化生物体氧化反应器中的至少部分BOD；提供反应器中液体的pH值和反应器中液体的Mg含量从而使得能够形成鸟粪石；使至少部分由此形成的鸟粪石与反应器中的液体分离，或与来自反应器的排出物分离，或与反应器中的液体和来自反应器的排出物两者都分离；和优选使一部分固体物质返回到反应器中。

根据本发明的又一方面，提供一种自含有铵和BOD且视情况含有一种或一种以上选自由磷酸盐和镁组成的群组的物质的液体中去除BOD的方法，所述方法包含：通过BOD氧化生物体氧化反应器中的至少部分BOD，并保持反应器中少于硝化细菌倍增时间或另外使铵的硝化作用≤25％的污泥滞留时间。举例说来，在20℃的温度下，16小时的SRT可适用。在此实施例的变化形式中，提供一种自含有铵和BOD且视情况含有一种或一种以上选自由磷酸盐和镁组成的群组的物质的液体中去除BOD的方法，所述方法包含：将液体馈入含有BOD氧化生物体的反应器中；氧化反应器中的至少部分BOD；且保持反应器中少于硝化细菌倍增时间的污泥滞留时间，或另外保持铵在反应器中的硝化作用≤25％的污泥滞留时间。

进一步在以下实施例中说明本发明的方法和装置。

实施例1

图1示意性地描述用于进行本发明方法的本发明装置的一个实施例。然而，也可能存在其他配置。此装置也在图2a中(此图2a也示意性地描述本发明方法的一个实施例)示意性地描述。

液体流入物1是通过用于含有BOD、铵、镁、磷酸盐和生物体的液体入口被馈入反应器3中。或者，由于液流中不包含一种或一种以上的BOD、铵、镁、磷酸盐和生物体或液流中不包含所需量的所述物质，因此一种或一种以上的所述物质可单独地馈入反应器中(图1中未图示)。举例来说，可将生物体加入液体1中，但生物体也可以存在于反应器3中和/或在所述过程中加入反应器3中。液体流入物通常包含BOD、铵和磷酸盐。额外的磷酸盐或铵可在进入反应器3之前加入液体1中或直接加入反应器3中。其可以固体物质的形式或以溶解或分散于例如水中的形式加入。镁也可以在进入反应器3之前加入液体1中或直接加入反应器3中。可以此方式来控制形成鸟粪石所需的化学计量。因此，短语“将液体馈入反应器中”不是必须意味着液体1在馈入反应器3之前包含所有必需的化合物，而是意味着反应器3中的液体包含所有必需的化合物，即BOD、铵、镁、磷酸盐和生物体。

参考标号4示意性地描述用于将气体分散于液体中的空气或O₂入口(含氧气体的入口和分配器)，例如喷雾器、膜式分配器等等，所述气体通过管线2馈入反应器3中。

反应器3可为任何常规类型，例如流体化床反应器、气体提升式反应器(gas lift reactor)等等。如所属领域技术人员所已知，生物体可存在于颗粒上、生物膜或其他载体上。生物体也可以所属领域技术人员所已知的游离细胞或集合体的形式存在。例如，生物体可由污水厂获得。

如所属领域技术人员所已知，为了在反应器3中获得生物体，可用来自例如污水厂的污泥培育反应器3中的液体。随后，生物体开始生长，并可获得反应器3中生物体生长与排出之间的平衡。

图1的反应器3可包含区段5，其中部分排出物可视情况通过管线6离开反应器1，例如通过管线6馈入例如反应器25(如图2b中示意性展示)中，其中例如在通过使用硝化/脱氮细菌后自排出物去除铵。此可例如为使用厌氧氨氧化菌(如在厌氧氨氧化过程中)的一个(或多个)反应器，而反应器25也可以包含进行厌氧氨氧化过程和限氧亚硝化过程(Sharon process)或进行生物膜内自养脱氮过程(Canon process)的一个(或多个)反应器。反应器3中的部分或所有气体都可以通过用于含二氧化碳气体的出口通过管线7离开反应器3。例如，此气体可为另外含有氨的空气(用于自液体气提CO₂)。在一个实施例中，含有CO₂和氨的气体可离开反应器3，且可另外通过管线7也部分或完全地馈入反应器25中。反应器25为可选的。

来自反应器3的部分液体排出物或所有排出物(例如，当无排出物通过管线7离开而进入例如反应器25中时)可通过反应器8的出口以液体排出物的形式离开，所述液体排出物通过管线馈入分离器9中。此分离器9可为三通道固体-固体-液体分离器9，以便在进行本发明的方法时使得生物体可与反应器3中所形成的鸟粪石分离。当分离时，可通过管线10将鸟粪石自分离器9部分或完全地去除，从而提供鸟粪石产物11(必需或需要时，可进一步对其进行处理，例如干燥等等)。然而，优选通过管线12(连接分离器和反应器的用于将至少部分固体物质返回到反应器中的回流管线)将部分鸟粪石返回到反应器3中。部分生物体可自反应器3中去除且通过分离器9而与液体排出物分离且通过管线13自分离器9中去除。反应器3中的生物体或污泥滞留时间优选少于约1天，但至少比也存在于生物体中的硝化细菌的倍增时间短。一般来说，硝化细菌的倍增时间(铵的硝化作用)等于ln(2)/细菌的生长速率。

如图1或图2a和2b中所示意性描述的本发明装置可视情况包含用于测量的部件和/或用于控制铵浓度、磷酸盐浓度、镁浓度、生物体、BOD和/或BOD浓度或量、pH值、温度、压力等等的部件。

实施例2

图2a示意性地描述本发明的装置和方法(如实施例1中所述)，且图2b示意性地描述可能具有其他反应器或处理步骤的实施例，其在下文中进一步描述。

举例而言，实施例1的装置可另外包含反应器21，其中液流20(含有可经厌氧和需氧处理的BOD)在反应器21中经厌氧处理，从而提供液流1(含有比在反应器21中处理前少的BOD)和沼气或甲烷22。液流20可与实施例1的液流1相同。液流20现如同液流1一样进一步进入反应器3中(进一步参看实施例1)。来自反应器3的部分液体排出物可通过管线6馈入反应器25中(例如生物膜内自养脱氮(Canon)，参看上文)。此外，来自反应器3的部分含氨气体可通过管线7馈入反应器25中。此处，对铵进行处理从而形成N₂。也可以使来自反应器3的CO₂脱气。

实施例3

此实施例描述消化器设备与本发明反应器的组合。用于消化生物物质的消化器设备产生含有BOD、铵和磷酸盐的废水流。将废水流馈入本发明的反应器中，并例如以连续过程应用本发明的方法。至少部分去除BOD、铵和磷酸盐。也可以在随后与厌氧氨氧化菌(例如厌氧氨氧化、生物膜内自养脱氮)的反应中去除部分剩余铵(在本发明的方法后)。

实施例4

在此实施例中，以消化器、根据本发明用于去除磷酸盐和BOD的反应器和包含厌氧氨氧化转化和再循环的氮去除反应器的组合来处理含有约200g/l COD(其中190g/l为生物可降解的COD)、2g/l P和18g/lN的有机废物。

将消化器中的流入物稀释约7倍，产生约30g/l COD量的COD。通过厌氧氨氧化反应器(例如图2b中的反应器25)中排出物的排出物再循环来完成对流入物的稀释。消化器的排出物含有约3g/l COD(有机废物已被消化成(例如)沼气)、0.3g/l P和2.5g/l N。温度为约30℃且pH值为约7.5。在本发明的反应器中，pH值增加到约8.3。本发明反应器中含有废物的水中具有约0.4g/l的Mg含量，其足以通过形成鸟粪石来去除90％以上的P，在这种情况下也无需加入Mg(反应器3含有0.4g/l Mg、2.5g/l NH₄和0.3g/l P，即Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-＝1.7∶18∶1)。在反应器中形成鸟粪石(Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-＝1∶1∶1)且大体上去除BOD(至少95wt％)。反应器具有约5g/l的生物体含量和100g/l的鸟粪石含量。在30℃的温度下，约16小时的SRT适用。根据所属领域技术人员已知的方法测量BOD和COD含量。不同方法可提供不同的绝对结果，但数量级通常是相同的。

实施例5

参考图1，本发明装置的反应器3可另外包含由以下部件组成的群组的一个或一个以上部件：搅拌机、搅拌器、喷雾器和通气部件以及所属领域技术人员已知的用于混合反应器3中的液体的其他部件。图1展示用于将气体分散于液体中的空气或O₂入口4(含氧气体的入口和分配器)的实施例，例如喷雾器、膜式分配器等等，所述气体通过管线2馈入反应器3中。此外，优选存在可选择的下降管或上升管。图1的示意图描述一个下降管20(参考数字20实际上指示此管20的圆周壁)。当然，可存在一个以上的所述管。由于通过例如喷雾器4引入气体(例如空气)，如参考标号21所指示，富含气体的液体上升，而液体向下流到下降管20中。当另外在管20开放的情况下引入气体时，此管将指示为上升管。在另一优选变化形式中，反应器3包含经布置以使反应器3包含上升管和下降管的管20和部件40。管20经布置从而使得在操作条件下，液体表面高于管20的顶部开口。反应器3优选包含多个上升管和/或下降管。反应器3中上升/下降面积的比率优选介于约1∶10与10∶1之间，更优选介于约1∶5与5∶1之间，甚至更优选介于约2∶1与1∶2之间，例如为1∶1。

在一优选变化形式中，反应器具有约2至100m³的体积，且下降管和/或上升管的长度在操作条件下为反应器中液体管柱高度的30％至80％。在变化形式中，反应器的内部高度为约2至10m，且在操作过程中，液体管柱为此高度的约80％至100％。

实施例6

在反应器中可布置经设计用以引入介于约10与500W/m³之间、更优选介于约20与400W/m³之间、甚至更优选介于约50与250W/m³之间的混合能的部件。通过引入此能量，液体与生物体得以良好混合，并获得鸟粪石在液体中的良好分散液。所述部件可选自一个或一个以上由以下部件组成的群组：搅拌机、搅拌器、喷雾器和膜式分配器以及所属领域技术人员已知的其他通气部件。参考图1和例如实施例5，所述部件可例如为通过泵或吹风机19将气体(优选为空气)自管线2引入反应器3中的喷雾器4。吹风机或泵19和部件4经设计和布置，从而用以引入上文所提及的混合能。

实施例7

参考图1，可将部件15a和部件15b和/或15c分别布置在流入物管线1、反应器3和排出物管线8中。所述部件可包含液体取样器，例如用于取样液体的分接头，例如用以评估一种或一种以上选自由铵、硝酸盐和亚硝酸盐浓度组成的群组的线上或离线浓度；或可包含用于评估一种或一种以上选自由铵、硝酸盐和亚硝酸盐浓度组成的群组的线上浓度的器件。以此方式，可评估和控制质量平衡，从而使得操作者或软件能够操纵所述方法，以使得保持生物体滞留时间以使铵在反应器中的硝化作用为25％或25％以下，或保持少于硝化细菌倍增时间的生物体滞留时间，或保持为铵氧化细菌在反应器中的倍增时间的约10％至99％的污泥滞留时间(生物体滞留时间)，此视所需的条件而定。

实施例8

假定来自反应器3的排出物8具有约50g/l的鸟粪石和约2g/l的生物体，那么大体上所有的鸟粪石都可以通过例如管线12返回到反应器3中，且约50％至90％的2g/l生物体可返回到反应器3中。鸟粪石在反应器3中的平均停留时间可为约25天，且生物体的平均停留时间可为约0.5天到1天。

上文所述且如图式中示意性描述的实施例并非按实际比例绘制。此外，仅描述和说明与本发明相关的那些部分装置。所属领域技术人员将了解，可能存在附加管线、管道、分接头、附加反应器、用于测量和/或控制物质浓度的部件以及用于测量和/或控制所述装置、泵、入口、出口中一处或一处以上的温度、压力、气体流量和液体流量以及pH值的部件、用于储存如镁化合物等等物质的部件。本发明的保护范围不限于所给出的实施例。本发明在于每一个新颖特征和特征的每一种组合。权利要求书中的参考数字并不限制其保护范围。使用动词“包含”和其变化形式并不排除存在除权利要求书中所指定的那些部件以外的部件。在部件前使用不定冠词“一”并不排除存在多个所述部件。

Claims

1.一种用于自含有铵、生物需氧量(BOD)、磷酸盐和镁的液体中同时去除BOD和磷酸盐的方法，所述方法包含：

a)将所述液体馈入含有BOD氧化生物体的反应器中；

b)确保所述反应器中的所述液体含有相对于磷酸盐而言化学计量过量的铵和镁，其中所述化学计量与鸟粪石的化学计量相关；

d)在所述反应器中需氧氧化至少部分的所述BOD；

e)将所述反应器中所述液体的pH值调节到7.5至11的值；

g)将至少部分的所述固体物质自所述反应器排出物中分离；

h)使一部分所述固体物质返回到所述反应器中；和

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含保持少于硝化细菌的倍增时间的生物体滞留时间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其包含通过去除CO₂来调节所述反应器中所述液体的pH值。

4.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中将所述pH值调节到8与9之间。

5.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中选择4至40小时之间的生物体滞留时间(SRT)。

6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中通过选自由层状分离器(lamella separator)、过滤器、澄清器、水力旋流器和回流系统组成的群组中的一个或一个以上部件来控制所述生物体滞留时间。

7.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中自所述液体排出物中的生物体分离鸟粪石。

8.根据权利要求7所述的方法，其中通过三通道固体-固体-液体分离器来进行所述分离。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中通过水力旋流器或层状分离器来分离所述分离。

10.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中所述反应器中所述液体中的所述鸟粪石含量保持在至少5kg/m³。

11.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中在步骤f)中使用硝化和/或脱氮细菌后自所述排出物去除铵。

12.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的方法，其中在步骤a)之前厌氧处理所述BOD。

13.一种用于同时去除液体中的BOD和磷酸盐的装置，所述装置包含：

a)反应器，所述反应器包含：

i)所述液体的入口；

ii)含氧气体的入口和分配器；

iii)含二氧化碳气体的出口；

iv)反应器排出物的出口；

b)用于使固体物质与所述反应器中的所述液体分离的分离器；

c)连接所述分离器与所述反应器用于使至少一部分所述同体物质返回到所述反应器中的回流管线。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述分离器为三通道固体-固体-液体分离器。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其另外包含所述反应器a)的下游用于氧化氨的需氧反应器。

16.根据权利要求13至15中任意一项权利要求所述的装置，其另外包含反应器a)的上游用于厌氧处理BOD的厌氧反应器。

17.根据权利要求13至16中任意一项权利要求所述的装置，其中所述反应器另外包含：

vi)一个或一个以上选自由以下部件组成的群组的部件：搅拌机、搅拌器、喷雾器和膜式分配器，其中所述部件经设计以将介于10与500W/m³之间的混合能引入所述反应器中的所述液体中。