CN101376540A - 活性污泥装置以及处理方法 - Google Patents

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CN101376540A CNA2008102101586A CN200810210158A CN101376540A CN 101376540 A CN101376540 A CN 101376540A CN A2008102101586 A CNA2008102101586 A CN A2008102101586A CN 200810210158 A CN200810210158 A CN 200810210158A CN 101376540 A CN101376540 A CN 101376540A
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Abstract

本发明提供一种活性污泥装置以及处理方法，其在即使固定载体的填充量较少的情况下，也能够以较高的BOD负荷进行处理，即使在较高的BOD容积负荷下进行运转也可使污泥产生率较低，进而可防止处理水水质的变差。处理含有有机物的水的活性污泥装置，该活性污泥装置具有沿自上游到下游的方向串联配置的曝气槽、生物处理槽和沉淀槽，上述生物处理槽具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板，进而具有将上述沉淀槽的污泥返送到上述生物处理槽的返送部件。

Description

活性污泥装置以及处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理含有有机物的水的活性污泥装置，以及使用活性污泥装置来处理含有有机物的水的方法。
背景技术
在生物处理槽中具有固定载体的活性污泥装置常被用于含有有机物的水的处理。由于活性污泥浮游物质浓度(MLSS浓度)可相比以往的活性污泥法的2000～5000mg/L提高到5000～10000mg/L，因此可提高处理槽的单位容积的BOD处理能力。而且，也具有产生残余污泥较少的优点。在专利文献1、专利文献2中公开了各种材质、形状的固定载体，并公开了将生物处理槽从一个分为数个的活性污泥装置。通常将固定载体填充于生物处理槽的大部分中，但生物处理槽中使用的固定载体价格高。为降低成本减少固定载体的数量时，存在使单位容积的BOD处理能力下降，并增加残余污泥的问题。
专利文献1：日本特开平09-252770号公报
专利文献2：日本特开平10-99892号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的课题是提供一种活性污泥装置以及处理方法，其在即使固定载体的填充量较少的情况下，也可提高单位容积的B OD处理能力，进而可防止残余污泥的增多。
本发明在对上述课题进行深入研究后获得了如下见知，在用于处理含有有机物的水的活性污泥装置中设置以下的结构，该活性污泥装置具有串联配置于含有有机物的水的流动方向即自上游到下游的方向上的曝气槽、生物处理槽和沉淀槽，上述生物处理槽具有固定载体、散气部件和将固定载体和散气部件分隔开的隔板，进而具有用于将上述沉淀槽的污泥返送到上述生物处理槽的返送部件，可解决上述课题，最终完成本发明。
即，本发明如下所述：
1.一种用于处理含有有机物的水的活性污泥装置，该活性污泥装置具有串联配置于含有有机物的水的流动方向即自上游到下游的方向上的曝气槽、生物处理槽和沉淀槽，上述生物处理槽具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板，进而具有用于将上述沉淀槽的污泥返送到上述生物处理槽的返送部件。
2.根据技术方案1所述的活性污泥装置，将上述生物处理槽分为2级以上。
3.根据技术方案1或2所述的活性污泥装置，上述固定载体构成为由芯材和局部固定于该芯材上的纤维状物构成，并且使该纤维状物丛生于芯材周围。
4.根据技术方案1～3当中任一项所述的活性污泥装置，上述固定载体形成为螺旋形状。
5.根据技术方案3或4所述的活性污泥装置，上述纤维状物为聚偏氯乙烯。
6.一种含有有机物的水的处理方法，其包含：对上述含有有机物的水进行曝气处理的工序；在具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板的生物处理槽中，使来自散气部件的气泡分散开而不接触到固定载体的生物处理的工序；在沉淀槽中将污泥分离的工序；以及将分离后的上述污泥返送到上述生物处理槽的工序。
本发明的活性污泥装置以及处理方法具有如下效果：即使固定载体的填充量较少，单位容积的BOD处理能力也高，进而可防止残余污泥增多。
附图说明
图1是实施例1中所使用的本发明的活性污泥装置的说明图。
图2是实施例2中所使用的本发明的活性污泥装置的说明图。
图3是比较例1中所使用的活性污泥装置的说明图。
具体实施方式
以下的实施方式是用于说明本发明的例示，其要旨并非只将本发明限定于该实施方式。本发明只要不脱离其要旨就可采用各种方式来实施。
以下，对本发明的活性污泥装置以及处理方法的实施方式进行详细说明。
本发明涉及一种用于处理含有有机物的水的活性污泥装置以及处理方法。本发明中的活性污泥装置是，由活性污泥中存在的微生物等对水中含有的有机物等进行生物分解，利用沉淀槽对活性污泥进行固液分离，而获得澄清的处理水的装置。
图1表示本发明的处理含有有机物的水的活性污泥装置的优选的一实施方式的概略图。如图1所示，所述活性污泥装置具有串联配置于含有有机物的水流动的自上游到下游的方向上的曝气槽1、生物处理槽2、沉淀槽3，其中该生物处理槽2具有将固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板。本发明的活性污泥装置还具有污泥返送管6，该污泥返送管6是将上述沉淀槽中的污泥返送到具有固定载体的生物处理槽的部件。
本发明的活性污泥装置中的曝气槽可使用用于通常的活性污泥法中的曝气槽。在曝气槽中含有有机物的水中的BOD成分可氧化分解到70～95％的程度。曝气槽的BOD容积负荷可以是1kg/m3·日以上，例如可设为1～20kg/m3·日。
在本发明的曝气槽中的水力学的滞留时间(HRT)可以是24h以下，例如可设为0.5～24h。污泥浓度(MLSS)因流入的含有有机物的水的BOD浓度而异，通常可设为100～10000mg/L。曝气槽的水温优选为15～40℃，更优选为20～37℃，进一步优选为25～35℃。曝气槽的pH值可在相当宽的范围内进行实施，优选pH值在6到8的范围内。曝气槽的溶解氧(DO)优选为0.2mg/L以上，更优选为1mg/L以上。作为空气、氧的曝气方式，可使用散气管、机械曝气。使用散气管时，可列举回转流方式、全面曝气方式。作为机械曝气，可列举机械搅拌方式、喷射方式。BOD容积负荷较大时，优选使用效率高的曝气方式。
在本发明的曝气槽中，在含有有机物的水中，氮、磷不足时，优选添加氮、磷作为营养源。根据需要，曝气槽也可是2道以上的多道工序。而且，根据需要，也可具有流动载体、固定载体等载体，但为分解大量的BOD成分而需要充分曝气，故优选流动载体。作为流动载体，可列举凝胶状载体、塑料载体、纤维状载体等。可使用一种载体或将二种以上的载体组合起来使用。作为流动载体的材料，可列举聚乙烯乙二醇、聚乙烯醇，丙烯酰胺、聚乙烯，聚丙烯、聚氨脂、纤维素、聚酯等。作为流动载体的形状，可列举球状、立方体、圆筒形，多孔质体。作为流动载体的大小优选为1～20mm，进一步优选为3～10mm。使用流动载体时，优选使用网板来进行分离。作为流动载体的填充率优选为槽容积的1～50％，进一步优选为2～20％。
作为曝气槽所使用的固定载体可使用在下面的生物处理槽项中所述的固定载体。可在整个曝气槽中具有流动载体和固定载体，但是，即使仅在部分槽中具有也有效果。通常不需要自沉淀槽和生物处理槽向曝气槽返送污泥，但在流入的含有有机物的水的水量、BOD成分大大减少等情况下，需要向曝气槽添加返送污泥，因此，设置向曝气槽返送污泥的添加部件。
此时的返送污泥量与通水的含有有机物的水量的容量之比可以是1以下，例如可设为0.01～1。另外，为了均匀地保持流入曝气槽中的含有有机物的水的成分、处理量，优选在曝气槽的前道工序设置调整槽。可在考虑流入量以及流入成分的变动模式、流量调整后的流量变动容许幅度等的基础上再确定调整槽的容量。而且，在含有有机物的水中含有悬浊物质(SS)、油分、有害金属等的不利于生物处理的成分时，优选在曝气槽的前道工序设置沉淀槽、加压漂浮装置、凝聚沉淀槽等预处理部件。
本发明的活性污泥装置中的生物处理槽具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板。本发明的生物处理槽具有使来自前道工序的曝气槽的排水流入的结构即可，如图1例示，优选的是，使由曝气槽曝气处理的含有有机物的水溢出而流入到本发明的生物处理槽中。
在本发明中所使用的生物处理槽中，除了要进行去除BOD、去除COD、去除氮、去除磷处理外，还要实施污泥的自行消化和捕食、污泥的絮凝化的处理。生物处理槽可根据要去除物质采用各种形态、运转条件。生物处理槽也可根据需要采取2道以上的多道工序。为了较少产生残余污泥，或为了防止丝状性的膨胀，生物处理槽优选2道以上的多道工序，从高效率建立食物链方面和节省成本的方面出发优选3～6道工序。若将除去BOD作为主要目的，也可以仅采取好气工序。用于进行好气工序的生物处理槽的BOD容积负荷因在前道工序的曝气槽中将含有有机物的水中的BOD成分除去大部分而可以是5kg/m3·日以下，例如0.05～5kg/m3·日。生物处理槽的HRT可以是48h以下，例如可设为1～48h。MLSS通常可设为2000～20000mg/L，优选为5000～20000mg/L。生物处理槽的水温优选为15～40℃，更优选为20～37℃，进一步优选为25～35℃。可在pH值相当宽的范围内实施，优选是pH值6～8的范围内。生物处理槽的DO优选为0.2mg/L以上，更优选为1mg/L以上。
在本发明的生物处理槽中，若以除去氮、磷作为目的则可进而设置厌气工序。需要除去氮时，可设为脱氮、硝化这两道工序、或脱氮、硝化、第二脱氮、第二硝化这四道工序等。硝化工序的水温优选为10～35℃，更优选为20～30℃。生物处理槽中的pH值优选为6.8～8.5，生物处理槽的DO优选为2mg/L以上，生物处理槽的污泥滞留时间(SRT)优选为7日以上。若脱氮工序BOD成分不足，则可添加甲醇等BOD源，同时可对包含BOD成分的含有有机物的水进行分级进给。
用于本发明的生物处理槽具有固定载体。为使生物处理槽承当各种生物处理，而将固定载体用于不仅繁殖细菌还用于繁殖原生动物、后生动物等多种微生物。虽然不对固定载体作特别限定，但其形状可列举蜂窝状、螺旋状、中空状、海绵状、网格状、棒状、线状等，为能栖息更多的微生物并使生物处理槽的流动性良好，优选螺旋状。而且，优选由芯材和局部固定于该芯材上的纤维状物构成，且构成为使该纤维状物丛生于上述芯材周围的固定载体。而且，虽未对上述芯材的形状作限定，但优选芯材为螺旋形状的固定载体。芯材可使用软铁、铝、铜等金属，或软质聚偏氯乙烯等塑料。为防止腐蚀，可对金属制的芯材实施防水涂装或塑料包覆处理。芯材直径因材质而异，优选为1mm以上且7mm以下。进而，虽未对上述纤维状物的材质作特别限定，但可列举聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、多氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚偏乙烯氟化物、聚氨脂等，聚偏氯乙烯对微生物的附着性良好故为优选。固定载体可通过将多个固定载体保持于由适当耐蚀性材料制成的框体而成的固定载体块体，浸渍于生物处理槽中来使用。固定载体块体的高度采用适于生物处理槽的水深的高度即可，优选为0.5m以上且6m以下，更优选为2m以上且4m以下。
虽未对生物处理槽的水深作特别限定，由于水深度较浅则降低曝气时的氧溶解效率，而水深度较深则增大曝气时的压力损失，因此水深度优选为0.5m以上且10m以下，进而更优选为1.5m以上且5m以下。
生物处理槽的固定载体的填充量可以用固定载体填充量来表示。在此，固定载体填充量等于[填充于生物处理槽中的固定载体的长度]除以[在生物处理槽中的活性污泥的容量]，以单位m/m3来表示。本发明的生物处理槽中的固定载体填充量虽未特别限定，但优选为10～100m/m3，更优选为30～70m/m3。在不具有本发明所定义的曝气槽的活性污泥装置(例如比较例中使用的图3的装置)中，固定载体填充量通常使用70～120m/m3，固定载体填充量小于70m/m3时，会产生使污泥发生量增加，且无法提高BOD容积负荷等弊端。
固定载体的使用量，每1m2固定载体块体的投影占地面积优选固定载体的表面积为100m2以上且3000m2以下。而且，更优选为100m2以上且500m2以下。若其为100m2以上则可提高装置的设置面积效率，若为500m2以下，则可发挥曝气的空气提升效果，获得由上升流和下降流构成的均匀回转流，并可获得容易培养微生物的环境。固定载体的表面积进一步优选为250m2以上且350m2以下。
而且，作为本发明所使用的生物处理槽中的载体，可同时使用固定载体和在曝气槽项中所述的流动载体。载体可包含于整个生物处理槽中，仅包含于槽的一部分中也有效果。生物处理槽采用2道以上的多道工序时，可以同时并用采用了固定载体的工序和采用了流动载体的工序。
本发明所使用的生物处理槽具有将固定载体与散气部件分隔开的隔板。隔板用于使气泡不直接接触固定载体，使生物处理槽的曝气产生的回转流变得均匀的目的。特别是BOD负荷高且MLSS为10,000mg/L以上时，使用隔板是有效果的。期望将隔板与分隔壁大致平行且垂直地设置于固定载体块体的附近，以使其沿着由散气管产生的水流，隔板的长度优选为，将其上端设于距生物处理槽停止运转时的液面0.1～0.3m的位置、且其下端设于与固定载体块体的下端相同的位置。
使用隔板时，将使生物处理槽的回转流速在整个槽内变得均匀，因此，可使通过设置于槽内的每个固定载体的流速也变得均匀，并使污泥均匀地附着于固定载体上。好气性菌繁殖于所附着的污泥的表面，通性厌气性菌繁殖于污泥的内部，在整个附着污泥上可建立形成平衡良好的食物链的微生物生态系统。其结果是可防止残余污泥的增大。而且，若回转流速变得均匀，则在槽内的同一平面上，溶解氧浓度会变得均匀，而用于确保生物处理槽内的所需溶解氧浓度的曝气量为最小限即可，从而可降低耗电。
由于使用了将固定载体与散气部件分隔开的隔板，因此，使由散气部件产生的气泡产生上升流，并使该流体在整个槽中回转。由于由隔板将固定载体与散气部件分隔开，因此自散气部件产生的气泡不会与固定载体直接接触，并作为下降流从固定载体的上方通过固定载体。由此使后生动物的蠕虫或吉丁虫、原生动物的草履虫、轮虫等与污泥一同附着于固定载体上，从而能够建立一个食物链。
本发明的活性污泥装置中的沉淀槽是可获得将从前道工序的生物处理槽流入的活性污泥混合液沉淀分离而变澄清的处理水的构件。本发明的沉淀槽只要具有使来自前道工序的生物处理槽的排水流入的结构即可，如图1例示，优选通过使生物处理槽中的排水溢出而流入本发明的沉淀槽中。
MLSS的调整可通过将残余污泥抽出，或者向生物处理槽的污泥返送量来实施。残余污泥的抽出量与流入BOD量的质量比率可以设为5～20％。
本发明的活性污泥装置具有将沉淀槽中分离出的污泥返送到上述生物处理槽的部件。虽未对用于返送在沉淀槽中分离出的污泥的部件作特别限定，但可以使用通常的污泥泵。虽未对返送污泥量作特别限定，但返送污泥量较少时，则使沉淀槽的MLSS变得过高；而返送污泥量较多时，则使电力消耗升高。相对于与已通水的含有有机物的水量(Q)的污泥返送比(容量比)优选为1～5，更优选为2～4。如先前所述，污泥的返送可以不仅仅返送到生物处理槽，也可根据需要将部分污泥返送到曝气槽。
在本发明的活性污泥装置中，除了上述槽以及部件以外，也可根据需要同时设置其他的装置、部件和槽等。例如，作为前处理，可列举汽提装置、加压漂浮装置、油分离器、凝聚沉淀装置、过滤装置、膜分离装置和调整槽等。作为污泥处理，可列举压带机、压滤机、离心脱水机、多层圆板脱水机、污泥可溶化装置以及厌气性消化装置等。作为后处理，可列举活性碳吸附/臭氧发生装置、紫外线照射装置、杀菌剂添加装置、离子更换装置、离子吸附装置和逆渗透膜(RO膜)等。作为顺利地实施膜分离式活性污泥装置的生物处理的装置，可列举pH值调整装置、温度调整装置、甲醇添加装置、消泡剂添加装置、无机凝聚剂添加装置、分离膜用药液清洗槽、脱臭装置等。
接着，对本发明的含有有机物的水的处理方法进行说明。本发明的处理方法包含：对上述含有有机物的水进行曝气处理的工序；在具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板的生物处理槽中，使来自散气部件的气泡分散开而不接触到固定载体的生物处理的工序；在沉淀槽中将污泥分离的工序；以及将分离后的上述污泥返送到上述生物处理槽的工序。
在曝气处理工序中，使含有有机物的水的有机成分进行氧化分解。而且，在生物处理工序中，使经曝气处理后的含有有机物的水流入到曝气槽中；在具有固定载体的生物处理槽中，除了进行除去BOD、除去氮、除去磷处理以外，还要进行污泥的自行消化、捕食、污泥的絮凝化的处理。接着，在沉淀槽中，对自生物处理槽流入的污泥混合液进行沉淀处理来将污泥分隔开，并获得澄清的处理水。
在本发明的处理方法中，将在沉淀槽中分离出的污泥返送到具有固定载体的生物处理槽，在上述生物处理槽中进行生物处理工序。这样，通过对一度分离的污泥再次进行生物处理，可在较高的BOD负荷下降低残余污泥的发生量。
实施例
以下，列举实施例以及比较例来对本发明进行更加具体的说明。
首先，对本发明的实施例以及比较例所使用的分析方法进行简单的说明。
(BOD容积负荷)
BOD容积负荷等于[每日流入的含有有机物的水中的BOD成分的质量]除以[在曝气槽和生物处理槽中的活性污泥的容量]，以单位kg/m3·日来表示。
污泥产生率等于[所抽出的污泥中的固体的质量]除以[所流入的含有有机物的水中的BOD成分的质量]，以百分率(％)来表示。
(固定载体填充量)
固定载体填充量等于[填充于曝气槽和生物处理槽中的固定载体的长度]除以[在曝气槽和生物处理槽中活性污泥的容量]，以单位m/m3来表示。
(实施例1)
将本实施例所使用的活性污泥装置表示于图1。将曝气槽1(容量6L)、生物处理槽2(容量18L)以及沉淀槽3(容量4L)串联联接于自含有有机物的水流动的上游到下游的方向上。在曝气槽和生物处理槽中分别设置有散气管7，以便能够进行曝气操作。将生物处理槽等分为3级，在第2级和第3级中分别设置有固定载体4、散气管以及将固定载体和散气管分隔开的隔板5。固定载体使用了将聚偏氯乙烯纤维制成长度1.5cm的环状并将其一部分以丛生的方式固定于塑料包覆的铜制的芯材上，且以60cm长度制成外径8cm的螺旋状的载体。利用送液泵，通过污泥返送管6将沉淀槽中的活性污泥返送到生物处理槽的第一级中。污泥返送比设为2。在水温25℃下进行实施。使用脱脂乳水溶液(BOD约为1000mg/L)作为含有有机物的水。经过大约3周的驯化运转后，以48L/日的速度使脱脂乳水溶液流入，将BOD容积负荷设定为2kg/m3·日的固定值。此时的HRT是12小时。适当地抽出沉淀槽的活性污泥，将生物处理槽的MLSS调整为大约10000mg/L。曝气槽的MLSS从大约300变为900mg/L。在运转期间中发现曝气槽发泡，则适当添加非离子系的消泡剂。适当地添加碳酸氢钠以将pH值调整为大约7。处理水的BOD5mg/L以下为良好。而且，在生物处理槽栖息着原生动物以及后生动物，建立起食物链，污泥产生率为13％时也为良好。其结果参见表1。
(实施例2)
将本实施例所使用的活性污泥装置表示于图2。将生物处理槽的第1级设为厌气处理。在第1级中设置有用于搅拌污泥的搅拌装置10，而未设置有散气管。而且，为了补充用于厌气处理中的脱氮的BOD成分，将流入的含有有机物的水30％(0.3Q)分级进给生物处理槽的第一级。除此之外与实施例1同样地进行。处理水的全氮(TN)为5mg/L，为良好。在生物处理槽栖息着原生动物以及后生动物，建立起食物链，污泥产生率为16％，也为良好。其结果参见表1。
(比较例1)
将本比较例所使用的活性污泥装置表示于图3。未设有曝气槽，将生物处理槽(容量24L)和沉淀槽(容量4L)串联联接于自含有有机物的水流动的上游到下游的方向上。将生物处理槽等分为4级，各级中分别设置有散气管和固定载体。除此之外，其他与实施例1同样地进行。驯化后，使BOD容积负荷持续大约2周为2kg/m3·日，其后产生丝状性的膨胀，因此，此后将BOD容积负荷降为1.5kg/m3·日进行实施。或许是由于没有隔板，观测自固定载体流出的原生动物以及后生动物，污泥产生率也高达25％。其结果参见表1。
(比较例2)
在比较例1所使用的活性污泥装置的第1级到第4级中都设置隔板。除此之外与比较例1同样地进行。驯化后，使BOD容积负荷持续大约2周为2kg/m3·日，其后产生丝状性的膨胀，因此，此后将BOD容积负荷降为1.5kg/m3·日进行实施。与实施例1和2相比，其BOD容积负荷较低，虽然固定载体填充量较多，但是污泥产生率高达22％。其结果参见表1。
(比较例3)
将隔板从实施例1所使用的活性污泥装置的生物处理槽中取出。除此之外与实施例1同样地进行。经过3周的驯化后，将BOD容积负荷固定设为2kg/m3·日的固定值。或许是由于没有隔板，观测自固定载体流出的原生动物以及后生动物，污泥产生率也高达25％。其结果参见表1。
表1
 
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 比较例3
有无分散槽 有 有 无 无 有
固定载体填充量(m/m3) 50 50 100 100 50
有无折流板 有 有 无 有 无
BOD容积负荷(kg/m3·日) 2 2 1.5 1.5 2
处理水的水质(mg/L) BOD<5TN50 BOD<5TN15 BOD<5TN40 BOD<5TN40 BOD<5TN50
污泥发生率(质量％) 13 16 25 22 25
根据表1所示的结果可以理解，本发明的活性污泥装置，虽然固定载体填充量比比较例少，但可得到较大的BOD容积负荷，进而污泥产生率较小。
本发明可被应用于食品和化工等的工业废水、来自奶酪畜牧业设施等的废水、来自餐馆厨房和家庭等的废水、下水道和大小便等的公共废水等。

Claims (6)

1.一种处理含有有机物的水的活性污泥装置，该活性污泥装置具有沿自上游到下游的方向串联配置的曝气槽、生物处理槽和沉淀槽，上述生物处理槽具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板，还具有用于将上述沉淀槽的污泥返送到上述生物处理槽的返送部件。
2.根据权利要求1所述的活性污泥装置，将上述生物处理槽分为2级以上。
3.根据权利要求1或2所述的活性污泥装置，上述固定载体构成为由芯材和局部固定于该芯材上的纤维状物构成，并且使该纤维状物丛生于芯材周围。
4.根据权利要求1～3当中任一项所述的活性污泥装置，上述固定载体形成为螺旋形状。
5.根据权利要求3或4所述的活性污泥装置，上述纤维状物为聚偏氯乙烯。
6.一种含有有机物的水的处理方法，包含:对上述含有有机物的水进行曝气处理的工序；在具有固定载体、散气部件以及将固定载体和散气部件分隔开的隔板的生物处理槽中，使来自散气部件的气泡分散开而不接触到固定载体进行生物处理的工序；在沉淀槽中将污泥分离的工序；以及将分离后的上述污泥返送到上述生物处理槽的工序。
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