CN103648988A - 用于污水生物处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于污水生物处理的方法，该方法包括：a)将该污水引入种植有活性污泥的曝气池内以便充分曝气处理，b)将从该曝气池排出的处理过的污泥引入沉淀池以便固-液分离，c)在固-液分离后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在该混合池中该污泥与从THPS存储容器中进料到该混合池内的THPS均匀混合，并且d)使与该THPS混合的污泥回流至该曝气池中，其中连续进行该方法。污泥的沉降性能可以得到改进并且在该生物处理过程中的剩余污泥的产量可以通过该方法得到减少。

Description

用于污水生物处理的方法
发明领域
本发明涉及一种用于污水处理的技术，具体地一种用于污水生物处理的方法。
发明背景
在随着工业发展的公司中，污水的构成已经逐渐变得越来越复杂。一些难以被降解的有机物质和毒性物质需要通过微生物方法来处理。微生物们通过从这种污水中获得营养素可以在这种污水中生长并且繁殖同时降解这些有害物质，由此来纯化这种污水。污水的生物处理是一种污水纯化方法，这种方法利用这些微生物的生命活动来分解溶解或悬浮在这种污水中的有机污染物。由于以下值得注意的优点，污水生物处理技术是非常有吸引力的：能量消耗低、效率高、成本低、操作方便且可靠连同没有二次污染。用这样一种技术，可以将在污水中的这些有机污染物转化为CO2、水、以及污泥。据估计，当处理1吨城市污水时，将会产生100g污泥。因此，污水的生物处理将会产生大量的污泥。例如，在2006年，在中国产生了约1.73百万吨的干污泥（统计公报，2001）（Statistical Gazette,2001）并且在英国产生了约1.3百万吨的干污泥（www.wateruk.org,2006）。处置如此多的污泥对于污水厂来说是最复杂的问题之一。据估计，用于处理和处置这种污泥的费用可以占污水厂的总运行成本的20%-50%、甚至达到60%。因此，污泥的加工和处置是污水厂的关键性问题。鉴于污水加工和处置的现状，解决污泥问题的根本途径是尽可能地减少在污水处理过程中剩余污泥的产量。因为通过这样做，有待处置的污泥的量就可以从根源就减少，研究人员们和污水厂已经把大量精力放在对用于减少在污水处理过程中剩余污泥产量的方法的研究上。
目前，用于减少在污水处理过程中污泥产量的方法主要是基于所谓的“解偶联生长（uncoupling growth）”。在这些方法中，通过添加解偶联剂来扩大这些污泥微生物的分解代谢与合成代谢的能级之间的空隙以便减少可用于这种合成代谢的能量从而抑制这种合成代谢，这减少了这些污泥微生物的生长速率并且因而减少了剩余污泥的产量。因为这样的一种污泥减少方法可以在常规的污水生物处理设备中通过结合用于解偶联剂的输送设备来进行而没有对其进行显著修改，所以这种投入成本是非常低的。因此，这样一种方法具有深远的环境的和经济的意义。当前使用的解偶联剂包括硝基苯酚类例如2,4-二硝基苯酚（dNP）、对硝基苯酚（p-NP）、间硝基苯酚（m-NP）以及类似物；氯苯酚类例如对氯苯酚（p-CP）、间氯苯酚（m-CP）、五氯苯酚（PCP）以及类似物；3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺（TCS）；氨基苯酚；以及类似物。总体上，这些解偶联剂是脂溶性的弱酸并且或多或少会污染水体。
四（羟甲基）鏻硫酸盐（THPS）是水溶性的鏻盐生物杀灭剂（在20世纪80年代发现）。THPS具有以下优点：杀菌范围宽、效率高、以及杀菌效果迅速。此外，在使用后，它可以被迅速地氧化成为非-杀菌的并且几乎无毒的三羟甲基膦氧化物，这种三羟甲基膦氧化物可以被迅速地进一步生物降解成为正磷酸盐。由于就毒性、环境友好性以及安全性而言其超过传统杀菌剂的优点，THPS在1997年获得了美国“总统绿色化学奖”，这些优点已经通过大量的数据（为了在EPA注册而提供）得到证实。THPS的主要优点包括水溶性、低毒性、用于处置的低推荐标准以及在环境中迅速降解为完全无毒的物质而没有生物累积。因此，它被广泛用于冷却水系统、油田的水系统、火灾控制喷洒系统、造纸等等。
WO2004/113236披露了THPS作为解偶联剂用于含水系统中控制细菌生物质的用途，并且进一步披露了一种用于使用THPS在一种含水系统中控制这种细菌生物质的方法。
发明书
本发明的目的是提供一种改进的、用于污水生物处理的方法，这种方法使用THPS作为一种解偶联剂，通过这种方法可以改进污泥的沉降性能并且可以减少在这种生物处理过程中的剩余污泥的产量。
为了实现上面的目的，本发明提供了一种用于污水生物处理的方法，该方法包括：a)将这种污水引入种植有活性污泥的曝气池内以便充分曝气处理；b)将从这个曝气池排出的处理过的污泥引入沉淀池内以便固-液分离；c)在固-液分离后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在该混合池中该污泥与THPS均匀混合，这种THPS是从THPS存储容器中进料到这个混合池内的；并且d)使与这种THPS混合的污泥回流至这个曝气池中；其中，连续进行这种方法。
如在此所使用的，术语“污水”包括任何工业污水和城市污水。
如在此所使用的，术语“剩余污泥的产量”指的是通过去除在这种污水中每单位（Kg）BOD5所产生的剩余污泥的量（Kg）。
如在此所使用的，术语“回流污泥率”指的是回流至这个曝气池的污泥的流量与进入这个曝气池的污水的流量的比率（v/v）。
如在此所使用的，术语“回流污泥在这个混合池中的停留时间”指的是这个混合池中的所有回流污泥的一次更新所要求的时间。
如在此所使用的，术语“THPS的容积负荷”指的是每升回流污泥每天的THPS的量，这表述为mg THPS/L回流污泥·天。根据以下公式可以计算出THPS的容积负荷：
THPS的容积负荷=[THPS溶液的浓度（mg/L）*THPS溶液进入混合池的流量（ml/h）*24（h）/1000（ml/L）]/[污水进入曝气池的流量（L/h）*回流污泥率*24h]。
除了步骤c)和d)之外，根据本发明的方法可以用与污水的常规生物处理过程相同的方式来进行。
对这种曝气池的尺寸与形状没有限制。曝气池的尺寸取决于有待处理的污水的量。这个曝气池中的污泥浓度，即，混合液悬浮固体（MLSS），优选地是1500-4000mg/L、更优选地是2000-3000mg/L。这个曝气池中的溶解氧浓度优选地被维持在1.5-3.5mg/L、更优选地在2-3mg/L。
在本发明的一个实施例中，THPS可以以THPS溶液、优选THPS水溶液的形式。
在本发明的一个实施例中，THPS的容积负荷的范围是：从0.0001mg THPS/L回流污泥·天至0.003mg THPS/L回流污泥·天、优选地从0.00015mg THPS/L回流污泥·天至0.0025mg THPS/L回流污泥·天、更优选地从0.0002mg THPS/L回流污泥·天至0.002mg THPS/L回流污泥·天、特别优选地从0.0003mg THPS/L回流污泥·天至0.0009mg THPS/L回流污泥·天、最优选地从0.0004mg THPS/L回流污泥·天至0.0008mg THPS/L回流污泥·天。
在本发明的一个实施例中，在固-液分离后使部分沉淀污泥以50%-350%、优选地100%-300%、更优选地150%-225%的回流污泥率回流至这个混合池中。
在本发明的一个实施例中，THPS和回流污泥以其间的角度是90±5度的方向、优选地以彼此垂直的方向进料到这个混合池中。
在本发明的一个实施例中，THPS溶液具有1-50mg THPS/L、优选地1.5-7mgTHPS/L、更优选地2-5mg THPS/L的浓度。
THPS可以与选自表面活性剂；消泡剂；污垢抑制剂；腐蚀抑制剂；生物杀灭剂；絮凝剂以及分散剂的一种或多种一起配制：；例如，与碳酸氢盐、更优选地碳酸氢钠和/或碳酸氢钾一起配制以便将THPS更好地分散在回流污泥中。碳酸氢盐在这种THPS溶液中的浓度可以是0.2-20g/L、优选是2-5g/L。
在本发明的一个实施例中，这种回流污泥在这个混合池内的停留时间是1-25分钟、优选地3-20分钟、更优选地4-15分钟、特别更优选地5-7分钟。
这个混合池的体积取决于回流污泥的量，并且这个混合池可以以不同的形状。在本发明的一个实施例中，所述混合池是以圆柱形的形状。
在本发明的一个实施例中，所述混合池装有搅拌器，例如桨式搅拌器，优选地其中这个搅拌器的轴被定位在这个混合池的垂直轴线上。
在本发明的一个实施例中，所述回流污泥是在距这个混合池的底部1/5*H-1/3*H、优选地1/4*H的距离处水平地进料到这个混合池中，其中H是这个混合池的高度。
在本发明的一个实施例中，所述THPS是在距这个搅拌器的轴1/4*R-1/2*R、优选地1/3*R的距离处从这个混合池的顶部垂直地进料到这个混合池中的，其中R是这个混合池的半径。
当与传统的活性污泥处理技术相比时，本发明的这些有利效果包括：根据本发明，污水生物处理过程中的剩余污泥的产量可以减少约10%-55%、优选地20%-55%、更优选地25%-55%并且最优选地30%-55%，并且污泥的沉降性能（表达为SV30，这指的是在这种污泥在将来自这个曝气池的混合液在一个刻度量筒内沉降持续30分钟后的体积百分数；SV30越低，沉降性能越好）可以改进约5%-35%、优选地10%-35%、更优选地15%-35%。
就以下项而言根据本发明的方法的污水处理效率实质上与传统的活性污泥处理方法的污水处理效率相同：去除COD、五天生化需氧量（BOD5）、悬浮固体（SS）、总氮量（TN）、总磷量（TP）、NH4+-N、等。本发明的方法还具有以下的优点：设备简单、操作便利、投资和运行费用低等等。
附图简要说明
图1是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
实例
现在将通过参考附图以非限制实例的方式来描述本发明。
实例1
在这个实例中，以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法（参见图1）。为了比较，使用六组相同的实验设备在同样的条件下进行六个实验，除了使用如表1中示出的具有不同THPS浓度的THPS水溶液之外。在这个实验设备中，使用了具有500L有效体积的曝气池3、以及具有100L有效体积的沉淀池8。将曝气池3用来自污水厂的沉淀池（用于中国科学院生态环境研究中心的中央公园）的沉淀污泥来种植。来自中国科学院生态环境研究中心的中央公园的生活污水用作测试污水。具有2m3容积的污水池1用作其污水储池。
在进入污水池1后，将这种污水通过污水供给泵2以1.0L/min的流量连续从污水池1中泵送至曝气池3中用于其中的曝气处理。曝气池3中污泥浓度是2500-3400mg/L，并且曝气池3中溶解氧浓度是1.5-3.5mg/L。污水在曝气池3中的停留时间是9小时，并且其污泥在曝气池3中的停留时间是10天。将来自曝气池3的处理过的污水进料到沉淀池8中以便固-液分离。在这个沉淀池的上部通过排水出口排出上清液，同时通过泵9从沉淀池8的底部排出部分沉淀污泥，并且其余部分的沉淀污泥通过泵10以200%的回流污泥率回流至混合池7中（以圆柱形状）以便与THPS水溶液进行混合，这种THPS水溶液是通过一个泵5从THPS储池4进料到混合池7中的。混合池7具有10L的有效体积（是曝气池3的有效体积的1/50）并且具有d x h=l5cm x15cm的尺寸。混合池7装有桨式搅拌器6，其轴被定位在了这个混合池的垂直轴线上。进料到这个混合池7中的THPS水溶液的浓度分别是0mg THPS/L、1mg THPS/L、2mg THPS/L、3.5mg THPS/L、5mg THPS/L、以及8mg THPS/L。以18ml/h的流量将这种THPS水溶液进料到混合池7中。THPS的容积负荷分别是0mg THPS/L回流污泥·天、0.00015mg THPS/L回流污泥·天、0.0003mg THPS/L回流污泥·天、0.000525mg THPS/L回流污泥·天、0.00075mg THPS/L回流污泥·天、0.0012mg THPS/L回流污泥·天。回流污泥在距混合池7的底部1/4*H的距离处水平地进料到这个混合池中，同时这种THPS水溶液在距离搅拌器6的轴1/2*R的距离处从混合池7的顶部垂直地进料到混合池7中。将回流污泥和THPS水溶液以两个彼此垂直的方向进料到混合池7中从而促进混合。这种回流污泥在这个混合池中的停留时间是5.5分钟。使与THPS水溶液均匀混合的回流污泥回流至曝气池3中。
这些实验稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN以及SS值而言，添加THPS的五个实验与未添加THPS的实验类似；而TP值在添加THPS的这些实验中稍微高于未添加THPS的实验的TP值。当与未添加THPS的实验相比时，在添加THPS的这些实验中，剩余污泥的平均产量得到降低并且污泥的沉降性能得到改进（详情参见表1和2）。
表1：进料污水与流出水之间水质的比较
Figure BDA0000406850230000071
Figure BDA0000406850230000081
Figure BDA0000406850230000091
*：括号中的数值都是平均值。
表2
Figure BDA0000406850230000092
Figure BDA0000406850230000101
*：剩余污泥的平均产量=剩余污泥在整个实验中的产量总和/实验天数。
**：剩余污泥的减少量=（来自未添加THPS的系统的剩余污泥的产量-来自添加THPS的系统的剩余污泥的产量）/来自未添加THPS的系统的剩余污泥的产量x100%。
实例2
在这个实例中，同样以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法（参见图1）。为了确定回流污泥率对剩余污泥的减少量和SV30的影响，使用五组如实例1中同样的实验设备在同样的条件（除了在所有这五个实验中所使用的THPS水溶液的浓度是3.5mg/L，并且在这些实验中使用如在表3中示出的不同的回流污泥率之外）下进行五个实验。这些实验同样地稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN、TP以及SS值而言，这些实验结果与实例1的那些类似。剩余污泥的平均产量、剩余污泥的减少量以及SV30在表3中示出。
表3：回流污泥率对剩余污泥的减少量以及SV30的影响
Figure BDA0000406850230000102
Figure BDA0000406850230000111
实例3
在这个实例中，同样以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法（参见图1）。为了确定回流污泥在这个混合池中的停留时间对剩余污泥的减少量和SV30的影响，使用五组如实例1中同样的实验设备在同样的条件（除了进料到混合池7用于所有这五个实验的THPS水溶液的浓度是3.5mg THPS/L，即，THPS的容积负荷是0.000525mg THPS/L回流污泥·天，并且在这些实验采用如在表4中示出的回流污泥在这个混合池中的不同停留时间之外）下进行五个实验。这些实验同样稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN、TP以及SS值而言，这些实验结果与实例1的那些类似。剩余污泥的平均产量、剩余污泥的减少量以及SV30在表4中示出。
表4：回流污泥在这个混合池中的停留时间对剩余污泥的减少量和SV30的影响
Figure BDA0000406850230000112
Figure BDA0000406850230000121
实例4
在这个实例中，同样以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法（参见图1）。为了确定将这种回流污泥进料到这个混合池的位置对剩余污泥的减少量和SV30的影响，使用五组如实例3中同样的实验设备在同样的条件（除了对所有这五个实验来说，这种回流污泥在这个混合池中的停留时间是6分钟，并且将这种回流污泥进料到这个混合池中如在表5中示出的不同位置处之外）下进行五个实验。这些实验同样稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN、TP以及SS值而言，这些实验结果与实例1的那些类似。剩余污泥的平均产量、剩余污泥的减少量以及SV30在表5中示出。
表5：回流污泥进料到这个混合池的位置对剩余污泥的减少量以及SV30的影响
Figure BDA0000406850230000122
实例5
在这个实例中，同样以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法（参见图1）。为了确定将这种THPS水溶液进料到这个混合池的位置对剩余污泥的减少量和SV30的影响，使用五组如实例3中同样的实验设备在同样的条件（除了在所有这五个实验中在距这个混合池底部1/4*H的距离处水平地将这种回流污泥进料到这个混合池中，并且将这种THPS水溶液进料到这个混合池中在如表6中示出的不同位置处之外）下进行五个实验。这些实验也稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN、TP以及SS值而言，这些实验结果与实例1的那些类似。剩余污泥的平均产量、剩余污泥的减少量以及SV30在表6中示出。
表6：THPS水溶液进料到这个混合池的位置对剩余污泥的减少量以及SV30的影响
Figure BDA0000406850230000132
Figure BDA0000406850230000141
实例6
在这个实例中，同样以实验室规模来进行完全混合的活性污泥法。使用如实例1中同样的实验设备（但是没有混合池7）并且在如实例1中同样的条件下（除了来自沉淀池的回流污泥直接再循环至这个曝气池中并且THPS水溶液从THPS储罐4直接进料到这个曝气池中以便与其中的活性污泥进行混合之外）进行实验。在这个实验中使用的THPS水溶液的浓度是3.5mg/L。这个实验同样稳定地进行了两个月，其中在整个实验步骤中获得了稳定品质的流出水（即，上清液）。就这种流出水中的COD、BOD5、NH4 +-N、TN、TP以及SS值而言，这些实验结果与实例1的那些类似。这个实例与实例1之间的实验结果就剩余污泥的产量、剩余污泥的减少量和SV30而言的比较在表7中示出。
表7
Figure BDA0000406850230000142
实验结果的比较显示：就剩余污泥的减少量和SV30而言，如与将这种THPS水溶液直接添加至这个曝气池中相比，更好的效果已经通过在这个混合池中将这种THPS水溶液与这种回流污泥进行混合而得以实现。

Claims (11)

1.一种用于污水生物处理的方法，该方法包括：
a)将该污水引入种植有活性污泥的曝气池内以便充分曝气处理；
b)将从该曝气池排出的处理过的污泥引入沉淀池内以便固-液分离；
c)在固-液分离后使部分沉淀污泥回流至混合池中，在该混合池中使该污泥与从THPS存储容器中进料到该混合池内的THPS均匀混合；并且
d)使与该THPS混合的污泥回流至该曝气池中；
其中，连续进行该方法。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述THPS以THPS溶液、优选THPS水溶液的形式。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中THPS的容积负荷的范围是：从0.0001mg THPS/L回流污泥·天至0.003mg THPS/L回流污泥·天、优选地从0.00015mg THPS/L回流污泥·天至0.0025mg THPS/L回流污泥·天、更优选地从0.0002mgTHPS/L回流污泥·天至0.002mg THPS/L回流污泥·天、特别优选地从0.0003mgTHPS/L回流污泥·天至0.0009mg THPS/L回流污泥·天、最优选地从0.0004mgTHPS/L回流污泥·天至0.0008mg THPS/L回流污泥·天。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中使所述部分沉淀污泥在固-液分离后以50%-350%、优选地100%-300%、更优选地150%-225%的回流污泥率回流至该混合池中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中使所述THPS和所述回流污泥以其间的角度是90±5度的方向、优选地以彼此垂直的方向进料到该混合池中。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述THPS溶液具有1-50mg THPS/L、优选地1.5-7mg THPS/L、更优选地2-5mg THPS/L的浓度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述THPS与选自表面活性剂、消泡剂、污垢抑制剂、腐蚀抑制剂、生物杀灭剂、絮凝剂以及分散剂的一种或多种一起配制；优选地与碳酸氢盐、更优选地碳酸氢钠和/或碳酸氢钾一起配制。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述回流污泥在该混合池内的停留时间是1-25分钟、优选地3-20分钟、更优选地4-15分钟、特别更优选地5-7分钟。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述混合池装有搅拌器，例如桨式搅拌器，优选该搅拌器的轴被定位在该混合池的垂直轴线上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述混合池以圆柱形的形状，并且所述THPS是在距该搅拌器的轴1/4*R-1/2*R、优选地1/3*R的距离处从该混合池的顶部垂直地进料到该混合池中，其中R是该混合池的半径。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述回流污泥是在距该混合池的底部1/5*H-1/3*H、优选地1/4*H的距离处水平地进料到该混合池中，其中H是该混合池的高度。
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