CN104703928A - 用于生物水净化的改进方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在废水处理装置中使用活性污泥法侧流去除氮和磷的方法，其中一小部分的回流污泥被侧流处理且不使用外部细菌或化学物质以用于增强所述方法。

Description

用于生物水净化的改进方法和系统
技术领域
本发明涉及一种利用回流污泥进行废水处理的方法。更具体地说，本发明涉及这样一种方法，其用于使用回流污泥进行氮和磷(其在废水处理装置中脱除)的侧流去除，其中所述回流污泥的一小部分不使用外部细菌或化学物质进行侧流处理，以用于增强所述方法。
背景技术
由于在全世界来自立法者增长的需求，用于卫生、市政、商业和工业废水处理的工艺和技术已经不断地被改进并且新的设备不断地被增加。
在所有废水处理的生物方法背后的基本思想是引入与微生物的接触，所述微生物以废水中的无机和有机物质为食。由此废水中的污染物浓度，包括无机或有机氮和无机或有机磷，以及生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和总悬浮固体(TSS)被降低。生物处理背后的原则是微生物对废水中所存在污染物的降解及在其上的生长。有机材料通过微生物的代谢而被转化为细胞物质，其不再是在溶液中的或分散的，可以在二次澄清池中通过简单的重力沉降而从水相分离。于是离开所述系统的处理过的排出物比其进入所述废水处理装置(WWTP)时清洁许多。
在典型的基于生物处理的废水处理装置中，入流废水在初级处理中被预处理，其中一部分有机体，包括悬浮固体通过沉降而被除去。在该初级处理之后，所述废水经历生物处理，其中在所述废水中的污染物在生物工艺中被降解，在所述生物工艺中使用微生物从废水中除去剩余的有机物、氮和磷。
所述生物处理可以包括若干处理阶段，包含厌氧处理区和好氧处理区。因此通过在不同的区中使用受控的工艺条件而对微生物的生长和代谢活动进行控制和利用。
在生物处理之后，允许所述处理后的废水在二级沉淀池澄清/沉淀预定的时间段，在这之后从所述沉淀池的上部提取出排出物并排放。活性沉淀污泥的一部分(其包含在废水处理期间微生物在曝气池中的生长而产生的生物质)被除去，用以脱水并处置，而剩余污泥的另一部分可以作为活性回流污泥(ARS)返回到生物处理以增强生物降解。所述活性回流污泥可以不经任何后续处理而如此返回到生物处理反应器。或者，所述活性回流污泥可以经受初始的好氧处理以增加好氧污泥龄并改善次级处理区中氮的去除。用这种方法，可以容易地对低负荷系统进行升级，例如当新规定要求对氮去除有更严格的限制时。
活性污泥的量在WWTP中用于处理工艺时是由速率限制的，并且如果不存在COD对氮的过量，例如COD:N的比率低于7、6、乃至5，现有的WWTP将不能有效满足氮排出物标准。而且，通常用于回流污泥处理的曝气设备在部分时间是空转的，在一些WWTP的概念中，典型地在50％的时间。这就意味着曝气设备的量可能必须加倍，并且所有水解的COD(HCOD)，其在所述废水处理装置的厌氧段中产生并且其没有被生物除磷(bio-P)微生物所利用，将在好氧相中被降解并且然后不在处理池中被用于脱氮或生物脱磷。
WO 2010/148044描述了一种用于从原水中去除生物磷和氮以减少剩余污泥产生的装置。这通过在厌氧侧流反应器中的处理实现，在所述厌氧侧流反应器中发生水解和发酵-在优选的实施方案中，通过在所述侧流反应器(CSTR)中提供酸性条件促进所述处理。在所述侧流反应器中，所述方法包括使用化学物质如碱或酸，添加的消化酶，超声波处理，臭氧处理或其他氧化性的化学处理以及热处理。
所述方法使用酸性环境和加热以实现效益。该方法的一个缺陷是硝化细菌不能在酸性条件下存活，并因此WO 2010/148044的方法和装置的促进以硝化细菌和它们的作用为代价。
因此，尽管废水处理技术在持续发展，仍还有对于生物废水处理装置进一步改进的迫切需要，来提供扩大的使用范围，并仍然符合对于效率以及对不需要的有机与无机化合物(例如总氮、总磷、总悬浮固体、生物需氧量和化学需氧量)的去除的高要求，并与可达到的COD无关。
因此，本发明的一个目的是提供用于生物处理的改进方法，其具有对可达到的COD更好的产能利用率以及由此对废水更高效的净化。
发明内容
在上述背景下，在第一方面本发明的一个目的是提供用于废水生物处理的方法，其通过在整个方法中使用相同细菌种群的活性污泥法进行，所述方法包括以下步骤：
a)使废水进料流入处理池，
b)使所述处理池中的废水经受生物处理过程以提供处理后的废水和活性污泥的混合物，
c)使所述混合物在沉淀池中沉淀以提供处理后的废水和沉淀污泥，其中对所述沉淀污泥进行以下步骤：
i)将所述沉淀污泥的第一和第二回流部分分离，
ii)使所述沉淀污泥的第一回流部分在侧流反应器中经受包含好氧处理和/或厌氧处理的过程，
d)使所述沉淀污泥的第一回流部分从所述侧流反应器和所述沉淀污泥的第二回流部分从所述沉淀池流入处理池。
令人惊讶地，已发现通过将两部分的回流污泥引入处理池，其中只有第一部分进行侧流处理，无机和有机物质的总体去除比在传统的废水处理装置(其中回流污泥的一个部分被处理并返回所述处理池)中更加高效。在这个具体的方法中，活性沉淀污泥的第一部分在侧流反应器中经历适于硝化和脱氮过程以及脱磷的好氧和/或厌氧处理，并且第二部分没有任何侧流处理而返回到所述处理池。
通过在侧流反应器的较小体积中浓缩所述耗时的生物反应(所述侧流反应器具有高于处理装置3-5倍的污泥浓度)，水解将更加高效。在所述侧流反应器中在例如厌氧处理下的水解速率以恒定速率持续直至40小时停留时间。
所述方法在整个方法中使用相同的细菌种群，即在所述方法的任何点都不添加外部细菌以增强具体过程，也不添加任何化学物质以增强好氧或厌氧细菌作用。
在本发明的上下文中，通过“相同细菌”指在所述方法的任何点都不添加或生长特定细菌，并且所述细菌种群纯粹是在所述方法中所发生的反应的结果，所述方法由曝气或无空气的体积、程度和时间进行控制。
通过利用根据本发明的侧流反应器，磷主要在处理池A中被去除，而系统中的细菌已准备用于通过利用HCOD进行最佳摄取以去除P。因此，所述方法也可被看作用于为处理池提供HCOD，以用于磷的最佳去除的手段。
这将在具有过量废水时提供一种更加灵活的废水处理装置，因为COD含量可以在侧流反应器中被浓缩和/或利用，同时在沉淀池中的回流污泥的第二部分直接返回到所述处理池，从而可以在不受入流废水的流量波动影响情况下运行提供容易达到的COD的水解(HCOD)。
此外，本发明所述的系统提供了一种相对于可达到的COD含量具有灵活性的方案。因此，在所述COD对氮的比率较低的情况下，典型地低于7，优选地低于6，更优选地低于5，仍然具有高效的脱氮。这在世界上COD与氮的比率极低-或换言之，氮含量高的地区是特别有用的。例如在中国，由于低脂肪食品废弃物以及由于工业废物的频繁预处理，就符合上述情况。
在整个方法中，pH是基本恒定的，大约中性或弱碱性，因此pH优选大于6.5，更优选大于7且最优选为6.8-7.5。因此，不需要添加酸性或碱性成分以提供特定pH，因为根据本发明的操作确保pH在优选范围内。
本发明的方法的益处还在于其比主要集中于脱氮的现有技术方法更加有效地去除存在于未处理废水之中的磷。
并且，因为可以使用更小的管道和更小的侧流处理池，运行本发明方法的安装成本更低。除成本之外，因为用来改进废水处理工艺所需的空间是有限的，所以这还影响到在现有废水处理装置之中实现本发明的灵活性。
因此，总之，本发明涉及一种方法，其中在具有-优选恒定的-活性污泥流量的侧流反应器中发生水解，并且其中所产生的水解的可氧化污染物(HCODs)可用于被约束的氮如在侧流反应器的好氧段中形成的NO3的脱氮，在侧流反应器的厌氧段和/或来自侧流反应器的剩余HCOD中的P去除，可在处理池中增强脱氮和P去除-即用于通过在处理池中的微生物改进生物除磷和脱氮。
复杂的有机化合物的分解被一步步分解至简单化合物，并在遍布所述装置的活性污泥中发生，这通过水解这些化合物至水解的COD(HCOD)的过程进行。
厌氧处理允许多磷酸盐微生物(细菌)摄取废水中存在的挥发性的脂肪酸(VFA)并以磷酸盐的形式释放磷，以提高从废水吸收磷酸盐的未来潜力。
对废水进行曝气允许氨、R-NH3 +和NH4 +硝化为亚硝酸根NO2 -，并且最终硝化为硝酸根NO3 -。所述硝化微生物是专门的并且生长缓慢。这样，必须要有足够的时间用于所述活性污泥的好氧处理，以使该微生物的生长能够比排出沉淀池中的沉淀污泥去除速率更快。曝气还促进了通过异养生物的COD和BOD消耗。
在降解COD物质时，如果得不到氧气，许多COD去除微生物能够利用NO3 -作为氧化剂，并且将NO3 -转化为游离的氮，N2。
磷的去除是一种用污泥中存在的专门的微生物，即生物除磷(bio-P)细菌而进行的两级工艺。如果生物除磷细菌处于没有氧气和NO3 -的环境，所述生物除磷细菌会通过向水相脱除在细胞中作为能源储存在聚合的磷酸盐化合物中的磷酸盐，将VFA-COD吸收和转化为有机聚合物，PHB。
当所述生物除磷细菌在下一步骤中被保持在好氧条件下时，该生物除磷细菌吸收的磷将比被脱除的磷更多，这通常被称作“过量摄取”过程。在该步骤中所述除磷细菌所利用的HCOD比在第一释放步骤中摄取的HCOD多4倍。
生物除磷细菌在厌氧的和好氧的步骤中都依赖HCOD，并且在第一步中所述细菌被约1mg/l以上的硝酸盐浓度所抑制。因此，脱磷的一个关键方面是增强所述细菌在厌氧段中的生长并使其释放磷酸盐，以准备让所述细菌在处理池中对磷的摄取。
所吸收的磷将与多余的污泥一起被除去。所述生物除磷细菌只能容易地使用可降解化合物或水解的化合物(HCOD)，优选以可溶的形式，并且在WWTP的流入液中这些化合物的浓度在寒冷气候条件下对于生物除磷来说并不理想，这是由于细菌生长是受限制的。
缺氧和厌氧处理促进从硝酸盐到氮气(N2，其释放到大气)的脱氮。在本发明的上下文中，缺氧的被定义为这样的条件，其中没有游离氧存在但氧通过结合到硝酸盐化合物中而存在。脱氮微生物也会消耗COD但存在许多具有脱氮能力的品种。因此，所述脱氮微生物还可以使用部分水解的COD化合物。如果可得到容易降解的化合物，所述脱氮速率将会提高。
在整个所述装置中发生水解，但在所有的曝气反应器或曝气段中，所述COD去除微生物用氧气迅速地转化容易降解的化合物，并且不会给生物除磷或脱氮留下过剩的水解COD(也称易降解化合物)。
在一个具体的实施方案中，所述沉淀污泥的第一回流部分在沉淀污泥的第一和第二回流部分的5-30％(v/v)范围内，优选10-25％(v/v)，更优选10-15％(v/v)。因此，所述沉淀污泥的第一回流部分仅构成废水流进料(Q1)的3-10％(v/v)，更优选4-8％(v/v)，甚至更优选5-7％(v/v)。
即使在侧流反应器中如此低的回流体积，发现COD/HCOD利用率并未降低，因为发现所述反应率与所述回流部分的体积无关而与回流部分中污泥的浓度有关。同时，侧流处理不受水流量波动影响，因为可调整第二侧流以满足这些波动。
因此，发现在整个WWTP中高达60％的总污泥可以作为高度浓缩的污泥而在所述侧流反应器中存在，其保证COD物质的含量以恒定速率但在小得多的体积中被浓缩和水解。因此，简而言之，因为在更小的体积中获得了相同的利用率，所以生产能力得到了优化。
不管对于与COD转化相关的氧的总需求是多少，在侧流反应器中，与该侧流反应器中COD成比例的量是可以得到满足的。污泥在侧流反应器中被曝气的时间可以被计为好氧污泥龄(ASA)，其被测量以在WWTP中提供足够的硝化细菌种群。
已观察到，COD物质在厌氧条件下的水解率在高达40小时的停留时间内以恒定的水解率继续。将所述停留时间定义为由进入具体工艺池的流量除以所述工艺池(处理池，侧流反应器，沉淀池等)的体积。因此，除磷和硝化和/或脱氮过程整体被改进。
沉淀污泥的第一回流部分的流量优选是恒定的，与污泥回流流量无关，即与沉淀污泥的第一和第二回流部分的总和(污泥回流流量)无关。通过以该方式运行所述方法，确保了在侧流反应器中保持非常低的体积，不论进入废水处理装置的流入流。
控制污泥回流流量可适应废水流入的变化，例如由于强降雨，干旱等。这导致更稳健的废水处理过程。因此，可通过COD的恒定优化利用更有效地操作WWTP。
此外，污泥回流的较低流量导致澄清池中污泥深度的增长，并因此导致提供至处理池的回流活性污泥浓度的增大。
第二回流部分可根据进水水位变化。循环第二回流部分的目的是保持处理池中污泥的高浓度。第二回流部分组成废水进料的约40％(v/v)。
在优化废水处理中存在许多挑战，并且特别是在有效运行侧流反应器中，因为在好氧段形成硝酸盐，并在厌氧段的至少一部分或非曝气时间的一部分，氧气和可溶性硝酸盐(NO3-N)两者的浓度必须非常低，以便使侧流中的P去除有效。因此，如果有过量的水解的COD(HCOD)，若侧流反应器处理开始于好氧步骤，则将获得改进的排出物质量。
因此，在本发明的一个特定的实施方案中，步骤c)ii)中的沉淀污泥的第一回流部分在好氧处理的第一步，随后在厌氧处理的第二步被连续处理。这将确保COD物质的含量在好氧条件下分解，而释放氮。可实施该实施方案的进一步变体，以便使厌氧处理中的硝酸盐水平最小化。在一个实施方案中，通过降低好氧反应区中的好氧能力，如通过将好氧反应区划分为数段，其中至少一段在间歇曝气下运行，来提高厌氧反应区中的脱氮能力而实现，这将确保转化HCOD和已发生足够的脱氮。
沉淀污泥的第一回流部分从好氧区进入厌氧区之前设置预定的最高硝酸盐水平是可能的。进入前适当的曝气将确保厌氧区的优化运行。
在使沉淀污泥的第一和第二回流部分流入处理池之后，剩余HCOD可被脱氮和/或生物除磷细菌消耗。如果COD与氮的比率低于6，处理池中可能需要剩余COD，这将确保获得全脱氮能力。
因此，特别地，该实施方案可以是更有利的，当处理池中的COD与氮的比率低的时候，即低于6，如低于6、5、4或3。
如果所述比率较高，该实施方案也是有利的，因为剩余HCOD将提高脱氮率，并因此加快处理池中的处理过程，由此装置的能力进一步被提高。
另一个挑战是废水处理装置被设计用于假定的未来负荷，然而实际负荷和废水组成可与假定的条件不同。
在厌氧阶段中磷的脱除将只在氧气和硝酸盐浓度都极低，优选接近于零的情况下是高效的。因此，在本发明的另一实施方案中，步骤c)ii)中的沉淀污泥的第一回流部分在厌氧处理的第一步，随后在好氧处理的第二步中被连续处理。因此硝酸盐被排放至处理池并且在厌氧水解期间是不存在的。当进料中NH3的浓度高时，该方法特别有用。
在本发明另一个具体实施方案中，步骤c)ii)中的沉淀污泥的第一回流部分经受交替厌氧处理和好氧处理，以使来自侧流反应器的流出在处理池中的好氧段期间是封闭的，且在处理池中的厌氧段期间是开放的。
第一部分中从沉淀池至侧流反应器的流入物被储存在侧流反应器系统中，并且水位将因此升高。这将是有利的，如果废水处理装置经受进料至处理池的废水量的大波动。
然后侧流泵的能力将具有足以在较短运行时间期间增加侧流反应器流量的能力。
在本发明另一个具体实施方案中，侧流反应器被分为独立段，其中各独立段可在曝气、间歇曝气或不曝气下运行。通过在侧流反应器的区中减少曝气，减少了用于厌氧处理的NO3 -的运输，并且非曝气处理期延长。这导致脱氮能力的提高。已观察到，60-70％量级的部分脱氮足以有效运行并控制废水处理装置。
在另一实施方案中，步骤c)ii)中的沉淀污泥的第一回流部分首先在具有占所述厌氧段体积的5－15％，更优选8－12％，比如约10％的体积的段中经受好氧处理，随后是第二步即在厌氧段中经受厌氧处理，并且最后是第三步即好氧处理。
意外地发现，通过将好氧处理插入相对于厌氧处理体积来说较小的体积中，会使后面厌氧处理中的水解率得到显著提高，并且更具体地说所述水解率得到加倍。
在又一实施方案中，通过将侧流反应器划分例如通过至少一个机械堰(mechanical weir)划分为两个部分，所述侧流反应器可设有一个或多个部分，并且所述池的各部分设有除流入口之外的手动或自动流出阀。所述池的各部分互相流体连通。在该实施方案中，侧流反应器可在1、2和3段运行，其中：
1)将进料引至好氧部分。打开好氧段的流出阀并且关闭厌氧段的流出阀。然后一部分形成的NO3-N将直接流入处理池，不经受侧流反应器厌氧段的脱氮。
2)将进料引至侧流反应器的厌氧段，其中打开阀，然而关闭好氧段的阀。因此厌氧段接收来自处理池的新鲜污泥，并且HCOD可流至处理池，其中它有利于脱氮和P去除/脱除；和最后
3)将进料引至好氧池。关闭好氧池中的流出阀，打开厌氧部分的流出阀。然后厌氧段将接收来自好氧段的硝酸盐且HCOD将用于脱氮。当已达到脱氮能力的极限并且硝酸盐浓度超过特定预设值，如1-5mg NO3-N/L时，运行可被转换至上述的1段。
如果所述循环运行了50％的曝气时间和50％的厌氧时间，污泥水解过程将产生例如反应器中存在的污泥COD的2-4％的HCOD水平。从COD水解产生的NH4-N的量将包括大约10-12％的释放的HCOD，并因此同时使用组合的硝化/脱氮过程去除水解的HCOD和释放的NH4-N是可能的。
如果反应器运行了50％曝气/50％脱氮，来自组合工艺的硝酸盐-N水平将是低的，且将引发增强的生物除磷。
相比常规活性污泥脱氮过程，来自组合曝气/脱氮的流出物将包含在主要生物反应器中将被使用的剩余的HCOD以用于较高速率的脱氮。
在一个典型的运行周期中，1、2和3段的总时间将是4-8小时；各段的持续时间可根据反应器中氨-N、硝酸盐-N和磷酸盐-P的量而不同。
该设置可在以下描述的进一步的实施方案中不同，其中侧流反应器第一部分通常供给侧流反应器，该侧流反应器包括中心好氧段和多个厌氧段，优选以平行方式位于好氧段两侧的两个，例如如图4A所示的。每段设有流出阀。进口可如图4A所示或适应于提供进料至所需段的导入口，如图5A所示。在该设置中，污泥以一系列步骤被处理，其中进口通常被引至好氧段并且其中操作被运行，其中
1)打开好氧段的流出阀且关闭厌氧流出阀。因此，部分形成的硝酸盐将流入处理池，而不在厌氧段中脱氮。
2)打开两个厌氧段之一的流出阀且关闭其他的两个流出阀。然后一个厌氧段将接收来自好氧段的硝酸盐并且HCOD将用于脱氮。随后从P中脱除的P-细菌与过量的HCOD流入处理池，所述过量的HCOD将在处理池中增强生物P去除和脱氮；和最后
3)关闭另一个厌氧段(不同于步骤2)的段)的流出阀和其他的两个流出阀。这将具有与2)描述的相同效果。
完成1、2和3阶段的一个典型的时间跨度是4-8小时。
在刚刚所描述的侧流反应器设置的一个变体中，第一部分通常再次引至侧流反应器的中心好氧段。优选地，在两侧设置能够在好氧或厌氧条件下运行的段。优选地，所述段以平行的方式设置，例如图4A中所示。各段设有流出阀。进口可如图4A所示或适应于提供进料至所需段的导入口。在该设置中，污泥也以一系列步骤被处理，其中进口通常被引至好氧段并且其中实时操作被运行，其中
1)打开中心好氧段的流出阀且关闭厌氧流出阀。因此，部分形成的硝酸盐将流入处理池，而不在厌氧段中脱氮。其他两段厌氧运行且由于关闭阀，在先前循环中形成的硝酸盐将被脱氮，从而当硝酸盐浓度足够低，即低于1-1.5mg/l时，将释放磷。
2)打开两侧段的流出阀且关闭中心流出阀。从步骤1在厌氧段中释放的P现在被允许流入处理池，而来自中心好氧段的硝酸盐流入厌氧段，这是由于阀的变换位置。该硝酸盐将在侧池中脱氮。在2段，所述侧池之一将在好氧条件下运行一段时间，直到所有释放的氮已被氧化为硝酸盐，其后，打开中心阀且关闭侧阀；和最后
3)打开在厌氧条件下已单独运行的段的阀，并且关闭两个其他阀。然后从P细菌释放的P流入处理池，并且来自中心池的硝酸盐流入打开段，在那里被脱氮。
因此，在上述不同实施方案中，侧流处理包含多个实时循环，其中污泥在循环的不同时间段被导入不同段。这将确保进料和细菌的灵活和优化利用，以便能够在不使用特别添加的细菌或化学物质下，在处理过程的不同点高水平去除P和N。
在另一个具体实施方案中，在侧流反应器中的混合液悬浮固体(MLSS)浓度(kg/m3)比处理池中MLSS浓度高2-6倍，优选3-5倍，这使获得COD水解、硝化、脱氮和除磷的增加的速率成为可能。
因此，侧流反应器约占所需体积的20-33％，如果所有这些过程发生在处理池中。因此，在较小体积中获得相同的总转化率。
根据本发明的另一方面，提供根据本发明的方法用于生物除磷和/或生物硝化和脱氮的用途。
所述方法用于生物硝化和脱氮和/或生物除磷的用途是在一个具体的实施方案中，优选当COD与总氮的比率低时，如低于7，优选低于6，且更优选低于5、4或3。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机程序，其中以上过程通过从已安装所述计算机程序的计算机的指示而执行。
在另一方面，本发明提供一种适于通过活性污泥法处理废水的系统，所述系统包括至少一个连接到至少一个沉淀池(B)的处理池(A)，所述沉淀池(B)连接到至少一个侧流反应器(C)，所述侧流反应器(C)连接到所述至少一个处理池(A)，且所述处理池(A)还具有一个进口且所述沉淀池还具有一个或多个液体和/或固体出口，其中在所述沉淀池(B)和处理池(A)之间设置直接连通的管道系统。
应当理解，通过直接连通，管道系统是指一个或多个相互连接的管道。可发生不同流的混合(如图1A-C所示)。这样的结构仍在所设置的直接连通的管道系统的定义内。
附图说明
图1A、B和C是根据本发明的生物废水处理系统的简要示意图，其说明侧流处理的流VT在不同位置的回流。
图2是在图1A、B和C中所示的侧流反应器C的一个实施方案的简要示意图，其中活性污泥的第一回流部分首先经受厌氧处理，随后是好氧处理。
图3是在图1A、B和C中所示的侧流反应器C的一个实施方案的简要示意图，其中活性污泥的第一回流部分首先经受好氧处理，随后是厌氧处理。
图4A-B说明了本发明的不同实施方案，其中所述第一部分的好氧和厌氧处理是平行的。
图5A和B说明了一种实施方案，其中侧流反应器在一段好氧条件、厌氧条件和好氧随后厌氧条件下运行。
具体实施方式
在下面对本发明进行更详细的描述。所有的特征和细节应同样适用于所述方法和用途的各个实施方案和方面。
术语“处理池”是指一种系统，其中废水的有机和无机物质在使用微生物的生物过程中被降解，以从废水中去除有机化合物、氮和磷等。所述处理池可以包括不同的区，如厌氧、好氧和/或缺氧区，其各自可以处于不同的顺序-串联的和平行的。
各处理池的停留时间由进入特定处理池的流量除以特定处理池的体积确定。处理池的停留时间可变化很大，但典型地为2小时-3天。然而，对于各独立的废水处理装置，停留时间是特定的，且还高度取决于将被处理的废水类型和环境温度。因此，各废水处理装置的实际停留取决于条件。本领域技术人员可以确定停留时间典型地应为何种顺序。
术语“侧流反应器”是指一种系统，其任选地被再划分为许多串联的独立段，其中所述沉淀污泥的第一回流部分经受好氧和厌氧条件。各段可以独立运行，以使所述沉淀污泥的第一回流部分经受好氧或厌氧处理，随后分别进行厌氧或好氧处理。
侧流反应器中的停留时间由进入侧流反应器的流量除以侧流反应器的体积确定。侧流反应器的时间可变化很大，但典型地为6小时-3天，优选12小时-2天，更优选20小时-30小时。由于侧流反应器可在独立段中运行，各段的停留时间可不同。然而侧流反应器各段的停留时间可变化很大，但典型地为3小时-1天，优选6小时-12小时，更优选10小时-15小时。如果侧流反应器在批量条件下运行，即仅有一个流进入侧流反应段，而没有任何液体从侧流反应器的段流出，停留时间计算为进入侧流反应器的段的流量除以侧流反应器的段的体积。所述侧流反应器的段的停留时间典型地为2小时-1天，优选4小时-15小时，更优选7小时-10小时。
术语COD是指使用强氧化剂将可氧化污染物降解的化学需氧量。所述COD试验是测量废水污染物的相对氧气-消耗效应。COD通过ISO 6060:1989标准(水质——化学需氧量测定)而测量。
术语水解的COD或HCOD是指可氧化的污染物的测量。HCOD的含量和量通过COD在好氧和厌氧处理中的微生物水解而形成。所述HCOD通过将在生物处理之前和之后的可溶COD和可溶PO4-P的差组合测量，使用以下表达：活性回流污泥处理池和在所述处理池之前和之后可溶PO4-P的差，其使用以下表达：
HCOD＝Δ可溶COD+2.5*ΔPO4-P
所述COD和PO4-P是在使用4μm过滤器或类似物的过滤后的样品上测量的。
术语“MLSS”是指混合液悬浮固体，其被表达为以kg每m3计的总悬浮固体量。
除非另有说明，在说明书和权利要求中所有的百分比是v/v％。
术语“交替厌氧处理和好氧处理”是指一种方法，其中侧流反应器周期性曝气，以便获得沉淀污泥的第一回流部分的一段好氧处理，随后是沉淀污泥的第一回流部分的一段厌氧处理。曝气和非曝气的周期可为0.5、1、2、5小时或更多。此外，曝气和非曝气的周期可不同。因此，侧流反应器可以2小时曝气随后1小时不曝气运行。
现在参考图1A、B和C，说明了本发明的方法，其中未处理的废水或者初级澄清的废水根据本发明被处理。
废水进料Q1被送到处理池A，在其中所述废水进料Q1通过微生物受到不同的生物处理，如厌氧处理、好氧处理和缺氧处理以提供处理过的流QT。
处理池A可以包括数个单独的池，其各自可以串联或平行结合，并且彼此独立地运行，即，在所述处理池中生物处理的数目、顺序和类型可以不同。因此，所述生物处理工艺可以仅为好氧处理，或者替代地，作为通常的情况，所述生物处理工艺可以是厌氧处理，之后或之前是好氧处理，其可以是在一个池中，或者在若干个池中。
处理后的废水与污泥的混合物作为处理后的流QT从处理池A流到沉淀池B。在沉淀池B中，污泥沉淀下来，以提供包含处理后的废水和沉淀污泥的双相系统。
只包含少量的污泥(排出物)的处理后的废水Q2被排出，如果必要的话其可能用于进一步的处理。
所述沉淀污泥Q3的一部分从所述沉淀池的底部部分取出。可以想到的是从所述沉淀池可取出多于一个污泥流，但优选是从一条管路，因为这在维护和安装上比较容易。该流被分成两个回流部分。沉淀污泥的第一回流部分V1，在其作为侧流处理流VT回流到所述处理池A之前在侧流反应器C中经受进一步生物处理。在侧流反应器C中的处理包括至少一个好氧处理和/或厌氧处理。
沉淀污泥的第二回流部分V2返回处理池A而没有经过任何进一步地生物处理。
通过在所述沉淀后的流Q3的分割之前或之后适当布置的流量计、阀和泵来对所述分割加以控制。在所述分割下游的两个泵是优选的。
侧流处理的流VT和第二回流部分V2可以连接到所述处理池上游的进料流，作为所述处理池的单一进料(图1A)，可以独立地向处理池进料(图1B)，或者，两个流VT和V2可以在进料到处理池A之前就混合起来(图1C)。
所述沉淀污泥的最后的任选部分Q4被排出，如果必要的话可以用于进一步地加工，但最常见的是用来回收用于进一步接种的活性细菌。
所述系统还包括管道、液体移动装置，如泵，以及阀门或者其它用于开放和封闭区、段和池之间的流通的装置。这些都是本领域中公知的。
为了控制所述沉淀污泥第一回流部分的生物处理和所述沉淀污泥第一和第二回流部分的流量，在所述工艺的许多位置可以包括传感器和流量计以便测量许多因素。
要测量的因素包括但不局限于进入处理池的未处理废水的输入流量Q1、在不同处理池之间的任何(一种或多种)内部流量、从处理池到沉淀池的(一个或多个)流量，以及沉淀污泥第一和第二回流部分的流量，
所述(一个或多个)处理池、所述侧流反应器中不同的处理区域、以及所述沉淀池中液体的水平，
所述(一个或多个)处理池、所述侧流反应器中不同的处理区域、以及所述沉淀池中的MLSS含量，
在所述侧流反应器、(一个或多个)处理池和沉淀池中的不同处理区域的NO3 -、氧、O2、COD、BOD、HCOD、总氮和总磷以及PO4-P的浓度。
测量的输出用来通过对于控制废水处理而特别开发的软件而运行所述工艺，例如可以从EnviDan A/S获得的EnviStyr。
现在参考图2，说明了图1A、B和C的侧流反应器的进一步变形，侧流反应器C中的沉淀污泥的第一部分V1的生物处理首先在厌氧处理区C-1经受厌氧处理，随后在好氧处理区C-2经受好氧处理，来提供侧流处理流VT。所述厌氧和好氧处理区，C-1和C-2，可以被分数个独立的段(用虚线表示)。
现在参考图3，说明了图1A、B和C的侧流反应器的进一步变形，在侧流反应器C中进行对沉淀污泥第一部分的生物处理，首先在好氧处理区C-2中经受好氧处理，接着在厌氧处理区C-1中进行厌氧处理，以提供侧流处理流VT。所述厌氧和好氧处理区C-1和C-2可以被分成数个独立的段(用虚线表示)。
现在参考图4A-B，说明了本发明的实施方案，其中所述沉淀污泥在平行的侧流反应器中通过单独的处理区、第二处理区的绕道或其组合进行侧流处理。
在图4A所示的实施方案中，第一回流部分V1被分为两部分，提供了第一回流部分A，V1_A和第一回流部分B V1_B。所述部分V1_A和V1_B分别进行好氧和厌氧处理。因此，在这个实施方案中，所述第一部分通过好氧和厌氧处理而被侧流处理，但在再分的部分A和B中平行处理。当氮含量非常高时，该实施方案是特别有用的。在该实施方案的变形中，只有一个同时具有好氧和厌氧区的侧流反应器C，但在好氧和/或厌氧处理后，处理的污泥绕过并直接进料至处理池，这在图4B中进行了说明。所说明的所述实施方案的进一步变形和组合是可以预见的并且在本申请的范围之内。现在将通过下面的非限制性实施例描述本发明。
在图5A中示出了一种变形，其中所述处理池被分为两段，好氧段(黑块)和厌氧段(白块)。然而，本发明不应限于两段，因为三段或更多段是可以预见的，如附加的厌氧段。将进口示为进口分布器(ID)，其可将进料从处理池(A)引至侧流反应器的不同段。同样可以预见，可有一个进口至各部分。各段具有流出口，且所述部分相互流体连通。
在图5B中更详细地说明了反应器的运行，再次地，黑框是好氧处理而白框是厌氧。在该实施方案中，侧流反应器可以1、2和3段运行，其中：
1)将进料引至好氧部分。打开好氧段的流出阀并关闭厌氧段的流出阀。然后部分形成的NO3-N将直接流入处理池，而不需要在侧流反应器的厌氧部分进行脱氮。当总共运行约6小时时，该模式运行可典型地在0-2小时的时间跨度内。
2)在第二段中，将进料引至侧流反应器的厌氧段，其中阀是打开的，然而好氧段的阀是关闭的。因此厌氧段接收来自处理池的新鲜污泥并且HCOD可回流至处理池，其中它促进脱氮和P去除/脱除，该运行模式典型地运行一小时，即有时2-3；和最后
3)在第三段中，将进料引至好氧池。关闭好氧池的流出阀并打开厌氧部分的流出阀。然后厌氧段将接收来自好氧段的硝酸盐并且HCOD将用于脱氮。当达到脱氮能力的极限并且硝酸盐浓度超过特定预设值时，如2-4小时且特别地为如所说明的3小时，即T＝3-6。如上所述，此后运行可被再次转换至1段。
在一种典型的运行中，1、2和3段的总时间将为4-8小时，更具体地为如所说明的6小时。各段的持续时间可根据反应器中N和O的量不同，然而各段的典型运行可为1段中1-3小时，2段中1/2-11/2小时和3段中2-4小时。
在描述的所有实施方案中，可以预见厌氧段/池可配置有曝气装置，以便能够如果认为需要时提供空气。这将提供更灵活的设置。
实施例
大规模测试了根据本发明权利要求4的实施方案。即，具有首先具有好氧处理区随后是厌氧处理区的侧流反应器的方法。
在进料中，COD与N的比率是6。在所述装置中总的污泥量是355.5t DS并且侧流反应器(c)的污泥含量预定为所述装置总体积50％的水平，即177.8tDS。所述废水进料的组成是COD:420mg/l、BOD 180mg/L、N 70mg/l以及P8mg/L。
所述工艺在冷条件下运行，即，在10℃。并且设定所述第一回流部分使V1/Q1为12.3％(v/v)，通过特别配置的软件如从EnviDan A/S得到的EnviStyr对流量进行调节。
表1：测量组分的质量平衡(kg/天)
表征/流 Q1 Q2 Q4
COD 42000 3000 19400
N 7000 1500 1292
表2：流量(m3/天)
Q1 100000
Q3 35000
V1 12240
从该实施例可以看到，用小部分的回流污泥(其被处理以活化所述污泥，用于在处理池中废水的净化)得到了很有效的氮去除和COD降解。

Claims (16)

1.用于废水生物处理的方法，其通过在整个方法中使用相同细菌种群的活性污泥法进行，所述方法包括以下步骤：
a)使废水进料流入处理池，
b)使所述处理池中的废水经受生物处理过程以提供处理后的废水和活性污泥的混合物，
c)使所述混合物在沉淀池中沉淀以提供处理后的废水和沉淀污泥，其中所述沉淀污泥经受以下步骤：
i)将所述沉淀污泥的第一和第二回流部分分离，
ii)使所述沉淀污泥的第一回流部分在侧流反应器中经受包含好氧处理和/或厌氧处理的过程，
d)使所述沉淀污泥的第一回流部分从所述侧流反应器和所述沉淀污泥的第二回流部分从所述沉淀池流入处理池。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述处理池中的细菌去除磷。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤ii)包括好氧和厌氧处理。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述沉淀污泥的第一回流部分为沉淀污泥的第一和第二回流部分的5-30％(v/v)，优选10-25％(v/v)，更优选10-15(v/v)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其中步骤c)ii)中所述沉淀污泥的第一回流部分在第一步好氧处理，随后在第二步厌氧处理中被连续处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述好氧处理被分为多个段，并且其中这些段中的至少一段在间歇曝气下运行。
7.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中步骤c)ii)中所述沉淀污泥的第一回流部分在第一步厌氧处理，随后在第二步好氧处理中被连续处理。
8.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中步骤c)ii)中所述沉淀污泥的第一回流部分经受交替厌氧处理和好氧处理。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中所述侧流反应器被分为独立段，其中各独立段可在曝气、间歇曝气或不曝气下运行。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中步骤c)ii)中所述沉淀污泥的第一回流部分首先在具有占厌氧段体积的5-15％，更优选8-12％如约10％的体积的段中经受好氧处理，随后在厌氧段中经受第二步厌氧处理，并且最后经受第三步好氧处理。
11.根据前述权利要求1-10任一项所述的方法，其中所述侧流反应器被分为独立段，所述独立段为至少一个好氧段和至少一个厌氧段，其中各段设有流出阀且相互流体连通，且其中第一回流部分在特定的时间段(a specific rimeperiod time)以一系列段运行，其包括：
第一好氧段，其中将第一回流部分进料至好氧段且打开好氧流出阀并关闭厌氧流出阀；
第二厌氧段，其中将第一回流部分进料至厌氧段且其中打开厌氧流出阀并关闭好氧流出阀；和
第三好氧和厌氧段，其中将第一回流部分进料至好氧段且其中关闭好氧流出阀并打开厌氧流出阀。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其中所述侧流反应器中的混合液悬浮固体(MLSS)浓度(kg/m3)比处理池中MLSS浓度高2-6倍，优选高3-5倍。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其中所述沉淀污泥的第一回流部分构成废水流进料(Q1)的3-10％(v/v)，更优选4-8％(v/v)，甚至更优选5-7％(v/v)。
14.根据权利要求1-13任一项所述的方法，其中废水进料为污水、市政废水、生活废水、商业废水、工业废水、来自化粪污泥池(septic sludge tanks)的废水等。
15.根据权利要求1-14任一项所述方法的用途，用于生物脱磷和/或硝化和脱氮。
16.适于通过活性污泥法处理废水的系统，所述系统包括至少一个连接到至少一个沉淀池(B)的处理池(A)，所述沉淀池(B)连接到至少一个侧流反应器(C)，所述侧流反应器(C)连接到所述至少一个处理池(A)，且所述处理池(A)还具有一个进口且所述沉淀池还具有一个或多个液体和/或固体出口，其中在所述沉淀池(B)和处理池(A)之间设置直接连通的管道系统。
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