[發明專利]水和污水的處理方法和裝置

在審

• 申請號: 201410171998.1
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN104140156A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 王建民
• 申請（專利權）人: 王建民
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎

引用的相關申請

本申請要求2013年5月10日的美國專利申請號13/891，830的優先權。

技術背景

含有有機污染物的污水通常用生物法處理。懸浮生長法，通常也被稱為活性污泥法，是最廣泛使用的生物法之一。例如，大多數市政污水處理廠在其二級處理階段采用活性污泥法去除污水中的有機污染物。傳統活性污泥法包括一個懸浮生長生物反應器(若在好氧條件下運行則稱之為曝氣池)和一個沉淀池(通常稱之為沉淀池)。污水和從沉淀池回流的活性污泥進入曝氣池?？諝饣蜓鯕馔ㄟ^曝氣系統供至曝氣池。在曝氣池中，污染物被降解。曝氣池的混和液然后進入沉淀池進行固-液分離。沉淀池的上清液通過沉淀池的出口排出。沉淀池中沉淀的大部分污泥被回流到曝氣池。剩余污泥被排放到污泥處置系統進行進一步的處理。

在大多數情況下，污水中還含有各種型態的氮和磷。因為它們能引起受納水體中藻類的過快增長，他們也被稱為污水營養物質。此外，有機氮和氨在受納水體中被氧化時會消耗氧。這些污水營養物也可在生物反應器中被去除。在好氧條件下微生物可以將有機氮和氨轉化為硝酸鹽或亞硝酸鹽。這個過程被稱為硝化。如果生物反應器或者其中的一部分是在缺氧狀態(無溶解氧(DO))，微生物可以將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氮氣。這個過程被稱為反硝化。如果生物反應器被維持在低溶解氧狀態，可以實現同時硝化/反硝化。如果好氧污泥不斷地流經生物反應器的厭氧區，則可以馴化出有利于磷吸收的微生物，通常稱之為聚磷微生物(PAO)。磷會隨著排放污泥被去處。

生物硝化與反硝化可經由多種方式實現。生物反應器或工藝可由兩個區或兩個獨立的池子組成：好氧區(池)用于硝化，缺氧區(池)用于反硝化。活性污泥從沉淀池回流到生物反應器中，以保持一定的微生物量進行硝化與反硝化。如果缺氧區是在好氧區的前面，它被稱為“前缺氧”工藝。在這個工藝中，進水中的有機物用作反硝化反應的電子給體，從而在反硝化過程中也使得部分有機物得以去除。然而，該工藝依賴于最終污泥和混和液的回流向缺氧區提供亞硝酸鹽/硝酸鹽。因此，只有在這些回流液中的亞硝酸鹽/硝酸鹽才能被去除。在好氧區中總有一部分硝酸鹽/亞硝酸鹽(取決于回流比)永遠不會被回流到缺氧區，從而限制了反硝化的程度。如果缺氧區是在好氧區之后，它被稱為“后缺氧”工藝。這一工藝不能利用進水中的有機碳進行反硝化。因此，反硝化速度通常非常緩慢，通常需用外加碳源來促進反硝化。外加碳源的方法增加了操作的復雜性和費用。

此外，還有一種交替好氧-缺氧工藝(AAA)用于硝化與反硝化以去除總氮。該工藝的生物反應器不分段，而是在同一體積內，在不同時間分別創造好氧和缺氧條件。曝氣用于創造好氧條件進行硝化，然后停止曝氣以創造缺氧條件進行反硝化。

序批式生物反應器(SBR)可以在同一個池子內進行硝化、反硝化和固液分離。在曝氣期間進行硝化，在進水和混和期間進行反硝化。污泥在沉淀期間沉淀并被保留在池內。然而，在新的進水周期開始之前，硝化后上清液中的部分硝酸鹽必須被撇出。出水中的硝酸鹽濃度取決于進水中的總氮濃度和一個處理周期內進水體積所占池子總體積之比。因此，只有在撇除上清液后存留在池內的部分硝酸鹽才可被反硝化。由于SBR工藝不太可能對上清液進行頻繁但小體積的撇除，因此，出水中總的硝酸鹽濃度不能夠保持在所希望的低水平。此外，上清液撇除過程中使用許多機械動件；它們可能會出問題并影響操作。

如果需要同時去除氮和磷，則必須使用更復雜的工藝。這些工藝應當有厭氧條件以培養聚磷微生物，缺氧條件進行反硝化，和好氧條件以氧化有機污染物和進行硝化。

圖1展示了傳統的用于去除總氮的前缺氧工藝。它有一個用于反硝化的缺氧區和后面一個用于去除生物耗氧量(BOD)和硝化的好氧區。好氧區連續曝氣。好氧區混和液被強制回流到缺氧區以提供硝酸鹽?；旌鸵簭暮醚鯀^流到沉淀池進行固-液分離。沉淀池中沉淀的污泥被回流到缺氧區以提供生物處理所需的微生物，上清液則排出。缺氧區通常通過機械設備進行連續混和。

圖2展示了傳統的用于去除總氮與磷的厭氧-缺氧-好氧(A2O)工藝。它在圖1所示的前缺氧工藝之前加了一個厭氧區，用以培養PAO。因此，該工藝又具有除磷功能。