廢水的高效處理方法
2023-05-26 23:31:21
專利名稱：廢水的高效處理方法
技術領域：
本發明涉及下水道水或廢水的處理方法，具體地說，涉及對廢水進行高效處理的方法，利用具有間歇充氣性能的反應槽和帶有汙泥輸送設施的沉澱池，組成單元系統(unit system)，組合兩個以上的所述單元系統，在組成不同單元系統的反應槽之間，不通過活性汙泥，只通過在所述沉澱池中固液分離的上清水，並實施間歇充氣和流路變更操作，穩定且高效率地消除廢水中的有機物和氮、磷。
背景技術：
目前用於廢水處理場的氮和磷的生物學除去工藝經過不供給游離氧的無氧(anoxic)反應工藝、厭氧性(anaerobic)反應工藝、和供給氧的需氧性(aerobic)反應工藝。需氧性反應工藝中將有機氮和氨態氮氧化成硝酸性氮，而無氧反應工藝中進行將硝酸性氮還原為氮氣後釋放到大氣中的脫氮反應。在厭氧性反應工藝中引發活性汙泥釋放磷。這樣釋放的磷再次在需氧性反應工藝中被微生物過剩攝取，過剩攝取磷的微生物通過除去剩餘活性汙泥，最終除去氮和磷。
以往的氮和磷的除去工藝是將厭氧性槽、無氧槽、以及需氧性槽等分開，並具有一定的容量，所以不能根據流入水質和流入水量的變化靈活應對。另外，為了將流入廢水中的有機物利用於脫氮反應，需要將硝酸化槽的流出水在前階段的脫氮槽中進行內部循環。為了利用廢水中的有機物且得到充分的除氮效率，需要處理流量的約2～3倍的內部循環流量，所以存在泵設施費、動力費和維護費大幅度增多的問題。
為了解決上述問題，曾提出過間歇充氣方法和流路變更方法，採用間歇充氣方法和流路變更方法的現有技術可舉出以PID(Phased IsolationDitch，分階段隔離溝，以下稱「PID」)工藝方法為代表的例子。
圖5的(a)-(d)與PID有關，表示處理工藝和各階段中充氣或非充氣狀態、流入以及流出方向的變更即流路變更狀態。
首先，整體結構是沿著流入水的進行順序具有預脫氮槽201a、選擇槽201b、厭氧性槽201c、帶有充氣和攪拌功能的兩組氧化溝202，203、和一個沉澱池204。另外，還具有從沉澱池向預脫氮槽輸送汙泥的汙泥輸送泵205和汙泥輸送配管208。
所述厭氧性槽的功能是將原水和輸送汙泥進行混合後在厭氧性狀態下從汙泥釋放磷。如果存在如硝酸性氮(NO3)或亞硝酸性氮(NO2)等中的鍵合氧，則磷釋放困難，所以在厭氧性槽的前階段的預脫氮槽和選擇槽中需要事先除去原水或輸送汙泥中含有的游離氧或硝酸性氮。另外，為了防止短路，厭氧性槽是將分割為兩組以上的組進行組合構成，在各自的反應槽中設置攪拌裝置301。
如上所述，PID由於需要設置和運行預脫氮槽、選擇槽、厭氧性槽等，需要很多的設置費、動力費、維護費等費用。
另外，從處理效率的側面考慮，階段的轉換不迅速且不明確，處理效率差。在厭氧性狀態下釋放磷，磷含量低的活性汙泥轉換為需氧性狀態，且進行微生物活化時，再次過量地攝取磷。但是，PID中在厭氧性槽中經過脫磷過程的汙泥在(a)和(c)階段中流入無氧狀態而不是需氧性狀態的反應槽，所以微生物的活性化不充分，磷的攝取效率差。
在脫氮工藝中，為了還原氮氧化物，作為電子供給體需要充分的有機物。但是，在PID中，如果從在無氧狀態下進行脫氮反應的氧化溝繼續流出大量吸附有有機物的汙泥，從而使有機物負荷增大，則向硝酸化反應不利的氧化溝中流入，所以硝酸化反應進行差，且由於無氧條件下的氧化溝中有機物不足，脫氮效率差。
在PID(a)階段中，具有與流入流量相同的流量的汙泥從進行脫氮反應的第一氧化溝202繼續流出並流入將要進行硝酸化反應的第二氧化溝203中。因此，吸附在汙泥中的有機物與汙泥一起在第一氧化溝中流失，對脫氮工藝不利，流失的有機物就會流入將要進行硝酸化反應的第二氧化溝，所以對硝酸化反應不利。這些現象也同樣出現在變更流路且在第二氧化溝進行脫氮反應的(c)階段的脫氮工藝中。
為解決PID工藝方法的這些問題，作為改進的方法，有本申請人發明的韓國專利第0225971號的PhICD方法。PhICD方法是通過組合兩個以上的沉澱池內置型氧化溝，且以流路變更和間歇充氣方式運行，以及通過工藝間固液分離將流入有機物在脫氮和脫磷反應中得到最大限度的利用，不會作為硝酸化反應的負荷，得到良好的硝酸化效率，所以脫氮脫磷效率穩定且良好。另外，與PID不同，可省去包括前階段的預脫氮槽、選擇槽、兩組厭氧性槽的四個反應槽，所以節約設施費和維護費，而且由於沉澱池是內裝的，所以佔地利用度高且省去汙泥輸送和輸送設施，節約設施費和動力費。
但是，PhICD方法具有PID那樣的四個運行階段，所以運行管理有些複雜，反應槽形態被限制為循環水路型的氧化溝形態。
另外，在本申請人發明的韓國專利第0350893號的「利用工藝間固液分離、流路變更、和間歇充氣的高效處理方法及其裝置」中，反應槽形態沒有限制在作為循環水路型的氧化溝形態，而由正方形或長方形反應槽組成且廣泛用於一般的長期充氣工藝或標準活性汙泥工藝，運行階段從以往方法的四個階段縮短到兩個階段，所以運行管理簡單。
但是，在本方法中，工藝間固液分離利用過濾布等過濾設備進行，所以過濾布被反應槽內的高濃度懸浮性固體物堵住，或需氧性反應槽的氣泡通過過濾設備後流入無氧或厭氧性反應槽中，不能得到順利的相分離，脫氮脫磷效率差。
另外，生活廢水中流入有機物不足且C/N比低，所以脫氮和脫磷反應所需的有機物不足的情況很多。如上所述，流入廢水中可被微生物利用的溶解性有機物濃度低時，脫氮效率低，為了用作脫氮反應所需的電子供給體，在無氧反應槽內需要注入甲醇等容易分解的有機物，所以費用負擔重，希望得到能夠取代甲醇等的有機物。
發明內容
為解決上述問題而提出本發明，其目的是提供廢水的高效處理方法，可節約設施費和維護費，並可有效利用作為有效除去廢水中氮和磷的方法的間歇充氣方法和流路變更方法。
為達到上述目的，在本發明中，由帶有間歇充氣功能的反應槽和帶有汙泥輸送設施的沉澱池組成單元系統，利用充氣和非充氣攪拌的設定條件，設定時間差並可重複，並組合兩個以上的所述單元系統實施間歇充氣和流路變更方法，將所述沉澱池中沉澱的活性汙泥輸送到組成同一單元系統的反應槽，在組成不同單元系統的反應槽之間只有上清水通過而固體物不通過，完成工藝間的固液分離。
這樣，在用於本發明脫氮脫磷的廢水處理設施中，從外置沉澱池輸送的汙泥只流入到包括可引出所述輸送汙泥的沉澱池的、構成相同系列單元系統的反應槽中。也就是，輸送的汙泥不流入鄰接的其他系列反應槽中。因此，利用所述沉澱池的固液分離性能，在需要無氧條件或厭氧性條件的反應槽中不會流入從進行有機物分解和硝酸化的需氧性狀態的反應槽中流出的游離氧或氮氧化物，也不流失有機物，所以可提高脫氮效率。另外，進行硝酸化的需氧性條件的反應槽中防止來自無氧或厭氧性條件的反應槽的有機物流入，並改善硝酸化效率，所以通過改善硝酸化和脫氮效率，提高了除氮效率。
也就是，通過將反應槽和沉澱池組合工藝用兩個工藝組成，使汙泥不在反應種類不同的反應槽之間相互移動，由此改善PID工藝方法的問題。
另外，本發明中，在正方形或長方形的、進行浮遊繁殖的反應槽或充填有生物膜載體的接觸氧化槽等反應槽中組合圓形或長方形的外置型沉澱池(external clarifier)，通過上述組合工藝，克服PhICD工藝方法的以循環水路型氧化溝或內置型沉澱池來限制反應槽和沉澱池形態的缺點。
本發明中通過增加後續處理工藝和將流路變更階段減少到兩個階段，進一步簡化由四個階段構成的PID、PhICD運行方法。通過在無負荷無放流狀態時的外置型沉澱池中注入空氣並充氣攪拌，運行階段就會縮短在空轉階段中的滯留時間，也縮短一個循環所需時間。
另外，本發明中為解決C/N比例低且脫氮脫磷效率受限的韓國的廢水處理問題，在厭氧性條件下運行且在進行脫氮和脫磷反應的反應槽中為了脫氮反應而注入外部碳源，進一步設置初始沉澱池，利用產生的原汙泥發酵液，並利用原垃圾等有機廢棄物或其發酵液，有效改善脫氮脫磷效率，得到有效的有機廢棄物的處理成分。
如上所述，利用本發明的用於脫氮脫磷的高效處理方法，可提高氮和磷的除去效率，減少河川和湖澤的富營養化現象，可提供具有如下優點的、除去氮和磷的系統，即使流入有機物不足且C/N比例低的廢水處理，也可得到良好且穩定的營養鹽類除去效率。
硝酸化和脫氮氧化反應、以及磷的釋放和過剩攝取反應所需的狀態轉換迅速且反應時間縮短。由於處理工藝的組成簡單，所以佔地利用率高且設施費和維護費用低，解決了容易腐爛且產生惡臭的、對處理帶來困難的有機廢棄物的處理處置的問題。
圖1是本發明的高效處理方法的第一實施例的流程圖；圖2是本發明的高效處理方法的第二實施例的流程圖；圖3是本發明的高效處理方法的第三實施例的流程圖；圖4是本發明的高效處理方法的第四實施例的流程圖；圖5(a)～(d)是現有技術的脫氮脫磷方法(PID)的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步詳細說明本發明。
圖1是表示本發明的營養鹽類除去方法的第一實施例的流程圖。該處理系統組合第一單元系統和第二單元系統，以流路變更和間歇充氣方式運行。其中所述第一單元系統包括具有充氣設備和攪拌設備(沒有圖示)的第一反應槽11和具有汙泥輸送設備的作為外置型沉澱池的第一沉澱池14；第二單元系統包括第二反應槽21和外置型的第二沉澱池24。
也就是，由於在所述第一反應槽11和第二反應槽21之間移動的反應液必須經過所述兩個沉澱池14、24中的任何一個，所以利用所述沉澱池的固液分離性能，兩個反應槽相互之間只通過上清水而不通過固體物，並利用流路變更和間歇充氣的組合方法進行脫氮反應。
圖1(A)所示的第一廢水處理階段是脫氮反應、脫磷反應、有機物分解、和硝酸化反應等混合進行的工藝階段。該階段在第一反應槽11中進行脫氮反應和脫磷反應，在第二反應槽中進行有機物的需氧性分解和硝酸化反應。流路構成如下，首先使流入水流入所述第一反應槽11中，第一反應槽11的流入水再次經過第一沉澱池14、第二反應槽21和第二沉澱池24後流出。
此時，第一反應槽11中斷充氣設施的運行，運行攪拌設施，從而在無氧條件和厭氧性條件下運行。在第一反應槽11中，在運行初期到指定時間中利用流入水中含有的有機物進行將氮氧化物還原為游離氮的脫氮反應，當達到氮氧化物完全枯乾的完全厭氧性條件時，就會進行從汙泥釋放磷的脫磷反應。
因此，上述第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11就會設定時間間隔並進行脫氮反應和脫磷反應。同時，在第二反應槽21中運行充氣設施，維持需氧性狀態，與有機物的需氧性分解一起進行硝酸化反應。
本發明的所述第一廢水處理階段(A)中包括可替代以往技術---PID的(a)階段和預脫氮槽、選擇槽、厭氧性槽等設施的工藝，從第一反應槽向第二反應槽流出的流出水是利用所述第一沉澱池14來分離活性汙泥的上清水，所以從第一反應槽11到第二反應槽21隻流入不合有活性汙泥的流入水。因此，本發明中，作為脫氮脫磷工藝的所述第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11中不流出吸附有有機物的汙泥，所以第一反應槽11中防止作為電子供給體的有機物的流失，提高脫氮效率，而第二反應槽21中減少流入有機物負荷，所以改善硝酸化效率。
為了在脫磷反應中有效脫磷，需要連氮氧化物等氧化物形態的鍵合氧也不存在的完全厭氧性狀態。連氮氧化物也除去的完全厭氧性條件即使是只通過延長所述(A)階段的滯留時間，也可滿足第一反應槽11的條件。
也就是，本發明的所述第一廢水處理階段(A)階段中，反應液在第一反應槽11和第二反應槽21之間經過作為外置型沉澱池的第一沉澱池14，汙泥分別輸送到各自的前階段的反應槽，不會與反應形態不同的反應槽混合。更詳細地說，第一反應槽11和第一沉澱池14與第一汙泥輸送流路15連接，使第一沉澱池14的汙泥輸送到第一反應槽11，而第二反應槽21和第二沉澱池24與第二汙泥輸送流路25連接，使第二沉澱池24的汙泥輸送到第二反應槽21。
因此，與將兩個以上的氧化溝和一個系列的沉澱池組合構成的PID不同，固體物不會從第一反應槽11向第二反應槽21移動，循環滯留就會在第一反應槽11和第一沉澱池21內部進行，含有游離氧和氮氧化物的汙泥不會從需氧性狀態的第二反應槽21流入到第一反應槽11。
另外，與PID不同，在汙泥流入路線上不需要設置預脫氮槽、選擇槽和厭氧性槽等設施，在圖1的(A)所示的第一廢水處理階段(A)將第一反應槽11的內部變為完全厭氧性條件。這是因為，第一反應槽11將汙泥輸送到第一沉澱池21中，所以在不從需氧性條件的第二反應槽21或第二沉澱池24流入含有游離氧或鍵合氧的輸送汙泥的、所述第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11中，利用在流入原水中以非充氣狀態含有的有機物，甚至連氮氧化物都會完全枯竭。
在第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11中，在進行脫氮反應和脫磷反應的間隙，第一反應槽21也在需氧性條件下繼續進行有機物分解和硝酸化反應。
在圖1的(B)所示的第二廢水處理階段(B)中，除了第一和第二反應槽11，21的作用和流路相互變化之外，反應內容與所述第一廢水處理階段(A)相同。
如圖1所示，在第一廢水處理階段(A)中，流入原水經過第一反應槽11、第一沉澱池14、第二反應槽21、和第二沉澱池24，將處理水排出。但是，第二廢水處理階段(B)中變更第一廢水處理階段(A)的流路，流入原水經過第二反應槽21、第二沉澱池24、第一反應槽11、和第一沉澱池14，將處理水流出。而且，接著第一廢水處理階段(A)，在第二廢水處理階段(B)中變更流路，在需氧性狀態下運行，並將原水流入到存積有氮氧化物的所述第二反應槽21中，而且將第二反應槽21的充氣裝置中止運行，且在無氧條件下運行並進行脫氮反應。與此同時，第一反應槽11運行充氣裝置，轉換為需氧性條件，進行有機物分解和硝酸化反應。
也就是，第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11中進行的脫氮反應和脫磷反應是在第二廢水處理階段(B)中在第二反應槽21進行，而所述第一廢水處理階段(A)的第二反應槽21中進行的硝酸化反應是在第二廢水處理階段(B)中在第一反應槽11進行，也就是交替進行。第二廢水處理階段(B)的反應內容是與第一廢水處理階段(A)的反應內容相互交叉一致的鏡像關係。
如上所述，本發明的第一實施例中，在流入部分即使省去在以往的PID方法中必須的、用於從輸送汙泥除去氮氧化物或脫磷的預脫氮槽、選擇槽、和厭氧性槽等的設置，也可以通過將進行脫氮反應的反應槽即第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11和第二廢水處理階段(B)的第二反應槽21的運行狀態延長來完成脫氮反應，在完全厭氧性條件下有效地進行脫磷反應。
在這裡說明作為後續處理工藝的第三反應槽31和固液分離設備34的性能如下變更流入流路，目前為止在活性低的無氧或厭氧性條件下運行的(A)階段的第一沉澱池14或(B)階段的第二沉澱池24中含有未分解有機物，在無氧或厭氧性條件下降低活性汙泥的活性，所以汙泥的沉降性和凝集性降低，浮遊微細絮狀物，因此作為最終處理水迅速向外流出，會產生降低處理水質的問題。
因此，需要通過用於在平時需氧性條件下運行且除去殘餘有機物和微細絮狀物的第三反應槽31和第三沉澱池34組成的後續處理工藝，以得到良好且穩定的處理水質。特別是，利用所述後續處理工藝可替代圖5的(b)和(d)所示的以往PID方法中的(b)階段和(d)階段，所以運營方法簡單且處理水質穩定。
在幾乎所有的廢水處理中，所述後續處理工藝中流入的流入負荷不大。因此，所述後續處理工藝設置有將浮遊固體物過濾並除去的砂過濾器、微篩網(micro strainer)等過濾設備。
另外，所述第三反應槽31如果具有微生物載體或填充過濾材料的生物膜過濾器，可省去所述第三沉澱池34，所以減少單位工藝且在佔地面積和結構物建築方面更加經濟。在這裡，所述過濾設備和生物膜過濾材料可採用公知的技術。
在上述第一實施例中，為了隨著階段變動而迅速從厭氧性條件的沉澱池24，14中向外流出並分解除去殘餘有機物和微細絮狀物，在後續處理工藝中，設置需氧性反應槽和沉澱池或生物膜過濾器。但是，在第二實施例中，由於在第一反應槽11和第二反應槽21的後面進一步分別設置需氧性反應槽12，22，即使省去第一實施例的後續處理工藝，也能確保良好的處理水質。與所述第一，第二反應槽11，21的反應形態無關，通過將所述第一、第二沉澱池14，24一直保持需氧性，即使變更流出入流路，也能防止殘餘有機物和微細絮狀物的流出。
因此，在本實施例中，即使省去第一實施例的後續處理工藝和圖5的(b)以及圖5的(d)所示的以往PID方法中的(b)階段和(d)階段，也能確保良好的處理水質。
本實施例中的廢水處理工藝是將流路設置成使流入原水經過第一反應槽11、第一需氧性反應槽12、第一沉澱池14、第二反應槽21、第二需氧性反應槽22和第二沉澱池24。所述第一反應槽11是在厭氧性條件下運行，而所述第二反應槽21是具有在需氧性條件下運行的第三廢水處理階段(圖2的(A))，且流路設置成使流入原水經過第二反應槽21、第二需氧性反應槽22、第二沉澱池24、第一反應槽11、第一需氧性反應槽12和第一沉澱池14。所述第一反應槽11是在需氧性條件下運行，而所述第二反應槽21是具有在厭氧性條件下運行的第四廢水處理階段(圖3的(B))。在本實施例中，在所述第一沉澱池14和第二沉澱池24中沉澱的活性汙泥也分別通過第一汙泥輸送流路15和第二汙泥輸送流路25，分別輸送到第一反應槽11和第二反應槽21。
但是，本實施例中，由於在一直為需氧性的反應槽12、22中利用充氣來溶解游離氧並進行硝酸化反應，所以輸送汙泥中含有游離氧和氮氧化物。通過這樣的輸送汙泥，當游離氧和氮氧化物流入反應槽時，在無氧或厭氧性條件下運行的所述第三廢水處理階段(A)的第一反應槽11和所述第四廢水處理階段(B)的第二反應槽21難以得到充足的完全厭氧性條件，所以阻礙脫磷反應。
因此，所述第一或第二汙泥輸送流路15，25中分別設置汙泥脫氮槽13，23，用於除去游離氧和氮氧化物，增大脫氮脫磷效率。所述汙泥脫氮槽13，23中投入部分流入廢水，利用廢水中的有機物，可縮短除去游離氧和氮氧化物形態鍵合氧的時間。
本實施例中，第三廢水處理階段(A)和第四廢水處理階段(B)的流入原水在任何時候都可流入到無氧或厭氧性狀態的反應槽11，21中，防止從無氧或厭氧性狀態的反應槽11，21將固體物流出到需氧性反應槽12，22。因此，省去初始沉澱池，即使將流入原水直接流入反應槽11，21中，流入原水中含有的有機固體物即原汙泥在反應槽中也可利用於硝酸化和脫氮反應。
但是，作為流入原水中的有機固體物的原汙泥是由於由纖維素、半纖維素、澱粉、蛋白質、脂肪等高分子有機化合物的混合物組成，所以為了用於脫氮脫磷反應，需要分解成分子量小的有機物。當發酵生汙泥時，經過丙酸、丁酸、乙醇等生成乙酸，最終分解成甲烷氣體和二氧化碳。
本發明著眼於這些原汙泥的組成和厭氧性發酵特性，進一步設置初始沉澱池41和發酵槽42，將處理場上流入的、廢水中含有的、在第一沉澱池14中沉澱分離的、有機固體物為主要成分的原汙泥輸送到發酵槽42，將生成的乙酸類有機酸作為脫氮反應所需的電子供給體利用，保持用於脫磷的厭氧性條件。
另外，可將回收糞便、家畜糞便、原垃圾、食品加工廢棄物等有機廢棄物或有機廢棄物的脫離過濾液投入到在非充氣攪拌狀態下運行的所述第一或第二反應槽中，用於脫氮脫磷反應。將有機廢棄物直接投入反應槽時，粗大有機物的分解時間較長，所以對處理水質產生影響且需要增大反應槽容量。
因此，本發明中將有機廢棄物投入到流入水中並混合，在所述初始沉澱池中進行固液分離後，將分離的上清水中含有的溶解性低分子有機物通過上清水流入到反應槽，用於脫氮脫磷反應。
另外，將沉澱分離的粗大有機物與原汙泥一起回收，流入所述發酵槽並進行發酵，將分解為低分子有機物的發酵液或除去未發酵固體物的發酵過濾液投入到非充氣攪拌狀態的所述第一反應槽11或第二反應槽21中，用於脫氮脫磷反應，因此可實現有機廢棄物數量的減少，且可確保穩定的脫氮脫磷效率。增加初始沉澱池和發酵槽並將原汙泥、有機廢棄物及其發酵液利用於脫氮脫磷反應的實施例也適用於上述第一實施例。
圖3是表示本發明脫氮脫磷方法的第三實施例的流程圖，省去了第一實施例中的後續處理工藝。與PID、PhICD不同，不象PID或PhICD那樣利用在無負荷需氧性條件下運行的中間階段(圖3的(A-1)階段和(B-1)階段)來實施工藝間的固液分離、使用作為外置型沉澱池的普通正方形或長方形反應槽以及串聯多階段反應槽、以及使用作為循環水路型反應槽的氧化溝。
圖3的(A)階段是將脫氮反應、脫磷反應、有機物分解和硝酸化反應等混合進行的工藝，如果除去後續處理工藝，其他與第一實施例的第一廢水處理階段(A)、反應內容以及結構等相同，在此省略其具體說明。
在圖3的(A-1)所示的階段(以下稱「第三廢水處理階段」)中，將在所述圖3的(A)階段以厭氧性條件下運行的第一反應槽轉換為需氧性條件。而且，變更流路且在不流入所述流入水的無負荷條件下運行，所以只需要用於殘餘有機物的分解和活性汙泥的內生呼吸的氧，所以氧消耗量極少。
因此，在此階段中，所述第一反應槽11的內部迅速轉換為需氧性，在厭氧性條件下釋放磷的汙泥就會再次回到釋放之前的狀態，進一步過量地攝取大量磷，通過這樣過量攝取磷並將濃縮磷的剩餘部分活性汙泥廢棄，從水中除去磷。
在上述圖3的(A-1)階段中，變更所述圖3的(A)階段的流路，流入原水不經過第一反應槽流入到第二反應槽21，並經過第二沉澱池24流出處理水。上述第二反應槽21一邊保持需氧性條件一邊進行有機物分解和硝酸化反應。如圖3的(A-1)所示，所述第三廢水處理階段相當於從圖3的(A)階段轉換為圖3的(B)階段的過渡期轉換階段，但是如果省略所述第三廢水處理階段且在早期階段從圖3的(A)階段轉換為圖3的(B)階段，使厭氧性條件的第一反應槽11的流出水在轉換為需氧性之前經過第一沉澱池14，作為處理水流出，所以未分解的有機物和微細絮狀物等就會流出，影響處理水質。因此，所述第三廢水處理階段具有極大的作為過渡期轉換階段的功能，即在無負荷需氧性條件下過量攝取磷且分解殘餘有機物以及改善汙泥的沉降性等。
在(B)階段中，作為進行脫氮、脫磷和硝酸化反應的工藝，如果除去第一、第二反應槽11，21的作用和流路變更過程，反應形態就會與所述(A)階段相同。也就是，在所述(B)階段中，在(A)、(A-1)階段繼續以需氧性狀態運行，變更流路，使原水流入到存積氮氧化物的所述第二反應槽21中，充氣裝置就會中止運行，在無氧條件下運行，並進行脫氮反應。而且，第一反應槽11就會運行充氣裝置，轉換為需氧性條件，並繼續進行有機物分解和硝酸化反應。
在圖3的(A)所示的廢水處理階段中，將流入原水依次經過第一反應槽11、第一沉澱池14、第二反應槽21、第二沉澱池24，流出處理水。而在(B)階段中，變更所述(A)階段的流路，使流入原水依次經過第二反應槽21、第二沉澱池24、第一反應槽11、第一沉澱池14，流出處理水。也就是，在圖3的(A)階段的第一反應槽11中進行的脫氮反應和脫磷反應在圖3的(B)階段中在第二反應槽21進行，在圖3的(A)階段的第二反應槽21中進行的硝酸化反應在圖3的(B)階段中在第一反應槽11進行，也就是交叉進行，圖3的(B)階段的反應內容是與圖3的(A)階段的反應內容相互交叉一致的鏡像關係。
在圖3的(B-1)所示的廢水處理階段(以下稱「第四廢水處理階段」)中除了改變流路、第一反應槽11、第二反應槽21的反應內容之外，也與所述第三廢水處理階段的反應內容相同。也就是，第一反應槽11在需氧性狀態下運行，且產生流入和流出，而第二反應槽21不受流量和有機物負荷影響，在需氧性狀態進行無負荷運行。
圖3的(A-1)所示的第三廢水處理階段通過變更流路，使流入的原水經過第二反應槽21、第二沉澱池24後流出處理水，而圖3的(B-1)階段通過變更流路，使流入的原水經過第一反應槽11、第一沉澱池14後流出處理水。第四廢水處理階段的反應內容是與所述第三廢水處理階段工藝的第一、第二反應槽11，21的反應內容相互交叉一致的鏡像關係。另外，所述第四廢水處理階段相當於從圖3的(B)階段恢復到圖3的(A)階段的過渡期轉換階段。
另外，增加初始沉澱池21和發酵槽42且將原汙泥、有機廢棄物及其發酵液利用於脫氮脫磷的上述第二實施例也適用於本實施例中。但是，本實施例中，有機廢棄物或其發酵液的投入限定在進行脫氮反應和脫磷反應的所述(A)階段的第一反應槽和所述(B)階段的第二反應槽21，如果在第三廢水處理階段(A-1)和第四廢水處理階段(B-1)投入有機廢棄物或其發酵液，將成為阻礙硝酸化的有機物負荷，因此優選不投入。
另外，本實施例與第一或第二實施例不同，也可使用如下方法將流入的原水流入到進行脫氮脫磷反應的在無氧或厭氧性條件下運行的反應槽中((A)階段的第一反應槽11、(B)階段的第二反應槽21)、和進行硝酸化反應的在需氧性條件下運行的反應槽中((A-1)階段的第二反應槽21、(B-1)階段的第一反應槽11)，所以可省去所述發酵槽42的設置，存留原汙泥，臨時投入到無氧或厭氧性階段的反應槽中，中止向需氧性階段的反應槽中投入。
圖4是表示本發明的脫氮脫磷方法的第四實施例的流程圖。
在上述第三實施例中也存在如下情況，即圖3的(A)階段中第一反應槽11在厭氧性條件下運行，第一沉澱池14也會轉換為厭氧性狀態，所以上清水中就會殘留未處理殘餘有機物，降低沉降性，浮遊微細絮狀物。即使從所述圖3的(A)階段轉換為圖3的(A-1)並在需氧性條件下運行所述第一反應槽11，在圖3的(A)階段中作為厭氧性的所述第一沉澱池14內部的水也會被第一反應槽流出水的流入和輸送汙泥進行轉換，所以需要長時間來分解在第一沉澱池14內部殘留的溶解性有機物，穩定微細絮狀物且恢復沉降性。
因此，本實施例與第三實施例不同，不進行在無負荷條件下運行的所述(A-1)階段的第一沉澱池14和所述圖3的(B-1)階段的第二沉澱池中供給空氣並充氣攪拌的階段(圖4的(A-1a)和圖4的(B-1a))、以及在非充氣狀態實施原有的沉澱性能的階段(圖4的(A-1b)和圖4的(B-1b))，所以即使轉換為早期除去並穩定溶解性有機物和微細絮狀物且向外流出的下一個階段，也可保持良好的流出水質。因此，本實施例中的廢水處理工藝包括如下6個階段。
本實施例包括第一廢水處理階段(A)，在該階段變更流路，使流入的原水依次經過第一反應槽11、第一沉澱池14、第二反應槽21、和第二沉澱池24，流出處理水，所述第一反應槽11在厭氧性條件下運行，所述第二反應槽21在需氧性條件下運行；第五廢水處理階段(A-1a)，在該階段變更流路，使流入原水依次經過第二反應槽21、第二沉澱池24，流出處理水。第二反應槽21保持需氧性條件，第一反應槽11和第一沉澱池14在從外部不進行流入原水和處理水的流出入的無負荷狀態下運行，所述第一反應槽11在需氧性條件下運行，對所述第一沉澱池14供給空氣且進行充氣和攪拌；第六廢水處理階段(A-1b)，在該階段變更流路，使流入原水依次經過第二反應槽21、第二沉澱池24，流出處理水。第二反應槽21保持需氧性條件，第一反應槽11和第一沉澱池14在從外部不進行流入原水和處理水的流出入的無負荷狀態下運行。第一反應槽11在需氧性條件下運行，第一沉澱池14發揮原有的沉澱性能；第二廢水處理階段(B)，在該階段變更流路，使流入原水依次經過第二反應槽21、第二沉澱池24、第一反應槽11、和第一沉澱池14，流出處理水，第二反應槽21在厭氧性條件下運行，所述1反應槽11在需氧性條件下運行；第七廢水處理階段(B-1a)，在該階段變更流路，使流入的原水依次經過第一反應槽11、第一沉澱池14，流出處理水。第一反應槽11保持需氧性條件，第二反應槽21和第二沉澱池24在從外部不進行流入原水和處理水的流出入的無負荷狀態下運行，第二反應槽21在需氧性條件下運行，對第二沉澱池24供給空氣且進行充氣和攪拌；第八廢水處理階段(B-1b)，在該階段變更流路，使流入的原水依次經過第一反應槽11、第一沉澱池14，流出處理水，所述第一反應槽11保持需氧性條件，所述第二反應槽21和第二沉澱池24在從外部不進行流入原水和處理水的流出入的無負荷狀態下運行。第二反應槽21在需氧性條件下運行，所述第一沉澱池14發揮原有的沉澱功能。
在本實施例中，作為空轉階段的初期階段的第五廢水處理階段(A-1a)的第一沉澱池14和第七廢水處理階段(B-1a)的第二沉澱池24，通過向無負荷狀態的沉澱池直接供給空氣並充氣攪拌，使前階段中厭氧性狀態的沉澱池迅速轉換為需氧性條件，即使將在充氣攪拌狀態下浮上的汙泥在下一階段的第六廢水處理階段(A-1b)和第八廢水處理階段(B-1b)沉澱並轉換為第一廢水處理階段(A)和第二廢水處理階段(B)，也可流出良好水質的上清水，得到早期穩定。
在本實施例中，也適用上述第二實施例，即增加初始沉澱池41和發酵槽42，且將原汙泥、有機廢棄物及其發酵液利用於脫氮脫磷反應。但是，有機廢棄物或其發酵液的投入限定在進行脫氮反應和脫磷反應的所述第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11和所述第二廢水處理階段(B)的第二反應槽21，如果投入第三廢水處理階段(A-1)和第四廢水處理階段(B-1)，就會成為阻礙硝酸化的有機物負荷，因此最好不要投入。
本實施例與第一或第二實施例不同，將流入的原水流入到進行脫氮反應和脫磷反應的、在無氧或厭氧性條件下運行的反應槽(第一廢水處理階段(A)的第一反應槽11、第二廢水處理階段(B)的第二反應槽21)中，並流入到進行硝酸化反應的、在需氧性條件下運行的反應槽(第五廢水處理階段(A-1a)和第六廢水處理階段(A-1b)的第二反應槽21、第七廢水處理階段(B-1a)和第八廢水處理階段(B-1b)的第一反應槽11)中，所以可省去所述發酵槽的設置，存留原汙泥並臨時投入到無氧或厭氧性階段的反應槽中，在需氧性階段的反應槽中中止投入原汙泥。
本發明的高效處理方法，具有由附有間歇充氣性能的反應槽和帶有汙泥輸送設施的沉澱池組成的單元系統，利用間歇充氣和變更流路方法，可穩定且有效地除去廢水中的有機物和氮磷。
權利要求
1.一種廢水的高效處理方法，其特徵在於，所述方法包括第一廢水處理階段，在該階段使流入的原水依次經過第一反應槽、第一沉澱池、第二反應槽、和第二沉澱池，然後排出處理水，所述第一反應槽在厭氧性條件下運行，所述第二反應槽在需氧性條件下運行；第二廢水處理階段，在該階段使流入的原水依次經過第二反應槽、第二沉澱池、第一反應槽、和第一沉澱池，然後排出處理水，所述第一反應槽在需氧性條件下運行，所述第二反應槽在厭氧性條件下運行；在所述各廢水處理階段中，將在第一沉澱池和第二沉澱池沉澱的活性汙泥分別分離並分別輸送到所述第一反應槽和第二反應槽。
2.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，還包括由第三反應槽和固液分離裝置形成的後續處理工藝，將流出水再處理，其中所述第三反應槽用於處理在所述各廢水處理階段中排出的流出水。
3.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，增加用於處理在所述各廢水處理階段中流出的流出水的生物膜過濾器，將流出水進行再處理，其中所述生物膜過濾器填充有生物膜載體或過濾材料，並可使微生物附著繁殖。
4.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，增加過濾裝置，將流出水進行再處理，其中所述過濾裝置選自可對所述各廢水處理階段中流出的流出水進行處理的砂過濾器或微篩網。
5.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，在所述第一反應槽之後設置第一需氧性反應槽，在所述第二反應槽之後進一步設置第二需氧性反應槽；在第一廢水處理階段，使流入的原水依次經過第一反應槽、第一需氧性反應槽、第一沉澱池、第二反應槽、第二需氧性反應槽、和第二沉澱池，所述第一反應槽在厭氧性條件下運行，所述第二反應槽在需氧性條件下運行；在第二廢水處理階段，使流入的原水依次經過第二反應槽、第二需氧性反應槽、第二沉澱池、第一反應槽、第一需氧性反應槽、和第一沉澱池，所述第一反應槽在需氧性條件下運行，所述第二反應槽在厭氧性條件下運行。
6.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，在從所述第一廢水處理階段轉換至第二廢水處理階段之前，進一步包括第三廢水處理階段，在從所述第二廢水處理階段轉換至第一廢水處理階段之前，進一步包括第四廢水處理階段；其中，在第三廢水處理階段，使流入的原水依次經過第二反應槽、第二沉澱池，然後將流出的水排出，所述第二反應槽保持需氧性條件，所述第一反應槽和第一沉澱池在不從外部流入或向外部流出的無負荷狀態下運行，所述第一反應槽在需氧性條件下運行；在第四廢水處理階段，使流入的原水依次經過第一反應槽、第一沉澱池，然後將流出的水排出，所述第一反應槽保持需氧性條件，所述第二反應槽和第二沉澱池在不從外部流入或向外部流出的無負荷狀態下運行，所述第二反應槽在需氧性條件下運行；在所述第三廢水處理階段和第四廢水處理階段，將在第一沉澱池和第二沉澱池中沉澱的活性汙泥分別分離並輸送到所述第一反應槽和所述第二反應槽。
7.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，在從所述第一廢水處理階段轉換為第二廢水處理階段之前，進一步包括第五廢水處理階段、第六廢水處理階段，在從所述第二廢水處理階段轉換為第一廢水處理階段之前進一步包括第七廢水處理階段、第八廢水處理階段；其中，在第五廢水處理階段，使流入的原水經過第二反應槽、第二沉澱池，排出流出的水，所述第二反應槽保持需氧性條件，所述第一反應槽和第一沉澱池在不與外部發生流入原水和處理水的流入和流出的無負荷狀態下運行，所述第一反應槽在需氧性條件下運行，對所述第一沉澱池供給空氣且進行充氣和攪拌；在第六廢水處理階段，將流入的原水經過第二反應槽、第二沉澱池，排出流出水，所述第二反應槽保持需氧性條件，所述第一反應槽和第一沉澱池在不與外部發生流入原水和處理水的流入和流出的無負荷狀態下運行，所述第一反應槽在需氧性條件下運行，所述第一沉澱池發揮原有的沉澱功能；在第七廢水處理階段，使流入的原水經過第一反應槽、第一沉澱池，排出流出水，所述第一反應槽保持需氧性條件，所述第二反應槽和第二沉澱池在不與外部發生流入原水和處理水的流入和流出的無負荷狀態下運行，所述第二反應槽在需氧性條件下運行，對所述第二沉澱池供給空氣並充氣攪拌；在第八廢水處理階段，將流入的原水經過第一反應槽、第一沉澱池，排出流出水，所述第一反應槽保持需氧性條件，所述第二反應槽和第二沉澱池在從外部不進行流入原水和處理水的流出入的無負荷狀態下運行，所述第二反應槽在需氧性條件下運行，所述第一沉澱池發揮原有的沉澱功能；在所述第五廢水處理階段至第八廢水處理階段，將在第一沉澱池和第二沉澱池中沉澱的活性汙泥分別分離並輸送到所述第一反應槽和所述第二反應槽。
8.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，進一步設置初始沉澱池，將流入原水經過所述初始沉澱池後流入到所述第一或第二反應槽。
9.如權利要求1所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，在所述第一反應槽和第二反應槽在厭氧性條件下運行時，投入外部碳源。
10.如權利要求5所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，在所述汙泥輸送流路上設置汙泥脫氮槽。
11.如權利要求9所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，所述外部碳源是有機廢棄物或有機廢棄物的脫離過濾液，所述有機廢棄物包括回收糞便、家畜糞便、原垃圾、食品加工廢棄物。
12.如權利要求9所述的廢水的高效處理方法，其特徵在於，所述外部碳源是將有機廢棄物進行有機酸發酵的發酵過濾液，所述有機廢棄物包括回收糞便、家畜糞便、原垃圾、食品加工廢棄物。
全文摘要
由具有間歇充氣功能的反應槽和具有汙泥輸送設施的沉澱池組成單元系統，利用充氣和非充氣攪拌的設定條件，設定時間差而可以重複。將兩個以上的上述單元系統組合以實施間歇充氣和流路變更方法，在上述沉澱池上沉澱的活性汙泥輸送到組成同一單元系統的反應槽，在組成不同單元系統的反應槽之間只有上清水通過而不通過固體物，完成工藝間固液分離。所以即使有機物不足且C/N比例低，也可穩定且高效率地除去氮和磷。
文檔編號C02F3/30GK1693234SQ200410084100
公開日2005年11月9日 申請日期2004年10月20日 優先權日2004年4月29日
發明者韓相培, 張德 申請人:韓相培