申请日2015.09.28
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F1/52; C02F3/12; C02F3/30; C02F101/10
摘要
本发明涉及用于管理废水处理工艺的方法。所述方法包括至少以下步骤：测量流入物废水中至少一种含氮物质的量(CN，流入物)，和基于流入物废水中至少一种含氮物质的测量的量(CN，流入物)确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)。
摘要附图
权利要求书
1.用于管理废水处理工艺的方法，其中流入物废水包含磷，所述的方法包括至少以下步骤：
-测量流入物废水中至少一种含氮物质的量(CN，流入物)，和
-基于流入物废水中至少一种含氮物质的测量的量(CN，流入物)确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的方法进一步包括以下步骤：
-从流入物废水中除去所确定的量(CP，流入物)的磷。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去就流出物废水中磷的量而言的目标值(CP，目标，流出物)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-将就流出物废水中磷的量而言的当前测量值(CP，流出物)与就流出物废水中磷的量而言的目标值(CP，目标，流出物)之间的差加至先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述从流入物废水中除去所确定的量(CP，流入物)的磷的步骤进一步包括：
-在废水处理工艺的反应阶段的化学处理阶段期间引入一定量的凝结剂，其中基于先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)确定凝结剂的引入量。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去对应于磷的生物吸收的值，所述的磷的生物吸收在废水处理工艺的反应阶段的生物处理阶段期间发生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述的磷的生物吸收至少基于消耗的可生物降解的碳，优选通过生物需氧量(BOD)的方式表示。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去对应于由磷累积生物体(PAO)吸收磷的值，所述的由磷累积生物体(PAO)吸收磷在废水处理工艺的反应阶段的生物处理阶段期间发生。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述的由磷累积生物体(PAO)吸收的磷至少基于在需氧条件下流入物废水中存在的易于生物降解的碳的值与流出物废水中存在的易于生物降解的碳的值之间的差，所述的易于生物降解的碳优选通过易于生物降解的化学需氧量(rbCOD)的方式表示。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-在确定通过生物吸收和/或通过磷累积生物体(PAO)吸收的磷时，计入废水处理工艺的反应阶段的生物阶段的厌氧部分的持续时间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含氮物质为铵态氮(NH4-N)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中流入物废水的磷浓度(CP，流入物)与流入物废水中铵态氮(NH4-N)的浓度(CNH4，流入物)之间的关联度等于或小于1:2并且等于或大于1:8，优选等于或小于1:4并且等于或大于1:6，最优选为约1:5。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述含氮物质为有机氮、氨(NH3)和铵(NH4+)的至少一者。
14.根据权利要求5所述的方法，其中所述凝结剂为稀土盐，其包括铈离子。
15.根据权利要求14所述的方法，其中铈(Ce)与磷(P)的摩尔比为0.2-2，优选为1。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述凝结剂为三氯化铈(CeCl3)。
17.根据权利要求5所述的方法，其中所述凝结剂为金属盐，其包括铁离子。
18.根据权利要求17所述的方法，其中铁(Fe)与磷(P)的摩尔比为1-4，优选为2.5。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述凝结剂为三氯化铁(FeCl3)。
20.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括：
-测量流入物废水中可生物降解的碳的水平(CN，流入物)，和
-从先前确定的流入物废水中磷的量(CP，流入物)中减去流入物废水中可生物降解的碳的测量的水平(CN，流入物)。
说明书
用于管理废水处理工艺的方法
本发明技术领域
本发明通常涉及废水处理的领域。此外，本发明具体涉及用于确定待从流入物废水中除去的磷的量的方法。
本发明背景技术
日常基础上产生大体积的城市废水。这里，综合术语城市废水涵盖了黑水、灰水以及地表径流。产生的城市废水通常包含显著量的污染物，例如，源自尤其是各种清净剂的使用的磷。跨欧盟的就废水中磷浓度而言的平均值为4-10mg/L。在美国的对应值为大约4-15mg/L。除了磷之外，废水还包含显著量的碳和氮。
为了最小化其环境影响，废水需要在排放至水体例如湖泊和水塘之前适合地处理。因此，废水一般在处理厂中处理，其中，污染物(包括含磷化合物)以最大可能的程度从液体中去除。
用于废水处理的两种公知的工艺为常规活性污泥(CAS)工艺(包括承载处理工艺的不同阶段的多个接收罐)和连续间歇式反应器(SBR)工艺(其中全部处理在单个池中进行)。
无论所采用的工艺如何，含磷化合物的吸收在包括生物处理阶段和后续的化学处理阶段的反应阶段期间进行。
更具体而言，生物处理阶段包括流入物废水的氧化和后续的氧化流入物废水的混合的交替工艺。氧化(通常通过通气器装置的方式进行)产生了需氧环境。氧化流入物废水的混合在缺氧过程中发生，即在可忽略的氧水平下并且在氮的存在下。反应容器中存在需氧/厌氧细菌的各种的物质特异性的种群。其目的是在生物处理阶段期间由流入物废水的氮、碳和磷进行进料，以便减少各物质的水平。
在此上下文中，需氧条件发生在溶解的氧的水平大于0.2mg/L时。此外，缺氧条件在溶解的氧的水平大于0并且小于0.2mg/L和硝酸盐浓度大于0mg/L时发生。最后，厌氧条件在溶解的氧的水平为0mg/L和硝酸盐浓度为0mg/L时存在。
反应阶段进一步包括化学处理阶段。化学处理阶段通常包括添加适合的凝结剂以便从工艺液中沉淀磷。其还包括进一步(主要机械地)处理工艺液以便使得沉淀的磷物质絮凝。
一旦反应阶段完成，絮凝的物质，其下沉是重力促进的，逐渐形成(overgo)沉积的污泥层，所述沉积的污泥层还包含生物处理阶段期间产生的生物质。污泥的一部分最终从池中排空，并且循环剩下的部分以维持在生物处理阶段中参与的工艺。
在流入物废水中一般存在的污染物中，含磷化合物是对环境最有危害的，这是为什么以上讨论的处理工艺在很大程度上关注其吸收/去除。这主要是在工艺的化学处理阶段中通过引入适合的凝结剂实现的。用于化学处理的凝结剂通常为金属系盐或稀土系盐。在此上下文中，期望的是从流入物废水中去除尽可能多的磷，同时将凝结剂的剂量保持到最小。这要求针对流入物废水和/或流出物废水中磷的量的相当精确的信息。
在整个水处理工艺中确定废水中磷的量的公知的方法基于关注于确定废水流入物和/或废水流出物中的磷含量的模型。这些模型通常过于简化，这是为什么相关方法通常产生错误的结果。
在相关的上下文中，实际测量磷含量，例如流入物废水中的磷含量，当前是作为实验室环境中的样品分析或作为在线的基于湿法化学的测试实现的。实验室分析主要是人工进行、消耗时间并且准确度有限的。在另一方面，基于湿法化学的测试非常准确并且在没有显著时间延迟的情况下返回结果。然而，这样的测试非常昂贵。这是更通常使用更常规的实验室分析的原因。
发明目的
本发明旨在消除先前已知方法的上述缺点和缺陷，并且提供用于管理废水处理工艺的改善的方法。本发明的主要目的是提供用于实时测量流入物废水中存在的磷含量的初始限定的类型的有利方法。本发明的另一目的是提供这样的方法，其更精确的特征为废水处理工艺，特别是作为反应阶段的一部分的生物阶段，以便更准确地确定在化学处理阶段中除去磷所需要的凝结剂的量。
发明内容
根据本发明，至少主要目的通过具有在独立权利要求中限定的特征的初始限定的用于管理处理废水工艺的方法来实现。本发明的优选实施方案在从属权利要求中进一步限定。
因此，根据本发明，提供了用于管理废水处理工艺的方法，其中流入物废水包含磷，所述的方法包括至少以下步骤：
-测量流入物废水中至少一种含氮物质的量(CN，流入物)，和
-基于流入物废水中至少一种含氮物质的测量的量(CN，流入物)确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)。
已发现的是，流入物废水中磷的量与流入物废水中含氮物质的量相关联。如以上讨论的，该工艺参数在历史上非常难以以简单的方式并且以合理的成本确定。基于流入物废水中磷的量(CP，流入物)与流入物废水中含氮物质的量(CN，流入物)是相关联的以及至少一种含氮物质的量易于通过容易可得的传感器的方式测量的认识，流入物废水中磷的量可以以很大的精确度直接确定。在使用来自不同位点的作为直接流入物的城市废水的实验中已经进一步研究了以上的关联度。该实验结合实施例1更详细地讨论。
在实施方案中，确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去就流出物废水中磷的量而言的目标值(CP，目标，流出物)。在与其相关的实施方案中，确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括将就流出物废水中磷的量而言的当前测量值(CP，流出物)与就流出物废水中磷的量而言的目标值(CP，目标，流出物)之间的差加至先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)。
就流出物废水中磷的量而言的目标值(CP，目标，流出物)可以使用历史数据推断，或者更通常地，可以由立法者提出，以便符合标准。无论如何，一旦设定所述的值，其就变得可以确定就需要从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)而言在技术上和商业上更相关的值。
在另一个实施方案中，从流入物废水中除去所确定的量(CP，流入物)的磷的步骤进一步包括在废水处理工艺的反应阶段的化学处理阶段期间引入一定量的凝结剂，其中基于先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)确定凝结剂的引入量。
引入的凝结剂具有高初始反应性，这是为什么流入物废水中悬浮的磷快速沉淀。随后允许凝结的颗粒状物质絮凝并且累积成团块，其主要包含磷。适合地调整凝结剂分布和颗粒絮凝参数可以促进减少去除工艺中使用的凝结剂的量。
在又一个实施方案中，确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去对应于磷的生物吸收的值，所述的磷的生物吸收在废水处理工艺的反应阶段的生物处理阶段期间发生。
在生物处理阶段期间发生的磷的生物吸收是通过细菌进行的。这些细菌由废水中存在的碳质物质进料，而同时以三磷酸腺苷(ATP)的形式吸收磷并且储存磷。磷的吸收量取决于生物质的产生量，即取决于碳质物质的消耗量。在此上下文中，磷的吸收量通常关联于流入物与流出物废水之间的生物需氧量水平(BOD水平)的差而表示。这里，BOD水平的差量化了碳质物质的氧化中由微生物例如细菌使用的氧的量。从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量中减去对应于磷的吸收量的值促进了减少在后续的化学阶段中使用的凝结剂的量。换句话说，计入该阶段期间磷的吸收对于减少后续的化学阶段中使用的凝结剂的量是开放的。
在进一步的实施方案中，确定待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)的步骤进一步包括从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量(CP，流入物)中减去对应于由磷累积生物体(PAO)吸收磷的值，所述的由磷累积生物体(PAO)吸收磷在废水处理工艺的反应阶段的生物处理阶段期间发生。
由磷累积生物体(PAO)吸收磷在生物处理阶段期间发生。更具体而言，在初始厌氧阶段，PAO吸收碳质物质，通过能量的消耗释放细胞(cellular)磷。在通气时，即在需氧阶段，这些生物体的细胞累积大量的磷，作为用于能量生产和储存的基质。磷的吸收量取决于生物质的产生量，即取决于碳质物质的消耗量。由PAO吸收的磷可以是先前所讨论的常规生物吸收的2-7倍多。在此上下文中，磷的吸收量通常关联于在厌氧条件下流入物废水中存在的易于生物降解的碳的值与流出物废水中存在的易于生物降解的碳的值之间的差定义，所述的易于生物降解的碳优选通过易于生物降解的化学需氧量(rbCOD)的方式表示。这里，rbCOD-水平的差量化了在厌氧条件下由PAO使用的碳质物质的量。从先前确定的待从流入物废水中除去的磷的量中减去对应于磷的吸收量的值促进了减少在后续的化学阶段中使用的凝结剂的量。换句话说，计入在该阶段期间吸收的磷对于减少在后续的化学阶段中使用的凝结剂的量来说是开放的。
在实施方案中，含氮物质为铵态氮(NH4-N)并且流入物废水中磷的量(CP，流入物)与流入物废水中铵态氮(NH4-N)的量(CNH4，流入物)之间的关联度等于或小于1:2并且等于或大于1:8，优选等于或小于1:4并且等于或大于1:6，最优选为约1:5。在此上下文中，关联度1:5为多数EU国家城市废水的代表。
在优选实施方案中，凝结剂为三氯化铈(CeCl3)。已发现的是三氯化铈的使用可以将引入的凝结剂的量减少至多30%。这至少部分地取决于三氯化铈在其与流入物废水接触的最先若干秒期间是极其具有反应性的事实。此外，三氯化铈为在与含磷物质结合并且沉积在污泥层中时也保留特定水平的反应性的凝结剂。
本发明的进一步的优点和特征将从其它从属权利要求以及以下的优选实施方案的详细说明中看出。