申请日2014.11.13
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C02F3/30; C02F3/28; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种利用硫元素促进电子的流动的污水处理工艺。第一循环利用包含硫和/或含硫化合物的含硫组分将电子从有机碳转移给氧、硝酸盐和亚硝酸盐，并将含磷化合物转化为固态物质截留在污泥中。而含硫化合物则进一步用于含氮化合物的反硝化反应。另一循环利用氧将所存在的氨转化为硝酸盐和/或亚硝酸盐。
权利要求书
1.一种污水处理方法，其包括：
第一个循环，包括利用含硫组分将电子从有机碳转移给氧、硝酸盐或亚硝酸盐，同时将含磷化合物转化成固体物质截留在污泥中，并进行氮化合物的反硝化反应，其中所述含硫组分包含硫和含硫化合物中的至少一种;
另一个循环，其利用氧将所存在的任何氨氧化为硝酸盐和/或亚硝酸盐。
2.根据权利要求1中所述的方法，还包括提供足够的硫组分以提供以重量计至少2gCOD/1g SO4-S或1.5g COD/g SO3-S、或者其组合的化学需氧量(COD)。
3.根据权利要求1中所述的方法，还包括提供硫源的方法：利用海水作为污水的一部分;或向污水中投加额外的海水;或利用工业废水如烟气脱硫废液。
4.根据权利要求1中所述的方法，本方法还包括：
利用向碳氧化循环中加入硫循环，提供一种硫循环协同反硝化强化生物脱氮除磷工艺，此工艺用来利用硝酸盐/亚硝酸盐来去除氮(N)、磷(P)和碳(C);同时，所述含硫化合物提供电子载体的功能，通过磷的释放和吸收作用、厌氧碳吸收作用、异养硫还原反应、聚合硫化物的存储、以及自养反硝化和自养硝化的过程，将电子从有机碳传递给氧。
5.根据权利要求4中所述的方法，还包括：在所述硫循环中，所利用的作为电子载体的、存在于废水中的硫有选自硫酸盐(SO4)、亚硫酸盐(SO3)、硫代硫酸盐(S2O3)、硫化物(S2-)和单质硫(S0)中的多种形式;并且
硫作为电子载体使电子由有机碳转移至氧的过程是基于磷的释放和吸收反应的。
6.根据权利要求1中所述的方法，还包括：
在厌氧状态下运行第一反应器，该反应器的操作顺序为：先注入污水，之后进行厌氧反应阶段，然后排水到第二反应器中;
在好氧状态下，运行第二反应器以硝化从所述第一反应器中排出的液体，然后再将硝化后的液体排回所述第一反应器中;
在缺氧反应阶段运行所述第一反应器;以及
从所述第一反应器中排出上清液作为出水。
7.一种污水处理系统，包括：
第一反应器，至少包括提供厌氧搅拌的第一容器，该第一反应器接收流入的污水并进行磷化合物从污泥中的释放;
第二反应器，其接收来自所述第一容器的出水，该第二反应器提供好氧搅拌且进行硝化反应;
所述第二反应器的出水再排回至所述第一反应器中，并且在所述第一反应器中提供缺氧搅拌，并将磷吸收到污泥中;并且
所述第一反应器进行排水，此排水为所述系统的最终出水。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述厌氧和缺氧过程中，利用包含硫和含硫化合物中的至少一种的硫组分，将电子从有机碳转移给氧，并将含磷化合物转化以进行反硝化过程。
9.根据权利要求7所述，其中所述第一反应器中运行的顺序包括注入污水，随后进行厌氧反应阶段，然后排水至所述第二反应器中;而所述第二反应器将液体进行硝化反应，并将硝化后的液体注入所述第一反应器中，之后所述第一反应器在缺氧反应阶段下运行，并排出上清液作为最终出水。
说明书
一种以含硫化合物为电子载体的硫循环协同作用反硝化强化生物除磷(SD-EBPR)及污水处理的生物脱氮除磷
技术领域
本发明涉及含有有机物、磷和氮的污水处理。特别的是，本发明涉及利用硫化合物作为电子载体的生物脱氮除磷的废水处理。
背景技术
自活性污泥法的发明以及通过生物法进行营养物质去除的技术的引入以来，生物法去除磷(P)、氮(N)和碳(C)的工艺一直保持不变，即，都是基于电子流从碳通过异氧氧化代谢作用流向氧的原理(如图1所示)。
生物法去除P、N和C的具体过程是：
反应器1：在无氧或硝酸根的情况下，聚磷菌(PAOs)释放P，吸收有机碳并将其储存为聚羟基烷酸脂(PHAs)。
反应器2：硝酸盐存在状况下，储存的有机碳通过异养反硝化过程氧化成CO2。而硝酸盐被还原成N2。电子在此过程中，由有机碳流向硝酸盐，同时，磷酸根被储于聚磷菌体内。
反应器3：通过自养硝化过程，电子流从氨转移给氧，所形成的硝酸盐再循环回反应器2。
如果脱氮过程并非必需，则该生物工艺可以简化为图2中所示。简化的生物反应过程如下：
反应器1：在无氧的条件下，PAO释放P，吸收有机碳并将其储存为PHAs。
反应器2：氧气存在时，通过异养碳氧化过程，将储存的有机碳氧化成CO2。电子流从有机碳流向氧，同时将P存储于PAOs细胞内。
因为异养碳氧化和异养反硝化过程的活性污泥产量系数都很高，根据污泥龄的不同，大约40-50%的有机碳将被转换为CO2，而其余则转化成为剩余污泥。剩余污泥的处理，包括污泥消化、脱水和焚烧过程，不仅处理成本高昂，同时也非环境友好方法，对周边地区的环境与生态都有很大的影响。
生物除磷(P)工艺为20世纪70年代发明，此项工艺依赖于使电子流从有机碳流向氧气的过程，同时将磷的释放与吸收循环整合于该电子流转移过程中。该工艺具有较高的污泥产量，而剩余污泥处置是必需的。
硫酸盐还原、自养硝化反硝化一体化工艺-SANI工艺
香港使用海水用于冲洗厕所，这利用了香港污水中独有的硫酸根离子，香港科技大学发明了一项新型的硫酸盐还原、自养硝化和反硝化一体化工艺(SANI工艺)如图3所示(Lau等人，2006;Lu等人，2009;Wang等人，2009)。在SANI工艺中，在第一反应器中，来自海水的硫酸盐被硫酸盐还原细菌利用，从而将硫酸盐还原为溶解性硫化物，同时将有机碳转化为CO2。另在第三个反应器中，氨中的氮被氧通过自养硝化细菌氧化成硝酸盐。硝酸盐生成后被回流到第二反应器中，在自养反硝化菌的作用下与硫离子反应，将硝酸盐转化为氮气而硫化物转化成硫酸盐离子。此项SANI工艺的示例如于2011年12月2日提交的PCT/CN2011/002019所述(申请号US2013/0256223，公布号WO 2012/071793 A1)。
每公升海水中含有约2.7g的硫酸盐。当使用海水冲厕系统时，海水中的硫酸盐可以用来氧化有机碳形式的污染物，并生成硫化物;然后形成的硫化物在自养反硝化的作用下可以将硝酸盐还原至氮气，以上的生物过程有助于污泥减量化。SANI工艺还可以利用硫酸盐还原细菌氧化和净化混合了海水的污泥。然而需要指明的是，硫酸盐本身不能直接减少污泥量，而是作为一种氧化还原剂以去除有机碳和硝酸盐，进而实现了污泥的减量化。
在SANI工艺中，三个主要的生物化学过程都产生少量的污泥，其反应式如下所示：
(1)异养硫酸盐还原反应:
(2)硫氧化自养反硝化反应:
(3)自养硝化反应:
微氧硫循环协同作用生物强化除磷(LOS-EBPR)工艺
基于SANI工艺可实现污泥减量化的重大环境与经济效益，对SANI工艺的研发已经扩展到了可实现磷污染物去除的方向。具有生物除磷功能的SANI工艺也通过在硫循环过程中进行实现磷吸收和释放的生物过程而得以发展。尽管在氧气与硝酸作用下实现磷吸收和磷释放现象已经历过充分的研究和理解，而推测出来的有硫循环介入的磷吸收和释放现象尚未被广泛研究与测试。这个现象描述了硫酸盐还原细菌(SRB)与聚磷细菌(PAOs)。
发明内容
污水处理通过利用硫元素(包括至少一种硫或硫化合物)的第一个物质循环，进行从有机碳开始到氧、硝酸盐、亚硝酸盐的电子传递过程。硫元素还可使含磷化合物转化为固态物质从而截留在污泥中。然后硫被利用在氮化合物的反硝化过程中。利用氧将任何氨氧化成硝酸盐和/或亚硝酸盐。