申请日2014.07.04
公开(公告)日2017.08.18
IPC分类号C02F3/26
摘要
一种操作废水处理设施的方法，所述方法通过控制由细菌吸收和可生物降解的可溶性化学需氧量的生物氧化来防止膨胀，其中所述膨胀促进选择器曝气池中菌胶团菌的生长。通过测量可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数来控制吸收，并且通过测量温度校正的比耗氧速率来控制生物氧化。对所述吸收水平和生物氧化水平进行控制，具体方式为：当吸收或生物氧化中的任一者低于目标范围时，降低绕过所述选择器曝气池的废水进水流量，补偿主曝气池;以及当吸收和生物氧化高于该目标范围时，增加从澄清池至所述主曝气池的循环活性污泥的流速，同时降低通向所述选择器曝气池的循环活性污泥流速。
权利要求书
1.一种操作废水处理设施以在用于排出处理过的出水的澄清池中防止膨胀的方法，所述方法包括：
在选择器曝气池和主曝气池内维持使细菌有活性的有氧条件，所述选择器曝气池和所述主曝气池二者都位于所述澄清池的上游，活性污泥自所述澄清池循环至所述选择器曝气池和所述主曝气池，以促进细菌活性，并排出处理过的出水;
促进菌胶团菌的形成，因而促进所述澄清池中固体的充分沉降，以允许排出所述处理过的出水，具体方式为维持所述选择器曝气池内可生物降解的可溶性化学需氧量的吸收水平和生物氧化水平，这将会促进所述菌胶团菌的形成;
通过测量所述选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量占所述选择器曝气池和所述主曝气池二者中去除的总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数，来测量所述吸收水平;
通过测量所述选择器曝气池中包含的混合液内的温度和所述选择器曝气池内的比耗氧速率，并校正非标准温度的比耗氧速率，以获得温度校正的比耗氧速率，来测量所述可生物降解的可溶性化学需氧量的所述生物氧化水平;并且
维持所述总可生物降解的可溶性化学需氧量的所述去除百分数，并且在此之后，将所述温度校正的比耗氧速率维持在所述去除百分数50.0%和85.0%之间且所述温度校正的比耗氧速率在20℃下每克挥发性悬浮固体每天18.0和27.0毫克氧气之间的对应目标范围内，具体方式为：
当所述去除百分数或所述温度校正的比耗氧速率中的任一者低于所述对应的目标范围时，降低绕过选择器曝气池的废水进水的旁路流流速，以补偿所述主曝气池;并且
当所述去除百分数或所述温度校正的比耗氧速率中的任一者高于所述对应的目标范围时，增加从所述澄清池至所述主曝气池的活性污泥的第一循环流速，同时降低自所述澄清池至所述选择器曝气池的所述活性污泥的第二循环流速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述去除率百分数的所述目标范围在60.0%和85.0%之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在废水进水的所述旁路流流速或所述第一循环流速和所述第二循环流速的每一次调整之后，测量所述澄清池内的固体负荷率和水力负荷率，并且当所述固体负荷率和所述水力负荷率过高时，降低自所述澄清池至所述主曝气池和所述选择器曝气池的循环活性污泥的总流速。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的方法，其中通过以下方式测量所述温度校正的比耗氧速率：
测量所述选择器曝气池内的耗氧速率和混合液悬浮固体值;
通过将所述混合液悬浮固体值乘以挥发性悬浮固体对总悬浮固体的测量比，来计算所述选择器曝气池内的混合液挥发性悬浮固体值;
通过将所述耗氧速率除以所述混合液挥发性悬浮固体值，来计算所述选择器曝气池内的比耗氧速率;并且
根据环境温度变化对所述比耗氧速率进行温度校正。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过测量所述选择器曝气池内所述混合液的温度，将所述混合液挥发性悬浮固体值乘以范特霍夫-阿伦尼乌斯温度校正系数，来根据环境温度变化对所述比耗氧速率进行校正。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过以下方式测量所述选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量占所述选择器曝气池和所述主曝气池二者中去除的总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数：
对进入所述废水处理设施中的进水流、所述选择器曝气池内的混合液和自二沉池排出的处理过的出水流分别取样并过滤以分别得到第一、第二和第三可溶性化学需氧量浓度;
将实际进入所述选择器曝气池的进水流的一部分的流速和自所述选择器曝气池排出的出水的流速乘以所述第一和第二可溶性化学需氧量，来确定所述选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量;
将所述第一和第三可溶性化学需氧量浓度之间的差值乘以所述进水流的另外流速，来确定所述废水处理设施中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量;并且
将所述选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量除以所述废水处理设施中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量，来计算所述选择器中所述可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过以下方式维持有氧条件：
将含第一氧气的流注入所述选择器曝气池，并且将含第二氧气的流注入所述主曝气池，所述含第一氧气的流和所述含第二氧气的流均含有以体积计算至少90.0%的氧气;
测量所述选择器曝气池中的第一溶解氧气浓度，并且测量所述主曝气池中的第二溶解氧气浓度;
当所述第一溶解氧浓度大于1.0mg/L时，暂停或降低所述含第一氧气的流的注入速率;以及
当所述第二溶解氧浓度大于1.0mg/L时，暂停或降低所述含第二氧气的流的注入。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过以下方式测量所述耗氧速率：
增加所述第一溶解氧浓度至3.0mg/L;
当所述第一溶解氧浓度达到3.0mg/L时，暂停注入所述含第一氧气的流;并且
测量所述第一溶解氧浓度相对于时间的变化速率。
说明书
废水处理操作方法
技术领域
本发明涉及操作废水处理设施的方法，其中在选择器曝气池和位于所述选择器曝气池下游的主曝气池内维持有氧条件，并将活性污泥自二沉池回流至所述选择器曝气池和所述主曝气池，以支持对废水中所含的可生物降解的可溶性化学需氧量的细菌处理。更具体地讲，本发明涉及这样一种方法，其促进菌胶团菌的形成，因而促进澄清池中固体的充分沉降，以允许排出处理过的出水，具体方式为维持所述选择器曝气池内可生物降解的可溶性化学需氧量的吸收水平和生物氧化水平，这将会促进菌胶团菌的形成。
发明背景
常规地处理废水以使用包含在活性污泥中的需氧菌来去除含碳化合物。将氧气注入废水中支持需氧菌作用，以将含碳化合物分解成二氧化碳和水并产生更多细菌。在废水处理厂中，通常允许固体废物在初沉池中沉降。随后在主曝气池中进一步处理来自初沉池的出水，将氧气和活性污泥也引入主曝气池中。随后将所得到的混合液引入二沉池中，在二沉池中细菌沉降以形成活性污泥。将由沉降的活性污泥构成的循环活性污泥流循环至主曝气池，排出废活性污泥流用于进一步处理，并且从二沉池排出处理过的出水，该出水有时可能需要进一步处理才能被排出到环境中。
活性污泥处理厂中的主要问题是膨胀，其中存在相对于污泥的总重量来说大体积的活性污泥。因此，污泥在二沉池中沉降不够快，导致从澄清池排出的处理过的出水受到不期望的固体污染。当例如自纸浆和纸张制造中工业产生废水时，这是常见的。污泥体积指数是用来评估沉淀池或澄清池中二沉污泥沉降有多快和污泥层可能有多致密的参数。污泥沉降得越快，在不可接受水平的悬浮固体进入出水之前可通过二沉池的处理用水的最大流速就越高。通常在污泥体积指数为60.0mL/g和80.0mL/g之间时得到最佳流量和出水水质。低于此范围，污泥沉降太快，可能导致絮凝较差，而出水含有高水平的悬浮固体。或者，如果污泥体积指数超过150.0mL/g，则污泥被认为是膨胀的，而流量减小。
通过降低废水处理设施处理废水的能力，膨胀可对设施的资金要求和操作成本有巨大影响。膨胀的一个原因是丝状生物体(丝状体)占优势，与将会絮凝的非丝状体或细菌(被称为菌胶团菌)相比，其在澄清池中沉降缓慢。减轻膨胀的一种方式是控制过程，以与促进膨胀的丝状体和其他生物体相比，更有利于沉降良好的非丝状体的生长。研究已表明，非丝状体和丝状体具有显着不同的生长特性，丝状形式的细菌倾向于具有更低的最大比生长速率，并倾向于在更低的基质水平下达到最大生长速率。
由于这些不同的动力学，促进非丝状体生长的一种方法是在非常高的基质水平下进行大部分的细胞生长，其中非丝状体生长更快从而可以占优势。为在高F/M(食物对微生物的比，反应器中每质量固体每天的化学需氧量或生物需氧量的质量比)下实现最多生长(其中非丝状体占优势，但在出水中仍维持低基质水平)，两个曝气池可串联运行，其中第一个这样的池(被称为选择器曝气池)具有更高的F/M，第二池(主曝气池)具有低得多的基质水平，这是因为在第一池中消耗了大部分食物基质。在选择器曝气池中，因为“F”由进水流决定，并且由于这个池自初沉池接收了未处理进水而使污染物浓度处于最大可能水平，同时因为选择器的体积小于第二(主)曝气池，所以微生物的质量“M”相对于主曝气池减少，因此池中的F/M高于主曝气池中的F/M。以这种方式，选择器曝气池可有利于非丝状体的生长，而主曝气池可具有如此低的基质水平使得即使这种生长将实际上有利于丝状体，也很少发生丝状体生长。
使用选择器曝气池的实例可见于US 3,864,246中。在本专利中，在选择器曝气池中维持高水平的溶解需氧量和生物需氧量两者以有利于菌胶团菌生长。通过维持选择器曝气池中的高F/M比，得到高水平的生物需氧量。通过以下方式确定“F”：通过5微米过滤器过滤分离不溶物，随后通过将可溶性生物需氧量乘以1.5估算“F”。通过以下方式确定“M”：测量混合液挥发性悬浮固体，随后将测量的结果乘以活度系数，并将结果除以参考速率，所述活度系数等于最大比耗氧速率，所述参考速率表示为温度的函数。
通常，向选择器曝气池送入来自澄清池的循环活性污泥，并将选择器曝气池设计成在下列条件下操作：F/M在0.1和27.0gBOD/gVSS-d之间，耗氧速率在30.0和600.0mg/L/h之间，并且水力停留时间高达2小时。应注意的是，一旦选择器和主曝气池已建成，则在设施操作中的灵活性会非常低。然而，由于设计和实际进水条件之间的偏差，这种控制的缺乏可构成挑战。例如，如果F/M太低，将趋于发生丝状体膨胀。如果F/M太高，可能会发生菌胶团膨胀。如果不能主动控制可溶性化学需氧量，则选择器在膨胀控制中不太可能起效。例如，由于负荷的波动，以及进而F/M的波动，选择器的实际最佳尺寸要求可随时间而变化。
例如，当流速相对低时，将需要更小的选择器以维持目标选择器F/M，当流速高时，则将需要更大的选择器。然而，正如可理解的，在全规模工厂中，这样控制膨胀的方法是不现实的。
已有几个比上文讨论的至少更实用的提议是，修改选择器设计，以试图改善膨胀控制。在其最简单的形式中，选择器是单独的池。然而，已经提出的是，由三个串联的池形成选择器，以使返混最小化，并在选择器内容许一定范围的可溶性化学需氧量水平，其中所述可溶性化学需氧量从第一选择器到第三选择器递减。也已提出平推流反应器和序批式反应器。所有这些方法中的一个挑战是，尽管它们增加了在过程中的某些点处实现高水平的可溶性化学需氧量的概率，但它们没有优化这些水平或防止会刺激丝状体生长的可溶性化学需氧量水平。调整选择器曝气池中的F/M以控制膨胀的更全面的方法是，实施可调节分步供料策略。在这种方法中，维持选择器中的固体质量总量(M)，同时通过使来自选择器供料的总进水的可调节部分绕过而不是直接流至主曝气池来控制到选择器的进水负荷(F)，从而根据需要减小选择器F/M。由于通常所有进水(F)都被供至选择器，使用这种策略允许仅减小至选择器的F/M。为允许增加选择器F/M，也可实施循环污泥至主曝气池的可调节旁路。这个系统的问题是，虽然它具有有效控制纯非丝状细菌培养物与纯丝状培养物的相对生长速率的潜力，但它仅在实验室规模进行过，其中已知影响膨胀的关键过程变量(诸如温度、进水组成和进水流速)均是固定的。然而，所有这些变量可随时间推移而改变，导致控制这样的大规模系统存在很大的问题。具体地讲，跨越各个季节，温度可变化高达2-3倍。就这一点而言，即使在上述专利中，考虑到生物需氧量测量涉及将废水样品与细菌样品反应，然后等待多天直至反应完成，测量F/M的量也是不现实的。如前面所指出，由于环境因素(诸如经过暴雨和工业生产中的变化)，废水设施内的条件可能变化很快。
如将要讨论的那样，本发明提供了一种在可调节分步供料策略中使用选择器操作废水处理设施的方法，如上文所讨论，该可调节分步供料策略构成了实施这样的方法的实用方法。
发明内容
本发明提供了一种操作废水处理设施以在用于排出处理过的出水的澄清池中防止膨胀的方法。根据这样的方法，在选择器曝气池和主曝气池内维持使细菌有活性的有氧条件，选择器曝气池和主曝气池二者都位于澄清池的上游，活性污泥自澄清池循环至选择器曝气池和主曝气池，以促进细菌活性，并排出处理过的出水。促进菌胶团菌的形成，因而促进澄清池中固体的充分沉降，以允许排出处理过的出水，具体方式为维持选择器曝气池内可生物降解的可溶性化学需氧量的吸收水平和生物氧化水平，这将会促进菌胶团菌的形成。通过测量选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量占选择器曝气池和主曝气池二者中去除的总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数，来确定吸收水平。通过测量选择器曝气池中包含的混合液内的温度和选择器曝气池内的比耗氧速率，并校正非标准温度的比耗氧速率，以获得经温度校正的比耗氧速率，来测量可生物降解的可溶性化学需氧量的生物氧化水平。首先，将总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数维持在目标范围内。在维持此目标范围后，将经温度校正的比耗氧速率维持在其各自的目标范围内。选择器内总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数的目标范围在50.0%和85.0%之间，经温度校正的比耗氧速率的目标范围为在20℃下18.0和27.0毫克氧气/克挥发性悬浮固体/天之间。通过以下方式维持这些范围：当去除百分数或经温度校正的比耗氧速率中的任一者低于各自的目标范围时，降低绕过选择器曝气池进入主曝气池的废水进水的旁路流速;当去除百分数或经温度校正的比耗氧速率中的任一者高于各自的目标范围时，增加自澄清池至主曝气池的活性污泥的第一循环流速，同时降低自澄清池至选择器曝气池的活性污泥的第二循环流速。
本发明所提供的控制允许，以比上文所讨论的现有技术方法更快的方式确定并控制防止膨胀的条件。因此，本发明允许，响应于由进水流速和废水中化学需氧量的浓度所带来的变化，比现有技术更实用地进行废水处理。
优选地，去除率百分率的目标范围在60.0%和85.0%之间。此外，在每次改变废水进水的旁路流速或第一循环流速和第二循环流速中的任一者之后，可测量澄清池内的固体负荷率和水力负荷率，随后当超出固体负荷率和水力负荷率时，可降低自澄清池至主曝气池和选择器曝气池的循环活性污泥的总流速。
可通过测量选择器曝气池内的耗氧速率和混合液悬浮固体值，并通过将混合液悬浮固体值乘以挥发性悬浮固体与总悬浮固体的测量比来计算选择器曝气池内的混合液挥发性悬浮固体值，来确定经温度校正的比耗氧速率。随后，通过将耗氧速率除以混合液挥发性悬浮固体值来计算选择器曝气池内的比耗氧速率，然后可根据比耗氧速率对环境温度变化应用温度校正。可通过测量选择器曝气池内混合液的温度，并将混合液挥发性悬浮固体值乘以范特霍夫-阿伦尼乌斯温度校正值，来实现该校正。
测量选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量占选择器曝气池和主曝气池二者中去除的总可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数，可通过进行质量平衡测量来实现。根据这样的质量平衡测量，对进入废水处理设施中的进水流、选择器曝气池内的混合液和自二沉池排出的处理过的出水流分别取样并过滤，以分别得到第一、第二和第三可溶性化学需氧量浓度。通过将实际进入选择器曝气池的进水流的一部分的流速和自选择器曝气池排出的出水的流速乘以第一和第二可溶性化学需氧量，来确定选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量。通过将第一和第三可溶性化学需氧量浓度之间的差值乘以进水流的另一流速，来确定废水处理设施中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量，并且通过将选择器曝气池中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量除以废水处理设施中去除的可生物降解的可溶性化学需氧量，来计算可生物降解的可溶性化学需氧量的去除百分数。
可通过将含第一氧气的流注入选择器曝气池，并将含第二氧气的流注入主曝气池，来维持有氧条件，其中含第一氧气的流和含第二氧气的流中的每一者都含有至少90.0体积%的氧气。在选择器曝气池中测量第一溶解氧浓度，在主曝气池中测量第二溶解氧浓度。当第一溶解氧浓度大于1.0mg/L时，暂停含第一氧气的流的注入或减小其注入速率，当第二溶解氧浓度大于1.0mg/L时，暂停含第二氧气的流的注入或减小其注入速率。可通过将第一溶解氧浓度增加至3.0mg/L，然后当第一溶解氧浓度达到3.0mg/L时，暂停含第一氧气的流的注入，来测量耗氧速率。然后，测量第一溶解氧浓度相对于时间的变化速率。