[发明专利]生物除去污水和废水中的氮和磷的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物除去污水和废水中氮和磷的一种系统和方法，更具体的说，涉及通过改良传统的仅被用来除去磷的Phostrip工艺和使所说的改良工艺适应生物污水和废水处理使之不仅能除去有机物质而且能除去氮、磷等营养素的系统和工艺。

背景技术

有机污水和废水通常在传统的活化污泥方法的二次处理过程中得以处理，从而把有机物质从污水和废水中除去。但是，由于在二次处理中未将足够量的氮、磷等营养素除去，处理水中含有大量的这些营养素并被从污水和废水处理工厂排放出来。因此，该处理水一旦流入封闭的水体如小湖和港湾中，处理水的营养素就在那里积累，营养素的这种积累可能引起封闭水体过营养化的严重问题。

在传统的污水和废水处理工厂中，提出了各种各样的物理化学方法用来除氮，例如，通过PH控制将包含在废水中的水生氨型氮NH₃-N)脱气到大气中的空气解吸方法、用沸石选择性置换氨的离子交换方法和氯气注入方法。也提出了一种除磷的方法，该方法通过输入像硫酸铝、石灰和类似物之类的化学物质，把可溶的磷变成不溶的沉积物之后，在最终的澄清槽中除去废水中的磷。但是，上述除磷和氮的物理化学处理方法在操作和维护费用方面是非常昂贵的。因此，为了除去污水或废水中的磷和氮，近来主要采用生物处理方法，该方法比物理化学处理方法更经济。

生物除氮方法的原理是在有大量的溶解氧气(DO)存在的好氧条件下，铵离子()被氧化成亚硝态氮()或硝态氮N)，然后在缺氧条件下通过细菌将之还原成氮气，和然后从处理水中将还原成的氮气除去。

在所说的生物除氮的方法中，为了通过微生物把铵离子氧化成亚硝态氮和硝态氮，需要溶解的氧气，而在该除氮工艺的缺氧条件下还需要注入有机碳源(例如，甲醇)。但是，这种方法的操作和维护费用也很高。因此，已经开发出一种使用包含在污水或废水中的BOD(生物需氧量)组分代替甲醇作为有机碳源的便宜方法。

其次，作为生物除磷主要工艺的厌氧-好氧工艺除磷的原理将在下文解释。

在厌氧罐中，负责除磷的微生物吸收污水或废水中的有机物并且将之以PHB(聚羟-β-丁酸酯)的形式储存在细胞中。期间，通过水解细胞中的ATP获得所需的能量。在该过程中，细胞中的ATP以正磷酸盐(PO₄^----P)的形式释放出来。然后，在好氧罐中，微生物氧化储存在其细胞中的PHB并且吸收比从厌氧罐中的细胞排放出的磷量更多的磷，用于细胞的再合成。在生物二次处理中，磷被按化学计量吸收，细胞中包含的磷量为其干重的1.5～2％。但是，在厌氧处理后的好氧处理过程中，细胞中包含的磷量达到4～8％，比化学计量的量高得多，该量是传统生物二次处理中含磷量的2～4倍。

根据上述生物除磷和氮的原理，有各种各样被推荐使用的工艺，尤其是Phostrip工艺被推荐为除磷效率极高的优选工艺。

在Phostrip工艺中，流入废水中的有机物在曝气池中被除去，然后一部分从二级澄清槽返回到曝气池的污泥在长的滞留时间里留在作为重力增稠罐的磷分离器中。此时，在磷分离器中由微生物的细胞-分解作用产生的有机物被用作释放磷所需的有机物。把在磷分离器中释放出了磷的贫磷活化污泥再送入曝气池，所述贫磷活化污泥在那里吸收大量的磷。然后，通过化学处理除去富含磷的富磷上清液。

但是，在上述的Phostrip工艺中，鉴于既除磷又除氮，当曝气池的操作条件被调整到不仅氧化有机物而且氧化氮时，释放磷所需的有机物被从二级澄清槽返回到磷分离器的污泥所包含的硝态氮消耗掉。因此，在磷分离器中磷的释放被恶化，结果，上述Phostrip工艺的除磷效率下降。

为了解决上述问题，提出了一种不仅除磷而且除氮的改良的Phostrip工艺，通过仅除去曝气池中的有机物和然后在二级澄清槽后增设硝化和脱氮装置，或通过在二级澄清槽和磷分离器之间装置脱氮罐，该工艺可减少流入到磷分离器中的硝态氮。

但是，前一种方法需要在二级澄清槽后面设置硝化和脱氮装置，使费用增加，并且由于与流入的废水相比，通过二级澄清槽的处理水中的有机物浓度非常低，必须向脱氮罐提供有机碳源，例如甲醇。在后一种方法中，在二级澄清槽和磷分离器之间仅需要脱氮罐，因此，施工费用较低，但是，滞留时间增加到8小时或更多，并且从二级澄清槽到脱氮罐的通过流速仅为大约30％，结果，总的除氮效率降低。

发明内容