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CN1270987C - 多阶段双循环周期的污水处理工艺 - Google Patents

多阶段双循环周期的污水处理工艺 Download PDF

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CN1270987C
CN1270987C CNB971963126A CN97196312A CN1270987C CN 1270987 C CN1270987 C CN 1270987C CN B971963126 A CNB971963126 A CN B971963126A CN 97196312 A CN97196312 A CN 97196312A CN 1270987 C CN1270987 C CN 1270987C
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Abstract

本文公开了一种对含有机物的污水进行脱硝的工艺，包括：将注入的污水与脱硝的污泥浆在厌氧条件下混合形成混合液；将所述混合液与硝化过的污泥浆混合，形成能分离成上清液部分和浓缩固相部分的掺合物；将所述掺合物在缺氧条件下混合足够长的时间，使得该掺合物基本上得以脱硝；将所述掺合物分离成上清液部分和浓缩的污泥浆部分；和通过与混合液合并将所述浓缩的污泥浆部分循环返回。该工艺效率高并节约能量。

Description

多阶段双循环周期的污水处理工艺
本申请要求美国临时申请No.66/022,491(申请日1996年7月10日)的优先权，这里将该临时申请的全部引入本申请作参考。
本发明领域
本发明涉及生物污水处理领域。具体地讲，本发明涉及利用由顺序化批处理反应和连续流动工艺组合来实现养份、有机物和固态物质的去除的方法和设备。
本发明背景
利用微生物，主要是利用包含在活化污水中的细菌，在除去养份的同时实现污水流中的有机污泥浆的分解。上述这种策略现在在污水处理领域很普遍。这些原始污水具有相对高的生物需氧量(BOD)，并且分解产物是典型的低分子量的挥发性脂肪酸(VFA)如乙酸、丙酸或丁酸。上述成份在悬浮固态物中含量也高。氮以氨和有机物形式存在，而磷却以无机磷酸根形式存在。
众所周知，活化污泥浆中发现的天然微生物群落多种多样，并代表着从严格的喜氧菌到兼性厌氧菌再到专性厌氧菌的菌谱。在适当控制下，这些细菌种类中的每一种都能实现污水处理过程中的某些目的。
污水处理过程中，除了消除影响细微生态平衡的有机物之外，在此过程中除去养份如氮(包括有机氮、氨中氮和氧化态氮)以及磷酸根日益成为污水处理过程的一个目的。对不同种类的细菌的同化作用和异化作用的理解，导致了利用这些自然过程的各种污水处理方案。
有机化合物供给细菌生长的食物。包含在污水中的简单的和复杂的有机物为细菌的生长提供养料。在喜氧条件下，可发生三种类型的代谢：(1)基质氧化作用，其中有机化合物被转变为二氧化碳和水；(2)合成作用，其中有机化合物和养份被转化为细胞质；(3)内在呼吸作用，其中细胞质被转化为二氧化碳、养份和水。以上这些作用描述在Metcalf和Eddy的《污水工程》(第三版，McGraw-Hill出版社，1991年)一书中。此外，也需要能量和可代谢的碳源来实现养份的利用。在厌氧条件下，有机化合物主要被兼性厌氧菌类进一步分解为挥发性脂肪酸(VFAs)。要从污水中除去的两种主要养份是无机磷酸根和含氮化合物。注入的污水中通常包含有机氮和以铵离子(NH4 +)形式存在的氨。将有机氮水解和氨转变成易于从溶液进入大气的氮气(N2)需要两个明显不同的过程。在硝化过程中，氨首先借助亚硝化毛杆菌(Nitrosomonas spp.)和相关微生物的自养氧化作用转变成亚硝酸根(NO2 -)，随后借助硝化毛杆菌的进一步氧化作用转变为硝酸根(NO3 -)。然后，经一系列步骤，相对宽范围内的异养兼性细菌将硝酸根(NO3 -)转变为自由氮气(N2)。多步骤的硝化作用和脱硝作用的基本过程可表述为下述反应：
硝化作用：
                    (1)
(亚硝化毛杆菌)
                (2)
脱硝作用：
        (3)
研究表明，步骤(1)是硝化作用的速率限制步骤；硝化毛杆菌作为电子接受者很快地将NO2 -转变成NO3 -。同时，脱硝作用依赖于有机碳源的供给情况
很明显，除氮过程首先需要有一个好氧步骤，将氨氧化成亚硝酸根(NO2 -)(硝化作用)；接着有一个缺氧步骤，由兼性微生物将亚硝酸根和硝酸根转变成可排放到大气中的自由氮气(脱硝作用)。最好的也是最基本的生物水处理采用稳定的充气方法。存在两种处理方法：一是注入、反应和排出；二是让污水一般性地流过反应区，随后进行沉淀分离。
在较新式的注入、反应和排出处理工艺中，污水被引入到一个含有活化污泥浆的箱体中。交替地进行厌氧/缺氧和好氧步骤以实现含碳有机物的氧化、硝化和脱硝作用。经沉淀后，将净化水排放掉。在多室系统中，将最初净化过的水与活化污泥浆混合成混合液，该混合液再在连续流动过程中通过多个有氧/缺氧处理室并在最后进入第二个净化器。沉淀出的部分污泥浆返回与污水混合形成混合液。充气步骤帮助在上述有氧过程中产生菌群，并使氨硝化。随后在缺氧池和第二个净化器中缺氧条件的建立导致发生某种程度的脱硝作用。随后，脱硝作用仅仅依赖于菌类的内在呼吸作用。
现在污水处理系统在将挥发性脂肪酸(VFAs)转化为磷酸酯的同时，也寻求除去含磷物质。在两个步骤中发生除磷作用，借助一群富磷微生物菌(Bio-P)(主要是不动杆菌(Acinetobacter spp.)和某些气单胞菌(Aeromonas)作为中间媒体。这些细菌在经过厌氧区的污水中出现时，利用聚磷酸酯形式的贮存能吸收食物养份(主要是挥化性脂肪酸VFA)，并将其以聚-β-羟基丁酸酯(PHB)形式存贮。在此过程中，微生物随着聚磷酸酯的分解释放能量而释放磷酸根。该处理区必须是厌氧环境而不是缺氧环境，以便贫化会阻碍磷酸根释放和细菌吸收VFA的硝酸根。偶尔，初始污水中含有会阻碍上述过程的氧化态氮物质。
在除去磷酸根的第二个步骤中，包括正通过好氧区的污水中的好氧菌将PHB代谢并吸收磷酸根，同时伴随菌群增加。由于富磷菌(Bio-P)吸收的磷酸根多于从前释放出的磷酸根，这种差别被称作贪婪吸收(1uxury uptake)。在许多已有工艺中，加入从初始污水分解出来的挥化性脂肪酸(VFAs)以供给细菌生长所需碳源，并且还加入低分子量的含碳化合物如乙酸或甲醇以提供脱硝过程中的有机碳源。由于细胞生长消耗了吸收的有机碳源并伴随有磷的摄取，细菌随衰老细胞群的形成而开始内在呼吸，所述的衰老细胞通常在第二净化器里沉积出来。
已用这些种类微生物的代谢特征来构建几种用于提高污水处理效率的工艺。在基本的A/O系统(按顺序组合厌氧和好氧区域的单一的污泥浆悬浮生长系统)中，有两个连续的箱体或池。注入的污水首先经过一个厌氧菌消化步骤，其中有机物被分解成VFAs，并伴随着磷的释放和VFA的吸收；接着在另一箱体中进行好氧处理步骤。流出的经处理污水再在一个净化器里进一步净化。从养份的角度而言，可以在第一个箱休中发生脱硝作用，在第二个箱体中使氨进一步硝化并排出氮气。在此工艺中使污泥浆循环是重要的，这有以下两点理由：一是菌群是第一个箱体中混合液中微生物的来源；二是被循环的硝酸根被脱硝。在第一箱体的厌氧条件下释放磷酸根，并在第二箱体的好氧条件下吸收磷酸根。基本A/O类型工艺的例子公开在美国专利No.4,162,153(Spector)和No.4,522,722(Nicholas)中。
即使该系统存在一对厌氧和好氧过程，但它仍相对缺乏效率，因为流体体积大且滞流时间长。无机物、养份和有机物会跑到净化器中，因为并非所用的溶解物质都得到了恰当的分配。另一个低效的原因是在厌氧箱体中的原料被含有氧化态氮的循环污泥浆和新注入污水稳定地稀释。
对基本A/O类型工艺存在许多改进，通常分为线性和顺序化(非线性)类型。A/O线性构造的变化包括A2O工艺，该工艺包括单独的厌氧、缺氧和好氧区，并有两个循环回路。一个回路是从最终净化器到厌氧区；另一个回器从好氧区出口到缺氧区。该A2O系统将厌氧和好氧区分为几个池，并与Bardenpho工艺很类似。该系统的优点在于它不包含由含有高浓度硝酸根的循环液组成其液体成份的厌氧区。高浓度硝酸根被返回到缺氧条件下以进行脱硝作用。五阶段的Bardenpho工艺在厌氧区、缺氧区和好氧区构成的A2O系统中增加了一个第二缺氧和好氧区，但仍保持A2O系统的循环回路。该系统在理论上增大了其处理能力的同时，也具有将降低养份/BOD的循环步骤和缺氧、好氧区循环复合在一起的优点，所述缺氧、好氧区循环用来处理排出的流体量。
另一线性地构造的污水处理系统公开在美国专利No.4,271,185(Chen)、美国专利No.4,488,967和美国专利No.4,650,585(Hong)中。在No.4,271,185中，该系统在沉积之后且在混合形成混合液之前设置了一个第二氧化室。美国专利No.4,488,967包括一些通过底部处理孔相连接的线性处理室。美国专利No.4,650,585(Hong)具有一系列的厌氧室和在处理系列中通过底部处理孔相互连接起来的有氧室，但所述的厌氧系列室通过顶部处理孔与好氧系列室相通，而好氧系列室再通过顶部孔与一净化器沟通。在美国专利No.5,160,043(Kos)中公开了一个令人感兴趣的变化，这里使来自富氧箱的被循环污泥浆在消耗箱中滞留以消耗硝酸根后返回到厌氧箱中。美国专利5,213,681(Kos)公开了另一个更复杂的线性类型的污水处理系统，其中一系列的包括消耗箱的厌氧/好氧处理循环回路依次相互连接在一起，该系统并具有净化后到流入液注入管道的最终循环。
在交替式或顺序化的反应器系统中，在不同的时间可将混合液或处理污泥浆导入到不只一个目标箱体中。这样，一个给定的箱体在一个步骤中进行一种处理过程，而在另一不同步骤中则执行另一种处理过程。这样通常可更有效地使用设备，因为每个箱体或处理室并不专用于某单一的处理步骤。这给设计处理污水方案提供了相当大的灵活性，尤其是针对注入污水的成份来变更不同的步骤的处理时间。
美国专利No.3,977,965(Tholander)公开了一种早期的顺序化的污水处理系统。其中注入的污水被引导到由带阀门导管相互连接的两水管之一中。进入第一水管的水可按需要在好氧或厌氧条件下处理，再进入也可进行各种处理的第二水管，并随后排放到大的净化器中。在第二循环中，将注入的污水导入到第二水管，尔后进入第一水管，再排放到相同的净化器。当注入的污水和混合液首先在厌氧箱体中被处理时，这些系统也称作DE-Ditch工艺。在一种变化的形式中，不用净化器，而作为一种选择，可采用一种或其它的沟槽作为沉积容器，通过一可调节的导流口排放被净化过的水。该工艺过程的一个优点在于在没充气的沟槽中产生了一个缺氧区，同时在此情况下通过加入含有可降解碳的注入污水提供了脱硝作用所需的碳源。
最后，美国专利No.5,228,996(Lansdell)公开了一种交替式处理系统，它具有三个系列的线性相互连接的处理室，用于污水连续流动处理操作。其中三个系列处理的两个系列在任何给定时间均在好氧条下运行，而另一系列在缺氧条件下运行。在每次处理循环中，不同的两个系列处理室为好氧条件，而另一系列处理室用于沉积。该系统无单独的净化器，也没有装备污泥浆返回管道。这样做之所以可能，是因为通过改变各系列处理中的条件，活化污泥浆交替处于缺氧的和好氧的条件下。这样交替变化的环境条件在生物学上等价于返回循环，形成与较早处理阶段相反的条件。
在Tholander专利的改型专利即美国专利No.5,137,636(Bandgaard)中，将交替式缺氧/好氧双箱体处理策略与跟随着净化器的第二好氧处理室组合起来。净化后的污泥浆返回到输入管道。令人惊奇的是在本系统没有明显的厌氧区却能有效地除去磷酸根。
本发明的简述
现代污水处理系统的目的在于能同时提高除去养份和生物需氧量(BOD)的效率和能力。影响效率的因素包括处理用箱体或其它接纳容器的大小和构造，工艺中步骤的多寡和时间，工艺调节的灵活性，以及固态物形成和在系统中分配的控制。本发明涉及一种工艺策略和有力地将这些影响效率的因素紧密结合的系统。
更具体而言，本发明的一个目的是提供一种可进行工艺控制并且一致性的污水批处理工艺，在所述的批处理中不打断污水流入处理系统以及处理过的流出污水。本发明的又一目的是防止混合液被在前面污泥浆循环回路中产生的部分硝化过的污水稀释。本发明还有一个目的是实现有机碳在整个系统中的分配。最后，本发明的一个目的是在将水流排放掉前的最后阶段的沉积步骤中，很快地产生一清澈的上清液，而且不使用单独的净化器。所有这些目的的满足会明显增加整个工艺的效率，这在下文中会很明显。
本发明提供一种对含有机物的污水进行脱硝的工艺，包括：
将注入的污水与脱硝的污泥浆在厌氧条件下混合形成混合液；
将所述混合液与硝化过的污泥浆混合，形成能分离成上清液部分和浓缩固相部分的掺合物；
将所述掺合物在缺氧条件下混合足够长的时间，使得该掺合物基本上得以脱硝；
将所述掺合物分离成上清液部分和浓缩的污泥浆部分；和
通过与混合液合并将所述浓缩的污泥浆部分循环返回。
本发明还提供一种改进的顺序化批处理反应器工艺，用于从注入污水中去除有机物和无机养份并用于减少固体，同时在双循环周期中使注入污水连续流进分离器混合室且排出水流从交替的顺序化处理室中连续排出，该工艺包括如下步骤：
第一循环，包括以下第一阶段至第五阶段：
第一阶段，连续注入的污水在厌氧条件下与浓缩的污泥浆混合形成混合液，该混合液部分进入第一顺序化处理室并在那里与含固相污泥浆成份和液体成份的硝化悬浮液混合形成掺合物，再在连续混合与充气条件下进入充气室，所述掺合物部分进入内部分离室中，在此所述液体成份作为上清液流入所述充气室，所述固态污泥浆成份沉淀在所述内部分离室的底部，该固态污泥浆成份作为浓缩的污泥浆与注入污水混合形成混合液，
第二阶段，所述第一阶段形成的所述上清液与充气混合液形成硝化溶液，使该硝化溶液进入所述第一顺序化处理室并在那里与含有固相成份和液体成份的脱硝悬浮液混合而形成掺合物，所述掺合物部分进入所述内部分离室中使所述液体成份作为上清液进入所述充气室并使所述固态成份沉淀在所述内部分离室的底部，该固态成份作为浓缩的污泥浆与注入污水混合形成混合液，并使该混合液部分进入所述充气室中，
第三阶段，对所述第一顺序化处理室中的所述溶液充气并混合，同时悬浮液从所述充气室进入所述顺序化处理室中，
第四阶段，在所述顺序化处理室中继续以批处理模式进行充气操作，
第五阶段，在所述第一顺序化处理室中停止充气操作并使缺氧静置条件建立起来，使其中的所述悬浮液发生静态沉积作用；
第二循环周期，包括与上述五个阶段相同的五个阶段，其中所述的顺序化处理室是第二个顺序化处理室并且所述排出水连续地从所述第一顺序化处理室中排放出来。
本发明还提供一种污水处理系统，该系统将浓缩的活化污泥浆与注入污水合并起来形成混合液，该污水处理系统包括：
容纳含有活化污泥浆的混合液的分离室，该分离室包括至少一个向下倾斜的壁和用于容纳沉积下来的浓缩的活化污泥浆的下室体部分；
混合室，其具有接收注入污水的进口、底部、以及在所述分离室的下室体部分与所述底部之间连通的连通孔，所述底部接纳沉积在分离室下室体部分的浓缩的活化污泥浆；
混合室中在足以搅拌其内含物的位置上设置的混合器，以便在所述分离室中分离并在分离室的下室体部分靠近所述连通孔处沉积下来的所述浓缩的活化污泥浆，被导入到所述混合室中并和所述注入污水混合，以及
处理室，其具有：与所述混合室相连通和用于接收混合液体的进口：
设于其中的混合物，用于搅拌混合液体和活化污泥浆悬浮液；以及
可控制传送装置，其设于所述处理室和所述分离室之间，所述可控制传送装置将所述处理室中内容物的部分输送至所述分离室。
本发明还提供一种从污水中去除养份和BOD的生物污水处理系统，该生物处理系统包括：
分离混合器，其具有：污水注入口；所述分离室包括至少一个向下倾斜的壁和用于收集沉积污泥浆的下室体部分；所述分离混合器还具有与所述废水注入口流体连通的混合室，所述混合室包括与分离室下室体部分相沟通的底部；
至少两个顺序化处理室，在所述分离混合器的混合室与每个所述顺序化处理室之间具有阀门联接件，并且在至少一个所述顺序化处理室中有能搅拌其中所含溶液的混合器；
充气室，具有底部在充气室底部与每个所述顺序化处理室相沟通的阀门联接件，以及与所述分离混合器的分离室相连通的可控制传送装置；以及
每个所述顺序化处理室具有排放口，用于连续排放净化过的排出污水。
本发明的一个实施方案为一种工艺，其中，首先是将污水与经相分离获得的浓缩的循环污泥浆相在厌氧条件下混合；其次，在上将混合液与含有液相和固态活化污泥浆相的经硝化悬浮液混合，来对溶液脱硝并把硝酸根转化为自由氮气以及代谢有机化合物；第三步采用相分离过程将活化污泥浆相从脱硝悬浮液中分离出来，用于循环。
使混合的脱硝污泥浆悬浮液溢流到一分离器中，随着部分固态组份沉积成循环用浓缩的污泥浆相使得液相和固相得到一部分分离。由于浓缩固相污泥浆直接混合到混合液中，在污水中所含的VFAs只受到最少的稀释，这会导致其中有机碳源和能量的早期贫化，这种贫化也在其它过程中发生。污泥浆循环的稀释因子通常低于1Q，最好低于0.5Q，通过适当调节静水压头该因子甚至可以是负值。这些混合液与基本上硝化了的悬浮液的混合在一个单独的处理室中进行，并进行足够的长时间来使氧化态氮基本上得以脱硝。作为另一种选择，混合液可进行多于一次的脱硝或硝化步骤，这取决于污水中的氮含量。
脱硝作用源于有关菌类的内呼吸。在分离室中，脱硝作用的速率随固体浓度的增加而增加，这正是返回到厌氧室的污泥浆中其氧化态氮的含量极低的原因。
相分离室允许高浓度的活化污泥浆(大于1200mg/L固相)返回到厌氧室中导致下述结果：
1.通过减少返回污泥浆的体积总量，消除了任何残余氧化态氮(亚硝酸根和硝酸根)，或许还除去了在来自脱硝室的污泥浆中溶解的一些氧。
2.由于返回的浓缩的活化污泥浆通过位于相分离室底部的相对高浓度的污泥浆层，在污泥浆层中的浓缩的活化污泥浆(具有较高的活的微生物密度)中将发生较强的内呼吸作用，这会消耗掉残余的溶解氧和氧化态的氮。因而，在返回厌氧室的有限体积的污泥浆中，仅留有极少的含氧类物质。
3.返回的总污水体积的降低消除了供给初始污水中的有机碳(尤其是VFAs)的被稀释和冲洗掉，增加了VFA和其它有机碳的浓度。这导致促进富P微生物(Bio-P)对含磷物质的释放、VFA的吸收以及PHB的存贮。
4.返回的总污水体积的降低也增加了实际污水和混合液在厌氧室中的滞留时间。滞留时间越长导致更多非VFA物质、生物降解缓慢的有机碳类物质或化合物转化为VFA，在厌氧室中增加了VFA的可获得性，为富P微生物(Bio-P)提供更大的机会来释放含磷物质、吸收VFA和将VFA转化为PHB。
5.稀释因子的降低也促进了厌氧室中活化污泥浆微生物浓度的增加，从而促进含磷物质的释放、VFA的吸收以及向PHB的转化。
在水处理系统中，进入系统的注入水体积通常用“Q”表示其量。在连续流动系统中1Q进入系统，则从系统中也必须是1Q的量流出。在处理系统中，会存在一些情况如流量被部分分流或流量集中。这样在该处的流量会是Q的一部分或几倍。在典型的现有循环回路中，回路流量Q为1或几倍。如果是1，则输入Q总流量为2，并且液相在该工艺步骤滞留时间为1/2。
在本发明的分离器和分离步骤中，循环污泥浆流被转移，结果重要的固态组份低于1Q而经过另一步骤(好氧条件)的上清液大于Q。这样在本发明中，循环污泥浆与污水在好氧条件下混合形成的混合液含有相同数量的固相即1Q，而且该污泥浆包含在低于1Q的体积中，因此增加了液压滞留时间并降低了VFAs的稀释，从而使之有效地循环到厌氧步骤。通常任何循环污泥浆等价于1Q流量却存在于低于1Q的体积中会提高效率，但在本发明实际运用中优选循环体积低于0.5Q或0.25Q。注意，通过恰当调节厌氧室中的静水压头，Q可为负值。这样即使仍存在净返回固相也可发生负流量。
在本发明另一方面上，无机磷酸根形式的磷在厌氧条件下借助Bio-P微生物(主要是不动杆菌)被释放到溶液中。然后在缺氧条件下对混合液进行进一步的处理以进行脱硝作用。这样生物去除氮和磷的工艺涉及在厌氧条件下将含有固相活化污泥浆成份和液相成份的返回污泥浆同混合液混合形成掺合物。
在第二个步骤中，混合液在缺氧条件下脱硝。然后脱硝后的且富含无机磷酸根的液体在有新鲜混合液的情况下通过贪婪吸收磷酸根来去除磷酸根。在许多Bio-P BNK系统中加入易生物降解的有机物来供给有机碳和能量，这些有机碳和能量促进微生物摄入磷酸根并增加微生物的数量，它还促进缺氧区脱硝作用的进行。本申请者发现将含有有机碳的混合液转入工艺中任何需要多余有机碳和能量来用于脱硝的地方，避免了对昂贵的外源碳/能量以及多余的循环回路的需求。
充气后，使菌群通过一在静止容器里的污泥浆过滤层或过滤区，所述的污泥浆已在所述的过滤层或过滤区沉淀下来。污泥浆混合物经过污泥浆过滤层的过滤使得其进一步脱硝，但无明显的磷酸根释放。然后可将所述混合物的液体成份排放出口从系统排出。
申请者发现具有前述发明步骤的高效污水处理系统涉及多阶段工艺，其中在两个或多个顺序化的处理室间的工艺步骤的循环导致残余菌群重复出现在相继交替的富氧和缺氧处理条件下。在这些阶段的一些中使用改进的批处理方法能确保在处理步骤中的均匀性，以及微生物群的均匀分布和悬浮固态物质的均匀分布。一种改进的顺序化的批处理反应器包括第一循环，该批处理反应器用于去除有机物和养份并同时保持在双循环过程中连续的注入污水流到分离器混合室中以及从交替式顺序化处理室中流出连续的净化的水。这里在第一循环的第一阶段中，连续注入的污水和浓缩的污泥浆在缺氧条件下混合形成混合液。部分混合液进入第一顺序化处理室，在此它们与包含固态污泥浆成分和液相成分的硝化悬浮液混合而形成掺合物。这一点很重要，因为本步骤将混合液中的有机碳源和进行高速率内在呼吸的菌群组合起来，从而为脱硝作用提供大量的能量贮备。
混合液的另一部分同时在连续混合和充气条件下被转移到充气室。上述说明列出了在五处理室系统中进行污水处理的基本工艺步骤。
顺序化的批处理反应器系统具有下述优点：即同一处理室用于不同的步骤，并为获得批处理的一致性而用于临时分离的工艺步骤。可是，在整个系统中，整个工艺可以重复；这里每个步骤可指定一个专用的处理室。这样即可产生一个表现出这里给出的本发明方面的系统，并代表本发明的另一实施方案。
这样本发明工艺可根据进行特定处理目的所要求的循环而改变。在基本的脱硝过程中，由注入的污水和来自分离器的脱硝污泥浆在厌氧条件下形成混合液。混合液再与硝化过的污泥浆在缺氧条件下混合成掺合物，来获得大体上但不彻底的脱硝。在分离器中，分离具有能通过沉积而分离为上清液和浓缩污泥浆部分的含悬浮固态物的掺合物。将沉淀物与初始污水合并以促进新一轮的缺氧条件下的脱硝作用，从而继续循环。并且在分离室中随沉淀的发生污泥浆达到某种程度的密实，并进一步发生脱硝作用，这是厌氧室中存在极低浓度的氧化态氮的原因。
在厌氧条件下形成混合液时，Bio-P细菌释放磷酸根并吸收挥化性脂肪酸。在脱硝的缺氧条件下，这些磷酸根释放停止，并在随后的好氧步骤中发生贪婪吸收磷和进一步代谢VFAs。在打开的顺序化处理室或最终净化室底部的污泥浆过滤层过滤后，净化水被排放掉，处理过的污水由处理室的底部进入所述的净化器中。工艺的其它变更包括在缺氧条件下将掺合混合液和硝化过的污水进行第二次混合或第二次充气，这依赖于污水的组份。可是，在各实施例中，活化的硝化污泥浆沉淀物在厌氧条件下循环返回到混合液中。
本发附图的简要描述
本发明的附图包括：
图1是分离室的垂直截面图；
图2是典型的四箱体顺序化批处理反应器中处理室布置构造的平面图；
图3是垂直截面图，表示图2公开系统的充气室的位置；
图4a-c是在混合液室和有氧室之间布置着缺氧室的系统的构造的平面图；
图5a-c是顺序化批处理反应器系统的另一实施方案，这里包括一个第二次充气步骤。在图4和图5中，框图“a”表示系统的空间构造；框图“b”描述工艺步骤，并且若每个步骤有特定的处理室，则也表示工艺流程图；框图“c”表示相应于分离器的室构造。
优选实施方案的详细描述
按本发明的一个方面，通过保持严格的厌氧条件、高浓度的VFA以及供给含大量微生物的浓缩的活化污泥浆和混合液悬浮固体，来促进由不动杆菌类和相关细菌导致的无机磷酸根的释放和VFA的摄入/利用。浓缩污泥浆悬浮固相的浓度典型情况下为大于2000mg/L，最好在至少1200mg/L到2500mg/L的范围内。在多数现有污水循环系统中，只是简单地将浓缩污泥浆通过管道由泵泵入不同的处理室中。有机物在目标处理室中稀释了在该室中的悬浮液。在本发明中，相分离器允许借助重力作用使脱硝污泥浆沉积而浓度变高，再直接与注入的污水在厌氧条件下合并起来，而不用泵来转移它以稀释混合液。
参照图1，这是一个纵向截面图，分离器包括通常由垂直分隔壁13分隔开的厌氧反应器1和分离室4。分离室4由两个侧壁(未示出)和与厌氧反应器1底壁12交叉的倾斜壁11围成。垂直分隔壁13仅向分离室底部伸展一部分从而构成一个沟通孔15，通过孔15污泥浆沉淀进入厌氧室1(如箭头所示)。图1也描述了注入污水的输入管6，混合装置9a，和用于除去混合液的可选择管道23，其中注入污水经管6进入厌氧反应室。
在缺氧条件下处理过的污水或在脱硝前或在脱硝后进入分离室4的顶部。上清液在排放口或水孔10排出来，并且污泥浆沉淀沉积在分离室4的底部。通过倾斜壁实现污泥浆的进一步浓缩，这里通过重力使沉淀逐渐减小其体积。在厌氧反应室1中通过搅拌作用使沉积污泥浆重新悬浮起来。这样避免了返回污泥浆高循环速率引起的稀释。这种双室分离器比现有循环方式有几个优点。
在本分离器中，循环污泥浆仅很少地稀释混合液。这一点很重要，因为包含在循环污泥浆中的富P细菌(Bio-P)在厌氧反应室里吸收VFAs并释放无机磷酸根。挥发性脂肪酸(VFAs)是细菌有机碳和能量的源泉，在高浓度VFA条件下，本处理过程更有效地进行。通过减少对混合液的稀释，在随后的脱硝过程中混合液也作为有机碳和能量来源，从而避免了对外源碳和能量的要求。这避免了现有的系统中所需要的返回初始污泥浆发酵槽的需求，该多余的过程不但包括使初步污水发酵，还包括污水稠化步骤。第二个优点是通过分离器底部的高浓度细菌的内在呼吸而导致的脱硝作用，使得污水沉淀中氧化态氮的浓度很低，结果仅有很低的氧化态氮总量进入厌氧室；从而污泥浆循环不会扰动厌氧反应室中的厌氧条件。第三个优点在于由于混合液稀释程度低而使在厌氧反应室中流过的悬浮液总体积在任何给定流动速率下都较小，从而流体滞留时间(HRT)增加。这意味着注入污水中有机物比现有工艺更好地转化为易挥化性脂肪酸VFAs，并有更多的PHB存贮在Bio-P细菌中。由增加HRT而实现较高的VFAs转化程度和较多的磷释放。
如前所述，很明显这里公开的分离器实现了预期的功能，即有效地避免了已有工艺中的注入污水和混合液的明显地稀释，并且不耗费能量，分离行为由重力作用实现，而浓缩污泥浆混合借助搅拌作用在厌氧反应室中进行。这里公开的分离器装置按它这种构造相当有效，没有必需的泵送或其它传送装置来转移给定体积液体中的固态物质返回厌氧室中。然而，实际上在本发明方法的不同实施方案，可在污泥浆返回和厌氧室之间布置一重力净化装置来完成相同功能，但效率不同。因而倾向于使用任何已有技术的设备用来传送污泥浆沉淀到混合液容器中，但在循环回路中稀释因子应低于1Q，并且最好稀释因子低于0.5Q。
连通分离器/厌氧反应室的两室结构可按几种方式构造。各处理室的几何形状和体积主要由预期的污水的容量和流速决定。其基本要求是：①厌氧反应器处理室是一个混合室，在其中进行连续搅拌以至足以使沉积在分离室下部的密实沉积污泥浆重新悬浮起来；②分离室的壁通常向下倾斜，使沉积污泥浆受到压缩；③在分离室底部和邻近的混合室下部有一连通孔，用来接纳进入厌氧处理室的污泥浆。向下倾斜的壁可以是三侧面壁，或者甚至是圆形的。孔的大小可调节，用于适应循环回收的污泥浆量。
在所有本发明的工艺变化中，混合液均与高度硝化的污水混合在一起，再在缺氧条件下处理而实现脱硝。在图2所示的第一实施方案中，在污泥浆循环和分离前，混合液和硝化悬浮液混合。在图4a所示的第二实施方案中，在相分离和污泥浆循环之后，发生脱硝作用。第一实施方案的优点是保持基本所有在分离室4中的悬浮液处于缺氧条件下，从而减少任何氧化态氮存在而阻碍在厌氧反应室中磷酸根释放的可能性。第二实施方案的优点在于通过允许同时除磷和脱硝(将在下文变得显而易见)而使工艺循环简单化。
脱硝处理步骤后紧随好氧处理步骤，这里通过一充气装置供给氧气同时使悬浮液得到有效地混合。充气装置是任何已有的设计，但强烈建议使用按照已知工程原理的装置大小，这样不会耗费多余能量。硝化过程导致有机态和氨态的氮转变成硝酸根。在充(掺)气过程中发生无机磷酸根的贪婪吸收，同时伴随存贮在Bio-P微生物中的PHB发生好氧代谢。有效地利用氧气对估算容器是重要的。例如充气污水不能循环到缺氧区，因为重新建立厌氧条件在能量方面是昂贵的，并与去除养份的策略相矛盾。经过一定时间静态沉积后，可从系统中排放掉净化水。申请者发现含有注入污水有机碳的混合液是优秀的脱硝作用所需的有机碳和能量来源(如图5a-c所示)。部分混合液被分流到缺氧室消除了对外源有机碳源的需要。通过循环混合液时最少地对其稀释，加强了混合液为此目的的应用。
图2是体现本发明原理的污水处理系统的一个实施方案的示意图。本系统包括被隔成多个不同处理室的水槽。这些处理室为注入污水厌氧反应室1，第一顺序化处理室2，第二顺序化处理室3，分离室4和充(掺)气室5。生物污水处理工艺包括两(2)个依次相连的循环周期，每个周期大体上包括五(5)个连续阶段，总计十(10)个阶段。本处理系统和工艺容纳连续注入的未处理的或初始污水，同时连续排出流出的水。
在污水处理工艺的第一循环周期的第一阶段，初始注入污水连续通过注入装置6进入注入污水的厌氧反应室1。在这里，注入的污水利用混合装置9a在连续搅拌下与来自相邻分离室4的活化污泥浆混合而在大体厌氧的条件下产生混合液。混合装置9a用于混合注入污水的厌氧反应室1中的组份，并且两个顺序化处理室2、3和充气室5中的混合装置9b-e也示意地表示在图中，但混合装置9b-e可由任何已有技术的已有装置之一或它们的组合构成。
在分离室4中的沉积污泥浆沿向下倾斜的壁11向下进入注入污水的厌氧反应室1的下部。在污泥浆沿向下倾斜的壁11向下进入注入污水的厌氧反应室1下部被混合而形成混合液的同时，大体上净化的上清液从分离室4的上部通过可控制的传送装置16进入充气室5中。通过使沉积的活化污泥浆进入注入污水的厌氧反应室1中和使上清液进入充气室5中，分离室4用作系统内部的相分离室。在双循环周期污水处理工艺的全部十个阶段，充气室5内的组份连续混合并充气。
与混合装置9a-e类似，充气装置18a-d用于向充气室5中的内含物里掺入气。两个顺序化处理室2、3中的充气装置示意地表示在图中。但充气装置18a-d可以使用现有技术的已有充气装置的任何一种或它们的组合来构成。同时，混合液经由可控制的循环装置19从注入污水的厌氧反应室1循环回收到第一顺序化处理室2。第一顺序化处理室2中的内含物包括来自上次循环的高度硝化的活化污泥浆悬浮液和来自厌氧室1的混合液，在此将它们混合起来但不充气。在这些条件下，随氮气形成而发生脱硝作用。
处理室2的一部分内含物经过位于第一顺序化处理室2和分离室4之间的可控制传送装置21进入分离室4中。混合液也直接从注入污水的厌氧反应室1并经过可控制传送装置23进入充气室5中。这在所有十个处理阶段中都发生。混合液中的高浓度VFA可以在充气过程中实现吸收代谢。若在两个循环周期的所有阶段均发生混合液转移，它必定在低于或等于混合液从注入污水的厌氧反应室1循环到顺序化处理室2、3之一的流速的流速下发生。来自充气室5的充气混合液经由位于充气室5和第二顺序化处理室3之间的可控制的传送装置24进入第二顺序化处理室3中。第二顺序化处理室是第一循环周期中所有五个阶段中的沉淀区，大体上净化了的液体经位于第二顺序化处理室3末端的排放装置26被排放到处理系统之外。
第一循环周期的第二阶段，大体上与第一阶段相同，只有下述两个例外：(1)混合液经由循环装置19从注入污水的厌氧反应室1到第一顺序化处理室2的循环流动停止；(2)为实现缺氧条件下的混合，充气的混合液从充气室5经由可控制的循环装置19进入第一顺序化处理室2中。正如第一循环周期的第一阶段那样，未处理的污水继续进入注入污水的厌氧反应室1中，在这里未处理污水借助混合装置9a与来自分离室4的活化污泥浆混合起来，在大体上厌氧条件下形成混合液。经由位于分离室4和充气室5之间的传送装置16从分离室4到充气室5的上清液的流动继续进行。混合液也可以经过连通注入污水厌氧反应处理室1和充气室5的可控制传送装置23直接从注入污水反应室1进入充气室5中。充气室5中的充气混合液，经由位于充气室5和第二顺序化处理室3之间的可控制传送装置24继续进入第二顺序化处理室3。第二顺序化处理室3继续作为沉淀区，并且大体上净化的液体经过位于第二顺序化处理室3端部的流出液排放装置26排放到处理系统外。
第一循环周期的第三阶段，与前面几个阶段在下面三个方面不同：(1)混合液，经由位于分离室4和第一顺序化处理室2之间的可控制传送装置21，从第一顺序化处理室3到分离室4的流动停止；(2)用于对第一顺序化处理室2中的内含物掺气的充气装置18a继续在整个阶段进行充气操作，以对混合液掺气；(3)充气的混合液经可控制循环装置19从第一顺序化处理室2循环返回到充气室5。充气混合液经可控制传送装置28流入第一顺序化处理室2中，在这里进行进一步的充气和混合。充气混合液继续经由位于充气室5和第二顺序化处理室3之间的可控制传送装置24而继续从充气室5进入第二顺序化处理室3。第二顺序化处理室继续作为沉淀区，并且大体上净化的液体经由位于第二顺序化处理室3端部的流出液排放装置26排放到处理系统之外。
第一处理循环周期的第四阶段在两个方面不同于紧邻的前述第三阶段，即：(1)充气混合液从第一顺序化处理室2并经由循环装置19到充气室5的循环流动停止；(2)充气混合液经由位于充气室5和第一顺序化处理室2之间的可控制传送装置28并且从充气室5到第一顺序化处理室2的流动停止。
第一处理循环周期的第五阶段与前述第四阶段仅在一个方面不同：用于对第一顺序化处理室2中内含物充气和混合的充气装置18a和混合装置9b停止工作。这使得在第一顺序化处理室2中固态物质得以沉淀，从而为大体净化的液体在整个第二处理循环周期的第一到五阶段的过程中从处理室2排放出来做准备。在沉淀过程中固态物质的浓缩促进进入液体的过滤作用，并允许通过内在呼吸作用完成脱硝。
从第一和第二顺序化处理室2、3的功能角度而言，第二处理循环周期是第一处理循环周期的“镜像”。在每个处理循环周期里，它们的功能也发生“循环”或“顺序化”。在第一处理循环周期的第一到五阶段的全过程中，第二顺序化处理室3作为沉淀区在这里接收从充气室5且经由位于处理室3、充气室5之间的可控制传送装置24转送来的充气混合液，并且将大体上净化了的液体经排放装置26排出处理系统之外。在第一处理循环周期的第一到四阶段，第一顺序化处理室2作为真正的“处理”室，在这里发生混合或者混合加充气。在第二处理循环开始时，两(2)个顺序化处理室2、3转换角色：第二顺序化处理室3成为真正的“处理”室，并且第一顺序化处理室2成为沉淀区。
下面总结了发生在上述各五阶段循环周期中的明显的生物过程参量。
阶段1：悬浮固态物质再分配；缺氧条件下与加入的促进脱硝的含有机碳的初始污水混合从而进行脱硝作用。
阶段2：悬浮固态物质再分配；随有机碳的消耗和微生物的内在呼吸发生而继续脱硝。
阶段3：悬浮固态物质再分配；进行消除残余有机碳的充气操作；使悬浮固态物质稳定化并去除已形成的氮气。
阶段4：继续进行充气，但不在处理室2或3同充气室5之间分配悬浮固态物质。
阶段5：进行絮凝沉淀和沉积，产生下一循环最终过滤用的污泥浆过滤层。
图3是描述在图1的分离器的纵向垂直截面，此外表明了按照图2所列构造的充气室5与分离器的沉淀室4的关系。在本实施方案中，沉淀室4中的上清液经装置10直接进入充气室5。上清液的来源是来自缺氧室的部分净化的且脱硝的污水。该图也描述了混合装置9b和充气装置18c。图3也表示了混合液从处理室1经传送装置23到充气室5的传送。
在另一实施方案中，通过取消到处理室2或3侧的循环而简化工艺。参照图4a，在第一阶段，混合液进入位于分离器和有氧室5(描述在图2)之间的缺氧室6。箭头表示在各处理室中的流体流动方向。这样，在第一阶段，在处理室1内厌氧条件下形成的混合液在流入有氧室5之前先在指定的缺氧室6内进行脱硝。一部分充气悬浮液通过第一顺序化处理室2，同时同样体积的第二部分悬浮液通过顺序化处理室3中的污泥浆过滤层，这里处理室3作为净化箱。在此方案中，分离器发挥功能，从硝化和部分脱硝的悬浮液中收集浓缩的污泥浆。由于氧化态氮是可溶的，故它在上清液中而进入缺氧室，而沉淀物中的硝酸根浓度足够低，不会干扰处理室1中的厌氧过程。从室5到室6如虚箭头所表明的循环路线，将较多的氧化态氮带到缺氧室来促进脱硝作用。
后一个实施方案采用六个而不是五个处理室。其优点是消除了污水到侧面处理室的泵送循环，相当于消除了伴随的在三个步骤Q循环量从1增加到2的问题。图4b是图4a实施方案所示系统中流体流向的图示。图4b是图4a的工艺构成。图4a和4c表示进行该处理工艺的各室的实际排布。An、Ax和Ae分别是厌氧(anaerobic)、缺氧(anoxic)和好氧(aerobic)条件的标准缩写。带有标号的处理室或步骤使工艺步骤同图2和图4装置的处理室的相应标记数字一致。
两实施方案的对比表明了许多共同因素，但也有一些差别。在两个系统中，浓缩污泥浆与注入污水及混合液混合形成进一步混合液，其中复合污泥浆的稀释因子极小，并在污泥浆中悬浮固体浓度大于1500mg/L。也存在一供给步骤，将作为有机碳源的混合液送到工艺中各处，否则在这些地方释放磷或脱硝时会需要外来的能量。
两种工艺的差别是，在六处理室系统中脱硝主要发生在单独的缺氧室中；而在五处理室系统中，仅在顺序化处理室内发生。在厌氧处理阶段，分离器在五处理室系统中的操作与在六处理室系统中的操作可以一样有效，这可能是因为充气操作中产生的硝酸根存在于要排放到缺氧室6中的上清液相中。
在图5a所示的又一实施方案中，将缺氧室6和第二级充气室7布置在主充气室5和顺序化处理室2、3之间。这种变更对于注入污水中有机氮和氨态氮的浓度超出乎常地高的情况下是很有效的，因为该系统提供了两个相继的脱硝步骤。本系统的重要特征是混合液分流。混合液在进入主缺氧室6之前，和从分离器排出的上清液混合，其量与图2中加到顺序化处理室2中的混合液的量相等。由于有效地脱硝需要有机碳，使厌氧处理室里含有高浓度有机含碳物质的混合液的一部分分流进入缺氧室6中。
工艺步骤的精确数目和时间主要由注入污水的成份确定。在典型的五处理室系统的循环周期中，给缺氧室和充气室供给混合液10～15分钟，接着进行导致脱硝的在缺氧条件下的混合作用。该步骤运行50～70分钟，通常是最长的工艺步骤。在处理室里充气的总时间仅为15～20分钟，还包括在充气室里在连续充气条件下将其中污水与侧面处理室的污水混合的混合阶段时间。这允许十分有效地利用氧，允许由于较少菌群的低内在呼吸作用导致的低需氧量，并允许处理室为沉淀和净化处理作好准备。预沉淀阶段持续30到40分钟，并导致有效净化输入的悬浮固体的污泥浆过滤层的形成。
在本处理系统中，平均固体含量约2000-2800mg/L。沉淀后处理室内，固态物质常达到4000～5000mg/L。在已有的厌氧处理室(如UCT工艺)中，由于稀释作用，该室中固体的浓度仅为其它处理室中固体浓度的50％。在本发明中保持厌氧处理室中的固体含量高于其它处理室。对于这种独特的混合液，厌氧处理室中VFAs的浓度范围为80-150mg/L，几乎是普通污水的其它除磷方法中的两倍。这通过小于10％(体积比)稀释的固相分离过程来实现。这样，能在关键处理过程中如缺氧脱硝和Bio-P菌在好氧条件下对磷进行贪婪吸收为微生物提供食物源的营养混合液，具有固体含量800～1500mg/L和VFA含量80-150mg/L。通过改变工艺循环和调节各反应室中的流量，悬浮固体含量可以改变，但保持缺氧室中的混合液含有如此高浓度的有机碳，使得可将原始污水作为有机碳源，而不用外加其它化学物质如甲醇等。
而顺序化批处理反应器系统具有节约空间和批处理步骤一致的优点，按照一种流动模式实现本发明工艺的所有重要步骤是可能的。这意味着可利用顺序化处理室取代多个连续工艺步骤，这里提供的几个专用的处理室而等价于几个处理工艺步骤，这样在任何步骤都没有批处理。流动模式的操作表示在相应于各个工艺步骤的图4b和5b中，由于每个步骤有专用的处理室，因而没有以批处理模式进行的步骤。
本发明的其它优点将从下面的实施例中很显然地看出来。
实施例
用图2所示的包括多个处理室的设备作为改进的顺序化批处理反应器(MSBR)，进行四处理室系统的实验研究。该系统设计为6.5英尺宽，14英尺长和7英尺高，平均工作容量为1200加仑。调节流量以使每天可处理1200加仑。本系统处理伊利诺斯州的Rockton市的市政污水处理厂的初始污水。
下述缩写适用于表示结果的数据表。
COD＝化学需氧量
BOD5＝生物需氧量(5天)
TSS＝总悬浮固体
TKN＝总克式氮含量
NH4-N＝铵态氮
NO3-N＝硝酸根态氮
NO2-N＝亚酸根态氮
TIN＝总氮含量
TP＝总磷含量
VSS＝挥发性悬浮固体
Ortho P＝磷酸根(PO4 -3)
MLSS＝混合液悬浮固体
由于污水中氮含量高，该系统要求24小时的流体滞留时间。
该MSBR试验装置包括下述通用组件：充气系统，控制器，混合器，泵，箱体和阀门。所有控制器、混合器、电机和阀门设计为具开/关功能和加长的操作寿命。
几乎所有的已知生物除磷工艺(如Bardenpho，A/O和UCT)均具有1Q(初始污水的平均日流速)或更高的厌氧循环流量。不含容易降解有机碳源(RBCOD)的循环流体在厌氧室中稀释含碳有机物浓度和VFA的浓度。1Q循环流量意味着在厌氧室中供给的VFA和RBCOD降低了一半。利用相分离器，到厌氧室的循环流体其Q值降低到0.2Q到0.3Q。这意味着VFA仅被循环流体稀释15-20％。不考虑其它积极因素，厌氧室中VFA浓度与1Q厌氧循环流量系统相比可增加到大于60％。减少的循环流量促进Bio-P细菌贮存PHB，这反过来导致在后面阶段摄入磷有较高的驱动力。
低循环流量能使实际流体滞留时间(HRT)较长。当进入厌氧室的循环流量从1Q降到0.25Q，通过厌氧室的总流量从2Q降低到1.25Q。这对于厌氧室而言，会增加实际HRT约60％。较长的厌氧流体滞留时间(HRT)可使一般的异养菌通过酸发酵作用将更多的非-VFA RBCOD转化为VFA。这增加了VFA的浓度。较长的HRT也允许富P菌(Bio-P)有更多时间存贮可利用的VFAs，并将其转化为PHB。因此，当PHB在Bio-P菌内代谢时，在随后的脱硝和氧化步骤中可吸收更多的磷，提高了除磷效率。
在上述半循环的第一步中，混合液从厌氧室被转移到顺序化处理室，而不是直接供给初始污水到顺序化处理室。这使得在顺序化处理室里的有机碳浓度增加，这可提高该处理室中的脱硝速率。来自转移混合液Bio-P菌体内贮存的PHB，随着磷的摄入和用硝酸根和亚硝酸根作电子接受者的脱硝作用而进行代谢，更有效地利用了有机碳源。其它存贮在Bio-P菌中的PHB在主充气室和顺序化处理室中在充气期间并伴随磷的摄入而被氧化掉。
本研究中的全自动的装在滑动底板上的MSBR实验装置，如图2所示。本实验装置用涂层碳钢制成，内部反应器尺寸以英寸计为75″×94″且深为48″，可容纳42″深的水。在上述水深时，反应器总体积为1280加仑。在反应器的底部和侧面有钢质槽，便于柔韧的纤维玻璃板插入其中。这些玻璃板作为活动隔壁和隔板，可调整它们来模拟各种处理系统的构造。
系统开始运行后，上述实验地区遇到意想不到的早冬。低温(＜50℃)下细菌生长速度很慢，使得初始运行很困难。
一旦机理问题得到纠正，操作温度提高到10℃以上，排出水的总磷含量下降到低于1mg/L，而排出的磷酸根下降到低于0.5mg/L。在此期间，本系统除掉的总磷平均为11.4mg/L，去除率约93％。该结果表明存在于初始污水和循环水流里的亚硝酸根在生物除磷系统中降低了除磷效率。分离循环活化污泥浆的相分离室的独特设计防止了循环流体中氧化态氮进入厌氧室并同时防止在厌氧室中有机碳受到稀释。尽管系统接受来自污水的平均为28mg/L的氧化态氮，系统仍保持很低的磷排放量，尤其是可溶性的磷酸根。去除硝酸根/亚硝酸根的循环防止了将另外的的氧化态氮加入厌氧室中。没有稀释时，供给的高浓度有机碳能对来自初始污水的氧化态氮快速脱硝。这些结果表明本改进系统即使在初始污水含有大量的氧化态氮时也能有效地从污水中除磷。
开始进行数据收集的一个星期后，显微检查表明，在活化污泥浆中仅有几个杆状的带纤毛原生动物和卷曲的原生动物以及一些鞭毛原生动物，这表明污泥浆是新生成的。菌群不足够多的年轻污泥浆在系统中产生一些分散的细菌，导致排出水混浊。在这段时间的第一半时间内，最终排出水的TSS保持大于30mg/L。当更多的杆状的带纤毛的原生动物和卷曲的原生动物出现时，排出的TSS增加。在此期末时，排放的总悬浮物下降到小于5mg/L。两周内最终排出悬浮固体平均为16.5mg/L。年轻的污泥浆年龄也限制了硝化菌，导致最终排出的NH4-N平均为2.8mg/L。菌群生长随后提高了系统的消化作用。排出的NH4-N下降到约1mg/L(在接近数据收集最后时)。
一个喷气加热器用来保持反应器的温度为17℃。为在有限的硝化菌群下促进硝化作用，系统操作的总滞留时间(HRT)为24小时而充气HRT为9.8小时。平均MLSS为2495mg/L。为在系统中增加微生物的数量，在此期间仅从系统排除浮渣而无污泥浆排除。
在研究结束时，系统获得良好的处理结果，尤其是除磷结果。
总之，收集的数据表明该MSBR工艺能以简单的小体积的单箱体装置高度有效地进行污水处理。使用这种易操作的全自动系统，可在低投资与低运行费用的条件下，除去注入污水中BOD5、TSS、氮和磷。
MSBR试验研究总结
  注入污水，mg/L   排出水，mg/L   去除率，％
 BOD5   310   13.5   96
 TSS   332   16.5   95
 VSS   288   12.5   96
 TKN   48.5   5.75   88
 NH4-N   28   2.8   N/A
 NO3-N   4.7   3.4   N/A
 NO2-N   23.2   3.25   N/A
 TN   76.5   12.4   84
 TP   12.3   0.90   93
 Ortho P   6.8   0.57   N/A
HRT＝24小时
(4小时厌氧条件，1.3小时液固相分离器，8小时主充气操作)
(5.35小时用于每个顺序化处理室)
温度＝17℃

Claims (8)

1.一种对含有机物的污水进行脱硝的工艺，包括：
将注入的污水与脱硝的污泥浆在厌氧条件下混合形成混合液；
将所述混合液与硝化过的污泥浆混合，形成能分离成上清液部分和浓缩固相部分的掺合物；
将所述掺合物在缺氧条件下混合足够长的时间，使得该掺合物基本上得以脱硝；
将所述掺合物分离成上清液部分和浓缩的污泥浆部分；和
通过与混合液合并将所述浓缩的污泥浆部分循环返回。
2.如权利要求1所述的工艺，其中通过沉积作用使所述浓缩的污泥浆部分压实，以获得进一步的脱硝。
3.如权利要求1所述的工艺，其中所述浓缩污泥浆部分对混合液的稀释的稀释因子小于1Q。
4.如权利要求1所述的工艺，其用于从部分循环污水中生物去除养份而获得净化水，包括：
形成注入污水与所述部分循环浓缩脱硝污泥浆的混合液，以获得富P微生物对挥发性脂肪酸的摄入和磷酸根的释放；
在好氧条件下混合所述上清液与所述脱硝掺合物，以使细菌利用挥化性脂肪酸和贪婪吸收磷；
通过污泥浆过滤层过滤所述净化水；和
排放所述净化水。
5.如权利要求2所述的工艺，包括：
充气足够长的时间，以进一步硝化残余的氨；
在缺氧条件下第二次混合所述掺合物，以进一步对所述掺合物脱硝。
6.权利要求2或3中的工艺，包括一种改进的顺序化批处理反应器工艺，用于从注入污水中去除有机物和无机养份并用于减少固体，同时在双循环周期中使注入污水连续流进分离器混合室且排出水流从交替的顺序化处理室中连续排出，该工艺包括如下步骤：
第一循环，包括以下第一阶段至第五阶段：
第一阶段，连续注入的污水在厌氧条件下与浓缩的污泥浆混合形成混合液，该混合液部分进入第一顺序化处理室并在那里与含固相污泥浆成份和液体成份的硝化悬浮液混合形成掺合物，再在连续混合与充气条件下进入充气室，所述掺合物部分进入内部分离室中，在此所述液体成份作为上清液流入所述充气室，所述固态污泥浆成份沉淀在所述内部分离室的底部，该固态污泥浆成份作为浓缩的污泥浆与注入污水混合形成混合液，
第二阶段，所述第一阶段形成的所述上清液与充气混合液形成硝化溶液，使该硝化溶液进入所述第一顺序化处理室并在那里与含有固相成份和液体成份的脱硝悬浮液混合而形成掺合物，所述掺合物部分进入所述内部分离室中使所述液体成份作为上清液进入所述充气室并使所述固态成份沉淀在所述内部分离室的底部，该固态成份作为浓缩的污泥浆与注入污水混合形成混合液，并使该混合液部分进入所述充气室中，
第三阶段，对所述第一顺序化处理室中的所述溶液充气并混合，同时悬浮液从所述充气室进入所述顺序化处理室中，
第四阶段，在所述顺序化处理室中继续以批处理模式进行充气操作，
第五阶段，在所述第一顺序化处理室中停止充气操作并使缺氧静置条件建立起来，使其中的所述悬浮液发生静态沉积作用；
第二循环周期，包括与上述五个阶段相同的五个阶段，其中所述的顺序化处理室是第二个顺序化处理室并且所述排出水连续地从所述第一顺序化处理室中排放出来。
7.权利要求3或4中的工艺，包括一种污水处理系统，该系统将浓缩的活化污泥浆与注入污水合并起来形成混合液，该污水污处理系统包括：
容纳含有活化污泥浆的混合液的分离室，该分离室包括至少一个向下倾斜的壁和用于容纳沉积下来的浓缩的活化污泥浆的下室体部分；
混合室，其具有接收注入污水的进口、底部、以及在所述分离室的下室体部分与所述底部之间连通的连通孔，所述底部接纳沉积在分离室下室体部分的浓缩的活化污泥浆；
混合室中在足以搅拌其内含物的位置上设置的混合器，以便在所述分离室中分离并在分离室的下室体部分靠近所述连通孔处沉积下来的所述浓缩的活化污泥浆，被导入到所述混合室中并和所述注入污水混合，以及
处理室，其具有：与所述混合室相连通和用于接收混合液体的进口；
设于其中的混合物，用于搅拌混合液体和活化污泥浆悬浮液；以及
可控制传送装置，其设于所述处理室和所述分离室之间，所述可控制传送装置将所述处理室中内容物的一部分输送至所述分离室。
8.权利要求3或4中的工艺，包括一种从污水中去除养份和BOD的生物污水处理系统，该生物处理系统包括：
分离混合器，其具有：污水注入口；所述分离室包括至少一个向下倾斜的壁和用于收集沉积污泥浆的下室体部分；所述分离混合器还具有与所述废水注入口流体连通的混合室，所述混合室包括与分离室下室体部分相沟通的底部；
至少两个顺序化处理室，在所述分离混合器的混合室与每个所述顺序化处理室之间具有阀门联接件，并且在至少一个所述顺序化处理室中有能搅拌其中所含溶液的混合器；
充气室，其具有：底部，在充气室底部与每个所述顺序化处理室相沟通的阀门联接件，以及与所述分离混合器的分离室相连通的可控制传送装置；以及
每个所述顺序化处理室具有排放口，用于连续排放净化过的排出污水。
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