CN1014142B - 净化含磷酸盐污水的方法和设备 - Google Patents

净化含磷酸盐污水的方法和设备

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Abstract

以生物除磷而净化含磷酸盐污水的方法和设备一般只能达到约75%的除磷率，而且还需要大量的设备投资。为了改善厌氧条件下磷酸盐返溶并改善随后进行的磷酸盐摄取，可让厌氧处理在沉淀池中进行，并向其中通入未澄清、未处理的污水和从二次澄清池来的循环污泥，并使沉淀池中的污泥停留时间比水力停留时间长。

Description

本发明涉及的是基于生物除磷原理净化含磷酸盐污水的方法，即污水中所含的可沉降和/或不可沉降组分，在连续处理池中用活性污泥相继进行厌氧和好氧处理，并将从二次澄清池来的回流活性污泥返回厌氧处理池，本发明还涉及实施该方法的装置。
与含氮化合物不同的是，污水中的磷化合物只能根据化学或生物反应以固态形式从污水中分离出来，以前把水中的磷酸盐转化成固态只能通过磷酸盐掺入生物质内，或通过化学沉降来实现。
多年来，许多净化设备通过化学沉降法除磷。近来则有比较新的发展，开发了用生物或生物——化学方式除磷的方法。纯生物方法是探索通过生物过程而固着于剩余污泥中的生物除磷总量。而生化方法则将特定的生物作用与特别经济的石灰沉淀作用结合起来。
生物法，是利用了这样一种现象，即在微生物存在下，根据污水与活性污泥相接触的条件，污水中所含的磷要么从污泥中游离出来，要么与其相互结合。事实是，污水中的磷仅以磷酸盐状态存在，而且大部分为可溶性磷酸盐，只有很少的一部分是单独化合态的磷酸盐。使依据活性污泥法运行的生物净化设施中的活性污泥持续经受不断改变的厌氧条件（不存在溶解氧、亚磷酸盐和硝酸盐）和好氧条件（存在溶解氧），于是活性污泥在厌氧条件下释放出磷酸盐，而在好氧条件下则摄取磷酸盐。在厌氧阶段中释放磷酸盐恰好与好氧阶段摄取磷 酸盐相对应。到目前为止，这方面进行的所有的研究都表明，好氧条件下对磷酸盐的摄取程度与先前在厌氧条件下磷酸盐的再溶解程度直接相关。
生物除磷中极为重要的事实是，摄取磷酸盐的程度总是比先前进行的再溶解程度更高。由于把已净化好的污水同生物分离过程紧接在好氧阶段之后，所以会出现磷的净去除结果，即排出的水中的磷浓度低，而净化设备中剩余污泥中磷浓度高。
人们为了提高除磷效率而试图尽可能产生大量的剩余污泥和／或使剩余污泥中的磷含量尽可能提高。
因此，可通过污泥负荷确定单位剩余污泥产量。
剩余污泥中的磷含量可按上述的关系而提高，更确切地说是通过强化磷的再溶并由此使随后的对磷的摄取也得到强化。
如果想通过改变生物净化设施中的磷的再溶／对磷的摄取而影响除磷效果，则还必须注意到以下事实：
1.亚硝酸盐和硝酸盐的存在会抑制磷的再溶，而且不应向生物净化的厌氧装置中加入含亚硝酸盐或硝酸盐的污水。
2.应用易降解的基质则可加快磷的再溶。
在近年来开发的生物除磷方法中以不同的方式考虑到了上述两个因素。在目前简化了的所谓A/O方法（已见于例如Krichter  D.  J.  Hong  S.  N.,Tracy  K.D.的研究报告，采用A／O工艺进行生物除磷，Internat.Conf“Phosphprus  in  the  Environment”Lissabon,Juli  1985）是将不曝光的完全搅拌池或池组与活性污泥池串联，将回泥污泥和未经处理或预澄清过的污水送入上述池子中，在该池中，污泥停留时间 为1－5h。而在随后的活性污泥池中的停留时间约为2－5h。这种方法的应用仅限于负荷足够高的装置，其中不允许出现硝化作用（氨经过微生物氧化成亚硝酸盐和硝酸盐）。这时，换句话说也就是亚硝酸盐和硝酸盐会随回流污泥进入不曝光的装置中，并且在其中阻止磷的再溶。
在另一种所谓“Phoredox”或改性Barderpho方法中，与A／O方法一样，将回流污泥和未经处理或预澄清过的污水送入不曝气的完全搅拌池或池组中，当然，在净化设施的后续部分，除了硝化而外，还要进行完全脱硝（亚硝酸盐和硝酸盐经微生物还原成分子氮，并以气态从污水放出），这样一来，就不会有亚硝酸盐或硝酸盐随回流污泥一起进入厌氧装置中。这种方法还特别是为生物除氮和磷而设置的。其中，用于磷再溶的第一个不曝气的完全搅拌池中，循环污泥的停留时间为1.5h。
又一方法为所谓的UCT（University  of  Cape  town）方法，已见于例如Ekama  G.  A.,Marais  G.  R.发表的“在南非利用活性污泥法附加除磷的经验”，GWF126，P241～249页（1985）。这种方法的目的是避免完全脱氮所需的很高的费用。该方法仅限于附加脱硝。利用此方法，从基本原理出发，决不可能达到100％的除亚硝酸盐或硝酸盐。由于回流污泥因此含有亚硝酸盐和硝酸盐，所以先将其送入脱硝池。污泥从这一池中出来之后再送入串联的非曝气的搅拌池，使磷再返溶。在这一池中，如同前述的两种方法，污泥与未处理或未预澄清污水完全混合，其中污泥停留时间为1.5小时。
上述的三种方法为目前主要采用的三种生物除磷方法。另一所谓 的Biodenipho方法，就磷的再溶解而言，基本上不同于上述的方法。
与上述方法的基本区别还表现在phostrip方法中，该方法已见于Lerin  G.  V.,Topol  G.  J.,Tarnay  A.  G.,“工业规模除磷装置的运转”，JWPCF47,577-590（1975）。这一方法代表了高效率生物除磷与化学沉淀除磷相结合的方法。该方法中将部分回流污泥送入称之为汽提塔的沉淀池中。在该池中，经过几小时的厌氧停留磷进行再溶期间，同时经过静态浓缩而出来含磷酸盐的上层清液。这种含磷酸盐的上层清水然后进行化学沉淀。
与其它方法不同的是，在Phostrip方法中人们还追求这样的目标，即利用纯生物效应不能去除的污水中的那部分磷，通过污水分流进行化学沉淀去除。用石灰〔Ca（OH）2〕，沉淀的特点在于，污水分流——石灰沉淀比全部污水石灰沉淀，可节省大量石灰。
原则上，Phostrip方法的应用仅限于不脱硝而且负荷大的活性污泥净化设施，因为亚硝酸盐或硝酸盐有可能随回流污泥而进入沉提塔中。但可采取相应的措施并且已经实施了这些措施。后面所述的这种方法已进行了多次改进，一种改进旨在“加快磷在汽提塔中的再溶”（通入预澄清污水），但首先是旨在“进一步将磷酸盐转入汽提塔上清液中”（通入预澄清污水，净化污水或化学处理污水，使汽提塔中的污泥循环）。
目前，大多数情况下纯生物除磷的处理方法（A／O，Phoredox,UCT,Bioderipho）的效率还不够高。由于各方法的前提条件互不相同，所以无法将目前文献中列出的结果直接进行相互 比较，同时平行的研究结果也不全。但是，有一点是确定无疑的，那就是总除磷率极少有超过75％的。
在Phostrip方法中，由于采用分流——化学沉淀，所以可达到相当高的除磷率。就是用这种方法，生物除磷份额也只占总除磷的75%以下。
所有上述方法，也许A／O方法是个例外，均具有许多的缺点，即工艺复杂，因此投资也高，此外，只能由经过专门训练的人才能使其运转。
本发明的目的是以生物除磷而净化含磷酸盐污水的方法以及实施该方法的设备，其中在改善生物除磷工艺的同时，还可大大降低设备费用或使其减至最少。
本发明的基本任务是提出一种净化废水的除磷方法和实施该方法所用的设施。本发明方法和设施可在少花钱或最节省的条件下，提高生物除磷的效率。
更具体地讲，为完成上述基本任务，本发明提出以生物除磷而净化含磷酸盐污水的方法，其中，可沉降和／或不可沉降的组分在连续处理设备中，用活性污泥相继进行厌氧和好氧处理，并将二次澄清池来的回流活性污泥返回厌氧处理池，其特征是，使厌氧处理在沉淀池中进行，使沉淀池中污泥停留时间超过水力停留时间。该方法中向进行厌氧处理的沉淀池通入未处理的污水，该污水中有大量可沉降物质，这些物质在沉淀池顶部与循环污泥相混合。而未处理的污水和循环污泥的混合物被送入进行厌氧处理的沉淀池的表层区域。同时，也可向进行厌氧处理的沉淀池中只通入可沉淀组分，而将不可沉淀组分直接通入好氧处理池。将从进行厌氧处理的沉淀池中取出的污泥分离成富含磷酸盐的水和贫含磷酸盐的污泥，将富含磷酸盐的水送去进行 石灰沉降，再将沉降污泥取出，将上层液送入好氧处理池，而将贫含磷酸盐的污泥直接送入好氧处理池。
为实现上述基本方法，本发明又提出以生物除磷而净化含磷酸盐污水的设备，其中包括进行厌氧处理的沉淀池、后续曝气池和二次澄清池中取出活性污泥，并分成剩余污泥和送入进行厌氧处理的沉淀池的循环污泥，其特征是，进行厌氧处理的设备为沉淀池（1），其中包括将循环污泥和可沉降和／或不可沉降污水组分的混合物输入沉淀池（1）的输入管（4），与后续曝气池（2）相连的上层液排出管（5），以及同样与后续曝气池（2）相连的沉淀池（1）底部的浓缩污泥排放管（6），在沉淀池（1）和曝气池（2）之间有时还连接着另一处理池，并使上层液体或上层液体和浓缩污泥在进入曝气池（2）之前，先经过该处理池。沉淀池（1）为改型的常见通澄清池，其底部的浓缩污泥排放管（6）与离心机（20）相连，其中包括富含磷酸盐水的排出管（21）和贫含磷酸盐污泥的排出管（25），富含磷酸盐水的排出管（21）和装有石灰投加装置的搅拌池（22）相连，搅拌池（22）又与后续的沉淀池（23）相连，而沉淀池（22）又与曝气池（2）相连，贫含磷酸盐污泥的排放管（25）则直接与曝气池（2）相连。
本发明的方法是以半工业规模装置多年生物除磷的经验所获得的知识为依据，为了提高生物除磷效率有两点特别重要：
1.活性污泥的厌氧停留时间要比目前试验过的方法有明显提高；以及
2.必须使原污水中易降解基质的总的势能可供使用，使得在厌氧停留时间内提高磷的再溶速度。
就上述第一点而言，截止目前为止所使用的完全混合池，污水在 其中与回流污泥接触时，污泥的厌氧停留时间太短，因为池子的尺寸不能任意扩大，所以本发明采取了这样一种方法，即，分别控制污泥停留时间和水力停留时间，最简单的方法是使用沉淀池，在沉淀池中污泥与污水接触后，污泥本身沉积下来。然后从沉淀池底部仅取出浓缩污泥，根据物料衡算得出结果。当污泥浓缩得好时，污泥可停留很长时间，如5至30小时；而实际条件下，特别是在有利的情况下逗留时间为10至24小时。
为了按要求考虑到上述的第二点，特别有利的是使回流污泥于池顶部与未处理的污水相接触。这样可以放弃目前常采用的预澄清步骤，并可将大多数情况下于净化设施中采用的预澄清池转化为厌氧磷酸盐再溶池，在其中按照本发明方法进行第一步处理。
本发明所涉及的污水包括：生活污水、商业污水或工业污水，必要时还要经过格栅，并砂滤和／或捕集油脂预处理，但不进行预澄清，因此仍有大量的可沉淀组分。
本发明的方法，如同以下参照附图和实施例进行详细解释的那样，其特点是工艺极简单，并可采用现有净化设施而无需为进一步的生物除磷作明显的改动。两个月的试运转即已显示出相对于现有方法的优越性。当未处理的污水中含总磷的浓度平均为8mg/l时，流出液中总磷浓度的平均值可低于1mg/l。除磷率差不多为90％。至于磷酸盐，其去除效率还可明显提高。此时，磷酸盐可基本上完全被活性污泥所摄取，流出液中的剩余磷含量则大部分来源于个别种类的磷。
为了阐明本发明方法的突出的除磷效率，还是让我们先简单讨论一下本发明方法的理论依据。
众所周知，预沉积污泥经过一段时间的厌氧处理，则转向所谓的酸性发酵。其中，通过预沉积污泥中含有的某些微生物的作用使脂肪、糖和其它可降解物质分解成低级有机脂肪酸，主要是乙酸。由于降解产物为有机酸，所以人们又称该过程为酸性分解。将降解产物分离出来后，由于停留时间很长（几天至几星期），则进行所谓的甲烷发酵，使上述物质进一步降解。
初步试验已表明，将上述分解产物添加到回流污泥中则可明显加快净化设施相应部分中磷的再溶速率。由于从回流污泥中释放磷酸盐和从预沉降污泥中释放有机酸这两个过程要求等同的环境条件，即厌氧环境，所以为建立本发明而得出了如下结论，即在一台反应器中将两个过程联合起来进行十分有利。确切地讲，就是在沉淀池中进行的，在其中进行本发明方法的第一步并因此可将该池称之为发酵和磷的于溶一体化池。新预沉积的污泥一般是在厌氧条件下与回流污泥一起进行浓缩，释放出有机酸并直接为回流污泥所用。有机酸脂肪酸被回流污泥摄取，并相应地保证磷酸盐的释放。按照这样建立起来的优化环境，磷酸盐的释放特别快，只要注意到前面的解释，即在活性污泥池中提取磷酸盐也处于最佳状态，也就不难得出这一结论。
本发明方法的应用不仅限于无硝化作用的高负荷装置，由于厌氧沉淀池中的还原势很大，所以可进行回流污泥脱硝，而不明显影响磷酸盐的再溶能力，通用的方法用完全搅拌地进行操作，其中随回流污泥带入的硝酸盐立刻遍布池的每一角落并全面阻止磷酸盐的再溶，与此不同的是，在本发明的方法使用的沉淀池中，由迥流污泥带来的硝酸盐与未处理污水一起输入池中的上层区，并很快得到还原，因此而避免了对下层磷酸盐的再溶产生的不利影响。只是在硝酸盐还原过程 中要消耗易降解的基质，这会在一定程度上削弱磷酸盐的再溶程度。但是，由于未处理污水中溶解的易降解基质完全用以使硝酸盐还原，所以由发酵释出的有机酸可完全用于磷酸盐的再溶。
此外，为保证净化设施能稳定地除磷，净化设施应在临界负荷范围内工作，并只间或进行硝化作用。因此，本发明的方法可顺利地与进一步脱硝操作相结合，如借助串联脱硝，同时脱硝或交替进行（生物脱硝方法）。原则上，这种联合对各种方法都是可能的，其中存在无需固定在载体上的游离活性污泥。
必要时，还可将从厌氧运行沉淀池取出的浓缩污泥再额外进行一次厌氧停留。这可在另一沉淀池或混合池中进行。如果厌氧沉淀池中混合污泥因水力负荷大而不能达到足够的厌氧停留时间，使污泥浓缩，则采取这种措施应是必须的。
就本发明的构思的另一方面而论，向厌氧沉淀池中只能输送可沉淀的污水组分，而将不可沉淀的污水组分直接送入好氧处理池。还有将预澄清池与厌氧沉淀池相连，在其中将可沉淀污水组分，还有预沉降污泥和不可沉淀污水组分，以及预澄清污水相互分开。在该实施方案中，厌氧沉淀池中的水力负荷得到降低，污泥浓缩得到改善，并因而提高了厌氧停留时间。当然，不足的是溶解的污水成分在厌氧阶段不可能有效地强化磷的再溶，因为，预澄清污水被直接送入好氧处理段。但是，另一方面，污泥的高厌氧停留时间又可促使磷的进一步再溶，并因此而强化了活性污泥池中对磷的摄取，除磷效率即可得到提高。
预沉积污泥也可额外进行一次处理，这可将大颗粒物质与细颗粒物质分开。例如，可用离心机进行分离。从离心机分离出来的含大颗 粒物质，及高度浓缩的污泥可直接送去进行污泥处理，而大量的细小颗粒是送入厌氧沉淀池。
本发明的另一实施方案是规定向厌氧运转的沉淀池中只供入不能沉降的污水组分，而引出可沉降的污水组分。把可沉降的污水组分分离出来，也就是把预澄清的污水下面的污泥通过一座串联的预澄清池分离出来。厌氧沉淀池中，厌氧沉淀池中只供入预澄清后的污水，虽然不能使某些个别基质充分降解，但是，与彻底混合的体系比较起来，提高厌氧停留时间是有效的。通过这一实施方案，还可避免对预澄清步骤可能带来的不利影响，如高的需氧量、沉积和堵塞等现象。
当污水成分不适宜（如：高磷酸盐浓度、低BOD浓度）时，上述实施方案可达到其效率的限值。在这种情况下，按照本发明，可借助污水分流沉降而在添加少量石灰，使之与高浓度的磷酸盐产生化学沉淀，而载带下来，为此，可通过离心分离将从好氧沉淀池中取出的污泥分离成富含磷酸盐的水和含磷酸盐浓度低的污泥，富含磷酸盐的水在pH值大约等于9的条件下，进行石灰沉淀，取出生成的沉淀污泥并将上层水送入好氧处理池。而含磷酸盐浓度低的污泥可直接送入好氧处理池。污水的分流量小和高浓度的磷酸盐为磷酸盐的化学沉淀提供了理想的前提条件，取出的磷酸钙沉淀污泥还可供进一步使用。
本发明还规定，可将从厌氧沉淀池中取出的沉淀污泥直接进行石灰沉淀。在pH值大约是9的条件下产生的沉淀污泥可与有机污泥一起送入好氧处理池中，其中，因调节pH值。部分污泥再次被带入溶液中。但是，大部分沉淀污泥或多或少因所谓的磷酸盐晶体的“老化”仍保持固态，并使工艺体系中具有过剩的污泥。生物结合的磷酸盐，再加上化学结合的磷酸盐，通过这两种作用使除磷效率得到提 高。
事实是，按照净化工艺的基本原理，在一个分流量很小的设备里就可使磷酸盐达到富集，本发明的方案还可利用石灰进行分流沉降来实施，用石灰进行沉降时，除磷效果取决于pH值可提高多少。磷酸盐在少量污水中的富集还意味着，多次投加极少量的石灰与总污水石灰沉淀富集磷酸盐的效果相同。因此，石灰节约量直接与污水分流和总流量之比成正比。
以下将参照附图和实施例详细说明本发明的方法。
图1是本发明方法的基本组成部分流程图。
图2是除本发明方法的基本组成部分以外，还包含混合池，利用该池延长厌氧停留时间的流程图。
图3是除本发明方法的基本组成部分以外，还包含沉淀池，利用该池延长厌氧停留时间的流程图。
图4是说明将预澄清污泥供给本发明设施的运行方式的流程图。
图5是说明本发明设施中进行污水分流沉降和分离器排放污泥的运行方式的流程图。
图6是说明本发明设计中进行污水分流沉降，没有分离器排放沉降污泥的运行方式的流程图。
图7是说明实施例所述实验在1a和1b实验阶段，实验设备运行方式的流程图。
图8是说明实施例所述试验在第2阶段实验设备运行方式的流程图。
图9是表明实施例中试验设备在开始运转第1星期内，厌氧沉淀池中磷酸盐再溶过程的示意图。
图10是表明按实施例中试验设备在开始运转第1星期内，串联的活性污泥池中摄取磷酸盐过程的示意图。
图11是用曲线表明实施例中实验设备进出口处总磷浓度和除磷结果，其数据取自24小时混合样的分析结果。
按照图1，本发明设备包括3个互相连接的装置。对应于3步操作步骤。即沉淀池1，活性污泥池2和二次澄清池3。未处理的污水由管线4进入沉淀池1中。同时，从二次澄清池3来的循环污泥由管线9从顶部进入沉淀池1中。并且，管子4安装在沉淀池的液体表面层中，使可沉降的固体物质可以毫不受阻地沉降下去，使脱氮在由未处理的污水和循环污泥的混合物形成的区域内进行，这样可以防止硝酸盐组分进入沉降的浓缩污泥中。沉淀池1中的上清液经导管5直接或如下述经中间放置的厌氧处理之后送入活性污泥池2中。同时将沉淀池1底部的浓缩污泥导管6送入活性污泥池2中，活性污泥池2可以是那种众所周知的曝气池，从其顶部进行曝气（如用曝气器13进行曝气）或借助于更为常用的装置进行曝气，用空气或纯氧气。活性污泥池2以常规方式由导管7与二次澄清池3相连，经过二次澄清以后，已澄清的污水用常规的方式从管线8中排出，从二次澄清池3的底部取出沉降的污泥，一部分由导管9送入沉淀池1中作为循环污泥，另一部分剩余污泥经导管10排走。此外，与如图1所示不同的是，剩余污泥还可以从活性污泥池2中直接取出。这样作的优点是：剩余污泥中的含磷量不会因为二次澄清池中进行的磷返溶而得到降低。而剩余污泥从沉淀池1中排出就不是优选的了，但是在个别情况下也是有意义的。沉淀池1应保证其中的污泥停留时间，超过水力停留时间，这样一来，可强化磷酸盐的返溶，而这正是是后续活性的污泥 池2中有效地摄取磷酸盐的前提条件。
因此，沉淀池1可以是澄清装置中常见的预澄清池，经过适当地改型，将入口和出口作适当地调整，就可变成适于本发明方法的在沉淀池中进行厌氧处理的沉淀池。本发明方法的优点已在前文中作了说明。
图2-6是本发明的最佳实施方案，其中的标号同图1所示的相同。
图2表示一种本发明的设备，其中除了本发明的基本组成部分以外，还包括一个用来延长厌氧停留时间的搅拌池15a，厌氧沉淀池1底部的浓缩污泥由管线6通入搅拌池15a中，该搅拌池15a也同样在厌氧条件下进行操作。然后，将处理后的污泥送入曝气池2中，如果厌氧沉淀池1中污泥的浓缩不能达到足够的要求，则延长厌氧停留时间是必须的。
图3表示了另一种用来延长厌氧停留时间的设备，其中将图2中的搅拌池15a由第二个厌氧沉淀池15b代替。
图4表示将预澄清池的污泥供给本发明设备的流程图。将厌氧沉淀池1与预澄清池16相连，未经处理的污水由导管19送入预澄清池16中。在预澄清池16中，未处理的污水分离成污水和污泥。污泥经管线17与导管19输送的循环污泥一起被送入厌氧沉淀池1中，污水则由导管18直接通入曝气池2。如上所述，这种实施方式具有可以降低厌氧沉淀池1的水力负荷的优点。
图5和图6表示的是在本发明的设备中进行污水分流和沉淀的实施方案。
在图5所示的设备中，由导管6从厌氧沉淀池1中取出浓缩的污 泥送入离心机20中。在离心分离机20中被分成富含磷酸盐的水和贫含磷酸盐的污泥。富含磷酸盐的污水经导管21送入搅拌池22中，在搅拌池22中投加石灰，然后再送入沉淀池23中，将沉降的污泥排走，上层液则由导管23送入曝气池2中。同样，贫含磷酸盐的污泥由管线25直接送入曝气池2中。如上所述，此实施方案的优点是在降低石灰投加量的同时，可以提高磷酸盐的去除率。
图6表示的是另一种分流沉降的实施方案。由导管6将从厌氧沉淀池1取出的浓缩污泥直接送入搅拌池22进行石灰沉淀，所产生的污泥与污水一起由管线26送入曝气池2中，大部分沉降污泥在曝气池2中以固态形式存留下来，由导管10排出过剩的污泥。
下面用具体的实施详细描述本发明，其中图7和图8中所用的标号与图1的标号意思相同。
实施例
该实施例是以半工业规模的设备，进行3个月的处理情况。
实验设备的运行方式：
以现有设备为基础，实验设备中的曝气池2通入纯氧气。实验设备的曝气池是由总容量为1.7立方米的三个池子组成，均置于密闭装置中，并安装有表面曝气机13，将纯氧气通入串联的第一个曝气池12a的曝气室中。各个串联的曝气池12a、12b、12c的曝气室用胶皮管连接起来。废气即由CO2和剩余氧气组成，从第三个串联的曝气池12c排走。
实验在8～11月分两阶段进行。
在第一阶段，进行活性污泥和前置脱氮处理（参见图7），在曝 气池2之前，设置了一个完全搅拌式脱氮箱11，将曝气池2的排出一部分分流液与从厌氧沉淀池1来的上清液以及浓缩污泥一起送入脱氮箱11中。
在第二试验阶段，省去了脱氮设备，以便观察厌氧沉淀池中含硝酸盐的循环污泥对磷酸盐返溶的影响（参见图8）。
两阶段的实验数据列于表1中。
表1
实验数据
厌氧沉淀池体积 2.0m3
脱氮池体积（仅用一第一试验阶段） 1.0m3
曝气池体积 1.7m3
二次澄清池体积 2.0m3
污水量（未处理污水） 0.30m3/h
循环污泥量 0.09m3/h
上层液量 0.33m3/h
浓缩污泥量 0.06m3/h
循环量（仅用于第一试验阶段） 0.60m3/h
实验设备入口和出口处的总磷量，BOD5、COD以及固体物质的测定是以24小时的混合试样进行的，在整个实验期间，24小时试验取值，对总磷量的测定每日对混合试样进行测定，还包括连续监测 剩余污泥中的含磷量，以便尽可能地使磷达到平衡。
磷酸盐的浓度是抽样试验得到的，BOD5、COD、固体物质和所有氮的浓度都可以在混合取样日得到，但不是每天。
浓度数据的分析是按德国统一分析法（DEV）进行的。至于磷，则是用硫酸/过氯酸进行分解的方法（DEV，D11，1975）进行分析的。
实验结果
实验得到的结果已划在图11中，给出了试验设备入口和出口处总磷浓度以及所得的除磷效率。从中可以看出，4个星期以上的试运转期直至除磷效率达到80%以上是必要的，在观察除磷效率时发现，在四个星期的试运转期结束时，除磷效率突然升高。图9所示的是厌氧沉淀池中磷的返溶情况，从中可以看到，至少就磷的返溶而言，试运转期间整个工艺的变化情况是相当稳定的。图10表示的是在相对应的曝气池中磷的摄取情况，其中曲线A、B、C分别表示运行开始后10、18以及39天的情况。因此，曲线C同时又代表了达到平衡状态的情况。
可以明显地看出，厌氧沉淀池中磷酸盐的返溶程度高。曝气池中磷酸盐的摄取程度就高。当然，净除磷有一定的极限，即相对于在前的磷的返溶而言，磷酸盐的被摄取只能有少量的提高。但在实验的第4个星期内，对在先进行的磷的返溶，磷的摄取量会增加，大约从第30天开始，在曝气池中磷酸盐的摄取基本上达到平衡。
这样测定的所有结果表明，从第32天开始达到平衡。表2中列出了从第32天到实验结束的实验结果。很明显，在实验期间，除磷效率的降低是由于操作上的干扰产生的，这些实验结果在取平均值时 未加考虑。
表2
实验设备在第1b和第2实验期间的实验结果
24小时混合取样、平均值
参数    测试项目    单位    第1b试验期    第2试验期
总磷量 未处理污水 g/m38.40 7.47
Ges.-p 出口 g/m30.95 0.90
除磷率    %    89    88
生物需氧量 未处理污水 g/m3158 157
BOD5出口 g/m37 7
除磷率    %    96    96
化学需氧量 未处理污水 g/m3327 303
COD 出口 g/m353 39
除磷率    %    84    87
未处理污水 g/m3135 101
上层液 g/m3147 74
固体物质 出口 g/m318 10
TS 循环污泥 g/m319.300 18.300
浓缩污泥 g/m328.800 27.300
活性污泥 g/m35.340 5.140
污泥体
积指数 活性污泥 cm3/g 78 85
SVI
体积负荷 BRkg/m3d 0.67 0.66
污泥负荷 BTSkg/kg d 0.12 0.13
表2中，两段实验的期限还可细分为前后各28天（第1b和第2实验阶段对应于图7和图8）。从表2可知，实验设备出口处总磷量的平均值一直低于1mg/l，除磷率大约为90%。
同样，COD和BOD5的去除率也很高，循环污泥在厌氧状态下的 前置沉淀池中停留很长时间（约24小时），也不会对降解过程产生不利的影响。其中，上述污泥停留时间是根据排出的污泥量和沉淀池中污泥的体积（约1.5m3）得出的。
由于活性污泥具有良好的沉淀能性（SVI约为80），所以在曝气池中可达到很高的浓缩浓度，污泥负荷相当小，整个实验期间硝化作用很不完全。平均除氨率只有40%，出口处的硝酸盐浓度仅限于10mg/l NO3－氮。本发明方法的特点不大可能会抑制硝化过程，而且在实验设备中曝气也是如此，曝气会导致CO2浓度的增加，曝气池中的PH值为6.5，入口处的酸容量为5mmol/l，这意味着，在临界负荷范围内，可能在曝气装置中抑制了硝化过程的进行。
由于硝化过程受到抑制，所以在第二实验期间（无前置脱氮步骤）不可能在循环污泥中测出亚硝酸盐或硝酸盐。
表3给出了出口处排出物组份的实验结果，表3中的数据是出口处以及串联的第3个曝气池12c的活性污泥进行抽样测试所得的平均值。在对第3个串联的曝气池进行过滤实验时，仅有0.15mg/l PO4－磷，磷酸盐基本上完全被活性污泥摄取了，而对应的在排出流体8中，只有0.23mg/l PO4－磷，瑟与气池排出液7比较起来，两者的差不应大于二次澄清池3中磷酸盐的返溶的浓度，与给出的初始和过滤排出液所得的总含磷量比较，表明排出液中的总磷量由浓度大致相同的磷酸盐一磷、可过滤的磷化物和不可过滤的磷化物（没有磷酸盐）组成。在这些成分中，最后一种最难处理，而其它则还可以采用其它先进的工艺方法进一步处理（如进行污水过滤或絮凝沉淀）。
常规澄清装置所得的澄清污泥中的磷含量为1-2%W/W，而这样达到的常规除磷率约为20%，在本发明的实验装置中，剩余污泥中高的含磷量对应于高的除磷效率。测定剩余污泥中的磷含量，结果平均为4.0%W/W（以千重计），或5.5%W/W（以有机千重计）。
如果根据可能造成的误差而假定10%的允许误差范围，则剩余污泥的磷含量值正好与所观察得到的除磷效率相符合，在表4中列出了相应的数据。
上表表明，在本发明的方法中，由于不存在预澄清，可以沉淀出更多的单位剩余污泥量，从主要方面考虑，如上所述，这有利于提高除磷效率。
因此，实验设备以半工业规模进行的3个月的运行实验表明，在1个月的试运行之后，总除磷率可保持80%以上，取长时间的平均值，则总除磷率不足90%，其中排出液的浓度平均为0.93mg总磷/l和0.23mgPO4一磷/l。
实际应用本发明的方法时，无需很高的提资，采用现有的处理装置，用少量投资的改造，就可构成本发明方法的基本组成部分即：预澄清池、曝气池和二次澄清池，从而按本发明的方法进行生物除磷。
表3
排出液和活性污泥抽样实验的总一磷和磷酸盐一磷
实验设备在试运行结束之后所得的数据的平均值
参数    抽样实验    单位    1b+2试验期
总-磷 排出液，未过滤 g/m30.75
Ges.-p 排出液，过滤＊ g/m30.47
磷酸盐-磷 排出液，过滤＊ g/m30.23
PO4-P 活性污泥第3串联 g/m30.15
曝气池，过滤＊
＊膜过滤，微孔直径0.45μm
表4
试验设备的磷平衡，以试运行结束后所得的数据为基础
除磷量 g P/m3污水 7.0
剩余污泥磷含量    g  P/g  TS    0.04
沉淀出的剩余污泥量＊ g TS/m3污水 1.60
＊对应于1.0kg US/kg BOD5的单位污泥产量

Claims (19)

1、以生物除磷而净化含磷酸盐污水的方法，其中，可沉降和/或不可沉降的组分在连续处理设备中，用活性污泥相继进行厌氧和好氧处理，并将二次澄清池来的回流活性污泥返回厌氧处理池，其特征是，使厌氧处理在沉淀池中进行，使沉淀池中污泥停留时间超过水力停留时间。
2、按权利要求1所述的方法，其特征是，在进行厌氧处理的沉淀池后连接好氧曝气池，并向曝气池中通入从沉淀池上部出来的上层液体和从沉淀池底部出来的浓缩污泥。
3、按权利要求1或2所述的方法，其特征是，向进行厌氧处理的沉淀池通入未处理的污水，该污水中有大量可沉降物质，这些物质在沉淀池顶部与循环污泥相混合。
4、按权利要求1所述的方法，其特征是，未处理污水和循环污泥的混合物被送入进行厌氧处理的沉淀池的表层区域。
5、按权利要求1所述的方法，其特征是，向好氧处理池中通入来自厌氧沉淀池的浓缩污泥，其量为单位时间内来自未处理污水和循环污泥的总固体物质量。
6、按权利要求1或2所述的方法，其特征是，向进行厌氧处理的沉淀池中只通入可沉淀组分，而将不可沉淀组分直接通入好氧处理池。
7、按权利要求1或2所述的方法，其特征是，向进行厌氧处理的沉淀池通入不可沉降的污水，而取出可沉降的组分。
8、按权利要求6或7所述的方法，其特征是，污水在前置预澄清池中分成可沉淀组分即预澄清污泥和不可沉淀组分即预澄清污水。
9、按权利要求1所述的方法，其特征，将从进行厌氧处理的沉淀池中取出的污泥分离成富含磷酸盐的水和贫含磷酸盐的污泥，将富含磷酸盐的水送去进行石灰沉降，再将沉降污泥取出，将上层液送入好氧处理池，而将贫含磷酸盐的污泥直接送入好氧处理池。
10、按权利要求9所述的方法，其特征是，浓缩污泥是采用离心分离法分成富含磷酸盐的污水和贫含磷酸盐的污泥的。
11、按权利要求1所述的方法，其特征是，从进行厌氧处理的沉淀池中取出的浓缩污泥在进入好氧处理池之前，先送去进行石灰沉降。
12、按权利要求1所述的方法，其特征是，二次澄清池直接接在曝气池之后，从中取出活性污泥，并分成循环污泥和剩余污泥两部分。
13、按权利要求1所述的方法，其特征是，处理方法中包括前置脱氮、同时脱氮或交替进行。
14、以生物除磷而净化含磷酸盐污水的设备，其中包括进行厌氧处理的沉淀池、后续曝气池和二次澄清池，并从二次澄清池中取出活性污泥，并分成剩余污泥和送入进行厌氧处理的沉淀池的循环污泥，其特征是，进行厌氧处理的设备为沉淀池（1），其中包括将循环污泥和可沉降和/或不可沉降污水组分的混合物输入沉淀池（1）的输入管（4），与后续曝气池（2）相连的上层液排出管（5），以及同样与后续曝气池（2）相连的沉淀池（1）底部的浓缩污泥排放管（6），在沉淀池（1）和曝气池（2）之间有时还连接着另一处理池，并使上层液体或上层液体和浓缩污泥在进入曝气池（2）之前，先经过该处理池。
15、按权利要求14所述的设备，其特征是，输入管（4）将循环污泥和污水组分的混合物通入沉淀池（1）的上层区域。
16、按权利要求14或15所述的设备，其特征是，沉淀池（1）为改型的常见预澄清池，将其与未处理污水的输入管和循环污泥的输入管相连，并与污泥排出管以及后续曝气池相连。
17、按权利要求14所述的设备，其特征是，进行厌氧处理的沉淀池（1）之前设置一预澄清池（16），其中包括未处理污水的输入管（19），与曝气池（2）相连的预澄清污水排出管（18）和与沉淀池（1）相连的预澄清污泥排出管（17）。
18、按权利要求14所述的设备，其特征是，沉淀池（1）底部的浓缩污泥排放管（6）与离心机（20）相连，其中包括富含磷酸盐水的排出管（21）和贫含磷酸盐污泥的排出管（25），富含磷酸盐水的排出管（21）和装有石灰投加装置的搅拌池（22）相连，搅拌池（22）又与后续的沉淀池（23）相连，而沉淀池（22）又与曝气池（2）相连，贫含磷酸盐污泥的排放管（25）则直接与曝气池（2）相连。
19、按权利要求14所述的设备，其特征是，沉淀池（1）底部的浓缩污泥排放管（6）与装有石灰投加装置的搅拌池（22）和后续曝气池（2）相连。
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