专利名称：利用生物过滤介质对废水进行处理的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用生物过滤介质来处理废水的装置及其方法。尤其是，本发明涉及一种装置，该装置包括在反应器中成水平层状结构的、用于无氧脱氮的生物反应区域以及用于有氧硝化的生物反应区域，其中，各反应区域充满由小珠形聚苯乙烯泡沫塑料制成的过滤介质；本发明还涉及一种方法，该方法能够明显减小分解污染物所需的时间以及设备所需的空间，同时提供均匀的回洗(backwash)，其中，水流的方向瞬间转变成朝着重力方向运动，以便进行回洗，从而清洗过滤介质，因此，与使用压缩空气的普通方法相比明显增加回洗效率，且其方法使用生物过滤介质，这组合了微粒过滤方法的原理和粘附生长(attached-growth)的原理。
背景技术：
活性淤泥处理是一种用于处理废水的漂浮生长系统的技术，因此在迄今发展的生物处理中广泛应用。已经努力提高该方法的操作安全性、处理效率、处理目标等。由这些努力产生的一个实例是在活性淤泥处理中的氮/磷去除方法，它包括厌氧槽、无氧槽、有氧槽、内部循环等。不过，活性淤泥处理有一些缺点，它需要相对较长的时间来在低温下进行硝化，因此需要相对较大的空间来进行处理。还有，它需要很大尺寸的设备来防止噪音和不希望的气味，因此并不经济。近来，活性淤泥处理采用了使用生物过滤的方法，以便解决上述问题。上述生物过滤处理是通过粘附在过滤介质表面上的生物膜来分解污染物的固定床粘附生长处理，它将废水从底部沿上游方向供给具有预定直径大小的过滤层。此外，由于由在过滤介质上粘附/生长的微生物的生物分解作用以及过滤层自身的过滤能力，该方法能够进行BOD、漂浮材料和氮处理。因此，上述技术是节省空间的处理方法，通过单个活性淤泥处理的反应器来提供通气(aeration)槽、沉淀槽和过滤功能。该方法是组合过滤原理和粘附生长系统的生物反应处理原理的技术。构成该技术的主要单元有过滤器载体层，生物膜可以固定在该载体层上；通气装置，由于供给空气；喷嘴，由于引入废水和使废水回洗；用于回洗的技术等。在象这样利用微生物的过滤方法中，当工作过程中漂浮材料在过滤层上积累时，需要清洗该过滤层，并将由污染物分解产生的微生物向外排出。回洗操作通常进行20-30分钟/循环，且在回洗过程中产生的回洗排水在单独传送后在系统中进行处理。
图1表示了利用生物过滤介质来除去废水中的有机材料和氮的装置的流程图。该装置包括两层生物反应器，其中，充满单一过滤介质的无氧(脱氮)生物反应器100以及有氧(硝化)生物反应器110交替地布置，且它包括通过废水的内部返回而进行供给，并利用引入的废水中包含的有机材料来从硝态氮中除去氮的步骤。未解释的部件120表示过滤介质。
在正常工作时，在经过沉淀池后已除去部分固体的废水引入无氧生物反应器100的下部，然后通过多个喷嘴(未示出)向上游方向传送，而处理过的水引入有氧生物反应器110，通过空气供给装置供给的空气通过通气装置(未示出)以小气泡的形式向上游方向向过滤层传送。沿向上游方向与空气一起经过过滤层的内部的废水通过在过滤层上生长的需氧微生物而进行有机材料的分解和氨态氮的硝化。尤其是，有机材料的分解在过滤层的底部有效进行，同时氮的硝化在过滤层的上部进行，因为当有机材料经过过滤层的上部时，有机材料的浓度减小。
在正常工作预定时间后，过滤层由大量固体漂浮材料或过度生长的微生物浮渣污染，并因此需要有一个回洗步骤。例如，在通过利用回洗空气供给装置从反应器底部供给的回洗空气而使过滤层膨胀(expand)后，在过滤层中捕获的污染物通过将回洗水向反应器的底部供给而除去。一旦完成回洗，重新开始废水处理的正常操作，该正常操作和回洗以该顺序交替重复。
不过，前述包括具有过滤层的生物反应器的普通废水处理装置有以下几个缺点1)尽管由于只需要由于脱氮和硝化处理的2组生物过滤器而大大减小了安装设备所需的空间，但是空间的减小还很有限；2)在装置中有过滤层和用于支承过滤层的、充满砂砾的层，因此难以在整个过滤区域中均匀供给氧，从而阻塞了一侧区域；以及3)在空气从反应器底部引入后重新供给回洗水的回洗方法需要控制高压下的空气，以便对过滤层进行均匀回洗，当一侧阻塞时也将出现在一侧的回洗，因此难以进行均匀回洗。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种废物处理装置，该装置包括在反应器中成水平层状结构的、用于无氧脱氮的生物反应区域以及用于有氧硝化的生物反应区域。
本发明的另一目的是提供一种利用上述废物处理装置的废物处理方法，从而明显减小分解污染物所需的时间以及安装设备所需的空间，同时进行均匀的回洗。
本发明的另一目的是提供一种包括回洗的废物处理方法，其中，水流的方向瞬间转变成朝着重力方向运动，以便清洗过滤介质；还提供一种采用该方法的装置，该装置能够进行均匀回洗，从而与普通方法相比大大增加了回洗效率。
利用生物过滤介质处理废水的本发明装置包括反应器，该反应器包括在下部的废水进口和处理过的水的进口；以及处理过的水的出口，该处理过的水的出口位于上部，用于引起废水向上游的流动；用于硝化的有氧过滤层和用于脱氮的无氧过滤层，该有氧过滤层和无氧过滤层在反应器内以规则间隔分布；用于脱氮的第一腔室和用于硝化的第二腔室，该第一腔室和第二腔室分别安装在无氧过滤层和有氧过滤层的底部的空间内；
空气进口，用于分别通过第一腔室和第二腔室而将空气供给各过滤层；以及排水系统，为了沿重力方向进行回洗，该排水系统安装在反应器的下部。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的装置，其中，上述反应器还包括用于洗涤水的储槽，该储槽安装在有氧过滤层的上部处。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的装置，其中，该装置提供有布置在处理过的水的出口和处理过的水的进口之间的循环管路，这样，完成硝化的一部分处理过的水可以重新循环到第一腔室内，以便进行脱氮。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的装置，其中，该无氧过滤层和有氧过滤层包括聚苯乙烯泡沫塑料，该聚苯乙烯泡沫塑料装入具有网格结构的壳体中。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的装置，其中，与装于有氧过滤层中的过滤介质相比，该无氧过滤层装有更高密度和更小直径尺寸的过滤介质。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，该方法包括以下步骤将废水引入反应器，并使它沿上游方向通过过滤层；通过利用在反应器内交替分布的无氧层和有氧层而顺序进行脱氮和硝化；通过使一部分处理过的水重新循环而进行脱氮，同时释放大部分完成硝化的处理过的水；以及在工作预定时间后对反应器内的过滤层进行回洗处理，并通过引入废水而重复上述处理。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，其中，在通过使用无氧层和有氧层进行脱氮和硝化时所用的过滤介质的密度和尺寸都不同。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，其中，与装入用于硝化的有氧过滤层中过滤介质相比，在用于脱氮的无氧过滤层中的过滤介质有更高密度和更小直径尺寸。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，其中，在过滤层中分别用于脱氮和硝化的过滤介质为小珠形聚苯乙烯泡沫塑料。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，其中，在回洗步骤中的回洗方法的特征在于在反应器中的全部水量瞬间沿重力方向下落，该全部水量包括在处理过的水的储槽中的处理过的水。
本发明的另一目的是提供一种利用生物过滤介质处理废水的方法，其中，该回洗步骤还包括引入空气的步骤。
附图的简要说明通过下面结合附图的详细说明，可以清楚本发明的上述和其它目的和优点，附图中图1是表示利用普通生物层处理废水的普通方法的流程图；以及图2是表示利用本发明的生物介质来处理废水的装置的示意图。
发明的详细说明下面将详细说明本发明。
图2表示了利用本发明的生物介质来处理废水的装置的示意图。如图2所示，利用本发明的生物介质来处理废水的装置包括反应器13；两个过滤层14和15，这两个过滤层14和15以合适间隔布置在反应器内；以及排水系统19，用于过滤介质的回洗。
反应器13通过在上部的、用于处理过的水的出口12来排出处理过的水，同时通过在下部的、用于废水的进口10而提供废水，在该下部的一侧提供有处理过的水的进口11。
特别是，本发明提供了循环管路21，该循环管路21在从反应器13的处理过的水的出口12分叉后与处理过的水进口11相连，从反应器13排出的处理过的水的一部分回收后用于所需反应中。
反应器13的内部通过两个过滤层14和15而分成各个反应区域，用于处理过的水的储存槽20布置在上部，以便在回洗时提供处理过的水。
上述各个反应区域分别称为第一腔室16和第二腔室17，以便储存预定量的废水，废水在送向各个反应区域之前经过这些腔室。
过滤层14和15分成位于下部的无氧过滤层14以及位于上部的有氧过滤层15，其中，各过滤层形成具有网络结构的壳体22，该壳体22中装入大量的聚苯乙烯泡沫塑料。
壳体22可以由具有预定大小的网格形成，并安装在反应器13的内壁上，同时由托架支承，并在认为需要时可在该反应器13内更换。
引入空气的进口18可以与上述各腔室16和17相连。这里，引入腔室16中的空气用于在回洗时使过滤层膨胀，而引入腔室17中的空气用于使废水在过滤层中均匀分配。也就是，当废水不能均匀分配到滤层内时，滤层内的空间不能完全利用， 因此降低处理效率。而且，滤层将部分转变成无氧状态，从而使过度生长的微生物分解，这将导致过滤介质的堵塞或将废水流引入一侧。
作为过滤介质，本发明采用聚苯乙烯泡沫塑料，该聚苯乙烯泡沫塑料的密度根据各反应区域的特征而变化。因此，在用于脱氮的下部反应区域中采用的过滤介质有相对较高的密度和相对较小的直径尺寸，同时在用于硝化的上部反应区域中采用的过滤介质有相对较低的密度和相对较大的直径尺寸，从而满足在各个反应区域中的处理要求。
如上所述，反应区域分成两个部分是本发明的明显优点。
上述用于脱氮的反应区域的主要目的是分离废水中的漂浮材料和过多淤泥，并随后将它们除去，在该方面，较小的过滤介质相对更有利。
上述用于硝化的反应区域的主要目的是引入和供给氧，用于该目的的过滤介质应当有粗糙表面和有效液体动力特征，但是没有任何已知的死点。
较大漂浮材料在上述用于脱氮的反应区域中过滤，因此，能够很好地保持最佳硝化的前提条件。
在具有两个反应区域的前述反应器中进行处理的废水从下部沿上游方向传送。
聚苯乙烯泡沫塑料用作过滤介质。它不仅用作过滤器，而且作为微生物的吸收材料。
反应区域例如无氧过滤层14是除去漂浮材料同时进行脱氮的位置，而另一反应区域例如有氧过滤层15进行通气，以便用作进行硝化的位置。
上述两个反应区域之间的分离使得可以在上部反应区域采用比底部反应区域更低密度的过滤介质。当并没有合适进行分离时，过滤介质将由于翻转力而导致不同密度的过滤介质混合，从而防止进一步处理。
处理过的水的一部分送向保持原始废水的位置，以便调节C/N比例，回洗沿与废水传送方向相反的方向进行。
下面将更详细地介绍本发明的废水处理方法。
在本发明中，引入包括脱氮反应区域和硝化反应区域的反应器内的废水沿上游方向从底部向顶部传送。
用于脱氮的反应区域充满具有较高密度的较小球形过滤介质，而用于硝化的反应区域充满具有较低密度的较大球形过滤介质。
废水通过第一腔室引入底部反应区域，在该底部反应区域中，悬浮固体和COD/BOD减少，同时硝态氮通过脱氮处理而还原成氮分子。然后，这样处理的废水送向上部反应区域，在该上部反应区域中，通过引入空气而形成有氧状态，同时氨态氮氧化成硝态氮。
本发明的磷只是在处理流动中起到从属生物作用。
回洗沿重力方向进行，并不需要用于洗涤水的附加泵，因为回洗在不同时间或压力下进行。因此，废水的引入和处理过的水的循环都停止，排水系统的阀打开。回洗水的量取决于过滤介质的污染程度，并以较高流量进行强烈清洗或以更高频率进行清洗。
回洗的速度可以通过利用节流阀电枢而随意选择和控制，从而能够充分有利于上述两个反应区域中的过滤介质的清洗，并从系统中充分除去漂浮固体和生长的微生物。
在回洗过程中，空气引入可以用作高负载下的附加措施。
下面将对用于处理废水的上述装置以及它的处理方法的工作过程进行进一步说明。
在正常工作时，已经经过初始沉淀池或已除去部分固体的废水通过反应器中的废水进口而引入第一腔室，然后向上部区域传送。其中，通过空气进口引入的空气以小气泡的形式均匀供给整个过滤层，从而提供了使存在于过滤层中的微生物生长的最佳条件。
如上所述，因为废水中的漂浮固体在经过无氧过滤层和有氧过滤层时进行过滤，因此在沿上游方向运动的废水中发生脱氮，且通过需氧微生物，还发生硝酸铵的硝化和有机材料的分解。也就是，在滤层的下部区域中产生有机材料的活性分解，而当经过上部区域时，因为有机材料的浓度减小，因此将发生硝化。
在废水经过滤层时已经除去固体、有机材料和硝酸铵的处理过的水通过上部区域中的出口释放，一部分处理过的水进行循环，以便与新引入的废水一起进行脱氮，并传送到反应器的第一腔室内。
在正常工作预定时间后，过滤层将被漂浮固体或过度生长的微生物浮渣污染，并将通过回洗而进行清洁。
在本发明中进行的回洗的特征在于在反应器中的全部水瞬间沿着重力方向运动。因此，在排水系统中的部件打开，同时废水的引入和处理过的水的循环都暂时停止，在反应器中的全部水瞬间沿向下方向运动。
沿重力方向的上述回洗利用水容积自身的负载。当整个过滤层变得膨胀并通过施加足够压力而进行搅拌时，过滤层内部的污染物可以完全从过滤层中释放出来，并可以对过滤层的整个区域进行均匀的回洗。也就是，当反应器中的、包括过滤层内的全部水瞬间沿重力方向运动，过滤层以涡旋方式总体搅拌，因此能够进行均匀且充分的回洗。
为了增加回洗效果，优选是还通过空气进口供给回洗空气。当完成回洗后，重新开始正常工作，以便处理废水，且正常工作和回洗工作顺序交替重复进行。
如上所述，本发明提供了一种用于处理废水的装置，该装置包括在单个反应器中的无氧(脱氮)生物反应器和有氧(硝化)生物反应器，本发明还提供了一种利用该装置处理废水的方法，从而大大减少了分解污染物所需的时间已经减小了布置设备所需的最少基本区域。而且，本发明提供了回洗方法，该方法能使全部水瞬间沿重力方向运动，从而能够进行均匀回洗，且与利用压缩空气的普通方法相比还提高了回洗效率。
权利要求
1.一种利用生物过滤介质处理废水的装置，包括反应器，该反应器包括在下部的废水进口和处理过的水的进口；以及处理过的水的出口，该处理过的水的出口位于上部，用于引起废水向上游的流动；用于硝化的有氧过滤层和用于脱氮的无氧过滤层，该有氧过滤层和无氧过滤层在所述反应器内以规则间隔分布；用于脱氮的第一腔室和用于硝化的第二腔室，该第一腔室和第二腔室分别安装在所述无氧过滤层和所述有氧过滤层的底部的空间内；空气进口，用于分别通过所述第一腔室和所述第二腔室而将空气供给各过滤层；以及排水系统，为了沿重力方向进行回洗，该排水系统安装在所述反应器的下部。
2.根据权利要求1所述的利用生物过滤介质处理废水的装置，其中所述反应器还包括用于洗涤水的储槽，该储槽安装在所述有氧过滤层的上部处。
3.根据权利要求1所述的利用生物过滤介质处理废水的装置，其中所述装置提供有布置在所述处理过的水的出口和所述处理过的水的进口之间的循环管路，这样，完成硝化的一部分所述处理过的水可以重新循环到所述第一腔室内，以便进行脱氮。
4.根据权利要求1所述的利用生物过滤介质处理废水的装置，其中所述无氧过滤层和所述有氧过滤层包括聚苯乙烯泡沫塑料，该聚苯乙烯泡沫塑料装入具有网格结构的壳体中。
5.根据权利要求1或4所述的利用生物过滤介质处理废水的装置，其中与装于所述有氧过滤层中的过滤介质相比，所述无氧过滤层装有更高密度和更小直径尺寸的过滤介质。
6.一种利用生物过滤介质处理废水的方法，包括以下步骤将废水引入反应器，并使它沿上游方向通过过滤层；通过利用在反应器内交替分布的无氧层和有氧层而顺序进行脱氮和硝化；通过使一部分处理过的水重新循环而进行脱氮，同时释放大部分完成硝化的处理过的水；以及在工作预定时间后对反应器内的过滤层进行回洗处理，并通过引入废水而重复上述处理。
7.根据权利要求6所述的利用生物过滤介质处理废水的方法，其中与装入用于硝化的所述有氧过滤层中过滤介质相比，在用于脱氮的所述无氧过滤层中的过滤介质有更高密度和更小直径尺寸。
8.根据权利要求6或7所述的利用生物过滤介质处理废水的方法，其中在所述过滤层中分别用于所述脱氮和所述硝化的所述过滤介质为小珠形聚苯乙烯泡沫塑料。
9.根据权利要求6所述的利用生物过滤介质处理废水的方法，其中在所述回洗步骤中的回洗方法的特征在于，在反应器中的全部水量瞬间沿重力方向下落，该全部水量包括在处理过的水的储槽中的处理过的水。
10.根据权利要求6或7所述的利用生物过滤介质处理废水的方法，其中所述回洗步骤还包括引入空气的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种使用生物过滤介质来处理废水的装置和方法。尤其是，本发明涉及一种装置，该装置包括在反应器中成水平层状结构的、用于无氧脱氮的生物反应区域以及用于有氧硝化的生物反应区域，其中，各反应区域充满由小珠形聚苯乙烯泡沫塑料制成的过滤介质；本发明还涉及一种方法，该方法能够明显减小分解污染物所需的时间以及设备所需的空间，并通过一种方法和采用该方法的装置而进行均匀的回洗，该方法中，水流的方向瞬间转变成朝着重力方向运动，从而进行回洗，以便清洗过滤介质，因此，与使用压缩空气的普通方法相比明显增加回洗效率。
文档编号C02F3/12GK1508082SQ0312848
公开日2004年6月30日 申请日期2003年4月28日 优先权日2002年12月18日
发明者金镇禹, 金守明 申请人:三宝En.Tec株式会社