专利名称：有机废水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用微生物的消化与降解作用处理和净化工业和市政有机废水新工艺，通常这里所处理的有机废水其水的含量不小于98%，然而，当废水中的有机物质具有较高溶解度如糖时，水的含量可以接近95%。
已知的有机废水的生物处理方法包括好氧处理如活性污泥处理法，生物膜处理法，还包括稳定塘处理法和厌氧处理如消化处理法。
生物膜处理法是将在固体基质表面生成的生物滤膜与有机废水相接触，以处理废水中的污泥，生物膜法的一个典型例子是滴滤系统。
需要连续供给氧气，以提高好氧微生物的活性，由此使滴滤床保持足够的处理能力，氧的供给量不足，在滤床中的厌氧微生物将占优热，明显降低了滤床的处理能力。
用于滴滤床的过滤介质的通常例子包括火成岩如安山岩或花岗岩、煤、焦炭以及矿渣，过滤介质应当有粗糙的表面，以防止生物膜的无意脱落，而且颗粒的直径不小于30mm，以防止堵塞或干扰空气的平稳供气。
在传统的滴滤系统中，处理负荷(BOD负荷)在0.7～2.1kg/m2天之间，BOD(生化需氧量)的去除率在最终沉淀池中是60～80%，而没有最终沉淀池时BOD的去除率最大是50%。
传统的滴滤系统有坏的气味，并在滤床中会滋生苍蝇，此外，这种滴滤系统还不能有效地处理或净化BOD浓度是处理后水的终BOD浓度的三倍或更多倍的有机废水，尽管活性污泥有较好的处理性能，但是它也有其缺点如处理费用高或过量的污泥。
本发明的目的是提供一种高性能的有机废水处理系统，该系统可以连续处理废水而不会由于滤床的堵塞、过量污泥，坏的气体或苍蝇的滋生而损害其性能。
图1表示的是细菌的繁殖曲线，培养时间为横坐标，存活细胞数量的对数为纵坐标，细菌的繁殖周期包括下列四个阶段(1)停滞阶段在新的培养介质中接种的细菌不能够立即开始繁殖，停滞阶段相当于准备繁殖的时期，在这个期间内细菌的代谢作用增强，细菌的细胞大小增加了，而细菌细胞的数量不会显著增加。
(2)对数(指数)阶段细菌的细胞开始分裂并且急剧繁殖，在对数阶段，细菌的细胞数量呈指数增加，且繁殖期保持恒定。
(3)稳态阶段存活的细胞数量达到最大值，营养物的缺乏和代谢物的积累阻碍了细菌的繁殖。
(4)死亡阶段随着细菌细胞的死亡，存活的细胞数量逐渐减少。
本发明人注意到积极地利用细菌在停滞阶段的活性，可以有效地防止污泥过量和滤床的堵塞，而不会引起大量的微生物细胞死亡，本发明人还注意到在停滞阶段急速改变环境可以给微生物一定的压力，以限制到后续指数阶段的过渡状态。
在3米的滤床中充满了直径小于10mm的过滤介质，滤床的底部接近80%的部分是在氧缺乏的状态下，这将使厌氧微生物和兼性厌氧菌繁殖起来。
对这种滤床周期性地施加环境压力可以限制厌氧微生物或兼性厌氧菌的繁殖，尤其是絮状诱导大微生物的繁殖，施加环境压力还可以有效地防止堵塞滤床。
当空气从滤床的底部通入时，滤床上部的氧气缺乏使BOD的去除率增加到90%或更大，在上部用木屑下部用活性炭填充的滤床中，BOD的去除率等于或大于95%，通过在滤床中放入一个排气管并减少滤床上部的氧气含量可以使BOD的去除率提高到97%或更大。过滤介质的粒径再小，还可以将BOD的去除率提高到99.9%，在任何情况下，每天的处理负荷或BOD负荷都可以是2.8～3kg/m2.天。
已知微生物停滞阶段的时间是大约4小时，由于微生物是随着时间逐渐增加的，然而最好为施加环境压力确定一个短的周期。
按下列方式确定向处理系统中供给有机废水的供给状况。
停滞阶段的长度随所施加的环境压力的强度来变化，即压力越弱，停滞阶段越强。
本发明人因此提出施加环境压力的周期时间等于一个小时。
当有机废水处理系统的BOD负荷为3kg/m2.天时，每天(3Kg/3000ppm)可以处理BOD浓度为3000ppm的大约1000kg＝1000m3的有机废水，由于周期时间等于1小时，供给系统的废水量是41.71/m2时间(1m3/24＝41.71/h)。
当供给系统的废水量大于从滤床中滤出的废水量时，过滤介质中存在的废水被有效地稀释了，因此最好以较高的速率供给废水，例如大于0.21/秒m2滤床。
可以根据滤床的体积确定废水的供给量，当滤床的高度为2米时，废水供给量是20.81/m3小时，当没有有机物质的水以每小时501/m2的速度供给时，流出2米滤床底部的流量在水供给后的15到20分钟的时间段内有一个峰值(见图2)。
对有机废水相似的测量结果表明在水供给后25～30分钟后流量出现一个峰值。因此防止滤床内水过量的最佳周期时间为大于30分钟。
根据上述结果，废水的供给周期时间应大于通过滤床的滴流的水的峰值时间，小于微生物从停滞阶段到指数阶段的繁殖周期，最好周期通常在30分钟～1小时之间。
将有机废水供给到滤床中之后，具有光学显微镜观察极限尺寸的小微生物开始急剧繁殖，然而这些小微生物不能生成引起堵塞滤床的絮体。
本发明根据上述结果研制出了一种新颖的有机废水处理方法和有机废水处理系统。
本发明的方法包括以下步骤制备一个滴滤系统，包括一个填充有粒径不大于10mm过滤介质的滤床;
根据有机废水中有机物的浓度和性质确定每平方或立方滤床的废水供给量;
确定废水供给周期，该周期应短于絮状诱导微生物繁殖周期的停滞阶段的时间，但是还要足够长以利用微生物的代谢作用;以及以预定的周期内，重复将预定量的有机废水急促而短时间地供给到滴滤系统的滤床中，以便处理有机废水而不会产生次生产物如微生物膜或污泥。
该方法进一步还包括从填充有直径不大于10mm的过滤介质的滤床底部通入空气，使空气穿过滤床流动。通入空气的步骤进一步还包括使滤床上部通入的空气量小于滤床底部通入的空气量。
最好滤床的上部填充木屑，滤床的下部填充活性炭。
本发明同时还涉及一种有机废水处理系统，它包括一填充有粒径不大于10mm的过滤介质的滴滤床，该滤床包括一个上部，一个中部和一个下部;
从滤床的底部供给空气的空气供给部件，使空气穿过滤床流动;以及埋入滤床的中部与大气相连通的排气部件。
最好滤床的上部填充有木屑，滤床的下部填充有活性炭。
有机废水处理系统进一步还包括一个带有一个计时器一个恒定排水泵的一个控制机构，以控制有机废水供给到滴滤床的量。
将有机废水急促地供给到滤床中可以减小有机物在滤床中的浓度，使微生物的营养物质急剧减少，这种对微生物的环境压力可以防止微生物呈指数繁殖，以及由此形成的微生物絮体。
在滤床中进行过滤时，功能为营养基的有机物的浓度逐渐增加，加快了微生物的新陈代谢，类似于微生物繁殖周期中的停滞阶段。
在本发明的方法和系统中，以预定的周期将预定量的有机废水急促地在很短的时间内供给到滴滤床中，重复进行这种将有机废水急促地供给到该系统中，可以有效地对有机废水进行处理，而不会产生次生产物如生物膜或污泥，根据有机废水中有机物的浓度和性质确定每平方或每立方滤床的废水供给量。
确定废水供给周期，该周期应短于絮状诱导微生物繁殖周期的停滞阶段的时间，但是还要足够长以利用微生物的代谢作用。
排气部件使通入滤床上部的空气量小于通入滤床下部的空气量，这使得滤床的上部氧气缺乏，这种可以提高厌氧微生物和兼性厌氧菌的活性，从而在滤床中加速有机物的降解。使其降解为低级有机物。大多数低级有机物在水中都是可溶的，它们可以通过随后供给的有机废水而连续流出，这种低级有机物容易流到滤床的下部。
厌氧发酵通过酸生成阶段、酸减少阶段以及最终降解阶段进行，当滤床填充有用1.5～4mm网目的筛子筛分出的过滤介质时，厌氧微生物和兼性厌氧菌在酸减少阶段流出滤床。这可以明显地减少不良气味气体的总量，也就是甲烷和氨气这些在最终降解阶段产生的气体。在滤床的下部要有足够的氧气，增加好氧微生物的活性，以便将低级有机物氧化为二氧化碳、水和少量的盐。
从下面参照附图对本发明的实施例进行的详细描述中可以更清楚本发明的这些和其他的目的，特性，状况和优点。
图1是表示细菌繁殖曲线的图，培养时间为横坐标，存活细胞数量的对数为纵坐标;
图2是表示排放量的时间过程的曲线图;
图3表示的是根据本发明的第一实施例的有机废水处理系统;
图4表示的是根据本发明的第二实施例的另一有机废水处理系统;
图5表示的是根据本发明的第三实施例的另一有机废水处理系统;
图6表示的是根据本发明的第四实施例的另一有机废水处理系统;以及图7表示的还是根据本发明的第五实施例的另一有机废水处理系统。
根据本发明的方法建立的有机废水处理系统通过以下附图得到描述。
图3表示的有机废水处理系统是本发明的第一个实施例，它是一个顶部敞开的圆筒状过滤罐1(高2.8m，直径1.13m)，底部安装有排放口2′，一个不锈钢的筛孔板3(16目)，架设在距罐1的底部大约10cm高度处，过滤罐1中填充有直径从1.5～4.5mm的木屑作为过滤介质，木屑4堆放在筛孔板3上面，其在过滤罐1中的高度大约为2.4m，以形成一个滴滤床。
一个与有机废水贮罐(图中未示出)相连接的废水供给管5直接放置在过滤罐1的上部，以便向过滤罐1中供给废水，废水供给管5上进一步还安装了一个控制机构6，它包括一个恒定传送泵6a和一个计时器6b，用于控制有机废水的供给量。
在这样建造的有机废水处理系统中，在5分钟内将45升工业废水急促地通过废水供给管5通入滤床，每一小时重复一次这个过程，根据预定在计时器6b中的值来自动确定供给废水的时间，所采用的工业废水是从面包烘房中排放出来的。
表1表示的是PH、BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)以及水温的测量结果。
PH BOD COD 水温废水 5.0 3000ppm 1500ppm 25℃处理后的水 6.8 300ppm 80ppm 25℃该处理系统连续运行6个月，没有明显损坏其性能，也没有发生不希望有的滤床堵塞。
在上述测量中，处理负荷(BOD负荷)是3.0kg/m2.天，BOD的去除率大于90%。
图4表示的另一有机废水处理系统作为本发明的第二个实施例，它不包括第一个实施例中的控制机构，但是却有一个通入空气机构，第二个实施例中与第一个实施例中相同的部件用同样的数字表示，这里不再解释了。
在第二个实施例的系统中，鼓风机7的进气口与滤罐1的下部相连，排放出口2有一个密封罐的结构，它用于防止从鼓风机鼓入的空气穿过排放出口2泄漏掉，而是使所有的空气向上移动穿过过滤介质。
三根直径为10cm的氯乙烯管子8埋在木屑4中，其在滤罐1中的浓度大约是1.6m，由于大多数空气流入氯乙烯的管子8，使得空气在滤床上部的浓度明显减少了。
在这样建造的有机废水处理系统中，用一个0.1KW的电动机连续供给36m/mAq的空气，在两周内，供助于恒定输送泵6a以45升/小时的速度供给有机废水。这种由于连续供给有机废水所引起的滤床堵塞现象可以通过在三天或四天内停止供给废水而消除。然后在三个月内重复进行同样的步骤，包括两周连续运行，三天或四天的中断运行。
第二个实施例的有机废水处理系统不包括使用计时器的控制机构，开始或停止供应水由人工执行。
表2表示的是PH、BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)和水温的测量结果。
PH BOD COD 水温废水 5.0 3000ppm 1500ppm 25℃处理后的水 7.6 150ppm 50ppm 15℃第二个实施例的系统被建造的从滴滤床的底部供给空气，与滤床下部的空气供给量相比，滤床上部的空气供给量减少了，这使得滤床上部的环境适合于厌氧微生物，滤床下部的环境适合好氧微生物，由此进一步改善水处理的能力。
如上所述，在两星期的连续运行处理有机废水后需要中断三天，多个这种系统以不同的中断周期同时进行处理就可以连续处理有机废水。17天之外的三天中断相当于将BOD负荷减小到82.3%，在上述监测中，BOD负荷是2.4kg/m2.天，BOD去除率大约是95%。
图5表示的是一个有机废水处理系统是本发明的第三个实施例，第三个实施例的系统即包括第一个实施例中的控制机构，也包括第二个实施例中的通入空气机构。供给空气的鼓风机7的开口与滤罐1的下部相连，三个直径为10cm的氯乙烯管8埋入木屑4中，其在滤罐1中的浓度接近1.6m。
在这样建造的有机废水处理系统中，通过一个带有0.1KW的电动机的鼓风机7连续向滤罐中通入36m/mAq的空气，借助于控制机构6在三分钟内急促地输入45升的工业废水，每隔1小时重复进行上述过程。
表3表示的是PH，BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)以及水温的测量结果。
PH BOD COD 水温废水 5.0 3000ppm 1500ppm 25℃处理后的水 7.6 75ppm 40ppm 17℃该处理系统连续运行6个月，没有明显损坏其性能，也没有发生不希望有的滤床堵塞。在上述测量中，处理负荷(BOD负荷)为3.0kg/m2天，BOD的去除率大约是97.5%。
图6表示的另一有机废水处理系统是本发明的第四个实施例，除了滤床下部50cm部分用活性炭9代替木屑4和只有1个氯乙烯管8埋入滤床中活性炭9的深处以外，第四个实施例的系统与第二个实施例的系统相似类。
表4表示的是PH、BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)以及水温的测量结果。
PH BOD COD 水温废水 5.0 3000ppm 1500ppm 25℃处理后的水 7.5 6ppm 9ppm 16℃该系统连续四周运行所引起的滤床堵塞可以通过四天停止供给废水而消除，然后在六个月内重复进行同样的步骤，包括四周连续运行，同时四天中断运行。多个这样的系统以不同的中断周期同时运行就可以连续处理有机废水，象第二个实施例的系统那样。32天中断四天相当于将BOD负荷减少到87.5%。在上述测量中，BOD负荷是2.62kg/m2天，BOD去除率接近99.8%。
图7所示的另一个有机废水处理系统是本发明的第五个实施例，除去在滤床下部50cm部分用直径1～3mm的活性炭9代替木屑4，以及只有一个氯乙烯管8埋到滤床中活性炭9深处以外，第五个实施例的系统与第三个实施例的系统相似。
表5表示的是PH、BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)以及水温的测量结果。
PH BOD COD 水温废水 5.0 3000ppm 1500ppm 25℃处理后的水 7.8 3ppm 8ppm 16℃该处理系统连续运行6个月，没有明显损坏其性能，也没有发生不希望有的滤床堵塞，在上述测量中，处理负荷(BOD负荷)为3.0kg/m2天，BOD去除率接近99.9%。
在上述实施例的任何一个系统中没有观察到坏的气味或有苍蝇滋生。
在上述第二到第五个实施例中，通过使通入的空气温度保持在大约20℃来维持所希望的处理负荷，当室温低于20℃时，例如在冬季，最好将空气加热到接近20℃。
当滤床中的木屑没有被完全风干时，向木屑中通入空气可以会使木质素浸出，这样使处理过的水带有颜色，在滤床的底部用活性炭作为过滤介质，可以有效地防止木质素浸出，当不要求高质量地处理废水时，可以采用烧结的灰渣颗粒或多孔陶瓷颗粒而不用活性炭。然而活性炭且能最稳定、最有效地处理废水。
在本发明的有机废水处理系统中，空气的通入方向与废水的流动方向相反，但滤床上部通入的空气量小于滤床下部通入的空气量，这样可以有效地限制微生物的指数生长，以及通过利用微生物的繁殖周期中的停滞阶段的性质有效地处理有机废水。本发明的系统可以连续地处理有机废水，而不会由于滤床堵塞，污泥过量，坏的气味或滋生苍蝇而损害其性能，因此它可以经济而实用地运行。
尽管在上述第二到第五个实施例中可以采用一个或多个直径为10cm的氯乙烯管埋入滤床中，使滤床上部通入的空气量小于滤床下部通入的空气量，但这些管子可以采用不同的材料制成，代替这些管子还可以在滤床上部与下部之间的交界处放置一个用于强行排放空气的强制空气排放机构。过滤介质可以是具有微生物载体功能的任何材料。
在不背离本发明基本特征的范围或精神下还可以有许多其它的改进，变化和变形，因此应当清楚地知道上述实施例只用于说明本发明，而不是在任何意义上限制本发明，本发明的范围和精神只能由后面所附的权利要求中的条款来限制。
权利要求
1.一种处理有机废水的方法，其特征在于上述方法包括以下步骤制备一个滴滤系统，包括一个填充有粒径不大于10mm过滤介质的滤床；根据有机废水中有机物的浓度和性质确定每平方或立方所述滤床的废水供给量；确定所述废水的供给周期，该周期应短于絮状诱导微生物繁殖的停滞阶段的时间，但是还要足够长以利用所述这微生物的代谢作用；以及在预定的周期内，重复将预定量的有机废水急促而短时间地供给到所述滴滤系统的滤床中，以处理有机废水而不会产生次生产物，如微生物膜或污泥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述有机废水以大于0.2升/秒每平方米滤床的速度输送到上述滴滤系统的滤床中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述方法进一步还包括以下步骤从填充有直径不大于10mm的过滤介质的滤床底部通入空气，使空气穿过滤床流动。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于上述通入空气的步骤进一步还包括下一步骤使滤床上部的空气通入量小于滤床下部空气通入量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于上述滤床的上部用木屑填充，滤床的下部填充有活性炭。
6.一种有机废水处理系统，包括一填充有粒径不大于10mm过滤介质的滴滤床，上述滤床包括一个上部，一个中部和一个下部;从滤床的底部供给空气的空气供给部件，使空气穿过滤床流动;以及埋入滤床的中部与大气相连通的排气部件。
7.如权利要求6所述的有机废水处理系统，其特征在于滤床的上部填充有木屑，滤床的下部填充有活性炭。
8.如权利要求7所述的有机废水处理系统，其特征在于上述系统进一步还包括一个带有一个计时器和一个恒定排水泵的控制机构，以控制有机废水向滤床的供给。
全文摘要
本发明提供了一种高性能的有机废水处理系统，该系统可以连续地处理有机废水，而不会由于滤床堵塞、污泥过量、不良气味、或滋生苍蝇而损害其性能，本发明的系统包括一个填充有粒径不大于10mm过滤介质的滴滤床，该滤床包括一个上部、一个中部和一个下部，一个从滤床的底部通入空气的空气供给装置，它使得空气穿过滤床流动，以及一个埋入滤床中部的并与大气相连的排气管。在预定的周期内在很短的时间内，急促地将预定量的有机废水供给到滴滤床中，重复进行这种将有机废水急促地输送到系统中的过程使有机废水能够得到有效的处理，而不会产生次生产物如微生物膜或污泥。
文档编号C02F3/04GK1099011SQ9410810
公开日1995年2月22日 申请日期1994年5月31日 优先权日1993年5月31日
发明者Y·后藤, M·冈本, K·铃木, T·蟹江, I·内川, T·中垣 申请人:迪康塔英蒂格里株式会社