专利名称：生物净化处理装置及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积最佳化而实现的生物净化处理装置及其处理方法，其通过使完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积最佳化，同时制造需氧(oxic)和微量曝气(micro aeration)、缺氧(anoxic)的反应条件，而可以在单一的反应槽内有效地除去污水或废水中的有机物质和氮(N)、磷(P)。特别是，在污水或废水流入厌氧槽的情况下，将流入水内的有机物质作为能源使用以放出磷(P)，接着，在具有完全浸渍型回转媒介物装配体的曝气槽中，进行有机物质的氧化、氮氧化和脱氮氧化、磷的过量吸收作用导致的脱氮、脱磷反应。这些反应过程是在如下方式下进行的，即，根据流入水中的有机物质的负荷，完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与反应槽容积比在10～15l/m2的最佳条件下的同时，通过控制DO浓度和MLSS浓度，在曝气槽内同时形成需氧、微量曝气、缺氧的反应条件，在需氧条件下，进行有机物质的氧化和氮氧化、磷的吸收反应。在微量曝气条件下，与有机物质的氧化和氮氧化、磷的吸收反应一同进行需氧性脱氮。也就是，在缺氧条件下，通过将NO3-N作为电子受体使用还原，来进行脱氮反应。如在这样的条件下运转，会在曝气槽的完全浸渍型回转媒介物装配体的轴中心部形成缺氧区域，并且在其外缘部形成微量曝气区域和需氧区域，从而是一种在同一反应槽内，不仅可以除去来自污水或废水中的有机物质，氮和磷也可同时除去的生物净化处理装置及其处理方法。
背景技术：
污水或废水中所含的污染物质可大致区分为有机物质、氮、磷等。为了除去这些污染物质，重点在于除去污水或废水中的BOD的以往处理方式中，不能除去作为富营养化的限制因子的氮(N)、磷(P)等，很难达到根本的改善。但事实上，为了河川或湖泊的水质保护，必须开发出简便的系统来有效地同时除去有机物质和氮、磷。可是，在目前运转的几乎所有的污水处理场所，在标准的活性淤泥系统或者与之类似的方法中，只能除去10-30％左右的氮和磷，其余的成为未处理状态而流出。为此，要开发为了高度除去作为富营养化的主要原因的氮(N)和磷(P)的处理系统。近来，灵活地开展了处理费用和维修方面均效果显著的、可除去氮和磷的处理效率高且经济的靠生物方式同时除去氮和磷的系统(BNRSimultaneous BiologicalNutrients And Organic Matters Removal)技术有关的各种研究。
迄今开发的BNR系统分成连续流入式活性淤泥法和循环式(回分式)活性淤泥法。作为连续流入式活性淤泥法具有A/O、A2/O、UCT、MUCT、VIP等施工方法。
其中，以除去磷为目的A/O施工方法为，将输送淤泥与流水混合一同流入厌氧槽，在厌氧槽中通过除去微生物将流水中的有机物质靠细胞吸收的同时放出磷，并且在需氧槽中引导着有机物质的氧化和磷的吸收。该施工方法的缺点在于，与除磷效率相比，除氮效率低，为了高负荷运转，必须高效地传递氧。
另外，A2/O施工方法为一种为了同时除去生化的氮和磷，要将厌氧—缺氧—需氧组合的系统。为了除去磷，要反复实现厌氧—需氧条件并且在厌氧槽中放出磷，在需氧槽中先进行氮氧化并且输送到缺氧槽后，放进行脱氮系统。可是，输送淤泥内的氮氧化氮会妨碍厌氧槽中磷的放出，存在着除磷效率低、内部循环率高的缺点。
此外，UCT施工方法是一种为了弥补A2/O施工方法的输送淤泥内的氮氧化氮流入厌氧槽、妨碍磷放出操作的问题，而将输送淤泥向缺氧槽输送，通过脱氮反应除去氮氧化氮后，再向厌氧槽输送的施工方法。该施工方法的缺点在于，由于是这样的内部循环，维修费用高，运转复杂。
再有，MUCT施工方法是一种补偿UCT施工方法的生物除去氮、磷的施工方法。即，UCT施工方法情况下，输送淤泥与需氧槽的混合液的输送是流入单一的缺氧槽中的，但用MUCT施工方法时，将缺氧槽分离成2个部分，在将输送淤泥流入第1缺氧槽以进行脱氮反应后，向厌氧槽输送并供给微生物，输送在需氧槽中的混合液流入第2缺氧槽，以进行脱氮反应所致的除氮。因此，与其他的生物方式同时除去氮、磷的施工方法相比，具有除磷率高的优点。但，存在着内部输送多、动力消耗大、维修难的缺点。
VIP施工方法是与UCT、MUCT施工方法相类似的施工方法，因此存在着运转复杂的缺点。
如此，前述的连续流入式活性淤泥施工方法的缺点在于，由内部输送来确定氮和磷的除去效率，从而输送泵的设置提高了设置费用和维修费用。
作为已知的一种方法的循环式活性淤泥施工方法通过流入方式分为间歇流入连续循环式系统(SBR)和间歇曝气连续流入循环式系统(Intermittent Cycle Extended Aeration System)。这些施工方法由于是在一个反应槽中同时进行反应和沉淀的，存在初期投资费少的优点，但缺点是不能适用于大规模的处理设施。
发明内容
本发明的发明人通过提供了一种在对生活环境下产生的污水或废水中所含有的有机物质进行分解的同时除去氮、磷等营养元素的、经济且容易维持和运转管理的处理系统和装置及其运行方法，研究出了防止河川和水源地的水质污染，特别是抑制营养元素引起的藻类繁殖产生的富营养化的发生，可确保和维持清净的水资源的方案。
另外，本发明的发明人在高度的污水处理系统中，研究出了导入完全浸渍型回转媒介物以提高对冲击负荷或温度变化等的环境因素的变动的适应力，从而谋求处理的安全性的方案。并且，研究出了改善回转媒介物的驱动装置、减少运转费用并且易于维修和提高现场施工性的方案。
此外，本发明的发明人研究出如下的装置，即，为了在同一反应槽内，同时除去有机物质、氮、磷，最佳地运用完全浸渍型回转媒介物装配体与反应槽容积比(10～15升/m2)，通过开发出在同一反应槽内同时形成需氧、微量曝气、缺氧的反应条件且可除去污染物质的装置，可使反应槽的结构简化、除去内部的输送设备等、运转管理和维修费用降低、经济性和实用性好的除去污水或废水中的污染物质的除去装置。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物处理装置及其处理方法，可在同一反应槽内同时除去污水或废水中所含有的有机物质、氮、磷等。
本发明的另一目的在于提供一种污水或废水中含有的有机物质、氮和磷的除去装置及其运行方法，其使用完全浸渍型回转媒介物装配体，在确保许多微生物的同时，在回转所致的水流剪切力作用下形成一定厚度的微生物膜，并且通常维持在最佳状态，可防止过量生物膜的形成以及随之的生物膜的脱离引起的流出水质的恶化，提高相对负荷变动、温度变化以及有害物质的流入等的环境变化的适应力。
本发明的又一目的在于提供一种污水或废水中的有机物质、氮、磷的除去装置及其运行方法，其通过在单一的反应槽内使用完全浸渍型回转媒介物使反应槽容积/媒介物的表面积比为最佳(10～15l/m2)的同时，通过调节MLSS浓度和DO浓度，可在一个反应槽内造成需氧和微量曝气、缺氧的反应条件以同时除去氮和磷，从而可减少必要的用地面积。
本发明的再一目的在于提供一种完全浸渍型回转媒介物和反应槽容积最佳化的生物净化处理装置及其处理方法，其为了降低运转费用，导入完全浸渍型运行模式以使媒介物装配体轻量化，开发出使用万向联轴器(universal joint coupling)的驱动装置和运用完全浸渍型回转媒介物情况下，为了维持反应槽的壁与媒介物装配体的轴相贯穿的接触部的防水性，通过安装密封垫装配体，提高现场施工性，能够改善维修费用可节约的回转媒介物装配体的运行方法。
为了实现上述目的，本发明的生物处理方法，利用污水或废水净化处理装置，该净化处理装置包含有分解有机物质及放出磷(P)的厌氧槽、具备完全浸渍型回转媒介物的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于，通过使设置在所述曝气槽中的完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与曝气槽的容积比最佳化为10～15l/m2，曝气槽的外部的DO浓度维持在0.5～1.5mg/l，MLSS浓度根据有机物质的负荷调节成3000～6000mg/l(包含附着微生物时，为6000～12000mg/l)，可在同一反应槽内造成需氧(oxic)、微量曝气(microaeration)、缺氧(anoxic)条件，以同时除去污水或废水中的有机物质、氮和磷。
在此，在厌氧槽内设有流入挡板(baffle)、搅拌用阻挡板、搅拌电机、装卸用法兰、搅拌机轴、搅拌叶片、轴承用金属罩等，靠淤泥输送装置维持厌氧槽内的MLSS浓度，厌氧槽的搅拌机的回转速度为30～90RPM，厌氧槽内的滞留时间(HRT)根据流入水的变化为1～3hr左右，通过将淤泥从沉淀槽向厌氧槽输送的输送率维持在50～100％，以同时除去污水或废水中的有机物质、氮(N)、磷(P)。
此外，本发明的一种完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理装置，是污水或废水净化处理装置，具有分解有机物质及放出磷的厌氧槽、对经由所述厌氧槽的被处理物进行曝气的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于包括曝气槽，媒介物装配体的运转装置、密封垫装配体和曝气装置；所述曝气槽，用于对经由所述厌氧槽的被处理物，造成需氧、微量曝气、缺氧的条件，以便同时进行有机物质的氧化、磷的吸收、氮氧化和脱氮等反应，并使回转媒介物装配体可回转自由地完全浸渍并容纳在所述曝气槽中，所述回转媒介物装配体由表面进行粗加工且间隔一定距离设置的多个平板状媒介物圆板、支承该媒介物圆板的媒介物圆板支承轴和媒介物圆板用轴承圈构成；所述媒介物装配体的运转装置，具有速度可变型媒介物组件，该速度可变型媒介物组件将动力从所述曝气槽的外部传递给所述完全浸渍型回转媒介物装配体的轴，以使所述转媒介物装配体回转；所述密封垫装配体，通过密封垫和密封垫装配螺栓而固定，在所述曝气槽的外部所述轴与套筒连接，以使所述轴与该轴通过的反应槽的壁之间维持水密性，在所述套筒的内壁与所述轴之间设有维持水密性用的O型环，在所述套筒的外壁与密封垫之间设有维持水密性用的密封截水环；所述曝气装置，由用于向所述曝气槽内吹送空气进行曝气的氧气管、隔膜杆型扩散器、送风机、风量调节阀和曝气装置挡板构成。
在此，当运用2轴以上的所述曝气槽时，最好使用万向联轴器由一个驱动电机来运转2个轴的完全浸渍型回转媒介物装配体。
再有，一种完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理方法，利用污水或废水净化处理装置，该污水或废水净化处理装置包含有分解有机物质及放出磷的厌氧槽、具备完全浸渍型回转媒介物的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于，在完全浸渍型回转媒介物装配体上确保高浓度、高密度的多样附着的微生物，通过减速驱动电机和转换器，将回转速度调节到0.05～0.3m/sec，产生因完全浸渍型回转媒介物装配体的回转导致的与水的剪切力，从而维持一定厚度的活性微生物膜以及防止过量附着；在具有完全浸渍和沉淀型回转媒介物装配体的曝气槽中，完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与曝气槽的容积比最好在10～15l/m2，根据有机物质的负荷，MLSS浓度维持在3000～6000mg/l(包含附着微生物时，为6000～12000mg/l)，同时DO浓度在0.5～1.5mg/l范围内运转，在反应槽的媒介物装配体的中心部形成缺氧条件，而在其外缘部同时形成微量曝气和需氧条件，滞留时间(HRT)根据流入水的变化在4～6小时左右，以进行以媒介物装配体的回转相反方向的回旋流式的曝气。
采用本发明的话，被处理物流入厌氧槽中，流入水内的有机物质作为能源使用以放出磷(P)，接着，在具有完全浸渍型回转媒介物装配体的曝气槽中，进行由有机物质的氧化、氮氧化和脱氮氧化、磷的过量吸收作用所致的脱氮、脱磷反应。这些过程是通过根据流入水中的有机物质的负荷将完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与反应槽容积比最佳化为10～15l/m2，同时控制DO浓度(0.5～1.5mg/l)和MLSS浓度(浮游微生物浓度3000～6000mg/l，包含附着微生物时为6000～12000mg/l)，以在曝气槽内同时形成需氧、微量曝气、缺氧的反应条件，从而在需氧条件下，进行有机物质的氧化和氮氧化、磷的吸收反应，在微量曝气条件下，进行有机物质的氧化和氮氧化、磷的吸收反应，同时进行需氧性脱氮。在缺氧条件下，NO3-N作为电子接受体使用被还原，以进行脱氮反应。如在这样的条件下运转，会在曝气槽的完全浸渍型回转媒介物装配体的轴的中心形成缺氧区域，而在其外缘部形成微量曝气区域和需氧区域。如将完全浸渍型回转媒介物装配体与反应槽容积维持在前述最佳条件下(10～15l/m2)运转，通过调节曝气所致的空气的流动或分散，以及将反应槽内的混合液与注入的空气的循环形成为在媒介物回转方向连续的圆周运动形态的上下方向的流动(Cyclo Vertical)，来进行所限定的混合，则可造成前述的条件。
在本发明中，曝气反应槽的曝气装置设置在反应槽的一面的外部，由于是通过回旋流式曝气进行氧的供给，从而在完全浸渍型回转媒介物装配体的外缘部通过圆周运动的上下方向的流动，进行朝中心部方向的混合液和氧的循环，并且，在媒介物装配体的各媒介物间形成狭小的迷路，限制了媒介物间的混合液在左右方向的混合，以形成微量曝气和需氧条件，而在中心部直接限制了氧的供给，通过循环混合液至完全浸渍型回转媒介物装配体的中心部，在循环过程中，因氧分散和消耗，形成了缺氧条件。因此，本发明的曝气槽的运用，是在完全曝气型(SMMCAR)下运转，并且使用完全浸渍型回转媒介物装配体同时造成前述3种反应条件，能够不仅除去有机物质，而且在同一反应槽内可同时除去氮和磷，从而是一种有效和经济的装置和技术。由此，提供了一种经曝气槽的被处理物在沉淀槽中固液分离成处理水和淤泥，沉淀淤泥通过淤泥输送装置向厌氧槽输送，且在厌氧槽内维持MLSS，部分淤泥被废弃的可确保稳定的处理效率的污水或废水中的有机物质和氮、磷的除去装置及其方法。
另外，根据本发明，提供了一种可用生物处理方法除去污水或废水中含有的流质物质和氮(N)和磷(P)等物质的有效、经济和实用的处理装置及其运转方法。特别是，在前方设有由磷除去微生物(PAO)来进行有机物质的除去和磷(P)放出的厌氧槽，磷除去微生物使用将蓄积在细胞内的Poly-P分解时产生的能量，吸收乙醋酸盐(acetate)那样的有机酸后，以PHB(poly-β-hydroxy butyrate)的形态保存，反之，在Poly-P分解时，混合液中放出原磷(ortho-P)酸。厌氧槽中设有用于MLSS混合的搅拌电机、搅拌用阻挡板、防止回路短路的流入挡板等。
此外，通过在厌氧槽的后方设有带完全浸渍型回转媒介物的曝气槽，能够在媒介物的表面确保大量的高浓度、高密度的附着微生物，在完全浸渍型回转媒介物装配体运转下的剪切力作用下，将微生物膜维持一定的厚度，提高了微生物的活动度，加快了处理效率，提高了相对冲击负荷或运动负荷、温度变化的灵活性。特别是，具有完全浸渍型回转媒介物装配体的曝气槽采用了反应槽的容积相对媒介物装配体的表面积最好在10～15l/m2，同时通过反应槽内的MLSS的调节所致的DO控制，可在同一反应槽内共存需氧及微量曝气和缺氧的反应条件。由此，可同时进行有机物质的氧化、氮氧化和脱氮氧化反应以及磷的吸收作用。并且，通过前述那样条件下的运转，在完全浸渍型回转媒介物装配体的中心部附近造成缺氧的反应条件，而在其外部造成微量曝气的反应条件和需氧性条件，成为可在同一反应槽内同时造成需氧、微量曝气以及缺氧的反应条件。由此，可同时开发出有机物质的氧化和氮氧化以及脱氮、磷的吸收作用。
此外，对于在曝气槽中的完全浸渍型回转媒介物装配体的构造，在进行曝气和DO浓度的调节、反应槽内的MLSS浓度的调节的同时，相对完全浸渍型回转媒介物的表面积的反应槽容积比为最佳(10～15l/m2)时的运转，对在反应槽的内部造成同时除去氮、磷所必须的需氧和缺氧、微量曝气条件是非常重要的。通过完全浸渍型回转媒介物装配体在反应槽内调节曝气引起的空气流动和分散，并且形成将反应槽内的混合液与注入空气的循环在媒介物的回转方向连续的圆周运动的上下方向的流动，来进行所限定的混合，以造成上述的条件。此外，如最佳的条件在10l/m2以下，则在有机物的负荷高的情况下，会发生媒介物间的生物膜堵塞现象和回路短路、循环障碍，而为了将生物膜的厚度维持一定，必须提高回转速度下运转，从而增加了运动的动力且降低了效率。相反，如维持在15l/m2以上时，减少了媒介物的填充率，很难确保生物膜厚度，如媒介物的间隔相当大的话，混合和流动的情况发生变化，不利于同时维持前述的反应条件，从而，在进行了无数实验的结果表明，最佳条件维持在10～15l/m2是最有效的。
本发明的完全浸渍型回转媒介物与反应槽的最佳化所致的需氧和微量曝气、缺氧反应的同时造成的污水或废水中的有机物质及氮(N)、磷(P)的除去装置及其运转方法，提供了一种可同时处理有机物质和氮、磷、除去效率高、处理系统及装置的结构简单且维修便利的生物方式的营养元素除去(Biological Nutrient Removal；BNR)技术。根据本发明，适用附着成长(Attached MicrobialGrowth)和浮游成长(Suspended Microbial Growth)方式的复合系统，补偿了通常处理系统的缺点，可灵活地对应于负荷变动、温度变化、难分解性有害物质的流入那样的各种环境因素的变化，提供了一种稳定的处理。
并且，根据本发明，系统内形成多样的微生物群，通过将形成在媒介物表面的生物膜的厚度维持一定，通常可将微生物的活性度维持在最佳的状态，将微生物的滞留时间(SRT)维持在较长时间内，相对有机物质的冲击负荷或运动的负荷的变动可获得稳定的处理，并且，由于在同一反应槽内同时进行有机物质和氮、磷的除去，可减少用地面积，并且由于也是一种可将DO浓度维持较低的处理，随着曝气减少了运转费用，因反应槽的结构简单，简化了装置的结构，从而提供了一种容易运转和经济的处理装置。
如要区分通常的附着成长的施工方法，根据利用微生物附着于媒介物上的特性且由形成在媒介物表面的生物膜、将污水或废水内的有机物质在短时间内分解的方法中使用的媒介物，分成固定型方式和流动型方式。对于固定型方式中的固定状媒介物，如附着的生物膜的厚度增加，会发生充填材料的堵塞现象和回路短路、循环障碍以及微生物层脱离，招致瞬间流出水的水质恶化现象，从而必须设置多余的反应槽，存在着生物膜的更新难且带来管理上的许多问题。而对于流动型方式中的立方型的流动状媒介物，一旦磨损，必须要有对其补充以及在反应槽内均匀分布媒介物用的提升设施等，存在着维修复杂、增加费用的缺点。
但是，根据本发明，速度可变型的完全浸渍型回转媒介物装配体可通过与水的剪切力将生物膜维持在一定的厚度，形成高浓度和高密度的微生物膜，可维持长时间的微生物滞留时间，也可灵活地对应于冲击负荷或运动负荷、水温变化，不必需要磨耗导致的更换或补充，由于是在完全浸渍状态下运转，因浮力减少了运转负荷和轴承载负荷，减少了维修费用等，可解决在通常的附着成长施工方法中具有固定状或流动状媒介物的问题。
在本发明的试验设备(Pilot Plant)的运转结果表示出在有机物质和营养元素的除去中的卓越处理性能。因此，在污水或废水中的有机物质、氮和磷的除去过程中，本发明的装置及运转方法的采用，能够提供一种有效和经济的、紧凑的系统适用于新设置的污水处理场所或农、渔村地域集团的污水处理场，特别是容易适用于随季节和时期的不同、流动人口的变化、流量和污水或废水特性的变换加剧的观光设施的集团地区等的污水处理场的高效的处理装置和方法。
图1为示意地示出本发明的除去污水、废水中的有机物质、氮、磷的除去装置的结构图。
图2a为本发明的厌氧槽及其装置的剖面图，图2b为俯视图。
图3a为本发明的具有完全浸渍型回转媒介物装配体的曝气槽的剖面图，图3(b)为侧剖视图。
图4为本发明的将曝气槽由2个槽构成时完全浸渍型回转媒介物装配体和密封垫装配体、媒介物装配体的驱动装置、万向节联轴器等的反应槽构成装置的剖面图。
图5a为本发明使用的密封垫装配体装置的组装剖面图，图5b为组装顺序图，图5c为密封垫的俯视图和剖面图，图5d为截水环的俯视图和剖面图，图5e为套筒的俯视图和剖面图，图5f为密封垫座的俯视图和剖面图。
图6为本发明使用的图3的媒介物装配体的驱动装置的详图。
图7为本发明使用的图4的万向节联轴器装置的详图。
图8a为本发明所采用的图3的完全浸渍型回转媒介物装配体的外形图，图8b为完全浸渍型回转媒介物装配体的剖面图，图8c为构成完全浸渍型回转媒介物装配体的媒介物圆板的剖面图，图8d为媒介物圆板—轴支承用轮的剖面图，图8e为轴—辅助轴支承用轮的剖面图。
图9为构成本发明所使用的完全浸渍型回转媒介物装配体的图8的媒介物装配体轴的剖面图。
具体实施例方式
下面，参照附图更详细地说明本发明。
图1为本发明的除去污水或废水中的有机物质和氮、磷的除去装置的示意地结构图。正如图1所示，本发明的生物净化处理装置由厌氧槽1、具有完全浸渍型回转媒介物装配体17的曝气槽2、沉淀槽3和淤泥输送装置4构成。
厌氧槽1中通过除磷(P)微生物放出磷(P)，在反应过程中，有机物质作为能源使用以除去有机物质。
图2为厌氧槽1的剖面图和俯视图。在此，厌氧槽1设有流入口6和流出口15，防止回路短路用的流入挡板7，搅拌用阻挡板(13；在四方型反应槽时，不必设有阻挡板)，还设有用于混合微生物与污水、废水的搅拌电机8、便于维修和保养搅拌机的装卸用法兰9、搅拌机轴10、搅拌叶片11、轴承用金属罩12构成的搅拌装置。根据反应槽的大小和搅拌程度，厌氧槽中搅拌机以30-90RPM的转速运转。并且，通过与沉淀槽3相连的淤泥输送装置4，维持厌氧槽内的MLSS浓度，且根据流入的有机物的负荷，将MLSS浓度维持在3000～6000mg/l左右。在厌氧槽1中滞留的时间根据流入水的变化维持在1～3小时左右。从沉淀槽3向厌氧槽1输送的淤泥输送率在50-100％左右。
图3a、3b为具有完全浸渍型回转媒介物装配体17的曝气槽2的纵、横剖面图。曝气槽2的结构由完全浸渍型回转媒介物装配体17、以及曝气装置挡板23、隔膜杆型扩散器24、氧气管25、风量调节阀26、送风机27等曝气装置，以及媒介物装配体的驱动装置21、防止反应槽的壁与媒介物装配体轴的接触部漏水用的密封垫18构成。为了使媒介物装配体的表面积与反应槽容积比最好在10～15l/m2，如图3b所示，曝气反应槽的构造中，反应槽的一面具有与完全浸渍型回转媒介物的圆周同样的弧状的构造，而设置隔膜杆型扩散器24的另一面具有直线状的构造。另外，由于从反应槽的基底中部朝向设置隔膜杆型扩散器24的方向形成15°左右的倾斜底面22，减少了无用空间(dead space)，成为反应槽内的混合液与空气的循环容易进行的构造。
此外，在设有2个以上的曝气槽2时，由于完全浸渍型回转媒介物装配体17在浮力作用下大大地减少了运转负荷和轴载负荷，如图4所示，使用万向联轴器28就可用一个驱动装置来运转2轴的完全浸渍型回转媒介物装配体17。由此，可减少装置的数量进而降低运转费用。
通过在曝气槽2中设置完全浸渍型回转媒介物装配体17的方式运转，则在反应槽内用于除去氮和磷所必须的需氧、微量曝气、缺氧的反应条件可同时生成。此时，曝气作为完全曝气，通过设置和运转回转媒介物装配体以及调节曝气槽内的MLSS浓度和DO浓度，就可造成前述条件。由此，氮氧化、脱氮、脱磷作用同时进行。如在将完全浸渍型回转媒介物装配体17与反应槽容积最佳化为10～15l/m2条件下运转，则提供了一种反应槽内的混合液和注入的空气在媒介物回转方向上连续的圆周运动的上下方向的流动，来进行被限制的混合，同时控制DO浓度(0.5～1.5mg/l)和MLSS浓度(浮游微生物3000～6000mg/l、包含附着成长的微生物时为6000～12000mg/l)，实现了在曝气反应槽内生成需氧、微量曝气、缺氧的反应条件共存的核心功能。另外，由于在曝气槽内设有完全浸渍型回转媒介物装配体17，可确保许多微生物的同时，使用媒介物回转所致的与水的剪切力，可将回转媒介物的微生物膜维持在一定的厚度。这完全可以通过调节完全浸渍型回转媒介物装配体17的回转来实现。在调节回转速度时，在生物膜形成初期，以0.05～0.1m/s范围的低速运转，在完全形成生物膜后，根据生物膜的厚度和搅拌程度，使回转速度在0.1～0.3m/s左右运转。此外，回转媒介物装配体除了实现造成反应条件(需氧、微量曝气、缺氧)和形成附着生物膜的功能外，还被赋予了可与活性淤泥适当混合的搅动装置的功能，从而提高了被处理物与微生物接触和供氧的效率，促进了有机物的氧化和氮氧化，并且可顺畅地实现脱氮功能。曝气槽外部的DO浓度在0.5～1.5mg/l左右，比较低地维持着，而MLSS浓度根据流入的有机物质的负荷，在3000～6000mg/l(包含附着成长微生物时，为6000～12000mg/l)范围内运转。如要将DO浓度维持的相当高，会影响反应条件的同时生成，也会增加曝气的动力费用，从而效率不高。在形成前述条件的反应槽内，在需氧条件下进行有机物质的氧化和氮氧化微生物引起的氮氧化过程的同时，进行磷的吸收，在缺氧条件下通过脱氮微生物进行脱氮、磷的吸收，并且在微量曝气的条件下，氮氧化、磷的吸收、需氧性脱氮反应共存。结果，提供了适于在一个反应槽内，同时产生氮氧化、脱氮、脱磷反应的环境。
曝气槽的滞留时间(HRT)根据流入水的变化维持在4～6小时左右。此外，作为根据流入的污水的负荷条件和特性的适宜的其他运转条件，为了能够将相对回转媒介物装配体的表面积的有效容积比有效地维持在10～15l/m2，将回转媒介物的间隔维持在15～20mm，曝气槽2的MLSS浓度最好在浮游状微生物下维持在3000～6000mg/l(包含附着微生物时，为6000～12000mg/l)左右。反应槽外部的DO浓度为0.5～1.5mg/l，比较低地维持着。完全浸渍型回转媒介物的回转速度在0.05～0.3m/s范围内，在生物膜的形成初期，低速(0.05m/s左右)运转，而在生物膜形成后，根据膜的厚度，以0.1～0.3m/s左右的速度运转。多次实验的结果发现，在前述运转速度下，可适当地维持生物膜的厚度。如将速度维持在必要以上较高的程度，会增加动力比，曝气剪切力会变大，从而生物膜会剧烈地脱离。曝气槽的曝气方式适用在与浸渍型回转媒介物装配体的回转方向相同的方向上旋回流动式的曝气方式。曝气装置的设置是在从反应槽的基底中部形成15°左右的倾斜底面22的反应槽侧壁的上部和下部，设有产气管25和隔膜杆型扩散器24、曝气装置挡板23等。曝气装置挡板23的作用是在曝气导致的强制水流直接作用于完全浸渍型回转媒介物装配体17的表面时，使生物膜不会强制脱离。
图5为本发明使用的用于维持反应槽的壁与媒介物装配体轴的接触部的水密性的图3的密封垫装配体18的详图。在此，图5a为装配剖面图，图5b为装配顺序图，图5c为密封垫29的俯视图和剖面图，图5d为截水环31的俯视图和剖面图，图5e为套筒32的俯视图和剖面图。在套筒32的内侧设有O型环39，以维持着与轴接触的面的水密性。截水环31和垫片30设置成维持套筒32的外表面与密封垫座33之间的水密性。由于在密封垫装配体18的最外部设有密封垫29，便于垫片30的检修和保养。另外，当长时间使用后垫片30发生磨耗时，通过使用密封垫29上的密封垫装配螺栓35进行紧固作业，能够持续地维持水密性。密封垫29的密封垫装卸用的扳手螺栓36被设置成在更换垫片30时，不能与媒介物装配体轴56分离的情况下，从轴侧用密封垫装卸用扳手螺栓36，就可容易地装卸密封垫29。构成密封垫装配体18的密封垫座固定用法兰34设置在曝气反应槽的壁体上，便于现场施工。
在密封垫装配体18的密封垫座33上设有封水阀41，在2kg/cm2的压力下以20l/min的速度向密封垫装配体18的截水环31注入密封水，以维持垫片间的空隙的水密性。
图6为图3的媒介物装配体的驱动装置21的详图。该驱动装置由减速驱动电机和转换器46、驱动装置轴承47、V型皮带48、V型皮带轮49、驱动装置轴50、驱动链条51、驱动齿轮52等构成。通过媒介物装配体的驱动装置21的减速驱动电机与转换器46和驱动齿轮52及媒介物装配体的回转齿轮20的齿轮比(1∶4～1∶8)，可调节完全浸渍型回转媒介物装配体17的回转速度。
图7为图4的万向联轴器28的详图。通过使用万向联轴器28，用一个驱动电机就可使完全浸渍型回转媒介物装配体17的2个轴运转，从而减少了驱动电机的数量，可节约运转费用。万向联轴器28由固定联轴器53和万能联轴器54构成，通过媒介物装配体的回转齿轮20而与媒介物装配体的驱动装置21连接，以带动完全浸渍型回转媒介物装配体17的2个轴。
图8为本发明使用的图3的完全浸渍型回转媒介物装配体17的详图。图8a为完全浸渍型回转媒介物装配体17的外形图，图8b为完全浸渍型回转媒介物装配体17的剖面图，图8c为媒介物圆板59的剖面图，图8d为媒介物圆板用轴承圈60的剖面图，图8e为辅助轴承圈61的剖面图。媒介物圆板用轴承圈60和媒介物圆板59由复合材质或聚乙烯材质成形，从而可实现轻量化、而防腐、耐久。媒介物圆板59与现有的媒介物不同，表面无需形成凹凸，作为表面粗加工的平板构造的圆板，容易制作相对完全浸渍型回转媒介物装配体17的表面积的曝气槽的容积最佳化为10～15l/m2。另外，通过媒介物装配体轴56和媒介物装配体辅助轴57、媒介物间隔杆58、媒介物圆板用轴承圈60等，可成为维持媒介物间隔在15～20mm左右的相连接的回转体构造。为了使媒介物圆板59上形成的微生物膜的厚度维持一定，通过利用减速驱动电机和转换器46、驱动齿轮52与媒介物装配体的回转齿轮20的齿轮比在1∶4～1∶8范围内的速度可变型驱动装置，根据生物膜形成的程度，通过调节运转速度来调节剪切力的强弱，就可调节生物膜的厚度。
图9为构成完全浸渍型回转媒介物装配体17的媒介物装配体轴56的剖面图。
在此，沉淀槽3是一种将经曝气槽2流入的由处理水和淤泥构成的被处理物高度分离的装置，上等的水作为流出水流出，淤泥向厌氧槽1输送，部分淤泥作为剩余的淤泥被废弃。淤泥从沉淀槽3向厌氧槽1的输送程度为50～100％。沉淀槽由收集淤泥的刮刀、减速驱动电机、淤泥输送装置4构成，刮刀为分割型构造，便于设置和维修。
实例下面，根据实例更详细地说明本发明。在下述实例中，所提供的只是为了容易理解本发明，并不是由该实例限定了本发明。
首先，采用本发明的除去污水或废水中的有机物质、氮及磷的装置及其运行方法，制作70m3/日规模的试验设备，从2001年2月运转到2001年12月。表1表示对具体的试验设备的规格的说明。运转期间流入的流入水的特性由表2示出，流入水为K污水处理场的沉砂地的溢出水，BOD和CODcr分别为278mg/L、474mg/L，TP和TKN分别表示9mg/L、48mg/L的平均值，由于在现场流入的污水与浓缩槽中的上等液混合后流入，调查出CODcr和TKN浓度较高。表3表示试验设备的运转条件，曝气槽HRT为5.7hr，数理学上的负荷率和有机物负荷率分别为48l/m2/日和22.7gTCODcr/m2/日。表4表示试验设备中的处理效率。表4的数值为整个运转期间的平均值，流出的水通过1周内抽取4～5次所进行的标准分析法来分析。运转的结果，CODcr、BOD的除去效率分别为94.9％、96％，较高，流出水的BOD、SS的浓度平均为11.2mg/l、7.6mg/l，也类似于作为中水道设施基准的10mg/l。此外，TN、TP的除去效率也为86％，94.4％，较高，该结果证明了本发明的装置及其运转方法优于以往的方法。
表1；本发明的试验设备(Pilot-plant、70m3/d)的规格
表2流入水的特性
表3试验设备的运转条件及微生物的特性
表4试验设备运转结果
发明的效果本发明可提供一种有效地除去流入的污水或废水内的有机物质、氮、磷及其他杂质的同时、维修简便且容易、减少了建设费用和运转费用、能够有效地进行污水或废水的高度处理的紧凑的生物方式的污水或废水处理装置。
另外，本发明由于在同一反应槽内可同时除去有机物质、氮、磷，用地面积得以减少，曝气装置结构简单，容易运转，同时，不能内部输送，从而提供了一种可降低维修成本等经济的装置。
此外，本发明不仅使用浮游的成长微生物还使用附着成长的微生物，从而可确保多样的微生物群，相对于微生物的滞留时间变长所致的有机物质的冲击负荷或运动负荷的变动、温度变化那样的环境因素的变化的灵活性得以提高，可确保处理的安全性。
再有，本发明不仅可除去流入的污水或废水内的有机物质，还可同时除去氮、磷，从而防止了放流水系中藻类成长导致的溶存氧的枯竭问题和富营养化现象，可大大地降低水质污染。
另外，本发明的装置及其运转方法的效果为，通过在同一反应槽内同时造成需氧、微量曝气、缺氧的反应条件，可提高氮和磷的除去效率，并且能够缩短处理时间。
权利要求
1.一种完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理方法，利用污水或废水净化处理装置，该污水或废水净化处理装置包含有分解有机物质及放出磷(P)的厌氧槽、具备完全浸渍型回转媒介物的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于通过使设置在所述曝气槽中的完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与曝气槽的容积比最佳化为10～15l/m2，曝气槽的外部的DO浓度维持在0.5～1.5mg/l，MLSS浓度根据有机物质的负荷调节成3000～6000mg/l(包含附着微生物时为6000～12000mg/l)，可在同一反应槽内同时造成需氧、微量曝气、缺氧条件，以同时除去污水或废水中的有机物质、氮和磷。
2.按照权利要求1所述的完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最化的生物净化处理方法，其特征在于在厌氧槽内设有流入挡板、搅拌用阻挡板、搅拌电机、装卸用法兰、搅拌机轴、搅拌叶片、轴承用金属罩等，通过淤泥输送装置维持厌氧槽内的MLSS浓度，厌氧槽的搅拌机的回转速度为30～90RPM，厌氧槽内的滞留时间根据流入水的变化为1～3hr左右，通过将淤泥从沉淀槽向厌氧槽输送的输送率维持在50～100％，以同时除去污水或废水中的有机物质、氮、磷。
3.一种完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理装置，是污水或废水净化处理装置，具有分解有机物质及放出磷的厌氧槽、对经由所述厌氧槽的被处理物进行曝气的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于包括曝气槽，媒介物装配体的运转装置、密封垫装配体和曝气装置；所述曝气槽，用于对经由所述厌氧槽的被处理物，造成需氧、微量曝气、缺氧的条件，以便同时进行有机物质的氧化、磷的吸收、氮氧化和脱氮等反应，并使回转媒介物装配体可回转自由地完全浸渍并容纳在所述曝气槽中，所述回转媒介物装配体由表面进行粗加工且间隔一定距离设置的多个平板状媒介物圆板、支承该媒介物圆板的媒介物圆板支承轴和媒介物圆板用轴承圈构成；所述媒介物装配体的运转装置，具有速度可变型媒介物组件，该速度可变型媒介物组件将动力从所述曝气槽的外部传递给所述完全浸渍型回转媒介物装配体的轴，以使所述转媒介物装配体回转；所述密封垫装配体，通过密封垫和密封垫装配螺栓而固定，在所述曝气槽的外部所述轴与套筒连接，以使所述轴与该轴通过的反应槽的壁之间维持水密性，在所述套筒的内壁与所述轴之间设有维持水密性用的O型环，在所述套筒的外壁与密封垫之间设有维持水密性用的密封截水环；所述曝气装置，由用于向所述曝气槽内吹送空气进行曝气的氧气管、隔膜杆型扩散器、送风机、风量调节阀和曝气装置挡板构成。
4.按照权利要求3所述的完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理装置，其特征在于在运用2轴以上的所述曝气槽时，使用万向联轴器，由一个驱动电机来运转2个轴的完全浸渍型回转媒介物装配体。
5.一种完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积的最佳化的生物净化处理方法，利用污水或废水净化处理装置进行，该污水或废水净化处理装置包含进行有机物质的分解和磷放出的厌氧槽、具备完全浸渍型回转媒介物的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于在完全浸渍型回转媒介物装配体上确保高浓度、高密度的多样附着的微生物，通过减速驱动电机和转换器，将回转速度调节到0.05～0.3m/sec，产生因完全浸渍型回转媒介物装配体的回转导致的与水的剪切力，从而维持一定厚度的活性微生物膜以及防止过量附着；在具有完全浸渍和沉淀型回转媒介物装配体的曝气槽中，使完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与曝气槽的容积比最佳化为10～15l/m2，根据有机物质的负荷，MLSS浓度维持在3000～6000mg/l，包含附着微生物时为6000～12000mg/l，同时，DO浓度在0.5～1.5mg/l范围内运转，在反应槽的媒介物装配体的中心部形成缺氧条件，而在其外缘部同时形成微量曝气和需氧条件，滞留时间根据流入水的变化为4～6小时左右，以进行以媒介物装配体的回转相反方向的回旋流式的曝气。
全文摘要
本发明涉及生物净化处理装置及其方法。本发明的使完全浸渍型回转媒介物与反应槽容积最佳化的生物净化处理方法，利用污水或废水净化处理装置，该污水或废水净化处理包含有分解有机物质及放出磷(P)的厌氧槽、具备完全浸渍型回转媒介物的曝气槽和具有淤泥输送设备线的沉淀槽，其特征在于通过使设置在所述曝气槽中的完全浸渍型回转媒介物装配体的表面积与曝气槽的容积比最佳化为10～15l/m
文档编号C02F1/74GK1435380SQ0310221
公开日2003年8月13日 申请日期2003年1月28日 优先权日2002年1月28日
发明者尹汝奎 申请人:东星Eng株式会社