专利名称：用淤渣颗粒处理废水的方法
技术领域：
本发明涉及含有机营养物的废水的处理方法，其中使废水与含微生物的淤渣(sludge)颗粒接触，将含氧气体供入到该淤渣颗粒中，并且该方法进一步包括淤渣颗粒的沉降和贫有机营养物的废水的排放。
这种方法在本领域中，例如根据US3864246是已知的。将具有高比例生物需氧量(BOD)的废水与淤渣絮凝物混合，使如此获得的含淤渣絮凝物的废水与氧气(空气)接触。所选条件增加淤渣絮凝物(也就是说，生物物质颗粒)的生长，其生长具有改进的沉降性能。这降低从废水中分离提供生物分解的微生物(尤其细菌)所需的时间。
已知方法尽管具有改进的沉降速度，但缺点是该方法的实现要求相对大的表面积，也就是说，大规模的纯化占据令人讨厌大的空间。
本申请的目的是改进该方法，同时与已知方法相比，占据较少的空间。
为此，本发明的特征在于-在第一步中将废水供入到淤渣颗粒中，-供应完待处理的废水之后，在第二步中引入含氧气体，同时颗粒处于流化状态下，和-在第三步沉降步骤中允许淤渣颗粒沉降。
这允许在相对有限的反应器体积内进行该方法。这可将占据的空间降低到1/5。所需的反应条件促进淤渣颗粒(与淤渣絮凝物相反)的形成且沉降性能优异。此外，第一步的条件贫氧，而且实际上，它们是厌氧的，因为不存在外加的氧气。在第一步中，淤渣颗粒从所供应的废水中吸收有机营养物，并且它们以聚合物如聚β-羟基丁酸酯的形式储存在微生物内部。如果在第一步供应氧气的话，则其一定不能在防碍有机营养物储存的用量内。在第二步中，在有氧条件下发生所储存的有机营养物的分解。另外，第二步的有氧步骤可使可能存在的铵盐进行分解成硝酸盐。在第二步中，淤渣颗粒内部也是厌氧的，这里是利用硝酸盐分解所储存的有机营养物的地方。这产生氮气，从而导致废水内氮含量的有效下降。为了清除将要分解的氮化合物，第二步中的氧浓度小于5mg/ml，和优选小于2mg/ml。按照这一方式，可避免使用前置或后置的反应器供除去氮化合物，这意味着节约成本。本发明还使得可能清除磷酸盐。为此，在非第一步的步骤中，和优选在第二步最后或者在第三步开始的时候，除去淤渣颗粒。令人惊奇地，恰巧在本发明的条件下，磷酸盐累积的微生物没有胜出(competeout)。在纯化车间的淤渣内可找到本发明方法所需的所有微生物。它们不需要分离，因为所规定的条件确保这些微生物构成淤渣颗粒的一部分。与根据例如US3864246中已知的条件获得的淤渣絮凝物(参见
图1)相比，本发明的条件导致形成显著较大和具有较高密度的淤渣颗粒，其沉降速度为＞10m/h(与之相反，对于已知的淤渣絮凝物来说，为约1m/h)和淤渣体积指数为＜35ml/g。淤渣体积指数是在沉降1小时之后被1g生物物质吸收的体积。对于废水的随后部分的纯化来说，重复步骤1-3(1个循环)。本发明非常适合于处理下水道污水。
在第一步中，废水优选被供入到淤渣颗粒床中，和在第三步中，淤渣颗粒沉降，形成淤渣颗粒床。
这允许微生物暴露于促进颗粒生长的较高浓度的有机营养物下。
根据优选的实施方案，废水以避免床的流化的速度被供入到淤渣颗粒床中。
由于在较大程度上避免了所存在的已经处理的废水与待处理的废水混合，因此，这允许微生物暴露于最高可能的营养物浓度下，如上所述，所述营养物促进颗粒的生长。术语“避免流化”应理解成是指床不流化，和/或引入废水的结果是，在最多达床高度的25％处发生混合。废水例如可以直接或者通过使用限制外力的装置喷洒在床上，其中在所述外力作用下，废水可扰动该床表面。在任一情况下，在最多达床高度的25％，优选小于15％处发生混合。与从淤渣颗粒床的顶侧引入相反，废水可优选从下方引入。特别是在后一情况下，要限制供料速度，以便不发生床的流化。在这两种情况下，可以以有效的方式，即在废水与净化水(贫营养物)很少或者没有混合的情况下，从床中置换并排放仍存在于淤渣颗粒之间的净化水，正如以下所述的。原则上，也可经管道引入废水到淤渣颗粒床内。
根据优选的实施方案，在第三步中，在至少部分沉降之后，排放至少一部分贫营养物的废水。
在添加待处理的新鲜废水之前除去贫营养物的废水意味着需要较小的反应器体积，和含微生物的淤渣颗粒与最高可能浓度的营养物接触。这对于形成淤渣颗粒来说是有利的。反应器内液体的高度是沉降的淤渣颗粒床高度的例如2倍，和优选1.5倍或更低，如1.2倍。
根据优选的实施方案，在第一步中，在将废水供入到淤渣颗粒床内期间，排放至少一部分贫营养物的废水。
在此情况下，排放贫营养物的废水优选是由于待供入到淤渣颗粒床内的废水导致的置换的结果。
于是利用一步操作，实现了既添加新鲜的废水，又排放处理过的废水。这可在低的资金投资下完成。此外，基于控制的技术(要求较少的测量)和操作成本，节约是可能的。此外，避免了处理过的废水与待处理的废水相混合，结果在淤渣颗粒内的微生物暴露于其下的营养物浓度尽可能的高，从而以淤渣颗粒形式提供前面所述的生长优点。被置换的处理过的废水优选在床的顶侧被排放。由于置换，可能形成的任何絮凝物被冲刷出反应器。因此，有利地经床的底部引入废水。
一个重要的实施方案是其中以床的孔隙体积的50-110％，优选80-105％，和最优选90-100％的量引入废水的方案。
按照这一方式，在最小可能的反应器体积下，最佳地利用淤渣颗粒形式的生物物质。
优选在引入废水之后，在开始第二步之前，间隔一段时间。
这促进从废水中吸收营养物，和有助于形成具有良好沉降性能的淤渣颗粒。视需要，可在间隔期间发生混合。
间隔时间优选足够长到从废水中除去至少50％，优选至少75％，和最优选至少90％的有机营养物。
这最好地便于形成具有良好沉降性能的淤渣颗粒，同时废水的纯化最佳。
废水优选在第三步引入，其中较慢地沉降的淤渣颗粒从反应器中排放出，而较快地沉降的淤渣颗粒仍在反应器内。
这进一步增加压力的选择以供颗粒生长。可在淤渣颗粒的沉降过程中，优选在至少部分淤渣颗粒已形成颗粒床之后，但如别处所述的，最优选在颗粒床已形成之后，在低流速下进行废水的引入。在首先的两种方法中，在第一步和第三步之间存在重叠。在第二种方法和特别是在第三种方法中，在床上沉降或者将具有此种倾向的轻质淤渣絮凝物因被废水置换的贫营养物水的流动而携带离开。结果是，存在选择的压力导致维持淤渣特征为颗粒形式。优选在第三步发生经最后床的正上方的排放开口的排放。
现参考下述例举的实施方案阐述本发明，其中图1示出了在本发明方法的循环过程中乙酸根、磷酸根、铵根和NO3-+NO2-浓度的图表。
图2a和2b分别示出了现有技术的淤渣絮凝物和本发明的淤渣颗粒。
每次循环向气升式反应器(3升，高度/直径20)中供入1.5升废水，所述废水代表生活废水的合适模型。组成为6.3mM的乙酸钠、3.6mM的氯化铵、0.6mM的磷酸钾、0.37mM的硫酸镁、0.48mM的氯化钾和0.9ml/l的痕量元素的标准溶液。反应器用来自生活废水纯化车间的有氧活性淤渣作为种子。以逐次间歇的循环方式操作反应器。一次循环由下述步骤组成i)在反应器的底侧经60分钟引入1.5升模型废水，以便废水经沉降的颗粒床存在活塞流状态。
ii)在4升空气/分钟的流速下通气111分钟。
iii)在终止通气之后沉降颗粒淤渣3分钟。
iv)从反应器高度一半处的流出液出口点排放处理过的模型废水。在流出液出口点上方存在的任何生物物质与处理过的废水一起从反应器中移出。
v)1分钟的间隔之后，开始用模型废水的供料。
通过添加碱或酸，维持反应器内的pH在6.5-7.5下，和温度保持在20℃下。在通气步骤ii)期间，溶解的氧气浓度维持在约1.8g/ml下。一方面，这保持氧气浓度足够高以供淤渣颗粒外面部分的营养物的有氧分解，和另一方面，仅仅低的泵送容量被要求用于添加空气。毕竟，在这些条件下，从空气中转移氧气是非常有效的。因此，供应氧气所要求的能量也很少。氮化合物的分解表明在这些氧气浓度下是最佳的，且在处理过的废水内发现仅仅最小量的硝酸盐。
在表1中，示出了模型废水和处理过的废水的平均浓度。还给出平均纯化结果。图1示出了在一个循环过程中，乙酸根(o)、磷酸根(Δ)、铵根(黑色菱形)和硝酸根与亚硝酸根之和(空白菱形)的图表。图2b示出了通过该方法获得的淤渣颗粒的照片。所得淤渣颗粒稳定至少300天，之后终止实验。本发明的方法于是使得可能可靠地控制操作。图2a示出了具有如US3864246中所述沉降速度的典型的淤渣絮凝物。尽管US3864246成功地抑制丝状有机物的生长，所述丝状有机物形成所谓的轻质淤渣，但如此形成的淤渣絮凝物的最好沉降速度为1m/h，与之相反，本发明的淤渣颗粒具有非常高的沉降速度(＞10m/h)，同时在其内发生沉降的距离可以相对较短。
表1未处理和处理过的模型废水的浓度
有助于颗粒生长的因素之一是将具有最高可能营养物浓度的废水供入到淤渣颗粒中。由于这一原因，方便地避免了反应器内处理过的废水和新鲜供应的废水之间的掺混。在其中对于许多循环，例如大于10次来说，废水内低营养物浓度占主导的那些情况下，可视需要将营养物加入到废水中。一种选择是使用液体肥料。
可以以许多方式实现本发明。例如，不是使用一个反应器，而是合适地使用三个反应器，这三个反应器非同时协调地操作。也就是说，当废水被供入到一个反应器中时，在第二个反应器中进行通气步骤，同时在第三个反应器中发生沉降和可能地排放净化水。这保持泵的资金投资在有限的范围内，特别对于它们所要求的最大容量来说。处理过的废水被逐渐释放，和若这种废水需要经历进一步的处理，则这是有利的，因为较小的反应器用于后处理也是足够的。由于与以上所述的实验相比，反应器实际上相对较大，因此沉降花费的时间较长。这意味着供料可花费1/3的时间，通气和沉降一起花费2/3的时间。从而避免了临时储存待处理的废水的缓冲罐，和三个间歇操作的反应器使得可能连续操作。通过气升式反应器描述了本发明，但用任何其它类型的反应器，如泡罩塔反应器可包括在本发明内。
权利要求
1.一种含有机营养物的废水的处理方法，其中使废水与含微生物的淤渣颗粒接触，将含氧气体供入到该淤渣颗粒中，并且该方法进一步包括淤渣颗粒的沉降和贫有机营养物的废水的排放，其特征在于-在第一步中将废水供入到淤渣颗粒中，-供应完待处理的废水之后，在第二步中引入含氧气体，同时颗粒处于流化状态下，和-在第三步沉降步骤中允许淤渣颗粒沉降。
2.权利要求1的方法，其特征在于，在第一步中将废水供入到淤渣颗粒床中，并且在第三步中淤渣颗粒沉降，形成淤渣颗粒床。
3.权利要求2的方法，其特征在于，以避免床流化的速度将废水供入到淤渣颗粒床中。
4.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在第三步中，在至少部分沉降之后，排放至少一部分贫营养物的废水。
5.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在第一步中，在将废水供入到淤渣颗粒床期间，排放至少一部分贫营养物的废水。
6.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，贫营养物的废水的排放是由于供入到淤渣颗粒床内的废水导致的置换的结果。
7.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，以床的孔隙体积的50-110％，优选80-105％，和最优选90-100％的量引入废水。
8.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在引入废水之后，在开始第二步之前，间隔一段时间。
9.权利要求8的方法，其特征在于，间隔时间足够长到从废水中除去至少50％，优选至少75％和最优选至少90％的有机营养物。
10.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在第三步中发生选择，其中较慢地沉降的淤渣颗粒从反应器中排放出，而较快地沉降的淤渣颗粒仍在反应器内。
全文摘要
本发明涉及含有机营养物的废水的处理方法。根据本发明，第一步，将废水供入到淤渣颗粒中，在供应完待处理的废水之后，在含氧气体存在下，流化淤渣颗粒，和第三步，在沉降步骤中，允许淤渣颗粒沉降。这使得可能优选地不仅除去有机营养物，而且除去任选地氮化合物和磷酸盐。
文档编号C02F3/08GK1705618SQ03821977
公开日2005年12月7日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者M·C·M·范鲁斯德雷奇特, M·K·德克里克 申请人:Dhv水处理公司