截留固定化沉淀物、利用所述截留固定化沉淀物的废水处理系统和废水处理方法

专利名称：截留固定化沉淀物、利用所述截留固定化沉淀物的废水处理系统和废水处理方法
技术领域：
本发明涉及截留固定化沉淀物(entrapping immobilization pellets)，废水
处理系统和废水处理方法，并且特别涉及一种通过简单地向常规生物处理 槽中加入截留固定化沉淀物来高处理效率地进行运作的技术，在所述常规 生物处理槽中，在不改造常规系统的条件下，利用活性污泥实施废水处理。
背景技术：
在许多废水处理厂中已经常规利用使用活性污泥的废水处理。在使用 活性污泥的废水处理方法中，将废水流入其中悬浮有活性污泥的生物处理 槽中，通入空气(或氧气)，并且使废水与活性污泥接触。以这种方式， 废水中待处理的成分(例如，氨)得到生物处理。然而，使用活性污泥进 行废水处理具有下述问题。由于在生物处理槽中，用于处理废水中待处理 的成分的有用的微生物的高浓度不能维持在高浓度，所以不能进行高负荷 的运作，并且处理效率是低的。
在这种情况下，近来尝试向生物处理槽中加入截留固定化沉淀物，该 截留固定化沉淀物中截留/固定化了微生物，以提高在生物处理槽中的有用 微生物的浓度，由此提高处理效率。
图7显示常规废水处理系统3的一般结构，其将截留固定化沉淀物2 加入到生物处理槽1中。如在图7中所示，废水通过未处理的废水管道4 流入生物处理槽1，在生物处理槽1中加入截留固定化沉淀物2，并且在 生物处理槽l的处理过的水的出口处提供筛5，用于防止所述截留固定化 沉淀物2与废水一起流出。此外，在筛5下方提供整流板6，用于调整处 理过的水流的方向和流速，以抑制筛5被所述截留固定化沉淀物2堵塞。 此外，如果截留固定化沉淀物2的粒径太小，则筛5被它们堵塞。为了避 免堵塞，截留固定化沉淀物2通常这样形成，即具有约3-10mm的粒径。如果筛5的筛孔的尺寸减小，则可以防止小直径的截留固定化沉淀物2
的排出；然而，不但废水中的细小的颗粒和由微生物产生的粘性产物容易 附着到筛5上，而且在排出时，处理过的水也会遇到许多阻力。由于这些 原因，减小筛5的筛孔尺寸的想法是不实际的。
处理过的水通过筛5与所述截留固定化沉淀物2分离，并且转移到固 液分离槽7中，在那里活性污泥沉淀并且分离。部分活性污泥沉淀通过泵 8沿着返回管道9返回到生物处理槽1中。参考号la表示鼓风机，lb表 示供应空气(或氧气)的通风管道。具有筛的生物处理槽，在例如日本专 利公开号2004-148154中描述。

发明内容
本发明要解决的问题
(1) 然而，当将其中用活性污泥处理废水的常规生物处理槽1用于用 截留固定化沉淀物2进行处理时，存在下述问题必须提供筛5和防止筛 5堵塞的元件如整流板6，即，必须改造该系统。当仅通过整流板6不能 防止堵塞时，有时在筛5下方提供通风装置，用于清洁筛。需要对该系统 进行大规模的改造。
(2) 此外，截留固定化沉淀物2是用于作为固定化材料的亲水凝胶中 的截留和固定化微生物(诸如活性污泥)的载体。粒径越小，颗粒与废水 接触的面积越大。因此，可以提高截留固定化沉淀物2的处理效率(主要 优点)。
在前述背景技术中，如果该系统构建成在生物处理槽1中不使用筛2， 并且以这样的方式，即所述截留固定化沉淀物2与处理过的水一起排出到 固液分离槽7中，并且这样排出的截留固定化沉淀物2通过泵8经过返回 管道9返回到生物处理槽1中，则可以不进行任何改造地使用常规系统。 另外，可以使用具有小直径的截留固定化沉淀物。因此，前述问题(1)和(2) 可以同时解决。
然而，当截留固定化沉淀物2通过泵8经过返回管道9返回到生物处 理槽1中时，所述截留固定化沉淀物2通过泵8的压縮和返回管道9的磨 损而破碎。因此，这样的系统目前还不能使用。
5本发明是在这些情况下做出的。本发明的一个目的是提供截留固定化 沉淀物，其即使在通过泵吸返回到生物处理槽时也很少破碎，由此能够在 不经改造的条件下，使用常规生物处理槽用活性污泥处理废水，并且其可 以减小粒径，由此显著提高处理效率，并且提供一种废水处理系统和废水 处理方法。
解决问题的方式
为了实现前述目的，本发明的第一方面提供用于废水处理的截留固定 化沉淀物，所述截留固定化沉淀物通过聚合其中混合了微生物的固定化材 料而制成，由此将微生物截留并且固定化在所述固定化材料中，所述截留 固定化沉淀物满足下述条件
(A) 由(H。-H,)/H。表示的变形率是70%或更大，其中压缩前沉淀物的 厚度是H。，在沉淀物通过压缩破碎时，沉淀物的厚度是H,;和
(B) 粒径在O.l - 1.5mm范围内。
本发明深入研究适用于废水处理系统的截留固定化沉淀物，其这样组 成，以致所述截留固定化沉淀物与处理过的水一起从不具有筛的生物处理 槽排出到固液分离槽中，所述截留固定化沉淀物通过泵吸经过返回管道返 回到生物处理槽中。结果，他们发现可以通过利用满足上述条件(A)和(B) 的截留固定化沉淀物实现所述目的。
更具体地，可以通过设计截留固定化沉淀物以满足70%或更大的变形 率以及通过设定粒径为0.1 - 1.5 mm范围内的小数值而获得即使经过泵压 縮和返回管道摩擦也很少破碎的截留固定化沉淀物，所述变形率由
(H。-H))线x 100
表示，其中压縮前沉淀物的厚度是Ho，在沉淀物通过压縮破碎时，沉淀物 的厚度是H,。此外，由于凝胶(聚合和然后凝胶化的固定化材料)的扩散 阻力，有用的需氧微生物诸如硝化细菌通常在截留固定化沉淀物中生长的 区域从所述沉淀物的表面到1500 pm的深处(日本污水工程协会杂志 (Journal of the Japan Sewage Works Association)第28巻,No. 334,第50 页)。因此，如果截留固定化沉淀物尺寸减小为0.1-1.5mm范围内，它们 不但经过泵吸较少破碎，而且能够在截留固定化沉淀物上保持有用的需氧微生物的存活。由此，生物处理可以以在沉淀物上的高负荷进行，并且因 此可以显著提高处理效率。注意到，截留固定化沉淀物的变形率是80%或 更大是更优选的。
按照本发明的第二方面，在第一方面中，截留固定化沉淀物的沉降速
度在0.02 - 3.7 cm/秒的范围内。
这是由于下文给出的原因。为了通过泵吸使截留固定化沉淀物返回到 生物处理槽中，需要有效地沉淀所述截留固定化沉淀物。如果设计截留固 定化沉淀物以致其沉降速度在0.02- 3.7 cm/秒范围内，它们可以容易地通 过利用常规的固液分离槽而分离。注意到，沉降速度可以通过本领域已知 的测量方法进行测量。
按照本发明的第三方面，在第一或第二方面中，使用具有4000-12000 范围内分子量的预聚物作为固定化材料，并且所述预聚物/沉淀物的的浓度 在3-10 wt。/。范围内。
本发明的第三方面是获得70%或更大的截留固定化沉淀物变形率的 优选实施例。这通过限定固定化材料的分子量和含量而获得。注意到，分 子量优选地在7000-11000范围内，并且每沉淀物的浓度在4-8 wt。/。范围内。
按照本发明的第四方面，在第一到第三方面中的任一方面中，所述微 生物是活性污泥。
这是由于下文给出的原因。尽管溶解在固定化材料中的氧抑制聚合作 用，但是，如果将活性污泥截留并且固定化在固定化材料中，则聚合反应 可以顺利进行，因为活性污泥消耗氧。结果，可以容易地获得具有高强度 的截留固定化沉淀物。特别地，在预聚物浓度低至如第三方面时，聚合作 用容易受到氧影响。由于所述影响可以通过利用活性污泥得到减少，截留 固定化沉淀物的变形率可以进一步改善。另外，活性污泥的截留固定化能 够控制截留固定化沉淀物的比重，即，控制沉降速度。因此，纯培养的微 生物可以用作被截留和固定化的微生物使用；然而，更优选截留和固定化 活性污泥。
为了实现上述目的，本发明的第五方面提供废水处理系统，该系统包
括生物处理槽，其中加入第一到第四方面中任一方面所述的截留固定化 沉淀物，并且其中使截留固定化沉淀物与废水接触，以生物处理废水中待处理的成分；固液分离槽，用于沉淀和分离从生物处理槽排出的截留固定 化沉淀物；和泵，其配置于返回管道，所述返回管道连接固液分离槽和生
物处理槽，其中与处理过的水一起从生物处理槽排出到固液分离槽的截留 固定化沉淀物通过该泵经过返回管道返回到生物处理槽。
第五方面涉及一种废水处理系统，其使用第一到第四方面中任一方面 所述的截留固定化沉淀物，并且这样构建，以致与处理过的水一起从生物 处理槽中排出到固液分离槽的截留固定化沉淀物通过泵经过返回管道返 回生物处理槽，而不在生物处理槽中配置筛。利用这种构造，可以在不经 改造的条件下使用常规生物处理槽，利用活性污泥进行废水处理。除此之 外，由于它的粒径可以减小，可以显著提高处理效率。注意到，可以将一 般的泵用作泵，例如，可以优选地使用离心泵，级联泵，活塞泵，柱塞式 泵，膜片泵，螺旋泵，偏心式泵和空气升液泵。
按照本发明的第六方面，在第五方面中，从生物处理槽排出的截留固 定化沉淀物在固液分离槽中沉淀和分离，并且通过泵返回到生物处理槽， 以防止微生物在截留固定化沉淀物表面上沉积。
当微生物沉积在截留固定化沉淀物的表面上时，氧和底物(substrate) 不渗透到所述截留固定化沉淀物的内部，并且因此其性能下降。除此之外， 存在另一种影响。当大的微生物诸如钟形虫(vorticella)沉积在固定化材料 上时，所述截留固定化沉淀物的比重减小，因此沉降速度减小。按照第六 方面，当截留固定化沉淀物通过泵返回到生物处理槽时，截留固定化沉淀 物可以彼此接触，沉积在所述截留固定化沉淀物表面上的微生物可以摩擦 掉。
按照本发明的第七方面，在第五方面或第六方面，截留固定化沉淀物 和活性污泥一起存在于生物处理槽中，并且与处理过的水一起排出到固液 分离槽的所述截留固定化沉淀物和活性污泥都通过泵返回到生物处理槽 中。
利用其，所述截留固定化沉淀物更少破裂，因为活性污泥发挥作用来 保护所述截留固定化沉淀物免受压縮和磨损，所述压縮和磨损是在通过泵 以混合状态返回所述截留固定化沉淀物和活性污泥过程中产生的。
为了实现上述目的，本发明的第八方面提供用于生物硝化含氨废水的废水处理方法，所述方法包括使截留固定化沉淀物与含氨废水接触，以致
在沉淀物上的负荷在300 -600(mg-N/L七)范围内，所述截留固定化沉淀物 其中截留和固定化硝化细菌并且具有O.l - 1.5mm范围内的粒径。
如上所述，由于通过将截留固定化沉淀物的粒径减少到O.l - 1.5 mm 范围内，而可以保持高浓度的有用的微生物在所述截留固定化沉淀物上存 活，所以生物处理可以以在沉淀物上的高负荷进行。本发明的第八方面用 于含氨废水的硝化处理。使截留固定化沉淀物与含氨废水接触，以致在沉 淀物上的负荷在300 - 600 (mg-N/L七)范围内，所述截留固定化沉淀物其中 截留和固定化硝化细菌并且具有O.l - 1.5mm范围内的粒径。如果在沉淀 物上的负荷在300 - 600 (mg-N/L七)范围内，硝化处理可以以几乎100%的 硝化率进行，由此显著提高处理效率。
本发明的有益效果
如上文所述，本发明的截留固定化沉淀物即使在通过泵转移时也是较 少破碎的。因此，可以在不配置筛的条件下，构建废水处理系统，所述筛 用于防止沉淀物排出到生物处理槽。除此之外，由于可以减小粒径，处理 效率可以显著提高。因此，可以简单地通过将本发明的截留固定化沉淀物 引入到常规生物处理槽中而构成高效废水处理系统和方法，在所述常规生 物处理槽中使用活性污泥进行废水处理。
附图简述


图1是本发明的废水处理系统的示意图2是显示预聚物的分子量和变形率之间的关系的图，所述预聚物用 作在截留固定化中使用的固定化材料；
图3是显示预聚物/沉淀物的浓度和变形率之间的关系的图4是显示沉淀物的粒径和活性之间的关系的图5是显示本发明截留固定化沉淀物和常规截留固定化沉淀物中的沉 淀物上施加的负荷和硝化率之间的关系的图6是本发明的废水处理系统的改进实例的方案视图；和
图7是装配有筛的常规废水处理系统的示意图。符号描述
10, 10'...废水处理系统 12...截留固定化沉淀物 14...生物处理槽 16...固液分离槽 18...返回管道 20…泵
22 ...未处理的水管道 ，
24 ...通风管道
26...通气管道
28 ...鼓风机
30 ...液体流入管道
32 ...处理过的水管道
34 ...活性污泥
具体实施方式
实施本发明的最佳方式
参考附图，以下将更具体地描述本发明所述的截留固定化沉淀物、废 水处理系统和废水处理方法的优选实施方案。
图1是本发明的废水处理系统的示意图，并且显示在需氧条件下生物 硝化废水中的氮成分(例如，氨)的废水处理系统的实例。
如在图1中所示，废水处理系统IO主要由下列构建而成生物处理 槽14，所述生物处理槽14用于通过将大量的截留固定化沉淀物12与废 水彼此接触而生物处理废水中待处理的成分；固液分离槽16，用于沉淀和 分离从生物处理槽14排出的截留固定化沉淀物12;和泵20，其配置于返 回管道18，所述返回管道18连接固液分离槽16和生物处理槽14。废水 处理系统10的生物处理槽14没有用于防止截留固定化沉淀物12排出的 筛。
含氮成分的废水通过未处理的水管道22流入生物处理槽14，并且与截留固定化沉淀物12接触，在截留固定化沉淀物12中截留和固定化了
硝化细菌。此外，在生物处理槽14的底部，提供通风管道24，其与鼓风 机28通过通气管道26连接。以这种构造，空气由通风管道24提供，并 且在生物处理槽14中产生需氧条件。当截留固定化沉淀物12和废水在需 氧条件下彼此接触时，废水的氮成分被截留/固定化在所述截留固定化沉淀 物12中的硝化细菌(微生物)硝化(氧化)。在生物处理槽14中获得的 处理过的水通过液体流入管道30流入固液分离槽16中，并且一部分截留 固定化沉淀物12与处理过的水一起排出到固液分离槽16中。在固液分离 槽16中，上清作为处理过的水通过处理过的水管道32进料到下一步，而 截留固定化沉淀物12通过重力沉淀，并且沉积在固液分离槽16的底部。 沉积在固液分离槽16底部的截留固定化沉淀物12通过泵20的运转经过 返回管道18返回到生物处理槽14。在固液分离槽16的中央，垂直提供在 顶部和底部具有开口端的垂直的圆筒31，并且液体-流入管道30的末端延 长到圆筒31。以这种结构，从生物处理槽14排出到固液分离槽16的截留 固定化沉淀物12沉淀在固液分离槽16的底部，而不是散布在固液分离槽 16中。
如上文所述，当截留固定化沉淀物12与处理过的水一起通过泵20 返回到生物处理槽14时，所述截留固定化沉淀物12是从在处理过的水的 出口处没有筛(图6的参考号5)的生物处理槽14排出的，其中所述筛用 于防止沉淀物流入到固液分离槽16中，截留固定化沉淀物12被泵吸导致 的破碎较少是很重要的。为了这一 目的，将本发明的截留固定化沉淀物12 引入到生物处理槽14中。
本发明的截留固定化沉淀物12通过将微生物与固定化材料混合并且 聚合所述固定化材料，由此将所述微生物截留和固定化在其中而制备。重 要地，截留固定化沉淀物12满足下述条件变形率为70%或更大，粒径 在O.l -1.5 1111^范围内。截留固定化沉淀物12的变形率是指由下述方程(1) 表示的值
截留固定化沉淀物的变形率(g/q)-(Ho-H,)/Hgx IOO...(I)其中Ho是沉淀物在压缩前的厚度(mm)， H,是当截留固定化沉淀物12通 过压缩机例如流变仪以预先确定的力压縮时沉淀物凝胶破碎时，沉淀物的 厚度(mm)。例如，70%的变形率意指截留固定化沉淀物12可以被压縮最 高达到其初始厚度的70%，如果进一步压縮将破碎。
如上文所述，即使通过泵20压縮和在返回管18内摩擦等也较少破碎 的截留固定化沉淀物12，可以通过制成具有70%以上的变形率并且更优 选80%以上的变形率的截留固定化沉淀物12而获得。
作为获得具有70%以上的变形率的截留固定化沉淀物12的方法，优 选利用这样的方法，其中使用含有具有4000- 12000范围内分子量的预聚 物的固定化材料，并且预聚物/沉淀物的浓度控制为3 - 10 wt%。
图2是显示预聚物的分子量和沉淀物的变形率之间的关系的图，图3 是显示预聚物/沉淀物的浓度和沉淀物的变形率之间的关系的图。
如从图2清楚可见，随着预聚物分子量增加，变形率逐渐增加并且弹 性增加。变形率在约10000的分子量处达到峰值，之后急剧减小。这被考 虑如下。当预聚物的分子量增加时，变形率倾向于增加。然而，当分子量 变得过大时，预聚物凝胶化变难。结果，沉淀物强度减小，并且变得容易 破碎。因此，变形率减小。当分子量在4000- 12000范围内时，可以保证 70%以上的变形率。
如从图3清楚可见，随着预聚物浓度增加，变形率逐渐增加并且弹性 增加。变形率在预聚物浓度为6-7wt。/。时达到峰值，逐渐减小。这被考虑 如下。当预聚物浓度低于3 wt。/。时，凝胶化不能充分进行，并且因此变形 率低。另一方面，当预聚物浓度超过8wty。时，凝胶中交联的数目增加， 并且聚合作用强烈地进行。结果，预聚物变得硬而脆。因此，变形率减小。
如上所述，为了增加截留固定化沉淀物12的变形率，需要适当地控 制预聚物的分子量和预聚物/沉淀物的浓度。通过该控制，可以适当地设定 在凝胶中形成的交联的数目。结果，可以获得具有良好弹性的截留固定化 沉淀物12。此外，通过利用具有4000- 12000范围内分子量的预聚物，并 且通过设定预聚物/沉淀物的浓度为3-10 wt%，可以保证70%以上的变形 率。此外，当控制截留固定化沉淀物12的粒径在0.1-1.5mm范围内时， 处理的性能(下文所述)可以提高，并且截留固定化沉淀物12被泵吸导
12致的破碎更少。
作为用作固定化材料的基本预聚物和交联剂，可以适当使用下述化合
单甲基丙烯酸酯，如聚乙二醇单甲基丙烯酸酯，聚戊二烯二醇单甲基 丙烯酸酯，聚丙二醇单甲基丙烯酸酯，甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯，甲 氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酰氧基乙基氢邻苯二甲酸酯，甲基
丙烯酰氧基乙基氢琥珀酸酯，3-氯-2-羟丙基甲基丙烯酸酯,甲基丙烯酸硬脂 醇酯,2-羟基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸乙酯；
单丙烯酸酯，诸如丙烯酸2-羟基乙酯，丙烯酸2-羟基丙酯，丙烯酸异 丁酯，丙烯酸叔丁酯，丙烯酸异辛酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸十八酯，丙烯 酸异冰片酯，丙烯酸环己酯，甲氧基三乙二醇丙烯酸酯，丙烯酸2-乙氧基 乙酯,丙烯酸四氢糠酯，丙烯酸苯氧乙酯，壬基苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯， 壬基苯氧基聚丙二醇丙烯酸酯，硅改性的丙烯酸酯，聚丙二醇单丙烯酸酯,
丙烯酸苯氧基乙酯，苯氧基二乙二醇丙烯酸酯，苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯, 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯，丙烯酰氧基乙基氢琥珀酸酯和丙烯酸月桂酯；
二甲基丙烯酸酯，诸如1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯，1,4-丁二醇二甲基 丙烯酸酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，二乙二醇二甲基丙烯酸酯，三乙二醇 二甲基丙烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，丁二醇二甲基丙烯酸酯，己 二醇二甲基丙烯酸酯，新戊二醇二甲基丙烯酸酯，聚丙二醇二甲基丙烯酸 酯，2-羟基-l,3-二甲基丙烯酰氧基丙垸，2，2-双-4-甲基丙烯酰氧基乙氧基苯 基丙烷，3,2-双-4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基苯基丙烷和2,2-双-4-甲基丙烯 酰氧基聚乙氧基苯基丙烷；
二丙烯酸酯，诸如乙氧基化的新戊二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯 酸酯，1,6-己二醇二丙烯酸酯，新戊二醇二丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯， 聚丙二醇二丙烯酸酯，2,2-双-4-丙烯酰氧基乙氧基苯基丙烷，和2-羟基-1-丙烯酰氧基-3-甲基丙烯酰氧基丙烷；
三甲基丙烯酸酯，诸如三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；
三丙烯酸酯，诸如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，三丙烯酸季戊四醇酯, 三羟甲基丙烷EO-添加的三丙烯酸酯，甘油PO-添加的三丙烯酸酯和乙氧 基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；四丙烯酸酯，诸如四丙烯酸季戊四醇酯，乙氧基化的四丙烯酸季戊四醇酯，丙氧基化的四丙烯酸季戊四醇酯和二(三羟甲基)丙烷四丙烯酸酯；
尿烷丙烯酸酯类，诸如尿垸丙烯酸酯，尿烷二甲基丙烯酸酯和尿烷三甲基丙烯酸酯；和
其它化合物，诸如丙烯酰胺，丙烯酸和二甲基丙烯酰胺。
作为本发明的聚合物作用，利用过硫酸钾的自由基聚合作用是最合适
的；然而，可以使用利用UV射线和电子束的聚合作用和氧化还原聚合作
用。在利用过硫酸钾的聚合作用的情形中，过硫酸钾的加入量优选地为
0.001 -0.25%，并且可以以0.001-0.5%的量加入胺-基聚合作用加速剂。胺-基聚合作用加速剂的实例可以包括p-二甲基氨基丙腈，N，N,N'，N'-四甲基
乙二胺和亚硫酸钠。
纯培养的微生物可以用作截留/固定化在预聚物中的微生物；然而，优选将活性污泥截留/固定化在预聚物中，这是因为下述原因。尽管溶解在预聚物中的氧抑制聚合作用，但是如果将活性污泥截留/固定化在其中，则活性污泥消耗氧，帮助聚合作用顺利进行。结果，可以容易地获得强的截留固定化沉淀物12。特别地，在预聚物浓度低至3-10wt。/。的情形中，如同在本发明中，聚合作用易受氧气影响。由于所述影响可以利用活性污泥而减轻，截留固定化沉淀物12的变形率可以进一步提高。此外，截留固定化沉淀物12的比重可以通过截留并且固定化所述活性污泥而得到控制。
截留固定化沉淀物12的沉降速度优选地在0.02-3.7cm/秒的范围内，这是因为以下的原因。即使截留固定化沉淀物12的粒径低至0.1- 1.5 mm，如果通过控制比重而将沉降速度设定为0.02-3.7 cm/秒，则截留固定化沉淀物12可以通过重力在固液分离槽16中容易地与处理过的水分离。可以优选地使用活性污泥，磁铁矿，油炸灰，铁粉，活性碳，硅石等作为用于截留固定化沉淀物12的比重控制剂。
此外，当截留固定化沉淀物12的粒径减少到0.1-1.5 111111范围内时，底物和氧气可以渗透到截留固定化沉淀物12的中心点，并且硝化细菌(有用的微生物)可以容易地增殖。结果，每个沉淀物的反应速率显著增加。利用其，可以以在沉淀物上的高负荷处理废水的氮成分。
在本发明的截留固定化沉淀物中，粒径越小，截留固定化沉淀物的表面积越大。结果，每单位体积的截留固定化沉淀物的活性提高。然后，以每种10质量％的量，将不同粒径的截留固定化沉淀物加入到活性污泥中，并且评价截留固定化沉淀物的粒径和其活性之间的关系。截留固定化沉淀物的活性由每沉淀物的呼吸速率表示。呼吸速率如下获得。将预先确定量的含DO (溶解氧)的水和截留固定化沉淀物加入到瓶子中，并且将该瓶
子气密关闭。通过DO计测量DO，以获得DO的变化，然后计算呼吸速率。截留固定化沉淀物的活性表示为相对比例，假定约3mm方块的截留固定化沉淀物的活性视作1。结果显示在图4中。
如在图4中所示，随着截留固定化沉淀物的粒径减小，活性提高。特别地，在1.5 mm或更小的粒径处，活性的提高率高。这被认为是因为每单位体积的沉淀的表面积增加，并且另外，氧气和底物变得易于到达截留固定化沉淀物的中心。然而，在小于l.Omm的截留固定化沉淀物粒径时，活性是低的。这被认为是因为截留固定化沉淀物结合到与之一起存在的活性污泥絮凝物中，并且所述沉淀物与氧气和底物的接触效率降低。由于这些原因，截留固定化沉淀物的粒径优选地在O.l - 1.5mm范围内。
本发明的截留固定化沉淀物必须是在常规固液分离槽中可分离的。可分离性取决于截留固定化沉淀物的沉降速度。通常，用于分离污泥与处理过的水的固液分离槽的表面负荷限定为15 - 25 mVm、d (污水工程机构计划/设计政策和解释(Sewage Works Facility Plan/Design Policy andExplanation),年编，后部分，2001，第82页，由日本污水工程协会出版)。这对应于0.02 - 0.03 cm/秒的向上的流速。因此，为了通过沉降分离截留固定化沉淀物，需要设定沉降速度为不小于0.02 cm/秒。此外，通常，为了移走在通风槽中的截留固定化沉淀物，沉降速度优选地设定为不超过3.7cm/秒。换言之，当沉降速度超过3.7cm/秒时，截留固定化沉淀物的流动性减小，并且其性能降低。
由于上述原因，截留固定化沉淀物的沉降速度优选地设定为0.02 - 3.7cm/秒c
图5显示在沉淀物上的负荷和硝化率之间的关系，其通过利用图1的废水处理系统10的小型化实验系统而研究，其中含有浓度为100mg/L的氨的废水通过截留固定化沉淀物12 (本发明)硝化，所述截留固定化沉淀物12具有l.Omm的粒径，并且在其中截留并固定化了硝化细菌。另外，当截留固定化沉淀物12从固液分离槽16泵入生物处理槽14时，检验截留固定化沉淀物12的破碎程度.
作为比较实验，使用具有筛的常规废水处理系统3 (见图7)的小型化实验系统，其中含有浓度为100 mg/L的氨的废水通过常规截留固定化沉淀物2 (常规实施例)硝化，所述常规截留固定化沉淀物2具有3.0 mm的粒径，并且在其中截留并固定化了硝化细菌。检查了比较实验中在沉淀物上的负荷和硝化率之间的关系。
在本发明的截留固定化沉淀物12中，聚乙二醇的分子量是9500，并且材料的浓度是5wtM。在另一方面，在常规实施例中所述的截留固定化沉淀物2中，聚乙二醇的分子量是4000，并且材料的浓度是IO wt%。注意，在本发明和在比较实施例中，在要加入到生物处理槽14的截留固定化沉淀物中的硝化细菌的浓度设定为相同的值。在本发明和在常规实施例中，使用磁铁矿作为比重控制剂，并且截留固定化沉淀物的沉降速度设定为相同的值，均为2cm/秒。
在本发明和常规实施例中，生物处理槽14的体积均设为2L。生物处理槽12只以5体积％的负载体积装填截留固定化沉淀物12，不加入活性污泥。沉淀物上的负荷通过增加流入生物处理槽14的废水的量而增加。
如从图5清楚可见，本发明的截留固定化沉淀物12的硝化率为约100%，沉淀物上的负荷大到最多可达500 (mg-N/L.h)。当沉淀物上的负荷进一步提高时，硝化率逐渐减小。然而，硝化率成功地保持在高水平，例如，在600 (mg-N/L.h)的沉淀物负荷下保持为94%,并且在700 (mg-N/L-h)的沉淀物负荷下保持为80%。另外，在截留固定化沉淀物12不被泵吸破碎的条件下，处理可以成功而连续地进行。因此，在需氧条件卞生物硝化废水的氮成分的废水处理方法中，本发明的截留固定化沉淀物12与废水接触，以致在沉淀物上的负荷在300 -600(mg-N/L七)范围内。以这种方式，可以在短时间内处理高浓度的氮成分。
在另一个方面，在常规实施例的截留固定化沉淀物2中，硝化率保持100。/。直到在沉淀物上的负荷达到200(mg-N/L.h)。然而，当沉淀物上的负荷超过200(mg-N/L.h)时，硝化率急剧减小。在沉淀物上的负荷为500(mg-N/L七)时，硝化率为约20°/。。
从图5的结果，发现当截留固定化沉淀物的粒径满足O.l - 1.5 mm的范围时，截留固定化沉淀物可以表现出最大处理性能(在这种情形中为硝化性能)。由于截留固定化沉淀物的变形率可以增加到大到70%或更大的值，沉淀物可以通过泵吸返回。以这种方式，废水处理系统IO可以构建成无筛的，而筛是常规技术中所必需的。
因此，可以简单地通过将本发明的截留固定化沉淀物12引入到不具有筛的常规生物处理槽中，并且操作所述生物处理槽，实施具有高起始率并且具有针对负荷改变的高耐受性的废水处理，所述常规生物处理槽通过活性污泥处理废水。
图6显示本发明的改进的废水处理系统10'的实例。在生物处理槽14中，存在本发明的截留固定化沉淀物12和活性污泥34(图6中的阴影)两者。注意，其它结构元件与图1的那些相同，并且省略了任何进一步的解释。
如在图6中所示，当本发明的截留固定化沉淀物12和活性污泥34都存在于生物处理槽14中时，本发明的截留固定化沉淀物12和活性污泥34两者与处理过的水一起从生物处理槽14排出到固液分离槽16中，并且沉淀在固液分离槽16的底部。在固液分离槽16底部的含有截留固定化沉淀物12和活性污泥34 二者的沉淀通过泵20返回到生物处理槽14中。此时，活性污泥34起防止截留固定化沉淀物12被压縮和磨损的作用，并且因此所述截留固定化沉淀物12较少破碎。
注意，在本发明的实施方案中，如在关于处理氮成分的截留固定化沉淀物的实施例中所述，本发明可以应用于这样的截留固定化沉淀物，其截留并且固定化能够处理除氮成分外的成分的有用微生物。
权利要求
1. 用于废水处理的截留固定化沉淀物，其如下形成聚合其中混合了微生物的固定化材料，由此将所述微生物截留并且固定化在所述固定化材料中，所述截留固定化沉淀物满足下述条件(A)由(H0-H1)/H0×100表示的变形率是70％以上，其中所述沉淀物在压缩前的厚度是H0，并且所述沉淀物在通过压缩破碎时，所述沉淀物的厚度是H1；和(B)粒径在0. 1-1.5mm范围内。
2. 权利要求1所述的用于废水处理的截留固定化沉淀物，其中 所述截留固定化沉淀物的沉降速度在0.02 - 3.7 cm/秒范围内。
3. 权利要求1或2所述的截留固定化沉淀物，其中将具有4000- 12000范围内的分子量的预聚物用作固定化材料，和 所述每个沉淀物的预聚物的浓度在3 - 10 wt。/。范围内。
4. 权利要求l-3中任一项所述的截留固定化沉淀物，其中 所述微生物是活性污泥。
5. —种废水处理系统，所述废水处理系统包括生物处理槽，其中加入权利要求1-4中任一项所述的截留固定化沉淀 物，并且其中使得所述截留固定化沉淀物与废水接触，以生物处理废水中 待处理的成分；固液分离槽，其用于沉淀和分离从所述生物处理槽排出的所述截留固 定化沉淀物；和泵，其被配置于返回管道，所述返回管道将所述固液分离槽和所述生 物处理槽连接，其中与处理过的水一起从所述生物处理槽排出到所述固液分离槽的所述 截留固定化沉淀物通过所述泵经过所述返回管道返回到所述生物处理槽 中。
6. 权利要求5所述的废水处理系统，其中从所述生物处理槽中排出的所述截留固定化沉淀物在所述固液分离槽中沉淀并且分离，并且通过所述泵返回到所述生物处理槽，以防止微生 物沉积在所述截留固定化沉淀物表面。
7. 权利要求5或6所述的废水处理系统，其中所述截留固定化沉淀物和活性污泥一起存在于所述生物处理槽中，并 且与处理过的水一起排入所述固液分离槽的所述截留固定化沉淀物和所 述活性污泥通过所述泵返回到所述生物处理槽中。
8. —种用于在需氧条件下生物硝化废水中的氮成分的废水处理方法，所述方法包括使截留固定化沉淀物与废水接触，以致在沉淀物上的负荷在300 - 600 (mg-N/L.h)范围内，其中在所述截留固定化沉淀物中截留和固定化了硝化 细菌，并且所述截留固定化沉淀物具有O.l- 1.5mm范围内的粒径。
全文摘要
在本发明中，截留固定化沉淀物满足下列条件(A)由(H₀-H₁)/H₀表示的变形率是70％或更大，其中压缩前沉淀物的厚度是H₀，沉淀物在通过压缩破碎时，沉淀物的厚度是H₁；和(B)粒径在0.1-1.5mm范围内。将所述截留固定化沉淀物加入到不具有筛的生物处理槽中，并且与处理过的水一起排入固液分离槽中的所述截留固定化沉淀物通过泵吸返回到生物处理槽中。利用这种构造，所述截留固定化沉淀物即使在它们通过泵吸返回到生物处理槽中时也是较少破碎的，可以不经改造地使用其中用活性污泥处理废水的常规生物处理槽，并且另外地，其粒径可以减小。因此，可以显著提高处理效率。
文档编号C02F3/34GK101479200SQ200680055240
公开日2009年7月8日 申请日期2006年7月6日 优先权日2006年7月6日
发明者中山易典, 大熊那夫纪, 安部直树, 角野立夫, 青木正 申请人:株式会社日立工业设备技术