专利名称：采用生物固定膜系统处理废水的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物处理废水的方法和设备，特别涉及一种采用生物固定膜系统处理含有高浓度有机物质的废水的方法和装置。
已广泛用来防止有机物质的积累而造成水污染的典型的废水生物处理技术包括活性污泥法。人们已作过多次努力试图通过改进该活性污泥法来提高处理能力。然而由于曝气池中生长的微生物浓度有限，故对于上述方法只能进行很小的改进。也就是说，虽然曝气池中的微生物浓度越高，通过该微生物降解的曝气池中含有的有机物质的量越大，但是由于曝气程度有限，故微生物浓度的增加会受到限制。一般在活性污泥处理法所采用的曝气池中微生物的浓度不超过5g/1。
特别是，由于由石化工厂产生的含有对苯二甲酸废水含有浓度相当高的有机物质和重金属，如锰、钴、Br或钠，该重金属对微生物是有毒的，从而降低处理的效率，这样采用生物法对含有对苯二甲酸的废水进行处理是很困难的。另外，大量的废弃的对苯二甲酸沉淀于废水池中会形成过量的污泥，这样会减少废水池的有效体积，并需要配备长期使用的曝气消化系统。维持上述系统运行需要很高的费用并要求占用很大的场地。
于是就需要研制一种新的方法和设备，以便在使用较低的费用和占用较小的空间的条件下对由如石化工厂排出的含有重金属和高浓度的有机物质的废水进行处理。针对上述需要而提出的一种解决方案是采用生物固定膜系统，该系统可在比传统活性污泥法中的有机物质浓度更高的有机物质中运行，并且可以耐受含有有毒性物质以及脂族和芳香族烃的高浓度有机废水。
与传统的活化污泥处理法相比，生物固定膜处理法的优点在于该方法对于处理含有芳香化合物和非生物降解物质的高浓度有机废水的效率更高，并且更容易对其系统进行控制。
与活性污泥处理法不同，固定膜生物处理法即使丝状菌积累在介质上也不会发生污泥堆积现象，因为不需要将污泥再循环。另外上述固定膜生物处理方法的优点还在于因为固体停留时间(SRT)较长，故污泥生成速度降低，并且它的建造及运行费用较低。此外，通过将反应器中微生物的浓度维持在8～40g/l的范围内，其处理设备由于无需最终处理池而可大大减少。
然而，上述固定膜处理系统也存在以下问题介质易被堵塞；当增加介质的特定表面积以附着更多的微生物时，介质的孔隙率会减小，随着所附着的微生物量的增长，该介质中的孔隙更易发生堵塞。另外也没有将微生物与介质分开的实用方法，而这一点很可能是固定膜生物处理法不能广泛用于工业废水处理的最为直接的原因。
固定膜好氧和厌氧处理方法通常分为三类滴滤池系统，旋转生物盘接触系统和浸没(淹没)式接触器。在前二个系统中，介质表面所附着的微生物与液体和气体交替相接触。在最后一种浸没式固定膜系统中，微生物浸没于废水中，而空气则单独供应。通过混合旋转器可使待处理的废水在反应器中上下运动以便供应和传递空气或氧气。
下面对涉及生物降解废水的浸没式固定膜系统的有代表性的专利进行说明。
US4,818,404号专利公开了一种设备，该设备包括一个外壳，该外壳包括多个相互独立的竖直腔室，每个腔室在顶部和底部都开有开口，每个腔室都填充有高表面积的填料，并在一中心竖直腔室周围环状放置。上述中心竖直腔室在顶部和底部开有开口，但其内无填料，它包括可使位于其内的流体和气体向下流动的泵送部件。上述设备可在好氧和厌氧条件下运行。
US4,443,337号专利公开了一种生物净化废水的方法，该方法基本上不生成过量的污泥。在上述方法中，含有可生物降解物质的废水在一个生物固定膜反应器进行处理，而从反应器排出的含水污泥在生物处理过的废水分离后进行好氧消化，之后将消化后的含水污泥回流到反应器中。
然而，上述专利所公开的反应器要装设供给和传递氧气的搅拌机、曝气器或泵送装置。在此情况下，废水的流动会产生剪切力，该力可将微生物与介质分离，这样被分离的微生物会悬浮起来。因此需要设置单独的浮动装置。另外上述方法不适合处理含有高浓度(高于CODcr 1500ppm)的少量可溶物质的化工厂废水。
另外上述生物固定膜方法还会产生过量的污泥，按重量百分比计算该污泥量为从废水中所除去的BOD物质量的30～50％，该比值低于活性污泥方法中的相应比值(按重量百分比计算为从废水中所除去的BOD物质量的40～80％)。因此当需要处理大量废水时，就需要设置附属装置和增加费用以便对该过量污泥进行处理。
此外，上述专利并没有提供一种将过量微生物与介质分开的具体或特定方法。
在上述情况下，本发明人做了大量的研究以便克服已有技术中存在的问题并提供一种方法和设备，该方法和设备可在不堵塞介质中的孔隙的条件下，对含有高浓度有机物质和重金属的废水进行处理，上述方法和设备可方便地将过量的微生物与介质分开，并且无需单独的沉淀池。
本发明的目的在于提供一种方法和设备，该方法和设备可在不堵塞介质中的孔隙的条件下，对含有高浓度有机物质和重金属的废水进行处理，该方法和设备可方便地将过量的微生物与介质分离开。
本发明的另一目的在于提供一种对含有高浓度有机物质和重金属的废水进行生物处理的方法，它包括以下步骤a、将废水引入生物固定膜(介质)反应器中，该反应器的顶部开有开口，其底部为锥形；b、采用一个位于反应器下部中的介质下面设置的扩散器将所引入的废水由底部至顶部分散开，以便使该废水与微生物在反应器中相接触；c、将经过生物处理的水通过位于反应器上部侧边的出口排出；d、通过设在反应器底部的阀，将在反应器底部所生成的污泥排放掉；e、通过位于反应器下部的膜下面的喷嘴向上喷射压力水或空气，从而将过量的微生物与介质分离开f、采用一消化器对在步骤d中从反应器排出的污泥进行消化处理。
本发明的另一目的在于提供一种对含有高浓度有机物质和重金属的废水进行生物处理的设备，它包括a、多个反应器1，它带有进口6或出口22，该进口或出口位于反应器的上部，在位于反应器底部有一污泥排放管5，该反应器在其顶部开有开口，其底部为锥形，反应器在顶部设有流体相互连通的通道；b、多个相互平行并相互隔开的介质体2，其上附着着微生物，它沿竖直方向设置在反应器1中；c、一个用于将所引入的废水引导到反应器底部并与反应器的壁共同形成一流入体通道8的挡板19；d、将废水向上分散开的扩散器3，它位于介质体2的下方；e、用于向上喷射压力水或空气，以便将过量的微生物与介质2分离开的喷嘴4；f、一个消化器7，在该消化器中，对从污泥排放管5排出的污泥进行消化处理，该消化器位于反应器的外侧。
本发明的其它目的和应用对该领域普通技术人员来说，可以很容易地从下面的本发明的详细描述中得出。
图1为本发明所使用的方法和设备的截面流程示意图；图2为反应器的截面图，该反应器的下部被剖开；图3为本发明设备的顶视图和其内的污水流动情况。
为了了解本发明的优选的方法和设备，可以参照图1～3。上述图表示本发明的系统包括两个相连的反应器。
两个反应器1和10顶部开口，其底部为锥形，它们在顶部相互有流体流通，第一反应器1带有引入废水的进口6，第二反应器10设有将生物处理过的水排出的出口22，上述进口和出口位于反应器的上部侧边，第一反应器1在靠近进口6处有一挡板19，从而在该挡板19和带有进口6的反应器壁之间形成一流体通道8。通过上述方式，引入的废水通过通道8向下流动到反应器的底部，之后扩散器3将该废水向上分散开，上述扩散器3将在本发明书后面部分加以描述。
污泥排放管5设置在靠近反应器1底部的位置上，它可用来定期将污泥从反应器中排放掉。
多个相互平行的并相互隔开的介质2沿竖直方向设置在反应器1内，介质(2)上附着着微生物，固定于反应器1中的介质体(膜)2的种类和数量对本发明来说不受限制，它可以从与本发明目的相同的已有技术中所常用的种类和数量中加以选择，另外介质体2上所附着的微生物属于公知技术，该领域普通技术人员可毫无困难地对其加以选择。第一反应器1中介质体2上所附着的微生物的种类可以与第二反应器10介质体20上所附着的微生物的种类相同或不同，设于反应器1、10中的介质体2、20的体积占反应器总体积的10～50％。
将通过进水通道8引入的废水向上分布开的扩散器3位于介质体2的下方，一旦扩散器3将废水强行分散开，该废水便会在介质体2之间自然循环，从而形成涡流并与微生物相接触，进而有机物质和重金属通过微生物而得到降解，通过采用扩散器3将引入的废水向上分布开，该方式为本发明的特征，含有高浓度的有机物质和重金属的废水便得到有效的处理，另外可防止介质体2中发生芽孢堵塞现象，并且无需空气供给装置。
经过处理的废水流向第二反应器10，该反应器10与第一反应器1相连接，并且在顶部与第一反应器相互连通，第二反应器10的结构基本与第一反应器1的结构相同，比如挡板19’位于与第一反应器1相连的部分附近，从而与第一反应器(1)中的情况相同，在阻挡板19’和与第一反应器1相连的反应器壁之间形成流入通道80。
经过第一反应器1处理过的废水在第二反应器10中按相同步骤再次进行处理，处理完毕的水通过出口22排出，第二反应器10在其不与第一反应器1相接触的壁的上部侧边设有附加凸起壁，以形成如图1所示的出口22′，这样经过第二反应器处理的废水流向出口通道22 ′，并通过出口22′从第二反应器10中排出，当排出的水被完全净化时，它便可从整个系统中排出，与此相反，当处理过的水仍含有悬浮固体时，要将其通过回流管14送至消化器7，以便对其进行消化处理。
在上述系统运行过程中，微生物会在介质体2、20上生长，如果微生物膜加厚，则由于废水循环而形成的剪切力的作用，上述微生物会从介质体上脱落，该脱落的微生物会沉淀在反应器锥形底部，并通过污泥排放管5、50定期从反应器排走，上述排放管5、50可用开关控制其开和关，由于微生物的生长，该微生物膜的变厚是不可避免的，当微生物膜过厚而不能对废水产生有效的氧化作用时，该过量的微生物便要通过人工的方式使其与介质体分离开，这一点将在本说明书后面加以描述。
反应器1、10还设有喷嘴4、40，该喷嘴可用来向上喷射压力水和空气，从而将过量的微生物与介质体2、20分离开，喷嘴4、40位于扩散器3、30的下方，用半喷射高压水或空气以便将过量的微生物分开，上述步骤称为“反冲洗”，该步骤应定期进行，比如，每间隔2～24个月进行一次，当进行上述反冲洗时，从出口22排放的排出物的悬浮固体量很大，上述含有大量微生物的排出物，再通过回流循环管线14送至消化器7。
在进行完上述反冲洗步骤后，悬浮固体便会沉淀在反应器的锥形底部，之后可通过污泥排放管5、50将其从反应器中排走，上述排出的悬浮固体，即微生物，也要送至消化器7，在该消化器7中，上述过量的微生物被好氧或非好氧消化，上述消化器7位于反应器的外侧，本发明没有限定过量污泥进行消化的方法和设备，上述方法和设备可由本技术领域的普通专业人员参照US4,443,337号专利中所描述的方法和设备加以选择。
经过消化器7消化处理的污泥通过污泥排放出口100排出，或通过进口6回流到系统中，那里不会产生过量的污泥。由于进行反冲洗步骤要有很长的时间间隔，故不会产生过量污泥，然而在下述情况下，即系统长时间运行或引入毒性物质时会使反应器发生故障，则可通过污泥排放口100将过量污泥从系统中排出，从而使该系统又恢复正常。
根据本发明，多个反应器1、10相互连接在一起，并且按前面所描述的方式在其顶部相互有流体连通通道。在第一反应器1中处理过的废水流到第二反应器10的流体进口通道80中，在第一反应器1中约有70～80％的有机物质和重金属被生物去除，而其余物质基本在第二反应器10中得到完全去除。
虽然图1～3表示了采用两个反应器的本发明的实施例，但是也可使用3个或更多的反应器，这些反应器相互连接，并且可以在顶部相互有流体入口流通。
本发明方法和设备所要处理的废水。特别是工业废水中所含有的难于降解的物质的浓度很高，该浓度具体可以为1000～20000ppm，该废水可在0.5～10kgCOD/m3D的体积负荷速度下进行处理。
现在通过下面非限定性的实施例对本发明作详细描述。
实施例1装备一个如图1所示的生物固定膜系统每个5升的反应器中沿竖向相互平行地设置网式介质体，该介质体的表面积为400m2/m3。在表1所示的不同的体积负荷速度的条件下，分别将4种化学工业废水通过进口6引入第一反应器，上述废水的CODcr浓度分别为700、880、1380、3350mg/l，水力停留时间(HRT)为0.51天。将经过第一反应器处理过的废水送入第二反应器，并按与第一反应器中的方式相同的方式对其进行处理，对处理过的水的SCODcr和TSS进行测定，其结果列于表1中。
表1
从表1所列结果可以看出，采用本发明设备的本发明方法在体积负荷速度为1.40～6.62kgCOD/m3·D的条件下，其去除效率为93～79％，上述体积负荷速度值高于传统活性污泥处理方法的相应值(1.0kgCOD/m3·D)。因此可以证明本发明方法可以菲常有效地对工业废水进行处理，以产生符合环境要求的水。
实施例2为了检验有效停留时间的效果，本实施例2中采用了与实施例1相同的设备进行与实施例1相同的方法，除了在本实施例中废水的COD浓度，水力停留时间和体积负荷速度有所改变，其数值列于表2中。其结果列于表2中。
表2
从表2可以看出，在高这6.62kgCOD/m3·D的体积负荷速度以及0.51天较短的水力停留时间条件下，本发明方法和设备的去除效率高这93.6％。另外，在高达3.90COD/m3·D的体积负荷速度和1.36天的较短的水力停留时间条件下，本发明方法和设备去除效率高达96.3％。
实施例3为了检验反应器有效的停留时间，本实施例中采用了与实例1中相同的设备而进行与实例1中相同的方法，除了在本实例中由对苯二甲酸生产工厂所排出的废水的COD浓度及体积负荷速度有所改变，其数值列于表3中。
反应器的有效停留时间，即反应器在运行过程所用时间的有效体积，它按下述公式计算
最终有效体积通过测定运行完毕之后，介质体上所附着的微生物的最大数值来确定。其结果列于表3中。
表3
如表3所示，完成运行所需时间值低于原设计值，因为所附着的微生物的增长量使反应器的相对有效体积减少。因此，停留时间会随有机物质量而发生很大变化。
然而，上述实施例的结果表明，本发明提供了一种高效稳定的处理系统，其停留时间少于传统活性污泥处理法的相应值，这是因为其有效停留时间值在1.5～6天的时间的范围内是很小的。
实施例4为了检验微生物的增长情况，在本实例中采用了与实例3中相同的设备而进行与实例3中相同的方法。除了在本实例中当处理过的水中的悬浮固体迅速增加时要停止操作。在此时，对介质体表面积，所附着的和悬浮的微生物的量以及生物的增长量进行测定。其结果列于表4中。
如表4所示，随着TPA废水体积负荷速度的增加，以及微生物膜的厚度在2.0～2.4mm范围内的不断增加，微生物的增长量会减少。所附着的微生物量与悬浮微生物量的平均比值为87∶13，该比值随负荷比值的增加而增加。
表4
微生物的浓度为11000～20000mg/l，该值比活性污泥处理法中的相应值高出3～5倍，从而证实了前述实例中高效率的结果。
本发明的特征在于它采用扩散器3将废水向上方分布开，将在反应器锥形底部所收集的污泥通过污泥排放管5、50排放掉，定期进行反冲洗以去除过量的微生物，这样就可保证对高浓度的有机废水进行有效的处理。
权利要求
1.一种含有高浓度有机物质和重金属废水的生物处理方法，包括以下步骤a.将废水引入生物固定膜(介质)反应器中，该反应器的顶部开有开口，其底顶为锥形；b.采用一个位于反应器下部中的介质下面设置的扩散器将所引入的废水由底部至顶部分散开，以便使该废水与微生物在反应器中相接触；c.将经过生物处理的水通过位于反应器上部侧边的出口排出；d.通过设在反应器底部的阀，将在反应器底部生成的污泥排放掉；e.通过位于反应器下部的膜下面的喷嘴向上喷射压力水或空气，从而将过量的微生物与介质分离开f.采用一消化器对在步骤d中从反应器中排出的污泥进行消化处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于废水中含有浓度高达1000～20000ppm的难于降解的物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于上述难于降解的物质为对苯二甲酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在体积负荷速度为0.5一10kgCOD/m3·D的条件下对废水进行处理。
5.一种含有高浓度有机物质和重金属废水的生物处理设备，它包括a.多个反应器(1)，它带有进口(6)或出口(22)，该进出口位于反应器的上部，在位于反应器底部有一污泥排放管(5)，该反应器在其顶部开有开口，其底部为锥形，反应器在顶部设有流体相互流通的通道；b.多个相互平行并相互隔开的介质体(2)，其上附着有微生物，它沿竖直方向设置在反应器(1)中；c.一个用于将所引入的废水引导到反应器底部并与反应器的壁共同形成一流入体通道(8)的挡板(19)；d.将废水向上分散开的扩散器(3)，它位于介质体(2)的下方；e.用于向上喷射压力水或空气，以便将过量的微生物与介质(2)分离开的喷嘴4；f.一个消化器(7)，在该消化器中，对从污泥排放管(5)排出的污泥进行消化处理，该消化器位于反应器的外侧。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于在反应器(1)中设置的介质体(2)的量占反应器体积的10～50％。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于采用一组二个或多个反应器，它们相互在其顶部有流体流通通道。
全文摘要
本申请公开了一种采用生物固定膜系统对废水进行处理的方法和设备，本发明方法包括以下步骤将废水引入生物固定膜(介质)的反应器中，该反应器顶部开有开口，其底部为锥形；采用一个位于反应器下部中的介质体下方设置的扩散器将所引入的废水从底部至上部分散开，使废水与微生物在反应器中相接触；将经过生物处理的水通过位于反应器上部侧边的出口排放掉；将在反应器底部所形成的污泥通过位于反应器底部的阀排放掉；通过位于反应器下部的膜下方设置的喷嘴向上喷射压力水或空气，将过量的微生物与介质体分离开；采用一个化器对在步骤d中的从反应器排出的污泥进行消化处理。
文档编号C02F3/00GK1122311SQ94119650
公开日1996年5月15日 申请日期1994年10月31日 优先权日1994年10月31日
发明者朴泰朱, 金昌元, 张奉权, 卞道炫 申请人:三星石油化工株式会社