污水的生物净化处理方法

专利名称:污水的生物净化处理方法
本发明涉及一种含有有机物以及含氮的杂质的污水的生物净化处理方法，本方法在有在载体上固定的生物量且供空气和(或)纯氧下使反应器中的污水曝气，尔后以澄清装置使净化水和污泥分开，再使至少部分污泥返入反应器中，本方法用小块状和(或)颗粒状的且能在污水中自由活动的数量的颗粒作为微生物的载体带入到反应器中。
这样的一种方法已由欧洲专利-B第15298号公开。该方法系引导污水通过反应器，容器的构成系具有循环装置的充分搅拌的活化容器或者构成流态床反应器或悬浮床反应器。为了达到特别高负荷污水的高的净化值，在反应器中配置一定数量的合成有机聚合物载体粒子。此外，至少同时使来自澄清中的活化污泥返入反应器中，除了由载体粒子固定的生物量之外，游离的活化污泥也保持在反应器中。载体粒子为微生物的定居提供一个大的表面，基于载体粒子的大孔隙迫使微生物分散生长。由此得出一个比常规活化污泥絮状体时大得多的传质量。微生物固定地定居在颗粒的孔隙中，因此可以容易地在反应器中保留。对此，在很高的污水负荷情况下，也可以达到极好的五天生物化学耗氧量(BSB5)的降低。单个载体粒子的所述大小(直径为5到10毫米、比重为10到220公斤/米3、敝开的大孔隙为0.1到3毫米)可以导致细菌稳定地定居并能保证氧气供给和把物质送入每一粒子的内部。故而，采用公知的方法以确信的方式达到负载BSB5的污水的经济净化。当然，采用公知的方法只能少量降解含氮化合物。
联邦德国公开书第3131989号公开了一种方法，该方法不仅可使BSB5降低，而且可使硝化。至此，使污水依次通过多个处理区并在有活化污泥存在曝气。在这些或者第一处理区中以公知的方式达到含碳化合物降解，而且到目前为止，还只能载负极少的流出的污水一活化污泥混合物。于是在这些或者最后处理区中在有在载体上固定硝化菌下进行硝化。在以后的澄清处理中净化水与污泥分开且排出。污泥部分地返到第一处理区(C-降解)，一部分作为剩余污泥。所说的公知方法还能够使从硝化区流出的污水-活化污泥混合物的一部分在澄清之前返入第一处理区(C-降解)，以便进行污水的脱硝化物处理。这样，为了使含氮化合物尽可能地被降解，一方面要使活化污泥从澄清区中返回，另一方面要使从硝化区来的污水一活化污泥回到BSB5降低区，这些均需消耗很多能量。此外，这种已有技术还达不到完全脱硝。
另外，一种碳和氮同时降解的活化方法已由“gwf 124(1983)，Heft 9，410页至427页”公开。这篇文章揭示了硝化和脱硝一步法处理的可能性，并且讨论了污泥老化、碳呼吸(Kohlenstoffatmung及污泥负荷对硝化或脱硝的关系。该文作者得出以下结果最佳的硝化在BSB5体积负载达到0.5kg/m3·d时。脱硝应该同时进行，这样容器体积增大大约30%，而氮的完全分离在BSB5体积负载为0.3kg/m3·d时达到。同时硝化和脱硝的TKN体积负载[TKN＝凯氏氮(Kjeldahl-Stickstoff)]总计为BSB5体积负载的大约1/4，因此为大约0.07kg/m3·d(用于硝化大约0.1kg/m3·d的TKN体积负载)。该文进一步推测，硝化的主要的和限制性的因素是硝化菌的增加率比较低。为了进行良好的硝化，必须把污泥老化程度定得相应的高。此外，必须以足够的氧供给整个容器体积，通常氧浓度至少定为2mg/l。
与以NH4-氮的氧化的硝化相反，脱硝是使用硝酸盐中的氧作为呼吸，代替使用溶解的氧，亦即通过曝气带入的氧。故而脱硝的条件是在于毋须溶解的氧。因此在小部分溶解的氧下，即这种氧最多为硝化所需的含氧量的1/4时，在硝化活化容器中的脱硝反应依然能完成。文章的作者特别认为，氧化沟中脱硝反应能进行，因为在距离通气口的一定距离中，恰好没有多少溶解的氧。
该作者指出同时脱硝的基本原理在于，在与硝化在一起的不可分的容器中可得到无氧区，在该区中可进行脱硝。这意味着同时脱硝归结于适当的通气控制。由此可见，同时硝化/脱硝的缺点在于容器体积要增大，因为在该体积中要脱硝，这样那里就无溶解的氧，在那里不可能硝化并且脱硝速度也是较慢的。为了使出料物只有小量的含氮值，必须大规模地调节硝化体积/脱硝体积。
本发明的目的旨在提供一种本文开始所述的方法，本方法可以简单而经济的方式不仅获得恒定的较高的碳降解，而且获得恒定的较高的氮降解，并且克服了公知方法的缺点。
本发明的目的是这样实现的，在BSB5体积负载为0.4到2.5kg/m3·d以及TKN体积负载为0.1到0.8kg/m3·d的情况下，在反应器中同时进行BSB5降解、硝化以及脱硝，流体中O2的浓度调节在0.5到4mg/l，载体占反应器体积的15%到35%。
故而，本发明的方法在唯一的活化阶段无论含碳化合物的降解或者含氮化合物降解均同时进行，在活化容器中存在游离的且固定在多孔的可流动的载体粒子上的活性污泥。氮的除去意味着硝化和脱硝并列进行，在活化容器中总是存在着溶解的氧。与公知方法相反，BSB5体积负载正如TKN体积负载一样是高一些。与专业人员中的普通意见相反，出人意外的方式表明，在这种高体积负载和O2的浓度下可达到极好的净化效率。
在活化容器处理之前，当然要使污水先提纯成粗净物，例如可以在格筛或者沉降池中进行。
因此，在粗净物放出之后，使污水在反应器中受到这一类的活性污泥处理，使无论含碳化合物或者含氮化合物都被降解。至此，以有利的方式在反应器中保持不同的曝气区，特别是强的和弱的曝气区。供给活化容器的含有氧的气体种类通常可以为空气和(或)工业氧气，这样，可以把含氧的气体带向反应器的底旁，例如经通常的小气泡状、中气泡状或者大气泡状通气，在弱曝气区中，供氧相应比强曝气区为低。
为此，使在载体粒子上固定的生物量和游离的生物量适当地在所说的强和弱曝气区之间循环。采用这种优先方式在整个设备存在着最终溶解氧时游离的生物量受到抑制，而且使固定的生物量有时某处部分地造成缺氧。本发明的大优点在于强曝气区的O2浓度值为1到4mg/l，弱曝气区的值为0.5到1mg/l。故而，在强曝气区，可优先进行碳降解和硝化，而在弱曝气区也就完成了脱硝过程。所用反应器的制造方法可以考虑公知的制造方法本身。对沿流过的处理容器投入使用有利，其长宽之比至少为3。在这种情况下，优先把强曝气和弱曝气交替地安置在流向中。
此外，在沿流过的处理容器的情况下，以适当的方式使相当于容器容积的20到100%的一部分流量从容器的末端返回起始处。用这种方法指导下可以保证污水完全脱硝。
本发明的方法应用由聚氨基甲酸乙酯一软泡沫、尿素/甲醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、硅聚合物、或其他组成的颗粒作为载体颗粒。由上述两种或两种以上物质组成的颗粒作为载体颗粒。由上述两种或两种以上物质组成的混合物或者由具有敝开气孔且和塑料加工工业中得到的相似的物质组成的颗粒也可以使用。载体的比重的合适范围为10和200kg/m3之间。
根据本发明方法的最佳实施形式，载体粒子的平均直径与平均孔径之比为5∶1到30∶1。本发明的特别的优点是活化容器中也可以使用两种具有不同颗粒直径和孔径的不同种类的载体颗粒子。当根据本发明的方法的另一实施形式使用具有平均的粒子直径与平均孔径之比为5∶1到15∶1的载体粒子和具有平均的粒子直径与平均孔径之比为20∶1到30∶1的载体粒子时，结果表明非常有利。正如已获得的研宄结果那样，具有较小之比，即5∶1到15∶1，特别是10∶1到15∶1的粒子适合于硝化。作为例子引用，具有边长为5到15毫米的立方体形载体颗粒子特别适合于硝化。而且有边长大约为20到40毫米，即直径之比为20∶1到30∶1的立方体却对脱硝特别好。在有些较大的载体粒子的情况下，可以在其内部造成附加的缺氧区，以致于脱硝过程可在内部完成，而在载体颗粒的外面则进行硝化和BSB5降解。由此还可看出，如果仅仅使用一种载体粒子，也就能进行这种生物过程。
本发明的方法的优点在于，它是一种简单的单污泥法，与公知的方法相比容器体积可做得小些，由此可节约投资费用，在循环流动下能够节约能量以及可以达到较高氮的去除率。可以用空气和(或)较纯的氧使活化容器或者容器部分工作。如果体积负载、O2的浓度以及载体粒子按照本发明的参数，则可对已经开工的现有设备重装。
以下，将结合附图所示的实施例对本发明作更详细地叙述。
由全搅拌的活化容器构成的反应器用1表示。如图中影线所示，颗粒9作为微生物载体，其直径大约为25毫米，比重为50kg/m3以及敝开孔隙的直径为1毫米，许多由聚氨基甲酸乙酯一软泡沫组成颗粒可配置在活化容器1中自由流动，其体积相应为活化容器1的体积的25%。
待处理的污水经进入管2引入到活化容器1中，而经处理的污水通过配置在活化容器1的上方的排出管3排出，其中经分离装置4把单个颗粒留下，该分离装置4可以是诸如简单的滤网。活化容器1的排出管3与由沉降容器构成的澄清装置5连接，澄清装置5设有经净化的污水的排放管6，污泥从污泥返回管7用泵，把污泥返入活化容器1中，以及设有剩余污泥的污泥排放管8排放剩余的污泥。
在本实施例中，活化容器1又可分成四个不同的区a、b、c、d。每个区彼此不用分离隔板或者其他东西分隔且各自设有一空气通入装置10a、10b、10c、10d。在这些区中，通过相应的引入空气保持以下的O2的浓度a区0.5到1mg/lb区1到4mg/lc区0.5到1mg/ld区1到4mg/l由通入空气的装置产生的气泡形成足够的气动升力，为了使载有生物量的、比重一般仅仅略高于水的比重的颗粒9保持在悬浮状态和以足够的程度在各自相邻的区内循环。
此外，设有泵的管道11连接在容器的d区旁，污水一活性污泥一载体粒子的混合物经该管返入a区。在污水的输入量为Q时，则污水一活性污泥一载体粒子的混合物的返回量为QR＝1×Q。由澄清器返回的活性污泥量为QRS＝1×Q。
以下列出与按“gwf”的文章的活化装置B和按欧洲专利-B第75298号的活化装置C的通常活化装置B相比的按本发明的方法工作的活化装置A的配置例的计算数据。
ABC污水输入量 Q m3/d 10 000 10 000 10 000BSB5输入量 SOmg/l 220 220 220过滤物质输入量 TSOmg/l 110 110 110TKN输入量 TKNOmg/l 55 55 55活化容器中污泥浓度 TSBkg/m37，0 3，0 7，0活化容器中温度T℃151515硝化容器体积 VNm3- 3 490 -推荐脱硝容器体积 ;VDm3- 2 000 -总体积 (VN+VD) m32 200 5 490 550体积负载量 BRkg/m3d 1，0 0，4 4，0TKN体积负载量 BR-TKN kg/m3d 0，25 0，1 1，0TKN排出量 TKNemg/l 5 5 44NO3-N排出量 NOSNemg/l 6 6 0返回量RS+R%200600100
权利要求
1.一种含有有机物以及含氮杂质的污水的生物净化方法，本方法在有在载体上固定的生物量且供空气和(或)纯氧下使反应器中的污水曝气，尔后以澄清装置使净化水和污泥分开，再使污泥至少部分地返入反应器中，本方法用小块状和(或)颗粒状的且能在污水中自由活动的数量的颗粒作为微生物的载体带入到反应器中，其特征在于在BSB5体积负载为0.4到2.5kg/m3·d和TKN体积负载为0.1到0.8kg/m3·d下，同时在反应器中进行BSB5值的降低、硝化以及脱硝，其中流体中的O2的浓度为0.5到4mg/l，载体占反应器体积的15%到35%。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于反应器中保持着强的和弱的曝气区。
3.根据权利要求
2所述的方法，其特征在于使游离的和固定的生物量在强的和弱的曝气区之间循环。
4.根据权利要求
2或3所述的方法，其特征在于强的曝气区中的O2的浓度定为1到4mg/l，弱的曝气区中的O的浓度定为0.5到1mg/l
5.根据权利要求
2到4中之一项所述的方法，其特征在于沿流向把强的和弱的曝气区交替地安置在沿着流过的活化容器中。
6.根据权利要求
1到5中之一项所述的方法，其特征在于使相当于容器容积的20%到100%的一部分流量从容器的末端返回到流过的开始处理的容器中。
7.根据权利要求
1到6中之一项所述的方法，其特征在于载体粒子的平均直径与平均的孔隙直径之比定为5∶1到30∶1。
8.根据权利要求
1到7中之一项所述的方法，其特征在于使用两种具有不同粒子直径和孔隙直径的不同载体粒子。
9.根据权利要求
8所述的方法，其特征在于使用具有平均粒子直径与平均孔隙直径之比为5∶1到15∶1的载体粒子和具有平均粒子直径与平均孔隙直径为20∶1到30∶1的载体粒子。
专利摘要
本发明叙述了一种含有有机物及含氮杂质的污水的生物净化方法。在有在载体上固定的生物量且有空气和(或)纯氧存在下使反应器中的污水曝气，尔后以澄清装置使净化水和污泥分开。污泥至少部分地返入反应器中。反应器中放入用小块状和(或)粒状且以在污水中可自由流动的数量的颗粒作微生物的载体。为了使无论碳或者氮达到高的降解，建议在本文规定的BSB
文档编号C02F3/12GK87100172SQ87100172
公开日1987年8月12日 申请日期1987年1月12日
发明者雷曼·汉斯, 富克斯·乌韦 申请人:琳德股份公司