专利名称：用生物学反应处理下水、废水的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及用生物学反应处理下水、废水的装置及其方法，特别是涉及将根据微生物的有机物氧化槽的曝气槽、为除氮和磷的无氧和厌氧槽以及使微生物沉淀的沉淀槽的功能集中在一个双层圆筒形的处理槽中而进行用生物学反应处理下水、废水的装置及其方法。
通常，现在广泛普及使用的下水、废水的生物学的处理装置具有作为有机物氧化槽的曝气槽、将在上述曝气槽内成长的微生物沉淀的沉淀槽，以使有机物氧化而除去。除了去除有机物外、还有除氮和磷的装置，与上述曝气槽分别以横向流式设置的脱氮槽与厌氧槽，以便经过时除去废水中所含氮和磷的过程。但存在这样的问题由于这种历来所用的生物学处理装置是横向流式地设置，因此，所需地基面积大；而且，由于上述曝气槽和沉淀槽的建筑物是用水泥施工的，因此，所需施工费用高。
另一方面，作为向上述曝气槽供给空气的方法，历来都是在上述曝气槽底部安装一种空气扩散管，它有陶瓷、布、结合树脂的多孔板和管以产生气泡，以便较大地产生水珠，用这样的方法来输送氧气。但是，当将上述曝气槽中微生物浓度提高到高浓度时，由于这种历来所用的氧气输送方式使微生物的氧消耗速度比空气供给速度快，因此，出现溶于水中氧气不足的现象。因此，在处理高浓度有机性废水时，由于受氧输送率的限制，产生微生物的浓度不能高于4,000mg/l的问题。
还有，由于二次沉淀槽与曝气槽分开设置，为了将沉淀的淤泥转移到曝气槽，必须另外设置输送泵。再者，为了防止被沉淀的淤泥在输送的淤泥管内堵塞而设有刮板(scraper)，这种涉及刮板和输送泵的机械和电气装置具有极为复杂的结构。
另一方面，因历来为除有机物所用的活性淤泥(sludge)方法中仅设置作为有机物氧化槽的曝气槽，但为了除去有机物以外的氮和磷的埃兹奥方法(A2/O厌氧-无氧需氧)和巴登坡方法(Bardenpho厌氧-无氧-需氧-无氧-需氧)中，除曝气槽外，另外补设为除氮的无氧状态的脱氮槽(Denitrification fank)以及为释放磷的厌氧槽(Anaerobic tank)。这时，在上述脱氮槽中为了除去从曝气槽产生的氮氧性氮，还必须设置用于将曝气槽淤泥液流向脱氮槽输送的、能具有2～6倍流入流量的速度的内部循环泵，并在如厌氧槽和脱氮槽的各反应槽中设置用于均匀混合淤泥混合液的搅拌器，当在去掉有机物的工序之外，再补充实施除磷和除氮工序时，与历来所用活性淤泥方法相比，其操作工序的结构和机械设施更为复杂。
如上所述，历来所用生物学处理装置以横向流式设置，除曝气槽外，还有为除氮的无氧条件下的脱氮槽和为使磷释放所用的厌氧性槽、以及沉淀池等都分开设置，因此不仅所需地基面积大，而且在各反应槽中均需设置搅拌装置、输送泵、刮板等，为向各工序输送淤泥的泵，因此，存在机械装置复杂、而且设备费用多的问题。
另一方面，在有机物处理中、作为历来空气供给方法，在处理高浓度有机性废水时，微生物的氧消耗速度比空气供给速度快，因而具有因氧气传递率有限，而难以维持高的微生物浓度。
有鉴于这种存在的问题，本发明的目的是提供用生物学反应处理下水、废水的装置及其方法。其中，作为空气供给方法使用如微量过滤膜(microfiltration，微孔大小为0.1～100μm)和超过滤膜(ultrailltration，微孔大小为1.5～10μm)那样的薄膜取代历来所用空气扩散管，使产生溶解性氧或极超微细气泡，以提高微生物和空气的接触效率，结果，由于氧气传递率增加，使得微生物浓度可维持在10,000mg/l以上并使反应槽的容量可大幅度减少。
本发明另一目的是提供用生物学反应处理下水、废水的装置及其方法，在圆形或正四角形的筒内设置双层的生物反应槽，因此，在供给空气的区域空间内构成需氧性条件；在非供给空气的区域空间内构成无氧和厌氧性条件，在一个反应槽内不仅构成除去有机物、而且也构成除磷和氮的环境。
本发明还提供以下的生物学反应处理下水、废水装置及其方法，由于将反应槽构成垂直形式的双层隔开状；为释放厌氧槽中的磷和除氮而向曝气槽供给的空气的推进力，使曝气槽的淤泥混合液可以向形成无氧和厌氧性条件的槽进行转移，这与历来所用的磷、氮反应设施相比，本发明的处理设施简单。
为解决上述任务，本发明的生物学反应处理下水、废水的装置包括用于使空气成分与活性淤泥的混合液相接触的曝气槽；使装置具有预定大小的输送推进力、又形成气泡，以使流入上述曝气槽内部的流入水和曝气槽淤泥混合液进行接触并输送的气泡提供装置；包覆于上述曝气槽的外部，容纳向曝气槽外部溢流的流入水和曝气槽淤泥混合液，通过生物反应同时完成除氮和释放磷的无氧和厌氧槽；包覆于上述无氧和厌氧槽的外部，容纳在上述曝气槽和无氧和厌氧槽循环并流出而沉淀淤泥的沉淀槽。
本发明用生物学反应处理下水、废水的方法有以下步骤通过筛子而除去杂物的下水、废水的流入水流入曝气槽的第一步骤；通过安装于上述曝气槽的空气扩散管而喷出的空气成分与流入水接触而形成微细气泡的第二步骤；使向上述曝气槽流入的流入水和曝气槽淤泥溢流并输送到上述无氧和厌氧槽中的第三步骤；将流入上述无氧和厌氧槽的流入水作为碳源，以去除氮氧性氮浓度高的淤泥混合液的氮并释放淤泥中的磷的第四步骤；从上述无氧和厌氧槽流出的淤泥和沉淀池淤泥再流入曝气槽，以使未除去的有机物和氮成分氧化，并过量吸收磷的第五步骤；完成第五步骤后，在曝气槽所生成的淤泥和从外部流入的流入水混合并进行再循环的第六步骤；完成第六步骤后，在沉淀池内使微生物固液分离，沉淀淤泥而处理水通过溢流口而排放的第七步骤。
以下参照附
图1说明本发明的有关实施例。
附图1是本发明用生物学反应处理下水、废水装置的一个实施例结构示意图。
图中符号的说明如下1流入水 2曝气槽3无氧和厌氧槽4沉淀槽5空气扩散管 6溢流口7混合导向板 8水中搅拌泵9第一支撑件 11鼓风机12处理水 13淤泥防浮网14第二支撑件 15反应槽的盖本发明用生物学反应处理下水、废水的装置及方法示于图1。它具有用于将含有通过筛子(图中未示)而除去夹杂物的下水、废水的流入水1和在活性淤泥(sludge)的混合液中的空气成分相接触的内部空间的曝气槽2。在上述曝气槽2的下部设有空气扩散管5，以使从其上部流入的水和淤泥混合液与空气成分相接触，从空气扩散管5喷出空气并形成微细气泡。在上述空气扩散管5连接有提供外部空气的鼓风机11或压缩机。这时，由于从上述空气扩散管5喷出的空气的推进力，使流入水和淤泥混合液向曝气槽2的外部溢流。
在本发明优选实施例中，如果在上述曝气槽2中流入粪尿和畜牧废水等情况下，必须将微生物的浓度维持在高浓度，这时，使用微量过滤膜和超过滤膜那样的薄膜代替扩散管5，在使用薄膜代替上述空气扩散管5时淤泥的输送推进力仍然不足的情况下，在上述曝气槽2的内部上侧要安装水中搅拌泵8的结构，以提供混合和输送淤泥所需的推进力。
在上述曝气槽2的外部形成比其直径大的所规定直径的无氧和厌氧槽3，因从上述空气扩散管喷出的空气的输送推进力而使向曝气槽外部溢流的流入水和其氮氧性氮浓度高的曝气槽淤泥混合液进行生物反应，进行除氮和释放磷。在上述无氧和厌氧槽3的里面以锯齿形式设置的多个混合导向板7，该混合导向板7使在曝气槽2溢流的淤泥混合液和流入的下水、废水顺利地混合。
如上所述，上述曝气槽2和无氧和厌氧槽3由直立的双层圆柱体构成，其上、下部形成开放的结构，上述曝气槽2和无氧和厌氧槽3通过第一支撑件9支撑而保持其间的间隔。在本实施例中，可见到将上述双层圆柱体形成筒状的结构，但也不限于此，当然也可形成椭圆、四角、六角等那样的多角形壳体。再有，在上述无氧和厌氧槽3的外部设有沉淀槽4，沉淀槽4是容纳循环于上述曝气槽2和无氧和厌氧槽3的淤泥沉淀，在上述沉淀槽4的内部空间设有第二支撑件14，该第二支撑件14支撑保持无氧和厌氧槽3于一定间隔的状态，并使其定位。
再者，在本实施例中，上述曝气槽2、无氧和厌氧槽3、沉淀槽4的下部形成具有以1/10～1/20角度向内侧倾斜形状的结构，使通过上述无氧和厌氧槽而流出的淤泥和沉淀池淤泥凭借由提供空气所产生的推进力而顺利地流入曝气槽2内。
另一方面，在上述沉淀槽4的内部中间设有淤泥防浮网13，用于防止沉淀池淤泥由于氮气和空气泡所致的比表面积(Specific Surface Area)增大而上浮，在上述沉淀槽4的上部的外周面上安装有溢流口(weir)6，用来收容通过沉淀槽4上部而溢流的处理水并向外部排放，在沉淀槽4的上部设有防止雨水等流入用的开闭式盖15。
现将上述所构成的本发明作用状态说明如下。
首先，当通过上述筛子除去杂物的流入水1流入曝气槽2的上部时，上述流入水1和凭借从空气扩散管所排出的空气的推进力而转移到上部的曝气槽的淤泥一起被均匀分散并流入无氧和厌氧槽3。结果，上述流入水1在以需氧性条件下被氧化之前，作为在无氧槽3的除氮和厌氧槽3的磷释放所需的磷源使用。
在上述无氧和厌氧槽3的上部与中间部分之间，流入水和曝气槽淤泥混合液碰撞锯齿形的混合导向板而完全混合，在这情况下，形成因微生物耗尽氧的无氧状态，以流入水的有机物作为碳源，产生将曝气槽淤泥混合液中所含氮氧性氮还原为氮气并除去的反应。然后，在上述无氧和厌氧槽3的中间部分和下部，由于溶解氧和氮氧性氮的耗尽而形成厌氧性条件，使由除氮反应所需后所剩余的、流入水1的有机物作为碳源而释放细胞内的磷。以流入流量作为基准，在无氧和厌氧槽3内的滞留时间约为1小时。
从上述无氧和厌氧槽流出的淤泥和沉淀池淤泥凭借由供给空气所产生的推进力而流入曝气槽2。这时，执行上述沉淀池任务的沉淀槽4的下底部、曝气槽2、无氧和厌氧槽3的内侧皆以1/10～1/20的角度倾斜，因此，沉淀淤泥和输送淤泥凭借从曝气槽来的、由供给空气所致的推进力而向曝气槽2顺利地移动。
经过上述过程后，在上述曝气槽2中将在无氧和厌氧槽中未被除去的有机物进行氧化以及在流入水中所含氮成分进行氧化，并在厌氧槽中过量地吸收未被释放的磷和流入水中所含的磷。曝气槽淤泥再度凭借因供给空气所致的推进力而与流入水1混合，再向无氧和厌氧槽3流入，这种循环程序继续反复地进行，通过吸收有机物而成长的微生物间歇地将沉淀池底的淤泥除去。
在这里，在上述曝气槽2中的水文学的滞留时间保持4～8小时，F/M比(Food/Microorganism)保持在约0.1kg BOD/kg MLSS·d。
再者，如向上述曝气槽2内流入的流入水是粪尿和畜牧废水那种高浓度有机物的情况下，必须将微生物的浓度保持在高浓度。这时，使用上述薄膜，供应充分的溶解氧，使微生物浓度维持在高浓度；当仅用上述薄膜而淤泥的输送推进力仍不足时，则可由水中搅拌泵8获得淤泥的混合和输送中所必须的推进力。反之，当微生物浓度为4,000mg/l以下时，则使用历来的空气扩散管来获得氧供给和淤泥输送所需的推进力。
经过上述曝气槽2和无氧和厌氧槽3的微生物在沉淀池4中的滞留时间为2～3小时，在该时间内分离为固态物和处理水，已沉淀淤泥的处理水12向上部移动，经过沉淀槽4而溢流后，从溢流口6排放。
以下，通过适用于本发明的实验例与历来所用装置进行比较。
比较实施例1在本实验中，使空气流入速度设定在30ml/min，使用陶瓷盘空气扩散管的一般空气扩散装置以及孔径大小(pore size)为0.2μm的聚砜(polysulphone)材料的中空纤维薄膜空气扩散装置两种对因微生物浓度(MLSS)所致溶解氧的浓度进行比较。从表1可知，在用一般空气扩散管时微生物浓度在6,000ml/l以上时，作为生物学处理设施曝气槽的适当溶解氧浓度减少到2.5mg/l以下；而当使用微量过滤膜和超过滤膜时，则保持在2.5mg/l以上，由于薄膜空气扩散装置的氧传递速度很高，所以可使微生物保持在高浓度。
表1用微生物浓度引起的溶解氧的浓度比较<
比较实施例2为了对本发明方法和设计为横流式的历来方法两者就有机物和氮、磷除去效率进行比较，进行了标准活性淤泥(sludge)方法和埃兹奥(A2/O厌氧槽-无氧槽-需氧槽)方法。
作为流入水而使用的是有机物和氮、磷浓度很高的畜牧废水、各工序的处理流量是500l/d，在用同样的流入水情况下，三个方法并列运转。表2是各方法的运转条件，标准活性淤泥(sludge)法和埃兹奥法的微生物浓度约为4,000mg/l；而本发明方法中，作为空气扩散方式使用孔径大小为0.2μm的聚砜材料的中空纤维薄膜(Hollow Fiber Membrane)，将微生物浓度保持在8,000～10,000mg/l。
表2运转条件
表3列出了将经过约6个月运转的资料以平均值表示，与标准活性淤泥(sludge)法相比，则除曝气槽外还设有厌氧槽及脱氮槽工序的埃兹奥法，其无机物和氮、磷的除去率优良；而与埃兹奥法相比，则使微生物维持在高浓度的本发明方法的有机物和磷、氮的除去率更优秀。
表3列示标准活性淤泥、埃兹奥和本发明方法的运转结果比较。
表4列出标准活性淤泥、埃兹奥和本发明方法的SVI、淤泥的含磷量比较。
表3标准活性淤泥法
埃兹奥法<
本发明方法
表4<
再者，表4列出了各方法的沉降性指数和曝气槽淤泥的磷含量，因此，表4表明曝气槽淤泥的磷含量以本发明方法为最高；其淤泥沉降指数也最优秀。
以上所说明的本发明并不受上述实施例及附图的限制，凡在不脱离本发明技术精神范围内的各种置换、变形和变更都是可能的，这对本发明技术领域内具有通常知识者都将是很清楚的。
如上所述，曝气槽淤泥内的磷含量在历来仅设定需氧性条件的方法中不足2％，而按照本发明，在反复进行厌氧-需氧条件的方法中则为6～10％；并且淤泥内的无机物含量高，因此，淤泥的沉淀性比历来的方法都卓越，由于圆形生物反应槽以外的剩余空间使空气供给受阻，因此，没有涡流发生，为此，可作为沉淀池使用。
再者，按照本发明，作为空气供给装置，取代产生大气泡的原来空气扩散管、而使用可产生微细气泡的微量过滤膜(microfiltration)、超过滤膜(ultrafiltration)等薄膜(Membrane)，由于气泡微细而使氧传递率提高、使微生物的浓度极大化，不仅下水、废水，甚至对粪尿和畜牧废水等所含高浓度有机物及高氮、磷的脱除都在一个反应槽内就可完成，因此，比历来所用方法都最为有效。
此外，在反应槽内凭借因供给空气所产生的推进力就能输送淤泥，因此，还具有不需另外的淤泥输送泵以及与此相关的诸般设备的效果。
权利要求
1．用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，它包括使空气成分与活性淤泥的混合液接触的曝气槽；为使流入上述曝气槽内部的流入水和曝气槽淤泥混合液接触并输送而所预定大小的输送推进力、形成气泡的气泡产生装置；包覆于上述曝气槽外部、容纳向曝气槽外部溢流的流入水和曝气槽淤泥混合液、并通过生物反应同时进行除氮和释放磷的无氧和厌氧槽；包覆于上述无氧和厌氧槽外部、容纳在上述曝气槽和无氧和厌氧槽循环并流出的液流并沉淀淤泥的沉淀槽。
2．根据权利要求1所述的用生物反应处理下水、废水的装置，其特征在于，还含有安装于上述无氧和厌氧槽里面的、将从上述曝气槽溢流的流入水与淤泥混合液完全混合的混合导向板。
3．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，上述曝气槽、无氧和厌氧槽、沉淀槽的下部具有以1/10～1/20角度向内侧倾斜的形状。
4．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，上述曝气槽在其内部上侧还含有提供淤泥混合力和输送推进力的水中搅拌泵。
5．根据权利要求1至4中所述任一项的用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，气泡提供装置由具有许多微细孔的薄膜构成。
6．根据权利要求1至4中所述任一项用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，气泡提供装置由空气扩散管构成。
7．根据权利要求5所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，上述薄膜由微量过滤膜或超过滤膜中的任一种构成。
8．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，上述曝气槽和无氧和厌氧槽由具有其上、下部开放的圆筒形壳体和多角形壳体中任一种形状的双层管构成。
9．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，还含有为保持支撑上述曝气槽和无氧和厌氧槽之间的空间的第一支撑件。
10．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，在上述沉淀槽内部空间还设有为支撑无氧和厌氧槽定位的第二支撑件。
11．根据权利要求1至4中任一项所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，还含有在上述沉淀槽和无氧和厌氧槽之间所规定位置上安装的、在处理水排放时防止淤泥上浮的淤泥防浮装置。
12．根据权利要求1至4中任一项所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，还含有安装在上述沉淀槽外周面的、容纳溢流的处理水并向外部排放的溢流口。
13．根据权利要求1所述用生物学反应处理下水、废水的装置，其特征在于，还包括安装在上述沉淀槽上部、为防止雨水等流入的盖。
14．用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，它含有以下7个步骤通过筛子而除去杂物的下水、废水的流入水流入曝气槽的第一步骤，通过安装于上述曝气槽的空气扩散管而喷出的空气成分与流入水接触而形成微细气泡的第二步骤；流入上述曝气槽的流入水和曝气槽淤泥溢流并输送到上述无氧和厌氧槽中的第三步骤；从流入上述无氧和厌氧槽的流入水和淤泥混合液中除氮并释放磷的第四步骤；使从上述无氧和厌氧槽流出的淤泥和沉淀池淤泥再流入曝气槽，从而使尚未除去的有机物和氮成分氧化，并过量吸收磷的第五步骤；完成第五步骤后，由曝气槽生成的淤泥和从外部流入的流入水混合并使之再循环的第六步骤；完成第六步骤后，使微生物在沉淀池内固液分离，沉淀淤泥，而使处理水通过溢流口排放的第七步骤。
15．根据权利要求14所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第二步骤包括以下过程当微生物浓度(MLSS)在4,000mg/l以下时，使用一般空气扩散管；当微生物浓度在4,000mg/l以上时，使用微量过滤膜和超过滤膜那样的具有微细多孔的薄膜。
16．根据权利要求14和15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第三步骤包括以下过程在流入曝气槽的流入水的有机物在需氧性条件下被氧化以前，溢流入无氧和厌氧槽。
17．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第三步骤包括以下过程由上述空气扩散管喷出所形成的微细气泡的输送推进力，将流入水和淤泥混合液输送到无氧和厌氧槽。
18．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第三步骤包括以下过程当微细气泡的输送推进力不足时，可开动水中搅拌泵，将流入水和淤泥混合液输送到无氧和厌氧槽中。
19．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第四步骤包含有以下过程在上述无氧和厌氧槽的上部使氮氧性氮还原为氮气而除去；在其下部形成厌氧性条件，使供除氮所需后而剩余的、流入水的有机物作为碳源而释放细胞内的磷。
20．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第四步骤包含有如下过程，通过以锯齿形安装在无氧和厌氧槽中的混合导向板将流入水和曝气槽淤泥完全混合。
21．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第四步骤包含有如下过程，以流入流量作为基准，在无氧和厌氧槽内的滞留时间在1小时以内。
22．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第五步骤包含有如下过程凭借因供给空气所产生的输送推进力使淤泥再流入曝气槽。
23．根据权利要求14或15所述用生物学反应处理下水、废水的方法，其特征在于，上述第五步骤包含有如下过程，在曝气槽中水文学上的滞留时间保持在4～8小时；F/M比保持在0.1kg BOD/kg MLSS·d。
全文摘要
本发明使用薄膜产生气泡,提高微生物和空气的接触效率,而反应槽的容量减小。本发明有曝气槽;气泡形成装置;使淤泥进行生物反应、除氮和释放磷的无氧和厌氧槽;容纳沉淀淤泥的沉淀槽。本发明方法步骤有:下水、废水流入曝气槽;形成微细气泡;淤泥输入无氧和厌氧槽;从淤泥混合液除氮和释放磷;氧化未除去的有机物和氮;过量吸收磷并再循环和在溢流口排放处理水。将曝气槽和无氧和厌氧槽制成圆柱形的双层管,使微生物浓度极大化,有效地除去有机物、磷和氮。
文档编号C02F3/30GK1229768SQ9910132
公开日1999年9月29日 申请日期1999年1月19日 优先权日1998年3月20日
发明者金广洙, 崔喜喆, 池在成, 李镜镐, 金东键, 李昌昭, 黄仁浩 申请人:韩国建设技术研究院, 韩国净水工业株式会社