CN1010854B - 污水或工业废水的活性污泥处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水或工业废水的流动床式活性污泥处理方法，该方法的特征是在活性污泥处理设备的曝气槽中添加水急冷制得的高炉渣粉，将水急冷制得的高炉渣粉用作活性污泥的固定载体，本发明还涉及污水或工业废水的固定床式活性污泥处理方法，该方法的特征是把以水急冷制得的高炉渣作为主成分的陶瓷放置在活性污泥处理设备的曝气槽中，将该陶瓷作为活性污泥的固定载体。

Description

本发明涉及污水或工业废水的活性污泥处理方法，更具体地说，是关于在污水或工业废水的活性污泥处理方法中使用新的活性污泥的固定载体，是高效的活性污泥处理方法。

关于先有技术，以污水为例进行活性污泥处理时，其处理过程可作以下说明。

首先，在污水的情况下，集中于污水处理场的污水利用沉砂地，初级沉淀池等除去大部分砂土、粗大的浮游物质等后，在曝气槽进行活性污泥处理，使污水的污浊物分解，然后在最终的污泥沉降槽中进行活性污泥的沉降分离，将上澄清水经过氯气消毒等后排放。另一方面，在最终沉降槽沉降的活性污泥作为回流污泥返回到曝气槽，还有一部分则作为剩余污泥排出，经过甲烷发酵、焚烧等进行处置。

这样的污水活性污泥处理方法中存在许多问题。例如，该污水处理的活性污泥，其作为沉降性指标的污泥容积指数（SVI）高，在最终污泥沉降槽中很难得到固结性好的沉降污泥，而且如果进行高负荷处理、负荷变动大的处理，或活性污泥中发生线状菌时，其活性污泥呈膨胀状态而沉降不良。因此，以前的污水活性污泥处理中高浓度地维持曝气槽的活性污泥是很困难的。因而，缩短处理时间，处理设备的紧凑化等处理效率的提高是有限的。而且一旦发生膨胀，活性污泥从污泥沉降槽流失，容易导致处理水质恶化。因此，用以前的活性污泥处理法建造污水处理场时需要广阔的土地，此外处理流程的简略 化，处理设备紧凑化都很困难，因而建造污水处理场需要相当高的费用。

作为解决这种污水处理问题的一个手段，则希望开发高效率的活性污泥处理技术。

以前，高效率进行污水或工业废水的活性污泥处理方法，有高浓度地维持曝气槽活性污泥的方法，该方法中有流动床式和固定床式。

流动床式是在曝气槽中添加硅藻土砂，陶瓷等微粒子或活性碳粒子，或多孔的有机高分子化合物粒子，由于曝气使这些粒子在曝气槽内流动，并使活性污泥附着，改善活性污泥的沉降性而维持高浓度地活性污泥的方法。作为一例，日本特开昭61-136491，已为大家所知。

固定床式是将由有机高分子化合物组成的蜂巢状管、或多层板，或陶瓷等浸溃在曝气槽中，并使活性污泥附着而固定化的方法。作为此已有方法的一例，有日本特开昭61-136490，将陶瓷用作活性污泥的固定化载体。

特开昭57-75189公开了一种将高炉渣用作活性污泥的固定载体，在曝气槽中处理污水的方法。在该方法中，使用充填有将制铁时副生的溶融渣缓冷得到的高炉渣破碎得到的粒状物（直径大于5mm）的固定床作为载体。与此相反，在本发明中使用水急冷制造的微粉。在本发明中，在使用流动床的情况下，使用具有优异活性污泥附着性和浮游性的粒径为0.02～0.5mm的微粉。另外，在使用固定床的情况下，将所说的微粉制成陶瓷。例如制成由多孔陶瓷制成的盒，芯片状、鞍座式形状、形成孔隙，以提高活性污泥的处理效率。再有在本发明中，为了得到特定的氧化还原电位值进行曝气，来 提高处理效率。

另外，特开昭57-57189中使用缓冷制得的高炉渣作为活性污泥的固定载体是不理想的，其理由是：

1.缓冷制得的高炉渣与用水急冷熔融高炉渣制得的高炉渣相比不具有多孔性。

2.由于缓冷制得的高炉渣的比重大，所以不适合于用作流动层型反应器的活性污泥的固定载体。

3.由于缓冷制得的高炉渣为结晶质的，所以与玻璃质的高炉渣相比，CaO的溶出速度大，很可能使反应器的PH值急剧变成碱性。

这些已有方法存在许多问题。首先，流动床式中采用无机体系微粒时，由于与活性污泥的亲和性不充分，活性污泥要稳定附着则需要很长时间。而且，将附着在该载体上的活性污泥作为剩余污泥而处理的方法尚未完全确定。此外，采用粉未活性碳，有机高分子化合物粒子的流动床式时，这些粒子与活性污泥之间的亲和性很好，活性污泥稳定附着。但是，用此法处理后的剩余污泥用甲烷发酵法处理时，甲烷发酵后，将这些粒子重复利用的技术还没有完全确立。而且焚烧处理剩余污泥时，这些载体粒子的成本比无机载体粒子高，如果不能重复利用就成为污水处理成本非高的原因。

另一方面，将有机高分子化合物的蜂巢状管、叠层板等用于活性污泥的固定床型载体的固定床式时，由于活性污泥和这些载体之间的亲和性良好，增殖的活性污泥附着在这些载体上，容易引起载体的堵塞。因此需要将这些载体从曝气槽中取出经过水洗等方法一遍又一遍洗净进行再生。但是，附着在这些固定床型载体上的活性污泥，由于固定床的构造一般复杂，而且载体与活性污泥的亲和力高，用简单的 水洗等再生困难，因而再生时需要复杂的处理。而且，以前的使用陶瓷的固定床型载体的方法中，像以后将要叙述的那样，烧结温度高，造价贵，而且活性污泥的固定未必充分。如上所述，以前的将活性污泥固定化的载体存在着与活性污泥的亲和性，重复利用性，处理性，成本等问题，因而用于像污水这类大规模活性污泥处理是不适合的。以上叙述的是用活性污泥处理污水时的情况。而其他废水，例如炼铁厂的焦炭炉排出的瓦斯废液，煤的气化或液化工厂排出的废水，食品工厂排出的废水，酒精等发酵工厂排出的废水等工业废水用活性污泥处理法处理时也有与污水处理时的同样问题。

本发明的目的是为解决上述以前的污水或工业废水的活性污泥处理中用的活性污泥固定载体的问题。提供一种采用新颖活性污泥固定载体的高效活性污泥处理方法。

本发明者们在研究污水的高效活性污泥处理方法的过程中，着眼于由炼铁厂高炉作为副产品生产的渣水急冷制出的高炉水渣，其形状上，和组成上都具有活性污泥容易附着的性质，研究结果发现：将水急冷制出高炉渣用作载体，能改善活性污泥沉降性，具有高浓度的显著效果，最适于作活性污泥的固定化载体。

而且，判明了一旦将水急冷制出高炉渣用作活性污泥的固定化载体加到曝气槽中，还具有其他效果，即具有将曝气槽的PH值维持在适于活性污泥的范围内的作用。因此，由于使用水急冷制出高炉渣则可以抑制因PH变动引起的活性污泥处理不调并能进行稳定地处理。

本发明就是基于这些知识做出的，在处理污水或工业废水时其特征是：污水或工业废水的活性污泥处理中，将水急冷制出高炉渣粉或高炉渣作为主要原料的陶瓷用作活性污泥的固定化载体，而且，将水 急冷制出高炉渣粉或高炉渣作为主要原料的陶瓷用作活性污泥的固定化载体的同时，将曝气槽的氧化还原电位（ORP    Oxidation    Reduction    Potential）控制在预定目标值的范围内。

也就是说：本发明所用下述（1）-（11）项记载的方法达到上述目的。

（1）污水或工业废水的流动床式活性污泥处理方法，其特征在于，将水急冷制得的高炉渣粉加到活性污泥处理设备的曝气槽中，并将水急冷制得的高炉渣用作活性污泥的固定化载体。

（2）上述第（1）记载的污水或工业废水的流动床式活性污泥处理方法中，管理和控制添加了水急冷制得的高炉渣粉的曝气槽的空气量，使曝气槽的氧化还原电位在预定的目标值范围内。

（3）上述第（1）项或第（2）项记载的方法中，在曝气气槽里添加0.02～0.5mm的水急冷制得的高炉渣为2～5（重量）%/曝气槽容积（m³）。

（4）上述（1）项或第（2）项记载的方法中，在曝气槽里添加0.02～0.5mm的水急冷制得的高炉渣为曝气槽容量的1～5%（重量）。

（5）污水或工业废水的固定床式活性污泥处理方法，其特征是将以水急冷制得的高炉渣为主要成分的陶瓷放置在活性污泥处理设备的曝气槽里，并将该陶瓷用作活性污泥的固定载体。

（6）上述第（5）项记载的方法中，将以水急冷制得的高炉渣为主要原料的板状多孔性陶瓷组成的盒子用作活性污泥的固定化载体。

（7）上述第（5）项记载的方法中，将充填有以水急冷制得的 高炉渣为主要成分的片状陶瓷的盒子用作活性污泥的固定化载体。

（8）上述第（5）项记载的方法中，将充填有以水急冷制得的高炉渣为主要成分的马鞍形陶瓷的盒子用作活性污泥的固定载体。

（9）上述第（5）～（8）项中任一项记载的方法中，将活性污泥固定在以水急冷制得的高炉渣为主要成分的陶瓷中的状态下，预先曝气将溶解了氧的污水或工业废水通水并进行处理。

（10）上述第（9）项记载的方法中，将活性污泥固定在以水急冷制得的高炉渣为主要成分的陶瓷中的状态，预先曝气将溶解了氧的污水或工业废水通水并进行处理，与此同时，管理和控制污水或工业废水中曝气的空气量使经过生物化学处理后的处理水的氧化还原电位在预定的目标值范围内。

（11）污水或工业废水的固定床式活性污泥处理方法，其特征是，将以水急冷制得的高炉渣为主要成分的多孔性板状陶瓷构成的盒子或充填有以水急冷制得的高炉渣为主要成分的陶瓷的盒子用作活性污泥的固定化载体，将许多这样的盒子配置在污水或工业废水流动的垂直方向上，进行生物化学处理，将离污水或工业废水流入侧最近的盒子拉出的同时，使后续的盒子在污水或废水的流入侧顺次平行移动，并在最后部分插入新的盒子或用过而再生的盒子，另一方面，将上述拉出的盒子除去其附着物进行再处理，并用于上述盒子群的最后部分，一边如此顺序交换许多盒子，一边进行生物化学处理。

图1是污水处理的生物化学处理装置概略图，该装置集中固定了用于本发明的实验用陶瓷盒。

图2是表示添加水急冷制得的高炉渣30日后活性污泥沉降曲线的测定结果曲线。

以下详细说明本发明。

高炉渣是将炼铁厂中每吨生铁产生的300～500kg的渣用高压水急剧冷却而制得。高炉水渣的玻璃化率约90%以上，并且是多孔质的。其组成如表1示出之例，CaO，SiO₂，Al₂O₃为主要成分，还含有FeO，MgO等其他成分。该水急冷制得的高炉渣上容易附着活性污泥其原因在于它是多孔质的及其组成。

表1    水急冷制得的高炉渣的组成例（%）

SiO₂Al₂O₃FeO CaO MgO 其他

33.8    15.3    0.4    41.9    3.1    3.1

以下对水急冷制得的高炉渣的活性污泥附着机理进行说明。

一般，活性污泥处理中，往往有着由氨化合物的硝化反应生成的亚硝酸化合物、硝酸化合物或有机性污物的分解作用而产生的脂肪酸使曝气槽PH值下降的侧向。活性污泥一旦处在适于生息的PH范围外，则引起活性污泥膨胀，污泥物质分解不良，容易发生处理不调。如果预先将水急冷制得的高炉渣加到曝气槽里，即使曝气槽的PH值降低，由于水急冷制得的高炉渣的CaO溶解，则可抑制PH的降低，活性污泥维持在最适于生息的PH范围内，对活性污泥的稳定化和提高处理水质有着显著效果。此时，水急冷制得的高炉渣的CaO的溶解不急剧而是缓慢溶解。这是因此水急冷制得的高炉渣的玻璃化率约90%以上，抑制了CaO的急剧溶解，因而PH值不会急剧上升。而且，溶解 的CaO除了和硝酸化合物、亚硝酸化合物及脂肪酸反应外，还与因活性污泥的呼吸作用而生成的二氧化碳反应形成碳酸钙。如果生成的碳酸钙是微粒子，活性污泥容易附在其上。而且，CaO溶解的水急冷制得的高炉渣逐渐变成多孔质的，形成活性污泥容易附着的形状。此外，作为营养源，活性污泥除了磷，氮外还需要微量的铁、镁等金属。高炉水渣分别含有FeO、MgO，活性污泥从水急冷制得的高炉渣中摄取铁、镁等营养源，因而容易附在水急冷制得的高炉渣上。

于是，水急冷制得的高炉渣是多孔质的。而且在组成上也具有容易附着活性污泥，抑制活性污泥膨胀，防止污染物分解不良等处理不调的作用，显然，它是无机的固定载体，但它却具有比普通使用的硅藻土、砂等无机的固定载体更优良的性质。

日本特开昭57-75189中公开了散水滤床方式的废水处理方法中，将缓冷的高炉渣用作充填材料作为微生物载体。

但是用这种缓冷高炉渣作为流动床反应器活性污泥的固定化载体时，存在许多问题。表2对照示出水急冷制得的高炉渣和缓冷高炉渣的性质。

表2    水急冷制得的高炉渣和缓冷高炉渣的性质

性质    水急冷制得的高炉渣    缓冷高炉渣

气孔率    25～50%    10～30%

假比重    2.0～2.7    2.5～3.5

结晶性    玻璃质    结晶

由表2列出的性质差异可清楚看出：缓冷高炉渣与水急冷制得的高炉渣相比，不适于用作流动床反应器的活性污泥的固定化载体。即显著影响活性污泥固定化性能的气孔率，缓冷高炉渣比水急冷制得的高炉渣低得多，因而活性污泥的附着性能也低。而且，缓冷高炉渣的假比重比水急冷制得的高炉渣大得多，因而在反应器中的流动性差。因此，缓冷高炉渣往往堆积在反应器内，使活性污泥的固定化性能显著降低。

此外，缓冷高炉渣是结晶质的，比玻璃质的水急冷制得的高炉渣硬，因而粉碎时需要更多的能量。而且，由于是结晶质的，缓冷高炉渣的CaO大量溶出，使反应器的PH急剧变成碱性，容易损坏活性污泥的机能。

缓冷高炉渣与水急冷制得的高炉渣相比，它具有许多缺点，因此最好不在流动床式反应器活性污泥固定载体中使用。

本发明者们发现，一旦将多孔性陶瓷浸渍在取自污水处理场曝气槽的活性污泥混合液中，则活性污泥浸入多孔性陶瓷的内部，活性污泥混合液变得透明。发明者们还发现：如果在筐状的盒子中充填片状陶瓷。例如马鞍形、环形、球状等陶瓷，并将它浸渍在活性污泥的混合液中，和多孔性陶瓷情况相同，活性污泥进入片状陶瓷的空隙中，活性污泥混合液变得透明。

发明者们由此事实发现，充填有多孔性陶瓷或片状陶瓷的盒子等，可以用于活性污泥的固定载体，并研究了在污水活性污泥处理中的适用性。

以前的多孔性陶瓷，片状陶瓷的主原料，使用的是高价的氧化铝，氧化硅等，而且烧结温度高达1400～1600℃以上，烧结时间 长，因此价格高，在污水和工业废水处理中使用是困难的。

发明者们在开发研究低价陶瓷过程中，着眼于将水急冷制得的高炉渣用作原料。即高炉渣是炼铁的副产品，因而价格比原来的作为陶瓷主要原料的氧化铝、氧化硅低得多。而且高炉水渣如表2所示出的组成那样，含有42～45%CaO，因而可断定烧结温度要比氧化铝、氧化硅类低得多。

由此可见，用水急冷制得的高炉渣作为主要原料制成陶瓷，就能得到烧结温度为900～950℃，烧结时间为1～2小时，多孔性陶瓷及具有各种形状的片状陶瓷，因此，以水急冷制得的高炉渣为主要原料的陶瓷其制造成本与原来的以氧化铝、氧化硅为主要原料的陶瓷相比，能降到1/5～1/20，显然，用在污水和工业废水处理中不会有成本问题。

而且，以水急冷制得的高炉渣为主要原料的陶瓷照样具有上述那种水急冷制得的高炉渣容易使活性污泥固定的性状，因此，以水急冷制得的高炉渣为主要原料的陶瓷与原来的氧化铝类或氧化硅类为主要原料的陶瓷相比，其固定活性污泥的性能要好得多。

以下，就本发明中将水急冷制得的高炉渣作为主要原料的陶瓷，用于污水或工业废水活性污泥的固定载体的情况加以说明。

首先，对将水急冷制得的高炉渣粉加到活性污泥处理设备的曝气槽中流动床型活性污泥处理的固定化载体的情况进行说明。

将水急冷制得的高炉渣用作活性污泥固定载体时，将水急冷制得的高炉渣粒碎到0.5mm以下，每m³曝气槽添加10～50kg为宜。水急冷制得的高炉渣粒度与活性污泥附着性的关系是，水急冷制得的高炉渣越细，越容易附着活性污泥。但是水急冷制得的高炉渣越 细越容易在污泥沉降槽从处理水中流出，从这点来看粒度最好是0.02以上。水急冷制得的高炉渣粒度与曝气槽中分散性的关系是，如果水急冷制得的高炉渣的粒度超过0.5mm，其分散性不充分，均匀分散在曝气槽中是困难的。经过这些考查，认为添加到曝气槽中的水急冷制得的高炉渣粒度在0.02～0.5mm的范围内为最适宜。

以下对本发明中使用的水急冷制得的高炉渣粉的添加量加以说明，水急冷制得的高炉渣的添加量主要是根据用显微镜观察活性污泥的附着状况以及活性污泥的沉降性来决定。即每m³曝气槽不到10kg时，有不附在高炉水渣上的活性污泥存在，而且，一旦生物需氧量（BOD）的高负荷处理或者BOD负荷量变动大，则容易发生膨胀。另外一方面，如果水急冷制得的高炉渣的添加量为每m³曝气槽10kg以上，就能解决上述问题并能得到良好的处理性能。但是，如果添加量超过50kg，则认为不能使其性能显著改善。因此，水急冷制得的高炉渣的添加量最适宜在10～50kg范围内。添加水急冷制得的高炉渣后约1个月左右大致完成活性污泥在水急冷制得的高炉渣上的附着作用。

另外，在炼铁厂中，除高炉渣或所谓的生铁渣之外，还有象转炉渣的钢渣，这种钢渣是在生产具有必要组分适于所需应用的钢的制钢过程中产生的。转炉渣的组成例在表3中示出。

表3    转炉渣的组成例（重量%）

T_oFe CaO SiO₂MnO MgO P₂O₅

14～30    34～48    7～18    3～6    3～6    1～3.5

这种代表炼钢渣的转炉渣在组成上据说可以期待具有高炉水渣同样的作用，但实际上却不能用作活性污泥的固定载体。其理由是因为它不能形成像水急冷制得的高炉渣那样的玻璃质，急剧发生CaO的溶解，当用作活性污泥固定载体时，添加转炉渣的曝气槽中PH急剧上升，大大超过适于活性污泥生息的PH（7.0±0.5）范围，活性污泥失去活性。

使用转炉渣时还有其他问题，例如含铁量多因而比重大，为了使它能在曝气槽中流动必需有大量的空气，这将引起活性污泥破坏，操作成本增高等许多弊端。

代表炼钢渣的转炉渣具有上述这些缺点，因此很难在活性污泥的固定载体中使用。

以下，以活性污泥处理污水为例，对以水急冷制得的高炉渣为主成分的陶瓷用作活性污泥固定载体的情况进行说明。

本发明中将陶瓷用作活性污泥载体时，采用板状多孔性陶瓷构成的盒子，或采用将片状陶瓷，马鞍形陶瓷，作为充填材料充填的盒子在工业上是最希望的。

在此，通过图1对将上述陶瓷构成的盒子用于污水及工业废水处理时的处理条件和污水设备的生物化学反应槽的构造进行说明。

图1是在第1曝气槽2和第2曝气槽3中间配置有许多由水急冷制得的高炉渣为主成分的板状多孔性陶瓷组成的盒子，或充填了陶瓷（例如片状）充填材料的盒子等陶瓷盒1（以下称呼相同）的生物化学处理装置，在第1曝气槽2和第2曝气槽3的下部，曝气用的散气管11通过管子接到曝气用的鼓风机9上，在处理水12排放侧的第2曝气槽3上装有氧化还原势（ORP）传感器4，该传感器4接在 ORP控制装置上，同时将曝气量调整用电磁阀10通过导线接在该ORP控制装置5，该电磁阀10装在上述曝气用散气管11和曝气用鼓风机9之间，可以根据ORP控制装置5的指示动作，从而能控制曝气量。6是记录部，7是污水供给泵，8是污水调整槽。

根据图1示出的生物化学反应槽说明污水处理方法。

首先，一旦在图1示出的第1和第2曝气槽中加入作为种污泥的污水活性污泥的混合液（活性污泥浓度为1000～5000Kg/l），则活性污泥进入陶瓷的孔隙中，第1曝气槽2和第2曝气槽3经过5～20小时后大致成透明状。在此从曝气用散气管11吹入富氧空气或氧气进行第1、第2曝气槽的曝气。

然后，通污水，污水通过第1曝气槽2的装有陶瓷盒的部分及第2曝气槽3的通过时间调整到16小时。然后，逐次缩短处理时间进行活性污泥驯养，通常进行2-6小时的处理。该驯养过程为10-30日左右为宜。

水急冷制得的高炉渣为主成分的活性污泥固定载体中使用固定床型生物反应槽中，污水里含的污物的分解是在图1的第1曝气槽2中进行，将含氧曝气用气体吹到流入的污水里使氧气溶解，然后在陶瓷盒1中通水，附在盒子上的活性污泥就能利用溶存的氧使污水的污物分解。继而在第2曝气槽3中使氧溶解，将盒子中没分解的污物分解，或进行恶臭物的去除，将处理水处理成气味好闻的状态。其结果如下所述，与原有方法相比是有更好的效果。

本发明使用的以水急冷制得的高炉渣为主成分的陶瓷其重量比为在50%～90%，最好是在70～85%的水急冷制得的高炉渣中配合原来已知的一些陶瓷材料，例如氧化铝、氧化硅及其他无机原料， 将陶瓷作成多孔质的用作板状盒时，还要掺合气孔形成剂，例如锯末、稻壳、聚氨脂粉末等，并在其中加水混制，使之成型为所需形状后再烧结制成。

至于本发明中使用的多孔性陶瓷的孔的形状，并不特别限制，但最适宜的孔径最好是1～5mm左右，孔的大小并不要求特别整齐，但如果分布在该直径范围内则可以充分使用。

多孔性陶瓷的孔结构对活性污泥的附着性，污水处理过程中的闭塞性有着显著的影响。例如，经验表明，陶瓷的孔呈蜂窝状，在入口和出口贯通一孔，在所谓二元结构的情况下，一旦进行污水处理则容易闭塞;如果该孔是分枝的，与各孔连结，呈所谓的三元结构则不易发生闭塞。另一方面，当用充填陶瓷材料的盒子时，对充填盒的形状，大小不做特别限定，但形状尽可能简单为宜。例如，充填料的形状为板状形，圆筒形，半圆形（马鞍形）或粒状等。充填料的大小最好是其外径为10～100mm左右。充填料的外径如果不到10mm则容易产生闭塞，而一旦超过100mm则有附着的活性污泥容易流出等问题。用这样的陶瓷构成盒子时，例如可预先用铁丝网制作容器，然后在其中充填陶瓷进行准备。

以下，对本发明中的生物化学反应槽（曝气槽）的曝气方法进行说明。

根据发明者们的研究可判明：污水和工业废水的活性污泥处理曝气槽的ORP与处理水的关系是，如果将曝气槽出口的ORP控制在规定范围内，则可将处理水的生物需氧量（BOD）维持在20Kg/l以下。

例如，使用水急冷制得的高炉渣的污水流动层型曝气槽的情况 下，其曝气条件除影响高炉水渣的分散性外，还影响污水中污物的分解性，硝化反应性、活性污泥性质等处理性能。因此曝气条件必须满足高炉水渣的分散性和处理性能这两方面才行。

活性污泥处理性能与曝气槽的氧化还原电位（ORP）有着密切的关系。以ORP作为指标控制曝气量就能很好地进行污物分解，并具有抑制硝化反应、活性污泥膨胀等效果。处理污水活性污泥的情况下，适宜的ORP范围是0～+100mV（用金或金-锑、合金/银、氯化银复合电极测定，下面的ORP值是表示这类电极的测定值）。

处理污水活性污泥的情况下，曝气槽的ORP值与曝气量之间有着密切的相关性，通常处理时最好是根据ORP控制曝气量，而在本发明中，以对应于ORP+50mV以下的曝气量使粒径0.02～0.5mm的高炉水渣在曝气槽中均匀分散其曝气量是不足的，因此本发明中将ORP的设定目标值规定在+50mV以上。供给为维持该ORP所需的曝气量是有必要的。

至于ORP的上限，根据活性污泥对水急冷制得的高炉渣的附着性来看，达到+150mV左右是可能的。即，已有方法的不添加水急冷制得的高炉渣的情况下，一旦ORP在+100mV以上，就会发生显著的硝化反应，曝气槽的PH降低，由于污泥沉降槽的脱氮反应而引起污泥上浮、流出等，导致处理水质恶化。而添加水急冷制得的高炉渣时，如果ORP在+100mV以上，与已有方法一样会发生硝化反应，但不会引起PH降低，污泥上浮、流出等组象，处理水质也很好，在处理性能方面没有任何问题。但是ORP一旦超过+150mV，由于曝气使活性污泥细分，具有难以附在水急冷制得的 高炉渣上的倾向。从这些方面对水急冷制得的高炉渣分散性活性污泥附着性的研究，认为曝气槽的ORP维持在50～150mV的范围内为最适宜。

将水急冷制得的高炉渣为主成分的多孔性陶瓷或片状陶瓷用作活性污泥固定载体的固定床型生物化学反应槽的曝气时，如上所述，在均匀混合型活性污泥处理中，曝气槽的ORP和处理性能之间有密切的关系，因此，在图1中的第2曝气槽上设置ORP传感器4，使第1曝气槽和第2曝气槽中进行的曝气能保证第2曝气槽的ORP在规定范围内（例如污水处理时在0～+150mV范围内）。

将水急冷制得的高炉渣作为主要原料的多孔性陶瓷或片状陶瓷用作活性污泥固定载体的固定床型活性污泥处理时，活性污泥大致全部保持在陶瓷盒中，几乎不流到第2曝气槽3中，因此在一般活性污泥处理所用的污泥沉降槽在本发明中可省略或者可简化。

使活性污泥附在陶瓷的盒子上并举行生物化学处理时，如果进行长期处理，则污水中所含的浮游性污浊物质或活性污泥的增生，往往会引起陶瓷盒子闭塞。

这种闭塞最容易在图1示出的B槽中的最开始（离第1曝气槽2最近的）的盒中发生，盒子发生闭塞或接近闭塞状态时，取出该盒子，将第2排盒子移到第1排位置，第3排盒子移到第2排位置，按照水平方向顺次移动，在最后一排接近第2曝气槽3的地方放置盒子或使闭塞后再生的盒子。像这种使盒子循环交换的方式，可以一边进行污水处理，一边交换盒子，不会导致处理效率和处理水质降低，因此是最合适的方法。

本发明之活性污泥处理技术，除上述污水处理外，还适用于工业 废水，例如，由炼铁厂焦炉排出的瓦斯废液、煤的气化、液化厂排出的废水，石油精炼过程排出的废水，食品加工厂排出的废水，酒精等发酵工厂排出的废水等的处理，与污水活性污泥处理时一样具有提高处理效率，处理水质的效果。

以下就本发明的实施例进行说明。

实施例1

对具有表4示出之组成和性质的高浓度人工污水进行处理，即将曝气槽（容量20l）的ORP控制在+100mV的ORP控制活性污泥处理装置的曝气槽中添加粒径为0.02～0.2mm的水急冷制得的高炉渣600g（相当于每1m³曝气槽加30kg，3（重量%/容积）。处理时间与处理水质的关系列入表5，添加水急冷制得的高炉渣后活性污泥的性质随时间的变化情况列入表6，添加水急冷制得的高炉渣30日后活性污泥的行为示于图2。

表4    人工污水的组成和性质

成分 浓度 BOD₅CODM_n

（g/m³）

旦白胨    150    平均    δ    平均    δ

肉羹    150    378    69.3    17.3    49.8

酵母萃    171

糊精    71    TOC    TS

KH₂PO₄44

HCl    30    164    42.5    72.9    88.6

MgSO₄95

NaCl    9

注：TOC：总有机碳

TS：总固体含量

CODM_n：化学需要量

δ：标准偏差值

表5    处理条件和处理水质的关系

处理时间（小时）    6    4.8    2.4

高炉渣添加量（%）    0    2    2

BOD容积负荷量Kg/m³·日 1.13 1.42 2.83

BOD₅36.6 ＜5.0 ＜5.0

处

理 CODM_n81.5 26.6 13.8

水    TOC    24.4    11.6    8.9

（mg/l）    SS    38.2    37.8    10.5

注：TOC：总有机碳

SS：浮游性物质

由表5示出结果表明，添加水急冷制得的高炉渣的活性污泥处理时经过2.4～4.8小时的处理，处理水BOD₅为5mg/l以下（去除率为98%以上），COD_mn为14～27mg/l（去除率为93～95%），SS为11～38mg/l，将水急冷制得的高炉渣用于活性污泥固定化载时能进行高效处理，并得到更好的处理水质。

关于活性污泥的沉降性，示出添加高炉水渣30日后的活性污泥沉降曲线的测定结果。由图看出，添加水急冷制得的高炉渣为3（重量）%/容积（用-O-及-    -表示）自由沉降范围内的沉降速度为3-4m/时相反，不添加水急冷制得的高炉渣时（用-△-表示）为1.5～2.0m/时。由此可见，水急冷制得的高炉渣具有促进活性污泥沉降速度加快的作用。

表6示出添加水急冷制得的高炉渣后活性污泥的性质随时间的变化情况，添加水急冷制得的高炉渣后高MLVSS（污泥的挥发量）为907mg/l，而经10-30日后增加到2200～3200mg/l。但是，作为活性污泥沉降性指标的SVI是16～27，即使MLVSS增加，其沉降性不降低。

由此可见，在活性污泥处理装置的曝气槽中添加水急冷制得的高炉渣进行处理时可以显著提高处理效率，处理水质以及活性污泥的性质等。

实施例2

根据实施例1的条件对具有表7示出之性质的大都市实际污水（分流式）进行处理。表8示出处理时间与处理水质的关系。

表7    实验中使用的都市污水的性质

BOD₅COD_MnTOC

19～67    31～82    10～66

mg/l    mg/l    mg/l

表8示出之结果表明：处理时间由标准的8小时处理到6小时、4小时、3小时、2小时逐次变更，但是处理水的BOD在任何情况下均在5mg/l以下（去除率存74～94以上），COD为9.8～16.7mg/l，TOC为5.3～14.3mg/l。

由此可见，如果将水急冷制得的高炉渣用作流动床式处理法中的活性固定载体，则可使处理效率高3-4倍，并能使其处理设备紧凑化。

实施例3

将城市污水处理曝气槽中取得的活性污泥混合液301放入图1示出之实验装置的生物化学反应槽（第1曝气槽2……101。B槽……201，第2曝气槽3……101）中，然后将盒子1放置在B槽中，该盒子是由5枚板状的孔尺寸为1～3mm的多孔性陶瓷（以水急冷制得的高炉渣为主原料，其配合比为80（重量）%）构成。确认约经3小时后两个曝气槽2、3均变得透明，活性污泥被吸附在多孔性陶瓷的内部。

在这种状态，对表9示出的人工污水进行通水，使得从第1曝气槽2到第2曝气槽3的通过时间为16小时、12小时、8小时、6小时、4小时、3小时、2小时，在人工污水中使活性污泥吸附到陶瓷上或盒子上驯养，然后将通过时间定为2小时进行长时间处理。此时第2曝气槽3的ORP控制在+100mV，并控制吹入第2曝气槽2及第2曝气槽3的空气量。而且溶解氧的浓度是第1曝气槽2为0.5～1.0ppm，第2曝气槽3为2～5ppm：

表10示出处理性能

表9    人工污水的组成及性质

浓度

成分 BOD₅COD_Mn

（mg/l）

旦白 50 144～229 71.0～92.4

肉羹    50    （平均200）    （平均81.7℃）

酵母萃    70    TOC

糊精    12    37.0～79.4

KH₂PO₄44 （平均56.4）

KCl    30

MgSO₄15

NaCl    9

由表10示出结果表明：配置有5枚板状多孔性陶瓷盒的生物化学反应槽，其BOD容积负荷量约为通常的活性污泥处理的4-5倍，也就是说，即使进行BOD为2.4kg/m³，日的高炉负荷处理时，其处理水的BOD₅在5mg/l以下（去除率在98%以上）、COD_Mn（平均值）为8.7mg/l（去除率为68～89%）及SS（平均值）为10.1mg/l，进行良好的处理也是可能的。

而且，本发明方法中不必为进行处理水和活性污泥的固液分离而设置污泥沉降槽。与一般的污水活性污泥处理相比，其处理效率也提高4～5倍。

实施例4

代替实施例3的板状多孔性陶瓷，改用放置5枚具有2～5mm孔尺寸的板状以水急冷制得的高炉渣为主原料（重量配比为75%）的多孔性陶瓷的盒子，进行实际污水的处理。该实际污水取自流入人口为100万人以上大城市污水处理场的分流污水，用实施例1相同条件进行处理。

实验中使用的城市污水的性质示于表11，处理时间与处理水质之间的关系示于表12。

表11    实验中使用的城市污水的性质

BOD₅COD_MnTOC SS

19～67    31～82    10～66    150～230

mg/l    mg/l    mg/l    mg/l

与人工污水相比，其浮游性物质浓度高的实际污水处理时，担心多孔性陶瓷盒的封塞。在该实施例的情况下，对多孔性陶瓷（容积约为20l）通120～175倍（2.4～3.5m³）的污水，变成接近闭塞状态。

在此，取出靠近第1曝气槽2的板状多孔性陶瓷，用高压水洗净，将该多孔性陶瓷放在靠近第2曝气槽3的最后部分进行实际污水的处理。其结果是得到与表12所示之处理大致相同的水质指标。

该结果表明，以使用板状多孔性陶瓷的本发明方法进行实际污水处理，可得到比一般城市污水活性污泥处理约高3～4倍的处理效率。

实施例5

代替实施例3的多孔性陶瓷，改用将半园形以水急冷制得的高炉渣为主要原料的（其重量配比为80%）陶瓷（直径约20mm）作为充填料的充填盒，使用实施例3的人工污水，在相同条件下进行处理，其结果示于表13。

表13示出结果表明，即使不用板状多孔性陶瓷而改用充填了该陶瓷的盒子，其处理性能几乎不变，即充填了该陶瓷的盒子也具有保持活性污泥的性质，人工污水的污物也能充分分解除去，处理效率也提高，约为一般废水活性污泥处理的3倍，而且处理水质良好。

实施例6

在处理炼铁厂焦炉产生的瓦斯废液所用的均匀混合型活性污泥处理装的曝气槽中（流动床型反应器）添加0.02～0.2mm的水急冷制得的高炉渣粉（平均粒度为0.05mm），添加量是每1m³曝气槽为50kg，再将曝气槽的ORP控制在200～250mV（用金-银/氯化银复合电极测定），对具有表14所示之性质的瓦斯废液（4倍稀释）进行处理。

处理条件如下：

·COD容积负荷量为3.5～4.0kg/m³·日

·处理时间为4.4～6.7小时

·污泥返送率为    100%

在上述处理条件下进行处理的处理水质示于表14。

表14    供给废水与处理水的水质（mg/l）

PH COD_Mn苯酚 氰 硫氰 BOD

供给    8.0～    1500～    480～    5～    130～    1230～

废水    8.5    2000    560    15    170    1720

处理水    7.0～    95～    ＜01    ＜1    ＜1    ＜5

7.3    105

表14示出的结果表明：如果在曝气槽中添加水急冷制得的高炉渣粉末，就能够以COD容积负荷量为3.5～4.0kg/m³·日的高负荷量，并且在4.4～6.7小时的短时间内处理瓦斯废液。

将水急冷制得的高炉渣用作活性污泥固定载体的本发明方法，提高活性污泥处理水的水质和活性污泥的沉降性等性质，并具有抑制活性污泥膨胀等显著效果。本发明方法还可以缩短处理时间，约为不添加水急冷制得的高炉渣的标准活性污泥处理时间的1/2～1/4而无损于处理性能，其结果是提高处理效率，使处理设备紧凑化。

将水急冷制得的高炉渣为主原料的陶瓷用作活性污泥固定化载体的本发明方法还有以下效果。

（1）本发明方法与常用于污水或工业废水活性污泥处理的均匀混合型方法相比，没有必要在生物化学反应槽（相当于曝气槽）内使活性污泥均匀混合，只要通水使氧溶解在污水或工业废水中就行，因此与已有方法相比，曝气用空气所需要的动力减少。

（2）以水急冷制得的高炉渣为主成分的陶瓷保持活性污泥的的功能很好，因而可以省略一般活性污泥处理中所用的污泥沉降槽，或者使污泥沉降槽简化。

（3）即使将BOD负荷量提高到约为一般活性污泥处理的3倍进行处理，其处理水质也会很好，因此可以使生物化学反应槽（相当于曝气槽）相当小型化。

（4）由于可使活性污泥沉降槽省略或简略，进而使生物化学反应槽（曝气槽）小型化，因而能使污水处理的整个设备显著紧凑。

（5）由于活性污泥固定在陶瓷内，一般均匀混合型活性污泥处理中容易发生的活性污泥膨胀不会产生，因此处理稳定，能进行良好的处理。

Claims (10)

1、一种污水或工业废水的活性污泥处理方法，该方法包括将高炉渣作为活性污泥的固定载体使用，所说的高炉渣是将制铁时作为副产物产生的熔融渣冷却得到的高炉渣粉碎，再将得到的高炉渣的微粉加入到活性污泥处理设备的曝气槽中，该方法其特征在于所述的高炉渣是用水急冷制造出的高炉渣，将其作为活性污泥的固定载体。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于使用水急冷制造的高炉渣在活性污泥处理设备的曝气槽中流动，进行流动床式活性污泥处理。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于调节曝气量，使曝气槽的氧化还原电位维持在+50～+150mV范围内。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于上述水急冷制造的高炉渣的粒径为0.02～0.5mm。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于将以上述水急冷制造的高炉渣为主要成分的陶瓷安置于活性污泥处理设备的曝气槽中，将该陶瓷作为活性污泥的固定载体使用，进行固定床式活性污泥处理。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于作为活性污泥的固定载体使用由以上述水急冷制造的高炉渣为主要原料的板状多孔性陶瓷制成的盒子。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于作为活性污泥的固定载体使用充填上述水急冷制造的高炉渣为主要成分的芯片状陶瓷盒子。

8、如权利要求5所述的方法，其特征在于作为活性污泥的固定载体，使用充填上述水急冷制造的高炉渣为主要成分的马鞍型陶瓷盒子。

9、如权利要求5～8中任一项所述的方法，其特征在于调节曝气量，使曝气槽的氧化还原电位维持在0～+150mV。

10、如权利要求5所述的方法，其特征在于作为活性污泥的固定载体使用以上述水急冷制造的高炉渣为主要成分的多孔性板状陶瓷制成的盒子或以上述水急冷制造的高炉渣为主要成分的陶瓷充填的盒子，将许多这样的盒子配置在垂直于污水或工业废水的流动方向上进行生物化学处理，将离污水或工业废水流入侧最近的盒子取出，同时使后续的盒子顺次平行移至污水或工业废水的流入侧，在最后部分插入新的盒子或再生的盒子，另一方面，对上述取出的盒子除去附着物进行再生处理，并将其用于上述盒子群的最后部，一边顺次交换这些盒子一边进行生物化学处理。

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