CN101203462A - 有机性污水的生物处理方法及装置 - Google Patents

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CN101203462A CNA2006800226425A CN200680022642A CN101203462A CN 101203462 A CN101203462 A CN 101203462A CN A2006800226425 A CNA2006800226425 A CN A2006800226425A CN 200680022642 A CN200680022642 A CN 200680022642A CN 101203462 A CN101203462 A CN 101203462A
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Abstract

本发明提供一种有机性污水的生物处理方法。将进行活性污泥处理的曝气槽划分为原水流入部和比该原水流入部更靠下游侧的部分。在原水流入部中浸渍微生物附着材料，设定微生物附着材料的BOD容积负荷为1kg/(m3·日)以上。

Description

有机性污水的生物处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种有机性污水的生物处理方法及装置。
背景技术
作为用于对工厂排水或污水等进行生物处理的代表性处理方法，活性污泥处理法被广泛实施。在那些具备用于此的曝气槽或沉淀槽等的活性污泥处理设备中，污泥特性给水处理功能及处理费用带来很大影响。另外，为了维持良好的处理水质，良好保持污泥的沉降性至关重要。
但是，众所周知，活性污泥的沉降性、浓缩性不大。因此，在公知的活性污泥处理法中，高浓度地维持曝气槽的MLSS(Mixed LiquorSuspended Solids，混合液中的总悬浮固体)的浓度较困难，而且存在易产生活性污泥膨胀效应这一问题。其结果，在公知的活性污泥处理法中，由于不一定能高效地去除曝气槽的BOD(Biochemical oxygendemand，生化需氧量)容积负荷，因此，不能解决曝气槽及沉淀槽的容积增大，进而剩余污泥的产生量多等处理的实质问题。
目前为止，生物学上确实地控制活性污泥的沉降性或浓缩性的技术还未完全知道。因此在用于提高活性污泥的沉降性的公知的技术中，实际情况为：不得不应用向曝气槽中添加非常微小的砂子等无机矿物粒子，通过使砂粒附着在活性污泥上变成沉降性良好的污泥的方法、或通过在被处理污泥中添加高分子凝聚剂而使活性污泥凝聚来提高沉降性的方法、或对返回污泥进行臭氧处理杀死丝状菌而防止膨胀的方法等物理化学技术。
但是，在这种物理化学技术中，用向曝气槽中添加砂子等无机矿物粒子的方法，容易产生例如砂粒沉降堆积在曝气槽底部的问题。另外，由于砂粒和剩余污泥一起被排出系统外，所以存在如下缺点，即：必须进行砂粒的补充。另一方面，用添加高分子凝聚剂的方法或臭氧处理的方法存在如下缺点，即：高分子凝聚剂的添加成本或者臭氧产生成本是高额的。且这些处理方法不是能够实质性地改善浮游污泥自身的沉降性及浓缩性的技术。到目前为止，还未知晓可以确实地防止膨胀的生物学的技术。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于不采用如上所述的物理化学技术，“能否利用生物学方法确实地提高活性污泥的沉降性及浓缩性？”的问题认识而进行研究开发的。本发明人发现以下新技术，即，通过简便方法可以显著地改善浮游污泥的沉降浓缩特性，结果可以显著增加曝气槽的MLSS浓度、较大设定曝气槽的BOD容积负荷，由此完成了本发明。
作为公知的生物处理技术之一，有通过将纽状生物附着材料浸渍在生物处理有机性污水的曝气槽中，利用附着在生物附着材料上的微生物(生物膜)，对污水进行生物学净化的方法(JP-A-8-206673)。
本发明人发现，在这种生物膜处理装置中，通过使微生物附着材料浸渍在进行活性污泥处理的曝气槽的污水流入侧，且在一定的BOD容积负荷以上的条件下供应原水，则可以不使用化学品等而在纯粹的生物学上显著改善活性污泥的沉降性及浓缩性这一知识。根据这一知识完成了本发明。
解决课题的方法
本发明的有机性污水的生物处理方法为：把进行活性污泥处理的曝气槽划分为原水流入部和比该原水流入部更靠下游侧的部分，使微生物附着材料浸渍在上述原水流入部，设定上述微生物附着材料的BOD容积负荷为1kg/(m3·日)以上的方法。
本发明的有机性污水的生物处理装置，具备具有原水流入部和比该原水流入部更靠下游侧的部分的曝气槽，并且，具备浸渍在上述原水流入部且在BOD容积负荷1kg/(m3·日)以上可运转的微生物附着材料。
发明效果
使用本发明可获得如下效果。
1.不使用砂子等无机矿物粒子或凝聚剂、臭氧等药品，而通过生物学作用可以生成沉降性及浓缩性优良的活性污泥。利用丝状菌还可以防止膨胀。
2.其结果，可以通过在比曝气槽更靠下游侧设计沉淀槽，用该沉淀槽可以确实地沉淀污泥，因此可以获得清澈的处理水。而且，返回污泥浓度增加，因此可以增加曝气槽的MLSS的浓度。
3.其结果，由于曝气槽的浮游微生物量增加，进一步附着在微生物附着材料上的微生物也有助于污水净化，因此可以高效地去除曝气槽的BOD容积负荷。从而可以容易地应付污水的BOD浓度的增加及污水水量的增加。
4.由于即使万一丝状菌产生，也可以被捕捉在微生物附着材料上或全部形成丝球状，因此，不会发生膨胀问题。
5.MLSS浓度的增加，可以确实地进行在高MLSS(10000mg/L以上)时的运转。因此，由于食物链也变活跃，从而剩余污泥的发生量减少。
予以说明，在公知的污水处理方法中，标准活性污泥法的MLSS为1000～2000mg/L左右，另外，氧化槽法的MLSS也仅高到2000～5000mg/L左右，从这一事实，可以理解本发明无论在怎样的高浓度的MLSS条件下也可以处理污水。
即本发明技术为生物处理有机性污水的方法，其可以显著改善浮游污泥的沉降性及浓缩性，可以显著提高曝气槽的MLSS浓度。
附图说明
图1为显示本发明实施例的有机性污水的生物处理装置的图。
具体实施方式
参照图1说明本发明的代表性的实施例。
在图1中，1为曝气槽，被隔壁2划分为上游侧的原水流入部3和比其更靠下游侧的下游侧部分4。图1中，例示了下游侧部分4为一段的情况，但该下游侧部分4也可以由多段构成。在原水流入部3进行处理而生成的处理水，溢流过隔壁2的上端流入下游侧部分4。5为原水供应路，可以向原水流入部3和下游侧部分4供应原水。在比曝气槽1更靠下游侧设置着沉淀槽6，该沉淀槽6接受在曝气槽1中下游侧部分4进行处理而生成的处理水的供应。在该沉淀槽6中进行污泥的沉淀处理，7为用于把那些沉淀的污泥作为返回污泥而返送到曝气槽1的污泥返回路，在图解的例子中与原水供应路5相连通。8为剩余污泥排出路，从污泥返回路7分支出来。9为在沉淀槽6中使污泥进行沉淀而生成的处理水的排出路。
在曝气槽1的原水流入部3，以浸渍状态设置有微生物附着材料10。这种微生物附着材料10是可以在BOD容积负荷为1kg/(m3·日)以上的条件下进行处理的材料。在这样高负荷的条件下进行处理的附着构件是相对被限定的构件，用公知的合成树脂制造的粒状、筒状、棒上等的接触材料，不能进行这样高负荷条件下的处理。作为适当的附着构件，可以举出例如：在JP-A-5-92196中所示的构件。这种附着构件为具有由难以附着微生物的材料构成的芯材和由容易附着微生物的材料构成的缨状丝(房状丝)，多根缨状丝横跨芯材的长度方向而自该芯材以放射螺旋向上地且可摇动地突出的纽状构件。具体而言，例如由NET公司在日本国内销售的称为“摇动床(注册商标)”或“Biofringe(バイオフリンジ，注册商标)”的相应构件。
微生物附着材料10，例如优选将许多根由上述芯材及缨状丝构成的纽状附着构件在框架内部沿上下方向排列配置而构成。这种特殊的附着构件在上述的BOD容积负荷1kg/(m3·日)以上的高负荷条件下也可以进行稳定的处理。
在原水流入部3中的微生物负荷材料10的旁侧设置着扩散器等散气装置11，利用从该散气装置4喷出的气泡的空气升液效果，产生沿着微生物附着材料10中的附着构件的循环流。12是为向散气装置11供给空气而设置在槽外的鼓风机。
在曝气槽1的下游侧部分4，没有设置着上述的微生物附着材料10。作为替代，在该下游侧部分4设置有用于进行曝气处理的散气装置13。散气装置13也同样接受从鼓风机12供给的空气。
运转这样构成的生物处理装置时的详细情况如下。即：在曝气槽1中的好氧性生物膜处理方法中，由于不希望显著增大生物膜内部的厌氧性层，所以加快生物膜的更新很重要。为达其目的，通过使水流或气泡流在附着构件上产生紊流并冲撞附着构件，使得过剩的生物膜污泥从附着构件剥离，从而防止由于生物膜污泥的过剩附着造成附着构件堵塞的发生。例如用上述JP-A-5-92196中记载的纽状附着构件，进而由于缨状丝能以芯材位置为端部在被处理水中摇动，利用这种摇动效果，生物膜达到适度的厚度时则发生剥离，所以生物膜过剩附着防止效果特别地优良。这样，通过所谓的剪切剥离效果，生物膜在附着构件过剩附着的现象被有效地防止，生物膜的更新得以有效地进行。通过剥离，产生大量剥离污泥。
由此，在BOD容积负荷高的原水流入部3中产生的剥离污泥，溢流过隔壁2的上端部流入曝气槽1的下游侧部分4，作为浮游污泥在该下游侧部分4流动后，被送入沉淀槽6，从而确实地被沉降分离。
曝气槽1的下游侧部分4为没有设置微生物附着材料10的区域；是如通常的活性污泥法那样，利用来自散气装置13的曝气使活性污泥浮游流动的区域。在该部分，也可以同时存在凝胶粒子、粒状海绵、粒状塑料等公知的流动粒状载体。
隔壁2可根据需要设置，根据情况也可以不设置。设置时，不会出现从下游侧部分4向原水流入部3返混，可以确实地高度维持原水流入部3中的BOD容积负荷。
微生物附着材料10浸渍在曝气槽1的原水流入部3中是极其重要的，即便将其设置在下游侧部分4，也不会得到浮游污泥的沉降性提高效果。认为其原因是：由于在下游侧部分4填充微生物附着材料10时，原水BOD在接触微生物附着材料10前大部分已被浮游活性污泥消耗，所以微生物附着材料10中的生物膜的生长速度变小，为此剥离污泥的产生量变少
予以说明，原水的BOD极高的情况下，使该原水只流入流入部3时，微生物附着材料10的BOD容积负荷过高到例如10kg/(m3·日)以上时，存在氧气供应小于、溶解在液体里的氧不能维持的现象。在这种情况下，只要把原水的一部分分配到后段的下游侧部分4即可。
在沉淀槽6中，活性污泥被沉降分离。处理水溢流而被送入排出路9。沉淀污泥的一部分或全部作为返回污泥，经污泥返回路7，返回到曝气槽1的原水流入部3。也可以使返回污泥返回到曝气槽1的下游侧部分4。
本发明人实验性地追踪了可以有效地产生沉降性良好的剥离污泥且良好保持曝气槽1中的活性污泥整体的沉降性的各个条件的结果，由以下事实可知。即：
1.将微生物附着材料10局部浸渍在曝气槽1的原水流入部3，使原水积极地接触微生物附着材料10。将微生物附着材料10浸渍在曝气槽1的下游侧部分4，却几乎看不到沉降性提高效果。
2.为产生沉降性良好的活性污泥，对微生物附着材料10的体积有一定条件要求，设定为(微生物附着材料10的体积/曝气槽1的总容积)≥0.1。(微生物附着材料10的体积/曝气槽1的总容积)＜0.1时，几乎看不到活性污泥的沉降性的提高效果。
3.设定微生物附着材料10的BOD容积负荷在1kg/(m3·日)以上。比该负荷低时，沉降性提高效果变小或没有效果。
4.设定(微生物附着材料的体积/曝气槽1的总容积)≥0.8时，沉降性提高效果也几乎不会再提高，反而成为只是增大微生物附着材料10的设备费用的无意义的投资。
可以认为，在满足以上的条件下运转污水处理装置时，可以确实地产生沉降性及浓缩性优良的活性污泥。
利用本发明显著提高活性污泥的沉降性详细原理，现在还不清楚，但可以如下进行推断。
即：将微生物附着材料10浸渍在曝气槽1的原水流入部3，以满足规定的BOD容积负荷条件的方式供应原水且接连不断地进行运转时，在微生物附着材料10的附着构件的表面形成微生物膜，且原生动物、微小的后生动物也增殖，在这些微生物共存时，利用多种多样的微生物代谢产生的粘性物质(所谓的粘多糖类)形成比通常的活性污泥絮凝物更致密的生物膜。认为由于这种生物膜含有上述的粘性物质使得沉降性良好。这种致密的生物膜通过紊流从微生物附着材料10的附着构件适度地剥离，剥离生成的剥离污泥作为浮游活性污泥，浮游到后段的下游侧部分4的内部，在沉降性如原样维持良好的状态下被送入沉淀槽6而沉淀分离。
在微生物附着材料10的BOD容积负荷小于1kg/(m3·日)时，看不到浮游污泥的沉降性的改善效果的原因推断为：生物膜的生长速度变慢，导致生物膜的剥离频度降低，另外，剥离生物膜(剥离污泥)的粒径变小。
有人担心剥离污泥在曝气槽1的下游侧部分4的长时间滞留过程中会被细分化，沉降性是否会变差，但实际上实验可以肯定，即使在下游侧部分4进行曝气，污泥也不会被细分化，并在维持沉降性良好的状态下逐渐流入到沉淀槽6中。
在微生物附着材料10中，选用上述JP-A-5-92196中记载的摇动式附着构件时，或许由于在附着构件的缨状丝附近的水流形成了许多的涡流(卡曼旋涡)，来自附着构件的剥离污泥及活性污泥变成了致密的颗粒状污泥，因此认为，在沉淀槽6中的活性污泥的沉降分离性进一步提高。通过上述的涡流作用，由于成为膨胀原因的丝状菌变成了丝球状的圆形，因此也可以观察到沉降性的提高。
实施例1
[(微生物附着材料的体积)/(曝气槽的总容积)的适当比例的探讨]
用实验室规模的装置，探讨(微生物附着材料的体积)/(曝气槽的总容积)的适当比例，即为了获得活性污泥的沉降性提高效果的必要的比例。下面说明其详细情况。
把NET公司制的摇动床“Biofringe”设为长40cm，将许多根“Biofringe”以彼此基本上不设定间隔的方式紧密地安装在表1所示的各种容积的模框中，从而准备好体积不同的各种微生物附着材料。另外，制作多个有效容积为50升的曝气槽(长20cm、宽50cm、水深50cm)，在各自的原水流入部浸渍上述体积不同的各种微生物附着材料。不浸渍微生物附着材料的曝气槽(模框容积0升)也预先准备好。将沉淀槽设置在比曝气槽更靠下游侧。在这些沉淀槽的每一个中投入从下水处理厂采集的活性污泥至MLSS为5000mg。
将玉米浆用自来水稀释至BOD1000mg/L的人工原水(水温22～24℃)在相对于每个曝气槽总容积的BOD容积负荷为1kg/(m3·日)的条件下流入到这些槽的每一个中。且在返回污泥比[(返回污泥流量)/(原水流量)＝2的条件下；在曝气槽中溶存氧的浓度为2mg/L以上、沉淀槽水面积负荷为8m2/(m3·日)的条件下连续运转5个月。然后，测定此时的、经过4个月后的、从沉淀槽向曝气槽的返回污泥浓度的1个月的平均值。其结果示于表1。
[表1]
模框容积(L)   (微生物附着材料的体积/曝气槽的总容积)   返回污泥浓度(mg/L)
  0   0   8500
  3   0.06   8620
  5   0.1   9050
  10   0.2   13000
  25   0.5   15400
  35   0.7   16300
  40   0.8   16500
在表1中，返回污泥浓度越高，意味着活性污泥的沉降性、浓缩性越优良。
从表1可以看出，在(微生物附着材料的体积)/(曝气槽的总容积)的比小于0.1时，几乎看不到沉降性提高效果。另一方面，可以看到，在(微生物附着材料的体积)/(曝气槽的总容积)之比在0.1～0.7的范围，返回污泥浓度显著变大，具有很大的沉降性提高的效果。但是，在(微生物附着材料的体积)/(曝气槽的总容积)之比为0.8以上时，也看不到返回污泥浓度进一步增加的效果。
实施例2
[微生物附着材料的BOD容积负荷的适当条件的探讨]
用实验室规模的装置进行了微生物附着材料的BOD容积负荷的适当条件的探讨。
使用在实施例1的试验中使用的曝气槽(容积50升)和沉淀槽。在曝气槽中填充和实施例1相同构成的、但其体积为20升的“Biofringe”式的微生物附着材料。为了对比，也在不填充微生物附着材料情况下进行试验。然后通过改变原水处理量，来进行对微生物附着材料的BOD容积负荷的多种改变。原水采用实施例1中使用的BOD为1000mg/L的玉米浆稀释水。
表2表示该试验结果。如表2所示，微生物附着材料的BOD容积负荷小于1kg/(m3·日)时，从沉淀槽的返回污泥浓度变低，与没有微生物附着材料的情况相比，看不到活性污泥沉降性的提高效果。
[表2]
  微生物附着材料BOD容积负荷(kg/m3·日)   总曝气槽BOD容积负荷(kg/m3·日)   返回污泥浓度(mg/L)
  没有附着材料   0.12   8400
  0.4   0.16   8600
  0.8   0.32   9200
  1.0   0.4   11850
  2.0   0.8   16200
  3.0   1.2   17100
  4.0   1.6   19800
  5.0   2.0   23000
  7.0   2.8   22700
实施例3
[实际设备的应用结果]
对将本发明应用在糕点制造厂的排水处理设备的实施例进行说明。过去，这个工厂通过将水深5米的曝气槽2段串联配置，且各容积为800m3、750m3的活性污泥处理设备，将表3中以往方法一栏所示水质(平均值)的原水，在返回污泥比为2.4的条件下进行活性污泥处理。其结果示于表3。在这种情况下，如表3所示，由于活性污泥的沉降性不好，曝气槽的MLSS增加到6000mg/L以上有困难。另外，当排水处理量增加到450m3/日以上时，活性污泥会从沉淀槽流出，因此不应把排水处理量增加到在其以上。
为提高这种状况下的以往设备中的活性污泥沉降性实施了本发明。
即：在原有的前段曝气槽(容积800m3)的原水流入侧，浸渍将许多根上述“Biofringe”以基本上不设置彼此空间的方式紧密地装载于模框上而构成的微生物附着材料(体积370m3)。“Biofringe”(平均一条长3.5m)的安装距离设定为10mm。模框容积为370m3，装载在该模框中的“Biofringe”的全长为37000m。微生物附着材料的体积(370m3)和曝气槽的实质总容积(1525m3)的比率为0.24。微生物附着材料中的容积负荷为1.46kg/(m3·日)。
这样，依照本发明把采用了”Biofringe”的微生物附着材料设置在曝气槽的原水流入部，除此以外在与原有设备同一条件下进行运转。而且，经过了3个月时进行和以往方法同样的测定。表3显示其结果。如表3所示，根据本发明，活性污泥的沉降性、浓缩性显著提高，从沉淀槽向曝气槽的返回污泥浓度从以往方法的8500mg/L提高到了15600mg/L。其结果，使曝气槽的MLSS从以往方法的6000mg/L增加到了约2倍的11000mg/L。
据此，BOD·污泥负荷可以降低到以往方法的1/2以下。另外，相对于以往设备中的剩余污泥转化率，每除去BOD 1kg平均为0.26kg，根据本发明，剩余污泥转化率可以降低到每除去BOD 1kg平均为0.058kg。认为其原因是由BOD·污泥负荷减半的效果和向微生物附着材料上附着的附着污泥的食物链带来的污泥减量效果而产生的。
[表3]
  处理方式            原水  水质                 处理水  水质
  原水流量(m3/d)   曝气槽MLSS(mg/L)   SVI(mL/g)   返回污泥浓度(mg/L) BoD(mg/L)   SS(mg/L)   正己烷提取物(mg/L) BOD(mg/L) COD(mg/L) SS(mg/L)   正己烷提取物(mg/L)
  以往方法 450 6000 120 8500 1180 320 160 2 35 23 2
  本发明   538   11000   52   15600   2100   350   269   2   11   9   1以下
在表3中，所谓的SVI(Sludge Volume Index，污泥体积指数)，说的是将曝气槽中的混合液静置30分钟后，用毫升数表示1克的MLSS所占的容积。其关系为：
SVI＝SV30×10000/MLSS。
详细情况为，SVI表示活性污泥的沉降性、压实性，通常优选100左右。曝气槽中的混合液在膨胀状态时即所谓的轻污泥时，达300以上的值。MLSS高的时候，由于测定时量筒的管壁阻力，SV(污泥体积)上升，因此可以通过测定稀释2倍、3倍的SV，求出真正的SV。
上述中的SV(Sludge Volume)表示活性污泥的沉淀率。该SV是将曝气槽的混合液取出并静置于1升的量筒中，用经过30分钟后的沉淀污泥量相对于样品总量的百分率来表示。

Claims (2)

1.一种有机性污水的生物处理方法，
其中，将进行活性污泥处理的曝气槽划分为原水流入部和比该原水流入部更靠下游侧的部分；
将微生物附着材料浸渍在上述原水流入部中，设定上述微生物附着材料的BOD容积负荷为1kg/(m3·日)以上。
2.一种有机性污水的生物处理装置，
其具备具有原水流入部和比该原水流入部更靠下游侧的部分的曝气槽；
具备浸渍于上述原水流入部、且在BOD容积负荷为1kg/(m3·日)以上可运转的微生物附着材料。
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