CN104470859A - 使用污泥脱气和污泥回收以及处理设备的厌氧污水处理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过含厌氧微生物的生物污泥来进行生物污水处理的方法以及相关的设备，其中所述生物污泥(2)位于反应器(3)中，将所述污水(1)输送至所述生物污泥(2)的下方，使其由下往上流经所述生物污泥(2)并将其从生物污泥(2)的上方排出。在这种情况下，应通过对和反应器(3)中的污水(1)一起排出的污泥进行脱气并将其至少部分地输回至反应器(3)中来解决降解率下降的问题。

Description

使用污泥脱气和污泥回收以及处理设备的厌氧污水处理
本发明涉及一种通过含厌氧微生物的生物污泥来进行生物污水处理的方法，其中生物污泥位于反应器中，将污水输送至该生物污泥的下方，使其由下往上流经该生物污泥并从生物污泥的上方排出。
本发明还涉及用于生物厌氧污水处理，特别是用于实施本发明方法的设备，其包括反应器，该反应器具有含厌氧微生物的生物污泥，并且在其下部具有用于待净化的污水的至少一个进口，在其上部具有用于排出污水的至少一个溢出口以及用于至少将污水处理过程中产生的生物气和经净化的污水分离的至少一个分离器。
对于污水处理来说，已知有各种机械、化学和生物的方法以及相应的反应器。在生物污水处理的过程中，使待净化的污水与好氧或厌氧的微生物接触，在好氧微生物的情况下，污水中所含的有机污染物主要被分解成二氧化碳、生物质和水，而在厌氧微生物的情况下，有机污染物主要被分解成二氧化碳、甲烷并且仅有一小部分被分解成生物质。
此外，近年来，厌氧微生物被越来越多地用于生物污水处理过程的实施，这是因为在厌氧的污水处理过程中无须将高耗能的氧气引入生物反应器中，在净化的过程中产生随后可被用于产能的能量富集的生物气以及明显较低量的剩余污泥。
根据所使用的生物质的类型和形式，将用于厌氧污水处理的反应器划分为接触污泥反应器(Kontaktschlammreaktoren)、UASB反应器、EGSB反应器、固定床反应器和流化床反应器。
微生物在固定床反应器中被固定在载体材料上，在流化床反应器中附着在可自由移动的小型载体材料上，而在UASB和EGSB反应器中以所谓的料粒(Pellets)的形式来使用微生物。与UASB反应器(升流式厌氧污泥床)(upflow anaerobic Sludge blanket)不同的是，EGSB反应器(膨胀颗粒污泥床)(expandedSludge bed)更高，并且在体积相同的情况下具有显著更小的占地面积。
对于UASB和EGSB反应器，通过下方的反应器区域内的进口向反应器连续输送待净化的污水或待净化的污水和来自于厌氧反应器出口的已净化的污水的混合物，并使其通过位于进口上方的含微生物料粒的污泥床。
在污水中的有机化合物分解的过程中，微生物特别生成含甲烷和二氧化碳的气体(其也被称为生物气)，该气体部分以小气泡的形式聚集在微生物料粒上，部分以游离的气泡的形式在反应器中上升。由于聚集的气泡降低了料粒的比重(spezifische Gewicht)，因此料粒在反应器中上升。为了将形成的气泡和上升的料粒与水分离，通常在反应器的中部和/或上部设置气罩(Gashauben)形式的分离器，生物气聚集在其脊梁(First)处，从而形成气垫(Gaspolster)，由微生物料粒和污水组成的漂浮层(Flotationsschicht)位于该气垫的下方。从气体和微生物料粒中释放出来的经净化的污水在反应器中上升并且在反应器的上端通过溢出口被排出。例如在EP 0 170 332 A和EP 1 071636 B就对这样的方法和相应的反应器进行了描述。
在用于厌氧污水处理的高负载反应器中，通常使用两个三相分离装置。它们包括彼此交错(versetzt übereinander)排列集气罩(Gassammelhauben)，上升的生物气气泡和上升的颗粒状生物污泥(料粒)在其下方聚集。正如已提及的，所述气体从罩中被排出。颗粒状的生物质要么放出附着在其上的气体并再次下降至反应器底部，要么作为气体/水/料粒混合物通过管道系统被输送进反应器顶部的气体分离装置。从那里生物污泥再次被返回过程中。
然而，已发现的是，活性生物污泥的质量会下降得相对较多，这会相应地给反应器的降解率带来负面影响。
因此，本发明的目的是尽可能高效地解决反应器的降解率下降的问题。
根据本发明，通过对和反应器中的污水一起排出的污泥进行脱气并将其至少部分地输回至反应器中的方式来实现与方法相关的目的。公认的是，尽管由反应器中的分离器可以得到生物污泥和经处理的污水，但是这导致生物污泥的量的相应减少并且影响反应器的效率。当生物污泥含有过多的气体并由此漂浮在反应器中时，尤其会出现这种情况。因此，必须在将和污水一起排出的生物污泥输回反应器之前，对其进行分离和脱气。这种情况下，可以在对生物污泥进行分离之前或期间，完成所述生物污泥的脱气。
已被证明有利的是，使与污水一起排出的生物污泥经受剪切力以进行脱气。通过剪切力能撕裂阻碍气体释放的层或者甚至能使其部分地从生物污泥剥离。
然而，当与污水一起排出的生物污泥经受离心力以进行脱气时，也可以促进该生物污泥的脱气。在这种情况下，还可以通过离心力来产生剪力。
在任何情况下，剪力或离心力应为这样的大小，使得生物污泥(料粒)的外层受到影响，但不破坏该料粒。
阻碍气体释放(Gasabgabe)的原因往往是料粒内部或包围该料粒的外壳(Haut)或层的下方的气泡。这些层或外壳由污水中所含的聚合物或者还由微生物本身形成。
这些所谓的料粒和脱离的组分易于通过合适且充分已知的装置(例如，筛、等)来拦截(zurückhalten)，并且例如通过低剪切泵(scherarme Pumpe)被再次输回至反应器。
在这种情况下，可通过旋流器(Hydrozyklons)来实现生物污泥的脱气和分离。为此，将由反应器排出的污水导入所述旋流器中并将由此产生的重质部分(Schwerteile)至少部分地输回至反应中。为了通过离心力来集中重质部分(生物污泥)和轻质部分(Leichtteil)(污水)并且通过出口或分离器将其分别导出，旋流器是非常合适的。为了在旋流器内形成旋转流，可以在反应器的出口处使用流体静压(hydrostatische Druck)。此外，这种类型的脱气和分离的优势还在于，通常反应器中不希望的絮状生物污泥作为轻质部分与污水一起被转输。为了形成足够的离心力，所述旋流器的内径应大于20cm，优选大于25cm。
可替代的是，可借助于筛来实现生物污泥的分离，引导由反应器排出的污水穿过所述筛。通过筛上的生物污泥的截留而产生的剪力有时足以用于脱气。在这种情况下，无需进一步处理就可将由此产生的截留物(Rejekt)至少部分地输回至反应器。
然而，对于生物污泥的脱气来说通常需要较大的力，因此所述筛应为分选器(Sortierers)，特别是压力分选器的部件。这种情况下，通过转子在该分选器中于筛的进口处产生旋转流，其导致相应的离心力的形成。其结果是，污水穿过筛，而因离心力和剪力脱气的生物污泥被截留在筛上，并可被输回至反应器。
作为另一可替代的方案，可引导由反应器排出的污水通过旋转泵(Kreiselpumpe)以用于所夹带的生物污泥的脱气。此处，旋转泵中的旋转流也产生了足够高的离心力且不会破坏生物污泥。然后，如此经脱气的生物污泥可在随后的污水处理单元中沉淀，并且被至少部分地输回至反应器中。
有利的是，可以形成所述的随后的处理单元以从沉降物(Sedimentation)中分离生物污泥，其中所述生物污泥沉积。
接下来，将通过两个实施例对本发明作进一步说明。
在附图中：
图1示出了反应器3的横截面的示意图；
图2示出了用于污水处理的设备方案；以及
图3示出了另一设备方案。
图1示出了包括反应器3的生物反应器，其中部和上部被设计成圆柱形，并且其下部向下渐缩成圆锥形。
在该反应器的下部，即在料斗中安放有用于提供待净化的污水1的进料分配系统4。
在反应器3的中部和上部设有两个分离器6。这些分离器6可各自具有多个气罩或者甚至具有多个气罩层(Lagen an Gashauben)。
在分离器6的上部设有分别为溢出口5形式的出口，通过该溢出口从反应器3中排出经净化的污水1。
在反应器3上设有气体分离装置14，其通过管道13与两个分离器6连接。此外，立管12从气体分离装置14的底部导入反应器3的下部。在反应器3的下部，即料斗的下部还设有沉淀物排放装置(Sedimentabzug)15，通过该沉淀物排放装置15，可从反应器3中排出固体或来自于固体和液体的悬浮物，并且通过进口4可引入用于清洗反应器下部的液体。
进料分配系统4由多个进口4构成，其均匀分布在反应器3的底部，此处为料斗的内壁，并且将待净化的污水1输送进反应器3中。这种情况下，大量的进料分配系统4能够调节输入的污水1在反应器3底部的分布。
在操作反应器时，通过进口4将待净化的污水1输入反应器3中，其中在输入的污水1和反应器3中的介质之间形成充分的混合，所述介质由已部分净化的污水1、生物污泥2(微生物料粒)和小气泡组成。
输入的污水1从进口4缓慢地流入反应器3中，直至进入含微生物的生物污泥2。生物污泥2中所含的微生物主要将污水1中所含的有机污染物分解成甲烷和二氧化碳气体。由生成的气体形成的气泡，其中较大的气泡从生物污泥2脱离并且以气泡的形式通过所述介质鼓泡(perlen)，而较小的气泡则附着在生物污泥2(料粒)上。这些附着了小气泡并且由此比重比其它料粒和水更小的料粒在反应器3中上升，直至它们到达下面的分离器6。
游离的气泡在分离器6的气罩内被捕获，并且形成气垫(Gaspolster)。通过任选的混合室(未示出)将气罩内收集的来自于漂浮层的气体以及料粒和水混合在一起，并通过管道13输入气体分离装置14。
未经下面的分离器6分离的水、上升的料粒和气泡在反应器3中继续上升直至上面的分离器6。
由于下面和上面的分离器6之间的流体静压(hydrostatischen Druck)的下降，小气泡继续从到达上面的分离器的微生物料粒上脱落，从而料粒的比重又会增加并下沉。
剩余的气泡在上面的分离器6中被截留并通过管道13被输入气体分离装置14中。
现已净化的污水1从上面的分离器6继续上升，直至通过溢出口5从反应器3中排出，并通过排水管道导出。
在气体分离装置14中，气体与剩余的水和微生物分离，其中来自于料粒和污水1中的悬浮物通过立管12被再循环到反应器3中。这种情况下，立管12的排出口通向反应器3的下部，在那里回收的来自于料粒和污水1的悬浮物与通过进口4输入反应器的污水1混合，之后开始新的循环。
通过沉淀物排放装置15，可以按需要将聚集在反应器3尖部(Spitze)的钙质沉积物连续或分批地从反应器中排出。
虽然存在分离器6并且通过气体分离装置14形成内部循环，但是仍将生物污泥2与处理过的污水1一起从反应器3中排出。如前所述，出现这种情况是因为在生物污泥2中或在其旁附着的气泡，其可使生物污泥2的比重降至小于1kg/l，从而提供了生物污泥2在反应器3中的漂浮。
为了解决相关的反应器3中生物污泥2减少的问题，于是对和污水1一起排出反应器3的生物污泥进行分离、脱气和回输。
在根据图2的设备中，将反应器3中污水1输入旋流器7或压力分选器8。在这两种装置中，污水1发生旋转，从而产生离心力和剪力。这些力导致阻碍气体释放的生物污泥2上的层撕裂或去除。
在旋流器7中通过离心力形成重质部分(生物污泥2)和轻质部分(污水1)的分离，而在分选器8中通过筛来实现重质部分(生物污泥2)和轻质部分(污水1)的分离。使用旋流器7的优势在于，可利用污水1的入口压(Vordruck)来产生旋流器7中的流动。为了产生所需的力，该旋流器7的内径应大于20cm。在分选器8中，通过转子来产生离心力和剪力，该转子通常设在圆柱形筛的入口侧。当污水1与片状的生物污泥2一起穿过筛时，活性生物污泥2被拦截在筛旁，并且可通过转子使其远离。在这两种情况下，同时进行生物污泥2的脱气和与污水1的分离。污水1可被进一步处理，而生物污泥2被任选地通过低剪切泵11输回至反应器3。
与此不同的是，在图3中通过旋转泵9将污水1从反应器3中输出。这种情况下，也是通过旋转产生离心力的，该离心力促进了生物污泥2的脱气或使得能够进行生物污泥2的脱气。
然而，只在随后的处理单元10(此处以沉淀的形式)中进行生物污泥2的分离。在该处理单元10中，脱气的并因此相对较重的生物污泥2在底部沉降，并可通过低剪切泵11将其从底部输回至反应器3中。

Claims (9)

1.通过含厌氧微生物的生物污泥(2)进行生物污水处理的方法，其中所述生物污泥(2)位于反应器(3)中，将污水(1)输送至所述生物污泥(2)的下方，使所述污水由下往上流经所述生物污泥(2)并将其从生物污泥(2)的上方排出，其特征在于，对和所述反应器(3)中的污水(1)一起排出的生物污泥(2)进行脱气并将其至少部分地输回至所述反应器(3)中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使和所述污水(1)一起排出的生物污泥(2)经受剪力以进行脱气。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使和所述污水(1)一起排出的生物污泥(2)经受离心力以进行脱气。
4.用于生物厌氧污水处理，特别是用于实施上述权利要求中任一项所述的方法的设备，其包括反应器(3)，所述反应器具有含厌氧微生物的生物污泥(2)，并且在所述反应器的下部具有用于待净化的污水(1)的至少一个进口(4)，在所述反应器的上部具有用于排出所述污水(1)的至少一个溢出口(5)以及用于至少将污水处理过程中产生的生物气与经净化的污水(1)分离的至少一个分离器(6)，其特征在于，将从所述反应器(3)中排出的污水(1)导入旋流器(7)中并且将这种情况下产生的重质部分至少部分地输回至所述反应器(3)。
5.权利要求4所述的设备，其特征在于，所述旋流器(7)的内径大于20cm，优选大于25cm。
6.用于生物厌氧污水处理，特别是用于实施权利要求1～3中任一项所述的方法的设备，其包括反应器(3)，所述反应器具有含厌氧微生物的生物污泥(2)，并且在所述反应器的下部具有用于待净化的污水(1)的至少一个进口(4)，在所述反应器的上部具有用于排出所述污水(1)的至少一个溢出口(5)以及用于至少将污水处理过程中产生的生物气与经净化的污水(1)分离的至少一个分离器(6)，其特征在于，引导从所述反应器(3)中排出的污水(1)通过筛并且将这种情况下产生的截留物至少部分地输回至所述反应器(3)。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述筛为分选器8的部件，其中通过转子在所述筛的进口处产生旋转流。
8.用于生物厌氧污水处理，特别是用于实施权利要求1～3中任一项所述的方法的设备，其包括反应器(3)，所述反应器具有含厌氧微生物的生物污泥(2)，并且在所述反应器的下部具有用于待净化的污水(1)的至少一个进口(4)，在所述反应器的上部具有用于排出所述污水(1)的至少一个溢出口(5)以及用于至少将污水处理过程中产生的生物气与经净化的污水(1)分离的至少一个分离器(6)，其特征在于，引导从所述反应器(3)中排出的污水(1)通过旋转泵(9)以用于所夹带的生物污泥(2)的脱气，经脱气的生物污泥(2)在随后的污水(1)的处理单元(10)中沉淀，并且将所述经脱气的生物污泥至少部分地输回至所述反应器(3)中。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，形成所述随后的处理单元(10)以从沉降物中分离所述生物污泥(2)。
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