CN1075938A - 处理合成的金属加工液体和含油基产物的膜生物反应器系统 - Google Patents

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Abstract

提供生物反应器处理金属加工厂含可生物降解 和难生物降解的废液和无机固体的废水。处理此废 液的HRT和SRT比处理污水的时间长10倍。离 开反应器进入超滤膜分离出悬浮固体，就得到高质量 出水。部分浓缩液回流到反应器，另部分排出，周期 性除去固体。尽管流量变化很大，膜仍可达到长期、 有效的使用寿命。由于渗透水的回流，使生物反应器 在容积恒定下运行；使废水以恒定流速进入反应器和 使膜部件在较低压力下运行，以确保膜不受到损坏。 此生物反应器的体积只有不使渗透水回流时所需反 应器的一半。在中间工厂一年以上的试验，系统具有 出乎意料的效果。

Description

好氧生物反应器运行对所处理的废水的组成以及完成处理过程所需的时间是非常敏感的。换句话说，给出的相当多的时间和对能源消耗的不合理的限制，使对废水处理系统运行的挑战，减少到最少的程度。由于这种挑战提供了一个系统，该系统的运行中时间一能量的灵敏性在经济上都是令人满意的，这项技术的重点是提供最有效的方法，通过向生物反应器中的物料（生命体的悬浮水溶液，即有机固体和微生物的悬浮水溶液）输送足够多的氧气，使微生物保持它的活性，象用微生物生物降解生物化学上可氧化的物质所使用的一样多的氧气。要想在商业上可被接受，就必须在合理的时间期限内进行，并使用很少的能量，使处理后的水达到可接受的好的质量。用实验室工作台规模的装置评价这一系统是非常困难的，我们根据Genenal  Motors  Corp的NDH  Sandusky的汽车工厂，在中间工厂中进行系统的试验。由于来自这两个工厂的废水组成有显著变化，所以Mansfield  Genenal  Motor  Plant的废水也要用卡车运到中间工厂中做实验。
更具体地说，本发明涉及处理一种天然碳氢化合物和合成金属加工液体，各种脂肪，油和油脂（“FOG”）与合成有机化合物和金属有机化合物混合在一起的混合物，其中有一些是不溶性的固体，有的是可乳化的液体，还有一些是可溶性的固体和液体。本文将废水中的混合物称为“废液”。这些废液中既包含了特别难处理的组分，又含有比较容易处理的组分。
本发明的问题是提供一种方法，该方法可以经济地生物降解废液中的废物，该废液从1小时到另一个小时是变化的，该废水在每小时的质量流量上，和废液的浓度上都有变化。要被解决的问题是利用一个典型的在每小时的质量流量恒定条件下运行的膜分离器，与一个生物反应器相连，由此产生一个满足政府要求的出水。此外，在运行过程中，废液的各组分的比例是要变化的。然而，一个成功的过程还需要基本上连续运行，并且基本上没有人的看管。此外，该过程产生的废物将减到最少。上述问题用一个过程解决，该过程要求在废水被进一步处理之前，将游离油和除了非常细小的颗粒以外的所有固体除去。我们发现，系统中固体组分的大小在大于约106微米（140目美国标准筛）的范围内时，对膜的运行有不利的影响。游离油削弱了膜的选择性（浸湿），从而妨碍了水的通过。实际上，大于106微米的固体大部分都是难处理的固体，它们中的大多数都是无机物，例如金属和碳化物的颗粒;在废液中的较大的有机颗粒中，许多组分的生物可降解性是如此之低，以致于在预处理步骤中除去它们成为我们的工艺能否成功运行的决定因素。除去那些非常小的，即能通过140目筛网的细小颗粒以外，在我们的生物反应器系统中，唯一的固体就是微生物的生命体，无论是死的还是活的，和微生物产生的固体。
另一个给系统规定的决定性因素是使穿透速度大于固体废料进入反应器的速度。这样高的渗透速度使它有可能产生一个渗透液循环，此外还有浓缩液中生命体的循环。尽管在特意产生这种回流以后，出现了渗透的水循环的矛盾，但这种渗透的水的回流却能使反应器基本上在恒定容积的状态下运行，并且使膜超滤区的料液在一个恒定的速度上。下面还要详细地说明渗透的水回流的原因。
这种方法具有上述这种性能，并且取决于独特的运行方式，该方法将一个环境压力下的好氧反应器，一个均衡池，和一个使水能通过的膜装置结合在一起，生物降解产生的分子其数量和大小都是预先确定的。
在进入均衡池之前，对输送来的废水（“输送来的废水”）进行预处理，以除去可漂浮的游离油和可沉淀的固体，尽管可以用任何其他合适的设备来除去可漂浮的油和可沉淀的固体，但是预处理装置的范例是一个波纹板拦截器（CPI）。另一方面，也可以直接在均衡池中，用合适的装置去除游离油和可沉淀的固体。加到生物反应器中的给水是从均衡池中来的，这种废水中含有的FOG，其化学和物理性质与由人类活动产生的废水，典型的市政废水的化学物理性质完全不相同。特别是来自金属加工操作的废水，含有下列组分中任一种或全部：石油基（油基）FOG;非石油基（合成或半合成油）FOG;以及金属有机化合物。这些组分的生物可降解性落在难降解的全谱的范围内。在膜生物反应器系统中处理的就是这种废水，在NDH通用发动机的汽车工厂对该系统进行了扩大试验，1990年10月10日在华盛顿所在地哥伦比亚特区召开的水污染控制联合会议上的公开了一份论文中曾报导过在该中间工厂的试验。
25年前Budd等人曾在美国专利第3，472，765号中公开过使用带有膜分离器的生物反应器的基本技术，它所公开的技术全部在这里进行陈述，以作为参考。他们使用了一个曝气条件很好的生物反应器，该生物反应器与一个微滤膜或一个超滤膜联合在一起使用，不仅避免了重力沉降技术的时间损失，而且还可以回收基本上不含固体的高质量的水（“渗透的水”），留下的不可降解的高分子量的物质和含有固体的液流（“浓缩液”）被回流到生物反应器。
3，472，765号专利方法中的一个基本工艺特性就是通过改变进水的流量，使反应器的容积保持恒定。此外，有机固体仅仅被粉碎，而不是被除去，使它们保留在被回流的浓缩液中。相反，我们发明的方法是通过使进入反应器的进水流速保持恒定，以及回流浓缩液和渗透的水，使反应器的容积保持不变。在我们的方法中，基本上没有比约106微米大的固体进入反应器中，进入系统中的固体只有前面提到的细碎的有机固体，生命体本身以及生命体产生的产物。
在70年代，主要就人和动物的废物而论，3，472，765号专利系统取得了一定的商业成功，这种成功提高了在造价不敏感场合的应用。这种系统用来处理来自金属加工工厂的FOG废水是不会成功的，因为为了降解该废液，该系统的固体停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）不够长。
尽管系统中的每一个机械部件都是已知的，但我们发现，如果把它们组合起来用在我们的方法中，并按照下面描述的方式运行，可以有效地处理含有FOG浓度非常高的废水。运行生物反应器以将FOG和总悬浮固体（“TSS”）的浓度维持在预先确定的浓度上，膜设备作为一个超滤膜在低压下运行即在约170-1035KPa（25磅/英寸2-150磅/英寸2）的压力范围内运行。这种操作的结果产生了一种含有固体的浓缩液作为回流液的被控制的高的质量流量。
来自生物反应器的质量流量出乎意料的高，（1）提供一个长的固体停留时间（SRT），和每个单位被夹带的空气所需要的足够多的液体，以降解废水中的FOG，（2）在生物反应器系统中，在小于5天，最好小于48小时的水力停留时间内，充分降解有机废物。根据废水流速提供前面方法的关键是使对一个循环中乳化污染物停留时间比反应器的液体停留时间或水力停留时间长些。
我们发现，一个好氧生物反应器与一个膜过滤设备结合在一起的生物反应器系统可以成功地降解用在金属加工厂中的含高浓度的天然的，合成的和半合成的金属加工液，各种脂肪，油和油脂（为了简便起见统称“FOG”）的废水，唯一的条件是系统必须在一个非常窄的确定的运行参数的范围内运行。首先，要先将废水的浮渣撇去，并除去其中可沉淀的固体。特别是，由于废水含有难于降解的固体和高浓度的“FOG”，最好在装配有106微米筛网的过滤区除去，除了非常细碎的固体以外的所有固体。这种预处理过的废水就能使生物反应器与一个超滤膜部件结合，从而运行在水力停留时间（HRT）至少为24小时，最好在1-5天的范围内，固体停留时间（SRT）在约30-150天的范围内，最好在50-125天内。
因此，本发明的一个一般性的目的是提供一种在生物反应区生物降解废液中独特组分的方法，只要求生物反应区满足（1）在确定的窄的区间内运行，尤其是除去进到生物反应区内的固体，以及进到生物反应区和膜超滤区内的流量基本保持恒定，利用渗透的水回流，使系统中的液体流量保持基本稳定;（2）膜过滤区使用一种膜，这种膜当它在表压约为170-689KPa（25-100磅/英寸2）的压力范围内运行时，能使有效直径小于0.001微米（μm）的分子能够通过膜。
我们还发现，如果先从输送来的废水中除去固体，然后将进入生物反应器的质量流量保持基本恒定，水力停留时间（HRT）维持在24-48小时的范围内，固体停留时间（SRT）维持在大于30天，最好至少为50天，就可以对来自金属加工工厂的废液进行成功的生物降解。实际上，根据废水流速乳化污染物的停留时间大于生物反应区的水力停留时间。
本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法包括（1）从用在金属加工工厂中的合成金属加工液体和各种脂肪，油和油脂的混合物中除去固体，使料液Qf以基本恒定的流速进入反应器中;（2）当水力停留时间HRT基本保持恒定从约24小时，至小于48小时的范围时，在有活的微生物存在于生物反应区的情况下，在环境的压力下，对混合物进行曝气;（3）使生物反应器容量中的预定部分流入膜过滤区，使产生的渗透的水的流速大于进入生物反应区的废水的流速;（4）使预先确定的这部分废水中的固体物含量维持在预先确定的范围内;（5）将渗透的水的第一部分Qp1回流到生物反应器;以及（6）将渗透的水的第二部分Qp2作为高质量的水排出。
本申请的一个特殊的目的是提供一种利用膜一生物反应器系统基本连续地处理废水的过程，该过程包括：
（1）为上述废水提供一个预处理区，上述预处理区的体积足够大，以能够均衡进入上述预处理区中的上述废水流速的变化，在上述预处理区中除去沉淀固体和可撇除的游离油，然后从上述区中除去撇除过的废水。
（2）从上述撇除过的废水中除去约大于106微米的固体，以提供一个基本上不含固体的废水料液;
（3）将上述基本上不含固体物质的废水料液，以一个基本恒定的流速加入到生物反应区内，该生物反应区的液体体积基本维持恒定，以及其水力停留时间至少为24小时;
（4）在适合于降解上述生物化学上可氧化的物质的活微生物存在的情况下，上述物质保持在上述反应器内的悬浮液中，在固体停留时间（SRT）至少为30天的条件下，对上述生物化学上可氧化的物质进行曝气;
（5）在一定的速度和压力下，使上述悬浮液流过一个膜过滤区，该速度和压力要足够大，以使上述过滤区内的膜流量维持在一个预先确定的值，在此流量下，上述过滤区内的膜表面基本上没有固体，上述膜过滤区的膜面积要足够大，以使渗透的水的流速大于上述不含固体物质的废水料液的基本恒定的流速;
（6）从含有上述固体的浓缩液中分离出渗透的水;
（7）将上述浓缩液作为回流浓缩液，从上述膜过滤区循环到上述生物反应区;
（8）排出一个水质可接受的流出液;
（9）将上述作为流出液除去的过量的渗透的水返回到上述生物反应器;和
（10）周期性地除去一小部分，以体积计的上述回流的浓缩液，以调整上述生物反应区内的固体含量。
本发明的另一个特别的目的是用一个系统处理生物可降解性很低的废水，该系统由一个生物反应器和由超滤膜组成的处理单元组成，产生一种具有下列水质指标的流出液;
化学耗氧量，COD＜450毫克/升;
生物耗氧量，BOD5＜25毫克/升;
总悬浮固体浓度，TSS＜10毫克/升
总FOG＜25毫克/升;和NH3-N＜1.0毫克/升。
下面通过对本发明作详细的描述，可以更好地理解本发明上述的和附加的目的以及本发明的优点，同时用图来说明本发明的最佳实施例，其中：
图1是膜-生物反应器系统的简化工艺流程图，用图解的方式表示了它与两个超滤的单元的运行情况以及主要的回流过程。
图2是表示膜流量随运行时间变化的情况的图形。
图3是表示在近一年的时间内，在废水中惰性固体的浓度（克/升）不同的条件下，由于惰性固体的作用，在生物反应器中悬浮固体的生成情况。
关心处理来自金属加工厂的实际废水的成本的人们，可以采用最佳实施例中的膜-生物反应器系统。尽管这种废水的水量比大城市地区排放的生物可降解废水的水量少一些，但由于它难以处理，所以需要车间的操作工来处理。不能用城市污水处理装置来处理这种工厂排放的废水，因为这种废水的生物可降解性极低。
通常，我们知道，当进水量基本恒定或者改变时，一个反应器是否是在一个基本恒定的容积下运行，这一点是不重要。基本稳定的意思是±10%。然而，使反应器的容积随着进水流速的变化而保持不变，膜面积必须要根据一个循环时最小的流量来设计。因此，要用具有最小流速100升/米2·时（“F”）的膜处理进水量为1000升/时（“Q”）的废水，所需的膜面积（“A”）为10米2。然而，反应器的容积（“V”）必须要根据最大流量得到，这是因为当膜以最大流量运行时，反应器必须含足够多的废水，以流向膜设备。假定最大流量是最小流量的两倍，即200升/米2·时，降解废物所需的最小水力停留时间HRT是24小时，于是
V＝F×A×HRT＝48000升，
正如在本系统所述的一样，在一个容积保持不变的反应器中运行，进水流速保持不变，则所需的膜面积是根据最小流量得到的，如前所述，是10米2，但是，反应器的容积应根据最小流速100升/米2·时来考虑，因为进水流速是恒定的，浓缩和渗透是反复循环的，所以，所需的反应器容积为：
V＝F×A×HRT＝100升/米2·时×10米2×24时＝24000升。
在一个商业用的要求处理的料液流速为1000升/时的系统中，一个显著的经济上的差异就是反应器的容积是否是它所需容积的两倍。
如上文所述，我们发现一旦将游离的油和进入的固体从所产生的废水中除去，生物反应器生物降解的好坏取决于足够长的固体停留时间和水力停留时间，同时，在基本上不减少一个循环中的平均流速的情况下，在清洗膜之前，能够适应一个循环中流速的正常波动。
在标准的情况下，我们所面临的首先要作的是，或者（1）提高流体对所需数目的膜的压力以得到一个所需的穿过膜的流速，在平衡的运行状态下，它等于进料流速Qf，或者（2）使单元的数目比实际所需的多，以使得人能在进料压力基本上保持不变的情况下运行该单元，这是因为，膜的流量是基本上保持不变的。
尽管不是马上就能明白的，但人们会发现，增加压力以维持穿过一个单元的膜的流量，不久就会导致压力如此之高，以致于必然会带来不希望有的高的将膜损坏的危险。
另一个比较方案，采用使膜面积比前面的实例中所需要的多得多，这样会导致产生一个大的穿过流量，即在单位时间内的质量流量大于Qf。因为这样做会使反应器中的液体容量减少，所以在单元中所产生的穿过膜的这部分Qp1，最好是少量的被再循环，剩余部分Qp2被排出。
在状态稳定的情况下，微生物生长与基质去除之间的关系可以表示为：
μ＝YK-b（1）
其中，μ＝有机物比生长率，质量/质量-时间，
Y＝有机物产生系数，质量/质量，
K＝基质利用比率，质量/质量-时间，
以及，b＝有机物分解系数，时间-1。
在一个生物反应器中，有机物比生长率等于系统中固体停留时间SRT的倒数。因此，根据公式（1）：
μ＝1/SRT＝YK-b＝YnK（2）
其中，
SRT＝ (反应器中挥发性悬浮固体浓度（VSS）)/(在1天中流出液或故意消耗的物料中挥发性悬浮固体的减少量)
以及，Yn＝有机物的净产生系数。
因为挥发性悬浮固体在流出液中的减少量是非常小的，固体是直接在反应器中消耗的，所以系统的固体停留时间可以被表示为：
SRT＝V/W（3）
其中，V＝反应器的容积，米3，
而，W＝反应器容积的消耗速率，米3/时。
通过每天消耗反应器中预先确定的容积的物质，来控制固体停留时间。
在确定了，为了达到给定的流出物质量，Y和b，或Yn值，被认为是必须的固体停留时间以后，就可以确定K值了。K已知后，就可以根据反应器中挥发性悬浮固体值以及料液和流出液的浓度值，来确定所需的反应器容积。最佳反应器的SRT和HRT取决于废水主要成分和反应产物的分子大小，废水主要成分的生物和化学（水解反应）可处理特性，反应产物的抑制特性，以及与有效孔隙大小有关的膜的特性。
一旦最小膜流量被确定以后，相应的最小膜面积（A）可以按下面公式计算：
A＝Q/J
其中，A＝所需的总的膜面积，米2，
而 J＝膜流量，米3/米2一天。
J取决于反应器的这些因数，如TSS，线速度，温度，穿过膜的压力降，表面结垢和浓差极化的程度。浓差极化是由于在膜表面所积累的溶质所引起。溶质借助于溶剂的迁移而到达膜的表面，而它们中的一部分则穿过膜。排出的溶质经常在膜上形成一层粘性的凝胶层。这层凝胶层起第二层膜的作用，减少流速，并且经常减少低分子量溶质的穿过量。表现结垢是由于超细颗粒在表面的沉积，以及少量溶质结晶过程和沉淀过程的积累而造成的。通过使用一个比实际需要大的膜面积和将流出物再循坏到生物反应器，可以抵消膜的流量的降低。
如图1所示，生物反应器10中装有活的微生物的悬浮水溶液12，这些微生物都是经过特殊驯化过的，即使经过考虑后，投加了其他如磷酸盐和氮的化合物这类的“附加”营养剂，它们仍然摄取废液作为营养物。但典型的废液的营养值是如此的低，以致于需要连续不断地投加附加营养物，以帮助微生物摄取废液。这种微生物在商业是上买得到的。生物反应器在大气压下运行;通过一个喷雾器14提供所需的空气或氧气，以维持微生物的活性，再通过导管13使空气或氧气在整个反应器内均匀分布。该反应器还有一个折流板部件，以使废液和微生物之间能够充分接触。
通过管路15将输送来的废水引入一均衡池20中，它除了调整流入反应器的流动以外，还可用作沉淀池，通过管路17除去沉淀的固体，并通过管路11除去游离的油。游离油和油脂“浮渣”16漂浮在表面，从表面被撇去。固体沉淀下来，周期性地或连续地从沉淀池的底部除去，这取决于输送来的废水中固体物质的含量，以及被去除的量。来自沉淀池20的废水悬浮液，在进入进料泵24的吸入端之前，进入管路21和22中，该进料泵24是在低压下运行的，它将经过调节的废水悬浮液打入一个106微米的过滤器26中。过滤后的悬浮液通过导管23进入生物反应器10中。
生物反应器10的料液要保持基本恒定，以维持物料12中固体物质的浓度在预先确定的浓度内，以及生物反应器中的液体用量在预先确定的范围。
生物反应器中的含物料12的液流通过泵吸入端管路27排出，通过加压泵28后，成为高压液流，通过排放管路29流入膜过滤单元30。
在一个商业上用的单元中，最好使用一个具有二个或两个以上平行连结的超滤部件31和32的膜过滤器30，其中膜的微孔的大小要小于0.5微米，并且最好使膜过滤器30维持在清洁水流量至少为10米3/米2/天（在20°和40磅/英寸2或370KPa绝对压力时测量）的状态下运行。
从膜过滤器30流出的水通过流出液再循环管路33排出系统，而浓缩液通过浓缩液再循环导管35排出，在管路29中浓缩液的出口压力约在250KPa（25磅/英寸2）-约1000KPa（125磅/英寸2）的范围内，这取决于膜部件的构造和膜过滤器的布置。
从导管35中流出的浓缩液流的较大部分，最好是以体积计的95%，作为回流液37被回流，其剩余部分37’通过排放管路37’被排出。来自管路33的流出液的一小部分，最好是以体积计约为0.1%-30%作为回流液39被回流，而剩余的作为被处理的流出液通过管路39’排出。
从管路39’排出的流出液的体积取决于反应物料的物理特性以及膜的规格。典型的流出液33占受压的生物反应器进料液29体积的在约0.5%或更少，到约3%的范围内。被循环到生物反应器的流出液回流部分39，使膜过滤装置的进料与流出液之间保持平衡。
如果需要，回流部分37和39还可以分别通过导管41和43转移到洗涤池40，需要的时候，可以用来对膜清洗和化学洗涤。一种或多种化学添加剂池44，是用来供给调节pH值所用的酸和碱，以及各种各样的营养物，如磷酸盐，以补充废水中微生物的营养物质。需要时，用泵45计量适当的化学试剂。
膜过滤单元的微孔大小最好在约0.001微米-0.05微米的范围内，如果允许得到纯度低些的流出液，那末微孔的直径可以大一些，约在0.01微米-0.1微米的范围内。
最好用聚乙烯醇，聚砜，聚丙烯，尼龙等等来制备微过滤膜，如Zenon  SJ。这些材料还可以用来制备超滤膜，例如Zenon  TAM膜。
参照阅2，图2表示的是膜部件（modules）运行了一年以上，没有更换。对于特殊的膜部件试验，流量在大于两倍的范围内变化，即从约16加仑/英尺2-天-42加仑/英尺2一天。这个流量的大的变化，可以通过渗透的水的回流来调整，使反应器基本上在容积恒定的状态下运行，当进料速度基本上恒定时，来自反应器的悬浮固体以基本上恒定的速度排出，并流入膜部件。由此可以获得达到所要求的出水量的高质量的流出液。
在接近一年的期间内，在各种不同浓度的固体存在的情况下，反应器对所存在的惰性固体的灵敏度用图3来说明，上述惰性固体是不可降解的碳化硅和金属颗粒。反应器在水力停留时间为2天，固体停留时间为40天的状态下运行。很明显，随着固体浓度的增加，悬浮固体的产生量急剧上升，这对膜部件的效率将产生不利的影响，不仅在流量方面，而且由于这种无机固体对所要求的速度有一个磨擦作用。这种磨擦作用很容易损坏膜，因此要求将损坏的膜部件被正确地识别出来。并更换。
在该过程被发现是有效的细菌通常都可以在活性污泥中被发现，这些细菌包括：假单胞菌属，菌胶团，无色杆菌属，黄杆菌属，诺卡氏菌属，蛭弧菌属和分枝杆菌属类，所有这些细菌通常都被认为是异养的。用这些细菌作了大量的生物稳定性试验。可能出现的自养细菌以亚硝化胞菌属和硝化细菌属为代表，它们都是固氮的。人们发现在活性污泥中有各种各样的真菌，酵母和原生动物，其中的一些在我们的工艺中也是适用的。
在一个中间性工厂的运行中，一个3.78米3（1000加仑）的生物反应器连接着一个可变的膜部件带有HSC或TAM膜的Zenon Z8膜部件的多管状膜单元。每一膜部件都有81.83米长，用直径为2.22厘米的管子串连连接，以使每个膜部件的膜面积为0.975米2。膜部件本身与回流到生物反应器浓缩液回流管平行连接，并且与要回流到生物反应器的渗透的水回流管和要被排出的流出液管路平行连接。液体含量控制系统维持将反应器的容量维持在反应器平均体积的11%之内。向反应器通入足够多的空气，以充分混合，并为生命体的生长提供好氧条件。
白天，反应器中溶解氧（DO）的平均浓度在0.5-6.1毫克/升的范围内。反应器的pH值在6.8-7.9范围内。浓缩液回流量Qc与渗透的水量Qp之比保持在约120。在浓缩液回流管路中固体浓度基本上与生物反应器中的浓度相同。
膜-生物反应器系统的启动：在反应器中用生命体来接种，如果需要，加入少量的营养物（氮、磷、钾），以维持生命体的生长，在反应器中用空气流量来调节以维持过量的溶解氧浓度。通过加入硫酸，使反应器的pH值维持在接近中性。自动控制pH，保持其在7.5的给定值上。
在几个中间工厂运行中，通入了来自两个金属加工工厂的有代表性的废水做实验，生物反应器与预定的中间工厂一起运行，固体停留时间（SRT）（天）在50-100天的范围内，而水力停留时间（HRT）（天）在1.87-3.74天的范围内。通过在几个点采样并分析颗粒的和溶解的组成，来评价系统的运行性能。对NH3-N，总克氏氮（TKN）和总磷（TP）的分析不如对其他分析参数的分析那样经常。
试验的运行条件如下表Ⅰ所示。运行结果摘录在下表Ⅱ中。在表Ⅱ中，实验P2-1，P2-2和P2-3表明还要比其他试验再延长SRT和HRT，才能进一步提高流出液质量。注意到，至少在穿过膜的硝化或氨还原程度受影响的范围内，在反应器中不反应的化合物的积累并没有表现对微生物有抑制作用。这一点很明显是因为在流出液中通常NH3-N的值较低的缘故。
在下面的表Ⅲ中列出了可溶性反应物的COD值与流出液中的COD值进行比较（穿过0.45微米的滤纸）。SRT为100天时不反应的化合物的积累程度比SRT为50天时要低些。
Figure 921130848_IMG2
当固体停留时间进一步从50天增加到100天时，料液中可缓慢降解的高分子量的溶解性化合物的降解程度将超过高分子量化合物或生物产物的生成。
通过使用一个比用在其它试验中的Zenon  HSC膜的孔还多的膜，如Zenon  TAM膜，就能达到进一步减少高分子量的，溶解的和不反应的化合物的积累。
下表Ⅳ给出了用HSC和TAM膜所得到的实验结果的并列比较。在试验P3-2中，流出液的COD值相当于料液浓度的7%，表示流出液中有微生物的代谢物或极难降解的料液中的物质存在。在TAM膜的运行过程中，这个值增加到约11%。因此，不出所料，如果用有机物/无机物组成的浓度相同的废水作实验，孔多的膜比孔少的膜得到的流出液中的COD值要高。
为了确定生命体的净产生系数，在每一个平衡条件下，横过膜系统要建立固体物平衡。在该过程中，如果所用的SRTs长，微生物的生成值就低。这些结果列在下表V中。质量平衡知识能用来估计系统中，处理单位体积的废水所产生的固体物量。基于所观察到的平均净生成量，测得的所处理的废水的生成固体物的量为0.21公斤/米3（1.78磅/1000加仑）。这个值小于用传统的附加生物处理含油废水的传统物理-化学系统中固体生成量10%。
表Ⅳ.在超滤单元中使用较多孔膜，
对膜-生物反应器系统性能的影响
CPC Manofield 废水
HRC膜    TAM膜
参数
（271天到
（实验P3－2）
287天）
反应物达到平衡时的运行条件
HRT，天    1.87  1.87
SRT，天 100 100a
系统性能的结果
进料值，毫克／升
COD    5937    3415
BOD51043 600
TSS    410    331
总FOG    788    386
以烃为基础的FOG    403    225
TKN    43    27
流出液值，毫克／升
COD    417    386
BOD521 20
TSS    1    2
总FOG    16    15
以烃为基础的FOG    5    5
NH4－N 0.8 0.4
a.在用TAM膜运行期间，反应器中实际的SRT估计在50天到100天之间。由于意外的固体物的损耗使计算实际值变得复杂起来。
表Ⅴ，在平衡状态下运行过程中固体产量/污泥产量
生命体净生成系数
实验条件 去除每公斤COD时去 去除每公斤BOD5时去
除的VSS的公斤数    除的VSS的公斤数
NDH废水
SRT  100天
HRT  1.87天    0.033  0.143
（实验  P2－1）
SRT  100天
HRT  3.74天    0.024  0.103
（实验P2－2）
SRT 50天
HRT  3.74天    0.072  0.329
（实验  P2－3）
CPC  Mansfield废水
SRT  50天
HRT  1.87天    0.039  0.207
（实验  P3－1）
SRT  100天
HRT  1.87天    0.042  0.227
（实验  P3－2）
超滤单元的设计及运行：
在系统开始启动时，单元中通过膜的流量约是100升/米2-时（59加仑/英尺2一天）。在前四十天，该量急剧下降，40天以后，平均在40-50升/米2·时之间，每一个或两个星期用碱清洗膜，以使流量约恢复到60升/米2·时。
通过开启压力控制伐，使作用在膜上的背压力最小，在这种状况下运行膜单元196天。膜单元的出口压力小于70KPa（10psig）。在196天，压力增加到140KPa（20psig），使系统一起在预期的满负荷状况下运行。由于压力增加，使流量增加14-20%。
从中间工厂的运行情况，可以得到这样的结论，按照说明，所描述的和运行的系统能够处理指定的废水，这种废水具有特殊的废液，典型的是来自金属加工工厂如汽车工厂的废水，从这个工厂中能够得到要处理的废水的样品，这种系统还能使系统的流出液达到下列指标：
化学耗氧量，COD＜450毫克/升;
生物耗氧量，BOD5＜25毫克/升;
总悬浮固体，TSS＜10毫克/升;
总FOG＜25毫克/升;以及NH3-N＜1.0毫克/升。
很明显，对这个过程中的长的SRTs和HRTs都是在处理典型的有机废物的传统生物反应器如3，472，765号美国专利的生物反应器中所不喜欢采用的。在765系统中典型的SRTs是在1-5天的范围内。而HRTs约在0.5-3小时的范围内，采用本方法的特殊的性能，出乎意料地将本方法中所用的非常长的时间进行调整，本系统的含废液的废水都是难于生物降解的。然而，按照所描述的方式运行该方法，它们可以作为当时是我们所接种生命体的营养物。
通过一个一般性的讨论，对全过程的详细描述，以及对本发明的实施本方法的最佳实施例进行说明，很明显本发明提供了一种有效地解决这一难题的方法。因此，可以理解，除了用于下列权利要求以外，不能用所描述和讨论的特殊实施例，对本发明加以不适当的限制。

Claims (15)

1、一种连续地生物降解生物化学上可氧化物质的方法，该物质是来自金属加工厂的废水中的可生物降解和难生物降解的废液的含有固体的混合物，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)为上述废水提供一个预处理区，上述预处理区的体积足够大，以能够均衡进入上述预处理区中的上述废水流速的变化，上述预处理区要适合于除去可沉淀的固体和可撇除的游离油，并把撇除过的废水从上述区中排出；
(2)从上述撇除过的废水中除去细碎的对膜有害的固体，以提供一个基本上不含有固体的废水料液；
(3)将上述基本上不含固体的废水料液，以一个基本上恒定的流速通入生物反应区内，该生物反应区内的液体体积基本保持恒定，并且其水力停留时间至少保持为24小时；
(4)在适合于降解上述生物化学上可氧化的物质的活的微生物存在的情况下，对上述物质进行曝气，上述物质是在上述反应器的悬浮液中，其固体停留时间至少为30天；
(5)在一定的速度和压力下，使上述悬浮液流过一个膜过滤区，该速度和压力要足够大，以使上述过滤区内的膜流量维持在一个预先确定的值，在此流量下，基本上没有固体被残留在上述过滤区的膜表面上，上述膜过滤区的膜面积要足够大，以提供渗透的水的流速大于上述不含固体的废水料液基本恒定的流速；
(6)从含有上述固体的浓缩液中分离出渗透的水；
(7)将上述浓缩液作为回流的浓缩液从上述膜过滤区回流到上述生物反应区；
(8)排出一个水质可接受流出液；
(9)将上述作为流出液除去的过量的渗透的水返回到上述生物反应区；以及
(10)周期性地除去一小部分，以体积计的上述回流的浓缩液，以调整上述生物反应区内的固体含量。
2、一种如权利要求1所述的方法，其特征在于上述过量的渗透的水流到上述生物反应区的流量是作为流出液除去的上述渗透的水的体积的一小部分。
3、一种如权利要求1所述的方法，其特征在于上述细碎固体颗粒的直径约小于106微米。
4、一种如权利要求2所述的方法，其特征在于上述废液含有金属有机化合物，天然的，石油基的，合成的和半合成的脂肪，油和油脂，它们都是在上述金属加工厂的机械加工中使用的。
5、一种如权利要求4所述的方法，其特征在于上述流出液至少有下列技术要求：
化学耗氧量，COD＜450毫克/升;
生物耗氧量，BOD5＜25毫克/升;
总悬浮固体浓度，TSS＜10毫克/升;
总FOG＜25毫克/升;和NH3-N＜1.0毫克/升;
其中FOG表示各种脂肪，油和油脂。
6、一种如权利要求5所述的方法，其特征在于上述膜过滤区是在压力范围为表压170KPa至1035KPa范围内运行的，在这个范围内运行时对上述区上的膜不会产生有害的影响。
7、一种如权利要求6所述的方法，其特征在于上述水力停留时间在1-5天的范围内，上述固体停留时间在50-125天的范围内，上述膜过滤区的膜面积至少为10米2。
8、一种连续处理含有来自金属加工厂废液的废水的方法，在生物反应区含有包括活的微生物的生命体的悬浮液，这些生命体适合于降解上述废液中的组分，该方法包括：
（1）从输送来的废水中除去对膜有害的游离油和细碎的固体颗粒，以提供一个基本上不含游离油和固体的料液;
（2）使进入上述生物反应区的不含固体的料液流速基本上保持恒定，上述生物反应区中的细菌的细胞直径大于0.5微米;
（3）用泵将悬浮水溶液从上述生物反应区打入膜过滤区，回收来自膜过滤区的渗透的水，其速度大于不含固体料液的进入生物反应区的速度;
（4）在一定的速度和压力下，使上述悬浮液流过上述膜过滤区，该速度和压力要足够大，以使上述膜过滤区内的膜流量维持在一个预先确定的值，在此流量下基本上没有固体被残留在过滤区的膜表面上;
（5）从含有固体的浓缩液中分离出渗透的水，上述渗透的水基本上不含有有效值直径大于0.5微米的分子;
（6）将上述含有固体的浓缩液作为回流浓缩液从上述膜过滤区回流到生物反应区;
（7）产生的渗透的水中，以体积计有从0.1到小于0.5部分回流到上述生物反应区;
（8）不回流到上述生物反应区的那部分渗透的水作为处理过的流出液回收，以及
（9）周期性地除去上述回流的浓缩液的以体积计的一小部分，以便以浓缩液的形式除去难降解的和生物固体。
9、一种如权利要求8所述的方法，其特征在于使上述生物反应区的固体停留时间（SRT）维持在30-150天的范围内，水力停留时间（HRT）维持在1-5天的范围内。
10、一种如权利要求9所述的方法，其特征在于上述细碎固体颗粒的直径约大于106微米。
11、一种如权利要求10所述的方法，其特征在于上述废液含有用在金属加工厂机械加工中的合成液体，各种脂肪、油和油脂;所述的回流渗透水的一小部分是在以排出的渗透的水的体积计的0.1%-30%的范围内;以及上述作为流出液排出的渗透的水占从上述生物反应区排出的含生命体的悬浮液体积的0.5%-3%。
12、一种如权利要求11所述的方法，其特征在于上述流出液至少含有下列技术要求：
化学耗氧量，COD＜450毫克/升;
生物耗氧量，BOD5＜25毫克/升;
总悬浮固体浓度，TSS＜10毫克/升;
总FOG＜25毫克/升，和NH3-N＜1.0毫克/升;
其中FOG有表示各种脂肪，油和油脂。
13、一种如权利要求12所述的方法，其特征在于上述膜过滤区的压力范围为表压170KPa至1035KPa范围内运行，此时对上述区的膜不会产生有害的影响。
14、一种如权利要求13所述的方法，其特征在于上述水力停留时间在1-5天的范围内，上述固体停留时间在50-125天的范围内，上述膜过滤区的膜面积至少为10米2。
15、一种连接在废水水源与处理过的流出液出口之间的废水处理系统，该废水水源中含有来自金属加工厂的废液，该系统包括：
（1）一个容器，该容器要足够大，以容纳以不同流速输送来的上述废水，并调整其流速到预定的基本上恒定的速度从上述容器中排出;
（2）从上述废水中除去游离油的部件，以提供一种撇除过油的废水;
（3）一个具有筛网网眼小到足以去除对膜有害的细碎固体的过滤部件，以提供一种基本上不含固体的料液;
（4）一个所含的反应物质的体积被限制在基本恒定的生物反应器装置，它附有一个对撇除过油的和不含固体的料液进行曝气和使该料液与混在其中的降解废物的微生物接触的装置;
（5）从上述生物反应器，以一个基本恒定的流速排出生命体悬浮液，并在加压下输运上述悬浮液的泵装置;
（6）直接连接在上述泵装置上的，开口的接收流体的膜过滤部件，上述膜过滤部件包含多个膜单元，它们用来分离浓缩液中的上述悬浮固体，并产生一种基本上不含固体物质的渗透的水，以及一个将上述渗透的水从上述系统中输送出来的部件;
（7）将上述浓缩液回流到上述生物反应器中的装置;以及，
（8）将上述渗透的水中的一小部分返回到上述生物反应器中的装置。
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