CN1087006C - 粪尿和有机废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粪尿和有机性废水的处理方法。使用一次需氧性消化～二次活性污泥改良方法，其中选择培养杆菌并使之孢子化，不仅孢子的沉降性提高，而且污泥的沉降性也提高，使消化槽和曝气槽中变化幅度大的有机物的负荷变动和外部条件变化也加强。同时能除去恶臭，污泥产生少，脱水效率高，不仅有效除去有机物质，而且能进行高深度处理。设置监视用图像系统正确掌握槽内微生物状态，以调节物理化学运转操作和生物学的影响因子。
Description
本发明涉及通过使用一次需氧性消化-二次活性污泥法的改良方法以处理粪尿和有机废水，其中，选择培养杆菌并使其孢子化，不仅孢子的沉降性提高，而且污泥的沉降性也提高。还使污泥消化槽和曝气槽中变化幅度较大的有机物的载荷变动和外部条件变化加强，同时利于除去恶臭，污泥的产生小，脱水效率良好，不仅有效地除去有机物质而且还可以进行高深度处理的处理方法；在其中设置监视用图像系统，正确掌握槽内微生物的状态以调节物理化学运转操作和生物学影响因素也就是使处理条件呈最优化的处理方法；特别是本发明所使用工艺的处理方法运转简单，与现有技术方法相比，有机物除去效率优越，可将现有的二次处理中通常需要多达20倍左右的稀释水减少到3倍，对高浓度有机废水是经济而高深度的处理方法；本发明除粪尿外还适用于工业废水、城市下水、畜业废水及生活废水等的处理。
现在正在运转的粪尿处理工艺由前处理工序、一次处理工序、二次处理工序，消毒工序和污泥处理工序五个基本工序所组成。在前处理工序中是将砂子和所挟带的杂物除去；在一次处理工序中将高浓度有机物在不稀释状态下于消化槽等中进行氧化分解；在二次处理工序中，与稀释水一起流入而进行处理；最后经消毒处理后排放；同时，在一、二次处理工序中所产生的污泥则在污泥处理工序中处理后进行掩埋、焚烧等的最终处理。在这样的五个基本工序中，前处理工序、消毒工序和污泥处理工序在大多数处理厂都采用类似的方法，根据所选定的一次和二次处理工序而将粪尿处理工程分类，也就是，根据一次及二次处理工序各个工序的特性或一次、二次工序适当的组合而决定适于实际使用的整个工程。一般使一次处理工序成为主从工序的是需氧性消化法和厌氧性消化法。当处理设施的容量较小时适用需氧性消化法；而处理设施容量大时适用厌氧性消化法，但需氧性消化法的适用实例更多。
因此，适于粪尿处理的一次、二次处理工序的典型处理工艺是一次需氧性消化工序-二次活性污泥工序，现在在韩国运行的约80％粪尿处理厂是这种工艺。
在现有可适用的工艺中，需氧性消化工序和活性污泥工序组合成一次、二次处理工序的工艺可认为是最可推荐的工艺，但它还有许多问题。也就是，需氧性消化工序所产生的污泥量多，污泥的脱水性不好，因此，在污泥处理工序中有问题，为解决所产生的恶臭问题需要脱臭设备，所需维持管理费过多。再者，在活性污泥工序中首先是为使该工序的运转条件充分，消化处理的排放水必须用过量的稀释水稀释并在低浓度下处理，因此曝气槽和沉淀槽的容量要增大，结果导致过大的设备投资和维持管理费增大的主要原因。实际上，作为典型的生物化学处理法的双联工序的该处理工艺的运转，要求高度专业性知识和操作技术，而在实际处理厂中能具备这种人才并进行正常运转要受各种限制，因此由于情况的变化而突出许多问题。除设计本身有效运转，重点放在工艺理论上，同时，对情况变化敏感的活性污泥对微生物进行优化，由此往往引起上述问题。
本发明的需氧性消化工序-活性污泥工序双联的粪尿处理法中考虑了解决上述一些问题；并对粪尿进行高深度处理，使排放水的BOD(生化需氧量)达到10ppm以下的新处理方法。也就是，在需氧性消化工序和活性污泥整个工艺中，高效地处理有机物，可完全除去恶臭、使污泥产生量减少的新工艺和利用图像系统成功地使该工艺顺利运转的运转方法和装置以及连接方法。
本发明的主要内容如下：
为此，本发明提供一种粪尿和有机性废水的处理方法，该方法使用有装料槽、前处理装置、储存槽、需氧性消化槽、一次沉淀槽、曝气槽和二次沉淀槽的一次需氧性消化工艺-二次活性污泥工艺进行处理，其特征在于，在一次需氧性消化工艺中，在需氧性消化槽中加入作为杆菌培养促进剂的硅化合物和镁化合物、向需氧性消化槽中输送本身的污泥和一次、二次沉淀槽的污泥，通过使杆菌经丝状菌体化-孢子化-发芽过程而优化培养，从而对有机性废水进行处理；在二次活性污泥工艺中，将剩余的有机物及氮进行高深度处理；设置图像系统对杆菌进行丝状菌体化-孢子化-发芽过程的微生物监视，将恶臭物质加入需氧性消化槽中而除去。
第一，杆菌的优化培养：作为本工艺培养对象微生物的杆菌形态是单杆菌形态、在不利环境下可形成孢子的革兰氏阳性通性菌。迄今已知在一般处理厂中对于以完全不沉淀并且膨化显著为缺点的杆菌即使在一般处理厂也对其忌讳的。在本发明中，着眼于通过使该菌经优化过程而孢子化，使能沉淀并使污泥的沉淀也提高，这一点在本发明中是最重要的技术课题。也就是，在营养成分充足状态下当异种菌迅速成长而形成丝状体时，结果导致营养成分不足的状态，这时，通过增加输送比使均匀性增加，形成丝状体的个别菌体进入更严重的营养不足状态，当这种状态达到临界点时形成孢子而丝状体分解，含有孢子的菌体数就增加。当所形成的孢子在营养成分的供应下发芽并成长为新菌体，菌体可以按几何级数增殖。本发明的消化槽中提供含硅物质和含镁物质，该含硅物质是对孢子形成提供孢子的构成物所需的硅，该含镁物质促进菌体增殖并诱导孢子化。为了培养这种菌作为最佳方法是将消化槽分成四个室，将最后室的一部分遮蔽作为简易沉淀室使用，在这里可以进行污泥输送。消化槽的运转可以表现各室曝气等级，也就是，第一室以消化槽总曝气量约70％的空气集中曝气，其余三个室各从剩下的30％空气量中分得10％进行曝光。因此，只有第一室能保持某些程度的溶解氧浓度，而其余的三个室仅存在非常低的溶解氧。也就是，在这种条件下，绝对需氧性菌难以正常成长，反之在氧浓度低的状态下也能培育的通性菌就能繁殖。第二个方法是增加污泥再循环率。在一般需氧性消化工序中从一次沉淀槽出来的污泥再循环率保持在20％～40％左右，本发明使消化槽最终室的污泥300％再循环，从其次的一次沉淀槽补充地返回100％，同时从作为二次处理阶段活性污泥工序的二次沉淀槽来的三倍流入流量进行再循环，所以以约700％的输送率进行运转。这个方法在提高微生物滞留时间的同时选择培养在该情况下能忍耐成长的菌株的方法。第三方法与使全体均等曝气的现有曝气方法不同，使用在曝气槽流入地点向流出地点移动时减少曝气量的渐减式曝气方法，该方法的选择不仅能培养杆菌，而且在需氧性消化槽中未被处理的氮也可被清除。
第二，利用图像系统控制微生物：在需氧性消化槽和曝气槽中将包括显微镜，摄象机、视频装置等的图像系统连结起来，掌握微生物种及其状态，在此进行调节曝气量，营养剂的注入，输送比等，以使处理厂得以弹性地运转。在一般处理厂将可以利用作为机械操作的DO(溶解氧)、ORP(氧化-还原电位)的操作作为辅助手段。
第三，在需氧性消化槽内除去恶臭物质：为了消除粪尿处理厂的恶臭物质，一般使用的方法在臭气浓度高时，将其焚烧，用药剂洗染后以活性炭吸附而除去；当臭气属中低浓度时，用药剂或水洗涤再用活性炭吸附后不再加其它处理而使其排放。也有使用土壤脱臭法或生物过滤法等。虽然使用了这样的各种方法进行处理，但是，粪尿处理厂的恶臭问题仍被认为是在处理厂经营运转中最难的问题，这个问题实际上在粪尿处理厂被认为是个讨厌的设施，而地区居民和处理厂工作人员又把它看作是令人厌恶的设施。在本发明中，由于对在装料槽、储存槽和前处理装置中所发生的强烈恶臭进行吸收并放入需氧性消化槽第一室中进行处理，所以恶臭问题基本上完全解决。也就是，将含有氨、硫化氢的具有独特粪尿恶臭物质溶解于消化槽内，作为择优培养的杆菌将这些恶臭物质通过代谢作用将其分解而除去。在已有的处理厂中需设置为焚烧恶臭物质所需的焚烧炉、洗涤塔和吸附塔等。本发明与这些设施运转情况相比，其设施投资费、运转费也可大幅度节省。
以下通过本发明工艺图的附图1对本发明进行详细说明。
附图标号说明如下：1：处理原料 2：装料槽3：从污泥消化槽向装料槽的输送线4：装料槽排出水 5：前处理装置6：由前处理装置的排放水7：装料槽的恶臭气体 8：前处理装置恶臭气体9：储存槽恶臭气体 10：压缩机11：储存槽 12：储存槽排放水13：消化槽、一次沉淀槽和二次沉淀槽混合污泥输送线14：高浓度恶臭气体 15：需氧性消化槽16：消化槽第一室 17：消化槽第二室18：消化槽第三室 19：消化槽第四室20：消化槽污泥输送室21：消化槽曝气装置22：消化槽污泥输送线23：消化槽排放水24：一次沉淀槽25：一次沉淀槽污泥输送线26：二次沉淀槽污泥向污泥消化槽的输送线27：一次沉淀槽排放水28：二次沉淀槽污泥向曝气槽的输送线29：稀释水 30：稀释水31：曝气槽流入水32：消化槽微生物观察点33：图像系统34：曝气槽微生物观察点35：曝气槽 36：曝气槽的曝气装置37：曝气槽排放水 38：二次沉淀槽39：一次沉淀槽剩余污泥40：二次沉淀槽剩余污泥41：浓缩槽 42：浓缩污泥43：污泥储存槽 44：二次沉淀槽排放水45：高深度处理设施 46：高深度处理设施排放水47：流入脱水机的污泥 48：脱水机49：污泥的脱水饼
从运输车辆向装料槽2投入的粪尿和净化污泥1经过具有破碎机和去除挟杂物装置的前处理装置5而流入储存槽11中。在储存槽11中一定量的粪尿流入需氧性消化槽15的第一室16，在这里，粪尿中的有机物在高浓度下与经培养的杆菌接触而进行氧化分解，这种去除有机物的作用在第二室17，第三室18和第四室19中继续进行，消化槽15的曝气方法与现有技术的均等化曝气方法不同，在第一室16中以约总空气量的70％进行集中曝气，其余30％空气量平均分配于各室17，18和19，因此，从第一室17向最终室19进行，溶解氧的浓度逐渐减少，使整体保持在通性需氧性状态。在这种条件下，在现有技术工艺中主要利用的需氧性菌的成长被抑制，抗性大的杆菌被择优培养。同时，在需氧性消化槽15中必要的空气量被减少，因此，能源费用也节省。为了使一段培养的杆菌快速增殖，在消化槽第一室16中加入硅化合物和镁化合物。
从消化槽第四室19排出的水23流入一次沉淀槽24，在这里凭借重力而进行固液分离，其上清水27与稀释水29一起流入活性污泥工序的曝气槽35。此时，为了充分除去消化槽15中的有机物，其稀释倍数与现有技术的20倍相比要小得多，约以三倍左右进行运转。当二次沉淀槽38的污泥经输送线26和28分别向消化槽15和曝气槽35输送，前者的量与向消化槽流入量相比约为3倍，而后者约为6倍，利用2倍稀释水29的情况下向曝气槽35流入的水31的流量总数达到12倍；当利用与现有技术相同的曝气槽35时，从曝气槽的数理学上的滞留时间可增加1.7倍，这当然可完全除去一次沉淀槽排放水27的残余有机物，而且还可输送到脱氮槽。因此，本发明的整个系统中，谋求杆菌的优化自不待言，而且，为了完全脱氮，在曝气槽35中选用渐减式曝气方式，在曝气槽35的前半部除去有机物和氮氧化物，在后半部以脱氮菌诱导脱氮化。其次，曝气槽排放水37流入二次沉淀槽38，凭借重力而沉淀，其上清水44在必要时经过高深度处理设施45，最终予以排放。
本发明方法主要特征之一，是旨在有效地优化培养杆菌的污泥输送方法。现有技术的消化槽污泥的输送从污泥消化槽最后室最多只能运送30％。而本发明中，从消化槽污泥输送室20经输送线22运送300％、从一次沉淀槽24经输送线25输送100％，从曝气槽35的二次沉淀槽38经输送线26输送300％。因此，经输送线13流入消化槽第一室的输送量约为700％。当然，这种输送率由于情况变化会有所变动。再者，因将消化槽污泥运送室20的一部分污泥经输送线3输送到装料槽2，从装料槽2也可促进杆菌的成长和除去有臭味物质。
未输送的二次沉淀槽38的剩余污泥40经过污泥浓缩槽41和未输送的一次沉淀槽24的剩余污泥39一起在污泥储存槽43中经调整后，以一定量在脱水机48脱水后作最后处理。由本发明所产生的污泥是杆菌被优化的污泥，因此其脱水性优良，脱水时不需药剂，脱水后的污泥脱水饼49是堆肥的优良原料。
粪尿处理厂受许多因素的影响，这些因素为了满足处理厂运转所需物理化学条件而被数值化，计量化，因此，以适当方法调节这些因素并进行圆满运转任务，对于熟练的专家也不容易。在使用生物学的处理方法经过这样的努力，结果可确保最有效的处理所需最适当的生物群而在它们最好状态下除去污染物。在现有的处理厂中，对这样生物群的关心只不过是在实验室中设置能观察原生动物的显微镜，非定期地确定生物群的存在与否而已，而在实际上几乎不能根据最重要的微生物学上正确掌握而进行运转。因此，在本发明中，备有最新图像系统33，将此系统33与微生物活动的消化槽15和曝气槽35分别以输送线32和33连接起来，通过对细菌和原生动物等微生物的监测而确定，掌握消化槽15和曝气槽35的状态，将其结果应用于各种影响因素进行调节，因此是科学的，具备了实际处理厂的运转调节系统。
关于处理厂的恶臭问题，将发生最强恶臭的装料槽2、前处理装置5和存储槽11的强烈恶臭全部经输送线7、8、9吸入，消化槽第一室16的恶臭由输送线14吸收。因此，消化槽15的微生物将恶臭物质分解并除去。对于消化槽15、曝气槽35、污泥储存槽43、脱水机48及其它场所的中低浓度的臭气，必要时将其全部吸入，经洗涤塔洗涤、活性炭吸附处理，则恶臭问题完全解决。实际上，在粪尿处理厂只要将强烈臭气除去，这样的中低浓度的臭气是不成问题的，因此，可节省中低浓度臭气所需设施，因而节省设施费用及维持管理费。
实施例
使用附图1的工艺图，以每日处理36千升的粪尿的处理厂为例，投入粪尿的特性如表1所示。
表1流入粪尿的特性
(单位：mg/l)
| 浮游物质(SS) | 生化需氧量(BOD) | 化学需氧量(COD) | 总氮量(T-N) | 总磷量(T-P) | 大肠菌(个/ml) |
| 29,600 | 22,500 | 19,000 | 6,230 | 640 | 1.4×1010 |
将表1所示特性的储存槽粪尿经一次需氧性消化工序和二次活化工序处理后，再经最后二次高深度处理过程后进行排放，一、二次处理工序中的需氧性消化槽和曝气槽的运转条件如表2所示。
表2污泥消化槽和曝气槽的运转条件
| 流入流量(m3/天) | 槽容量(m3) | 滞留时间天 | BOD容积负荷(kg/m3-天) | BOD.MLSS负荷(kg/kg-天) | 污泥输送费(与处理量对比％) | MLSS(mg/l) | |
| 消化槽 | 36 | 712 | 20 | 1.125 | 0.132 | 700 | 8500 |
| 曝气槽 | 432 | 376 | 0.87 | 0.17 | 0.033 | 600 | 5300 |
在实施例中所使用的需氧性消化槽是四室型的，为了保持各室的MISS(有机物和活性污泥混合液中的悬浮固体)在高浓度状态，从消化槽第四室输送300％、从一次沉淀槽输送100％，从曝气槽的二次沉淀槽输送300％，与流入流量对比总共700％的污泥输送到消化槽第一室。此外，从消化槽第四室向装料槽输送少量(4m3/天)的污泥，从而造成从工程初期阶段作为优化对象微生物的杆菌的生存环境。为了促进消化槽第一室中杆菌的培养，还在其中每日加入硅化合物和镁化合物分别为10公斤和3公斤。大幅度提高输送率的目的在于在分级曝气的同时增加杆菌对其它菌的生存竞争力。
经消化槽和曝气槽处理的排放水在二次沉淀槽进行固液分离、将上清水中的磷通过进一步低浓度下处理的高深度处理工序后，最后排放。
表3表示各工序的处理效率。
表3各工序处理水的特性
| 浮游物质(SS) | 生化需氧量(BOD) | 化学需氧量(COD) | 总氮量(T-N) | 总磷量(T-P) | 大肠菌(个/ml) | |
| 原加入料水 | 29600 | 22500 | 19000 | 6230 | 640 | 1.4×1010 |
| 一次处理水(消化槽) | 12 | 453 | 144 | 230 | 90 | 95 |
| 二次处理水(曝气槽) | 22 | 18 | 66 | 77 | 47 | 28 |
| 高深度处理水(凝聚沉淀) | 9 | 4.0 | 34 | 61 | 2.2 | 15 |
| 最后排放水(3倍稀释) | 4 | 1.5 | 15 | 19 | 0.8 | 7 |
如表3所示，加入的处理料水中的BOD物质大部分在需氧性消化槽中除去，在二次及三次处理过程中将COD物质、氮和磷等除去。因此，不必像现有技术工艺那样为调节活性污泥的运转条件而用大量稀释水，因此仅使用流量对比为2倍的稀释水。然而，实际曝气槽流入的流量在向消化槽的输送量和曝气槽本身输送量的影响下与向曝气槽流入的量的流量对比约为12倍。
本实施例中为了溶解氧所用的曝气量以需氧性消化槽第一室的每立方米为5.6M3/hr，第2～4室为1.07m3/hr以及曝气槽为0.57m3/hr为基准，通过图像系统进行微生物观察而调节曝气量，上述污泥的输送量也进行弹性的运转。也就是，具有显微镜，摄像机和视频装置的图像系统与需氧性消化槽第一室和第四室以及曝气槽相连结以观察微生物状态，将其结果用于决定运转操作各种影响因素。
从装料槽、存储槽和前处理装置所产生的高浓度恶臭流入需氧性消化槽，杆菌将其分解处理；在消化槽、曝气槽和污泥储存槽等产生的中浓度臭气则经过酸和碱洗涤塔在活性炭吸附塔中除去，其它在装料室、前处理室等处产生的低浓度臭气则在碱性洗净塔除去后排放。当使用这种脱臭方法时，可将入口的约H2S 530ppm、NH3 16ppm、CH3SH 8ppm的臭气处理成无臭状态(H2S仅约10ppm)。通常为了除去高浓度臭气也存用焚烧的方法，但其运转费用大，焚烧又导致大气污染等和其它污染物质。
将本发明实施例与现有类似工艺相比较并加以整理，如表4所示：
表4新工艺与现有工艺的比较
| 优化微生物 | 曝气方法 | 污泥输送(流量Q) | 图像系统 | 脱臭方法 | 化学制剂 | |
| 新工艺 | 杆菌 | 消化槽：分级曝气曝气槽：渐减曝气 | 消化槽：7Q(本身3Q+一次沉淀槽1Q+二次沉淀槽3Q)曝气槽：6Q | 有 | ·生物学方法脱臭(消化槽) | ·微生物化性促进剂·废下水处理剂(凝聚剂) |
| 现有工艺 | 活性污泥菌 | 消化槽：均等曝气曝气槽：均等曝气 | 消化槽：0.3Q曝气槽：6Q | 没有 | ·焚烧·药品洗涤·活性炭吸附·土壤脱臭 | ·废下水处理剂(凝聚剂) |
Claims (6)
1.粪尿和有机性废水的处理方法，使用有装料槽、前处理装置、储存槽、需氧性消化槽、一次沉淀槽、曝气槽和二次沉淀槽的一次需氧性消化工艺-二次活性污泥工艺进行处理，其特征在于，在一次需氧性消化工艺中，在需氧性消化槽中加入作为杆菌培养促进剂的硅化合物和镁化合物、向需氧性消化槽中输送本身的污泥和一次、二次沉淀槽的污泥，通过使杆菌经丝状菌体化-孢子化-发芽过程而优化培养，从而对有机性废水进行处理；在二次活性污泥工艺中，将剩余的有机物及氮进行高深度处理；设置图像系统对杆菌进行丝状菌体化-孢子化-发芽过程的微生物监视，将恶臭物质加入需氧性消化槽中而除去。
2.根据权利要求1所记载的粪尿和有机性废水的处理方法，其特征在于，输送到需氧性消化槽15的污泥与处理流量相比，本身经输送线22输送200～400％一次沉淀槽经线25输送80～120％，二次沉淀槽经线26输送200～400％；向装料槽或储存槽输送需氧性消化槽中的消化污泥的1-3％。
3.根据权利要求1或2所记载的粪尿和有机性废水的处理方法，其特征在于，需氧性消化槽分为四个室，其中，第一室16以消化槽总曝气量的60～80％进行集中曝气，其次的第二室17、第三室18和第四室19以其余的20～40％平均分配进行少量曝气，从而使各室的溶解氧量分级化，使需氧性消化槽成为不厌氧和不需氧或通性状态，从曝气槽35的前半部到后半部进行中保持渐减曝气，并杆菌活性化，从而除去有机物和氮。
4.根据权利要求1或2中任一项粪尿和有机性废水的处理方法，其特征在于，用具有显微镜、摄像机和视频装置的图像系统观察需氧性消化槽15和曝气槽35内的微生物，用以决定杆菌的优化培养和系统运转以及各种影响因素。
5.根据权利要求1所记载的粪尿和有机性废水的处理方法，其特征在于，将从装料槽2、前处理装置5和储存槽11来的恶臭物质收集并投入使杆菌优化的需氧性消化槽15或曝气槽35中，以除去恶臭。
6.根据权利要求1所记载的粪尿和有机性废水的处理方法，其特征在于，流入水从需氧性消化槽15到曝气槽流入的过程中，向需氧性消化槽15的排放水中仅加入与处理流量对比为2～4倍的稀释水，再在曝气槽中处理。
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Legal Events
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20020110 Address after: Seoul City, Korea Applicant after: Haekang Engineering Tech International Co Ltd Address before: Busan, South Korea Applicant before: Haekang Co., Ltd. Co-applicant before: Lake mori |
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Owner name: DAQING ENVIRONMENTAL GROUP CO., LTD. Free format text: FORMER NAME OR ADDRESS: DAQING ENGINEERING TECHNOLOGY INTERNATIONAL CO., LTD. |
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