CN110573463B - 用于污水处理的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于通过活性生物质，特别地活性污泥颗粒来降解污水的有机级分的设备，所述设备包括：‑至少一个罐(1)，所述罐(1)适于容纳污水和所述活性生物质；‑至少一个中空结构(6,106,206)，所述中空结构(6,106,206)适于被至少部分地浸没在污水中，设置有用于让污水进入的至少一个第一开口(61)和用于让污水排出的至少一个第二开口(62)，其中至少一个第一开口(61)的面积和至少一个第二开口(62)的面积之间的比等于至少5:1；‑空气递送装置(7,70)，所述空气递送装置(7,70)适于将空气引入到所述至少一个结构(6,106,206)的内部；其中所述至少一个第一开口(61)邻近所述空气递送装置(7,70)，并且所述至少一个第二开口(62)远离所述空气递送装置(7,70)，使得空气递送装置(7,70)适于产生从所述至少一个第一开口(61)到所述至少一个第二开口(62)的污水的流动。

Description

用于污水处理的装置

发明领域

本发明涉及用于通过使用处于需氧模式的颗粒状污泥来化学氧化和生物化学氧化有机材料的系统、或设备以及方法。更具体地，本发明涉及用于通过利用细胞外聚合物物质(Extra-cellular Polymeric Substance)(EPS)的悬浮培养的需氧颗粒状污泥系统(suspension-cultured aerobic granular sludge system)来降解废水和/或水溶液中的有机废物级分和/或任何有机物质的系统和方法。EPS典型地从净化设施(purificationplant)的活性污泥或从其他生物细胞材料的裂解获得。

本发明的系统还特别地适合于修改现有的活性污泥净化设施。

背景技术

对具有处于需氧模式的颗粒状污泥的净化设施的研究显著地、主要地朝向以间歇模式操作的反应器(所谓的“充排式”反应器("Fill and Draw"reactors))进展，特别地朝向颗粒序批式反应器(Granular Sequencing Batch Reactor)(GSBR)进展。

这些反应器具有由其复杂的管理给出的以及由用于变成充分操作的长时间给出的某些缺点。

这样的反应器的另一个缺点由其结构要求给出。事实上，这样的反应器必须确保活性污泥被放置在用于产生EPS的最优条件中，或者确保细胞裂解，并且发生在包括在细胞中的EPS的液体介质中的产生的释放，根据科学文献，该EPS对于颗粒状污泥的生成是重要的。为此目的，反应器必须能够生成溶解在待被处理的混合物中的高氧值，并且能够在其中产生合适的剪切力和压缩力。为了获得这样的效果，背景技术中的反应器不利地完全向上发展。所采用的高度通常大于6米-7米，因此它们难以适于将现有活性污泥净化设施的罐转化成这样的技术的可能性。

这样的问题还由具有处于连续流动的颗粒状污泥的反应器的几个实施方案享有。对于后者，允许工艺的容易且持续管理的问题尚未被解决。

发明概述

本发明的目的是通过提供用于通过悬浮培养的需氧颗粒状污泥降解液体介质中存在的有机级分的系统、或设备或反应器以及方法来解决背景技术中的上述缺点。获得这样的颗粒状污泥，有利于在反应器的内部产生和维护合适浓度的细胞外聚合物物质(EPS)。优选地，这样的浓度的产生以受控的方式进行。

本发明还适用于在有机废物级分研磨和稀释后，有机废物级分的降解，获得待被处理的液体介质。

本发明通过一种设备(apparatus)来实现至少这样的目的，所述设备用于通过活性生物质，特别地活性污泥颗粒来降解污水的有机级分，所述设备包括：

-至少一个罐，所述罐适于容纳污水和所述活性生物质；

-至少一个中空结构(hollow structure)，所述中空结构适于被至少部分地浸没在污水中，所述中空结构设置有用于让污水进入的至少一个第一开口和用于让污水排出的至少一个第二开口，其中至少一个第一开口的面积和至少一个第二开口的面积之间的比等于至少5:1；

-空气递送装置(air delivery means)，所述空气递送装置适于将空气引入到所述至少一个结构的内部；

其中所述至少一个第一开口邻近所述空气递送装置，并且所述至少一个第二开口远离所述空气递送装置，使得空气递送装置适于产生从所述至少一个第一开口到所述至少一个第二开口的污水的流动。

有利地，在所述至少一个结构的内部，获得所述有机级分的超氧化(superoxygenation)和由所述活性生物质产生的细胞外聚合物物质(EPS)的生成，即，由气泡的会聚(convergence)造成的污水的氧化的局部增加，并且因此与所述有机级分局部地交换的较大浓度的溶解氧。

此外，通过本发明的设备，在一个或更多个第二出口开口，即出口区段(outletsection)处在污水中产生剪切力和压缩力。剪切力和压缩力主要通过由空气递送装置产生的流动以及由入口区或入口区段(inlet section)与出口区或出口区段之间的显著减小来获得。这样的剪切力和压缩力，连同被引入到至少一个结构中的空气中存在的氧，显著地有利于EPS的产生。

有利地，本发明允许获得相对于背景技术更紧凑的设备。

应当注意，根据本发明，离开该结构的污水典型地是污水和空气的混合物。此外，进入该结构的污水可以是仅污水或污水和空气的混合物。优选地，上述设备是工业设施的一部分。

本发明还涉及一种用于通过活性生物质，特别地活性污泥颗粒来降解流体的有机级分的方法，其中设置根据本发明的设备，

该方法包括以下步骤：

a)将污水引入到罐中，使得所述至少一个结构被至少部分地浸没在污水中；

b)通过空气递送装置，将空气引入到所述至少一个结构的内部，以便通过所述空气递送装置7,70产生从所述第一开口61至所述至少一个第二开口62的污水的流动。

特别地，污水的流动由空气产生，即，通过由从空气递送装置排出的气泡的升高产生的污水的漂移。

本发明还涉及被配置成被布置在根据本发明的设备中的结构，

所述至少一个结构是中空的并且设置有用于让流体进入的至少一个第一开口和用于让流体排出的至少一个第二开口，其中至少一个第一开口的面积与至少一个第二开口的面积之间的比等于至少5:1、优选地在100:10和100:1之间；

优选地但非排他地，该结构是钟形的。

优选地但非排他地，设置仅一个第一开口和仅一个第二开口。可选择地，优选地但非排他地，设置仅一个第一开口和两个或四个第二开口。

本发明的方面涉及用于处理废水和/或水溶液中的有机废物级分和/或任何有机物质的设施(plant)，所述设施包括根据本发明的设备。

根据本发明的方面，提供了悬浮培养的需氧颗粒状污泥系统。获得这样的颗粒状污泥的产生，这有利于在处于连续流动的反应器中产生和利用细胞外聚合物物质(EPS)。有利地，不需要使用多孔支撑团块(porous support mass)，特别是物理团块用于生物质即这样的颗粒状污泥的粘附、分层和形成。

根据本发明的另一个方面，优选地但非排他地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统包括相邻的隔室，在所述相邻的隔室中，可以实现不同浓度的EPS。

根据本发明的另一个方面，优选地但非排他地，提供了连续进料系统，为了实现通过活性污泥净化设施的细菌特性或其细胞裂解更多产生EPS所需的条件并且导致释放在其细胞中包含的EPS，所述连续进料系统提供被布置在氧化罐的内部的一个或更多个结构的利用(employment)，该一个或更多个结构具有集中特别地会聚气泡以局部地增加氧化的功能。优选地，这样的结构大体上是钟形的，具有至少一个下开口和至少一个上开口。空气通过空气递送装置被吹入该结构的内部，所述空气递送装置优选地包括多孔扩散器或穿孔扩散器。为此目的，来自通风网络(ventilation network)，典型的反应器的空气可以被传送或者可以设置特定的空气递送装置。

根据本发明的另一个方面，优选地但不必须地，提供连续进料系统或连续进料设备，所述连续进料系统或连续进料设备提供了被布置在氧化罐的内部的一个或更多个大体上开放式钟形结构(open bell-shaped structure)的利用，并且其中污水氧交换(sewageoxygen exchange)的局部增加通过氧化钟(oxidation bell)的出口区段的相当大的变窄来实现，由气泡的会聚导致，并且通过这样的变窄，获得剪切力和压缩力，所述剪切力和压缩力是用于实现用于通过细菌细胞产生和释放EPS的有利条件所需的，也就是，是用于其细胞裂解或用于由应力条件引起的EPS的释放的显著增加所需的，并且因此是用于颗粒状污泥颗粒的随后聚集和压实所需的。

根据本发明的另一个方面，开放式钟形结构可以用于任何有机级分氧化反应器中，并且因此还用于不连续的进料反应器(discontinuous feedingreactor)中，以便显著地增加溶解在污水中的氧的浓度，这导致液体混合物中的EPS的更多释放，并且因此导致颗粒状污泥的形成。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统甚至在小尺寸设施(small-sized plant)中也相当地有利于颗粒状污泥的形成。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统产生显著地趋向于聚集并且因此容易地从液相可分离的污泥，特别地通过沉降，通过由颗粒状污泥絮凝物达到的密度的程度。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统提供以固定模式(锚定或放在底部)和可选择地以漂浮模式两者在氧化罐的内部安装大体上钟形结构。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，其中水-污泥混合物从钟形结构的排出(exit)通过一个或更多个扩散器发生，提供所述扩散器的结构。典型地，这样的扩散器包括用于调节出口区段，即结构出口流量的装置。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统通过较好的污泥沉降特征在反应器的内部以高浓度的污泥操作，导致处理体积的可察觉的减少。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，所述连续进料系统能够通过在反应器中的高含量的活性污泥来管理高的有机负载入口峰值(organic load inlet peak)。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，其中，在污泥聚集和污泥颗粒的形成之后，在污泥颗粒本身的内部，并且因此在反应器本身的内部，发生多种化学反应和生物化学反应(例如，碳级分氧化、硝化、反硝化)。

根据本发明的另一个方面，优选地但不是必须地，提供了连续进料系统，该系统易于自动化并且提供大的工艺简单性(process simplicity)。

根据本发明的另一个方面，通过使用大体上钟形结构，可以减少活性污泥净化设施的内部的污泥的产生，因为污泥的一部分经历产生EPS所需的细胞裂解。

根据本发明的另一个方面，通过使用有利于EPS的产生的大体上钟形结构，污泥脱水特征可以通过机械脱水来增加，减少增稠剂，诸如例如有机聚电解质的使用。事实上，存在的EPS具有增稠功能。

因此，本发明提供了大体上根据所附权利要求的氧化反应器方法和系统。

本领域技术人员已知需氧颗粒污泥的含义。特别地，这些是设置有高沉降速率的大尺寸细菌聚集物(典型地0.2mm-5mm)。颗粒状污泥可以是不同类型的，取决于底物，例如硝化、异养的(heterotrophic)、异养的反硝化、甲烷生成和厌氧氨氧化。

设置有高沉降速率的颗粒的形成允许在系统的内部保持大量的生物质。

取决于反应器的操作参数，颗粒的尺寸是可变的并且在从几百微米到几毫米的范围内。

需氧颗粒状污泥系统由于优良的生物质特征而特别地适于废水的净化，所述生物质聚集，形成紧凑的结构，该结构迅速沉降并且允许在反应器的内部获得高浓度的挥发性悬浮固体并且确保有机物质和营养物的同时去除。这样的污泥通过制粒(granulation)来形成。制粒是一种工艺，通过该工艺，微生物的自固定(self-immobilization)导致每克生物质包含数百万个生物体的致密聚集物的形成，包括其中的不同的细菌物种。为了使细菌形成需氧颗粒，需要多种物理条件、化学条件和生物条件的协同贡献，包括流体动力学剪切力(hydrodynamic shear force)。

在某些条件下，特别是当存在适合的氧水平时，这样的细菌产生细胞外聚合物并且聚集物生长，这确定加强细胞相互作用并且增加粘附细胞的密度的代谢变化和遗传变化。

本领域技术人员已知EPS的含义。典型地，EPS是蛋白质、多糖(碳水化合物)、腐殖酸、核酸、脂质和杂聚合物(hetero-polymer)例如糖蛋白的以变化的比例的集合(assembly)。为疏水性的这些物质的一部分与水分离，并且将它们本身以高度粘稠的外观布置在表面上。

由微生物分泌的细胞外聚合物在制粒工艺中非常重要，因为其参与细胞之间的粘附事件，它们加强需氧颗粒状污泥的结构，赋予其长期稳定性。

典型地，“悬浮培养物(suspension culture)”意指在不存在细菌可以粘附至的物理支撑物下的微生物培养物，例如细菌。

特别地，既不提供砾石也不提供塑料体。因此，在悬浮培养物中，污泥悬浮在液体介质(liquid medium)中。

从属权利要求描述本发明的特定实施方案。

附图简述

参考附图，据此通过解释的方式而不是通过限制的方式提供本发明的设备的许多示例性实施方案的详细描述，在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施方案的本发明的设备的示意图；

图2示出了根据本发明的第二实施方案的本发明的设备的示意图；

图2A示出了本发明的设备的变型的示意图；

图3示出了体现本发明的设备的处理设施的操作图的示意图；

图4A和图4B示出了根据本发明的第一实施方案的本发明的设备的部件的示意图，分别地平面图和剖视图；

图5A和图5B示出了根据本发明的第二实施方案的本发明的设备的部件的示意图，分别地平面图和剖视图；以及

图6A和图6B示出了根据本发明的第三实施方案的本发明的设备的部件的示意图，分别地平面图和剖视图。

相同参考数字指的是相同的元件或类似的元件。

发明详述

参考附图，总体上，示出了一种设备，所述设备用于通过活性生物质，特别地活性污泥颗粒来降解液体、特别地污水的有机级分，所述设备包括：

-至少一个罐(1)，所述罐(1)容纳流体和所述活性生物质，

-至少一个中空结构6,106,206，所述中空结构6,106,206被至少部分地浸没在污水中，设置有用于让污水进入的至少一个第一开口61且设置有用于让污水排出的至少一个第二开口62，其中至少一个第一开口61的面积与至少一个第二开口62的面积之间的比是至少5:1，优选地在100:10和100:1之间，

-空气递送装置7,70，所述空气递送装置7,70适于将空气引入到所述至少一个结构6,106,206的内部，

其中所述至少一个第一开口61邻近所述空气递送装置7,70，并且所述至少一个第二开口62远离所述空气递送装置7,70，使得所述空气递送装置7,70适于产生从所述至少一个第一开口61到所述至少一个第二开口62的污水的流动。

有利地，在所述至少一个结构6,106,206的内部，获得污水的氧化的局部增加，这由气泡的会聚和由所述活性生物质产生的胞外聚合物物质(EPS)的生成造成。

事实上，特别地由于开口61,62之间的上述比，并且更特别地由于区段的变窄，在一个或更多个第二开口62附近或者在一个或更多个第二开口62处，存在空气的浓度的增加，并且因此氧的浓度的增加。此外，在一个或更多个第二开口62附近建立的湍流运动状态(turbulent motionregime)造成污水经历剪切力和压缩力，这有利于EPS的产生。

如下文另外解释的，空气递送装置7,70优选地包括一个或更多个多孔扩散器。

有利地，污水从第一开口至一个或更多个第二开口62的流动通过吹入的气泡的升高并且因此液体的上升运动来获得。

优选地，至少一个第一开口61面向罐的底部，在该底部附近布置空气递送装置7,70。

现在参考图1，示意性地示出了根据本发明的实施方案的设备。该设备包括氧化罐1或反应器。氧化罐可以通过修改现有的罐来获得。

该设备或设施包括罐1，所述罐1容纳在研磨和稀释时待被氧化的流体，典型地废水或有机废物级分；或者待经历消化工艺的过剩的污泥，即过量的污泥。

设置用于待被处理的流体的入口管2，所述入口管2优选地被布置在罐1的一侧处。处理过的流体出口管3优选地被布置在罐1的相对于入口管2的相对侧处，以便产生待被处理的流体的流动，这避免液压短路(hydraulic short-circuit)。

典型地，在罐1的内部，设置偏转板(deflector)或隔板4(partition)，所述偏转板或隔板4被布置在罐1的邻近出口管3的最后部分中。偏转板4的下端与罐的底部间隔开。在由偏转板4界定的和由其中设置有出口管3的罐的壁31界定的空间55或区域中，主要地发生颗粒状污泥与水相的分离。典型地，偏转板4被布置成以便与壁31间隔开。此外，优选的是，偏转板4相对于壁31倾斜，使得偏转板4的邻近罐的底部的端部与壁31间隔开一距离，所述距离小于壁31和远端偏转板的远离罐的底部的端部之间的距离。可选择地，偏转板大体上垂直于罐的底部。偏转板4具有确保净化的流出物的排出在罐的下部处发生的功能，在罐的下部处，存在较低浓度的EPS，特别是疏水性EPS，其集中在罐的上部中，因为它们趋向于将它们本身沿着液体-空气界面布置并且因此布置在表面上。同时，强制的上升流动确保在由偏转板4和壁31界定的这样的空间55中分离的污泥对朝向出口管3发生的上升液体流动具有过滤效果。

EPS通过应力事件和由结构6的使用引起的细胞裂解来产生。

根据本发明，事实上，提供了允许氧向活性污泥的集中局部转移(concentratedlocal transfer)的装置，特别地提供了至少一个结构6(在该图中示出了结构6中的两个)。每个结构6是中空的。特别地，它界定罐1的内部的限定体积，并且结构6被布置成部分地或全部地浸没在罐1中的状态。

两个结构6中的每个是大体上钟形的。由于优选地被布置在其顶部的一个或更多个漂浮物60(floater)的存在，结构6被部分地浸没在罐1中并且被保持在漂浮状态中。可选择地，该结构处于固定位置，优选地通过紧固装置例如紧固结构被紧固至罐的底部。当结构被紧固至罐的底部时，每个结构的下端与罐的底壁(bottom wall)间隔开。根据未示出的变型，结构被悬浮，由一个或更多个支撑结构支撑。

结构6的侧壁67界定用于让流体进入的入口开口61。优选地，开口61由结构6的侧壁67的下端界定。入口开口61面向罐的底部。

在该实施方案中，设置至少两个管，优选地四个管65，用于允许流体排出。管与结构6的内部连通，并且管的每个端部界定用于流体特别是用于空气/液体混合物即空气/污水混合物的相应的出口开口62。优选地，管65相对于钟6(bell)的侧壁67横向地例如正交地延伸。

钟6的形状提供流体入口开口61的面积比每个流体出口开口62的面积大得多或者比流体出口开口62的面积的总和大得多。优选地，根据氧化要求，入口开口61的区段的面积与每个出口开口62的区段的面积之间的比，或者入口开口61的区段的面积与出口开口62的面积的总和之间的比是至少5:1、优选地在100:10和100:1之间。

此外，大体上钟形结构6，还被称为钟6，可以通过空气递送元件70，例如多孔扩散器传送被递送到罐中的空气，所述空气递送元件70被定位在罐的下部，通过管道被连接至罐1的部分地图示出的空气递送系统7。应当注意，空气可以通过本领域技术人员已知的手段(means)被引入到容纳在罐1中的流体中。

排他性地通过解释的方式而不是通过限制的方式，为了允许较大的调节可能性，每个钟6可以在内部包括一个或更多个优选地被紧固至钟6的空气扩散器70，所述空气扩散器70可以被连接至空气递送系统7。

通常，优选地，钟6被布置成使得在每个单个钟6处，优选地在其内部，设置至少一个递送元件70或扩散器。

该布置使得扩散器70在钟6的内部产生水和空气混合物，该混合物穿过钟6，产生从开口61至开口62的流动，例如大体上从底部向上，如在该图中所图示出的。

在钟的漂浮安装的情况下，漂浮体60被设置在钟6的上部，适于以漂浮状态支撑钟6(即，从罐1的底部分开)。类似地，压载体63(ballast body)优选地被设置在钟6的下部处，以便确保钟6垂直定位在罐1的内部。

现在参考图2，示意性地示出了根据本发明的另一个实施方案的设备。该设备包括氧化罐1或反应器。为了说明清楚，相同的部件将具有相同的名称，并且据此省略其详细描述，因为之前给出并且对于该实施方案也有效。

此图中示出的实施方案与前述实施方案的不同之处在于其提供被布置在罐1中的一个或更多个中间隔板或壁10(在该图中示出了中间隔板或壁10中的仅一个)。隔板10在其下部中设置有通道间隙(passage gap)，或者换句话说，每个隔板10的下端与罐的底部间隔开。优选地，隔板10被定向成以便在大体上垂直于罐的底部的方向上延伸。每个隔板10的下端和罐的底壁之间的距离典型地基于系统的液压流动来确定，并且在10cm和1.5m之间变化。排他性地通过解释的方式，每个隔板10被紧固至罐的两个相对的壁。

隔板10的布置使得由隔板和罐1的壁界定的空间限定一系列相互连通的隔室。在图2中示出的实施方案中，设置仅一个隔板10。由EPS的疏水性组分的不同浓度引起的混合物的粘度可以在各个隔室中呈现不同的浓度值。优选地，混合物的氧浓度和粘度在从入口管2朝向出口管3的方向上降低。优选地，每个隔室包括至少一个钟6。例如，每个隔室可以包括一个或更多个钟6。因此，实现了由隔板10限定的隔室的序列，隔室的序列可以以不同浓度的EPS为特征。

为了增加这样的效果，如图2A的变型中所示出的，在这些隔室中的一个或更多个中，可以存在管道50，用于使较轻的污泥和疏水性EPS再循环，因此它们位于待被处理的混合物的表面附近或者位于在待被处理的混合物的表面处。

特别地，管道50包括入口区段(inlet section)或入口开口51，所述入口区段或入口开口51被布置成以便在其内部引导(channel)来自混合物的表面的较轻污泥和/或疏水性EPS。特别地，入口开口51面朝上，并且管道50的端部在流体的自由表面之下。管道50流入到隔室中，从液压的观点来看，所述隔室相对于其中设置管道50的入口区段51的隔室在上游。

再循环典型地通过在管道50的上升管线部分(ascending line portion)中的空气入口点或空气入口开口52处，即在其中流体被向上引导的地方吹入空气之后产生的凹陷(depression)来进行。特别地，管53在空气入口点52处将管道50连接至空气递送系统70。

优选地，对于图1、图2和图2A的实施方案，在罐1的最后部分(即，液压循环的下游)中，在设备的操作期间，存在局部平静(partial calm)的区域55，在该区域55中，发生通过沉降和过滤的液相与污泥相的分离，以及颗粒状污泥55的流体层的形成，这能够物理地过滤离开反应器的液压流(hydraulic flow)。

这样的区域55优选地由偏转板4和罐的界定下开口的壁31界定。隔板可以大体上垂直于罐的底部或者可以被倾斜。因此，颗粒状污泥层确保流出物的过滤，以及确保罐中的EPS的较大的持久性，因为，自然地或在通过气泡产生的漂浮之后，它们趋向于将它们本身布置在罐的上部中，或者布置在其中定位这样的偏转板4的隔室的上部中。特别地，EPS的疏水性组分被布置在罐的上部中。

偏转板4和流体颗粒状污泥5床的存在还允许在罐的内部保持在细胞裂解步骤期间形成的漂浮物质和“灰分(ash)”，防止漂浮物质和“灰分”在流出中朝向出口管3漂移。其漂浮还通过罐内部的空气的微气泡(micro-bubble)的递送来促进。

现在参考图3，通过解释的方式，示意性地示出了体现根据本发明的一个或更多个设备的净化设施的布局。

在该图中用虚线示出的设施的处理部分或区段指示由于通过体现本发明的设备已经对设施进行修改而被省略的其可能性。

事实上，鉴于本发明的设备的高氧化电势，不需要在罐1的上游存在一级沉降器(primary settler)。此外，鉴于颗粒状污泥在污泥颗粒本身的内部进行硝化和反硝化的能力，可以不再需要反硝化隔室的存在。

在现有活性污泥净化设施中体现本发明的设备的情况下，沉降可以在罐1本身的内部进行。可以不需要在罐1的下游的二级沉降器(secondarysettler)。

现在参考图4A和图4B，示意性地示出了氧化钟6的第一实施方案。

通常，根据本发明，钟6优选地具有液体的入口区段61或入口开口61的面积与出口区段62或出口开口62的面积之间的比，所述比可以根据所需的氧化电势优选地从100:1变化至100:10。总出口表面由开口62的面积的总和给出。

根据该实施方案，提供了通过直接位于水-空气混合物的出口管65(在下文中更好地描述的)中的相应的调节装置64来改变上述面积减小比的可能性。这样的调节装置64优选地通过改变每个管65的内部区段来操作。因此，上述的面积之间的比可以变化，仍然保持至少5:1、优选地在限值100:1-100:10之间。

可选择地，相同的结果可以通过安装在钟的顶部的单个中心调节装置(centralized adjustment device)(在这些图中未示出)来获得。

可选择地，类似的结果可以通过调节在扩散器70中吹入的空气的流量来获得。

更详细地，钟6具有优选地圆形的下边缘，所述下边缘界定用于允许液体进入的开口61(入口区段)。用于稳定钟6的压载物63被紧固至边缘。在这样的情况下，典型地，设置被紧固在钟6的顶部部分处的至少一个漂浮物元件60。

典型地，提供了漂浮物60被布置成并且被配置成使得钟6被部分地或全部地浸没，特别是在其形成中，并且管65优选地位于流体的自由表面的下面(参见图1和图2)。应当注意，本领域技术人员能够确定漂浮物的特征和位置以获得这样的结果。

典型地，钟的下端被布置在离罐的底部30cm和1m之间的距离处。在下区段61处的钟的内径D取决于罐的尺寸和待被净化的污水的特征。优选地，在下区段61处的钟6的内径在0.5m和5m之间。在钟6的顶部部分处，设置至少一个出口管65，所述出口管65界定相应的开口62。例如，可以设置两个或四个出口管65。每个出口管65从钟的顶部部分分支出来，钟的顶部部分具有小于区段61的内径的内径。优选地，每个出口管65从钟6的侧壁67在大体上垂直于相应的钟6的垂直轴线X的方向上延伸。优选地，当设置四个出口管65时，它们两两对齐，以便大体上形成十字形(cross)。优选地，每个出口管65和相应的开口62的内径D在5cm和20cm之间。

优选地，每个出口管65的拱背(extrados)被布置在罐中的液体的自由表面的下面，并且被布置在离液体的自由表面5cm和100cm之间的距离处。

在这种情况下，设置两个或四个出口开口62，总出口表面由每个出口区段62的面积的总和给出，扣除(net of)为操作上述流量调节而进行的任何收缩。

根据该实施方案，钟6被配置成漂浮。可选择地，可以设置钟放在或锚定至罐的底部。在这样的情况下，钟可以设置有专用的支撑基底(supportbase)(在该图中未示出)。

现在参考图5A和图5B，示意性地示出了氧化钟106的第二实施方案。

为了说明清楚，相同的部件将具有相同的名称，并且因为之前给出，因此据此省略其详细描述，。

根据该实施方案，钟106没有用于调节排出流量(exiting flow rate)的任何装置，即前述实施方案的装置64。特别地，钟106具有水-空气混合物入口61和出口62区段比，该区段比被确定为常数，即在操作期间不可变。根据给定设施的操作要求，污水的入口61表面和出口62表面之间的这样的比在构建钟6的步骤期间被确定，并且是至少5:1，或者换句话说，第一开口61的面积比第二开口62的面积大至少5倍。优选地，根据所需的氧化电势，第一开口61的面积和第二开口62的面积之间的比在100:1和100:10之间。

在这种情况下，钟的超氧化电势可以通过改变通过扩散器70吹入的空气的量来调节。对于系统的操作，出口管65优选地位于液体的自由表面的下面(图1和图2)，并且具有通过将流传送远离钟106来促进混合物的混合的功能。

如在先前描述的钟的实施方案中，钟的下端优选地被布置在离罐的底部30cm和1m之间的距离处。在下区段61处的钟106的内径D取决于罐的尺寸和待被净化的污水的特征。优选地，在下区段61处的钟6的内径D在0.5m和5m之间。在钟106的顶部部分处，设置至少一个用于混合物的出口管65，所述出口管65界定相应的开口62。例如，可以设置两个或四个出口管65。每个出口管65从钟的顶部部分分支出来，钟的顶部部分具有小于区段61的内径的内径。优选地，每个出口管65在大体上垂直于相应的钟6的垂直轴线X的方向上延伸。优选地，当设置四个出口管65时，它们两两对齐，以便大体上形成十字形。优选地，每个出口管65的内径D在5cm和20cm之间。

总出口表面由开口62的面积的总和给出。

另外对于该实施方案，在该图中示出了漂浮应用，但是可选择地，钟可以放在罐的底部，设置有专用的支撑基底。

现在参考图6A和图6B，示意性地示出了氧化钟206的第三实施方案。

为了说明清楚，相同的部件将具有相同的名称，并且因为之前给出，因此据此省略其详细描述。

根据该实施方案，钟不具有先前描述的出口管。钟206设置有与下开口61相对的开口62’。特别地，钟的界定开口62’的上边缘具有小于钟206的界定下开口61的下边缘的内径D的内径。

类似于前述实施方案，该实施方案还提供液体的入口区段61和出口区段62之间的比是至少5:1、优选地在100:1和100:10之间。

对于操作，另外在这种情况下，水/空气混合物的上出口表面62优选地位于混合物的自由表面的下面。在这种情况下，钟的超氧化电势可以通过改变通过扩散器70吹入的空气的量来调节。

所述图示出了漂浮应用。可选择地，钟可以通过专用的支撑基底(在该图中未示出)放在罐的底部。

应当注意，尽管已经特别参考钟形结构给出了描述，但所述结构还可以具有不同的形状，例如截头圆锥形。

优点

本发明的系统具有许多优点。

根据有利的方面，有机物质可以通过悬浮培养的需氧颗粒状污泥系统在水溶液中降解，所述悬浮培养的需氧颗粒状污泥系统以降低的能量成本以及在活性污泥和净化水之间的高速度分离为特征。

根据另一个有利的方面，该系统可以容易地适于修改现有的活性污泥净化设施。

根据另一个有利的方面，可以构成用于有机废物级分的低成本氧化的水相系统。

根据另一个有利的方面，可以允许有机来源的强污染污水的化学氧化和生化氧化。

根据另一个有利的方面，以相当大的局部氧化电势并且同时以降低的能量消耗操作可以是可能的。

根据另一个有利的方面，在连续进料反应器中而不是以间歇的“充排式”模式操作，并且控制罐中的EPS的浓度，将其保持在最优范围内以及当低于这样的范围时激活EPS的产生可以是可能的。

根据另一个有利的方面，过剩的污泥可以在活性污泥净化设施的氧化罐的内部或者在相同设施的污泥的需氧消化罐中被转化成EPS。

根据另一个有利的方面，由于有利于污泥的絮凝并且因此有利于增稠产品的减少使用的EPS的存在，活性污泥净化设施中的过剩的污泥可以提供较好的机械脱水条件。

Claims (27)

1.一种用于通过活性生物质来降解污水的有机级分的设备，所述设备包括：

- 至少一个罐，所述罐适于容纳所述污水和所述活性生物质；

- 至少一个中空结构，所述中空结构适于被至少部分地浸没在所述污水中，所述中空结构设置有用于让所述污水进入的至少一个第一开口和用于让所述污水排出的至少一个第二开口，其中所述至少一个第一开口的面积和所述至少一个第二开口的面积之间的比是至少5:1；

- 空气递送装置，所述空气递送装置适于将空气引入到所述至少一个中空结构的内部；

其中所述至少一个第一开口邻近所述空气递送装置，并且所述至少一个第二开口远离所述空气递送装置，使得所述空气递送装置适于产生从所述至少一个第一开口到所述至少一个第二开口的污水的流动；并且

其中所述至少一个中空结构包括漂浮体，所述漂浮体被配置成使得所述至少一个中空结构漂浮在所述污水中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述活性生物质是活性污泥颗粒。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个中空结构是钟形的。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述至少一个第一开口的面积和所述至少一个第二开口的面积之间的比在100:10和100:1之间。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，当设置多于一个的第二开口时，所述至少一个第一开口的面积和所述第二开口的面积的总和之间的比为至少5:1。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，当设置多于一个的第二开口时，所述至少一个第一开口的面积和所述第二开口的面积的总和之间的比在100:10和100:1之间。

7.根据权利要求1-3和5-6中任一项所述的设备，其中所述至少一个中空结构具有侧壁，并且其中所述至少一个第一开口由所述侧壁的下端界定。

8.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个中空结构具有侧壁，并且其中所述至少一个第一开口由所述侧壁的下端界定。

9.根据权利要求7所述的设备，其中设置有由所述至少一个中空结构的所述侧壁的上端界定的第二开口。

10.根据权利要求7所述的设备，其中设置有至少一个出口管，所述至少一个出口管从所述至少一个中空结构的所述侧壁横向地延伸，其中所述至少一个出口管与所述至少一个中空结构的内部连通并且界定第二开口。

11.根据权利要求10所述的设备，其中设置有至少两个出口管，其中所述至少两个出口管中的每个界定相应的第二开口。

12.根据权利要求1-3、5-6和8-11中任一项所述的设备，其中所述至少一个中空结构设置有流量调节装置，所述流量调节装置被配置成调节从所述至少一个第二开口离开的所述污水的流量。

13.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个中空结构设置有流量调节装置，所述流量调节装置被配置成调节从所述至少一个第二开口离开的所述污水的流量。

14.根据权利要求7所述的设备，其中所述至少一个中空结构设置有流量调节装置，所述流量调节装置被配置成调节从所述至少一个第二开口离开的所述污水的流量。

15.根据权利要求1-3、5-6、8-11和13-14中任一项所述的设备，其中所述第一开口由具有大于所述中空结构的剩余部分的内径的结构部分界定。

16.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一开口由具有大于所述中空结构的剩余部分的内径的结构部分界定。

17.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一开口由具有大于所述中空结构的剩余部分的内径的结构部分界定。

18.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一开口由具有大于所述中空结构的剩余部分的内径的结构部分界定。

19.根据权利要求1-3、5-6、8-11、13-14和16-18中任一项所述的设备，其中设置有至少一个隔板，所述隔板被至少部分地浸没在所述污水中，所述隔板将所述罐分成相互连通的隔室。

20.根据权利要求4所述的设备，其中设置有至少一个隔板，所述隔板被至少部分地浸没在所述污水中，所述隔板将所述罐分成相互连通的隔室。

21.根据权利要求7所述的设备，其中设置有至少一个隔板，所述隔板被至少部分地浸没在所述污水中，所述隔板将所述罐分成相互连通的隔室。

22.根据权利要求12所述的设备，其中设置有至少一个隔板，所述隔板被至少部分地浸没在所述污水中，所述隔板将所述罐分成相互连通的隔室。

23.根据权利要求15所述的设备，其中设置有至少一个隔板，所述隔板被至少部分地浸没在所述污水中，所述隔板将所述罐分成相互连通的隔室。

24.根据权利要求19所述的设备，其中设置有至少一个管道，用于将流体从一个隔室再循环至另一个隔室。

25.根据权利要求20-23中任一项所述的设备，其中设置有至少一个管道，用于将流体从一个隔室再循环至另一个隔室。

26.一种用于通过活性生物质来降解污水的有机级分的方法，其中设置根据前述权利要求中任一项的设备，

所述方法包括以下步骤：

a)将所述污水引入到所述罐中，使得所述至少一个中空结构被至少部分地浸没在所述污水中；

b)通过所述空气递送装置，将空气引入到所述至少一个中空结构的内部，以便通过所述空气递送装置产生从所述第一开口到所述至少一个第二开口的污水的流动。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述活性生物质是活性污泥颗粒。

Images