CN111542500A - 好氧生物处理装置及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的好氧生物处理装置(1)包括：反应槽(槽体)(2)；透水板(3)，水平设置于该反应槽(2)的下部；大径粒子层(4)，形成于该透水板(3)的上侧；小径粒子层(5)，形成于该大径粒子层(4)的上侧；氧溶解膜组件(6)，配置于该小径粒子层(5)的上侧；接收室(7)，形成于该透水板(3)的下侧；原水散布管(8)，向该接收室(7)内供给原水；以及在接收室(7)内用于进行散气而设置的散气管(9)等。将流化床(F)的活性碳的平均粒径设为0.2～1.2mm，将LV设为30m/hr以下。

Description

好氧生物处理装置及其运转方法
技术领域
本发明是有关于一种有机性排水的好氧生物处理装置及其运转方法。
背景技术
由于好氧生物处理方法廉价，故而多用作有机性废水的处理法。该方法中，需要向被处理水中溶解氧，通常是利用散气管进行曝气。
利用散气管进行曝气时溶解效率低，为5～20％左右。此外，需要以散气管的设置水深处受到的水压以上的压力进行曝气，由于要以高压送风方式送入大量空气，故而鼓风机的电力费用较高。通常，好氧生物处理中的电力费用的三分之二以上被用于氧溶解。
使用中空纤维膜的膜曝气式生物膜反应器(MABR)能够进行氧溶解而不产生气泡。在MABR中，通入比水深处受到的水压更低压力的空气即可，故而鼓风机的必需压力低，且氧的溶解效率高。
专利文献1：日本专利特开2006-87310号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流化床载体上的生物附着量多且能够长期间维持高的生物处理效率的好氧生物处理装置及其运转方法。
本发明的好氧生物处理装置包括：反应槽；流化床载体，填充于该反应槽内且平均粒径为0.2～1.2mm；氧溶解膜组件，以通气方向为上下方向的方式设置于该反应槽内；含氧气体供给系统，向该氧溶解膜组件供给含氧气体；及通水系统，以上向流方式向该反应槽通入原水。
本发明的一实施方式中，流化床载体为活性碳。
本发明的一实施方式中，溶解膜为非多孔质的中空纤维膜。
本发明的好氧生物处理装置的运转方法中，以线性速度(Linear Velocity,LV)7～30m/hr，以上向流方式通入原水。
[发明效果]
本发明中，由于将流化床载体的平均粒径减小至1.2mm以下，故而流化床载体的比表面积大。因此，生物膜面积大，能够增加处理的负荷可能量。此外，由于将流化床载体的平均粒径设为0.2mm以上，故而流化床载体对氧溶解膜的清洗效果高，能防止氧溶解膜表面上的生物的附着繁殖。
附图说明
图1是实施方式的生物处理装置的纵截面图。
图2(a)是氧溶解膜单元的侧视图，图2(b)是氧溶解膜单元的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明。
图1是实施方式的好氧生物处理装置1的纵截面图。上述好氧生物处理装置1具有：反应槽(槽体)2；透水板3，其为水平设置于该反应槽2的下部的冲孔片等多孔板或在平板上均等设置有多个分散喷嘴的平板等；大径粒子层4，形成于该透水板3的上侧；小径粒子层5，形成于该大径粒子层4的上侧；流化床F，是在小径粒子层5的上侧借助粉粒状活性碳等生物附着流化床载体而形成的；氧溶解膜组件6，至少一部分配置于流化床F内；接收室7，形成于该透水板3的下侧；原水散布管8，向该接收室7内供给原水；和清洗填充层时供给反洗用气体等的散气管9等。于反应槽2的上部，设置有用于使处理水流出的沟槽(trough)10及流出口11。沟槽10沿着槽内壁形成环状流路。作为流化床载体优选为平均粒径0.2～1.2mm、特别是0.3～0.6mm的活性碳。载体的粒径是使用JIS筛网测定的值。
图1中，通过向反应槽填充流化床载体，利用载体流动产生的剪切力抑制生物膜向氧溶解膜的表面的附着，使得大部分生物膜附着至流化床载体，此时氧溶解膜仅用于氧供给的目的。由于载体的平均粒径为0.2mm以上，故而流动的载体对氧溶解膜表面赋予的剪切力变大，防止了生物的附着繁殖。此外，基于载体的平均粒径设在1.2mm以下，从而载体的比表面积变大，附着的生物膜量变多，可进行充分的生物处理。
图1中的构成方式是，使用非多孔质(无孔)的氧溶解膜作为氧溶解膜，将含氧气体自槽外通过配管通入氧溶解膜的一次侧，排气则是通过配管向槽外排出。因此，含氧气体是以低压通入氧溶解膜，氧作为氧分子通过氧溶解膜的构成原子之间(溶解于膜)，并作为氧分子与被处理水接触。因为使氧直接溶解于水，故而不产生气泡。上述方法使用利用浓度梯度实现分子扩散的机理，无需以往式地需要利用散气管等进行散气。
此外，优选使用疏水性材料作为氧溶解膜的材料，因为这样的话，膜中不易浸水。但即便是疏水性的膜亦无法避免微量水蒸气的浸入。
图2是表示氧溶解膜组件6的一个例子。上述氧溶解膜组件6使用非多孔质的中空纤维膜22作为氧溶解膜。本实施方式中，中空纤维膜22在上下方向上成列配置，各中空纤维膜22的上端与上部集管20相连，下端与下部集管21相连。中空纤维膜22的内部分别与上部集管20内及下部集管21内连通。各上部集管20、下部集管21为中空管状。另外，在使用平膜或螺旋式膜的情况下，理想的是亦以通气方向为上下方向的方式成列配置。
如图2(b)所示，平行地成列配置有多个包括一对上部集管20、下部集管21及中空纤维膜22的单元。如图2(a)所示，优选，各上部集管20的上部经由配管连结于上部歧管23，各下部集管21的下部经由配管连结于下部歧管24。将含氧气体供给至氧溶解膜组件6的上部，并从氧溶解膜组件6的下部排出含氧气体。空气等含氧气体自上部集管20通过中空纤维膜22流向下部集管21，在此期间氧透过中空纤维膜22而溶解于反应槽2内的水中。
各上部集管20、下部集管21及各上部歧管23、下部歧管24亦可设为具有流水梯度。氧溶解膜组件6亦可上下配置多段。
为了向该氧溶解膜组件6供给空气，设置有鼓风机26及空气供给用供气配管27，由此构成含氧气体供给系统。该供气配管27连接于上部歧管23。于下部歧管24连接有排气用的中继配管28。中继配管28连接有排出配管29。排出配管29以具有倾斜朝下(包括铅直朝下)的方式设置，且延伸设置至反应槽2外。图1中排出配管29被引出至反应槽2的侧方，但亦可以自反应槽2的底部引出至下方。
如图1所示，未溶解于氧溶解膜的剩余部分的含氧气体通过排出配管29排至槽外。配管29的末端配置为位于较氧溶解膜组件6的下端(组件6为多个时为各组件下端中最下位的下端)更低的位置。因此，在排气中包含凝结水的情况下，凝结水流出至排出配管29的下方的储槽(tank)32。储槽32内的水亦可通过泵33及配管34送至反应槽2。
在上述构成中，排出配管29的构成方式是兼顾进行排气向槽外的排出和凝结水向槽外的排出，但并不限定于此。于槽内或槽外，排出配管29上亦可连接将排气向槽外排出的排气配管30。在该情况下，凝结水通过排出配管29被排出。排气配管30的末端亦可配置于较氧溶解膜组件的下端更高的位置。为了使凝结水无法积存，优选，排气配管30以不倾斜朝下而仅倾斜朝上或铅直朝上的方式构成。亦可以在排出配管29的较与排气配管30的分支点更下游侧设置阀(省略图示)并通过打开阀而让凝结水流出至储槽32的方式构成。
阀可为自动阀，亦可为手动阀。用于排出凝结水的阀的开启可为连续式亦可为间歇式。在间歇式的情况下，通常运转中，以1天一次～30天一次(多的话1天一次数秒、少的话1月一次数十秒)、优选以1天一次～15天一次将阀打开而进行排水。
流化床载体的填充量优选为反应槽容积的30～70％左右、特别是40～60％左右。该填充量越多则生物量越多而活性越高，但若过多则有载体流出的担忧。因此，优选，以流化床展开20～50％左右的LV例如7～30m/hr、特别是8～15m/hr左右进行通水。若展开率低于20％则有堵塞、路径短的担忧。若展开率高于50％则有载体流出的担忧，且泵动力成本变高。
通常对于生物活性碳，活性碳流化床的展开率为10～20％左右，但在该情况下，活性碳的流动状态不均匀而上下左右地流动。其结果，同时设置的膜被活性碳摩擦，致使被削减而被消耗。为了防止上述情况，本发明中，需要使活性碳等流化床载体充分地流动，展开率理想的是20％以上，例如20～50％左右。
另外，若使平均粒径0.6mm的活性碳以LV15m/hr流动，则成为展开率20～30％的流动状态。若使平均粒径0.3mm的活性碳以LV8～10m/hr流动，则展开率为20～30％。
本发明中，作为流化床载体，能以同样的条件使用活性碳以外的凝胶状物质、多孔质材料、非多孔质材料等。例如，亦能使用聚乙烯醇凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、聚胺酯发泡体、海藻酸钙凝胶、沸石、塑料等。需要说明的是，若使用活性碳作为载体，则借助由活性碳的吸附作用与生物分解作用产生的相互作用，能进行广范围的污染物质的除去。另外，活性碳并无特别限定，可为椰壳碳、煤、木炭等。形状优选为球状碳，但亦可为通常的粒状碳或破碎碳。
活性碳等载体的平均粒径优选为0.2～1.2mm、特别是0.3～0.6mm左右。若平均粒径大则能设为高LV，在使一部分的处理水在反应槽循环的情况下，因循环量增加而能实现高负荷。然而，由于比表面积变小，故而生物量变少。若平均粒径小则能以低LV流动，故而用于泵的动力变得廉价。且由于比表面积大，故而附着生物量增加。
最佳粒径由废水的浓度决定，若总有机碳量(TOC)为50mg/L则最佳粒径优选为0.2～0.4mm左右。
以此方式构成的好氧生物处理装置1中，原水通过原水散布管8被导入接收室7，水以上向流方式通入透水板3及大径粒子层4、小径粒子层5而滤除悬浮固体(SuspendedSolids,SS)，继而在附着生物膜的粉粒状活性碳的流化床F中，水以上向流方式以一过式(one-through type)通入而进行生物反应，并自上部澄清区域通过沟槽10及流出口11取出作为处理水。
自供气配管27供给的空气等含氧气体以下向流方式通入氧溶解膜组件6后，自氧溶解组件6的下端位置通过下部集管21、下部歧管24流出，排出空气自排出配管29(或设置排气配管30时自排气配管30)排出到大气中。凝结水通过排出配管29流出到储槽32。需要说明的是，空气等含氧气体亦可以上向流方式通入氧溶解膜组件6中。
另外，在使用中空纤维膜作为氧溶解膜时，由于通气部的截面积小故而容易阻碍通气，其影响较大，因此在氧溶解膜为中空纤维膜的好氧生物处理装置中更适宜使用上述凝结水的除去机构。
本发明中，通过在活性碳等生物载体的流化床中设置非多孔性的氧溶解膜，从而供给氧量变多，故而作为对象的原水的有机性排水浓度并无上限。
此外，以在LV7～30m/hr的上向流的作用下使平均粒径0.2～1.2mm的生物载体流动而形成的流化床的方式进行运转，故而不会处于剧烈搅乱中。因此，能够稳定地维持大量的生物，故而能提高负荷。
此外，本发明由于使用氧溶解膜，故而与预曝气、直接曝气相比，氧的溶解动力小。本发明中，将流化床载体的平均粒径设为0.2～1.2mm，故而氧溶解膜的表面被载体刮擦而生物的附着繁殖得以防止，从而氧有效率地自氧溶解膜溶解于被处理水中。由此，获得自氧溶解膜的氧供给量与由附着于流化床载体的生物膜主导的有机物分解速度之间的平衡，可进行稳定的生物处理。
依据上述说明，根据本发明能够高负荷且稳定地处理低浓度至高浓度的有机性排水。
＜含氧气体＞
含氧气体为空气、富氧空气、纯氧等含氧的气体即可。理想的是使要通入的气体通过过滤器而预先除去微细粒子。
通气量理想的是生物反应所需氧量的当量的两倍左右。相对该理想的量而言，若通气量少则因氧不足而处理水中生化需氧量(BOD)或氨有残余，若通气量多则除了通气量不必要地变多以外压力损失亦变高，故而有损经济性。
通气压力理想的是较在规定通气量下所产生的中空纤维的压力损失略高的程度。
＜鼓风机＞
鼓风机的喷出风压为水深产生的水压以下即足够。但是，必须要在配管等的压损以上。通常，配管阻力为1kPa～2kPa左右。
一般，水深为5m的情况下，使用输出最大为0.55MPa左右的通用鼓风机，5m以上的水深时则使用高压鼓风机。
而在本发明中，即便水深为5m以上亦能使用压力为0.5MPa以下的通用鼓风机，优选使用压力为0.1MPa以下的低压鼓风机。
含氧气体的供给压的条件为高于中空纤维膜的压力损失、以及膜不会被水压压坏。对于平膜、螺旋式膜而言，其膜压损与水压相比可忽略，故而为极低的压力、5kPa左右以上、且水深压力以下，理想的是20kPa以下。
在中空纤维膜的情况下，压力损失根据内径及长度的情况而变化。要通入的空气量是每平方米膜为50～200mL/天，故而若膜长度变成两倍则空气量变成两倍，但即使膜径变成两倍，空气量亦仅为两倍。因此，膜的压力损失与膜长度成正比，与直径成反比。
压力损失的值在内径50μm、长度2m的中空纤维中为3kPa～20kPa左右。
＜原水的前处理及生物处理水的后处理＞
本发明中，作为原水可举例如半导体、液晶制造步骤排水、食品工厂排水、汽车制造排水、机械化工排水、化学石油工厂排水等，但并不限定于此。在原水中的SS浓度高的情况下，优选为进行前处理将SS除去后，再供给至生物处理装置。
本发明中，亦可对从生物处理装置而来的生物处理水作进一步处理。作为此类处理，可举例如用于将处理水中的SS或生物污泥除去的凝聚沉淀处理等。
使用特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员清楚在不脱离本发明的目的及范围内能进行各种改变。
本案基于2018年2月20日提交的日本专利申请2018-028199，将上述申请的全文通过引用而并入本文。
附图标记的说明
1：好氧生物处理装置；
2：反应槽；
6：氧溶解膜组件；
20、21：集管；
22：中空纤维膜；
27：供气配管；
29：排出配管；
30：排气配管；
31：阀；
32：储槽。

Claims (4)

1.一种好氧生物处理装置，包括：
反应槽；
流化床载体，填充于该反应槽内且平均粒径为0.2～0.6mm；
氧溶解膜组件，以通气方向为上下方向的方式设置于该反应槽内；
含氧气体供给系统，向该氧溶解膜组件供给含氧气体；以及
通水系统，以上向流方式向该反应槽通入原水。
2.如权利要求1所述的好氧生物处理装置，其中，所述流化床载体为活性碳。
3.如权利要求1或2所述的好氧生物处理装置，其中，所述氧溶解膜为中空纤维膜。
4.一种好氧生物处理装置的运转方法，是权利要求1至3中任一项所述的好氧生物处理装置的运转方法，其中，以线性速度7～30m/hr，以上向流方式通入原水。
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