CN1243499A - 用于强化生物处理污水的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用可自由移动的生长浸体并结合采用混合装置以及选择性地输入空气来对污水进行强化生物处理的装置。可自由移动的生长浸体用于在有待处理的污水区域内固定特定的水处理微生物。与以前公知的装置相比,本发明的特征在于,由于附加的可自由移动的,悬浮/漂浮状生长浸体和它通过一特殊的混合装置在露出污水面接触大气时获得部分氧气以及另外产生的小气泡通气,使得净化过程得到了进一步的强化。通过借助于多相泵使空气富集在回流泥浆或污水中能显著地提高对氧气的充分利用。在本发明的装置中,可结合采用活化泥浆法和以可自由移动的生长浸体进行净化处理的方法。在污水处理槽(1)中装有可自由移动的生长浸体(2)和活化泥浆成分(6),其中可自由移动的生长浸体(2)作为生物膜载体以其活性表面并结合一相应的采用桨片(3)具有附加汲取作用的混合装置(7)来固着特殊的微生物,该污水处理槽中有污水(4)流过且包含有一阻挡可自由移动的生长浸体(2)的阻挡装置(5)。

Description

用于强化生物处理污水的装置

本发明涉及一种利用可自由移动的生长浸体与混合装置的结合来强化生物处理污水的设备，该混合装置可选择小气泡通气或利用引水内部结构进行液气混合输送。该设备采用具有有利于繁殖的表面的可自由移动的生长浸体将特殊的微生物固定在污水区域中。

在净化设备中采用不同的方法来净化污水。公知的有无需人工或附加生长面的活化泥浆法和一系列将生长面有针对性地放入反应器中的方法。为了增强净化过程，必须采用所谓载体生物学。

在这方面公知的是滴体法、浸体法、固定床反应器和浮游或漂浮生物膜载体的使用。这些反应器也称之为生物膜反应器。

在DD 285333A5中描述了这些方法的优缺点。在所引用的这篇文章中建议了一种利用浮游生物膜载体工作的方法，这种生物膜载体的1/3至2/3从水面上伸出。采用一水平轴来搅拌和浸湿生长浸体，该轴具有圆盘状体，特别是形式为一输送蜗杆的圆盘状体。

浸体法的实施形式是多种多样的，在EP 2919221、EP 0198451和EP0385011中对此做了描述。这些方法的共同点是它们都有一旋转的浸体，浸体的轴呈水平布置。在WO 92/01636中描述了一种方法，其按照浸体法，以在空间上隔开的不同阶段工作。

在文献WO 93/22244中描述了一种浸体法，在其旋转体的分界区域内包含作为自由移动的生长载体的浸体。

在WO 86/05770中的技术解决方案也用封装在一旋转体内的生长载体工作。

在EP 3238366中建议了一种类似的方法，其中生长载体类似于固定床设置在腔室内，由于污水水位的变化，旋转的固定床由空气和污水交替地围绕。此外还描述了不同区域的划分，对仪器设备方面也作了规定。

将浸体装置的生长面压缩到临界区域内会妨碍搅拌和分离功能，并导致净化效率的降低，因此，被认为是载体固定的缺点。在生物膜很厚的情况下，扩散受到限制，并且存在着很大的载体堵塞的危险。因此，很难控制分解过程。

因此，最常用的是传统的活化泥浆法，尽管其面积要求很高。

其它有关净化过程效率的重要准则是过程中的搅拌和通风。对此同样描述了不同的技术解决方案。在DE 4238912A1中建议了一种旋转系统的结构，通过这种结构可以以一种简单的方式和方法实现湍流和充气。

已经有人论述过具有不同的分解条件的分解反应并结合采用特定的反应区域。例如在DE 4409435中描述了磷化区与去氮区域的带状分离。

有人考虑将不同的方法的优点结合，例如将浸体法与活化泥浆法结合。这种方法公知为钢(Staehlermatic)法。为了满足对污水引入值的提高了的要求，同时考虑到，由于成本和场地的原因，净化设备在空间上的扩大大多数情况下是不可能的，所以有必要做这种优点的结合。

从这样的现有技术出发，本发明的基本目的是实现净化过程的一种增强。此外还应在从能量上讲最优化的通气的情况下，在生物处理中使最大部分的生长面分布得很好且无阻塞。

本发明的思想在于，有选择地使不同的装置部件和一个专门的混合装置组合起来使用，这些装置部件可以是分别用于利用小气泡通气或进行液气混合输送的活化泥浆法以及利用自由移动的生长浸体的方法的装置部件。

在污水处理槽中注入自由移动的生长浸体，作为带有活化表面的生物膜载体，用于固定与悬浮的活化泥浆絮结合的特殊的微生物。同时提高污水处理槽中的生物活化的微生物相对于具有单独的悬浮活化泥浆的槽的浓度。

污水流过污水处理槽，槽中包括一用于可自由移动的生长浸体的阻挡装置。

一方面通过机械作用，另一方面通过生物生长达到生长载体上的一生物膜厚度，该厚度使上表面和通气强度的比例有利，在此，生长与溶解或磨损达到平衡，这种平衡在较薄的生物膜中实现最佳的物质输送并在生长面上实现固定微生物较为均匀的分布。

借助于随着湍流和磨损而彼此相对运动的生长浸体的机械负荷，混合装置的移动限制了自由移动的生长浸体上的生物膜的厚度的增加，并从而使得物料输送、供氧和分解效率最佳化。

通过本发明的设备构造，在改善了特种微生物的繁殖条件的情况下扩大了有效的生长面。这要通过采用特殊的生长浸体材料来实现，例如镜煤质褐煤(Xylith)和HDPE-REC。

此外，用改良的聚丙烯作为自由移动的生长浸体的材料和与装置成一体的生长面的材料。混合装置的桨片的几何形状使得其带动更大量的生长浸体，并可从水中取出，桨片中可设置微生物生长面，另外还借助于回流泥浆中富集的空气来改善对微生物的供氧。

此外，为了在空气引入污水处理槽的下部的回流泥浆时提高对氧气的充分利用，可以将富含有空气的由回流泥浆与污水构成的混合物强制引入通道中。这些通道的壁具有一有利于微生物繁殖的表面。

在回流泥浆减少的情况下，可以利用一旁路输送液体-空气，使从生物槽中流出的水富含空气氧，并重新送回生物槽内。可以取消利用小气泡来通气。

通过这种由辐射状分布的支架和支架上的桨片构成的特殊的混合装置，不仅使浮动的生长浸体较均匀地分布在处理槽中所希望的区域内，而且通过将一部分生长浸体从水中抽吸到大气中对生物膜局部充气。

较高的生物物质浓度减小了反应空间和再净化体积。通过生物物质在载体材料上的均匀分布，得到一种相对于波动的入流条件很高的处理稳定性。生物膜中的硝化作用和同时发生的去硝化作用得到缺氧局部区域和间断的充气的支持。随着慢慢生长的有机物种在生物膜上的富集，出现了很难进一步分解消除的有机物。这样就将膨胀和浮游的泥浆结构保持在很小的范围内。

与仅仅具有悬浮微生物絮的活化泥浆系统中活化泥浆过剩和传统的浸体法相比，在本发明中，生物形成的沉淀泥浆在数量上有所减少。在泥浆稳定的条件下，足够它满足对农业沉淀泥浆应用的要求。

按照本发明的装置的另一优点是通过在水平方向上(一个接一个，一个挨着一个)构成任意多个污水处理槽可以毫无问题地扩展现有的设备，这与那些同垂直的污水流连接，因而由于结构高度在技术上和经济上都受到限制的装置相反。

泥浆的寿命通过载体固定得到了提高，硝化物可以较好地增加，因此，提高了净化效率，缩短了污水滞留时间。

以氧为主的表面部分的提高使得从带氧操作到缺氧操作的过渡区域的工作类似于同时带氧的泥浆稳定法。在缺氧的局部区域内扩大了去硝化、同时泥浆稳定和活化体积的生物去磷，并且有针对性地加以促进。本发明的另一优点是通过将新研制的成分与氮-磷混合物的消除结合起来可以很简单地增加现有设备的生产能力。

权利要求书对本发明作了进一步的说明。下面结合附图对本发明的实施例进行描述，从中可以看出本发明的细节、特征和优点。附图中：

图1示出一带桨片的污水处理槽；

图2示出带有两个区域、不同的生长浸体和桨片以及附加的充气装置的污水处理槽；

图3是带有3个区域的污水处理槽的简图；

图4示出各种桨片的截面轮廓；

图5示出使回流泥浆富含空气的装置；

图6示出一具有空隙和用镜煤质褐煤充填的双壁桨片的截面轮廓；

图7示出带有接收板的桨片的截面轮廓；

图8示出篮式桨片的结构。

图1示出一单槽设备，用于借助于一充以污水的反应空间内的自由移动的生长浸体2、机械搅拌装置3、7和带状活化泥浆6对污水进行强化生物处理。混合装置7可以用桨片3来实施。

该单槽设备结合了高负荷和低负荷级别的污水处理，其带有或不带有(在该图示的设备中是不带有)从底部进行充气的附加通风装置。生长浸体2由一种具有强结构化表面并且粒度为10-15mm的塑料-烧结物或镜煤质褐煤构成，镜煤质褐煤是一种形式为植物化石的天然材料，它是褐煤输送时掉下的有利用价值的废品，它尤其能固化硝化物。在图1中的另外两个附图标记1和5分别表示污水处理槽1和阻挡装置5。

图2中示出由带有桨片3的混合装置7和自由移动的生长浸体2结合而成的设备和活化泥浆部分6。隔开的反应空间分别具有一带桨片3的混合装置7，特定的微生物固定在其内。一隔断壁10将污水处理槽分为两个区域8和9，这两个区域在污水处理槽的底部通过开孔彼此连通。一筛状结构起到生长浸体2的底部阻挡装置12的作用，一在特定方向上的空气喷入嘴13使其保持不堵塞。这两个区域由混合装置7搅拌，该混合装置不但设计成桨片形式，还设计成是另一旋转浸体。在混合装置的几何外周边上安装有刷子或刮板14，以便阻挡装置5不被生长浸体2阻塞。在本实施例中，阻挡装置5为浸渍壁。为了附加充气或充入空气中的氧，在污水处理槽1的底部设有充气装置11。在特定区域通过压缩机来调节空气氧的输入。

用于将污物与营养物分解的反应区域内的微生物的最佳特殊生存条件通过载体材料的变化来创造，整个体积中的载体材料成分和氧气的吸入通过压缩机和/或机械循环来提供。氧通过生长浸体2的移动和桨片(汲取型材)3的汲取提供到生长浸体2的生长表面。生长浸体2的移动以及随后浸没在各区域8、9中的另一位置保证了增强的充气效果。此外，通过成团的和在一松散的平面状结合体中作用的生长浸体2阻挡住在底部由充气装置11、13注入的气泡并使其返回，可以更好地充分利用氧气。

作为生长浸体2，在第一区域8中使用HDPE-Rec体，一种具有结构化表面的塑料再生材料，在第二区域9中采用镜煤质褐煤体。在此区域用下面还要详细说明的富含养料的塑料-烧结块代替镜煤质褐煤也是很有利的。生长浸体2的材料的选择支持在该区域的硝化作用、去硝化作用和泥浆稳定。

此外，采用特殊的自由移动生长浸体2，其通过烧结，例如通过借助于摩擦热的熔化而生成。这种特殊的自由移动生长浸体2可以由不同的基本材料构成，这些基本材料由塑料聚丙烯化学生成。比较有利的是将这些不同的基本材料组合起来，这会实现所需的表面特性和结构。烧结块的表面积增大了很多，因而有利于微生物的繁殖。

将例如Hoechst公司的成份PPH 2150和PPH 2250作为基本材料烧结成生长浸体2。其它的基本材料包括BASF公司的产品Novoden 1300Z和PCD公司的Daplen BE50。这些基本材料可以有不同的组合。

特别有利的是在烧结前将营养材料混入基本材料。混合的营养材料在生长浸体2中的分布从最细到较粗，其为微生物提供了最理想的生存条件，并促进微生物的繁殖和生长。

通过将营养材料混合到生长浸体2中得到了意想不到的附加效果。通过有针对性地添加碳-氮-或磷化合物在生长浸体2上可以繁殖出特殊的微生物。以这种方式丰富了的生长浸体2有区分地分别投入到不同的污水处理区域中。

图3简要地示出了一3级污水处理设备。接在两个具有在整个高度上工作的混合装置7的区域8、9后面的是一个区域15，其具有两个相对旋转的混合装置7，它们加强了空气中的氧向液体表面的注入。

可以这样来替代或补充带小气泡的充气，即，在生物方法阶段中通过对从后净化装置输送到污水处理槽1的回流泥浆21的补充空气来向固着的和悬浮的微生物附加供氧。通过用输送和混合元件(例如多相泵)对液-和气相的活性和强化的混合达到一种高弥散度，并使空气氧直接积聚在还原的生物物质上。在此，注入的空气的溶解度可以达到100％。在进入污水处理槽1中时，按照回流泥浆-空气混合物21膨胀时的饱和压力形成气泡，气泡的直径大约为30μm，并具有很大的气体交换表面，这再次导致氧在污水处理槽1的微生物中的充分利用。

为了提高对氧的充分利用，在利用活动的输送-和混合元件将空气注入回流泥浆中时，或者在通过压缩机向回流泥浆或污水4中注入空气时，在一通道系统的下槽部中强制引入与污水4混合的回流泥浆-空气混合物21。在图5中示出如何通过水平设置的通道19加长空气在污水水流中的滞留时间，并从而显著改善氧气在微生物中的充分利用。在此，通道壁20可以由塑料板制成，它带有有利于微生物繁殖并具有一定结构的表面，这种表面导致装置中的微生物的固着部分进一步提高。通道19的流动截面使得回流泥浆在其中具有一足够的流速，该流速阻止回流泥浆的泥浆絮沉积在通道19中。

在污水处理槽1的上部，通过自由移动的生长浸体2保证空气氧的输入。

经过对污水处理槽1中的氧气含量进行测量并对空气输入进行控制的一调节段，在自由移动的生长浸体2的下面与通道结构的上面形成一缺氧区域22。

另一有利的实施例是自由移动的生长浸体2与一固定床的结合，固定床的通道自下而上倾斜-垂直地延伸，此时空气在槽底输入。

桨片3的结构形状对于设备的效率有很重大的意义。除了图4中示出的基本形状以外，桨片3也可有利地制成为双壁结构。在图6中示出如何在一双壁桨片3的中间空间16内充以纤维状镜煤质褐煤17。这样可以附加地、最强化地充气，并用于污水流过的微生物生长面。通过使桨片3移动到大气中，实现了对镜煤质褐煤17上的微生物的足够的供氧。过剩的氧在浸入水中时扩散开来。

在图7中示出的接收板3.1意味着生长面和移动的生长浸体2的数量的进一步有利的扩大。通过这种接收板3.1可以使桨片3具有不同的基本形状，以提高接收容量。

在图8中示出为进一步提高装置的效率而将桨片3设计成篮子状18。借助于该篮篓18，更大量的生长浸体2移出水面并获得通风换气。

附图中的附图标记清单

1  污水处理槽

2  自由移动生长浸体

3  桨片(汲取型材)

3.1接收板

4  污水

5  自由移动生长浸体的阻挡装置

6  活化泥浆部分

7  混合装置

8  区域1

9  区域2

10 隔断壁

11 充气装置

12 底部阻挡装置

13 空气注入喷嘴

14 刷子/刮板

15 区域3

16 中间空间

17 镜煤质褐煤

18 篮篓

19 通道

20 通道壁

21 回流泥浆-空气混合物

22 缺氧区域

Claims (23)

1.一种强化生物处理污水的装置，其中既有用于污水处理的并构成生物膜载体或生长面的可自由移动的生长浸体(2)，又有活化泥浆成份(6)，该装置包括带桨片(3)的混合装置(7)，该桨片用于辅助一部分生长浸体(2)作汲取移动，所述可自由移动的生长浸体(2)具有一有利于繁殖的表面，用于污水区域(4)内的特定区域的微生物的固定。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)由镜煤质褐煤构成，并优选使硝化剂固化。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)由具有结构表面的塑料再生材料、高压聚乙烯HDPE-REC制成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)和/或与装置一体的生长面由聚丙烯制成。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)作为烧结物由不同的基本材料制成，并具有一强结构化的表面。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)的基本材料通过热作用烧结而成。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体的粒度为6至20mm。

8.如权利要求4至7中任一项所述的装置，其特征在于：所述可自由移动的生长浸体(2)和/或集成在装置中的聚丙烯生长面包含用于微生物的营养材料。

9.如权利要求2至8中任一项所述的装置，其特征在于：所述生长浸体(2)以相对于污水(4)很小的密度差较均匀地分布在污水处理槽中所期望的区域内，在其内浮游和/或漂浮。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：一隔断壁(10)将污水处理槽(1)分成至少两个区域(8、9)，这两个区域在污水处理槽(1)的底部或者表面上通过开孔连通，在区域(8、9)中设置有带桨片(3)的混合装置(7)。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：所述生长浸体(2)在第一区域(8)内由HDPE-REC制成，在第二区域(9)内由镜煤质褐煤或富集营养物质的塑料烧结物制成。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述混合装置(7)包括桨片(3)，其中对桨片(3)这样来设计和设置，使得在混合过程中生长浸体时而进入污水(4)中，时而从污水(4)中冒出来。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述桨片(3)由穿孔的并且可透水的平面或平面状型材构成。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于：所述透水平面为孔板。

15.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述各桨片(3)分别固定地或可移动地设置在离旋转的混合装置(7)的中点不同距离处。

16.如权利要求12和13所述的装置，其特征在于：所述桨片(3)为双壁结构，在壁之间的中间空间(16)内装有镜煤质褐煤(17)或生长浸体(2)。

17.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述桨片设计成篮篓(18)。

18.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述桨片(3)和/或篮篓(18)包括附加接收板(3.1)。

19.如权利要求1所述的装置，其特征在于：在污水处理槽(1)的底部设有用于气泡充气的充气装置(11)，其中空气氧的注入通过压缩机在特定区域内可被调节。

20.如权利要求1或19所述的装置，其特征在于：污水处理槽(1)中的供氧通过借助于进行液气混合输送的多相泵向回流泥浆或污水(4)中充气来实现，或者辅助以气泡充气。

21.如权利要求19或20所述的装置，其特征在于：在污水处理槽(1)的下部将富集了空气氧的由回流泥浆(21)和污水(4)组成的混合物强制引入通道(19)。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于：所述通道(19)由通道壁(20)限界，这些通道壁具有有利于微生物繁殖的结构化表面。

23.如权利要求21所述的装置，其特征在于：所述通道(19)水平设置，或者具有轻微的坡度，此时混合物由下至上地流过通道。

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