CN1295160C - 使用载体材料对水进行生物净化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用载体材料的生物净化水(例如废水)的方法，其中：水在反应器中处理，该反应器装有用于生物膜生长的载体。这些载体在反应器内的水中保持运动，并设计成有界限分明的通道或隔腔，该通道或隔腔提供了用于生物膜生长的表面，用于生物膜生长的该表面避免了与其它载体表面发生碰撞。载体元件的宽度或直径大于20mm，保护面积大于1000m2/m3载体元件容积，载体中的通道长度或隔腔深度的平均值分别小于6mm或小于3mm，且通道长度或隔腔深度与通道或隔腔的进口开口的最长尺寸之比分别小于3。

Description

使用载体材料对水进行生物净化的方法
本发明涉及一种用于水(例如废水)的生物净化的方法，其中使用了载体材料。
在水或废水的生物净化中，水通过某种反应器(容器或另一空间)，在该反应器中，微生物用于将水中存在的杂质转变成无害的最终产物，例如二氧化碳和水。净化可以在供给空气(需氧)或不供给空气(厌氧)的情况下进行。为了提高净化处理的效率，通常希望通过防止该微生物与净化后的水一起逸出而在处理中有较高含量的活性微生物，防止微生物逸出可以这样实现，即通过使微生物在反应器中悬浮生长，并在反应器之后在分离步骤中使这些微生物与水分离，然后使微生物返回反应器中(例如活性污水处理)，或者通过将某种载体材料引入处理中，微生物可以作为生物膜而在该载体材料表面上生长，从而可以在处理(生物膜处理)中保持。还可以有混合这两种类型的处理，称为混合处理，其中，载体材料引入活性污水处理中，这样，悬浮的微生物以及生物膜生长的微生物可以用于这种处理中。
与活性污水处理相比，生物膜处理有多个优点，即可以使用更高负载，且生物膜处理基本不受变化和扰动的影响。最普通的生物膜处理基于将载体材料装入净化反应器中，所述材料包括填充体或块，它们在处理中保持固定和不动。这些处理实施例有由生物物质或其它颗粒材料阻塞生物膜床以及在处理中形成死区的危险，其中，在水和活性微生物之间的接触并不令人满意。
在近年来非常成功的另一种生物膜处理中，利用在处理中保持悬浮和运动的载体材料，称为MBBR处理(活动床生物膜反应器)。在处理中，通过使流出的水通过滤网(筛网或栅格)而保持上面生长有微生物的载体材料，该滤网的孔径或狭槽宽度很小，以致于载体材料不能通过。这种处理的优点是可以消除阻塞床和形成死区的危险。
使用在处理中保持悬浮和运动的载体材料最初是用于不同的混合处理应用，即对悬浮载体进行活性污水处理，以便提高它的功能。已经用于该目的的载体包括泡沫橡胶件(EP0142123)、不同类型的柱形填充体(Bundesministerium für Forschung und Technologie，“Einsatz von Schwebekrper Zur Erhhung der..”，Dr.D.Dengler，H.Lang，A.Baum，Forschungsbericht 02 WA 8538，1988年1月，第12和13页)，载体包括具有内壁的半球形体的载体(DE3017439)、“刺猬状”载体、多孔球和交叉板(EP0058974)。
第一个真正的、具有悬浮载体材料(MBBR)的生物膜处理在九十年代初期提出(EP0575314 B1)，并很快非常成功。该处理是基于使用载体材料，该载体材料的表面比具有相同尺寸的光滑元件的表面大至少1.5倍，且密度为0.90至1.20，该表面部分地避免了与其它载体元件抵靠而产生的磨损，且它的壁允许大量的水通过该载体。这些载体的优选实施例包括具有内部隔板和外部肋的软管。直径为8至15mm的这种载体成功地用于超过150个全尺寸(full-scale)的MBBR处理装置。
在日本专利摘要第14卷第509号公开了用于MBBR处理的类似载体，其中，该载体描述为软管状元件，且外径为从2mm至20mm，密度为从1.0至1.02，长度和直径之间的比例为从0.3至3.0，且穿过载体的多个纵向开口中的每一个的直径都为至少1mm。
包括这种挤出软管件的载体(该载体已经用于MBBR处理)也已经用于混合处理(来自EVU Entwicklung von UmwelttechnikGmbH的市场销售材料；来自Conor Pacific EnvironmentalTechnologies Inc.的市场销售材料)。
因为在MBBR处理中的载体受到彼此重复碰撞，因此，暴露于其它载体的表面保持清洁，阻止了生物膜的生长。因此，处理的效率主要取决于防止碰撞的面积，例如在载体的内部通道中或者隔腔(底部孔)中。为了有大保护面积，首先导致只有小于15mm的很小载体用于MBBR处理中。本领域技术人员认为，在水、杂质和氧化物向生物膜的输送没有大量减少的情况下，对于大于15mm的较大载体不可能提供足够大的保护面积。在进一步的研发中，需要确定关键参数来保证在具有相对较大保护面积的较大载体中也有令人满意的物质输送(EP0750591)。在很多应用中，特别是当废水包含很多颗粒时，优选是使用较大载体，因为具有较大孔的栅格或滤网可以用于在处理中保持这些载体。在市场上可获得的一个具体设备中，载体限定为由径向壁形成的柱形载体元件，这些径向壁与类似于中心开口的涡轮机叶轮的结构互连。大小为30mm至60mm且保护面积为大约300m2/m3载体总容积的这种载体已经成功用于大约50套MBBR设备中。不过，这些现有技术实施例都不能在实践中使用＞15mm且有效保护面积＞400m2/m3载体总容积的大载体，同时没有涉及向生物膜输送物质的问题。这也在EP0750591中介绍。“当载体元件设计成具有非常大的表面(＞500m2/m3)时，可能很难避免使得通过载体元件的通道很狭窄，以致于它们由于生长而被堵塞”。＞500m2/m3是指载体元件的容积≈400m2/m3总容积。
根据现有技术的实施例，对于较小载体(＜15mm)，在没有物质输送限制的情况下可以获得的有效保护面积的实际限制为大约500m2/m3载体总容积。
本发明的主要目的是大大提高MBBR和混合处理的能力，本发明涉及用于生物净化水的方法，其中，水供给反应器，该反应器包含用于生物膜生长的载体，该载体在反应器的水中保持运动，且尺寸设计成由滤网保持在反应器中，允许水通过滤网开口而从反应器中排出，该载体的壁具有界限分明的通道或隔腔，该通道或隔腔提供了用于生物膜生长的表面，用于生物膜生长的该表面避免了与其它载体元件的表面表生碰撞。
所述目的通过本发明的方法来实现，本发明公开了一种用于生物净化水的方法，其中：水供给反应器，该反应器装有用于生物膜生长的载体，该载体在反应器内的水中保持运动，且尺寸设置成由滤网而保持在反应器中，允许水通过滤网开口从反应器中排出，且该载体有确定通道或隔腔的壁，该通道或隔腔提供了用于生物膜生长的表面，用于生物膜生长的该表面避免了与其它载体表面发生碰撞，其特征在于：载体元件为板状，其宽度或直径大于20mm，保护面积大于1000m2/m3载体元件容积，载体中的通道长度或隔腔深度的平均值分别小于6mm或小于3mm，且通道长度或隔腔深度与通道或隔腔的进口开口的最长尺寸之比分别小于3。因此，载体材料具有较大两维尺寸，同时有效保护面积远远大于现有技术实施例，同时没有涉及向生物膜输送物质的问题。
使用本发明载体将大大优于使用现有技术实施例的载体，因为在处理中可以提供相对更大的有效保护面积，这提高了处理的能力，并可以大大减小净化反应器的容积。
考虑到上述现有技术，对本领域技术人员来说，设计用于本发明的方法的载体，以便明显提高MBBR处理或混合处理的效率并不是显而易见的。
为了更详细地解释本发明，下面将参考附图介绍两个实施例，附图中：
图1和2分别是本发明第一实施例的载体元件的侧视图以及沿图1中的线A-A的剖视图；以及
图3和4是类似于图1和2的视图，表示了本发明的第二实施例。
第一实施例的载体元件可以描述为圆盘，该圆盘有多个通道，这些通道由穿过该盘的方形孔形成，并有壁，该壁提供了防止与其它载体元件抵靠而磨损的表面。载体元件的直径为30mm。盘沿通道方向的厚度为2mm，孔的边长为1mm，这提供了大约1950m2/m3载体元件容积，且通道的长度和孔的最大尺寸(对角线)之比为1.4。通常，载体元件的直径或宽度应当大于20mm，通道的长度应当小于6mm，通道长度和进口孔的最大直径之间的比例应当小于3，优选是小于2.5，特别是小于2。保护面积通常应当至少为1000m2/m3载体元件容积，优选是至少1250m2/m3载体元件容积，特别是至少1500m2/m3载体元件容积。
第二实施例的载体可以描述为八边形板，它有多个圆形底部孔，这些底部孔从两侧伸入板内，且这些孔形成了隔腔，并提供了防止与其它载体抵靠而磨损的表面。载体外接圆的直径为52mm，板的厚度为4.5mm。隔腔的深度为2mm，且隔腔的进口开口的直径为1.5mm，这提供了1330m2/m3载体元件容积的保护面积，且隔腔的深度和开口的最大尺寸(直径)之比为1.33。
在本发明的方法中，水(例如废水)供给包含本发明载体(例如上述第一或第二实施例的载体)的空间(例如称为反应器的容器)。载体在反应器内的水中保持运动，水通过滤网的开口而从该反应器中排出。载体的尺寸应当在考虑本发明的参数的情况下设计成与滤网开口相关，这样，它们不能通过滤网开口，而是保持在反应器中。
如上所述的尺寸、面积、通道长度和隔腔深度分别与和通道长度或隔腔深度相关的进口开口尺寸的组合提供了在MBBR或混合处理中的、与以前使用的载体相比性能大大提高的载体。本发明的非常重要的特征是通道长度或隔腔深度与进口开口尺寸的关系分别如上述比例。
在本发明和现有技术优选实施例的载体之间的广泛比较中，发现本发明使MBBR或混合处理的能力大大提高。对于在三个类似的MBBR处理(每个充入达50％处理反应器容积的载体材料)中的城市废水的硝化作用的比较，三者的处理能力在下面的表1中给予记录。
因此，通过使用本发明的载体材料，处理能力提高了至少3倍。
表1
本发明和使用现有技术载体材料之间的比较
  载体类型   硝化作用速率g NH4-N/m3反应器，h
  K1(EP0575314 B1)   11.5
  Natrix 10/10(EP0750591)   8.3
  本发明图1的实施例   34.1

Claims (10)

1.一种用于生物净化水的方法，其中：水供给反应器，该反应器装有用于生物膜生长的载体，该载体在反应器内的水中保持运动，且尺寸设置成由滤网而保持在反应器中，允许水通过滤网开口从反应器中排出，且该载体有确定通道或隔腔的壁，该通道或隔腔提供了用于生物膜生长的表面，用于生物膜生长的该表面避免了与其它载体表面发生碰撞，其特征在于：载体元件为板状，其宽度或直径大于20mm，保护面积大于1000m2/m3载体元件容积，载体中的通道长度或隔腔深度的平均值分别小于6mm或小于3mm，且通道长度或隔腔深度与通道或隔腔的进口开口的最长尺寸之比分别小于3。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，保护面积大于1250m2/m3载体元件容积。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，保护面积大于1500m2/m3载体元件容积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，载体中的通道长度或隔腔深度的平均值分别小于4.5mm或2.5mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，载体中的通道长度或隔腔深度的平均值分别小于3mm或2mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通道长度或隔腔深度与通道或隔腔的进口开口的最长尺寸之比分别小于2.5。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通道长度或隔腔深度与通道或隔腔的进口开口的最长尺寸之比分别小于2。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：载体元件是板，该板有多个形成所述通道的通孔。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：载体元件是板，该板有多个形成所述隔腔的盲孔，这些盲孔从板的两侧伸入板内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：在排出的水中的悬浮的生物物质与水分离，并返回到反应器中，这样，反应器将包含悬浮在反应器内的水中的生物物质以及在载体上生长的生物物质。
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