CN1300268A - 清除有机物和氮的废水处理方法和这种方法所用的载体及其制备方法 - Google Patents

清除有机物和氮的废水处理方法和这种方法所用的载体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于从废水中清除有机物和氮的废水处理方法。在这种废水处理方法中,阻止硝化细菌生长的过量的有机物在前置曝气罐中被清除,并且曝气罐的条件是利用硝化载体得以优化的,大量的硝化细菌附着在该载体上,以致硝化细菌可以在其中大量地繁殖生长。因此,大量的废水可以在短时间内得到处理,并且长期地适应废水中有机物负荷的变化也是可能的。所有,该废水处理装置可以比较小,并且可以期望其性能有所改进。再者,在硝化细菌的活性变低的冬季,废水也能得到稳定地处理,以致按照这项发明的废水处理方法可以被用于大多数废水处理厂,例如污水处理厂、粪便处理厂、饲养业和工业废水处理厂等。

Description

清除有机物和氮的废水处理方法 和这种方法所用的载体及其制备方法
本发明的技术领域
本发明涉及含有机物和氮的废水的处理方法，更具体地说，涉及利用能够提高有机物和氮的去除效率的载体的废水处理方法。
本发明的现有技术
活性污泥法(一种基本的废水处理方法)已被广泛用于继一级处理之后的二级废水处理，即为了在曝气条件下彻底地处理原始废水。在一般的活性污泥法中，随着废水连续地流入曝气罐，微生物借助摄取废水中的有机物得以生长，从而致使有机物分解，然后长成的微生物团聚，沉积在末端的沉降罐中。一部分沉淀剂以活性污泥的形式返回到曝气罐，而剩余的部分作为废污泥被废弃，从而使曝气罐中微生物的量维持在适当的水平，而氮和磷随着有机物分解被清除掉。
这种活性污泥法作为一种有效的废水处理方法已经是众所周知的。但是，这种方法不适合同时从包含高浓度的有机物和氮的废水中有效地清除有机物和氮，并且增加多余的污泥。具体地说，在废水中有机物的填充比高时，在沉降罐中发生污泥膨胀，因此降低处理效率。此外，由于有机物的填充比高异养细菌过度生长，而原本生长缓慢的自生细菌的生长受到抑制，以致活性的硝化作用是不可能的。
为了解决上述问题，已经研制了一种生物膜处理法(biofilmprocess)，在该方法中先将大量的微生物固定在载体上，然后使用。按照生物膜处理法，必不可少的是在用于废水处理的曝气罐中使微生物的数量维持在适当的水平。为此，微生物的附着载体对于微生物的悬浮生长或附着生长是不可或缺的。用于这个目的的载体包括多孔塑料(由Sung-yong Choi提出，Journal of Korean Society onWater Quality,Vol.6,No.1,p31,1991)、活性碳纤维(日本专利申请Heisei 5-167820号)、聚乙烯醇和活性炭(日本专利申请Heisei 5-186723号)等。这种载体材料亲水性差，以致微生物不容易附着到载体上。再者，未附着到赞同但是微生物生长速度低，以致在废水处理罐连续运行时微生物从曝气罐流出。
再者，在利用固定型载体的常规生物膜处理法中，因为生物膜过度地在载体表面形成，所以供应给生长速度比较缓慢的硝化细菌的溶解氧(DO)的量不足，以致难以把硝化细菌的数量维持在适当的水平。此外，如果常规生物膜处理法采用单一载体，那么被清除的氮浓度将受到限制。
此时，废水中的氨型氮借助生物处理法分成硝化和脱硝两个阶段进行处理。换言之，在硝化期间氨型氮借助嗜氧的硝化细菌变成硝态氮(NO3-N)，而在脱硝期间脱硝细菌利用硝态氮而不是为数不多的氧作为电子受体氧化有机物，并且将硝态氮还原成氮气(N2)。但是，在冬季对温度下降敏感的硝化细菌的活性降低，因此氮去除效率也迅速下降。
本发明概述
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种稳定而有效地处理包含高浓度的有机物和氮的废水的方法，借助这种方法常规生物膜法的上述问题(诸如污泥膨胀、生物膜剥落或冬季处理效率下降)都将解决。
按照本发明的一个方面，提供了一种废水处理方法，该方法包括下述步骤：(A)使流入缺氧储罐的废水脱硝，其方法是利用驻留在缺氧储罐中的脱硝细菌和流入废水的有机物使硝态氮还原成气态氮；(B)在废水流入第一曝气罐之后利用附着在载体上的嗜氧微生物使过量的有机物分解，借此使经过步骤(A)处理的废水的碳氮比(C/N)适合随后的硝化步骤；(C)在废水流入第二曝气罐之后利用附着在载体上的硝化细菌使经过步骤(B)处理的废水中的氨型氮变成硝态氮；(D)使一部分经过步骤(C)处理的废水返回缺氧储罐，并且使留下的废水流入沉降罐；以及(E)使一部分沉降罐排放出来的污泥返回缺氧储罐，清除留下污泥作为多余的污泥，并且获得与沉降罐中沉淀的污泥分开的上层清液作为经过处理的水。
优选的是，在步骤(B)中有机物被嗜氧微生物分解之后，如果待处理的废水中氨型氮的负荷小，则将经步骤(B)处理得到的废水直接送到步骤(D)，从而省略了步骤(C)。优选的是，如果待处理的废水中有机物的负荷小，则将经过步骤(A)处理的废水直接送到步骤(C)，从而省略了步骤(B)。
优选的是，在步骤(B)中使用的载体包括泡沫聚合物、附着在泡沫聚合物上的粉末型活性炭以及把粉末型活性炭粘到泡沫聚合物上的粘接剂。
优选的是，泡沫聚合物是具有海绵状泡沫结构或无纺纤维结构的聚氨酯、聚苯乙烯或聚乙烯。
优选的是，粘接剂是重量比从70∶30至90∶10的丙烯酸树脂与苯乙烯/丁-二烯胶乳(S/B Latex)的混合物。
优选的是，粉末型活性炭与粘接剂的重量比是40∶60至50∶50。
按照本发明的另一方面，提供了载体的制备方法，该方法包括下述步骤：(A)按90∶10～70∶30的重量比将粘接剂溶液与粉末型活性炭混合成淤浆；(B)将该淤浆涂到泡沫聚合物上，并且通过给得到的产品加热使来自粘接剂溶液的溶剂蒸发；以及(C)将步骤(B)得到的产品模压成形。
优选的是，步骤(B)的加热是在70～95℃下加热2～3小时。
优选的是在步骤(C)中使用的载体是聚乙烯醇泡沫塑料载体或纤维素纤维载体。
优选的是，纤维素载体是通过下述步骤制备的：(A)把纤维素纤维模压成薄片状；(B)用包含聚乙烯醇、交联剂和发泡剂的发泡组合物浸透薄片状纤维素纤维；(C)通过脱水使步骤(B)得到的产品发泡；(D)用包含聚乙烯醇和交联剂的增强组合物浸透步骤(C)得到的产品；(E)将步骤(D)得到的产品从组合物中取出并进行干燥。
优选的是，发泡组合物包括0.5～5wt％的聚乙烯醇、0.2～5wt％的交联剂、0.1～1wt％的发泡剂以及作为其余部分的溶剂。
优选的是，增强组合物包括1～5wt％的聚乙烯醇、0.1～5wt％的交联剂以及作为其余部分的溶剂。
优选的是，交联剂是三聚氰胺-脲树脂(melamine urea resin)或聚酰胺-聚胺-环氧氯丙烷共聚物(PPE)(polyamide polyamineepichlorhydrine)。
优选的是，步骤(C)的脱水是这样完成的，以致在发泡前片状纤维素纤维中水分含量按片状纤维素纤维的重量计维持在20～50％。
优选的是，步骤(C)中的发泡是在120～150℃下完成的，以使每克干燥的泡沫纤维素载体中孔的体积在0.3～4.5cm3的范围内。
附图简要说明
图1是图解说明依据本发明的废水处理方法的示意图。
本发明优选实施例
参照图1，包含有机物和氮的废水1流入缺氧储罐10。在缺氧储罐10中，有机物的氧化与硝态氮(NO3-N)的还原同时发生。换言之，流入废水中的有机物在脱硝期间起电子供体的作用被氧化，而在流入废水和从第二曝气罐返回的水5中所包含的硝态氮接受电子被还原成氮气(N2)，借此清除废水中的有机物和氮。
但是，在流入缺氧储罐10的废水含有大量的有机物的情况下，与硝态氮相比有过量的有机物存在，因此在流出缺氧储罐10的水2中可能存在未经处理的有机物。在有高浓度的有机物存在时，在第二曝气罐30中微生物菌丛发生变化，以致促进丝状霉菌的生长。如果丝状霉菌过度生长，在从沉降罐40中分离上层清液期间可能出现一系列的问题。
因此，在本发明中把第一曝气罐20置于缺氧储罐10和第二曝气罐30之间，使在缺氧储罐10中可能未经处理的过量有机物被清除。因为用于清除有机物的载体充当过量微生物的栖身之处，以致附着在该载体上的微生物吸收高浓度的有机物，丝状霉菌的过度生长可以受到有效地抑制。
一般的说，粉末型活性炭具有良好的吸收能力和抗冲击负载的能力(其中所述冲击负载是由于含有大量的有机物的废水突然涌入引起的)，而且即使在废水包含毒性物质时也能够稳定地处理废水，所以粉末型活性炭已被广泛地用于处理废水。但是，放在曝气罐中的粉末型活性炭与污泥一起流出该曝气罐，以致粉末型活性炭必须被连续地投放到曝气罐中才能保持在预定的浓度。再者，当污泥返回时，在返回的污泥中存在的粉末型活性炭给泵带来麻烦。此外，为了回收从废弃的污泥中分离粉末型活性炭，需要适合粉末型活性炭的额外的分离和再生设备。
因此，适合在依据本发明的废水处理方法中使用的清除有机物的载体是由泡沫聚合物、附着在泡沫聚合物上的粉末型活性炭以及把粉末型活性炭粘到泡沫聚合物上的粘接剂制成的。
泡沫聚合物呈海绵状泡沫结构或无纺纤维结构。优选的是，泡沫聚合物是由聚氨酯、聚苯乙烯或聚乙烯制成的。粘接剂可以由重量比从70∶30至90∶10的丙烯酸树脂与苯乙烯/丁二烯胶乳(S/BLatex)的混合物制成。
优选的是，粉末型活性炭与粘接剂的重量比是40∶60至50∶50。
优选的是，适合在依据本发明的废水处理方法中使用的清除有机物的载体是用下面的方法制造的。
首先将在一般的废水处理方法中使用的粉末型活性炭添加到包含丙烯酸树脂和S/B Latex的粘接剂溶液中，并进行搅拌，从而形成淤浆。
优选的是，粉末型活性炭具有适合提供充分的孔隙度的较小的粒度。例如，粉末型活性炭的粒度可以为200目或更小。再者，粘接剂溶液与粉末型活性炭按90∶10～70∶30的重量比混合、借此导致在除去溶剂后载体包含的粘接剂与粉末型活性炭的重量比为60∶40～50∶50也是优选的。如果粉末型活性炭的含量高于上述范围，则与粘接剂的粘接效率将降低。另一方面，如果粉末型活性炭的含量低于上述范围，则粉末型活性炭的吸收能力将会降低。换言之，在粉末型活性炭与粘接剂按上述重量比混合时，所得到的载体可以具有预定的强度水平、耐磨性和吸收能力。而且，所得到的载体即使长期使用也不会发生粉末型活性炭脱落。因此，该载体可以使用若干年。
然后，将淤浆涂覆在泡沫聚合物上。优选的是，用辊把淤浆涂覆到泡沫聚合物上。在这方面，优选的是均匀地涂覆泡沫聚合物，以致淤浆渗透到泡沫聚合物的内孔中。但是，任何通用的涂覆方法也都可以使用。
为了除去溶剂将用淤浆涂覆的泡沫聚合物在70～95℃下加热2～3小时。在加热处理期间，在粉末型活性炭与粘接剂之间发生固化反应。
然后，在模压处理期间将所得到的材料切成适当的形状。在这方面，载体不局限于特定的形状。但是，优选的是将载体加工成长、宽、高都在0.82.0cm范围内的六面体形状以便于模压处理。
放进第一曝气罐20用于清除有机物的载体的数量被控制在该罐容积的5～25％。如果载体的数量小于上述范围，那么供微生物附着的载体体积就不够大。如果添加的载体体积大于上述范围，那么由于载体体积过大使载体难以在第一曝气罐20内平稳地回旋。
从第一曝气罐20流出的水3(其碳氮比(C/N)受到适当地控制)流入包含硝化载体的第二曝气罐30，以便经历硝化作用。第二曝气罐30的条件是受控的，以使硝化细菌的活性适合清除废水中的氨型氮。换言之，因为有机物的浓度低，相对其它微生物生长速度缓慢的硝化细菌在该载体中可以非常快地生长。
用于固定硝化细菌的硝化载体必须能够固定大量的微生物并且保持微生物的附着。为此目的，硝化载体必须考虑硝化细菌的性质，具有高亲水性。
但是，在用的硝化载体由于它的亲水性低不容易吸收微生物，而附着在该载体上的微生物却容易与载体分离。再者，大多数硝化载体具有平面结构(Boler,The Water Science and Technology,Vol.22(1),pp89,1990)，因此每单位体积载体能供微生物附着的表面积比较小。因此，大量的微生物不能附着到平面载体上。再者，由于载体是平面结构，附着的微生物得不到保护难以免受流体施加的剪切应力，因此附着的微生物容易脱离载体。
因此，优选的是依据本发明适合废水处理方法的硝化载体是聚乙烯醇泡沫塑料载体或纤维素载体，由于其孔隙度高所以它们的亲水性高和单位体积的表面积大。
聚乙烯醇泡沫塑料载体包含大量的羟基(-OH)亲水基团，因此它容易水合，并因此容易吸收硝化细菌。再者，由于泡沫结构具有大量的孔，所以单位体积的表面积大，而且其耐久性好。所以，通过切割聚乙烯醇泡沫塑料使它具有适当的尺寸和形状制造硝化载体将提高效率。
再者，纤维素载体是利用从天然原料(如棉花、木浆、苎麻、大麻、黄麻和亚麻)获取的纤维素纤维制成的，所以它对硝化细菌具有亲和力。纤维素载体是用下述方法制成的。
换言之，制造纤维素载体的方法包括下述步骤：(A)把纤维素纤维模压成薄片状；(B)用包含聚乙烯醇、交联剂和发泡剂的发泡组合物浸透薄片状纤维素纤维；(C)通过脱水使步骤(B)得到的产品发泡；(D)用包含聚乙烯醇和交联剂的增强组合物浸透步骤(C)得到的产品；(E)将步骤(D)得到的产品从组合物中取出并进行干燥。
在细节上，将长度在0.52mm范围内的纤维素纤维预制成平面形状。这是因为它使后处理变得容易，而且不需要用溶剂分散纤维素纤维。模压方法不局限于特定的方法，并且类似于可以用于造纸的那种方法。例如，在把纤维素纤维分散在水中制备成纤维淤浆之后，将制备好的纤维淤浆倒入具有预定形状(如六面体形状)的框架。然后，对框架中的纤维淤浆施加预定的压力，脱去水分，从而导致模压成平面形状的纤维素纤维。
然后，用发泡组合物浸透被模压成平面形状的纤维素纤维，然后发泡，以便提供适合附着在该载体中的微生物的生长的条件。发泡组合物包含0.5～5wt％的聚乙烯醇、0.1～5wt％的交联剂、0.1～1wt％的发泡剂以及作为其余部分的溶剂。在这方面，水是作为优选的溶剂。再者，任何能够通过与溶剂反应生成过量的氮气或二氧化碳的发泡剂都可以不受限制地使用。具体地说，优选的是水溶性发泡剂。优选将碳酸氢钠作为发泡剂使用。另外，三聚氰胺-脲树脂或聚酰胺-聚胺-环氧氯丙烷共聚物(PPE)可以作为交联剂使用。
为了保证充分发泡，模压成平面形状的纤维素纤维的水分含量必须控制在模压成平面形状的纤维素纤维的总重量的20～50％范围内。如果水分含量低于上述范围，被模压成平面形状的纤维素纤维可能由于突然发泡而变形。如果水分含量超过上述范围，发泡时间将延长。优选的是，发泡步骤在120150℃下完成，以使每克干燥的泡沫纤维素载体中孔的体积在0.3～4.5cm3的范围内。
在发泡步骤之后，泡沫纤维素载体可能收缩，因为它没有足够高的刚性。因此，泡沫纤维素载体将用增强组合物进行处理，以便使泡沫结构稳定。增强组合物包含1～5wt％的聚乙烯醇、0.1～5wt％的交联剂以及作为其余部分的溶剂。包含在增强组合物中的交联剂与用于发泡组合物的交联剂是相同的，并且水作为溶剂是优选的。如果增强组合物的浓度超过上述范围，组合物中过量的成分将充当载体表面上的污染物。再者，用增强组合物反复处理使聚乙烯醇的最终含量和交联剂的最终含量分别变成纤维素纤维重量的5～15％h和3～8％也是优选的。
增强组合物通过其中包含的聚乙烯醇和交联剂与纤维素纤维的化学粘接增加载体的强度。再者，未反应的交联剂(PPE)在中性或碱性条件下具有正电荷，因此载体表面具有正电荷。因此，大多数具有负电荷的硝化细菌将易于附着在载体表面上。再者，一旦硝化细菌将附着在载体表面上，该硝化细菌就难以与载体分离。
优选的是，经增强组合物处理得到的产品在大约100℃下干燥，以使增强组合物不能在载体表面上移动。
在干燥步骤之后，所得到的产品可以被切割成适当的尺寸和形状。作为最终产品载体的尺寸和形状是不受限制的。
放进第二曝气罐30的硝化载体的数量被控制在曝气罐30的容积的5～30％。如果被添加的硝化载体数量低于上述范围，那么供微生物附着的载体体积将不能达到适当的水平。如果被添加的载体数量高于上述范围，则将由于载体体积过量使载体难以在第二曝气罐30内平稳地回旋。因此，难以保证在曝气罐30内有效的硝化。
附着在载体上生长的大量的硝化细菌可以使废水中的氨型氮通过需氧反应变成硝态氮。具体地说，依据本发明的方法在硝化细菌的活性变低的冬季与微生物受到抑制的活性污泥法相比由于附着在载体上的硝化细菌浓度高呈现非常高的氮去除效率。
一部分从第二曝气罐30流出的水4作为包含硝态氮的回送水5被送回缺氧储罐10以便脱硝。而其余流出的水4被转移到沉降罐40。一部分沉淀的污泥6作为回送污泥7被送回缺氧储罐10，而其余的污泥作为多余的污泥8被废弃。这样就获得了不包含污泥的上层清液作为处理过的水9。
再者，熟悉这项技术的人都知道用于防止载体外溢的多孔板或用于防止载体朝出口漂移的气动抽水泵被安装在里面放了载体的曝气罐中。
在依据本发明的废水处理方法中，防碍硝化细菌生长的过量的有机物在前置的曝气罐中被清除，而硝化细菌的最佳繁殖条件是利用有大量的附着微生物在其中生长的硝化载体准备的。因此，作为在常规活性污泥法中存在的一系列问题之一的污泥膨胀问题可以迎刃而解。再者，大量的废水可以在短时间内得到处理，并且依据本发明的废水处理方法能够应付废水中有机物负荷的变化，因此废水处理装置可以减至最小并提供高性能。再者，即使在由于微生物活性下降使氮的去除效率下降的冬季也能稳定地维持氮的去除效率。
至此，已经介绍了废水中有机物和氨型氮两者的负荷都高的情况。但是，在只有有机物负荷低的情况下，废水可以仅仅通过硝化进行处理，而取消清除有机物的步骤。再者，在废水中氨型氮的负荷低的情况下废水可以在没有硝化步骤的情况下仅仅通过清除有机物的步骤进行处理。
下面将通过实施例介绍本发明。但是，本发明不受下面的实施例限制。
用于清除有机物的载体
<制备实施例1>
首先，将相当于64克固体丙烯酸树脂的160克丙烯酸树脂乳液(N-140,Aurora化学公司)和相当于16克固体S/B Latex的40克苯乙烯/丁二烯胶乳(KSL 106,S/B Latex,Kumho石化公司)完全混合，然后，将60克粉末型活性炭(Union公司，粒度200目)添加到混合物中，从而形成淤浆。接下来，在具有海绵结构的聚氨酯上辊涂几次制备好的淤浆，然后在75℃下加热大约2小时。将得到的结构冷却到室温并切割成长、宽、高均大约为1cm的六面体形状，从而得到依据本发明的载体。
<实施例1>
将上述制备好的载体放到用于处理一般的有机废水由第一沉降罐、曝气罐和第二沉降罐构成的废水处理装置的曝气罐中，其中载体占曝气罐总容积的20％。
然后，让废水流入该废水处理装置。在这里，允许流入的废水的化学需氧量(COD)是1000mg/l，而总滞留时间被设定为6小时。然后，借助标准方法测量从该废水处理装置流出的水的COD并计算COD递减率(COD removal ratio)。结果列于表1。再者，考察在持续1周的连续运行期间是否发生粉末型活性炭脱落和污泥膨胀，并且考察微生物的脱落程度。
<对照实施例1>
除了所用的活性污泥法不用载体之外，在与实施例1相同的条件下处理废水。结果也列于表1。
<对照实施例2>
除了将常规的固定型载体Saran Lock(Kureha化学公司，日本)放进曝气罐之外，在与实施例1相同的条件下处理废水。结果也列于表1。
<对照实施例3>
除了将常规的悬浮的生物量载体Linpor(Linde公司，德国)放进曝气罐之外，在与实施例1相同的条件下处理废水。结果也列于表1。
表1
    实施例  COD递减率(％) 是否发生污泥膨胀 是否发生粉末型活性炭剥离  微生物脱落程度
实施例1     95     否 几乎没有发生 几乎没有发生
对照实施例1     12     是 未用粉末型活性炭     轻微
对照实施例2     89     否 未用粉末型活性炭     中等
对照实施例3     62     是 未用粉末型活性炭     轻微
正象依据表1能够理解的那样，使用常规载体时的COD递减率与采用一般的活性污泥法相比是非常高的，但是与使用依据本发明的载体相比仍然是低的。再者，粉末型活性炭和微生物的剥离几乎没有发生，而且不发生污泥膨胀。
吸收能力实验
测量依据本发明的载体的吸收能力，以确定粉末型活性炭象本发明那样涂覆泡沫聚合物之后是否仍然保持其吸收能力。
吸收能力实验是利用与实施例1所用装置相同的废水处理装置在按制备实施例1制备的载体上完成的。流入废水中用标准方法测到的酚浓度是450mg/l。2小时以后，经过处理的废水中酚浓度下降到45mg/l，从而表明酚递减率为90％。
正象依据这个结果可以理解的那样，依据本发明通过在泡沫聚合物上涂覆粉末型活性炭制备的载体仍然具有能够吸收废水中存在的化学品和充当微生物的栖身之地的高吸收能力。因此，依据本发明的载体即使在有机物负荷大幅度变化的废水流入时也是有效的。
纤维素硝化载体
<制备实施例2-6>
将长度大约为0.5～2mm的纤维素纤维分散在水中，制成淤浆。将该淤浆倒入底部有众多小孔六面体框架，然后对淤浆施加预定的压力以除去水，从而得到被模压成平面形状的纤维素纤维制品。将5克聚乙烯醇(皂化值90％，聚合度1700)和5克PPE添加到50克水中，再将0.5克碳酸氢钠(发泡剂)添加到混合物中，然后搅拌直到完全混合形成均匀的发泡组合物为止。然后用这种发泡组合物将模压成平面形状的纤维素纤维制品浸透，使发泡组合物充分地被模压成形的纤维制品吸收。然后，用脱水器使得到的产品脱水，使得到的产品的水分含量为纤维素纤维制品重量的30％，接下来，将脱水后的产品置于温度设定在120～150℃的烘箱中让它发泡。然后将所得到的泡沫制品用组成如表2所示的增强组合物浸透并且搅拌10分钟或更长时间，从而使增强组合物均匀地分布在该泡沫制品上。接下来，挤压得到的泡沫制品以便从表面除去多余的增强剂，再将该制品放进温度设定在100℃的烘箱。然后，将得到的产品干燥大约5分钟，以防止增强组合物在泡沫制品表面上移动，从而得到纤维素硝化载体。
为了考察增强组合物对纤维素硝化载体的抗张强度的影响，用标准方法测量在制备实施例2-5中制备的用增强组合物处理过的硝化载体和未经增强组合物处理的制备实施例6的硝化载体的抗张强度，结果示于表2。
正象依据表2可以理解的那样，载体的抗张强度由于用增强组合物处理而大幅度增加。再者，增强组合物中聚乙烯醇和PPE的含量越高，载体的抗张强度的增加幅度也越大。因此，依据本发明的纤维素载体因其抗张强度高而能够长期使用并且具有是中性材料的优点。
表2
实施例 增强组合物 抗张强度(g/cm)2
聚乙烯醇(wt％) PPE(wt％)
制备实施例2 1 0.1 800
制备实施例3 3 0.3 1066
制备实施例4 4 0.4 1150
制备实施例5 5 0.5 1200
制备实施例6 0 0.0 400
<制备实施例7-11>
除了按照表3所示改变增强组合物中聚乙烯醇和PPE的含量之外，采用与制备实施例2-5的相同的方法制备各种载体。测量每种载体表面的电荷，结果示于表3。
表3
实施例 增强组合物 正电荷量(meg/g)
聚乙烯醇(wt％) PPE(wt％)
制备实施例7 1 0.0 0
制备实施例8 2 0.2 1.2
制备实施例9 3 0.6 2.6
制备实施例10 4 1.2 3.1
制备实施例11 5 2.0 4.5
正象依据表3可以理解的那样，在不添加PPE的情况下，在表面测不到正电荷。再者，添加的PPE的含量越多，在表面的正电荷量也越大。正电荷的量之所以由于用PPE处理而增加似乎是因为PPE中未反应的氮原子具有正电荷。因此，表面的正电荷量随着增强组合物中的PPE含量增加而增加。表面正电荷量增大迅速的吸收具有负电荷的硝化细菌和生长缓慢的微生物。因此，使废水处理装置初步稳定所需要的时间减少，所以其总运行时间被缩短。
<实施例2和对照实施例2>
为了测量依据本发明的纤维素硝化载体的废水处理效率，让包含氨型氮的废水流入废水处理装置并且改变氨的浓度。然后，用标准方法测量用通过制备实施例4制备的载体处理的废水中的氨型氮含量(实施例2)和用活性污泥法处理的废水中的氨型氮含量(对照实施例2)，计算氨型氮递减率，结果示于表4。在这些实验中，废水在废水处理装置中的总保留时间为6小时。
表4
流入废水中的氨浓度(mg/l) 氨型氮递减率(％)
实施例2 对照实施例2
50 99以上 80
100 99以上 50
200 95 20
300 90 10
正象依据表4可以理解的那样，在使用依据本发明的纤维素硝化载体的情况下，氨型氮的清除效率比采用活性污泥法时高。再者，即使在流入废水中的氨浓度增加时用依据本发明的载体清除氨型氮的效率也几乎不变。因此，依据本发明的纤维素硝化载体可以长期地用于有机物负荷高的有机废水。
<实施例3>
利用清除有机物的载体和硝化载体两者处理废水。在所用的废水处理装置中，缺氧储罐、第一曝气罐和第二曝气罐的容积比为1∶1∶1，并且分别按10％的体积比把制备实施例1中的清除有机物的载体放进第一曝气罐和把制备实施例10中的纤维素硝化载体放进第二曝气罐。
然后，在室温(25℃)下处理流入的废水。在这个实验中，流入废水的生物需氧量(BOD)是120mg/l，而用基氏法测出的总含氮量(TKN)是60mg/l。通过改变保留时间(从8小时到3小时)，即通过逐渐增大废水的流入量，用标准方法测量流出的废水的BOD和TKN，并且计算BOD和TKN的递减率。结果示于表5。
<实施例4>
除了采用制备实施例1中的清除有机物的载体和制备实施例4中的纤维素硝化载体之外，采用与实施例3相同的方法除了废水。
<对照实施例3>
在与实施例3相同的条件下，借助利用普通悬浮微生物的MLE法(Modified Ludzack Ettinger method)处理废水，结果示于表5。在这个实验中，所用的两个曝气罐的体积分别等于在实施例3中使用的第一曝气罐和第二曝气罐的体积。
如表5所示，BOD递减率和TKN递减率随着保留时间变得越来越短而逐步下降。但是，采用依据本发明的方法时BOD递减率和TKN递减率的下降程度小于采用常规方法时的下降程度。之所以即使在流入的废水量增大时也能维持这样高的递减率的原因是该载体能够吸收大量的微生物。在实施例3和4中，就悬浮微生物而言曝气罐内微生物的浓度是2000mg/l，就作为生物膜附着的微生物而言其浓度是2500mg/l，即总浓度为4500mg/l；而在对照实施例1中总浓度只有2000mg/l。
表5
保留时间(小时) BOD递减率(％) TKN递减率(％)
实施例3 实施例4 对照实施例3 实施例3 实施例4 对照实施例3
8 95 95 95 99 99 95
6 95 93 93 99 99 90
4 93 85 85 95 96 75
3 92 70 70 95 96 50
<实施例5-6>
为了比较冬季期间的废水处理效率，以与实施例3和4大体相同的方式处理废水，其中不同的是保留时间被设定为6小时，而废水温度变成25℃、20℃、15℃和8℃。借助标准方法测量通过废水处理装置流出的水的BOD和TKN，并且计算BOD和TKN随废水温度下降的递减率。结果示于表6。
<对照实施例4>
在与实施例5相同的条件下采用在实施例3中使用的MLE法处理废水，结果示于表6。
表6
温度(℃) BOD递减率(％) TKN递减率(％)
实施例5 实施例6 对照实施例4 实施例5 实施例6 对照实施例4
25 95 95 95 99 99 95
20 94 95 90 97 99 93
15 93 92 84 95 96 80
8 90 90 80 90 91 50
如表6所示，采用依据本发明的废水处理方法，在低温下仍然保持高TKN递减率，而BOD递减率还有所增加。这是因为在前置曝气罐中清除了有机物和利用硝化载体建立起适合硝化细菌附着生长的条件。
工业应用
如上所述，在依据本发明的废水处理方法中，防碍硝化细菌生长的过量有机物在前置曝气罐中被清除，并且利用适合大量的硝化细菌附着生长的硝化载体使曝气罐的条件得到优化，以致硝化细菌能够在曝气罐中繁殖。因此，大量的废水可以在短时间内得到处理，并且长期应付废水中有机物负荷的变化也是可能的。因此，废水处理装置可以比较小，而且可以期望在性能方面得到改进。再者，在硝化细菌的活性变得低下的冬季也可以稳定地处理废水，所以依据本发明的废水处理方法可以应用于大多数废水处理厂，例如污水处理厂、粪便处理厂、饲养业和工业废水处理厂等。

Claims (18)

1．一种废水处理方法，该方法包括下述步骤：(A)使流入缺氧储罐的废水脱硝，其方法是利用驻留在缺氧储罐中的脱硝细菌和流入废水中的有机物使硝态氮还原成气态氮；
(B)在废水流入第一曝气罐之后利用附着在载体上的嗜氧微生物使过量的有机物分解，借此使经过步骤(A)处理的废水的碳氮比(C/N)适合随后的硝化步骤；
(C)在废水流入第二曝气罐之后利用附着在载体上的硝化细菌使经过步骤(B)处理的废水中的氨型氮变成硝态氮；
(D)使一部分经过步骤(C)处理的废水返回缺氧储罐，并且使留下的废水流入沉降罐；以及
(E)使一部分沉降罐排放出来的污泥返回缺氧储罐，清除留下污泥作为多余的污泥，并且获得与沉降罐中沉淀的污泥分开的上层清液作为经过处理的水。
2．根据权利要求1所述的方法，其中所述有机物在步骤(B)中被嗜氧微生物分解之后，如果待处理的废水中氨型氮的负荷小，则将经步骤(B)处理得到的废水直接送到步骤(D)，从而省略了步骤(C)。
3．根据权利要求1所述的方法，如果待处理的废水中有机物的负荷小，则将经过步骤(A)处理的废水直接送到步骤(C)，从而省略了步骤(B)。
4．一种在权利要求1或2所述的步骤(B)中使用的载体，包括：泡沫聚合物；
附着在所述泡沫聚合物上的粉末型活性炭；以及把粉末型活性炭粘到泡沫聚合物上的粘接剂。
5．根据权利要求4所述的载体，其中泡沫聚合物是具有海绵状泡沫结构或无纺纤维结构的聚氨酯、聚苯乙烯或聚乙烯。
6．根据权利要求4所述的载体，其中粘接剂是重量比从70∶30至90∶10的丙烯酸树脂与苯乙烯/丁二烯胶乳(S/B Latex)的混合物。
7．根据权利要求4所述的载体，其中粉末型活性炭和粘接剂的重量比从40∶60至50∶50。
8．一种在权利要求1或3所述的步骤(C)中使用的载体，该载体是聚乙烯醇泡沫载体或纤维素纤维载体。
9．根据权利要求8所述的载体，其中纤维素纤维是从棉花、木浆、苎麻、大麻、黄麻或亚麻中获取的。
10．根据权利要求8所述的载体，其中纤维素载体是通过下述步骤
制备的：
(A)把纤维素纤维模压成薄片状；
(B)用包含聚乙烯醇、交联剂和发泡剂的发泡组合物浸透薄
片状纤维素纤维；
(C)通过脱水使步骤(B)得到的产品发泡；
(D)用包含聚乙烯醇和交联剂的增强组合物浸透步骤(C)
得到的产品；
(E)将步骤(D)得到的产品从组合物中取出并进行干燥。
11．根据权利要求10所述的载体，其中发泡组合物包括0.5～5wt％的聚乙烯醇、0.2～5wt％的交联剂、0.1～1wt％的发泡剂以及作为其余部分的溶剂。
12．根据权利要求10所述的载体，其中增强组合物包括1～5wt％的聚乙烯醇、0.1～5wt％的交联剂以及作为其余部分的溶剂。
13．根据权利要求11所述的载体，其中交联剂是三聚氰胺-脲树脂(melamine urea resin)或聚酰胺-聚胺-环氧氯丙烷共聚物(PPE)(polyamide polyamine epichlorhydrine)。
14．根据权利要求12所述的载体，其中交联剂是三聚氰胺-脲树脂(melamine urea resin)或聚酰胺-聚胺-环氧氯丙烷共聚物(PPE)(polyamide polyamine epichlorhydrine)。
15．根据权利要求10所述的载体，其中步骤(C)的脱水是这样完成的，以致在发泡前片状纤维素纤维中的水分含量按片状纤维素纤维的重量计维持在20～50％。
16．根据权利要求10所述的载体，其中步骤(C)中的发泡是在120～150℃下完成的，以使每克干燥的泡沫纤维素载体中孔的体积在0.3～4.5cm3的范围内。
17．制备根据权利要求4至7中任何一项所述的载体的方法，该方法包括下述步骤：
(A)按90∶10～70∶30的重量比将粘接剂溶液与粉末型活性炭混合形成淤浆；
(B)将该淤浆涂到泡沫聚合物上，通过给得到的产品加热使粘接剂溶液中的溶剂蒸发；以及
(C)将步骤(B)得到的产品模塑成形。
18．根据权利要求17所述的方法，其中步骤(B)的加热是在70～95℃下加热2～3小时。
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