CN1302279A

CN1302279A - 废液处理方法及设备

Info

Publication number: CN1302279A
Application number: CN99804049A
Authority: CN
Inventors: 理查德·伯纳德·琼斯
Original assignee: Kvaerner Metals Davy Ltd
Current assignee: Kvaerner Engineering and Construction UK Ltd
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2001-07-04
Also published as: BR9908878A; GB9805714D0; AU2846599A; WO1999047459A1; GB2350107A; GB0022201D0; CA2323620A1; US6328892B1; AR014734A1

Abstract

本发明涉及废液处理方法和废液处理设备。这种设备包括一对长形容器(5,12),其中一个容器(12)和另一个容器(5)是缺氧分别用于借助生物物质涂覆颗粒形式的微生物对废液进行需氧的和缺氧的代谢,每个容器具有一个降管区域(4,11)和一个升管区域(7,14)。用于缺氧代谢的容器(5)的第一升管区域(7)与用于需氧代谢的容器(12)的降管区域(11)连通。

Description

废液处理方法及设备

本发明涉及用于处理废液如废水的废液处理方法及设备。

US-A-4552663描述了一种在废水处理设备的BOD吸收区中除去氨型氮的方法。可以设有氮气层的BOD吸收区A包括一个罐，该罐被分隔成两个或更多液体处理部分，以便大致阻塞通过BOD吸收区A的液流。来自区A的液体被排入BOD氧化区B，在该区中曝气。在区B的每个液体处理部分中的曝气建议为此目的使用喷雾器。液体从区B流至沉淀罐，从沉淀罐沉淀的淤泥再循环至BOD吸收区A。

在US-A-3953327中，提出用缺氧脱氮处理污水，同时供应作为细菌食物的甲醇，随后用曝气和沉淀进行稳定处理。得到的淤泥再循环至脱氮步骤并被分离，从该方法排出相对清洁的废液。

GB-A-1473665中描述了一种传统的Deep Shaft^TM废水处理设备。这种设备包括一个盆、一个升管和一个降管，它们的上端彼此且与盆相连通，它们的下端彼此连通，以及用于围绕系统循环废液如污水的装置和向降管供应含氧气体的装置。降管的长度使得向废液中输送氧气的速率至少为0.1Kg O₂/小时/m²。在开始时，将空气注入升管，使其上部用作空气提升泵。当废液以稳定的速度如至少1米/秒在降管中循环时，供向降管的空气比例增加。如果需要，最后循环可以通过只向降管供应空气而得以维持。空气注入降管和注入升管的点最好在盆中废液(如污水)液面下介于其总长度的0.1和0.4倍之间的位置上。因此，当系统在盆中废液(如污水)液面下面延伸150至250米时，空气在上述液面下面15至100米注入。另外，空气注入最好在盆中污水或其它废液的液面下面比30米更深的位置上进行。

在1995年6月“Waste Management & the Environment”第5卷中B.Jones的论文中进一步描述了上述设备。

在目前全世界有70多台正在运营的商业设备中竖井的实际深度为50至150米。如果空气在100米的竖井下35米处注入降管，那么，送至降管的空气路径长度为165米，其接触时间约为3分钟，而传统的扩散空气方法中约为15秒。大多数气泡在到达竖井底部之前溶解。由增加的静液压力，在竖井底部氧气的较大溶解度，对于氧气输送有大的驱动力。已经表示这可以使氧气输送值为3Kg O₂/m³/小时，而对于更为传统的方法来说，该值为0.05至0.2Kg O₂/m³/小时。该特征使Deep Shaft^TM设备能够以增加的装料率处理浓的废液，装料率表达为食物/微生物(f/m)比率。在Deep Shaft^TM设备中的氧气吸收效率达80％，而在扩散空气方法中则为15％。上述因素加上液体在井中高度紊流是竖井中的高效率(为3至4Kg O₂/kw小时，而传统方法为1KgO₂/kw小时的主要原因。使用Deep Shaft^TM设备的另一个优点是，高速度(1至2米/秒)可保证固体不致在竖井中沉淀出来，从而使一次沉淀不再必要)。

Deep Shaft^TM设备的进一步细节可参阅“I.Chem.E.Symposium”第41期D1至D10页，D.A.Hines等人的论文。

在设备中循环的废液中的细菌使废液中存在有机分子及某些无机分子代谢。许多种废液可以用这种方式处理。例如，家庭污水、食物废物、废纸和来自纺织工业、塑料工业及钢铁工业的工业废液目前都可以通过这种商业设备处理。

在工作中，传统的Deep Shaft^TM设备最初种入来自污水处理厂的活性淤泥。一旦废液循环开始，系统的改进的曝气为需氧细菌生长提供了适合的条件。

在降管中，进入系统的空气泡倾向于反抗废液流上升。但是，一旦液体循环率达到一个大于气泡上升速度的值，进入降管的气泡被移动的废液向下拖动，直至最后进入升管的气流被切断，使送至系统的空气只在降管中。由于在升管中废液的空隙度，在升管中空气和废液的混合物的比重可以比在降管顶部未曝气的废液小0.20g/cm³。因此，废液通过设备的循环受助于在降管中空气供应点上方的液压差，这是由于在升管中含有气泡的曝气的废液和在降管顶部的未曝气的废液之间的比重的显著差异引起的。

这种传统的设备适于除去对于需氧细菌代谢敏感的分子。但是，这种设备在废液及废水处理中的有效性也有局限。具体来说，需氧细菌不能消化在竖井内大量产生的、作为氨的需氧细菌代谢产物的硝酸盐。在包括家庭废料和污水的多种废料中铵离子是很常见的。氨在高浓度时是恶臭的，甚至在低浓度时对水生物也是有毒的；因此，在许多国家中的立法要求从废液中除去氨。另外，它具有高的生物需氧量(BOD)。虽然硝酸盐并不存在与氨相同的问题，但是，从废水中除去硝酸盐也是非常需要的，而且在一些国家中已经立法。硝酸盐是天然肥料，它们排入环境中，特别是排入静止的水中如湖泊和水库中，有利于藻类生长。硝酸盐过度向环境水域中排放可能引起称为过营养化的现象，使水环境承受过多的植物和藻类生长，最终由于藻类高度兴旺，重要营养物如磷达到极度缺乏。然后带来藻类的饿死，其细胞物质被需氧代谢引起的腐烂耗尽水中的氧，因而鱼类和其它需要氧气的生物被毁灭。

当处理时，废液中的硝酸盐是准备排放到环境中的，为了克服废液中硝酸盐的问题，通常采用缺氧细菌将硝酸盐还原为氮气。这些缺氧细菌是在Deep Shaft^TM设备上游的缺氧罐中提供的。来自DeepShaft^TM设备的微小废液流一般被再循环至上述罐。但是，这种系统有许多缺点。具体来说，再循环的废液在缺氧罐中停留的时间长得足以使再循环流中的任何需氧细菌的活动受到抑制。另外，很难防止有毒化学物质如脂肪酸烟气从罐中逸出。这种逸出物往往引起废液处理厂如废水处理厂周围特有的难嗅臭气。

在日本公开文本第4-338，293号中描述了一种方法，其中，在Deep Shaft^TM设备中使用了固定的微生物。这种方法已经有了商业应用，称为趋势系统(Trends System)或Takenaka精制竖井系统(Takenaka Refined Shaft System)。

本发明的目的在于提供一种改进形式的废液处理设备。本发明的另一个目的是提供一种有效的、环境可以接受的废液处理方法。

按照本发明提供一种废液处理设备，它包括：

(a)一个第一长形容器，其用于在存在生物物质涂覆颗粒时缺氧代谢在该容器内容纳和在基本活塞式流动条件下流过该容器的废液，所述第一长形容器具有一个基本竖直的第一降管区域，其用于在基本活塞式流动条件下向着第一长形容器底部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒；一个基本竖直的第一升管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第一长形容器的顶部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒，所述第一降管区域的底部区域与第一升管区域的底部区域连通；以及第一颗粒保留装置，其用于将生物物质涂覆颗粒保留在第一长形容器内；

(b)用于向第一降管区域的顶部区域供应被处理废液的进料装置；

(c)用于从第一升管区域的顶部回收已经穿过第一降管区域，然后又穿过第一升管区域的废液的第一回收装置；

(d)一个在下游连接于第一长形容器的第二长形容器，其用于在已经穿过第一长形容器且在基本活塞式流动的条件下流过第二长形容器的废液中存在生物物质涂覆的颗粒时的需氧代谢，第二长形容器具有一个基本竖直的第二降管区域，其用于基本在活塞式流动的条件下向着第二长形容器的底部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒；一个基本竖直的第二升管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第二长形容器的顶部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒，第二降管区域的底部区域与第二升管区域的底部区域连通，以及第二颗粒保留装置，其用于将生物物质涂覆颗粒保留在第二长形容器内；

(e)用于从第一长形容器向第二降管区域的顶部区域供应废液的进料装置；

(f)气体注入装置，其用于将含氧气体注入第二长形容器，以便至少部分地助于及保持穿过第二长形容器的废液和生物物质涂覆颗粒的循环；

(g)第二回收装置，其用于从第二升管区域的顶部区域回收废液；以及

(h)用于将至少一部分已经流过第二长形容器的废液再循环至第一降管区域的顶部区域。

在这种设备中，生物物质涂覆颗粒一般承载着一个附着细菌的表面涂层，还可进一步浸渍着细菌或内部嵌入着细菌。废液和生物物质涂覆颗粒穿过第一降管区域向下流动，并穿过第一升管区域向上流动。废液在与生物物质涂覆颗粒分离后进入第二长形容器，在第二长形容器中，再次与生物物质涂覆颗粒混合，向下流过第二降管区域，并向上流过第二升管区域。在生物物质涂覆颗粒中的细菌的基本缺氧条件至少在废液在第一长形容器中的大部分滞留时间内得以保持，而在生物物质涂覆颗粒中的细菌的基本需氧条件至少在废液在第二长形容器中的大部分滞留时间内得到保持。因此，在第一长形容器中的生物物质涂覆颗粒主要含有缺氧细菌，而在第二长形容器中的生物物质涂覆颗粒主要含有需氧细菌。另外，穿过设备的流动是在基本活塞式流动状态下循环的。

用于向第一降管区域的顶部区域供应被处理废液的进料装置可以包括一个与第一降管区域连通的高位槽。

第二降管区域的顶部区域最好具有与第一升管区域的顶部区域的封闭连接，以便使废液从第一升管区域流入第二降管区域。这样做的优点是有毒气体不能从设备的该区域逸出。

这种设备还可以包括用于使在第一长形容器中产生的含氮气体排出的排气装置。

在一种布置中，第一降管区域的进料装置包括一个第一高位槽，第一长形容器还包括惰性气体注入装置，其用于将惰性气体注入第一升管区域以借助气体提升泵作用助于并维持穿过第一长形容器的废液运动；以及一个除气区域，其用于从第一升管区域的顶部涌出的废液除去气体，所述除气区域与第一高位槽连通，从而使废液可以从除气区域循环至第一降管区域。在这种设备中，第一长形容器还可以包括气体回收装置，其用于从除气装置回收气体，以便再循环至惰性气体注入装置。

在本发明的一个推荐实施例中，第一和第二长形容器中的至少一个包括一对有衬竖井，每个直径为例如大约2至大约10米，最好为大约2至大约8米，彼此相邻地埋入地下适当的深度，例如大约40米至大约150米，一个有衬隧道连其两底部，从而形成一个基本呈U形的容器，一个竖井构成降管区域，另一个构成升管区域。每个降管区域及其相关的升管区域的横截面积彼此相同，或不同，使降管区域中的废液的下降速度可以高于相应升管区域中的气体和废液混合物的上升速度。例如，横截面积可以选择得使降管区域，例如，第二降管区域中的废液下降速度为大约1.2至大约2.0米/秒，而在相应的升管区域中的上升速度可以较低，不过最好至少为大约0.5米/秒，例如，为大约1.2至大约2.0米/秒。

虽然通常最常用的是埋入圆形竖井，但是也可以使用任何其它形状的竖井。这种竖井一般衬有混凝土或其它适当的衬层材料。一种不可渗透的衬层，例如，聚烯烃片材层如聚乙烯或聚丙烯片材层，可以加在竖井的衬层中，以尽量减少废液从竖井泄漏的危险。

或者，第一和第二长形容器中的至少一个可以包括一个长形加衬竖井，其具有沿竖井长度主要部分的、在降管区域和升管区域之间的隔壁，隔壁底部构成下面流动的坝。在另一个实施例中只设有一个长形有衬竖井，其具有一个十字形隔壁，将竖井内部分成四个基本竖直的通道，其横截面积可以基本相同，或者可以具有不同的横截面积。这些基本竖直的通道分别构成第一降管区域、第一升管区域、第二降管区域和第二升管区域，十字形隔壁的一个部分在第一降管区域和第一升管区域之间构成下面流动的坝，十字形隔壁的另一个部分分隔第一升管区域和第二降管区域；所述另一个部分可以由一个排气管线完全封闭，排气管线用于排放缺氧细菌作用而产生的气体。或者，第一和第二容器可以由三个位于第一竖井中的同心的环形隔壁限定，三个同心隔壁将竖井分成四个基本竖直的同心通道；在这种情形中，第一降管区域可以是在最内隔壁内的中央通道，最内通道在其最下端构成一个坝，在最内隔壁和下一个外部隔壁之间的下一个外部通道构成第一升管区域，而再下一外部隔壁限定一个第三通道，其用作第二降管区域，借助用作下部流动坝的第三隔壁与最外部的通道分开，最外部的通道构成第二升管区域。在第一升管区域和第二降管区域之间的高位槽空间可以由一个用于排放缺氧细菌作用而产生的气体的排气管线封闭。在这种具有三个同心的隔壁的竖井的另一种可能的布置中，最外部的通道构成第一降管区域、下一个内部通道构成第一升管区域，再下个内部通道构成第二降管区域，最内部的通道构成第二升管区域。

在埋置困难的地形中，可以将设备的竖井部分或全部地构筑在地面上方。

本发明的设备包括气体注入装置，其用于将含氧气体注入第二长形容器内，以便至少部分地有利于废液和生物物质涂覆颗粒通过第二长形容器的循环，使废液和生物物质涂覆颗粒向下流过第二降管区域，以及如果需要的话，向上流过第二升管区域，以助于维持通过第二长形容器的这种循环。这种气体注入装置最好包括用于将含氧气体注入第二降管区域的装置；它还可以包括用于将含氧气体注入第二升管区域的装置，主要是为了利用空气提升泵原理开始废液和生物物质涂覆颗粒通过设备的循环。含氧气体分别注入第二降管区域和第二升管区域中的点最好在其各自的总深度的0.1至0.4倍之间的位置上。因此，当上述区域延伸至地面以下150至250米的深度时，含氧气体在地面以下15至100米注入。更为推荐的是，当上述区域特别深，例如100米或更深时，空气注入是分别在第二降管区域和第二升管区域下大于30米的位置上进行的。方便的是，第二降管和第二升管注入点分别是在废液循环时基本相同的流体静压力的深度上。按照这种方式，可以采用一条共用的含氧气体供应管道来供应两个气体注入装置。

适当的气体注入装置包括至少一个端部敞口的喷管。或者，气体注入装置可以包括一个扁平形状的管，它具有多个侧向孔，气体通过这些侧向孔可侧向注入循环中的废液。这些孔最好可在废液中产生初始直径为大约2mm至大约8mm的气泡。

典型的含氧气体包括空气、富氧空气和纯氧气。推荐使用空气，主要是为了降低成本。

除了采用开始和维持废液和生物物质涂覆颗粒循环的空气提升泵方法以外，还可以采用一个或多个螺旋桨、一个或多个轴流泵或一个或多个轴流透平。但是，通常最好采用向第二升管中注入空气的装置，以便维持废液和生物物质涂覆颗粒在本发明的设备中的循环。

废液通过第二长形容器的运动可以通过只向第二升管区域中注入含氧气体例如空气的方式开始。向第二升管的气体供应通过空气提升泵作用引起废液的运动，这是由于在第二升管区域上部中的混合的气体/废液(加上生物物质涂覆颗粒)和在第二降管区域中废液和生物物质涂覆颗粒之间在设备起动时存在密度差的缘故。该密度差可以高达0.2g/cm³。一旦废液和生物物质涂覆颗粒的混合物以足够高的速率移动，就可以也向第二降管中注入空气。最后，当在第二长形容器中的废液速度达到大约1.0米/秒时，就可以关闭向第二升管的含氧气体的供应，使循环只是通过向第二降管区域供应含氧气体来维持。

本发明的设备可以构制得使废液在“一次通过(once through)”的基础上流过第一长形容器，然后也在“一贯通过”的基础上流过第二长形容器。在这种设备(下文称之为“双一次通过(double oncethrough)”设备)中，不存在围绕第一长形容器或第二长形容器的废液再循环。从第二长形容器的第二升管区域回收的废液也可以再循环至第一长形容器的第一降管区域。

在按照本发明的设备的另一种形式中，废液可以在“一贯通过”的基础上流过第一长形容器，然后流过以再循环为基础布置的第二长形容器，从第二升管区域回收的废液再循环至第二降管的顶部。为了方便，这种设备可称为“缺氧一次通过/需氧再循环”设备。

在按照本发明的另一种形式中，废液围绕第一长形容器多次循环，再流向第二长形容器，废液围绕第二长形容器也多次循环。为了方便，这种设备可称为“双再循环设备”。

在起动时，设备中的每个长形容器注有污水或其它废液，并加入一定量的适当颗粒以促进生物物质生长。然后将一定量的来自现有处理厂的淤泥(例如一卡车污水淤泥)倾入设备的第一和第二长形容器中的一个或两个中，以便在废液中“种植”需氧和缺氧细菌。起初，废液以闭环通过设备循环，或者以分开的回路分别通过第一和第二长形容器循环。当在循环中的废液和颗粒的混合物中的生物物质涂覆颗粒含有足够量的需氧和缺氧细菌时，进入的废液可以输送至第一长形容器，再从第二长形容器排出相应量的经过处理的废液。

向第二长形容器的含氧气体供应用于至少在废液在第二长形容器中的大部分滞留时间中将第二长形容器保持在废液需氧代谢的有效状态下。也就是说，在第二容器中在生物物质涂覆颗粒上需氧细菌生长增殖。另一方面，第一容器不曝气。因此，废液在第一长形容器中至少大部分滞留时间中保持基本缺氧状态，因而第一长形容器保持在缺氧细菌在该容器中的生物物质涂覆颗粒上有效缺氧代谢的状态下并使缺氧细菌生长增殖。

在按照本发明的“双一次通过”设备中，通过第一和第二容器的循环速率可以很高，使在每个容器中的滞留时间只为几分钟，例如为大约90秒至大约5分钟。

本发明的设备具有超过公知技术中的设备的几个优点。在设备中循环的废液可以在第二长形容器中高度曝气，因而可以处置高浓度生物物质。按照本发明的设备一般可以处置每升设备中液体大约6000mg至大约20000mg生物物质。这就使设备可以有效地应付高浓度的进入废液。废液通过曝气区域的恒定再循环使废液在设备中的曝气得到增强，使设备能够比传统的设备在更高的f/m比率(食物/微生物比率)下运转。按照本发明的设备一般可以在每天1.0或更高的f/m比率下运转。由于采用较高的f/m比率使较小的设备可以应付与按照较低f/m比率运转的较大设备相同的废液量，因而其优点为可节省资金投入。

本发明的设备的另一个优点在于，由于在降、升管中高的液体速度，因而可以减少固体物质从废液中沉淀出来而堵塞这种反应器。

第一长形容器可在基本缺氧状态下工作，这样就可避免现有技术的脱氮罐的缺点，在现有技术的脱氧罐中，废液的滞留时间为好几小时。废液在本发明的设备的缺氧区域，即，第一长形容器中的滞留时间比上述时间短，这取决于设备的尺寸和废液的循环速率。在“双一次通过”设备中，废液通过设备的每个循环，在第一和第二长形容器中每一个中的滞留时间只在几分钟的数量级上，例如大约90秒至大约5分钟。这就是说，在循环流中的需氧细菌不是被灭亡而只是被抑制，当进入曝气的第二容器时，这种细菌再次生长起来。同样，当经过曝气的第二容器时，缺氧细菌只受抑制，而当再循环至第一容器时再次开始生长起来。但是，废液通常再循环通过第一和第二容器许多次，使分别在缺氧和需氧状态下总的处理时间以小时计量，例如，从大约30分钟至大约5小时。

本发明的设备还可包括一个除气罐，其用于从第二容器的升管区域回收废液，并使所述废液除气。在这种情形中，设备可以布置得使用于将第二容器的升管区域中至少一部分废液再循环至第一容器的降管区域的装置包括用于将回收在除气罐中的至少一部分废液再循环至第一长形容器的第一降管区域的装置。由于空气/废液混合物具有比单独废液的密度低的密度，因而除气罐可以布置得使除气废液表面高于第一降管区域的高位槽中的废液液面，这样，正被循环的被除气的废液可以在重力作用下流回该高位槽。被处理过的废液流可以从除气罐抽取，以便进一步处理，例如，过滤和澄清。

本发明还提供一种处理废液的方法，它包括：

(a)设置一个第一长形容器，其用于在存在生物物质涂覆颗粒时缺氧代谢所述容器内容纳的废液，所述第一长形容器具有一个基本竖直的第一降管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第一长形容器底部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒；一个基本竖直的第一升管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第一长形容器的顶部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒，第一降管区域的底部与第一升管区域的底部区域连通；以及第一颗粒保留装置，其用于将生物物质涂覆颗粒保留在第一长形容器内；

(b)以相应于从大约90秒至大约5分钟的在第一长形容器中的滞留时间的输送速度向第一降管区域的顶部区域供应被处理的废液；

(c)使废液和生物物质涂覆颗粒能够在基本活塞式流动条件下流过第一长形容器；

(d)从第一升管区域的顶部回收已经过第一降管区域和第一升管区域的废液；

(e)设置一个第二长形容器，其用于在存在生物物质涂覆颗粒时需氧代谢废液，第二长形容器具有一个基本竖直的第二降管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第二长形容器的底部输送废液和生物物质涂覆颗粒；一个基本竖直的第二升管区域，其用于在基本活塞式流动的条件下向着第二长形容器的顶部区域输送废液和生物物质涂覆颗粒，第二降管区域的底部与第二升管区域的底部区域连通；以及第二颗粒保留装置，其用于将生物物质涂覆颗粒保留在第二长形容器内；

(f)从第一长形容器向第二降管区域的顶部区域输送废液；

(g)向第二长形容器中注入含氧气体，以便至少部分地助于及维持废液和生物物质涂覆颗粒穿过第二长形容器的循环；以及

(h)从第二升管区域的顶部区域回收废液。

为了更清楚理解和更容易地实施本发明，现在对照以下附图描述本发明的一些推荐实施例及其使用。

图1是按照本发明构制和布置的废液处理设备的流程图；

图2是按照本发明构制和布置的废液处理设备的第二种形式的流程图；

图3至6是通过废液处理设备的不同替代形式截取的水部剖面。

现在参阅图1，该图表示一个废液处理设备1，它使用涂覆颗粒形式的活性生物物质来处理废液。这种活性生物物质例如可以包括有机胶体珠如聚丙烯酰胺珠或藻酸盐珠内和其上的或承载在矿物颗粒如粘土颗粒上的不可移动的微生物。上述颗粒还可以是或变成由细菌涂覆的。这种涂覆的颗粒最好是大致是中性或稍许负的浮力的。因而它们最好具有大约0.9至大约l.1g/ml的密度。如果上述颗粒或珠在其表面具有离子基团，那么，可以改善承载在其表面上的细菌的附着性。

废液一般是家庭废液或污水，其内可能含有悬浮固体。但是，它也可以是工业废液或其它种类的废液，例如受污染的支流的河水或溪水，它们应经过处理再流回主流中。

废液经过管线2从外界源头(未画出)如污水管送入构成第一降管区域4的顶部的高位槽3，第一降管区域4构成基本呈U形的第一长形容器5的一部分。容器5预装有一定量的生物物质涂覆颗粒。

降管区域4方便地由直径一般为3至8米的、埋入地下大约40至大约100米深度的有衬竖井构成，它在底部由横向隧道(标号为6)连接于附近的构成第一升管的、也是第一长形容器5的一部分的一有衬竖井7。第一升管7的顶部设有高位槽8，该高位槽具有一个竖直的格栅61，该格栅的顶缘用作一个坝。格栅61的孔的尺寸可将生物物质涂覆颗粒保留在高位槽8中。废液流过格栅或越过其顶缘进入漏斗装置62。该漏斗装置装在高位槽8中或与其邻近设置。废液流出漏斗装置62，进入管线122。越过格栅61顶部的生物物质涂覆颗粒在重力作用下在漏斗装置62中沉淀出来，并经过格栅61底部的孔63借助管道64(在图1中用虚线表示)返回降管4。

高位槽3和第一降管4借助隔层15与高位槽8和第一升管7分开。由于高位槽3中的废液液面16高于高位槽8中的废液液面17，液面17是由格栅61顶缘形成的坝的高度和通向漏斗装置62的管线122的连接位置决定的，因而废液将在重力作用下流过第一长形容器5，流过格栅61或越过格栅顶部，进入漏斗装置62，并流出而进入管线122。

废液从漏斗装置62在管线122中流至第二降管11的顶部，第二降管的尺寸与第一降管4类似，构成基本呈U形的第二长形容器12的一部分。第二降管11的底部借助横向隧道13连接于第二升管14的底部，第二升管也构成第二长形容器12的一部分。

空气或富氧空气从管线18借助泵19，通过管线20送至设备。管线20有两条分支21和22，各自装有控制阀23和24。分支21通向第二降管11的气体注入装置25，分支22通向第二升管14的相应气体注入装置26。注入装置25和26一般至少在地面下30米，并可以设置得当设备完全运转时使两个注入点的压力大致相等。废液和空气的混合物流出第二升管14的顶部进入高位槽118的另一端，在那里进行除气。

隔层48使降管11与升管12分开，并且在其顶端装有水平的折流板117。废液从升管12可以越过水平折流板117的顶部，以便再次流过降管11和升管12。

除气后的废液穿过格栅71流入漏斗装置72，该漏斗装置装入高位槽118，或邻近于高位槽118设置。格栅71的孔的尺寸使生物物质涂覆颗粒可被留在高位槽118中。格栅71的顶缘用作一个坝。越过格栅71顶缘构成的坝的生物物质涂覆颗粒在重力作用下在漏斗装置72中沉淀出来，并经过孔73返回容器12。经过除气处理后的废液从漏斗装置72流入管线28；该液流的一部分借助管线29送至一个沉淀罐33的中央部分，该沉淀罐设有环形折流板34和一个驱动器35，折流板34用作一个环形的下部流动坝。澄清的废液从罐33的环形折流板34外沉淀部分流入管线36。沉淀的固体可在管线41中从设备排放。

在管线28中的除气的废液的其余部分在泵44的作用下在管线42和43中再循环至管线2，其含有足够的有机碳(即，BOD)以满足在第一长形容器5中脱氮的条件。

在第一长形容器5中产生的气体可以通过管线202从高位空间203排出。同样，气体从高位槽118的高位空间119可在管线121处排出。

在某些地质区域中，地质条件可能妨碍竖井在一定深度下面延伸、在这种情形中如果需要一定尺寸的反应器，则反应器的需要尺寸可以通过相应增加竖井4,7,11和14的内径来实现，使所述内径增大来补偿深度的不足。或者，每个长形容器5和12的一部分可在地面上方构制，其余则埋入地下，或者两个长形容器都在地面上方构筑。

在设备1开始工作时，第一和第二长形容器5和12注有来自管线2的废液。一定量的生物物质涂覆颗粒如涂覆需氧和缺氧细菌混合物的聚丙烯酰胺胶体珠被引入每个容器。或者，一定量的适当颗粒如聚丙烯酰胺珠被引入每个容器5和12，然后将一卡车来自另一污水处理厂的污水淤泥倾入高位槽3或倾入每个高位槽3和118，以便保证通过第一和第二长形容器循环的废液种入适当的需氧和缺氧细菌，从而消化在废液中的可生物降解的物质。然后，这些细菌可以在颗粒上或颗粒内附着和生长。

当阀23关闭且阀24打开时，由泵19通过管线20和分支22和注入装置26将压缩空气从管线18送至第二升管14。阀23可防止同时将压缩空气送至第二降管11。这使废液由于空气提升泵作用在第二升管14中向上流动，因而使废液在第二降管中向下流动。通过在第二升管14中供应压缩空气，可以产生在第二降管11中的废液和在升管14中的空气-废液混合物之间显著的密度差，该密度差可能多达0.2g/cm³。当竖井11和14中的废液已经开始循环时，可以稍许打开阀23，使注入的空气进入第二降管11中向下流动的废液。当第二降管11中的废液的向下速度超过一个等于在静止条件下气泡在废液中的向上速度的值时，注入装置向第二降管11供应的空气气泡被循环的废液向下拉动，进入第二升管14。当第二降管11中向下的废液速度达到一个适当的一般为至少大约1.0米/秒的工作值时，如果需要的话，通过注入装置26向第二升管14的压缩空气供应可以停止，其开始废液循环的功能已经达到。但是，一般来说，最好继续通过两个注入装置25和26供应空气。废液通过竖井11和14循环，所形成的空气/废液混合物进入高位槽118的右端，如图1所示，在那里除气。至少一部分除气后的废液然后通过管线28，42和43再循环至管线2，从而使废液在重力作用下流过第一长形容器5，并通过管线122再循环回第二长形容器12。

一旦废液已经通过第一和第二长形容器5和12循环足够的时间，使在容器5中的颗粒上的缺氧细菌和容器12中的颗粒上的需氧细菌能够生长，就在管线29中抽取除气后的经过处理的废液。同时，新的废液可以通过管线2以相应的速率送至高位槽3。在管线29中的经过处理的废液经过沉淀罐33后再在管线36中排至水流中。

当废液经过设备1的曝气竖井11和14时，在容器12中的生物物质涂覆颗粒5的需氧细菌代谢废液中的有机化合物，并且也将氨转化成硝酸盐。当这种含有硝酸盐的废液通过缺氧竖井4和7循环时，容器5中的生物物质涂覆颗粒上的缺氧细菌代谢硝酸盐形成氮气，这些氮气最后放入高位空间203，并通过管线202排出。

废液在第一长形容器5中滞留的时间一般为几分钟，例如，大约90秒至大约5分钟，例如大约3分钟。在废液中的任何自由的需氧细菌被剥奇氧气的时间不致于使其布居数目显著减少。同样，在第二长形容器12中废液的滞留时间一般与在第一长形容器5中滞留时间相似。任何自由的缺氧细菌在长形容器12中承受逆境的时间不致于使其在废液中的数目显著减少。通过使废液通过设备循环多次，例如，大约15次至大约100次或更多次，可以不仅在缺氧条件下，而且也在需氧条件下，使废液在设备中有足够的总滞留时间。在适当的工作条件下，在管线36中的所形成的经过处理的废液基本是不含硝酸盐的，具有低的残留BOD和COD水平。

由于第二长形容器一般深为约80米，横向隧道13中的液压相应很高。这就是说，到达该深度的任何气泡中的气体压力相同地高。因此，O₂在废液中的溶解度显著提高。因此，在循环废液中的需氧细菌更容易得到O₂，因而相应地提高了设备1的效率。

由于第一长形容器5形成的缺氧区域和第二长形容器12形成的需氧区域是完全封闭的，特别是在缺氧区域中形成的有毒气体被容纳在设备1中，其向着环境的排放可以按照受控的方式进行，或者在排放到环境中去之前，管线121和202中的排放气体可以经过适当处理(例如，用碱涤气)。

向每个容器5和12可能需要不时地，例如，每年二或三次地添加更多的颗粒。

由于微生物在珠上的附着增加了混合液悬浮固体的浓度，因而与结构类似但未添加珠的设备相比，容量装料可能增加一个例如为5的系数。

因此，采用珠的图示设备可以比不采用生物物质涂覆的珠的设备处理更高的废液通过量。另外，按照本发明工作的设备比不采用生物物质涂覆颗粒的设备可以对一定的通过量来说结构更为紧凑。

本发明的另一个优点在于，混合液悬浮固体主要被保留在容器5和12中，需弃置的废污泥量显著减少。第二次固体分离所需要的区域也显著减少。上述优点的综合效果是，这种设备具有小的占地面积，可以降低资金投入和运行成本。

按照被处理废液的应用性质类型，珠的成分可以改变。例如，它们可以用粘土材料制成，通过丙烯酰胺的聚合或用藻酸盐生产珠，在珠上附着微生物并促进其生长。这种珠例如可以是球形的或颗粒状的，最好最大直径为大约2mm至大约5mm。为了尽可能减少循环每个长形容器5或12中的内容物所需要的能量，以及为了保证通常的混合特性不被扰动，珠的加料最好控制在体积的大约5％至大约15％，一定不得大于体积的大约20％。

图2的设备在许多方面与图1的设备类似。因此，为了简化起见，在图和2中的相同的零件使用相同的标号。

在图2的设备101中，第一降管4和第一升管7具有共用的高位槽102，以替代分别为第一降管4和第一升管7设置的分开的高位槽3和8。在竖直隔壁104的顶部设有水平折流板104。在第一长形容器5中逐渐形成的气体，主要是N2从高位槽102中废液液面107上方的高位空间106抽取在管线105中。附加的N2可以通过管线108引入管线105中的气体内，由泵109通过管线110形成综合气流，管线110分成两个分支111和112，这两个分支分别设有阀113和114。分支111通至第一降管4中的注入装置115，而分支112通至第一升管7中的另一个注入装置116。

图1和2所示设备之间的一个差别在于，在图2的设备101中，管线2与高位槽102的连接部位处于与管线122及格栅61顶缘相同的水平上。

在第二长形容器12中，隔壁48是通过共用高位槽118中的水平折流板117安装的。来自从第二升管14流出的空气/废液混合物的气体从高位槽118中的废液液面120上方的高位空间118通过管线121排出。

来自高位槽102的废液穿过或超过格栅61通过管线122可流至高位槽118。同样，来自高位槽118的废液穿过或超过格栅71通过管线28和29可以流至沉淀罐33。

在设备101启动时，长形容器5和12注入废液和一定量的适当的珠，再使槽102注入一槽装料的污水淤泥。然后，泵109将N₂通过管线110和分支112(当阀114打开时)送至气体注入装置116；在此时阀113闭合。然后，由于第一降管4中的废液和第一升管中的空气/废液混合物之间的密度差，废液开始通过第一长形容器5循环。进入高位空间106的气体在泵109的作用下通过管线105和110循环。从第一升管7顶部流出的废液可以从水平折流板104溢流回第一降管4的顶部中。

废液在第二长形容器12中的循环是按照与图1设备的容器12相同的方式实现的。

当废液通过第一长形容器5已经循环足够次数以便使生物物质涂覆颗粒上的缺氧细菌尽可能多地分解废液中的硝酸盐时，一些废液从高位槽102抽入管线122，同时相应量的废液通过管线2引入高位槽102。

第二长形容器12是按照图1设备1所使用的相类似的方式运转的。来自第二升管14的空气/废液的气体收集在高位空间中并通过管线121排出，同时废液可越过水平折流板117流回第二降管11的顶部中。废液通过第二降管11和第二升管14循环足够次数，以便将其BOD和COD水平降至一个低的值。

图3至5表示穿过第一长形容器5的各种替代结构的水平横截面。相同的结构也可用于第二长形容器12。在图3中，第一长形容器5具有一个中尖环形插件301，它分隔降管4与升管7。在图4的结构中，一个U形管安装在一个竖直的外部竖井中，U形管的两臂302和303分别形成降管4和升管7。在图5所示的布置中，一个竖井被隔壁304分隔，该隔壁304非对称地安装在竖井中，从而在气泡和废液混合物上升的升管7中形成较大的横截面积，气泡和废液的混合物具有小于废液本身，小于降管4中下降废液的较低密度。

在图6所示的设备结构中，一个竖井内设有第一长形容器5，以及第二长形容器12，其具有十字形隔壁305和306。

本专业技术人员显然懂得沉淀罐33也可由浮动澄清器替代。

Claims

1．一种废液处理设备，它包括：

2．如权利要求1所述的设备，其特征在于：第一和第二长形容器中的至少一个包括一对彼此相邻地沉入地下的有衬竖井，带有连接底端从而形成基本呈U形的容器的有衬隧道，所述一个竖井构成一个降管区域，另一个竖井构成一个升管区域。

3．如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于：每个降管及与其配合工作的升管区域的横截面积选择得使在降管区域中废液的向下速度高于在相应升管区域中气体和废液混合物的向上速度。

4．如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于：所述用于向第一降管区域的顶部区域供应被处理废液的进料装置包括一个与第一降管区域连通的高位槽。

5．如权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于：所述用于将含氧气体注入第二长形容器的气体注入装置包括用于将含氧气体注入第二降管区域的装置。

6．如权利要求5所述的设备，其特征在于：所述气体注入装置还包括用于将含氧气体注入第二升管区域的装置，以便借助空气提升泵作用有助于废液穿过第二长形容器的运动的开始，如果需要的话，也有助于保持这种运动。

7．如权利要求6所述的设备，其特征在于：含氧气体注入第二降管区域和注入第二升管区域的注入点分别在其各自总长度的0.1和0.4倍之间的位置上。

8．如权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于：空气注入分别是在第二降管区域下和第二升管区域下15至100米发生的。

9．如权利要求8所述的设备，其特征在于：向第二降管区域中和向第二升管区域中的注入点分别是在与废液循环时基本相同的流体静压力的深度上。

10．如权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于：所述气体注入装置包括至少一个端部敞开的喷管。

11．如权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于：所述用于从第二升管区域回收废液的回收装置包括一个除气箱，其用于使废液除气。

12．如权利要求1至11中任一项所述的设备，其特征在于：所述第一颗粒保留装置和第二颗粒保留装置中的至少一个包括一个格栅。

13．如权利要求12所述的设备，其特征在于：格栅上的孔具有大约2mm至大约5mm的最大直径。

14．如权利要求12或权利要求13所述的设备，其特征在于：所述格栅的上缘构成一个废液可以溢流的坝。

15．如权利要求12至14中任一项所述的设备，其特征在于：设有一个下游沉淀区域，以便使已经经过格栅的颗粒沉淀，并且设有使沉淀的颗粒返回各长形容器的装置。

16．如权利要求1至15中任一项所述的设备，其特征在于：所述向着第一降管区域的进料装置包括一个第一高位槽，第一长形容器还包括惰性气体注入装置，其用于将惰性气体注入第一升管区域，以便借助气体提升泵作用而助于及维持废液穿过第一长形容器的运动；以及一个除气区域，其用于使从第一升管区域涌出的废液除气，所述除气区域与所述第一高位槽连通，以便将废液从除气区域再循环至第一降管区域。

17．如权利要求16所述的设备，其特征在于：第一长形容器还包括从除气区域回收气体，再循环至所述惰性气体注入装置的气体回收装置。

18．如权利要求1至17中任一项所述的设备，其特征在于：还包括用于使第一长形容器中产生的含氮气的气体排出的排气装置。

19．如权利要求1至18中任一项所述的设备，其特征在于：所述进料装置(6)用于将被处理废液以相应于在第一长形容器中的大约90秒至大约5分钟的滞留时间的速率供应至第一降管区域的顶部区域。

20．如权利要求1至19中任一项所述的设备，其特征在于：所述用于从第一长形容器向第二降管区域输送废液的进料装置用于以相应于在第二长形容器中的大约90秒至大约5分钟的滞留时间的速率供应所述废液。

21．一种处理废液的方法，它包括：

(b)以相应于从大约10秒至大约5分钟的在第一长形容器中的滞留时间的输送速度向第一降管区域的顶部区域供应被处理的废液；

(f)从第一长形容器向第二降管区域的顶部区域输送废液；

(h)从第二升管区域的顶部区域回收废液。