CN1845878A - 具有固定培养物的反硝化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反应器，其包括两个反硝化腔室(3，4)，所述反销化腔室具有有机化的塑料型衬里，所述腔室平行排列，并且通过分段或连续加载工作亦即交替工作，其中的一个处在填充状态，而另一个处在排空状态；排出腔室(6)，用于接收来自一个或另一个反硝化腔室的反硝化的流出物；用于输送流出物混合物的系统，其包括旋转臂(11)，通过它的表面交替地向两个腔室输送；以及用于确保来自排出腔室(6)的反硝化流出物向硝化和消除碳酸污染的装置(2)再循环的装置。

Description

具有固定培养物的反硝化反应器
技术领域
本发明涉及具有固定培养物的反硝化反应器，它与一装置组合，用于对碳基污染进行硝化并且消除这种污染。
背景技术
众所周知的是，对废水中氮的处理是在两个步骤中进行的：
硝化步骤，在此期间，将流出物中的氨型氮氧化成亚硝酸盐，然后再氧化成硝酸盐，这一目的是通过自养细菌的作用产生的生化反应实现的，和
反硝化步骤，在此期间，通过使用异养细菌产生的生化反应将硝酸氮还原到较低级的氧化状态。
上述两个步骤中的每一个需要观察某些数量的条件：
-硝化步骤需要：高泥龄，因为自养生物量具有低的生长速度，pH在6-8之间，最佳值约为7，在上述pH值范围之外硝化细菌的生长速度降低，并且溶解氧含量是在2-4mg/l之间。
-反硝化步骤需要观察以下限制：低泥龄，在此条件下异养生物量表现出快速生长；pH在6-8之间，最佳值约为7；具有非常低的溶解氧含量(缺氧条件)，假设氧气的存在能抑制反硝化，并且BOD5足以满足有机碳需要。
通过上述限制可以看出，硝化和反硝化现象是完全矛盾的。这就是废水处理厂建设者将它们的技术基于充气(硝化)和缺氧(反硝化)阶段的空间和/或时间交替的原因。
另外，已知反硝化速度取决于两种必要参数：首先是温度，其次是生物学淤泥中可利用的有机碳，因此，取决于由排出物提供用于处理的有机碳的数量上(在15℃下，所述值接近2.5-3gN-NO3/kg VSS/h)。
在目前，反硝化过程可以通过三种不同的途径完成：
-在游离培养物中的缺氧区。缺氧槽位于处理系统的头部，并且它负责反硝化作用。硝酸根(NO3)的输送是通过循环来自充气槽的混合的液体提供的，并且有机碳的需求是通过预处理过的水的入口满足的。将反硝化的生物量从澄清器再循环到缺氧槽。充气槽确保了硝化作用和碳基污染的额外消除。这种结构的缺陷是由于以下事实产生的，它需要约150-400％的未净化的水流的再循环，以便再循环要消除的硝酸盐，以遵守足够的C/N比例。一般，缺氧槽的体积占纯化所需总体积的25％；
-在充气-省略(syncopating)充气槽中，时间更替使得可以在一个槽中进行硝化-反硝化作用。在这种场合下，应当遵守以下最佳条件：超过10天的泥龄；与仅消除碳基污染的要求相比，通气量增加了30％；最低缺氧时间约为8-10h/天，淤泥含量为大约4g VSS/l；
-在固定生物量装置(生物过滤器)中，通过与缺氧区相同的方式，该装置可以在注入空气的条件下提供反硝化作用，以便确保对过多的生物量进行均匀的和受控制的分离。
发明内容
基于本领域的这种状态，本发明提出了提供反硝化反应器，该反应器具体解决了现有技术所没有解决的以下技术问题：
-消除了通过注入空气以确保多余生物量的自我清除的需要并因此消除了提供通气系统的需要；
-减小了用于反硝化作用的所述装置的体积；以及
-控制反硝化所需要的接触时间。
因此，本发明的主题是反硝化反应器，具有固定在有机化塑料型支撑件上的培养物，该反应器与用于硝化并且消除碳基污染的装置组合，向所述反应器中提供要处理的未净化的流出物和来自所述装置的用于硝化并且消除碳基污染的流出物的混合物，其特征在于，它包括：
-具有有机化塑料型衬里的两个反硝化腔室，这些腔室是平行排列的，通过连续的，即交替的，加载或分段操作，其中一个处在填充阶段(多余生物量的反硝化和自我净化，即这些多余的生物量通过液压剪切力的作用而分离)，而另一个处在排空阶段(所述多余生物量的反硝化和排出，即排空在自我净化期间分离的多余生物量)；
-用于接收来自所述一个或另一个反硝化腔室中的反硝化流出物的排出腔室；
-用于供给流出物混合物的系统，其包括旋转臂，它在表面处交替地向所述每一个腔室供给；
-和确保将来自排出腔室的反硝化流出物再循环到所述用于硝化和消除碳基污染装置的设备。
根据本发明，用于硝化和消除碳基污染的装置可以是细菌床或表面冲洗床；在“Biofor”类型的上升空气和水流中的需氧生物学过滤系统或生物量与其结合的生物盘，这些盘绕水平轴旋转，并且部分浸泡在要处理的流出物中。
根据本发明的一种实施方案，上述反硝化反应器可以整合在FR-B-2 782 508中所披露的装置上，在所述反应器中反硝化的流出物在该装置的细菌床上再循环。通过这种结构，所述处理的完成，特别是悬浮固体的消除是在与上述法国专利中所披露的芦苇一起种植的过滤器中进行的。
附图说明
通过结合附图进行的以下说明可以了解本发明的其他特征和优点，所述附图示出了实施方式的例子，所述例子不是限定形式的。在附图中：
图1是沿图4中I-I的剖视图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的平面示意图；
图4是沿图3中IV-IV的剖视图；
图5是确保反硝化作用的用于固定生物量的支撑装置的塑料衬里的例子的平面示意图；和
图6表示说明由本发明提供的经济学优点的曲线图。
具体实施方式
正如附图中所示出的，作为本发明主题的反硝化反应器总体上用标记1表示，它与在其中进行流出物的反硝化并且消除碳基污染的装置组合，该装置已在附图中示意性地示出，并且用附图标记2表示。具体地讲，它可以是细菌床或表面冲洗床，“Biofor”上升的空气和水流中的需氧生物过滤系统或生物量与其结合的生物盘，所述盘绕水平轴旋转，并且部分浸泡在要处理的流出物中。
首先，所述反硝化反应器包括两个平行的用于反硝化的腔室3和4，这两个腔室通过分隔部分5分开，其次，包括“排出”腔室6，其通过纵向分隔部分7与腔室3和4完全隔离。
所述反硝化腔室3和4是具有固定在有机化塑料型支撑物上的培养物的类型，正如在图1，3和4通过衬里8所示意性地示出的。该衬里可以是图5所示类型的，具有50-200m2/m3的比表面积，优选为150m2/m3，例如，由法国的ATOCHEM公司以“Cloisonyl”为商标出售的并且由CECA经销的，或其他等同的产品，特别是由MuntersEuroform GmbH生产的并且由Socrematic SA.经销的“Biodec”。
正如下面所披露的，通过按以下方式对并排排列的两个腔室3和4进行交替的连续加载或分段而操作反硝化反应器1：
-反应器填充阶段：反硝化和自我净化；
-反应器排空阶段：多余生物量的反硝化和排空。
将原始流出物和来源于硝化装置2的混合物提供给反应器1，所述原始流出物是通过管9输送的，并且例如来自于筛选单元10，该原始流出物高度富含有机材料。腔室3和4的交替的表面供应是使用接收所述混合物的分配装置12通过旋转臂11和定向控制阀22实现的。如附图所示，用于硝化并且消除碳基污染的装置2包括底板13，它具有用于再次拾起硝化过的流出物的装置，该流出物在偏转件14上与来自管9的原始流出物混合，然后供给分配装置12。
限定反硝化腔室3和4的分隔部分之一(在图1中为15)是这样设计的，以便在反应器1的底板上留下自由通道16，用于循环在腔室3和4的一个或另一个中处理的流出物。排出泵17确保了分别来自腔室3和4中的该流出物的再次吸入，并且确保通过管18将该流出物排空进入排出腔室6。进入排出腔室6的处理过的流出物的大部分通过泵(如21)再循环到装置2，所述泵提供用19示意性地表示的排空管。在消除氮和碳基污染之后，处理过的流出物通过液体溢流管20排空。
通过以上说明可以理解，作为本发明主题的所述反硝化反应器的创造性之一是存在两个并排排列的反硝化腔室，并且是交替工作的。一种工作例子如下：
-t＝0分钟：向反应器的腔室3输送，而腔室4保持静止，
-t＝30分钟：输送结束，并且开始将腔室3排出到腔室6，并且输送给腔室4，
-t＝60分钟：排出结束，并且开始向腔室3输送；输送结束，并且开始向腔室4排出，
-t＝90分钟：输送结束，并且开始向腔室4排出；排出结束，并且开始向腔室4输送，
-t＝120分钟：等等
正如上文所提到的，在反硝化反应器1中处理过的大部分流出物被再循环到用于硝化和消除碳基污染装置2中。再循环速度约为300％。
反硝化反应器1的体积比例考虑高峰流率的时间和车间可以接受的最大流率。在不超出本发明范围的前提下，可以设计缓冲槽以便使流率和载荷缓和。
本发明所提供的优点具体如下：
A)受控制的浸泡时间量：
通过腔室3和4中的交替加载进行操作这一事实，使得能够采用并且控制用于反硝化所需要的接触时间。例如，所述反应器的尺寸可以确保流出物的平均接触时间为30分钟左右。
B)控制生物量
令人吃惊地发现，通过交替加载进行操作这一事实，使得能够确保反应器的腔室3和4在其输送和排出期间自我净化。因此，通过本发明，多余生物量的分离仅仅是自然地通过冲洗力实现的，如同在常规细菌床的情形中那样。实际上，没有必要确保通过输送小气泡的形式的空气对多余的生物量进行自我净化。本发明使得能够不使用噪音很大的通气系统，所述通气系统会产生受到污染的气溶胶，并且，它的造价、运行和保养成本都很高。
C)减小反硝化装置的体积
本发明能够显著地减小用于反硝化过程的装置(腔室3和4)的体积。这是因为腔室3和4的体积仅占处理所需总体积的10％，而活性淤泥的缺氧体积通常相当于总体积的25％。
作为本发明主题的反应器可具体应用于废水处理厂，其总的氮消除水平为NGL＜15mg/l(处理小于100000人口当量的工厂的现行规则)。
图6表示在常规装置(线A)和本发明的装置(线B)之间作为处理能力的函数在成本上的差异。
考虑到需要的处理水平比制造净化工厂更严格(总的氮消除)，本发明还可用于恢复工厂。在这一点上，本发明在恢复或构建具有低于5000人口当量处理能力的工厂方面特别有利，对于这种工厂要求消除其总的氮。实际上，在这种类型的装置中，通常使用被称为“粗糙的”工艺，即具有低的运行成本(劳动力，电能消耗，最低量的机电设备等)。
因此，本发明可用于在FR-B-2 782 508中所披露类型的装置，该专利披露了用于处理居民废水的方法和装置，该装置结合了细菌床，在其之后是种植有芦苇的用于过滤-混合(filtration-composting)的细胞或床(称之为“rhizofilter”)。
在这种类型的装置中，第一级包括细菌床(或生物盘)，第一级确保溶解的和胶体状的碳型材料(COD，BOD5和NNH4)的处理，第二级包括过滤-混合床，第二级改进并且完成对溶解材料的处理，与此同时过滤存在的颗粒状材料(最初悬浮固体+来自细菌床或来自生物盘的洗涤过的生物量)。因此，将淤泥在需氧条件下保存5-8年时间。结果，它发生需氧消化，其导致了矿化程度超过40％，因此，将最初产生的淤泥量降低大约30％。
在这种具体应用中，通过上述反硝化反应器处理过的流出物通过细菌床的再循环工作台泵送和供应。在其上进行最终处理的种植有芦苇的过滤-混合床是由溢流管输送的，所述溢流管位于再循环工作台上。
应当清楚地理解的是，所述装置的体积的比例考虑到时间峰值流率及该处理厂可接受的最大流率。如上文所述，可以设计缓冲罐，以便使流率和载荷缓和。
本发明所特有的这种结构相比FR-B-2 782 508中所述装置的成本相比仅增加10％，上述FR-B-2 782 508中的装置设计简单以消除碳和氨型氮(硝化作用)。在这种特定应用中，本发明的实施是非常简单的，即使是在装置恢复或扩充(特别是考虑到提高它们的处理能力)时也是如此。
在下面的表格中，比较了分别使用FR-B-2 782 508的装置(装置A)和在装置A上采用了本发明的净化工厂(装置B)获得的结果。
  装置A   装置B
  处理能力
  人口   1000eH   1000eH
  日流率   150m3/d   150m3/d
  平均流率   6.25m3/h   6.25m3/h
  BOD5   60kg/d   60kg/d
  COD   105kg/d   105kg/d
  TSS   90kg/d   90kg/d
  TKN   11kg/d   11kg/d
  废物水平
  BOD5   35mg/l   35mg/l
  COD   125mg/l   125mg/l
  TSS   25mg/l   25mg/l
  TKN   5mg/l
  NGL   15mg/l
  装置特征
  细菌床
  体积   112m3   112m3
  表面   24m2   24m2
                        再循环
  体积   20m3   20m3
  流率   60m3/h   60m3/h
  接受未经处理的水
  体积   40m3
  反硝化反应器
  数量   0   2
  单位体积   6m3
  塑料衬里的单位体积(150m2/m3)   5m3
  反应器排出
  单位体积   17m3
  流率   35m3/h
  芦苇床的供应
  体积   22m3   22m3
  流率   90m3/h   90m3/h
  芦苇床
  总表面积   450m2   450m2
当然，本发明并不局限于上面所披露和/或所提到的实施例或用途，而是其包括所有的变化形式。

Claims (9)

1.一种反硝化反应器，其具有固定在有机化塑料型支持物上的培养物，并与用于硝化并且消除碳基污染的装置结合，向所述反应器供应要处理的原始流出物和来自用于硝化和消除碳基污染的装置的流出物的混合物，其特征在于，它包括：
-两个反硝化腔室(3，4)，其设有有机化塑料型衬里(8)，这些腔室平行排列，通过连续的即交替的分段或加载操作，其中的一个处在填充阶段(多余生物量的反硝化和自我净化)，而另一个处在排空阶段(多余生物量的反硝化和排出)；
-排出腔室(6)，用于接收来自所述反硝化腔室中的一个或另一个的反硝化的流出物；
-用于输送流出物混合物的系统，它包括旋转臂(11)，其在表面上交替地对所述每一个腔室输送；和
-装置(19，21)，用于确保将来自排出腔室(6)的反硝化流出物再循环到用于硝化和消除碳基污染的装置(2)。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述用于硝化和消除碳基污染的装置(2)是细菌床或表面冲洗床。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述硝化和消除碳基污染的装置(2)是上升空气和水流中的需氧生物过滤系统。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述用于硝化和消除碳基污染的装置(2)包括与生物量结合的生物盘，所述盘绕水平轴线旋转，并且部分浸泡在要处理的流出物中。
5.如上述权利要求中任意一项所述的反应器，其特征在于，所述衬里(8)的比表面积为50-200m2/m3，优选为150m2/m3。
6.如上述权利要求中任意一项所述的反应器，其特征在于，通过所述旋转臂(11)对所述原始流出物的输送是使用分配装置(12)进行的，所述分配装置接收来自偏转件(14)的流出物的混合物，所述偏转件被提供在装置(2)的底板(13)上的再吸收装置之下。
7.如上述权利要求中任意一项所述的反应器，其特征在于，在所述反应器中处理的流出物向装置(2)再循环的流率约为300％。
8.如上述权利要求中任意一项所述的反应器，其特征在于，设计缓冲槽以使流率和载荷缓和。
9.如上述权利要求中任意一项所述的反应器，其特征在于，将其结合到流出物处理装置上，该装置包括生物处理步骤，特别是在细菌床上包括生物处理步骤，并包括消除悬浮固体和通过在种植有芦苇的床上过滤-混合处理淤泥的步骤，在所述反应器(1)中反硝化的流出物再循环到细菌床上。
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