申请日2000.06.20
公开(公告)日2000.12.27
IPC分类号C02F1/52; C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明揭示了一种使用塞流型生物过滤器的水处理系统,和使用该系统的水处理方法。水处理系统包括:一个用于去除磷的化学反应池;一个充满了亲水载体的第一生物过滤器,亲水载体内具有硝化微生物;以及一个充满了主要包含颗粒硫的载体的第二生物过滤器,自养脱氮微生物附着在所述载体内。
权利要求书
1.一种水处理系统，该系统包括：
一个充满了包含颗粒硫的载体的生物脱氮反应池，自养脱氮微生 物包埋在所述载体内。
2.根据权利要求1所述的水处理系统，其中的颗粒硫的有效尺寸 为2毫米～5毫米。
3.根据权利要求1所述的水处理系统，其中的脱氮微生物是脱氮 硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)或脱氮硫裸螺菌(Thiomicrospira denitrificans)。
4.一种水处理系统，该系统包括：
由磷和悬浮固体反应形成絮凝物的絮凝和聚沉池;
充满了亲水载体的第一生物过滤器，硝化微生物包埋在所述亲水 载体内;以及
充满了包含颗粒硫的载体的第二生物过滤器，自养脱氮微生物包 埋在所述载体内。
5.根据权利要求4所述的水处理系统，其中第一生物过滤器的亲 水载体是一种无烟煤或一种活性炭。
6.根据权利要求4所述的水处理系统，其中的第一生物过滤器包 括：
一个生物过滤装置(SBF(O))，该过滤装置具有作为用于去除 需氧有机物质的主要物种的需氧微生物;以及
一个生物过滤装置(SBF(N))，该过滤装置具有作为进行需氧 硝化作用的主要物种的硝化微生物。
7.一种水处理系统，该系统包括：
一个絮凝池，其中将絮凝剂加到所述流入水中;
一个聚沉池，其中将阴离子聚合物加入到来自絮凝池的处理水 中;
一个高速沉降池，通过沉降来自聚沉池的处理水，去除絮凝物;
一个充满了亲水载体的第一生物过滤器，接收来自高速沉降池的 处理水，硝化微生物包埋在所述亲水载体内;以及
一个充满了包含颗粒硫的载体的第二生物过滤器，接收来自第一 生物过滤器的处理水，自养脱氮微生物包埋在所述载体内。
8.根据权利要求7所述的水处理系统，其中的第一生物过滤器包 括：
一个生物过滤装置(SBF(O))，该过滤装置具有作为用于去除 需氧有机物质的主要物种的需氧微生物;以及
一个生物过滤装置(SBF(N))，该过滤器装置有作为进行需氧 硝化作用的主要物种的硝化微生物。
9.根据权利要求7所述的水处理系统，该系统还包括：
一个具有滤网和沉砂池的预处理装置，从未净化水中去除砂石和 淤泥，并将处理水输送到絮凝池中。
10.根据权利要求7所述的水处理系统，其中包括在高速沉降池 的絮凝物中的淤渣部分地返回到所述絮凝池中。
11.根据权利要求7所述的水处理系统，该系统还包括：
一个处理水池，用于接收和临时储存第二生物过滤器中来的处理 水。
12.根据权利要求11所述的水处理系统，其中储存在处理水池中 的水部分地返回到第一或第二生物过滤器中，以便用作回洗水。
13.根据权利要求7所述的水处理系统，其中处理过的水以上流 或下流的方向流动。
14.一种水处理方法，该方法包括：
一个脱氮过程，用于通过穿过载体过滤流入的水，载体上包埋有 自养脱氮微生物。
15.一种水处理方法，该方法包括：
(a)一个通过在流入水中添加絮凝剂以去除磷和胶状悬浮固体的 步骤;
(b)一个第一生物过滤单元过程，用于将处理水穿过含有硝化微 生物的亲水载体;以及
(c)一个第二生物过滤单元过程，用于将处理水穿过含有自养的 脱氮微生物的载体。
说明书
水和污水的处理系统以及使用该系统的处理方法
本发明涉及一种化学和生物的水和污水的处理方法。本发明的工 艺适合于生活和工业污水的处理应用，特别是，本发明涉及一种塞流 型的生物过滤法，包括a)生物过滤反应池SBF(O)和SBF(N)，进 行有机的消化和硝化作用;b)生物过滤反应池SBF(DeN)，进行脱氮作 用。
目前，排放污水的质量标准已经严格地应用到世界各地的溪流和 湖泊。特别是将污水排放到用于饮用水水库中的水质要经过更加严格 地处理。然而，使用悬浮增长活性淤渣工艺的常规污水处理系统对处 理水的质量有一定的局限。忽略使用一种现代的水处理系统，每当流 速、温度和负载率变化时，经常规活性淤渣工艺处理的水可能由于淤 渣的聚集增大和浮起造成水质变坏。也就是说上述提到的污水处理系 统在没有增加其它工艺或设备、砂子/活性炭过滤装置的情况下很难应 用;当将用常规工艺处理过的水排入到河流或湖泊中时，就超出了河 流或湖泊本身的自我净化能力。
通常，在水处理时，(i)能被沉淀的悬浮固体可以通过沉淀去 除，(ii)未净化水中的有机物质可以利用微生物的生物氧化和细胞 合成反应来去除，(iii)氮可以通过利用微生物的生物硝化和脱氮反 应来去除，以及(iv)磷可以通过活性淤渣的大量吸收来去除，如磷 的释放和吸收由氧的供给确定。
在这一点上，必须提供用于与硝酸盐氮化合物中的氧化合的氢， 以便进行生物脱氮处理。大多数常用的水处理系统一直使用有机物质 如甲醇作为氢供体，这是由于在生态系统中各种异养脱氮微生物通过 外部碳源生长和它们的相对容易的培养。然而，为了使用异氧脱氮微 生物，就必须有足够的以溶解状态存在的有机物质。当有机物质在未 净化水中缺乏时，就必须从外部提供以用于脱氮反应。相应地就需要 有一种专门用于喷射有机物质的装置。
图1是一种常规的使用悬浮增长活性淤渣工艺的水处理方法的方 框图。
其中的砂子和淤泥已在预处理装置(未画出)中去除的流入的未 净化水101，被收集到均化池102中;悬浮的可沉降固体由初级沉降池 104去除;溶解的有机物质在生物曝气池107中去除;污水在二级沉降 池108中通过固液分离被最后处理(111);返回的淤渣109再循环到 生物曝气池107中。
在生物曝气池107中，除去有机物质，并利用活性淤渣中的微生 物进行硝化。
当然，氮和磷是很难去除的。为了去除这些成分，进行包括一个 额外的过程的生物预处理。在生物预处理过程中，磷是在由活性淤渣 的需氧和厌氧条件的变化所引起的磷的释放和大量的吸收为基础来去 除的。此外，脱氮作用是在缺氧池中通过异氧微生物的作用完成的， 因此必须在流入的污水中注射如甲醇或醋酸等有机炭源。
此外，当需要改善混浊度时，还需要加一个砂过滤器。
图2所示的是可以去除氮和磷的常规现代污水处理方法的方框 图。
均化池202接收流入水201，初级沉降池204用于去除悬浮的可 沉降有机物质，厌氧池207，缺氧池208，需氧池210和二级沉降池212 按顺序布置。
首先，在厌氧池207中，活性淤渣中的微生物释放出磷。其后， 在缺氧池208中，由脱氮微生物进行脱氮处理。在需氧池210中，进 行硝化作用，同时微生物极力吸入已经释放的磷。此时，在需氧池210 中吸收磷的量要大于从厌氧池207中释放磷的量。结果，磷在处理水 中的量减少。
然而，为了去除磷并保持微生物的足够的浓度，二级沉降池212 中的淤渣应该返回到厌氧池207或缺氧池208中，氮必须和来自需氧 池210的混合液(211)一起返回到缺氧池208中，因此可能会产生淤 渣块，从而降低处理效率。
此外，由于生物反应池由厌氧池207、缺氧池208和需氧池210 共同组成，因此，处理池的面积很大。另外，处理水的质量很难达到 直接排放到湖或沼泽中去的高质量要求。从这个观点出发，常规的污 水处理方法还有很多缺陷。
其它一些常规的水处理方法如下，但与本发明无关：
美国专利4,256,573揭示了在水中使用可悬浮载体的污水生物处 理方法，但是其载体与本发明的载体不同，它是由泡沫塑料颗粒组成， 其表面制作有折痕，并由轻型的泡沫无机材料的混合物制造。
美国专利4,379,050涉及的是使用有浮力的颗粒床的生物过滤器 系统。生物过滤器系统的发明最开始是用于鱼场，所以在通常的污水 处理系统中一直没有使用。
美国专利5,795,751涉及用生物过滤器降低污染气体中气态氮氧 化物的浓度。由于它在工艺中使用木质混合物作为载体和异氧脱氮微 生物，因此与本发明无关。
美国专利4,608,181涉及到的是水过滤系统，其中包含有相连的上 流过滤容器和下流过滤容器。
日本专利公开文本59-105886(1984年6月19日)揭示了一种通 过处理含磷酸盐水来去除磷酸盐的装置，日本专利公开文本8-294696 (1996年11月12日)涉及的是生物过滤系统。日本专利公开文本 53-90192(1978年8月8日)涉及的是含醋酸盐的溶液的处理方法， 本发明中使用的微生物和载体在此专利中没有提到。
日本专利公开文本8-71575(1996年5月19日)涉及到的是生物 过滤系统快速有效地安装方法。日本专利公开文本3-42099(1991年2 月22日)涉及的是用于有机污染水的预先处理方法。美国专利 5,206,206揭示了一种泥煤的物理和化学预处理方法，它被用在污水处 理的生物过滤器中。
美国专利4,706,027涉及的是用微生物将污染气体脱硫的方法。在 需氧条件下，用硫杆菌微生物将硫化物转变成氧化硫。美国专利 4,706,027和本发明使用的是相同的微生物。然而美国专利4,706,027 是利用所述微生物在需氧条件下脱硫，而本发明是利用所述微生物在 厌氧条件下脱氮。
美国专利4,880,542涉及的是在含硫污水中使硫化物(H2S，HS-， S2-)氧化的工艺，通过产生一种脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans) 的耐硫化物菌株，然后相互限制并使脱氮硫杆菌脱硫，而将硫化物转 变成硫酸盐，并使在载体上或在载体内的CaCO3形成生物过滤器。美 国专利4,880,542和本发明使用同样的微生物。然而，在本发明中，所 述微生物被活动抑制在硫颗粒上并用硫作为营养物质来进行脱氮。此 外，在美国专利4,880,542中，所述微生物和CaCO3附着在载体上并进 行脱硫。而在本发明中要连续地提供Na2CO3用于进行脱氮，而不是象 在美国专利4,880,542中是活动抑制的。最后，美国专利4,880,542使 用高粘度的凝胶作为载体，其中微生物和CaCO3是活动抑制的，而本 发明使用的是活性炭和无烟煤作为载体。
美国专利5,044,435涉及一种微生物的方法，该方法使用脱氮硫杆 菌来增加油的回收。尽管用于脱氮的微生物是相同的，但美国专利 5,044,435的主要目的是油的回收，与本发明无关。
美国专利4,113,612和美国专利4,113,613涉及的是一种改进的由 颗粒材料形成的固定床的回洗方法。
美国专利4,764,288揭示了一种改进的使用回洗泵的回洗方法，与 本发明无关。
日本专利公开文本4-298292(1992年10月22日)涉及到的是生 物膜过滤器系统，在其中均匀分布的空气清洗污染的水，特别是关于 生物过滤器容器的空气和回洗管。
此外，日本专利公开文本63-101000(1988年5月6日)涉及到 的是含有顽固的不能生物降解物质的污水处理方法。顽固的不能生物 降解物质在活动抑制微生物与污水接触时被去除。活动抑制微生物利 用活动抑制剂，通过饱和抑制至少一种硫菌和该硫菌活性所需的硫成 分而形成。
本发明的一个主要目的是提供一种水处理系统，用来满足污水处 理标准的所有要求，并且优于通常使用浮动微生物的常规污水处理方 法，可以明显降低场地和结构的成本，并通过化学沉降首先去除悬浮 固体和磷，其次通过附着微生物的新陈代谢和活性去除掉有机物质和 营养物，如磷和氮。
此外，本发明的另一个目的就是用水处理系统提供一种水处理方 法。
为了达到本发明的主要目的，要提供一种水处理系统，包括：一 个化学反应池，用于接收与磷发生反应形成沉淀的化学物质;一个第 一生物过滤器，其中填有具需氧化作用的亲水载体和已经包埋在亲水 载体内的硝化微生物;以及第二生物过滤器，其中填有主要是颗粒硫 的载体，该载体中包埋有自养脱氮微生物。
为了达到本发明的另一个目的，所提供的水处理方法包括：(a) 一个单元操作，用于通过将絮凝剂添加到流入水中，去除磷和胶状的 悬浮固体;(b)一个需氧生物过滤单元操作，用于将处理水穿过包含 需氧化作用和硝化微生物的亲水载体;以及(c)一个缺氧生物过滤单 元操作步骤，用于将处理水穿过含有自养脱氮微生物的载体。