申请日2006.04.28
公开(公告)日2007.09.05
IPC分类号C02F3/10
摘要
本发明涉及生物净化含有有机化合物及含氮化合物的废水的方法，其中在纵向穿流的反应器1中，在有固定于载体材料9上的生物材料存在的条件下用空气和/或氧气对废水进气，并接着在后澄清装置5中分离成净化水和淤泥。为了能够在反应器1中同时实施有机化合物和含氮化合物的分解，推荐通过合适的进气方法使运动的反应器内容物在反应器1内形成垂直于流动方向的辊式流10。为此，在反应器1的流动方向上设置基本上连续的进气面11，并且垂直于流动方向设置相邻的不进气的面12。从而在进气面11上方的上升流中得到有利于硝化反应的前提条件，而在不进气的面12上方的下降流中则有利于反硝化作用。
权利要求书
1、生物净化含有有机化合物及含氮化合物的废水的方法，其中在纵 向穿流的反应器(1)中，在有固定于载体材料(9)上的生物材料存在 的条件下用空气和/或纯氧对废水进气，并接着在后澄清装置(5)中分 离成净化水和淤泥，且至少部分地将所分离的淤泥再次送回该反应器(1) 中，而且在该反应器(1)中引入在废水中可自由运动的量的载体颗粒作 为微生物的载体材料(9)，其特征在于，通过维持反应器(1)中的以下 进气特性和流动特性而针对性地同时实施有机化合物和含氮化合物的分 解：
1)在反应器底部上的至少一个纵向沿着流方向分布的进气面(11)上 方保持沿着该流方向延伸的连续进气，
2)形成至少一个不进气的、在所述流方向的垂直方向上与进气面(11) 相邻的自由面(12)，及
3)使运动的反应器内容物形成辊式流(10a、b、c、d)，其中所述流 在进气面(11)上方是向上的，在反应器内容物的表面上是水平地 朝向自由面(12)的方向的，在自由面(12)的上方是向下的，而 在反应器底部是水平朝向进气面(11)的。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的所述载体颗粒(9) 具有微生物的内外生长面。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用多孔泡沫材料颗粒 作为所述载体颗粒(9)。
4、如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述载体颗粒 (9)的装入量为反应器体积的15至35%。
5、如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述反应器 中调节至0.4至2.5kg/m3×d的BSB5-体积负载和0.1至0.8kg/m3/d的 TKN-体积负载。
6、如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，调节进气量， 使向上流的区域内保持1至4mg/L的溶解氧含量。
7、如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在多个相互平 行且沿着流方向延伸的反应器底部上的进气面(11)上方保持连续进气， 其中垂直于该流方向的进气面(11)之间相邻的自由面(12)则保持不 进气，由此产生多个垂直于该流方向的辊式流(10a、b、c、d)。
8、如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，将基于反应器 通量的20至100%的部分从所述反应器末端送回所述反应器开端，并在 此处导入向下流中。
说明书
生物净化废水并同时分解有机化合物和含氮化合物的方法
技术领域
本发明涉及生物净化含有有机化合物及含氮化合物的废水的方法， 其中在纵向穿流的反应器中，在有固定于载体材料上的生物材料存在的 条件下用空气和/或纯氧对废水进气，并接着在后澄清装置中分离成净 化水和淤泥，并至少部分地将所分离的淤泥再次送回该反应器中，而且 在该反应器中引入在废水中可自由运动的量的载体颗粒作为微生物的载 体材料。
背景技术
在与载体有关的废水净化方法中，由微生物形成的生物材料一部分 以悬浮的淤泥团块(活性淤泥)的形式存在，而一部分固定在可于反应 器中自由运动的载体材料上。作为载体材料例如可使用块状多孔的泡沫 材料颗粒。废水和悬浮的生物材料从反应器流出，进入后澄清装置中， 于其中将它们以机械方式分离，例如通过沉降法。分离后的生物材料一 部分作为回流淤泥送回反应器中，而一部分作为过量淤泥排出和清除。 固定的生物材料则通过机械截止载体颗粒的办法(例如利用筛壁)而被 阻止流出反应器。
EP 0 233 466 B1公开了此类方法。其中所述方法消除了传统方法的 缺点，即、为了生物清除有机内容物和含氮化合物需要很大的反应器体 积。这是因为生物清除以铵的形式存在的氮的过程需要在两个相继的生 物化学反应中进行，而且这两个反应要求不同的反应条件。
首先，在硝化作用中，铵(NH4 +)通过特殊的细菌在通入氧气的条 件下被氧化成硝酸盐。接着该硝酸盐在其他细菌的反硝化作用下被还原 成元素氮(N2)，且其中优选使包含在导入的废水中的有机物起到还原 剂的作用。
因为硝化作用是需氧的氧化反应，意味着需要导入足够的氧，而绝 氧的反硝化作用的前提却是无氧，至少是缺氧的反应条件，所以用于生 物除氮的设备需要具有提高的溶解氧的体积容量以及尽可能少的溶解氧 的体积容量。
传统的设备(参见ATV-DVWK-Regelwek工作手册A131)需要在 各自分离的反应器中维持相反的反应条件，或者通过接通和关闭通气而 交替地调节反应条件，并且相应地要求大的反应器体积，而根据EP 0 233 466 B1的氮消除过程需要以大规模同时在一个反应器中实现。
为此目的，需要在一个反应器(活化槽)中在流动方向上设置具有 不同含量的溶解氧的区域。这可通过各自不同地导入空气或氧气来实现。 在氧含量高的区域内优选进行硝化作用。在氧含量低的区域内则至少部 分地实施反硝化作用，而无需为该部分设置独立的槽体积。
虽然毫无疑问地节省了反应器体积，但根据EP 0 233 466 B1的设备 具有一系列操作技术上的缺点：
若例如根据实施例，在流动方向上首先设置氧含量低的区域，即导 入少量氧，则此处所期望的反硝化作用就意味着需要从氧含量高的区域 送回足够多的硝酸盐，这是因为只有在该区域内才能形成。
低氧浓度伴随着充分混合的程度小，并且低氧浓度会导致载体颗粒 由于在反硝化作用中形成的氮气泡的浮力作用而漂浮起来。作为漂浮覆 盖层而积聚起来的载体颗粒不再参与物质转换。
在氧含量低的区域之后的需氧区域内，虽然可实现高的硝化作用速 率，却在很大程度上抑制反硝化作用。在活化槽中由强烈通气而产生的 能量密度会导致载体材料堆积在能量密度低的区域内，并且会强化飘浮 覆盖层在那里形成。此外，该抑制作用导致硝化作用能力的下降，这是 因为固定在该载体材料上的硝化细菌不能进行硝化作用。
虽然后序的重新具有低氧含量的区域从在前的强烈需氧的区域中得 到含有硝酸盐的导入流，但反硝化作用仍受到限制，这是因为在前的区 域使作为还原剂所需的有机碳化合物在很大程度上发生分解。因为由氧 需求量低而导致混合能低，所以载体材料漂浮起来的趋势特别高。
发明内容
本发明的目的在于改进上述的方法，使得可以不必提高硝酸盐从强 烈通气的区域送回通气较弱的区域内的回流量，并且可以避免在反硝化 过程中由于载体材料浮起以及在硝化过程中由于载体材料从能量密度高 的区域排出而引起的产量损失。
根据本发明，该目的可通过以下方法加以解决，通过维持反应器中 的以下进气特性和流量特性而针对性地同时实施有机化合物和含氮化合 物的分解：
1)在反应器底部上的至少一个纵向沿着流方向分布的进气面上方保 持沿着该流方向延伸的连续进气，
2)形成至少一个不进气的、在所述流方向的垂直方向上与进气面相邻 的自由面，及
3)使运动的反应器内容物形成辊式流，其中所述流在进气面上方是向 上的，在反应器内容物的表面上是水平地朝向自由面的方向的，在 自由面的上方是向下的，而在反应器底部是水平朝向进气面的。
本发明是基于如下考虑，通过选择合适的进气方法可调节特定的水 力剖面，从而在反应器中实现同时分解有机化合物和含氮化合物。为此， 将符合需氧量而要求的进气元件(如细或粗的管式、板式或盘式通风机、 喷射器、静态混合通风机)设置在例如作为活化槽的反应器的底部上， 作为沿着流动方向的基本上连续的进气面，而该进气面例如可作为通气 区域。在与该通气区域相平行、相邻处以及位于该通气区域之间，于槽 底部上具有未被覆盖的面，这些面的宽度优选为至少0.5m，且最大与 该通气区域的宽度相符。该排列方式可在导入空气或氧气时使运动的槽 内容物(废水、活性淤泥、载体材料)形成垂直于流动方向的封闭的辊 式流，其在该通气区域上方具有向上的流，而在槽底部的非活化部分上 方具有向下的流。因此，通气区域和自由面发挥螺旋形穿流过槽的作用。
该水力性能对生物分解过程发挥以下作用，在通气区域上方的上升 流中，由于溶解氧的含量提高，而通过悬浮和固定的生物材料为硝化作 用充分营造出有利的前提条件。
相反地，在下降流中以及在槽底部回到通气区域的流中，导入氧气 的中断导致溶解氧含量的减小，而这些氧基本上被悬浮的生物材料和固 定在载体材料表面上的生物材料消耗掉了。在优选使用具有特别位于载 体材料内部的微生物的内外生长面的载体颗粒时，这是有利于反硝化作 用的。
垂直于流动方向的辊式流使槽内物料均匀彻底混合，其中槽内容物 在滞留时间内可多次在溶解氧含量提高和溶解氧含量降低的区域之间转 换。
与根据EP 0 233 466 B1的方法不同，以此方式可避免由漂浮的载体 材料形成的飘浮覆盖层，并且避免载体材料从能量密度高的区域排出， 从而可避免由于不参与反应的载体材料部分而导致的产量损失。
如上所述，通过优选使用具有微生物的内外生长面的载体颗粒而有 利于在反应器中同时进行硝化作用和反硝化作用。其中可使用的载体颗 粒例如可具有网格结构，该网格结构能够将废水内容物导入载体颗粒的 内部区域中。特别优选使用具有多孔结构的载体颗粒，该多孔结构优选 具有微孔和大孔，由此可形成微生物的内外生长面，并且足以将废水内 容物导入该内生长面。该载体颗粒可由不同的材料制成，例如可由多孔 的烧结材料或塑料构成。
根据本发明的一个特别优选的具体实施方案，作为载体颗粒使用多 孔泡沫材料颗粒。它们优选由开孔的聚氨基甲酸酯泡沫材料构成，且粒 径为2至50mm，比重为20至200kg/m3。孔直径优选为0.1至5mm。
为支持最佳的水力性能，优选在反应器中装入占反应器体积15至 35%的载体颗粒。
为了特别有效地净化废水并同时分解碳化合物和氮化合物，额外推 荐在反应器中调节至0.4至2.5kg/m3×d的BSB5-体积负载和0.1至0.8 kg/m3/d的TKN-体积负载。
此外，优选调节进气量，使向上流的区域内保持1至4mg/L的溶解 氧含量。
根据本发明构想的另一个具体实施方案，在多个相互平行且沿着流 方向延伸的反应器底部上的面上方保持连续地进气，其中垂直于该流方 向的中间面则保持不进气。由此产生多个垂直于该流方向的辊式流。
根据本发明的另一个具体实施方案，将基于反应器通量的20至 100%的部分从反应器末端送回反应器开端，并在此处导入向下流中。