申请日1996.04.03
公开(公告)日1997.04.09
IPC分类号C02F3/10; B01D43/00
摘要
污水净化方法和装置中净化池净化区填充块状净化部件，其中每一部件有多个等效直径为1-5cm的表面缝隙并且部件内部有多个与其他通道连通的连接通道。而每一缝隙与至少一个该通道不间断连通。含SS、BOD等的污水通入净化池净化区而与上述部件接触，同时从净化区底部以预定间距向上喷细小含氧气泡而使流动污水与含氧气泡大体垂直接触，由此在净化部件表面和内部分别快速有效进行好氧和厌氧处理。
権利要求書
1、一种污水净化方法，包括以下步骤：
在对其中流动的污水进行净化处理的净化区中填充块状净化 部件，每一块状净化部件都有多个等效直径为1--5cm的在其表 面的缝隙，和多个在其内部与其它连接通道相互连通的连接通 道，每一个缝隙至少与一个上述通道不间断地连通;以及
使污水流过上述净化区与块状净化部件相接触，并且同时从 净化区的底部以预定的间距，对流动的污水向上喷射呈微小气泡 的含氧气体，以便使流动的污水与含氧气体的微小气泡以大体垂 直的方向相接触，从而进行净化处理。
2、如权利要求1所述的污水净化方法，其特征在于在污水流入 的进水口和污水流出的出水口之间形成净化区。
3、如权利要求2所述的污水净化方法，其特征在于进一步还包 括在上述进水口和/或出水口处对污水进行整流。
4、如权利要求1--3中任一权利要求所述的污水净化方法， 其特征在于在上述净化区中污水的停留时间选定为10--120 分。
5、如权利要求1--4中任一权利要求所述的污水净化方法， 其特征在于预定间距选定为5--100cm，根据被处理污水的污染 程度在这一范围内进行调整。
6、如权利要求1所述的污水净化方法，其特征在于进一步还包 括使经过上述净化处理后的净化水流入一个其中装填有上述块状 净化部件的气体非扩散净化区。
7、如权利要求6所述的污水净化方法，其特征在于上述气体非 扩散净化区设置在所述净化区出水口侧的下一区段。
8、一种污水净化装置，设置有一个外壁和一个盖或不带盖， 并具有预定的体积，包括
一个污水进口;
一个处理后水的出口;
一个在每个进水口和出水口设置的整流部件;
一个设置在进水口和出水口之间的净化区;
多根以预定间距设置在净化区底部的气体扩散管，它大体上 与从进水口到出水口的延伸方向相垂直，以及许多填充在净化区 中的块状净化部件，每一块状净化部件在其表面都有多个等效直 径为1--5cm的缝隙，和多个在其内部与其他通道相互连通的连 接通道，每一个缝隙至少与一个通道不间断地连通。
9、如权利要求8所述的污水净化装置，其特征在于每一上述块 状净化部件是由直径很小的粒料相互粘接而形成的，它大体上呈 球形且等效直径大约为7--15cm。
10、如权利要求8或9所述的污水净化装置，其特征在于预定间 距选定为5--100cm。
11、一种用如权利要求8所述的污水净化装置净化污水的方 法，其特征在于从进水口引入污水并使污水流过净化区，同时从 位于净化区进水口侧前部区域的上述气体扩散管扩散含氧气体， 而在出水口侧的后部区域不从上述气体扩散管扩散含氧气体，从 而进行净化处理。
12、如权利要求11所述的污水净化方法，其特征在于将上述净 化区划分成比例为1∶1--5∶1的上述前部区域和上述后部区域。
13、一种包括第一和第二净化装置的污水净化装置，每一个净 化装置都包括一个污水进口，一个处理后水的出口，一个在每个 进水口和出水口设置的整流部件，一个设置在进水口和出水口之 间的净化区，多根以预定间距设置在上述净化区底部的气体扩散 管，它大体上与从进水口到出水口的延伸方向相垂直，以及许多 填充在净化区中的块状净化部件，每一块状净化部件在其表面都 有多条等效直径为1--5cm的缝隙，和多条在其内部与其他通道 相互连通的连接通道，每一条缝隙至少与一条通道不间断地连 通，其中第一净化装置的出水口与第二净化装置的进水口相连。
14、一种用如权利要求13所述的污水净化装置净化污水的方法， 其特征在于从上述进水口向上述净化区提供污水并使污水流经上 述净化区，同时从第一净化装置的上述气体扩散管扩散含氧气 体，以对污水进行净化处理，从上述第一净化装置的出水口向上 述第二净化装置的进水口提供净化后的水，以便在上述第二净化 装置中对从上述第一净化装置输送来的净化水进一步进行净化处 理，同时不从上述第二净化装置的上述气体扩散管扩散含氧气 体。
说明书
净化污水的装置和方法
本发明涉及一种净化污水的装置和方法，尤其涉及一种对污 水进行好氧处理，同时从污水中分离并捕集悬浮细小固体物质 (污染物)，对污水进行厌氧处理的装置和方法。
迄今为止，已经提出过各种各样的方法，并实际采用某一方 法净化各种各样的污水，如：废水或被废水污染的河水。常规的 污水净化方法大体上分为：(1)物理/化学处理法和(2)生物 处理法。众所周知，物理/化学处理法是一种借助于沉淀、过滤 等等从污水中分离并除去悬浮物质等等的方法，一种用化学试剂 对污染物进行化学处理而使污染物无害化的方法，以及借助混凝 或沉淀从污水中分离并除去污染物的方法。此外，众所周知，生 物处理法是一种用生物膜或活性污泥对污水进行好氧处理以絮凝 污染物，并从污水中分离和除去这些污染物的方法，以及一种对 污水进行厌氧处理以对污染物进行消化(液化)的方法。
生物处理法利用了自然界微生物的降解作用，其反应是缓和 的。另外该过程无需化学试剂，因而也没有化学试剂带来的各种 麻烦。因此，生物处理法已为人们所乐意使用了，而且，该方法 的各种改进也层出不穷。
对于活性污泥法，已经提出并使用了针对曝气和沉淀两个过 程的各种各样的系统。对于在载体上形成生物膜的方法，已经提 出了各种各样的载体。例如，日本专利申请特开昭--63- 310696揭示了一种中空的球形载体，该载体可同时形成好氧状态 和厌氧状态。此外，还提出了一种借助于中空圆柱体形成好氧和 厌氧状态从而进行好氧/厌氧处理的方法，该中空圆柱体具有大 表面积的蜂窝结构。
然而，在如上所述的所有常规生物处理中，整个净化处理步 骤通常需要至少5--11小时长的处理时间。例如，在采用活性 污泥法和采用在载体表面形成生物膜的好氧处理法中，需要在前 一阶段设置一个沉淀池，以对污水进行预沉淀处理，然后，使污 水在好氧净化区停留几个小时或更长的时间，以对污水进行最终 处理，从而满足预定的环境质量标准值。在活性污泥法中，有一 种净化大约2小时的好氧处理方式，然而，这种方法的缺点是降 低了BOD的去除率。此外，在采用中空载体的好氧/厌氧净化处理 方法中，孔的直径选定为0.05--1mm，这些中空载体的内侧和外 侧是相互连通的，污水从中空载体内侧的流入和流出不是很畅 通，使得在中空载体内部的厌氧处理需要更长的时间，所以效率 不高。
最近，又提出了一种所谓互凝聚接触氧化法，该方法利用河 床净化被污染的河水，并且已实际用于污水的生物净化处理。在 互凝聚接触氧化法中，通过有效地利用砾岩如：河流中的砂砾等 等，有效地形成一层砂砾层，使河水流过(穿过)砂砾层以进行 生物处理，从而大量降低BOD(生物需氧量)和SS(悬浮固体)。因 此，这种净化污水，如：被污染河水等等的净化方法受到了高度 重视。
本申请的发明人一直致力于处理方法的研究，本人研究出的 方法是采用了互凝聚接触氧化法的净化处理技术，它能够实际用 在一般的水处理装置(不是利用大河床的大型设施)中，并能够有 效地净化污水。精心研究的结果，本申请人开发了一种分离部 件，该部件构成了一种与传统污水处理完全不同的净化处理系 统，在日本专利申请特开平3-221110中揭示了上述分离部件和采 用该分离部件的净化处理系统。在日本专利特开平6-343990中， 本申请人还提出了一种适宜的流动-分离方法和流动-分离部 件，由于这种流动-分离现象，使得根据悬浮细小固体物质的特 性，有效地利用液体的能量，随着液体的流动而从污水中分离并 除去悬浮的细小固体物质。
在上述流动-分离部件和流动分离方法中，污水在表面进行 好氧处理。悬浮固体(SS)能够在较短的时间内被流动-分离部件 捕集，以从污水中分离并除去SS，并且能够在流动-分离部件的 空隙中厌氧处理所捕集的有机悬浮物，使有机悬浮物液态化并可 溶解。因此，该方法可以在很短的时间内在一个步骤中很简单地 对污水进行净化处理，因而，预料它是一个极出色的污水处理方 法。
该方法主要达到了去除SS的目的，该方法还证明由于流动-分 离部件的表面积比互凝聚接触氧化法增加了很多，在流动-分离 部件表面的好氧处理增强了，因而有效地提高了BOD的去除效 率。然而，从它必须适用于任何污水并满足任何要求的观点来 看，它不能有效地工作。实际上如果需要它在很短的时间内以期 望的BOD去除率，对含有大量BOD的污水进行净化处理，则该方法 还不能足以满足这一要求。
因此，本发明人回顾并考虑了上述污水净化处理方法和各种 常规处理方法，并研究出了一种净化处理方法，该方法能够在很 短的时间内对污水进行净化处理，并从任何污水中以高去除率降 低BOD和SS。结果，本发明人认识到通过利用特殊的净化部件和 在净化区以预定间距进行曝气，可以在很短的时间内从任何污水 中有效地去除BOD和SS，本发明正是基于以上认识作出的。
根据本发明，污水处理方法包括以下步骤：在对其中流动的 污水进行净化处理的净化区填充块状净化部件，每一块状净化部 件都有多个等效直径为1--5cm的在其表面的缝隙，和多个在其 内部与其它连接通道相互连通的连接通道，每一个缝隙至少与一 个上述通道不间断地连通，使污水流过上述净化区与块状净化部 件相接触，并且同时从净化区的底部以预定的间距，对流动的污 水向上喷射呈微小气泡的含氧气体，以便使流动的污水与含氧气 体的微小气泡以大体垂直的方向相接触。
在如上所述的污水净化方法中，在污水进口和污水出口(排 放口)之间形成了净化区，最好经过整流后使污水流入进水口和 /或流出出水口(排放口)。最好污水在净化区的停留时间为10 --120分钟。此外，呈微小气泡上升的含氧气体的预定间距最 好为5--100cm，可根据被处理污水的污染程度在这一范围内进 行调整。
根据本发明，可使经过上述净化处理后的净化水流经一个非 扩散净化区，该净化区装填有上述块状净化部件，从而进行净化 处理。在这种情况下，最好非扩散区设置在前一净化区出水口的 下一区段。
此外，根据本发明，污水净化装置设置有一个外壁和一个盖 或不带盖，并具有预定的体积，包括一个污水进口，一个处理后 水的出口，一个设置在每个进水口和出水口的整流部件，一个设 置在进水口和出水口之间的净化区，多根以预定间距设置在净化 区底部的气体扩散管，它大体上与从进水口到出水口的延伸方向 相垂直，以及许多填充在净化区中的块状净化部件，每一块状净 化部件在其表面都有多个等效直径为1--5cm的缝隙，和多个在 其内部与其他通道相互连通的连接通道，每一个缝隙至少与一个 通道不间断地连通。
在上述污水净化装置中，最好使小直径的粒料相互粘接起 来，以形成大体呈球形的且等效直径大约为7--15cm的块状净 化部件，并且预定间距最好为5--100cm。
根据本发明，采用上述污水净化装置的净化方法包括以下步 骤：从进水口引入污水并使污水流过净化区，同时从位于净化区 进水口侧前部区域的上述气体扩散管扩散含氧气体，而在出水口 侧的后部区域不从上述气体扩散管扩散含氧气体，从而进行净化 处理。在这种情况下，最好将上述净化区划分成比例为1∶1-- 5∶1的上述前部区域和上述后部区域。
此外，根据本发明，污水净化装置包括与该污水净化装置具 有相同结构的第一和第二净化装置，其中第一净化装置的出水口 与第二净化装置的进水口相连。
另外，根据本发明，采用上述带有第一和第二净化装置的净 化装置净化污水的方法包括以下步骤：从进水口向净化区提供污 水并使污水流经净化区，同时从第一净化装置的气体扩散管扩散 含氧气体，以对污水进行净化处理，从第一净化装置的出水口向 第二净化装置的进水口提供净化后的水，以便在第二净化装置中 对从第一净化装置输送来的净化水进一步进行净化处理，同时第 二净化装置的气体扩散管不扩散含氧气体。
根据本发明，缝隙的等效直径定义为在孔隙周围任何两点连 接线中最长线的长度，而块状净化部件1的等效直径定义为与块 状净化部件具有相同体积的球形体的直径。
根据本发明的污水净化方法，在对流动污水进行净化处理的 净化区中填充预定量的块状净化部件，在污水流动过程中，每一 块状净化部件充当：(1)一个在其表面形成进行生物处理的生 物膜的生成体，(2)一个阻止产生速度差(速度梯度)的阻挡 体，用表面的缝隙除去SS，并在缝隙中从污水中流动--分离和 捕集SS，以及(3)一个厌氧处理区域，在这里截留或捕集缝隙 所捕获的SS以进行厌氧处理。因此，该块状净化部件可有效地 作用于悬浮在污水中的有机和无机微小的固体物质、溶解在污水 中的污染物等等，以净化污水。也就是说，根据本发明，在块状 净化部件的表面形成了一层生物膜，含氧气体，如空气等等(以 下称为“氧气”)的微小气泡以预定的间距从底部扩散到污水 中，同时氧气沿大体与污水流动方向相垂直的方向上升。因此， 流入净化区的污水和氧气充分接触并相互混合，同时污水中形成 湍流流动。因此，可抑制在气体扩散区填充的块状净化部件的周 围生成边界层，例如薄层状膜，其中从净化区的底部扩散氧气， 无需中断便可将氧气连续地供入。因此，可迅速并有效地进行好 氧处理，溶解在污水中的溶解BOD能够被厌氧处理并从污水中除 去。
如果从微观上看，块状净化部件在污水流动区域中可作为阻 挡部件。因此，它可减小在其周围的污水流速，在块状净化部件 的周围的污水中产生一流速差(速度梯度)，并同时产生一层流 (滞流)区域。如上所述，在扩散氧气的气体扩散区域易于形成 湍流区，而在不扩散氧气的氧气非扩散区易于形成层流区。因 此，在净化区的氧气非扩散区，由于流速差(速度梯度)，悬浮 在污水中的细小固体物质(SS)得到了转动能量，移动到流速降 低的块状净化部件周围的层流区域中。此外，在氧气扩散区，部 分SS被每一块状净化部件表面的生物膜吸附，然后进行好氧处 理。然而，大部分SS被冲到邻近氧气扩散区的氧气非扩散区，使 得在湍流区污水随机流动，最后通过流动--分离过程到达位于 气体非扩散区的块状净化部件周围的层流区。
到达块状净化部件周围层流区的SS被捕获在其表面的缝隙中， 最后收集在与缝隙相连通的连接通道(通道)中。在块状净化部 件的连通通道中几乎没有的流动，因此可将这些通道看成是滞留 区。SS被捕集在这些滞留区中而进行厌氧处理，最后变成液态和 可溶解的。此后，液态的和可溶解的SS由于其自重而向下流动穿 过连通通道，到达其他位于块状净化部件下游侧并与该通道相互 连通的缝隙中。此后，SS从缝隙中流出，流入流动的污水中并溶 解在其中，最后在气体扩散区净化部件的表面进行好氧处理，从 污水中净化并除去这种污染物。
此外，根据本发明的污水处理方法，在同一净化区中可分别 设置适用于污水中溶解BOD和悬浮SS不同的处理区，以分别进行 净化，使得能够有效地进行净化处理。也就是说，对溶解的 BOD，当提供氧气时，可在块状净化部件的表面快速进行好氧处 理。对于SS，可将SS捕后在块状净化部件的缝隙中，在捕获之 后，SS被截留在块状净化部件内部的连通通道中，对其进行厌氧 处理。对SS的厌氧处理与对流入净化区的污水进行净化处理的停 留时间无关，使得可以明显地缩短在净化区的停留时间。因此， 由于停留时间缩短了，处理装置可以小型化，并且污水净化效率 比常规装置要高。
例如，至于常规装置的停留时间，互凝聚接触氧化法需要大 约20m长的距离作为净化区的流动距离，并需要大约60--80分的 停留时间。活性污泥法需要大约3--10小时长的时间作为平均 停留时间。另一方面，本发明的污水净化处理方法在大约5-- 10m的流动距离上需要大约10--120分的停留时间，就足以进行 满足各种预定的出水标准的净化处理。在常规污水处理中，SS和 BOD可被处理到同一水平。另一方面，根据本发明，由于本发明 的下列特征可缩短净化处理污水的停留时间。也就是说，作为进 行好氧处理区域的净化部件还提供了一个可进行厌氧处理的区 域，在净化区设置了气体扩散区和气体非扩散区，由此在好氧处 理区可快速有效地进行好氧处理，同时SS很容易被捕集在厌氧处 理区，并能保证有足够的停留时间进行厌氧处理。
如上所述，根据本发明的污水处理方法，通过运行上述装置 来净化污水。对被处理的污水没有限制，可以处理含有任何浓 度任何物质如：BOD、SS、铵组分、腐烂恶臭物质等等的污水。 例如，本发明的污水净化处理方法可以对含有下列污染物的一般 污水进行净化处理，如20--30mg/l的BOD、大于或等于20mg/l的 SS、大于或等于1mg/l的铵组分、腐烂物质等等，也可以对BOD含 量大于或等于30mg/l(通常，大约为50--150mg/l)的城市污水 进行净化处理，还可以对BOD含量为200--1000mg/l的被明显污 染的海水进行净化处理，等等，该方法比常规净化处理方法更有 效并更能缩短时间。也就是说，本发明能够适用于任何污水的净 化处理。本发明的术语“SS”表示悬浮的细小固体物质，它被限 定为当用JIS(日本工业标准)的滤纸进行过滤时，截留在可使1 μm大小颗粒通过的滤纸上的残留物。本发明可以有效地净化含 有大于或等于大约60wt%的SS的有机污水。