申请日1994.02.07
公开(公告)日1996.03.06
IPC分类号C02F3/30
摘要
生物活性废水净化方法，其中在发生硝化反应的同时，废水达到生物即在一活性过程中得到生物学上的净化。活性混合物进入呈活塞式流动特征的循环回路中，净化好的水从回路中排出，然后活性混合物与废水混合，由此导致活性污泥颗粒表面缺氧，从而引起反硝化过程的发生。向得到的混合物中曝气以使活性污泥处于悬浮状态，同时在活塞式流动过程中逐渐达到氧饱和。本发明的装置主要由纵边相邻的两个独立的分离区(4)构成，并沿分离区的纵边与活性区联通，在所述的纵向的池壁之间形成的纵向分布管(5)在其一端被一个端壁完全封闭，而其另一端设置一通道，由该通道分配管(5)与一组流动通道(9、7)相连接。
権利要求書
1、用于生物活性废水净化的方法，其中废水通过 一活性过程得以生物学净化，该过程中发生了硝化作用， 其特征在于，活性混合物被带入呈活塞式流动特征的循 环回路中，通过一个流动床过滤带走净化后的水，随后 活性混合物和原废水相混合，从而引起在活性污泥颗粒 表面氧的不足，这种缺氧导致反硝化过程发生，给最后 的混合物曝气，保持活性污泥处于悬浮状态，在活塞式 流动过程中使氧逐渐饱和，由此从反硝化逐渐变化到硝 化作用，同时添加的废水得到净化，这使得通过流化床 过滤排走上述净化后的水之前废水得以净化，同时通过 硝化作用形成的硝酸盐随着活性混合物进入反硝化过程， 因此在一个循环过程中发生了复杂的废水净化的所有过 程。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在同 一时间内，通过流化床过滤从循环回路带走的净化后的 水的数量小于在循环回路中循环的活性混合物的数量。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过 曝气，在活性污泥悬浮的同时，与原废水混合的活性混 合物被逐渐氧化直至在活性混合物中溶解的氧的浓度至 少是每升活性混合物中含2毫克氧。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述 的曝气通过气动进行，曝气强度以时间和/或在循环回 路中的地点为函数进行变化。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，活性 混合物的循环强度至少是净化后的水流量的2倍。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过 原废水输入口、通过排放净化后的水和通过使由分离而 增稠的活性混合物在分离过程以后进入循环回路而将活 性混合物带入循环回路。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过 流化床过滤在每一个循环期间将净化后的水从一部分循 环活性混合物中排出。
8、实施权利要求1所述的方法的装置，包括一个 通用容器、一个活性区和向上扩展的纵向分离区，从所 述的分离区引出净化后的水的出口，每一分离区通过隔 板和端面限定，每一分离区在一纵向侧面与活性区连通， 在相邻分离区的隔板之间和在隔板和容器壁之间形成了 分离的纵向通道，在该通道中设置有曝气元件，所述装 置的特征在于，总有两个分离区(4)通过它们的纵向 侧面彼此相连，其中形成与活性区的连通，在上述纵向 壁之间形成的纵向分配管(5)通过一端面壁在一侧完 全封闭，在相对的一侧设置有通道，通过该通道分配管 (5)与流动通道(9、7)系统相连，流动通道(9、 7)横向从分离区(4)中分离出来，流动通道(9、 7)系统与至少一个分配管(5)形成了循环回路的一 部分，通过与来自分离区(4)的活性混合物的出口相 连的收集部件形成了循环回路的另一部分，所述的收集 部件与至少一个泵装置相连接，泵的出口部形成了循环 回路的起始端，原水输入口连结泵的入口区或其出口区， 循环回路至少设有一个折流板(28)。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，收集 部件设在靠近采用流化床过滤的分离区(4)的底部， 通过上开口(10)和下开口(11)与活性区连通， 上开口(10)和下开口(11)设在分离区(4)的 同一侧面，上开口(10)与分离区(4)的延伸部分 相连结，下开口(11)靠近分离区的底部，因为上开 口(10)小于下开口(11)，所以对活性混合物形 成了一个下降阻力。
10、如权利要求8所述的装置，其特征在于，通 过靠近容器底部在分离区(4)的隔板(2)内由一个 开口形成的通道(19)使得分离区(4)与活性区相 连接，带有浓缩的活性混合物入口的收集干线(13) 设置在靠近容器底部的分离区(4)内，收集干线(1 3)与泵(41)相连接，泵(41)的出口在活性区 内。
11、如权利要求8所述的装置，其特征在于，由 至少一个基本构件形成了循环回路，在循环回路中由两 个内隔板(2)形成分配管(5)，外隔板(2)总是 与内隔板(2)形成分离区(4)，外隔板(2)与容 器的外壳(1)或相邻构件的外壁形成环流管(7)， 分配管(5)在其前端与环流管(7)相连，在其侧面 与分离区(4)相连。
12、如权利要求11所述的装置，其特征在于， 含有一个泵(36)的收集池(35)设在循环回路中， 带来活性混合物的收集部件的出口(27)与所述池( 35)相接，泵(36)的出口(27’)在折流板( 28)的后面与流动通道(7)的起始端相接。
13、如权利要求12所述的装置，其特征在于， 原水入口(22)与收集池(35)相连。
14、如权利要求11所述的装置，其特征在于， 在一相同的实施方案中的附加构件在垂直方向上与基本 构件相连接。
15、如权利要求11所述的装置，其特征在于， 基本构件的轴穿过容器的中心设置，附加构件与基本构 件垂直地对称地设置。
16、如权利要求15所述的装置，其特征在于， 至少一个附加构件与基本构件平行相连，以这种方式形 成的平行构件组对称于穿过容器中心的轴。
17、如权利要求8所述的装置，其特征在于，曝 气元件(3)位于原废水的入口区域，曝气元件之间的 间隔大于在循环回路的下一部分中的元件之间的间隔。
18、如权利要求8到17任一项所述的装置，其 特征在于，进入到流化床过滤器的入口(14)的流体 的横截面比分离区(4)的表面积大10%。
19、如权利要求8所述的装置，其特征在于，收 集部件至少设有一个泵，优选为一个离心泵(36)， 所述的泵设置在收集池(35)内。
20、如权利要求8到19任一项所述的装置，其 特征在于，采用流化床过滤的分离区(4)设置在循环 回路的通道(5、9)的全长内，贯穿通道的全长形成 了活性混合物进入采用流动床过滤的分离区(4)的入 口和从分离区(4)带出浓缩的活性混合物的收集部件。
21、如权利要求8所述的装置，其特征在于，漂 浮污泥捕集器(29)设在分离区(4)的上部，所述 的捕集器(29)由一个倾斜的顶部形成，其下部与压 缩空气源(38)相连，上部设有一个以气动抽水泵( 39)形式存在的漂浮污泥出口与活性区相连，整个顶 部处于容器表面液位以下。
22、如权利要求10所述的装置，其特征在于， 至少一个导流板20被安在活性区侧面到隔板(2)的 通道(19)区域内。
23、如权利要求8和22所述的装置，其特征在 于，混合器(46)被设置在活性区起始端，泵(41) 的出口(43)和混合器(46)相连，在此连有原废 水入口(22)，混合器(46)的出口于活性区的下 一部分相连。
24、如权利要求10所述的装置，其特征在于， 泵体(41)为一个带有一个可逆式潜水电机(42) 的泵。
25、如权利要求24所述的装置，其特征在于， 可逆电机(42)和泵的滑道被设置在滑动的导轨上， 垂直于容器底部。
26、如权利要求24所述的装置，其特征在于， 泵(41)至少与收集干线(13)的两个分支相连结。
27、如权利要求10所述的装置，其特征在于， 曝气软管(47)被设置在活性区内和通过闭路(45) 或一个调节器与压缩空气源相连接。
28、如权利要求27所述的装置，其特征在于， 曝气软管(47)被设置在位于环流管(7)的横截面 的相对侧面的两个分支内。
说明书
生物活性废水处理方法及装置
本发明涉及一种用于生物活性废水净化的方法。废 水在一个发生硝化作用的活性过程中得到净化。本发明 也涉及一种实现所说方法的装置。该装置由一个通用容 器，一个活性区和几个向上伸展的纵向分离区构成。从 分离区接出净化后的水出口，其中每个分离区由隔板和 端面隔成，并且在纵向上与活性区连通。
发明的背景
一种有效地防止地表水包括海水过肥的方法需要最 有效地清除滋生生物大分子的元素如氮和磷，废水中存 在的氮和磷是引起肥水现象的主要因素，这就是所有的 废水净化系统都要将清除氮和磷考虑在内的原因。
迄今已知和使用的能同时降低氮含量的废水净化系 统都是瞄准了生物学过程，这些过程似乎是最经济的。 这些过程首先要求将以可氧化的形式存在的氮如氨态氮 和有机氮通过硝化作用转变成硝酸盐，再通过反硝化作 用把硝酸盐还原成氮气。
硝化作用要求在活性污泥中含有硝化细菌，而这种 活性污泥需要有足够长的污泥龄，实际上，要达到完全 的硝化需要30天的污泥龄，这对应于污泥负荷相当于， 每千克来自活性污泥中的挥发性悬浮固体乘以天数中0 12kg的，5天生物需氧量，也称作kg BOD5/kg VSS ·d。另外，硝化过程需要足够浓度的溶解氧，一般来 说每升液体中的氧要达到2mg以上(即2mg O2 /l)。当液体中缺乏溶解氧时就会发生随后的反硝化 过程，同时微生物通过硝酸盐还原得到必需的氧。
同时具有硝化和反硝化作用的复杂的生物水净化系 统在现有技术中有三种基本的可供选择的方案。
第一种方案是间歇反硝化法。其中活性净化的硝化 和反硝化作用通过间歇曝气周期性交替进行。这种方法 的缺点是与连续反硝化法相比效率低，工艺操作复杂以 及中断曝气时活性污泥不再悬浮。
另外一种方案是连续反硝化法。这种方法是一个独 立的反硝化过程，通过一个强烈搅拌的充分混合的容器 在曝气活化之前实现的。在连续反硝化过程中，废水与 在曝气活化再循环的活性混合物一起得到净化。连续反 硝化法的缺点是需要增加一个单独的反硝化活性区和一 个使活性混合物运动的动力源以确保活性污泥悬浮。另 一个缺点是一部分反硝化区的表面没有用于活性污泥的 分离，这部分没有利用的表面占到一个城市废水处理装 置的一个反应器表面积的25%。
第三种已知的生物废水净化过程中的反硝化方法是 在一种有氧化区和循环回路系统的循环回路中进行反硝 化。这种方法中，曝气、废水与活性混合物的混合以及 给净化系统中的活性混合物提供动力三个功能由同一系 统完成，即机械曝气系统。活性混合物流过呈活塞式流 动的循环回路时，活性混合物达到溶解氧的饱和，从而 发生硝化作用;通过生物降解和硝化作用等氧化过程对 氧气的逐渐消耗，活性混合物中的氧含量不断降低，因 此在循环回路的末端由于缺氧而发生反硝化过程。
以上反硝化的技术方法有很多缺点。机械曝气法需 求浅容器而不是深容器，这就需要一个大的建筑面积。 容器的表面不用于活性污泥的分离，其结果是需要一个 独立的分离装置才能使活化装置完善，这进一步增大了 必需的建造面积和投资额。以一定的压力穿过分离的沉 淀污泥再循环进行的独立的分离不是非常有效的，而且 引起活性区操作浓度降低。对污泥龄为30天的活性污 染的低负荷要求导致活性区容积增大。
循环回路的一个颇值得考虑的缺点是活性污泥的污 泥指数高，这是由反硝化过程中氮气气泡粘附在活性污 泥颗粒上、不能充分释放所引起的，从而导致装置能力 相当程度的降低。
将曝气、活性混合物的动力附设以及废水与活性混 合物的混合三个功能合为一体的另一个缺点是引起高氮 含量废水反硝化效率的降低，这是由于缺少反硝化过程 所需要的碳的供应的缘故。因此，为保证充分有效的硝 化和反硝化作用，有必要把这种装置与活性混合物的间 歇曝气法结合起来，但同时也保留了间歇方法的所有负 面效果。
上述的已知的反硝化方法无论是用于新的废水净化 装置的建造还是用于现有的传统废水净化装置(这些装 置不能满足对涉及肥水元素的净化后的水质量提出的更 高的要求)的改建都有缺陷。许多建在发达国家的城市 污水净化装置现已需要强化功能或改造。迄今，现有的 反硝化方法还不能与它配套，因为现有反硝化方法要么 需要建造新的废水净化装置，要么至少要求原来的城市 废水净化装置的建筑物作相当大的重新布置。这就迫切 需要找到一种方法既能利用现有的城市废水净化装置又 能同时满足当代生态环境的要求。
本发明的目的是尽可能地减少已知的解决方法的缺 陷，提供一种新方法和装置来加强生物活性废水净化的 必要功能，同时有可能利用现有的传统的废水净化装置。 本发明的简述
本发明方法的主题是将活性混合物带入具有活塞式 流动特征的循环回路中，在其中经过一个流化床过滤后 将净化后的水排出，活性混合物随后再与原废水混合， 这样引起活性污泥颗粒表面缺氧，缺氧又导致反硝化过 程的发生。向最后的混合物曝气以使活性污泥处于悬浮 状态。活塞式流动过程使污泥逐渐达到氧饱和，由此逐 渐由反硝化作用过渡到硝化作用，同时加入的废水得到 净化，在流化床过滤排出净化后的水之前废水得以净化。 经过硝化过程形成的硝酸盐与活性混合物一起回到反硝 化过程。因此，在一次循环过程中，复杂的废水净化过 程的所有过程都发生了。
考虑到废水净化的效率，在净化的同时从循环回路 中通过流化床过滤排出的净化后的水量小于在循环回路 中循环的活性混合物的量是有利的。
有利的是，与原废水混合的活性混合物通过曝气逐 渐氧化，同时活性污泥处于悬浮状态直到活性混合物中 的溶解氧浓度达到至少2mg O2/升活性混合物。
考虑到对废水净化过程的控制，有必要用气量随时 间和/或循环回路的地点变化的压气曝气法来进行曝气。
为了达到所需的活性效果，必须使活性混合物的循 环量至少两倍于净化后的水的输出量。
考虑到将活性混合物加入塞状流，通过原废水的进 入，通过放掉净化后的水以及通过使经过分离而浓缩的 活性混合物在分离过程后进入循环回路而将活性混合物 带入循环回路是可行的。
为增加反硝化的效率，在一个循环中把经过流化床 过滤得到的净化后的水从在氧化区中循环的活性混合物 中分离出来是非常有意义的。
本发明的装置的主题总是具有两个沿其纵向相邻的 分离区，它在纵向上与活性区连通。所述的纵向池壁之 间形成的纵向分配管5的一端被一端壁(end wa 11)完全封死，另一端设置一个通道，通过此通道与 一组流动通道连接，流动通道与分离区沿横向分开，流 动通道系统与至少一个分配管5形成循环回路的一部分， 循环回路的另一部分由与从分离区来的活性混合物的出 口相连的收集部件组成。所述的收集部件至少与一个泵 连接，泵的出口作为循环回路的起点，原废水进水口或 者位于泵的入口或者位于其出口，循环回路至少应设置 一个折流板。
为保证污泥足够长的污泥龄和循环回路的循环强度， 最好把收集部件安装到接近于采用流化床过滤的分离区 的底部;通过位于分离区同一侧的上开口和下开口与活 性区连通，上开口与分离区的伸出部相连，下开口接近 底部;而且上开口小于下开口以便活性混合物流动时产 生阻力。
考虑到反应器内的液压关系和分离区结构的简单性， 分离区与活性区通过处于容器底部的分离区的隔板之间 形成的通道相连接，收集干线与一个泵相连，泵的出口 与活性区相连。
考虑到废水净化装置的建造和改建时，有必要使循 环回路由至少一个基本构件组成。在一个构件中，分配 管5由两个内隔板形成，外隔板总是和内隔板形成分离 区，外隔板和容器的外壳或相邻构件的外壁组成环流管， 分配管5前部与环流管相连，侧面与分离区相连。
就生物净化的效率来说，必需将配备泵的收集池置 于循环回路中，而带有活性混合物的收集部件的出口与 所述的收集池相连，泵的出口位于折流板后面流动通道 的起始端，原废水入口与收集池连通。
为提供一个统一的反应器内部结构，源于同一实施 方案的附加构件最好在垂直方向上与基本构件相连，或 者是基本构件设置成使其轴穿过容器的中心，附加构件 对称地安置并与基本构件垂直。下述方案也是一有利的 实施方案，即，使至少一个附加构件与基本构件平行相 连，以这种方式形成的一组平行构件对称于穿过中心的 轴排列。
为保证废水净化的各个独立过程紧密联系，必需使 置于原始废水的入口区的曝气元件之间的间隔大于位于 循环回路其他部分的曝气元件之间的间隔，进入流化床 过滤器入口的流体的横截面积应大于分离区表面积的1 0%。
对反硝化过程的一个改进是给收集部件配备至少一 个泵，最好是离心泵，该泵放在收集池内。
考虑到大的城市废水净化装置的建造，有利的是采 用流化床过滤的分离区是按照循环回路的分配管的全长 设置，活性混合物进入采用流化床过滤的分离区的入口 和把浓缩后的活性混合物从分离区中运出去的收集部件 也是沿分配管的全长设定的。
要有效地清除漂浮的污泥，最好在分离区的上部放 一个漂浮污泥捕集器。该捕集器由一个斜顶、一个接在 斜顶较低一边的压缩空气源和一个接在斜顶较高一边的 与活性区相连的作为漂浮污泥出口的气动抽水泵组成。 整个斜顶浸没于容器的液面下。
为防止分配管5内的流体对分离区内的流体特征的 影响，重要的是在以活性区通向隔板的通道区域设置至 少一个导流器(flow deflector)。
考虑到硝化作用的强度，最好在活性区的起始段设 置混合器，泵的出口与混合器相连。原废水入口与混合 器相通，混合器的出口位于活性区的后部。
考虑到收集管道清洗的可能性，重要的是泵体系应 是一个配有可逆式潜水电机(submersible reversible electric motor)的泵。
考虑到泵体电机和叶轮拆卸的可能性，最好使可逆 电机和叶轮滑动地安置在导轨上，该导轨垂直于容器底 部。
为保持收集管的最佳长度，泵与至少两根收集干线 的支线相连，这一点是很重要的。
为了能间歇曝气或可控曝气，重要的是，曝气软管 置于活化区中并通过开关或调节器与压缩空气源相联。
要更好地利用空气中的氧，重要的是曝气软管分成 两支，并放在环流管横断面的两端。
本发明的方法和装置提出了一种有效地抑制自然界 水资源的肥水化现象的措施，其主要优点是高效的净化 作用，既除去了废水中的有机物质，又降低了肥水元素 即氮和磷的含量。因此给复杂的废水净化特别是城市废 水净化提供了一种简单的活性净化的方法而不需要为反 硝化和脱磷添加任何附加工序，这就极大地简化了用于 复杂的生物废水净化的反应器的技术方案。
按照本发明，反应器的构件系统允许反应器的构件 设计容量可在很大范围内变化，大到适合拥有成百上千 万居民的卫星城使用的最大的反应器。通过将采用流化 床过滤的分离区插入活性区而形成的管道，管路系统连 成一个一体化的循环回路从而最大程度地简化和缩短活 性净化各个过程之间的连接线路，包括活性污泥在系统 中以最小的水力阻力实现分离。活性混合物循环系统也 使原废水在一个入口进入反应器，这就降低了原废水在 废水净化装置分配的的费用。
本发明的方法和装置的另一个优点是由于反应器的 表面最大限度地用于分离而导致高的效能，允许反应器 利用高浓度的活性污泥，从而导致装置的质量和数量参 数的提高。
本发明的方法和装置也允许对现有的旧废水处理装 置进行改建，这意味着与建造新的废水净化装置或扩建 旧的废水化装置相比必需费用的减少。