申请日1993.02.24
公开(公告)日1998.10.21
IPC分类号B01J8/14
摘要
本发明涉及一种净化饮用水或废水和/或废气的方法，其中使饮用水或废水和/或废气与能促进净化或可进行净化的反应颗粒接触。本发明采用厚度为5-1000mm2的基本上扁平的反应颗粒作为反应颗粒该反应颗粒例如可以用作生物生长表面。特别是该反应颗粒可以装入废水反应器中并与废水彻底混合。反应颗粒有很大的比表面积，因而极易接触。此外，可以借助搅拌器，使其处于运动状态。
権利要求書
1、一种饮用水或废水和/或废气的净化方法，其 中使饮用水或废水和/或废气与可促进净化或进行净化 的反应颗粒接触，其特征在于，采用厚度为5-1，5 00μm、表面积为5-1，000mm2的上呈基本 扁平状颗粒作为反应颗粒，该反应颗粒在反应器中呈悬 浮状态和/或处于运动中。
2、权利要求1所述的方法，其特征在于，将废水 及/或废气输经反应颗粒流化床。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将 废水在流化床反应器中，同反应颗粒完全混合。
4、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征 在于，在反应颗粒上附着生物群，或者生物群可以自发 地在其上生长。
5、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征 在于，采用厚度为15-500μm的反应颗粒。
6、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征 在于，采用还具有直径为10-1,000μm孔隙的 颗粒作为反应颗粒。
7、按照权利要求6所述的方法，其特征在于，采 用具有10-1,000个孔隙/cm2的颗粒作为反 应颗粒。
8、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征 在于，采用表面上有压花的颗粒作为反应颗粒。
9、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征 在于，采用表面上覆有纤维及/或粉末的颗粒作为反应 颗粒。
10、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用表面上覆有套毛的颗粒作为反应颗粒。
11、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用表面掺杂反应物质的颗粒作为反应颗粒。
12、按照权利要求11所述的方法，其特征在于， 采用表面掺杂沸石粉末、活性炭或铁的颗粒作为反应颗 粒。
13、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用由塑料织物构成的颗粒作为反应颗粒。
14、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用由聚烯烃组成的颗粒作为反应颗粒。
15、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用由聚苯乙烯组成的颗粒作为反应颗粒。
16、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用由易于生物降解的生物塑料构成的颗粒作 为反应颗粒。
17、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用由金属箔构成的颗粒作为反应颗粒。
18、按照权利要求1、2或3所述的方法，其特 征在于，采用比重0.8g/cm3至 1.5g/cm3的塑料颗粒作为反应颗粒。
说明书
饮用水或废水和/或废气的净化方法
本发明涉及一种净化饮用水或废水和/或废气的方 法，其中使饮用水或废水和/或废气与能促进净化或可 进行净化的反应颗粒接触。
就方法而言，在反应颗粒存在的条件下实施化学、 物理或生物多重反应。反应颗粒或者起催化作用，即促 进反应物之间的特定反应，或者反应颗粒本身作为反应 物起作用，即其本身与另一种反应物进行反应。例如在 废水处理时，载体颗粒被用作微生物的生长表面。覆盖 着生物群的载体颗粒起着生物催化剂的作用，并促使废 水中所含物质的降解。还已知的是，对载体颗粒可以掺 杂活性炭，使载体颗粒因活性炭本身的吸附作用与废水 中所含的物质发生物理作用。此外还已知的是，在对废 气进行物理、化学或生物法净化时，采用催化材料或用 于生物群附着的载体颗粒。甚至在生物技术领域的发酵 工艺中，也利用载体颗粒作为生物群生长表面。
在常见的废水或废气净化的涡流床反应器(Wir belbettlreaktoren)或悬浮床反应 器(Schwebebettlreaktoren) 中，主要使用砂子、砾石、膨胀粘土、塑料颗粒或泡沫 材料小块作载体颗粒。这些载体颗粒均具有立体形状并 因此在反应器中形成一定的无效空间。如果是多孔化载 体，还会遇到物料输送上的麻烦，故而许多专家和工程 师仅将载体外表面作为生物群生长表面加以考虑。除此 之外，已知的反应颗粒只具有很小的比表面积。但颗粒 的比重则往往太大(例如砂子)，或太小(例如聚苯乙 烯塑料泡沫材料)。此外，其力学和/或化学稳定性也 往往不尽如人意。由于材料成本昂贵，因而使用载体颗 粒往往是不经济的。除此之外，有些材料譬如对于饮用 水的处理，出于生理学理由而不许可采用。
因此，本发明的目的是，提供一种净化饮用水或废 水和/或废气的经济实惠的方法，该方法无所述的现有 技术中的缺陷。
按本发明，该目的是通过采用厚度约5μm至约 1,500μm、表面积约5mm2至约1,000 mm2的基本上为扁平状颗粒作为反应颗粒实现的，该 反应颗粒在反应器中呈悬浮状态和/或处于运动中。
优选采用厚度为约15μm至约500μm的反应 颗粒，特别优选采用厚度为25μm至150μm的反 应颗粒。
由于其扁平结构，因而就实现了大的比繁殖表面积 和/或比反应表面积，加之与多孔性材料相反，该表面 可以不受限制地接触。这种类似人们在狂欢节或除夕互 相抛掷的五彩纸屑的颗粒，其比重可根据材料或材料的 组合而任意选择，因而反应器中的颗粒不需要大的能耗 即能轻易流化，而且在必要时易于用泵输送。如果要在 充满液体的反应器中使用反应颗粒，则优选将颗粒的比 重调节得大致等于液体的比重。在废水净化反应器中使 用时，最好采用比重约0.85至约0.95的反应颗 粒。当反应颗粒在起动阶段长满生物群之后，其比重大 约为1，从而能悬浮在废水中自由浮动，并可以极小的 能耗使之处于运动状态，从而提高废水净化的经济性。 在生物废水净化、生物废气净化、发酵或一般生物学工 艺方法中使用反应颗粒时，反应颗粒上就产生一种很有 活性的生物膜，这种生物膜能不断更新。与现有方法相 比，用此方法，可以大大提高净化效率或产物收率。
而且本发明所述的方法不仅仅适于那些取决于在反 应颗粒上生长生物的应用场合。反应颗粒本身也可以用 来实施反应。此时，对反应颗粒的材料加以选择，使所 期望的反应在反应颗粒表面上进行。在此情况下，反应 颗粒可以起催化剂的作用，加速反应物之间的反应，或 者本身与反应物发生作用。
例如反应颗粒可以由金属箔构成，此时所用的金属 使所希望的反应得以进行。对此的一个例子是从饮用水 中除去硝酸盐。在此情况下，将饮用水例如在反应器中 与反应颗粒彻底混合。反应颗粒由铝箔块构成。在一定 条件下，轻金属将硝酸盐主要还原成气态氮。该反应在 pH值为9.1-9.3时最有效。
另一种可能性是，使用掺杂了反应性物质的反应颗 粒。例如用沸石粉掺杂(例如，用于从地下水中去除铵、 硝酸盐或氯化烃(CKW))，或者用铁掺杂(例如， 用于去除残余磷酸盐)。在一定的应用情况下，掺杂诸 如活性炭等吸附剂，也是有益的。
本发明的一个特别优选的实施方式是使用表面具有 一定结构的基本上呈扁平状的反应颗粒。特别是那些具 有直径约10为μm至约1,000μm，优选是 200-600μm孔的反应颗粒最为适宜。孔密度以 约100至约250个孔/cm2为宜。这种反应颗粒 用塑料箔制成，剪成面积各为约5mm2至约 1,000mm2的小块。
此外反应颗粒上的压花表明对方法的效率是有益的。 尤其以直径为10μm至1,000μm，深度至多为 0.5mm的凹陷为佳。而且采用对箔表面进行腐蚀或 糙化处理的方法，也能制备出具有有益性能的所需的反 应颗粒。
在采用生物方法时，例如在废水净化或废气净化时， 或发酵处理时，优选采用由聚合化合物制备的、经过表 面处理的反应颗粒。对此，所谓的电晕处理特别适宜。 电晕处理时，进行放电，释放出臭氧，它又侵蚀颗粒材 料基质，并产生自由价键。以此方法使颗粒表面的电学 性能得以改变，从而使微生物能更易于在表面上附着。
在对该方法进一步改进时，可考虑采用表面上诸如 以轧辊粘合法或套毛法覆有纤维的反应颗粒。也可以将 套毛(Vlies)通过粘贴或焊接披覆在上面。在表 面上优选覆以聚酯纤维或聚烯烃纤维。在此情况下，这 种带覆层的反应颗粒的覆层厚度最大为约0.5mm至 约1mm。可以单披覆，也可以双面披覆。所采用反 应颗粒本身的基本材料优选由聚烯烃构成，特别是聚丙 烯或聚乙烯。这些材料很便宜，并具有0.85至 0.95g/cm3的极其有利的比重。在长满生物群 之后，其比重为1左右，因而这些反应颗粒可以在长满 生物群的状态下悬浮于诸如废水等水溶液中。因此，只 需非常小的能量就能使反应颗粒处于运动状态。这特别 对废水净化工艺的经济性起着积极作用。另外聚苯乙烯 也适合作反应颗粒基本材料。
根据本发明构思的另一改进是，采用由塑料织物， 特别是热定型的塑料针织织物制成的反应颗粒。这些织 物基本扁平，但已具有一定的表面结构，通过此表面结 构可以进一步加速所期望的反应和微生物的生长。
优选在反应器中采用本发明方法。该方法特别适用 于废水净化和/或废气净化。为此，使反应颗粒在反应 器中，与废水和/或废气接触。本发明的另一方案是， 使废水和/或废气通过反应颗粒的流化床。此时，流化 床被输经其的废水和/或废气弄松散并在一定程度上悬 浮起来。若要将本发明用于废水净化，则特别优选利用 所谓的悬浮床原理。根据此原理反应颗粒在悬浮床反应 器中与废水完全混合。采用此方式，可实现废水中所含 物质与反应颗粒之间特别有效的物质交换，并且就流动 而言，实现了顺畅运行。颗粒被筛网或借助重力留在反 应器中。
该方法同样也适用于厌氧及需氧生物法废水净化。 在需氧性废水净化的情况下，建议充注纯氧，以满足非 常高的需氧量。
该方法特别适用于废水的硝化和/或脱硝。但也适 用于主量烃降解或残余烃降解。用本发明方法还可以同 时进行硝化、脱硝及烃降解。该方法同样适用于饮用水 和工业用水的制备。
在进行生物法废气净化时，废气或者被引导直接通 过反应颗粒的流化床，或者废气先被洗涤，然后在充有 反应颗粒的反应器中对载有废气所含物质的洗涤水根据 载体化合(结合)废水净化的方法进行处理。
如果该方法用在诸如生物法废水或废气净化，或者 发酵之类的生物法工艺中时，则在起动阶段在反应颗粒 表面上形成一种反应性生物膜。这时，废水或废气中存 在的杂质起着微生物的养料作用。为加速起动过程，或 者为处理特定的废水或废气，本发明的一种改进方案是， 用特定微生物接种反应颗粒。在此情况时，特别适宜的 反应颗粒是，其表面特性已采用上述处理方法加以改变， 因而生长缓慢、适用于降解废水或废气中所含异常物质 的微生物也可以在其上寄生。
由于本发明所采用的反应颗粒具有比通常在结合载 体生物废水及/或废气净化时所用的载体颗粒大得多的 比表面，因而比较小的反应器填充度就能达到同样的净 化效率。3%(体积)的厚度为0.2mm的本发明反 应颗粒就会得出300m2/m3(反应器)的反应器 比表面。最好将反应器充填量调节到使用于寄生的生长 表面积与反应器容积之比为50m2/m3至 2,000m2/m3的程度。
本发明方法可用于实施废水、饮用水或废气净化时 的各种完全不同的反应。对此，引起某些反应的反应颗 粒本身可以用反应性材料制备。例如可以用铝箔或PH B箔从饮用水中除去硝酸盐。另一方面，可以用反应性 物质(例如铁)对反应颗粒掺杂，这种反应性物质就其 本身而言又使反应得以进行。采用反应颗粒进行载体结 合废水和/或废气净化是特别富有前景的。此时，在反 应颗粒上寄生一层特别具有活性的生物膜，因而可获得 高的净化效率。
本发明与已有技术相比，显现出实质性优点。例如 由于反应颗粒的比表面积大，因而可实现废水反应器中 的非常高的单位反应器容积净化效率。体积小而且重量 轻的反应颗粒悬浮于水中，并可以以特别小的能耗用泵 输送或使之在反应器中运动。在考虑到所期望的比重、 稳定性及生理安全性的前提下，可以不受限制地选择制 备反应颗粒的材料。此外，由于制备反应颗粒的成本低， 因而本发明方法特别经济实惠。例如，反应颗粒可用废 旧塑料或再生材料来制造。