申请日1987.06.12
公开(公告)日1988.03.09
IPC分类号C02F3/20; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种污水生物净化方法，在此方法中，借助悬挂在净化池表面的浮动曝气管道上、并伸到池底附近的支管曝气装置向池中污水和活性污泥曝气，使其翻卷。本发明还公开了一个实施该方法的装置。为使设备以较小能耗达到最佳净化效率以及能将池内各区调整到所要求的运行条件，本发明建议：在一固定时刻整个净化池或其中一部分总是只有部分管道曝气装置供气，在下一时刻位于其旁的管道曝气装置供气，从而一个强供气区以波动方式移动通过净化区。
権利要求書
1、一种污水的生物净化处理方法，在该方法中首先在曝气池表面上间隔地安装有多条管道曝气装置，其上挂着几个一直伸到离曝气池底很近距离的支管曝气装置，运行时管道曝气装置来回浮动，从而池底支管曝气装置周期性地扫过池底;然后，在一个时刻仅仅其中一部分管道曝气装置完全供气，向池内曝气并翻转污水和活性污泥，而其他管道曝气装置或多或少地受到节流，从而仅仅在曝气池中完全供气的区域内才充分翻卷污水和活性污泥;经一定时间间隔后这种完全供气以波动形式从一部分管道曝气装置转移到另一部分最相近的管道曝气装置。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在一个特定时刻总有两条管道曝气装置完全供气，这两条管道曝气装置之间至少被一条不供气或者微弱供气的管道曝气装置隔开，然后总是在一个确定的时间间隔后，在同一方向上与其相邻的管道曝气装置供气。
3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：根据曝气池的含氧量、负荷大小和污泥状态来控制管道曝气装置完全供气的时间间隔。
4、按照权利要求1至3中任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：根据曝气池的含氧量、负荷大小和污泥状态来控制完全供气管道曝气装置的数量。
5、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：波动速度调节到使每个管道曝气装置每小时完全供气一至十次。
6、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：完全供气的时间间隔和/或完全供气的管道曝气装置数量是根据对所要求供氧量起决定作用的参数(如负荷和污泥量)自动进行调节的。
7、按照权利要求1至6所述的方法，其特征在于：仅仅一部分(至少50%)管道曝气装置以所描述方式可变地供气，而其余的则处于固定供气或者仅仅几小时轮换一次的长时间间隔的脉动供气状态。
8、按照权利要求6所述的方法，其特征在于：在一个具有污泥回流的设备中，根据管道曝气装置供气的控制/调节来控制或调节活性污泥的回流以及再循环水的回流。
9、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：由完全供气那部分管道曝气装置所提供的氧气量大于当所有管道曝气装置完全供气时这一部分管道曝气装置所产生的供氧量。
10、一种实施权利要求1至9中之一方法的装置，该装置有一个污水处理池，要净化的污水经入口流入该污水处理池，它还有几条可来回摆动的管道曝气装置，各包括一条空气供给管道和若干由空气供给管道供气的池底支管曝气装置，其特征在于：在每条管道曝气装置〔4，5，6，7，8，9，10，11〕的空气供给管道上安装了一个由中心控制单元〔21〕控制的节流阀〔22〕，该节流阀在进行控制时使通往相应管道曝气装置〔4至11〕的空气供给管道节流或完全关闭。
11、按照权利要求10所述的装置，其特征在于：空气供给管道是由橡皮管〔14〕制成的，节流阀〔22〕是个挤压阀。
12、按照权利要求11所述的装置，其特征在于橡皮管〔14〕内部挤压阀的作用点处安放了一个具有较小流通截面的刚性管〔36〕。
说明书
本发明涉及的领域是对污水进行生物净化的方法。
本发明还涉及到实施该净化方法所采用的装置。
在西德公开说明书DE-OS 28 34 899中描述了一个生物净化方法，在该方法中使用了许多相互分离的、飘浮悬挂着的、可以移动的管道曝气装置，它起到大面积均匀曝气和使污水中活性污泥翻卷的作用。该设备特别突出的优点在于：在大的、尤其是建造在地面上的地面曝气池中实现了一种有规律的低负荷的活性污泥净化法而不必用一个机械装置来翻卷曝气池中的污水和活性污泥，也就是说对于曝气池中活性污泥的各种活化条件进行控制是随时用相当小的能耗来实现的。
在公知的活性污泥净化设备中空气是同时在池底支管曝气装置的全部范围内进入曝气池来进行曝气和翻卷，从而在曝气池整个长度上均匀进气。通过管道曝气装置的移动，活性污泥在曝气池中无处沉淀，而受到破坏。
在公知设备中，一直伸展到池底的支管曝气装置在曝气池底面上往返运动，抓住活性污泥，使其翻转，并且借助于上升的空气流和水流把它从曝气池底拖走，且阻止活性污泥的沉积部分在曝气池底停留时间太长而缺少氧气供给。
尽管这个系统有相当低的翻转能量消耗，但在低负荷期间(如夜间或周末)翻转所消耗掉的能量比供氧本身所必需要的能量要多。这 导致在曝气池中出现不希望要的含氧量，也就是说对该方法产生不希望有的影响。
借助固定安装在曝气池池底的支管曝气装置来进行工作的、或者具有喷嘴型翻卷装置的净化设备属于高负荷设备，它以10-15瓦/米3的基本能耗运行。此外，它要求一个水平的、固定良好的曝气池池底，以便固定在其上的支管曝气装置能水平地布置在池底上，这是均匀曝气的前提。在这样的设备中一再试图用各个固定安装的池底支管曝气装置的间歇曝气来进行工作。第一次试验可追溯到1915年英国的文献1141号。在欧洲专利申请01 45 647中描述了最近在这方面所作的努力。然而在这些设备中出现了各种各样的问题。在这里主要问题之一在于：固定安装的池底支管曝气装置易被堵塞，这种设备在间歇运行时尤其应引起注意。一旦用固定安装的池底支管曝气装置进行工作的设备被堵塞，那么人们仅仅在关掉该设备并排空曝气池时才能进行清洗。这导致该设备停机，造成很大的浪费。此外，污泥不仅沉积在池底支管曝气装置上，而首先沉积在关闭的支管曝气装置之间，当池底支管曝气装置打开后也不能再使污泥转变成翻卷运动，而是停在池底上(在某些情况下而失去作用)，对整个活性污泥处理过程产生相当不利的影响，更确切地说，使此活性污泥处理过程停止。
在现有技术中已公知了不同的装置来完成特殊的过程，如脱氮。因此用一个特别附接上的起脱氮作用的处理池来工作是公知的。也已经公知：可将许多池一个接一个地串接在一起，从而在各个池中进行所希望的特殊过程。此外已经公知：这样的操作程序可在一个设计成环形通路、进行循环的池中进行，在该池中形成不同的工作区。在缺 氧区内安装螺旋浆。这些池以每秒最少0.3米流速来运行。
本发明的任务是提供一种污水净化方法和实施该方法的装置，在此方法中有可能达到一个最佳的、与当时各种变化相适应的、改进的净化处理过程，尤其适用于那些低负荷地面曝气池。
为解决此任务采用了一种污水的生物处理方法，在该方法中，首先在曝气池表面上间隔地安装了多条管道曝气装置，其上挂着多个一直伸到离曝气池底很近距离的支管曝气装置，运行时管道曝气装置作往返移动，从而池底支管曝气装置周期性地扫过池底，在一个时刻仅仅其中一部分管道曝气装置完全供气，向池内曝气并翻卷污水和活性污泥，而其它管道曝气装置或多或少受到节流，从而仅仅在曝气池中完全供气的区域内才充分翻卷污水和活性污泥，经一定时间间隔后这种完全供气以波动形式从一部分管道曝气装置转移到另一部分最相近的管道曝气装置。
本发明的方法借助各个自身摆动的管道曝气装置的供气变化而形成一个或多个通过曝气池的波(强曝气区域)，而另一方面强曝气区之间形成极弱的或者完全不曝气的区域。这些区域不断地移动通过曝气池，则在这些移动区域的状态下完成的过程反复出现，它总体叠加起来就全部完成了这一过程。例如起脱氮作用的区域不断通过曝气池，那么在高效率曝气池内同时完成了脱氮。一方面由于池底支管曝气装置摆动的叠加，另一方面由于各个管道曝气装置周期性供气，结合起来就产生了一种有很多技术方面优点的方法。此外，这种方法还有这样的优点：在很低含氧量(例如上限为0.3毫克/升)能完成所谋求的特殊过程。这提高了设备在运行时的可靠性。尽管含氧(O2)量是如此低，不用螺旋桨能形成这些摆动区，并由此而可能完成特殊 过程。这可以形成精确划定的狭窄区，因为在曝气池每个位置上作摆动的、精确划定的垂直区域内实现彻底混合。而与此相反在水平方向展开的彻底混合几乎不能实现。这就出现一些精确划定而在水平方向只有少量扩展的区域，然而由于这些摆动区域通过曝气池，在曝气池的每个位置上能形成这些区域。水通道与这些区域相垂直。通过各个池底支管曝气装置偶尔产生的移动完成了自身的净化，以致在各个池底支管曝气装置停止曝气时活性污泥沉积在这些支管曝气装置上，而在池底支管曝气装置移动时将活性污泥冲刷掉。尽管各个池底支管曝气装置暂时发生关闭，也不会造成池底支管曝气装置的最终堵塞。
根据本发明所作的组合-一方面利用摆动的管道曝气装置和悬挂在其上的支管曝气装置来进行曝气和翻卷，另一方面仅仅其中一部分管道曝气装置完全供气-通过适当选择叠加的摆动运动时间间隔和曝气的空气量使得有可能完成可变化的运行过程。
一个这样运行的设备可以在低负荷期间(例如在还没有全部完成的管道系统情况、不断增加的居民区、在夜间或者假日)保证总有一个从工艺技术角度来看是最佳配合的运行。
本发明方法同样利用了这样的认识：可以或者希望在确定的期间内允许活性污泥部分下沉或活性污泥沉积在池底区，那时在这些区域几乎不产生供氧。也已经证明，只要保持住这确定的时间期限，即使在这些区域内不供氧，这些区域也不会破坏，也就是说不会受到损害或完全失去功能;相反这些区域被激发得有较高的净化效率，也就是说有较高的营养物降解。因为摆动的池底支管曝气装置周期性地掠过池底，保证了在确定的时间期限内整个池底都被扫过，从而在池底各处沉积的污泥不断被刮到高处，一起作翻卷运动。因此在本发明的方法 中在池底任何区域不会出现固定安装的池底支管曝气装置中所发生的失效情况。相对于采用固定安装池底支管曝气装置工作的设备来说，本设备还有本质的优点，可以完成以低含氧量为前提的过程。这只采用以固定安装的池底支管曝气装置来工作的设备是办不到的，因为这些设备要求消耗相当大的基本能量来进行翻卷，从而不再能保持这些过程所要求的低含氧量。
各个摆动的管道曝气装置的供气能按照要求作最佳匹配，例如可这样来实现：在一个确定时刻总有两条管道曝气装置完全供气，这两条管道曝气装置至少被一条不曝气的或者微弱曝气的管道曝气装置隔开，然后在确定的时间间隔后总是沿同方向相邻的管道曝气装置供气，如在一个曝气池上并排设置了八条管道曝气装置，在运行中第一条和第五条开始完全供气，而所有其余管道曝气装置仅仅很微弱地或完全不供气。在一个确定的时间间隔后第二条和第六条管道曝气装置完全供气，而其余的管道曝气装置，尤其是第一条和第五条管道曝气装置转变成部分供气或完全关闭。这样依次向下进行，直到最后第四条和第八条管道曝气装置对受其影响的位置形成强烈曝气区为止。然后再从第一条和第五条管道曝气装置重新开始供气。
根据摆动的管道曝气装置数量、曝气池的尺寸、负荷或者在含水量较少的污泥情况下可以在一个时刻总是有两条相邻的管道曝气装置(管道曝气装置对)供气，还有另一对管道曝气装置也供气，它与第一对之间由多条不供气或微弱供气的管道曝气装置隔开。曝气区的移动是由各条管道曝气装置的摆动运动叠加而成的，这个移动是这样产生的：每次每对中的一条管道曝气装置关闭，同时把继续完全供气的管道曝气装置另一侧相邻的管道曝气装置打开。
可以想象，仅仅对曝气池的一部分区域以移动方式供气，而另一部分总是或暂时在持续供气条件下进行。曝气池的各个部分也可以以不同频率或不同强度供气。当人们想要经常或暂时对曝气池进口区作完全混合，而使其他区域位于快速波动供气时，这是很有意义的。如果要想在曝气池出口处达到一个均匀的含氧量，则在那里设置对该区来说有足够数量的支管曝气装置来进行完全或暂时供气，而另一方面曝气池的其余部分处于一个或多个交变过程。
专业人员很清楚，除了所描述的例子，具有自身摆动的、波状供气的管道曝气装置的新方法在生物处理过程方面对可控性、匹配和微调也体现了相当大的进步，从而在曝气池中产生了使用现有技术中固定的池底支管曝气装置不可能实现的全新的过程。这就意味着，根据要保证的生物污泥工作情况，对上述方法再作些变化是可能的。这些方法仅仅利用所提到的低能量水平的设备才能完成。
摆动的管道曝气装置供气的时间间隔、以及强烈曝气移动通过曝气池的速度主要根据氧气含量、负荷大小、污泥状态来控制。然而作为下限的最小速度必须要足够大，使得活性污泥颗粒在沉积到池底后不会失去功能或者受到损害。因此，要实现与当时污泥指数(如含水率低的污泥)的最佳匹配，从而能达到与此相关的、满足要求的最低能耗。
此外，根据氧气含量、负荷大小和污泥状态来控制完全供气的摆动管道曝气装置数目是很有利的。例如当根据负荷大小来控制时，则管道曝气装置完全供气的频率可按照氧气需求量调节到具有最低能耗的最佳状态。已经证明，在大多数情况下，每个管道曝气装置每小时一至十次全部供气的波动传播速度就足够了。
该方法另一种十分有利的发展形式是：完全供气的时间间隔和/ 或管道曝气装置完全供气的数目是根据对必需的供氧量起决定作用的参数(如瞬时负荷和污泥量)来自动调节的。为了在连续运行中实现这样的调节，人们可以测量各种对必需的供氧量起决定作用的参数。例如借助适用的测量仪表获得曝气池中的入口流量(米3/小时)，或入口温度。也可以用测试手段来得到入口处的PH波动值或者强耗氧量。也可以测量水的浑浊度。然后可以将这些测量结果送到一个中心计算单元(如计算机)上，并由其作出相应的评价，然后根据这些测量结果(必要时再加上由污水或设备所特定的“程序”)自动地使各管道曝气装置供气。例如按照得到的测量值在局部地区(如进口区)供给较多的氧或者使氧气输入源很快地通过曝气池。所有这些都允许设备有一个独立的然而是最佳的运行，在该运行中按照特定的方法流程达到最佳的净化。
该方法另一个十分有利的扩展是：完全供气的管道曝气装置这一部分所供给的氧气量要大于所有管道曝气装置完全供气时这一部分所供给的氧气量。这也就是说：相对于所有管道曝气装置全部工作的设备中单条管道曝气装置流出的空气量来说，本发明每条管道曝气装置能送出更多的空气。假定在传统的设备中有十条同时完全供气的管道曝气装置。本发明方法与此相反，首先供气量减少到总量的50%。但是这个空气量不是分配到五条管道曝气装置上，而仅仅分配在较少的管道曝气装置上，比如说两条，从而在那里空气送入量有了本质的提高。在极端情况下甚至在短时间内由一条管道曝气装置来供给。这种集中输入空气带来很多优点。例如可以使污水池中出现的污泥堆局部松散开。这样一来，在十条管道曝气装置情况下十倍空气输入量可以集中到一条管道曝气装置上，事实上通过单条管道曝气装置的移动以 及每个管道曝气装置一个接一个地供气，这十倍空气输入量能到达池底的每个位置。此外，由于池底支管曝气装置在短期内达到高的额定空气输入量以及其摆动所起到的清洗作用，使各个池底支管曝气装置不致堵塞，因为堵塞物会被增大的空气输入量不断地吹掉以及随着很强的摆动和较强的流动而被移走。在摆动的管道曝气装置中各条管道曝气装置局部加强的空气输入量会产生相当大的波幅，因而对污泥产生一个强烈的翻卷作用。
在特别严重的池底堆积情况，例如较长时间停电或者其它停机(季节性运行)之后或者在增加过量的粪便污泥之后，人们会把整个设备的空气势能集中到几个摆动小的曝气装置系列，从而它们过量地供给空气。一种所谓的翻卷波移动通过曝气池，这种翻卷运动由于管道曝气装置同时发生摆动运动必定随着时间推移而到达整个池底范围，因此设备再次回到正常状态。
按照本发明完成活性污泥处理方法的装置之优点在于：每个摆动管道曝气装置的供气管道上安装了一个受中心控制单元控制的节流阀，在调节空气供给量时该节流阀使供气管道节流或关闭。一个安装在每个供气管道上的节流阀允许各条摆动管道曝气装置的供气管道单独供气、关闭或节流。这为单独调节创造了先决条件，例如该调节可以由中心控制单元来完成，此中心控制单元不仅可以控制摆动管道曝气装置完全供气的时间间隔，也可以控制同一时间完全供气的管道曝气装置数量。这种空气输入频率和数量方面很大的灵活性使得有可能在尽量低的能耗情况实现与不同负荷的灵活匹配以及在各种处理技术特定状态和变化(尤其是活性污泥处理)情况下卓越的可调节性。
至于可调节性，在这里特别强调一下上述处理技术特定状态所需 要的微调。固定安装的池底支管曝气装置进行这样的微调原则上是不可能的，因为不能保持微调所要求的均匀入口压力。在一个净化设备中水平面总是波动着，同时池底由于后来的沉积而变得高低不平。因此对于固定在池底的支管曝气装置系列来说入口压力也是波动的，该入口压力随着水平面以及池底情况而有较大的差别。为了能在一个均匀入口压力条件下工作，则要求每个支管曝气装置系列有一个专用的空气压气机，但是这是不经济的。与此相反，借助于飘浮和摆动的管道曝气装置，池底支管曝气装置总是保持在相同的平面上，而与水平面无关，因为到水表面的距离总是保持常数。这以极其简单的方式创造了微调的先决条件，因而产生了处理技术的特定状态。
在一个具体安排中，每个供气管道是由橡皮管制成的，节流阀采用一个挤压阀。例如挤压阀可以借助压缩空气来控制供气。各个挤压阀就能通过一个中心压缩空气管道和相应的阀门来控制。通过不同的加压，挤压阀使橡皮管中气流横截面变窄，从而以极其简单的方式对空气输入量实现所希望的节流。
允许将节流阀事后与控制单元一起安装到现有的设备上，从而用一个简单的方式可以将现在已运行的设备改装得适用于本发明方法。
不完全停止向那些不完全供气的管道曝气装置输送空气来避免由此而产生的堵塞可能是很有好处的。若对那些不完全供气的管道曝气装置保持微小的供气，则吹出的空气将使支管曝气装置的布气孔不会堵塞。对于这种情况，可以在橡皮管内部挤压阀作用点处装入一个小横截面的刚性管，从而借助此刚性管，挤压阀决不会完全堵死橡皮管。
按照本发明的装置和方法优先应用于所谓的活性污泥处理的设备，但也适用净化池塘设备或者用摆动的、飘浮悬挂的管道曝气装置向湖 泊或其它地方供气的情况。