采用间歇曝气、接触氧化及生物吸附的废水高级处理系统
发明领域
本发明涉及一种采用能够更有效地同时除去废水中的氮和磷的间歇曝气和接触氧化、使用流入有机物的后脱氮过程的废水高级处理系统。
背景技术
废水中的污染物质可以被分为用生化需氧量(BOD)表示的有机物、氮和磷等营养盐类。目前为止,在废水处理场时,主要是以有机物作为处理对象,相当部分的氮和磷没有被除去而排放到河川和湖泊中,从而成为富营养化和赤潮产生的原因,因此废水高级处理一直成为人们切实的期望。
在废水处理时能够使用的以往的氮、磷的除去过程大致分为后脱氮过程和前脱氮过程。用甲醇、乙酸,在前阶段的氮氧化槽中生成的氮氧化物用后续的脱氮反应槽还原的后脱氮过程具有运转管理容易、处理效率优异的优点,但由于要筹备甲醇,其问题是所需处理费用过多。
为了减轻将甲醇供给电子给予体,处理费用的提高,将废水中的有机物用于脱氮的前脱氮过程,其构造具有如下问题:需要将氮氧化槽的反应液内部循环到前阶段的脱氮反应槽,内部循环流量是流入废水量的2~4倍,因此泵设施费和动力费及设施管理费过多,从氮氧化槽游离的氧也通过内部循环水逆流流入脱氮反应槽,因此造成有机物被浪费,且脱氮效率低,难以在最佳条件下运转。
为了消除由于该内部循环和筹备甲醇所带来的问题,出现了研究开发将废水中的流入有机物进行回收,代替甲醇用作脱氮源的后脱氮过程的倾向。其中一例为将流入废水中的固体有机物沉淀的生泥浆发酵而生成有机酸用于脱氮反应。
但是,该方法具有限制性,适用于具有沉淀可能的固体有机物大量含在废水中的情况。
作为将废水中的有机物回收,用于后脱氮反应的其它方法,该方法为使流入有机物吸附于活性泥浆,使其沉淀而用于后脱氮反应。
该方法由于具有非沉淀性的胶体粒子尺寸的有机物也被活性泥浆吸附、回收,因此对于有机物不足、C/N比低的废水的高级处理具有研究价值,以下通过该方法对以往技术的内容进行说明。
图1表示用于将流入废水中含有的有机物用活性泥浆吸附的后脱氮反应的以往方法的实例,其过程的说明如下所述。
其由流入废水中的有机物被输送,用活性泥浆进行吸附,磷被放出的厌氧性吸附槽、将吸附后的泥浆分离,将上澄水流入氮氧化槽第1沉淀池、吸附有机物被分离的上澄水中含有的有机物和氮氧化物被氧化的氮氧化槽、氮氧化槽流出水被进行固液分离的第2沉淀池、第2沉淀池的上澄水中含有的氮氧化物被从第1沉淀池移送的活性泥浆吸附的有机物还原的脱氮槽、残余有机物被分解,完成磷的过剩摄取反应的再曝气槽、对再曝气槽流出水进行固液分离,将沉淀泥浆移送到吸附槽,上澄水作为处理水流出的第3沉淀池构成。
根据图1的方法,3个沉淀池中,每个沉淀池都需要泥浆移送配管、泥浆移送泵设施,因此需要过多的设置费和维持管理费、占地面积。特别地,由于单位过程数多而复杂,因此具有运转管理难的问题,因此不是希望使用的方法。
图2为一个对图1的方法进行改善后的以往的方法,其构成为在氮氧化槽填充生物膜载体,微生物附着于载体而增殖,省略了1个后续的沉淀池,吸附槽由需氧性槽构成。由于吸附槽为需氧性反应槽,因此第1沉淀池中的沉淀效率得以改善,在第1沉淀池被回收的泥浆被移送到脱氮槽之前,其构成必须包含经过脱磷槽。由于追加了脱磷槽,需要设置费和维持管理费、广阔的空间,单位过程数多而复杂依然没有消除。此外,吸附槽为需氧性单一条件,在需氧性条件下,有机物氧化量增多,其构成使本应最大限度用于脱氮反应的流入有机物被浪费。
将被活性泥浆吸附的流入有机物用于脱氮反应的以往的技术所涉及的图3所示的方法,由于在氮氧化槽填充有生物膜载体,因此中间阶段的1个沉淀池被省略,由于在厌氧性下运转吸附槽,第1沉淀池中回收的泥浆在流入脱氮槽之前所经过的脱磷槽也可以被省略。因此,图3所示的方法是以往技术中过程最简单的,在韩国,人们发现尽管为比最近研究的图1和图2所示的方法更早开发的方法,工艺构成的单纯性和经济性方面反而进一步提高(Water Science Technology.Vol.34,No.1-2,pp.119-128,1996)。
但是,图3所示的方法为了应用于具有实际规模的处理场合,也存在着需要解决的课题,以下按单位过程的顺序对该问题进行说明。
首先,该问题与第一过程中的上述吸附槽有关,由于上述吸附槽在厌氧性的单一条件下进行运转,具有可以省去其它脱磷反应槽的优点,但是,在第2沉淀池中,在2~3小时非曝气条件下停滞的活性泥浆在吸附槽中仍在厌氧性条件下滞留,因此有可能活性降低,流入有机物的吸附效率有可能劣化,第1沉淀池中的沉降性有可能降低。
如果吸附效率劣化,在后续的接触氧化槽中有机物负荷增加,有机物被浪费,氧需求量增加,曝气动力增加,氮氧化也降低。如果泥浆的沉淀性降低,则流入接触氧化槽的有机物负荷增加,产生恶性循环。
以下为与以往方式的上述接触氧化槽有关的问题,由于上述接触氧化槽在需氧性的单一条件下进行运转,因此氮氧化顺利完成。但是,从第1沉淀池流入的溶解性有机物在氮氧化过程中完全被氧化,因此无法全部用于脱氮反应。因此,当流入废水中的有机物主要由胶体粒子构成,具有更小的溶解性时,在吸附槽无法被活性泥浆吸附,几乎全部流入上述接触氧化槽而被氧化,由于被活性泥浆吸附的固体有机物也少,因此在后续脱氮反应槽中有机物不足,氮除去效率劣化。由于排水区域的过大,与处理场有一定距离,如果废水滞留时间延长,固体有机物几乎解体成为具有溶解性,因此上述问题将变得更为深刻。
特别地,在C/N比低的水中,难于被活性泥浆吸附,无法回收,不论能否将溶解性有机物最大限度地应用于脱氮反应,如果为以往的技术,流入为需氧性条件的接触氧化槽的溶解性的有机物将全部被氧化。此外,由于将上述接触氧化槽连续在需氧性条件下运转,因此氧传送效率低,曝气动力效率也无法满足。
由于上述脱氮槽常常为用非曝气搅拌的处于厌氧性状态的反应槽,因此其构造无法灵活地应对流入条件的变化。例如,当流入水的氮化合物浓度增加,在前阶段的接触氧化槽中氮氧化无法充分进行时,在上述脱氮槽中,无法正常进行脱氮反应,氮的去除不足。
作为与沉淀池的非经济性相关的问题,在上述过程中需要2个沉淀池,从上述2个沉淀池中抽出泥浆,分别移送到其反应槽中,因此需要2组的泥浆移送泵,从而过多地需要设施费和动力费。
作为在将标准活性泥浆过程用上述以往的技术所涉及的高级处理过程改善中出现的问题,目前为止,韩国几乎所有的废水处理场用由主要进行有机物处理的第1沉淀池、活性泥浆曝气槽、第2沉淀池简单构成的标准活性泥浆过程进行建设和运转,向高级处理过程的改善迫在眉睫。但是,韩国废水C/N比低,用于高级处理的流入有机物不足的情况多,因此希望采用能尽可能多地回收有机物的高效后脱氮方法,从而提出了用输送泥浆吸附流入有机物的用于后脱氮反应的方法。
但是,由于没有为了将以往的标准活性的泥浆过程改善为高级处理设施而被吸附槽替代的构造物,多数情况不需要建造的占地,为了回收吸附了有机物的泥浆,向第1沉淀池追加流入输送泥浆,追加流入的泥浆由于从沉淀池的下部抽出,如果以越流流量为基准,不会产生通过沉淀池水面流出量不足的问题,但是,由于有过多的流量流出,因此有时由于涡动而产生沉淀池效率的劣化。
此外,多数场合是在以往标准活性泥浆曝气槽中设置有在水面进行旋转车不断旋转的曝气和搅拌的表面曝气机。此时,固定载体成为曝气和搅拌的障碍,为了不成为曝气槽的搅拌障碍,不使流动载体与旋转车发生碰撞而破损,对使用的生物膜载体进行限制,使设置的表面曝气机以散气式交替时,由于原有装置的废弃和新增,而带来非经济性的问题。
本发明为了解决上述以往技术存在的问题而提出,因此其目的在于提供一种使有机物的回收率提高,能够灵活应对流入条件的变化,能够简便而经济地适用于以往处理时的高级处理改善,高效率使用流入有机物的高级处理系统。
发明内容
为了解决由于在以往的技术中吸附槽由需氧或厌氧性的单一反应槽构成而产生的问题,在按吸附槽、第1沉淀池、接触氧化槽、再曝气槽、第2沉淀池的顺序,将第2沉淀池的沉淀泥浆移送到第一反应槽,第1沉淀池的沉淀泥浆输送到第二反应槽而构成的工艺中,为了使厌氧和需氧条件交替进行,在本发明中,上述吸附槽由具备根据所设定的条件使曝气和非曝气搅拌交叉反复的间歇曝气手段的间歇曝气槽构成。
根据上述间歇曝气槽,可以消除以下非经济性因素:如果为采用需氧性单一条件下运转的图2所示的以往技术的吸附槽,在连续需氧条件下有机物被氧化和浪费;从第2沉淀池流入上述需氧性吸附槽的输送泥浆中所含有的氮氧化物没有脱氮而流入后续的过程中;为了脱磷反应必须设置通向第1沉淀池的泥浆移送管道的其它脱磷反应槽。
此外,可以减轻下述问题:在采用在厌氧性的单一条件下运转的图3所示的以往的技术中,作为吸附槽的问题,从非曝气停止状态的第2沉淀池输送的活性泥浆由于流入厌氧性条件的吸附槽,长时间暴露于不能连续供给空气的非曝气条件下,因此活性泥浆的活性降低。此外,在第1沉淀池中沉淀性降低的问题也得以改善。
采用本发明的上述间歇曝气槽,在非曝气搅拌状态的厌氧性条件下,完成了流入泥浆中所含有的氮氧化物的脱氮反应,完成了从活性泥浆微生物中放出磷的脱磷反应;在同一反应槽中进行再曝气,如果转换为需氧性条件,由于采用活性泥浆微生物而完成了磷的超过摄取,因此流入水中的磷被去除,由于需氧性条件被反复,因此微生物的活性及沉降性得到改善。这样,通过厌氧和需氧条件的交叉反复,一方面有机物被浪费,活性和沉降性降低,有机物的吸附量没有减少,即使不追加通向第1沉淀池的泥浆输送管线的其它脱磷反应槽,也能够高效地将磷除去,由于为在没有溶解氧素的厌氧性条件下周期性将曝气再开的间歇曝气槽,因此曝气效率也被提高。
这里,上述间歇曝气手段的动作为使定时器或其感应部在反应槽内设置的DO浓度控制器和ORP控制器连动。特别地,在对吸附槽的吸附效率和沉降性进行确认的过程中,为了能够向间歇曝气周期的调节反映,采用使感应部在第1沉淀池的水面设置的MLSS计测器与上述曝气手段连动的方法。
上述间歇曝气手段可以使用散气器与水中搅拌器的组合装置,表面曝气机与水中搅拌器的组合装置或发明人已发明的,常用的泵-喷射器方式的间歇曝气装置等已知的技术。
此外,为了消除由于以往技术的接触氧化槽为需氧性的单一条件反应槽而产生的问题,在本发明中,其用在上述接触氧化槽中配备了间歇曝气手段的间歇曝气接触氧化槽构成。即,上述间歇曝气接触氧化槽在曝气状态、需氧性条件时,完成了氮化合物转化为氮酸盐的氮氧化,在非曝气条件、厌氧性状态下,需氧性时生成的氮氧化物和经第1沉淀池流入的输送泥浆中含有的氮氧化物被从第1沉淀池流入的具有溶解性的异分解性有机物还原而完成脱氮反应,因此不足的有机物被最大限度地灵活用于脱氮反应,改善了氮的去除效率。
特别地,通过上述间歇曝气接触氧化槽的脱氮反应,流入作为后续过程的脱氮反应槽氮氧化物减少,在流入水中可被活性泥浆吸附的胶体以上的固体有机物不足,在主要为大量溶解性有机物时,如果为上述间歇曝气接触氧化槽,以往方式的单纯的需氧性接触氧化槽只能将其全部消耗的溶解性有机物在非曝气搅拌条件下被用于脱氮反应。
为了改善由于以往技术的脱氮槽为厌氧性的单一条件反应槽而产生的不灵活的弱点,本发明由在上述脱氮槽配备间歇曝气手段的间歇曝气槽构成。上述脱氮槽在被曝气的需氧性条件下能够追加氮氧化反应,由于在非曝气搅拌状态的厌氧性条件下完成了脱氮反应,因此能够灵活地应对流入水质的变化。这里,从第1沉淀池移送的有机物所吸附的泥浆只在上述脱氮槽为非曝气搅拌条件时注入,因此能够防止有机物的浪费和氮氧化反应受到阻害。
在以往的技术中,作为需要过多沉淀池附带设施的问题,为了消除需要2组以上泥浆抽出及移送的泵设施所带来的非经济性,在本发明中,在上述吸附槽中设置的搅拌机用水流吸入管所配备的泵和喷射器构成,喷射器的水流吸入管与从第2沉淀池移送泥浆的移送管相连通。对该动作过程进行说明,如果上述泵,通过上述喷射器水流被喷出,由于在喷射器内部喷嘴的后面形成了负压,因此从第2沉淀池抽出的泥浆通过上述水流吸入管被吸入,在喷射器的内部与泵的流出水混合的同时而喷出,完成了上述吸附槽的内部搅拌,因此省略了其它泥浆移送泵,因此很经济。
此外,在上述脱氮槽中还设置有水流吸入管所配备的泵-喷射器,通过吸入搅拌第1沉淀池的泥浆,省略了其它泥浆移送泵,通过搅拌用喷射器-泵移送泥浆。
在将以往的标准活性泥浆过程改善为本发明的高级处理过程中,为了消除没有被吸附槽所代替的构造物,多数情况没有能够建造的用地等问题,在本发明中,当为圆形沉淀池时,通过增大其中心存在的沉淀池流入部,当为长方形沉淀池时,通过增大存在于其一侧的沉淀池流入部,用吸附池构成,并且用一体型构成吸附池与第1沉淀池。即,为了不使由于在第1沉淀池所设置的流入水形成的涡流产生沉淀效率的降低,在整流壁内部的沉淀池流入部设置有搅拌手段,以使整流功能和流入水流均一地在沉淀池的整个水面进行分配,用作吸附槽。上述第1沉淀池为形成泥浆覆盖层的上向流型构成,在上述泥浆覆盖层的内部也进行着有机物的吸附反应。
将以往标准活性泥浆过程所采用的曝气槽改善为接触氧化槽时,为了消除在曝气槽的水面设置的表面曝气机与流动状的生物膜载体发生碰撞而破损,本发明中,在上述表面曝气机的旋转车的侧面和下部设置有水流和气泡能顺利流过而填充的流动状的载体不能流过的网目尺寸的过滤网或格子状的网体。
附图的简要说明
图1~图3:采用以往技术的处理系统图。
图4~图6:本发明的第1~第3实施例的处理系统图。
图7:本发明的泥浆吸入型搅拌装置的概念图。
图8:本发明的吸附槽一体型沉淀池的概念图。
图9:本发明的表面曝气机的概念图。
具体实施方式的描述
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图4为本发明的高级处理系统的第1实施例的系统图。
本实施例中的处理系统从废水的流入开始,按吸附槽1、第1沉淀池2、接触氧化池3、脱氮槽4、再曝气槽5、第2沉淀池6的顺序构成,上述第1沉淀池的沉淀泥浆7被移送到上述脱氮槽,上述第2沉淀池的沉淀泥浆8被移送到上述吸附槽,在上述接触氧化槽中填充有生物膜载体,上述吸附槽由设置有为用于使厌氧和需氧条件交替进行从而使得根据设定的条件曝气和非曝气搅拌交叉反复的间歇曝气手段的间歇曝气槽构成。
由于使上述吸附槽中设置的间歇曝气手段的曝气和非曝气搅拌动作与感应部在上述第1沉淀池水面设置的MLSS计测器连动,因此由于吸附效率和沉淀性,上述间歇曝气槽被连通。
图5为本发明的高级处理系统的第2实施例的系统图。
本实施例中的处理系统从废水的流入开始,按吸附槽1、第1沉淀池2、接触氧化池3、脱氮槽4、再曝气槽5、第2沉淀池6的顺序构成,上述第1沉淀池的沉淀泥浆7被移送到上述脱氮槽,上述第2沉淀池的沉淀泥浆8被移送到上述吸附槽,在上述接触氧化槽中填充有生物膜载体,上述吸附槽和上述接触氧化槽由设置有用于使厌氧和需氧条件交替进行从而使得根据设定的条件曝气和非曝气搅拌交叉反复的间歇曝气手段的间歇曝气槽构成。
图6为本发明的高级处理系统的第3实施例的系统图。
本实施例中的处理系统从废水的流入开始,按吸附槽1、第1沉淀池2、接触氧化池3、脱氮槽4、再曝气槽5、第2沉淀池6的顺序构成,上述第1沉淀池的沉淀泥浆被移送到上述脱氮槽,上述第2沉淀池的沉淀泥浆被移送到上述吸附槽,在上述接触氧化槽中填充有生物膜载体,上述吸附槽和上述接触氧化槽及上述脱氮槽4由设置有用于使厌氧和需氧条件交替进行从而使得根据设定的条件交叉反复进行曝气和非曝气搅拌的间歇曝气手段的间歇曝气槽构成。
这里,优选当上述脱氮反应槽为非曝气搅拌条件时,注入第1沉淀池中沉淀的泥浆。
图7与采用吸附槽和脱氮槽的搅拌手段使从第一或第2沉淀池移送的泥浆流入的实施例有关,由于省略了其它的泥浆移送泵设施,因此很经济。
图8为与将圆形沉淀池的中心部配备的整流部用于吸附槽的吸附槽一体型沉淀池有关的断面图。
上述吸附槽1为由在上述第1沉淀池中配备的,增大对流入水的涡流进行整流从而使流入水流在沉淀部均一分配的整流壁内部的流入部,并将其下部堵塞,其内部设置有搅拌手段13或间歇曝气手段而构成的沉淀池一体型的吸附槽。
这里,上述第1沉淀池为由向上述吸附槽的周边延伸的多个有孔管构成的分配手段15和采用使沉淀池的整个水面均一流出的水中孔板或V型凹口越流溢水口的上澄水集水手段14构成的,内部形成泥浆覆盖层16的上向流型沉淀池。因此,由于在泥浆覆盖层的内部也进行着有机物的吸附,因此很有利。
图9为在接触氧化槽3中填充有流动状生物膜载体20,其水面设置有由旋转车的旋转而构成的表面曝气机17,为使上述旋转车和上述流动状的生物膜载体不发生碰撞而配备的过滤网或格子状网体19的装置构成的实施例。
如上所述,如果采用本发明的废水高级处理系统,由于流入有机物不被浪费而被最大限度地用于脱氮反应,因此即使在象韩国那样C/N比低的废水中,也能够使氮除去效率显著提高,即使省略了其它磷放出反应槽也具有优异的磷除去效率,并且即使流入水的条件发生变化也能灵活应对。
此外,如果使用本发明的通过喷射泵使搅拌装置和沉淀池一体型的吸附槽,用格子状网体保护旋转车的表面曝气机,能够容易并且经济地将以往的标准活性泥浆废水处理设施改善为本发明的高级处理系统。