CN1539762A - 使用自粒化活性污泥的污水处理设备及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过粒化活性污泥处理污水的设备及其方法。该污水处理设备包括：厌氧粒化罐，用于粒化悬浮的微生物；第一输送管，用于输送除在厌氧粒化罐中粒化的污泥以外的厌氧粒化罐上层清液；间接充气罐，用于为通过第一输送管输送的上层清液提供氧；第二输送管，用于输送饱和了溶解氧的水溶液；需氧粒化罐，用于粒化悬浮的微生物；第三输送管，用于将除在需氧粒化罐中粒化的污泥以外的需氧粒化罐上层清液输送到厌氧粒化罐；以及排放管，用于将在一系列的厌氧粒化罐、第一输送管、间接充气罐、第二输送管、需氧粒化罐和第三输送管中反复循环之后得到的处理之后的水的上层清液排出。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备和方法，更具体地说，涉及通过将氮、磷以及有机物粒化并形成污泥而将它们从污水中去除的污水处理设备，及其污水处理方法。
背景技术
传统上，污水处理设备包括厌氧反应器、缺氧罐、充气罐和沉淀罐，利用悬浮的微生物通过生物方法去除氮和磷。在厌氧反应器中，微生物从其细胞中释放出磷。在缺氧罐中，NO3 -和NO2 -被脱氮微生物还原成N2气。
在充气罐中，有机物被去除，并且通过过量磷中的脱磷微生物将厌氧反应器中释放的磷去除，并通过氮氧化微生物将氮氧化。在沉淀罐中，悬浮的微生物沉淀出来，从处理完的水中分离出微生物。
为了利用传统的设备去除磷，需要重复如下一个过程：将厌氧反应器的污泥经过缺氧罐输送到充气罐，再将污泥从充气罐送回到厌氧反应器并再次使污泥通过充气罐。为了去除氮，污泥需要反复通过缺氧罐和充气罐。
但是，使用悬浮微生物的污水处理方法，通过返回充气罐中产生的污泥而保持厌氧反应器和缺氧罐中的微生物浓度。由于悬浮的微生物持续地在每个罐中运动，微生物所处的环境不断改变。这就难以培育每种环境条件下作为优势种的微生物种群，限制了清除污染物的效率。
研究者已经在努力解决传统生物污水处理设备和方法有关的问题。其中之一是韩国专利No.0357042，这里引用作为参考文献，其中披露了一种方法，即将悬浮微生物粒化，从而形成粒化活性污泥并去除氮和磷，而不是使用传统的悬浮微生物。
更具体地，韩国专利No.0357042提供了一种污水处理设备，包括用于提供空气的间接充气罐，用于粒化悬浮微生物的具有搅拌器的生物粒化反应器。根据此技术，污水的处理是通过以向上流的形式将富含溶解氧的间接充气罐的充气混合物提供给生物粒化反应器。在生物粒化反应器中，悬浮的微生物在向上流的冲洗力和搅拌器的搅动力作用下，在富含溶解氧的有氧条件下相互碰撞，接着由于微生物产生的明胶材料之间的搭桥反应，使它们转变成颗粒状的微生物。
上述专利的技术不需要额外的固-液分离设备，因为颗粒状的微生物具有优异的絮凝性质。并且，由于微生物在一个充满溶解氧的生物粒化反应器中粒化，需氧微生物存在于颗粒状活性污泥的表面，在表面接触溶解氧的机会相当高；同时厌氧微生物存在于颗粒状活性污泥的内部，在此处几乎没有氧或者维持厌氧条件。因此，有机物、氮和磷可以通过在一个生物反应罐内培育微生物而被去除。
这种方法清除污染物是通过在充满溶解氧的有氧条件下将悬浮的微生物粒化，并且在活性污泥表面生长需氧微生物，而在颗粒状活性污泥内部生长厌氧微生物。但是，在先前技术中，仅有生长速率快的需氧微生物成为优势种。因而，去除氮和磷的厌氧微生物难以成为优势种。而且，由于颗粒状活性污泥内部和外部中微生物之间的竞争，这种方法不能有效地去除氮和磷。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供处理污水的方法，通过在厌氧条件下使悬浮的微生物粒化而形成受厌氧微生物控制的粒化活性污泥。本发明的方法与在有氧条件下使用需氧微生物处理粒化活性污泥的现有技术不同。
在为了达到上述技术目标而反复研究和实验之后，发明了这里所述的新的污水处理方法。本发明的方法，通过在包括需氧粒化罐和间接充气罐的韩国专利No.0357042中加入厌氧粒化罐，在每个粒化罐中使活性污泥粒化，并且在不传输微生物的条件下在每个粒化罐的环境中使微生物变成优势种，从而高效地去除污水中包含的污染物，例如有机物、氮和磷。
本发明的另一个目的是提供处理污水的设备，该设备包括厌氧粒化罐、间接充气罐和需氧粒化罐。
根据本发明的一个方面，提供一种使用粒化活性污泥处理污水的设备，其包括：厌氧粒化罐，用于在流入污水或返回水的冲洗力以及搅拌器的搅拌力作用下将悬浮的微生物粒化，该厌氧粒化罐包括搅拌器；第一输送管，用于输送除在厌氧粒化罐中粒化的污泥之外的厌氧粒化罐上层清液；间接充气罐，用于向通过第一输送管输送的上层清液中供应氧；第二输送管，用于输送在间接充气罐中吸收氧而饱和了溶解氧的水溶液；需氧粒化罐，用于在第二输送管输送的水溶液的冲洗力以及搅拌器的搅拌力作用下使悬浮微生物粒化，该需氧粒化罐包括搅拌器；第三输送管，用于将除在需氧粒化罐中粒化的污泥之外的需氧粒化罐上层清液输送到厌氧粒化罐；以及排放管，用于将在一系列的厌氧粒化罐、第一输送管、间接充气罐、第二输送管、需氧粒化罐和第三输送管中反复循环之后得到的处理之后的水的上层清液排出。
优选的是，所述第一输送管连接厌氧粒化罐的上部与间接充气罐的下部，所述第二输送管连接间接充气罐的下部与需氧粒化罐的下部，所述第三输送管连接需氧粒化罐的上部与厌氧粒化罐的下部。
优选的是，所述第三输送管装有一个泵，所述泵用于控制返回到厌氧粒化罐的需氧粒化罐上层清液的流速。
所述厌氧粒化罐还可以包括一个泵，用于控制流入厌氧粒化罐的流入污水的流速。所述间接充气罐可以与用于为间接充气罐提供氧的氧供应装置连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用粒化污泥处理污水的方法，其包括如下步骤：a)使用搅拌器搅拌从厌氧粒化罐下部流入的流入污水或返回水，使悬浮的微生物粒化，从而在厌氧粒化罐中形成第一粒化污泥；b)将除厌氧粒化罐中的第一粒化污泥以外的厌氧粒化罐上层清液通过第一输送管输送到间接充气罐；c)向输送到间接充气罐的上层清液供应氧；d)将在间接充气罐中吸收氧而饱和了溶解氧的水溶液，通过第二输送管输送到需氧粒化罐的下部；e)使用搅拌器搅拌输送到需氧粒化罐的水溶液，使悬浮的微生物粒化，从而在需氧粒化罐中形成第二粒化污泥；f)将除需氧粒化罐中的第二粒化污泥以外的需氧粒化罐上层清液通过第三输送管输送到厌氧粒化罐；以及g)将在一系列的厌氧粒化罐、第一输送管、间接充气罐、第二输送管、需氧粒化罐和第三输送管中反复循环之后得到的处理之后的水的上层清液通过排放管排出。
优选的是，通过形成连接厌氧粒化罐上部与间接充气罐下部的第一输送管，连接间接充气罐下部与需氧粒化罐下部的第二输送管，和连接需氧粒化罐上部与厌氧粒化罐下部的第三输送管，基于重力形成水流。
优选的是，所述第三输送管装有一个泵，并使用此泵控制返回到厌氧粒化罐的需氧粒化罐上层清液的流速。
优选的是，使用一个泵控制流入厌氧粒化罐下部的流入污水的流速。
附图说明
结合附图，并从以下优选实施方式的描述中，本发明的上述和其它目的和特征将变得更加清晰；其中：
图1表示的是根据本发明使用粒化活性污泥的污水处理设备。
具体实施方式
下面，通过参考附图并结合以下的实施方式的描述，本发明的其它目的和特征将变得更加清晰。本发明说明书中的附图和描述并不限制本发明的精神和范围。
图1表示根据本发明的使用自粒化活性污泥的污水处理设备。水溶液从诸如间接充气罐102中的压缩机107的氧气供应单元吸收氧气并饱和了溶解氧，当这种水溶液输送到需氧粒化罐103时，水溶液流动产生的冲洗力以及需氧粒化罐103中搅拌器109产生的搅拌力作用在活性污泥颗粒上。
活性污泥颗粒相互碰撞，因为存在微生物之间反应的副产物明胶物质而发生粒化。需氧粒化罐103由于充满溶解氧的水溶液而变成需氧的。使用溶解氧作为电子接收体的、用于去除氮的氧化微生物以及用于去除有机物的微生物，在冲洗力和搅拌力作用下被粒化。
如上所述，在需氧粒化罐103的需氧条件下用于去除有机物的微生物，通过将有机物氧化而将其去除。但是，氮氧化微生物将污水中的铵根(NH4 +)氧化成NO3 -或NO2 -。这样，这些氮的氧化物仍然溶解在污水中。因此，需要将需氧粒化罐103的上层清液返回到厌氧粒化罐101再次处理，因为该上层清液仍含有氮的氧化物，如NO3 -和NO2 -。
在使用悬浮微生物的现有技术中，污泥和上层清液都返回，用以去除氮的氧化物。但是，根据本发明，仅将需氧粒化罐103的上层清液返回到厌氧粒化罐101，而粒化的活性污泥不返回，仍留在原处。这样，在粒化活性污泥中生存的、用于去除有机物的微生物以及氮氧化微生物成为需氧粒化罐103中的优势种。
当需氧粒化罐103的上层清液返回厌氧粒化罐101时，需要在泵111作用下向上流动。这里，另一台泵105控制需氧粒化罐103中上层清液的流量以与流入的污水，即向上流入到厌氧粒化罐101的上层清液的流量一致。
当向上流动的冲洗力以及厌氧粒化罐101中搅拌器104的搅拌力作用于厌氧粒化罐101中的活性污泥时，活性污泥通过微生物之间反应的副产物明胶材料的搭桥反应而被粒化。
同时，流入厌氧粒化罐101的需氧粒化罐103的上层清液含有很少的氧，因为大多数溶解氧被需氧粒化罐103中粒化的微生物消耗了。并且流入的污水被有机物污染，因此其中溶解氧的含量很低。
因此，在装有这种流入的污水以及需氧粒化罐103的上层清液的厌氧粒化罐101中形成了厌氧的环境。在厌氧粒化罐101中，能去除氮和磷并能在这种厌氧环境中生长的微生物，在冲洗力和搅拌力的作用下被粒化。
用于去除氮的微生物在与NO3 -和NO2 -接触的粒化活性污泥的表面成为优势种。利用需氧粒化罐103的上层清液中包含的NO3 -和NO2 -作为电子受体，利用流入污水中的有机物的碳作为质子授体，将NO3 -和NO2 -还原成N2气而被去除。去除磷的微生物在厌氧的粒化活性污泥内部成为优势种。由于在氮去除过程中磷过量地吸收在粒化活性污泥中，从粒化活性污泥内部的微生物中液化出来的液化磷以及流入污水中包含的磷被去除。
其中需氧粒化罐103中产生的氮氧化物被脱氮的厌氧粒化罐101的上层清液，以及其中流入污水中包含的磷被去除的厌氧粒化罐101的上层清液在重力作用下再次进入间接充气罐102。
在间接充气罐102中充气的厌氧粒化罐101的上层清液流入需氧粒化罐103。接着，在厌氧粒化罐101中未被去除的有机物和氮组分，在需氧粒化罐103中被氧化。
根据上述本发明的原理和方法，污水在一系列的厌氧粒化罐101、间接充气罐102和需氧粒化罐103中反复循环，处理完的水的上清液不含有机物、氮和磷，从需氧粒化罐103的排放管112流出。
实施例
根据本发明，厌氧粒化罐、间接充气罐和需氧粒化罐被顺序地安装，通过使用一个泵将污水排入厌氧粒化罐。污水停留在厌氧粒化罐中超过2小时，使活性污泥粒化。
除粒化活性污泥以外的厌氧粒化罐的上层清液在间接充气罐中停留30分钟，用压缩机供应空气，使氧浓度达到过饱和。接着，厌氧粒化罐的过饱和上层清液在需氧粒化罐中停留4小时，这是最终的步骤。
这里，装在厌氧粒化罐和需氧粒化罐中的搅拌器的运转速度都控制在5-10rpm。冲洗力(基于面积的载荷)控制在30-40m3/m2.d。当需氧粒化罐的上层清液返回到厌氧粒化罐时，其流速控制为流入厌氧粒化罐的流入污水的10倍。
在上述方法中，一天处理约200L污水。在本发明的该实施例中，仅当流入污水或侧流流入厌氧粒化罐时才使用泵，其它流动都通过重力驱动。在该实施例中，处理完的水利用重力从需氧粒化罐中排出，排出量与流入厌氧粒化罐的流入污水一样多，并对其有机物、氮和磷的残余量进行检测。
对比例
根据韩国专利No.0357042顺序安装间接充气罐和不包括薄膜组件的粒化生物反应器，其它条件与本发明的上述实施例相同。接着，进行污水处理。
表1表示本发明实施例以及对比例中有机物、氮和磷的去除量。
在表1中，COD代表化学需氧量；BOD代表生物需氧量；SS代表悬浮固体；TKN代表总的凯氏法定氮量；NO3-N代表硝酸盐氮；T-N代表总氮；T-P代表总磷。
表1
| COD | BOD | SS | TKN | NO3-N | T-N | T-P | ||
| 实施例 | 流入水(mg/l) | 350 | 168 | 120 | 39 | 1 | 40 | 8 |
| 处理后的水(mg/l) | 18 | 10 | 2 | 1 | 2 | 3 | 0.5 | |
| 污水处理效率(％) | 95 | 94 | 98 | 97 | - | 93 | 94 | |
| 对比例 | 流入水(mg/l) | 350 | 168 | 120 | 39 | 1 | 40 | 8 |
| 处理后的水(mg/l) | 25 | 15 | 5 | 5 | 12 | 17 | 2.5 | |
| 污水处理效率(％) | 93 | 91 | 96 | 90 | - | 58 | 69 |
如表1所示，本发明实施例和对比例的结果都表现出去除有机物的优异效率，例如COD、BOD和SS。但是，当从T-N和T-P的处理效率方面相互对比其氮和磷去除程度时，对比例的处理效率分别为58％和69％，而本发明实施例的处理效率分别是93％和94％。
本发明的方法在去除氮和磷方面具有较高的效率，因为通过额外安装了厌氧粒化罐使氮去除微生物和磷去除微生物成为优势种，而对比例的方法通过在需氧粒化罐中使用粒化活性污泥基于深度的需氧和厌氧状态而同时去除诸如有机物、氮和磷的污染物，这样会引起不同微生物之间的竞争。
根据本发明，通过安装除需氧粒化罐之外的厌氧粒化罐，将水中溶解的成分反复循环并维持活性污泥在其每个罐中粒化，从而使氮去除微生物和磷去除微生物保持在厌氧粒化罐中，可以显著提高去除氮和磷的效率。
虽然参考某些优选的实施方式描述了本发明，但本领域的一般技术人员应该理解的是，在不偏离权利要求所限定的本发明范围的情况下，可以做出不同的变化和修改。
Claims (9)
1.一种利用粒化活性污泥处理污水的设备，包括：
具有搅拌器的厌氧粒化罐，用于在流入污水或返回水的冲洗力以及搅拌器的搅拌力作用下将悬浮的微生物粒化，从而产生污泥；
第一输送管，用于输送除在厌氧粒化罐中粒化的污泥之外的厌氧粒化罐上层清液；
间接充气罐，用于向通过第一输送管输送的上层清液中供应氧；
第二输送管，用于输送在间接充气罐中吸收氧而饱和了溶解氧的水溶液；
需氧粒化罐，用于在第二输送管输送的水溶液的冲洗力以及搅拌器的搅拌力作用下使悬浮微生物粒化，该需氧粒化罐包括搅拌器；
第三输送管，用于将除在需氧粒化罐中粒化的污泥之外的需氧粒化罐上层清液输送到厌氧粒化罐；以及
排放管，用于将在一系列的厌氧粒化罐、第一输送管、间接充气罐、第二输送管、需氧粒化罐和第三输送管中反复循环之后得到的处理之后的水的上层清液排出。
2.如权利要求1所述的设备，其中第一输送管连接厌氧粒化罐的上部和间接充气罐的下部，第二输送管连接间接充气罐的下部和需氧粒化罐的下部，第三输送管连接需氧粒化罐的上部和厌氧粒化罐的下部。
3.如权利要求2所述的设备，其中第三输送管装有一个泵，用于控制返回到厌氧粒化罐的需氧粒化罐上层清液的流速。
4.如权利要求1所述的设备，其中厌氧粒化罐还包括第一泵，用于控制流入厌氧粒化罐的流入污水的流速。
5.如权利要求1所述的设备，其中间接充气罐与用于为间接充气罐提供氧的氧供应装置连接。
6.一种使用粒化污泥处理污水的方法，包括如下步骤：
a)使用搅拌器搅拌从厌氧粒化罐下部流入的流入污水或返回水，使悬浮的微生物粒化，从而在厌氧粒化罐中形成第一粒化污泥；
b)将除厌氧粒化罐中的第一粒化污泥以外的厌氧粒化罐上层清液通过第一输送管输送到间接充气罐；
c)向输送到间接充气罐的上层清液供应氧；
d)将通过在间接充气罐中吸收氧而饱和了溶解氧的水溶液，通过第二输送管输送到需氧粒化罐的下部；
e)使用搅拌器搅拌输送到需氧粒化罐的水溶液，使悬浮的微生物粒化，从而在需氧粒化罐中形成第二粒化污泥；
f)将除需氧粒化罐中的第二粒化污泥以外的需氧粒化罐上层清液通过第三输送管输送到厌氧粒化罐；以及
g)将在一系列的厌氧粒化罐、第一输送管、间接充气罐、第二输送管、需氧粒化罐和第三输送管中反复循环之后得到的处理之后的水的上层清液通过排放管排出。
7.如权利要求6所述的方法，其中通过形成连接厌氧粒化罐上部与间接充气罐下部的第一输送管，连接间接充气罐下部与需氧粒化罐下部的第二输送管，和连接需氧粒化罐上部与厌氧粒化罐下部的第三输送管，基于重力形成水流。
8.如权利要求6所述的方法，其中第三输送管装有第一泵，并通过使用该第一泵控制返回到厌氧粒化罐的需氧粒化罐上层清液的流速。
9.如权利要求6所述的方法，其中通过使用第二泵控制流入厌氧粒化罐下部的流入污水的流速。
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