專利名稱:污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理方法
本發(fā)明涉及污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理方法，更具體地說，是關(guān)于在污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理方法中使用新的活性污泥的固定載體，是高效的活性污泥處理方法。
關(guān)于先有技術(shù)，以污水為例進行活性污泥處理時，其處理過程可作以下說明。
首先，在污水的情況下，集中于污水處理場的污水利用沉砂地，初級沉淀池等除去大部分砂土、粗大的浮游物質(zhì)等后，在曝氣槽進行活性污泥處理，使污水的污濁物分解，然后在最終的污泥沉降槽中進行活性污泥的沉降分離，將上澄清水經(jīng)過氯氣消毒等后排放。另一方面，在最終沉降槽沉降的活性污泥作為返送污泥返回到曝氣槽，還有一部分則作為剩余污泥抽出，經(jīng)過甲烷發(fā)酵、焚燒等進行處置。
這樣的污水活性污泥處理方法中存在許多問題。例如，該污水處理的活性污泥，其作為沉降性指標的污泥容積指數(shù)(SVI)高，在最終污泥沉降槽中很難得到固結(jié)性好的沉降污泥，而且如果進行高負荷處理、負荷變動大的處理，或活性污泥中發(fā)生線狀菌時，其活性污泥呈膨脹狀態(tài)而沉降不良。因此，以前的污水活性污泥處理中高濃度地維持曝氣槽的活性污泥是很困難的。因而，縮短處理時間，處理設(shè)備的緊湊化等處理效率的提高是有限的。而且一旦發(fā)生膨脹，活性污泥從污泥沉降槽流失，容易導(dǎo)致處理水質(zhì)惡化。因此，用以前的活性污泥處理法建造污水處理場時需要廣闊的土地，此外處理流程的簡略化，處理設(shè)備緊湊化都很困難，因而建造污水處理場需要相當高的費用。
作為解決這種污水處理問題的一個手段，則希望開發(fā)高效率的活性污泥處理技術(shù)。
以前，高效率進行污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理方法，有高濃度地維持曝氣槽活性污泥的方法，該方法中有流動床式和固定床式。
流動床式是在曝氣槽中添加硅藻土砂，陶瓷等微粒子或活性碳粒子，或多孔的有機高分子化合物粒子，由于曝氣使這些粒子在曝氣槽內(nèi)流動，並使活性污泥附著，改善活性污泥的沉降性而高濃度地維持活性污泥的方法。作為一例，日本特開昭61-136491，已為大家所知。
固定床式是將由有機高分子化合物組成的蜂巢狀管、或多層板，或陶瓷等浸漬在曝氣槽中，並使活性污泥附著而固定化的方法。作為此已有方法的一例，有日本特開昭61-136490，將陶瓷用作活性污泥的固定化載體。
這些已有方法存在許多問題。首先，流動床式中采用無機體系微粒時，由于與活性污泥的親和性不充分，活性污泥要穩(wěn)定附著則需要很長時間。而且，將附著在該載體上的活性污泥作為剩余污泥而處理的方法尚未完全確立。此外，采用粉末活性碳，有機高分子化合物粒子的流動床式時，這些粒子與活性污泥之間的親和性很好，活性污泥穩(wěn)定附著。但是，用此法處理后的剩余污泥用甲烷發(fā)酵法處理時，甲烷發(fā)酵后，將這些粒子重復(fù)利用的技術(shù)還沒有完全確立。而且焚燒處理剩余污泥時，這些載體粒子的成本比無機載體粒子高，如果不能重復(fù)利用就成為污水處理成本非高的原因。
另一方面，將有機高分子化合物的蜂巢狀管、疊層板等用于活性污泥的固定床型載體的固定床式時，由于活性污泥和這些載體之間的親和性良好，增殖的活性污泥附著在這些載體上，容易引起載體的堵塞。因此需要將這些載體從曝氣槽中取出經(jīng)過水洗等方法一遍又一遍洗凈進行再生。但是，附著在這些固定床型載體上的活性污泥，由于固定床的構(gòu)造一般復(fù)雜，而且載體與活性污泥的親和力高，用簡單的水洗等再生困難，因而再生時需要復(fù)雜的處理。而且，以前的使用陶瓷的固定床型載體的方法中，像以后將要敘述的那樣，燒結(jié)溫度高，造價貴，而且活性污泥的固定未必充分。如上所述，以前的將活性污泥固定化的載體存在著與活性污泥的親和性，重復(fù)利用性，處理性，成本等問題，因而用于像污水這類大規(guī)?；钚晕勰嗵幚硎遣贿m合的。以上敘述的是用活性污泥處理污水時的情況。而其他廢水，例如，煉鐵廠的焦炭爐排出的瓦斯廢液，煤的氣化或液化工廠排出的廢水，食品工廠排出的廢水，酒精等發(fā)酵工廠排出的廢水等工業(yè)廢水用活性污泥處理法處理時也有與污水處理時的同樣問題。
本發(fā)明的目的是為解決上述以前的污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理中用的活性污泥固定載體的問題。提供一種采用新頴活性污泥固定載體的高效活性污泥處理方法。
本發(fā)明者們在研究污水的高效活性污泥處理方法的過程中著眼于由煉鐵廠高爐作為副產(chǎn)品產(chǎn)生的渣經(jīng)水急劇冷卻制出的高爐水渣，其形狀上，和組成上都具有活性污泥容易附著的性質(zhì)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)將高爐水渣用作載體，能改善活性污泥沉降性，具有高濃度化的顯著效果，最適于作活性污泥的固定化載體。
而且，判明了一旦將高爐水渣用作活性污泥的固定化載體加到曝氣槽中，還具有其他效果，即具有將曝氣槽的PH值維持在適于活性污泥的范圍內(nèi)的作用。因此，由于使用高爐水渣則可以抑制因PH變動引起的活性污泥處理不調(diào)並能進行穩(wěn)定地處理。
本發(fā)明就是基于這些知識做出的，在處理污水或工業(yè)廢水時其特征是污水或工業(yè)廢水的活性污泥處理中，將高爐水渣粉或高爐水渣作為主要原料的陶瓷用作活性污泥的固定化載體，而且，將高爐水渣粉或高爐水渣作為主要原料的陶瓷用作活性污泥的固定化載體的同時，將曝氣槽的氧化還原電位(ORP Oxidation Reduction Potential)控制在預(yù)定目標值的范圍內(nèi)。
也就是說本發(fā)明所用下述(l)-(ll)項記載的方法達到上述目的。
(1)污水或工業(yè)廢水的流動床式活性污泥處理方法，其特征在于，將高爐水渣粉加到活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中，並將高爐水渣用作活性污泥的固定化載體。
(2)上述第(1)記載的污水或工業(yè)廢水的流動床式活性污泥處理方法中，管理和控制添加了高爐水渣粉的曝氣槽的空氣量，使曝氣槽的氧化還原電位在預(yù)定的目標值范圍內(nèi)。
(3)上述第(1)項或第2項記載的方法中，在曝氣氣槽里添加0.02～0.5mm的高爐水渣為2～5(重量)%/曝氣槽容積。
(4)上述第1項或第2項記載的方法中，在曝氣槽里添加0.02～0.5mm的高爐水渣為10～50kg/lm3曝氣槽。
(5)污水或工業(yè)廢水的固定床式活性污泥處理方法，其特征是將以高爐水渣為主要成分的陶瓷旋轉(zhuǎn)在活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽厘，並將該陶瓷用作活性污泥的固定載體。
(6)上述第5項記載的方法中，將以高爐水渣為主要原料的板狀多孔性陶瓷組成的盒子用作活性污泥的固定化載體。
(7)上述第(5)項記載的方法中，將充填有以高爐水渣為主要成分的片狀陶瓷的盒子用作活性污泥的固定化載體。
(8)上述第(5)項記載的方法中，將充填有以高爐水渣為主要成分的馬鞍形陶瓷的盒子用作活性污泥的固定載體。
(9)上述第(5)～(8)項中任一項記載的方法中，將活性污泥固定在以高爐水渣為主要成分的陶瓷中的狀態(tài)下，預(yù)先曝氣將溶解了氧的污水或工業(yè)廢水通水並進行處理。
(10)上述第(9)項記載的方法中，將活性污泥固定在以高爐水渣為主要成分的陶瓷中的狀態(tài)，預(yù)先曝氣將溶解了氧的污水或工業(yè)廢水通水並進行處理，與此同時，管理和控制污水或工業(yè)廢水中曝氣的空氣量使經(jīng)過生物化學(xué)處理后的處理水的氧化還原電位在預(yù)定的目標值范圍內(nèi)。
(11)污水或工業(yè)廢水的固定床式活性污泥處理方法，其特征是，將以高爐水渣為主要成分的多孔性板狀陶瓷構(gòu)成的盒子或充填有以高爐水渣為主要成分的陶瓷的盒子用作活性污泥的固定化載體，將許多這樣的盒子配置在橫切污水或工業(yè)廢水流動的方向上，進行生物化學(xué)處理，將離污水或工業(yè)廢水流入側(cè)最近的盒子拉出的同時，使后續(xù)的盒子在污水或廢水的流入側(cè)順次平行移動，並在最后部分插入新的盒子或用過而再生的盒子，另一方面，將上述拉出的盒子除去其附著物進行再生處理，並用于上述盒子群的最后部分，一邊如此順序交換許多盒子，一邊進行生物化學(xué)處理。
圖1是污水處理的生物化學(xué)處理裝置概略圖，該裝置集中固定了用于本發(fā)明的實驗用陶瓷盒。
圖2是表示添加高爐水渣30日后活性污泥沉降曲線的測定結(jié)果曲線。
以下詳細說明本發(fā)明。
高爐水渣是將煉鐵廠中每噸生鐵產(chǎn)生的300～500kg的渣用高壓水急劇冷卻而制得。高爐水渣的玻璃化率約90%以上，並且是多孔質(zhì)的。其組成如表1示出之例，CaO，SiO2Al2O3為主要成分，還含有FeO，MgO等其他成分。該高爐水渣上容易附著活性污泥其原因在于它是多孔質(zhì)的及其組成。
以下對高爐水渣的活性污泥附著機理進行說明。
一般，活性污泥處理中，往往有著由氨化合物的硝化反應(yīng)生成的亞硝酸化合物、硝酸化合物或有機性污物的分解作用而產(chǎn)生的脂肪酸使曝氣槽PH值下降的傾向?；钚晕勰嘁坏┨幵谶m于生息的PH范圍外，則引起活性污泥膨脹，污濁物質(zhì)分解不良，容易發(fā)生處理不調(diào)。如果預(yù)先將高爐水渣加到曝氣槽里，即使曝氣槽的PH值降低，由于高爐水渣的CaO溶解，則可抑制PH的降低，活性污泥維持在最適于生息的PH范圍內(nèi)，對活性污泥的穩(wěn)定化和提高處理水質(zhì)有著顯著效果。此時，高爐水渣的CaO的溶解不急劇而是緩慢溶解。這是因為高爐水渣的玻璃化率約90%以上，抑制了CaO的急劇溶解，因而PH值不會急劇上升。而且，溶解的CaO除了和硝酸化合物、亞硝酸化合物及脂肪酸反應(yīng)外，還與因活性污泥的呼吸作用而生成的二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣。如果生成的碳酸鈣是微粒子，活性污泥容易附在其上。而且，CaO溶解的高爐水渣逐漸變成多孔質(zhì)的，形成活性污泥容易附著的形狀。此外，作為營養(yǎng)源，活性污理除了磷，氮外還需要微量的鐵、鎂等金屬。高爐水渣分別含有FeO、MgO，活性污泥從高爐水渣中攝取鐵、鎂等營養(yǎng)源，因而容易附在高爐水渣上。
于是，高爐水渣是多孔質(zhì)的。而且在組成上也具有容易附著活性污泥，抑制活性污泥膨脹，防止污濁物分解不良等處理不調(diào)的作用，顯然，它是無機體系固定載體，但它卻具有比普通使用的硅藻土、砂等無機體系固定載體更優(yōu)良的性質(zhì)。
日本特開昭57-75189中公開了散水濾床方式的廢水處理方法中，將緩冷的高爐水渣用作充填材料作為微生物載體。
但是用這種緩冷高爐水渣作為流動床反應(yīng)器活性污泥的固定化載體時，存在許多問題。表2對照示出高爐水渣和緩冷高爐渣的性質(zhì)。
由表2列出的性質(zhì)差異可清楚看出緩冷高爐渣與高爐水渣相比，不適于用作流動床反應(yīng)器的活性污泥的固定化載體。即顯著影響活性污泥固定化性能的氣孔率，緩冷高爐渣比高爐水渣低得多，因而活性污泥的附著性能也低。而且，緩冷高爐渣的假比重比高爐水渣大得多，因而在反應(yīng)器中的流動性差。因此，緩冷高爐渣往往堆積在反應(yīng)器內(nèi)，使活性污泥的固定化性能顯著降低。
此外，緩冷高爐渣是結(jié)晶質(zhì)的，比玻璃質(zhì)的高爐水渣硬，因而粉碎時需要更多的能量。而且，由于是結(jié)晶質(zhì)的，緩冷高爐渣的CaO大量溶出，使反應(yīng)器的PH急劇變成堿性，容易損壞活性污泥的機能。
緩冷高爐渣與高爐水渣相比，它具有許多缺點，因此最好不在流動床式反應(yīng)器活性污泥固定載體中使用。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，一旦將多孔性陶瓷浸漬在取自污水處理場曝氣槽的活性污泥混合液中，則活性污泥浸入多孔性陶瓷的內(nèi)部，活性污泥混合液變得透明。發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)如果在筐狀的盒子中充填片狀陶瓷。例如馬鞍形、環(huán)形、球狀等陶瓷，並將它浸漬在活性污泥的混合液中，和多孔性陶瓷情況相同，活性污泥進入片狀陶瓷的空隙中，活性污泥混合液變得透明。
發(fā)明者們由此事實發(fā)現(xiàn)，充填有多孔性陶瓷或片狀陶瓷的盒子等，可以用于活性污泥的固定載體，並研究了在污水活性污泥處理中的適用性。
以前的多孔性陶瓷，片狀陶瓷的主原料，使用的是高價的氧化鋁，氧化硅等，而且燒結(jié)溫度高達1400～1600℃以上，燒結(jié)時間長，因此價格高，在污水和工業(yè)廢水處理中使用是困難的。
發(fā)明者們在開發(fā)研究低價陶瓷過程中，著眼于將高爐水渣用作原料。即高爐水渣是煉鐵的副產(chǎn)品，因而價格比原來的作為陶瓷主原料的氧化鋁、氧化硅低得多。而且高爐水渣如表2所示出的組成那樣，含有42～45%CaO，因而可斷定燒結(jié)溫度要比氧化鋁、氧化硅類低得多。
由此可見，用高爐水渣作為主原料制成陶瓷，就能得到燒結(jié)溫度為900～950℃，燒結(jié)時間為1～2小時，多孔性陶瓷及具有各種形狀的片狀陶瓷，因此，以高爐水渣為主原料的陶瓷其制造成本與原來的以氧化鋁、氧化硅為主原料的陶瓷相比，能降到1/5～1/20，顯然，用在污水和工業(yè)廢水處理中不會有成本問題。
而且，以高爐水渣為主原料的陶瓷照樣具有上述那種高爐水渣容易使活性污泥固定的性狀，因此，以高爐水渣為主原料的陶瓷與原來的氧化鋁類或氧化硅類為主要原料的陶瓷相比，其固定活性污泥的性能要好得多。
以下，就本發(fā)明中將高爐水渣作為主要原料的陶瓷使用于污水或工業(yè)廢水活性污泥的固定載體的情況加以說明。
首先，對將高爐水渣粉加到活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中用流動床型活性污泥處理的固定化載體的情況進行說明。
將高爐水渣用作活性污泥固定載體時，將高爐水渣粉碎到0.5mm以下，每1m3曝氣槽添加10～50kg為宜。高爐水渣粒度與活性污泥附著性的關(guān)系是，高爐水渣越細，越容易附著活性污泥。但是高爐水渣越細越容易在污泥沉降槽從處理水中流出，從這點來看粒度最好是0.02以上。高爐水渣粒度與曝氣槽中分散性的關(guān)系是，如果高爐水渣的粒度超過0.5mm，其分散性不充分，均勻分散在曝氣槽中是困難的。經(jīng)過這些考查，認為添加到曝氣槽中的高爐水渣粒度在0.02～0.5mm的范圍內(nèi)為最適宜。
以下對本發(fā)明中使用的高爐水渣粉的添加量加以說明，高爐水渣的添加量主要是根據(jù)用顯微鏡觀察活性污泥的附著狀況以及活性污泥的沉降性來決定。即每1m3曝氣槽不到10kg時，有不附在高爐水渣上的活性污泥存在，而且，一旦生物需氧量(BOD)的高負荷處理或者BOD負荷量變動大，則容易發(fā)生膨脹。另外一方面，如果高爐水渣的添加量為每1m3曝氣槽10kg以上，就能解決上述問題並能得到良好的處理性能。但是如果添加量超過50kg，則認為不能使其性能顯著改善。因此，高爐水渣的添加量最適宜在10～50kg范圍內(nèi)。添加高爐水渣后約1個月左右大致完成活性污泥在高爐水渣上的附著作用。
除了煉鐵廠的高爐渣，即煉鐵渣外，還有將生鐵進一步煉成各種使用目的一定成分的鋼時所進行的煉鋼過程產(chǎn)生的煉鋼渣，如轉(zhuǎn)爐渣。轉(zhuǎn)爐渣的組成例在表3中示出。
這種代表煉鋼渣的轉(zhuǎn)爐渣在組成上據(jù)說可以期待具有高爐水渣同樣的作用，但實際上卻不能用作活性污泥的固定載體。其理由是因為它不能形成像高爐水渣那樣的玻璃質(zhì)，急劇發(fā)生CaO的溶解，當用作活性污泥固定載體時，添加轉(zhuǎn)爐渣的曝氣槽中PH急劇上升，大大超過適于活性污泥生息的PH(7.0±0.5)范圍，活性污泥死滅。
使用轉(zhuǎn)爐渣時還有其他問題，例如含鐵量多因而比重大，為了使它能在曝氣槽中浮游必需有大量的空氣，這將引起活性污泥破壞，操作成本增高等許多弊端。
代表煉鋼渣的轉(zhuǎn)爐渣具有上述這些缺點，因此很難在活性污泥的固定載體中使用。
以下，以活性污泥處理污水為例，對以高爐水渣為主成分的陶瓷用作活性污泥固定載體的情況進行說明。
本發(fā)明中將陶瓷用作活性污泥載體時，采用板狀多孔性陶瓷構(gòu)成的盒子，或采用將片狀陶瓷，馬鞍形陶瓷，作為充填材料充填的盒子在工業(yè)上是最希望的。
在此，通過圖1對將上述陶瓷構(gòu)成的盒子用于污水及工業(yè)廢水處理時的處理條件和污水設(shè)備中的生物化學(xué)反應(yīng)槽的構(gòu)造進行說明。
圖1是在第1曝氣槽2和第2曝氣槽3中間配置有許多由高爐水渣為主成分的板狀多孔性陶瓷組成的盒子，或充填了陶瓷(例如片狀)充填材料的盒子等陶瓷盒1(以下稱呼相同)的生物化學(xué)處理裝置，在第1曝氣槽2和第2曝氣槽3的下部，曝氣用的散氣管11通過管子接到曝氣用的鼓風(fēng)機9上，在處理水12排放側(cè)的第2曝氣槽3上裝有氧化還原勢(ORP)傳感器4，該傳感器4接在ORP控制裝置上，同時將曝氣量調(diào)整用電磁閥10通過導(dǎo)線接在該ORP控制裝置5，該電磁閥10裝在上述曝氣用散氣管11和曝氣用鼓風(fēng)機9之間，可以根據(jù)ORP控制裝置5的指示動作，從而能控制曝氣量。6是記錄部，7是污水供給泵，8是污水調(diào)整槽。
根據(jù)圖1示出的生物化學(xué)反應(yīng)槽說明污水處理方法。
首先，一旦在圖1示出的第1和第2曝氣槽中加入作為種污泥的污水活性污泥的混合液(活性污泥濃度為1000～5000mg/l)，則活性污泥進入陶瓷的孔隙中，第1曝氣槽2和第2曝氣槽3經(jīng)過5～20小時后大致成透明狀。在此從曝氣用散氣管11吹入富氧空氣或氧氣進行第1、第2曝氣槽的曝氣。
然后，通污水，污水通過第1曝氣槽2的裝有陶瓷盒的部分及第2曝氣槽3的通過時間調(diào)整到16小時。然后，逐次縮短處理時間進行活性污泥馴養(yǎng)，通常進行2～6小時的處理。該馴養(yǎng)過程為10-30日左右為宜。
高爐水渣為主成分的活性污泥固定載體中使用固定床型生物反應(yīng)槽中，污水里含的污物的分解是在圖1的第1曝氣槽2中進行，將含氧曝氣用氣體吹到流入的污水里使氧氣溶解，然后在陶瓷盒1中通水，附在盒子上的活性污泥就能利用溶存的氧使污水的污物分解。繼而在第2曝氣槽3中使氧溶解，將盒子中沒分解的污物分解，或進行惡物的去除，將處理水處理成氣味好聞的狀態(tài)。其結(jié)果如下所述，與原有方法相比是有更好的效果。
本發(fā)明中使用的以高爐水渣為主成分的陶瓷其重量比為在50%～90%，最好是70～85%的高爐水渣中配合原來已知的一些陶瓷材料，例如氧化鋁、氧化硅及其他無機原料，將陶瓷作成多孔質(zhì)的用作板狀盒時，還要摻合氣孔形成劑，例如鋸末、稻殼、聚氨脂粉末等，並在其中加水混練，使之成型為所需形狀后再燒結(jié)制成。
至于本發(fā)明中使用的多孔性陶瓷的孔的形狀，並不特別限制，但最適宜的孔徑最好是1～5mm左右，孔的大小並不要求特別整齊，但如果分布在該直徑范圍內(nèi)則可以充分使用。
多孔性陶瓷的孔結(jié)構(gòu)對活性污泥的附著性，污水處理過程中的閉塞性有著顯著的影響。例如，經(jīng)驗表明，陶瓷的孔呈蜂窩狀，在入口和出口貫通一孔，在所謂二元結(jié)構(gòu)的情況下，一旦進行污水處理則容易閉塞;如果該孔是分枝的，與各孔連結(jié)，呈所謂的三元結(jié)構(gòu)則不易發(fā)生閉塞。另一方面，當用充填陶瓷材料的盒子時，對充填盒的形狀，大小不做特別限定，但形狀盡可能簡單為宜。例如，充填料的形狀為板狀形，圓筒形、半圓形(馬鞍形)或粒狀等。充填料的大小最好是其外徑為10～100mm左右。充填料的外徑如果不到10mm則容易產(chǎn)生閉塞，而一旦超過100mm則有附著的活性污泥容易流出等問題。用這樣的陶瓷構(gòu)成盒子時，例如可預(yù)先用鐵絲網(wǎng)制作容器，然后在其中充填陶瓷進行準備。
以下，對本發(fā)明中的生物化學(xué)反應(yīng)槽(曝氣槽)的曝氣方法進行說明。
根據(jù)發(fā)明者們的研究可判明污水和工業(yè)廢水的活性污泥處理曝氣槽的ORP與處理水的關(guān)系是，如果將曝氣槽出口的ORP控制在規(guī)定范圍內(nèi)，則可將處理水的生物需氧量(BOD)維持在20mg/l以下。
例如，使用高爐水渣的污水流動層型曝氣槽的情況下，其曝氣條件除影響高爐水渣的分散性外，還影響污水中污物的分解性，硝化反應(yīng)性、活性污泥性質(zhì)等處理性能。因此曝氣條件必須滿足高爐水渣的分散性和處理性能這兩方面才行。
活性污泥處理性能與曝氣槽的氧化還原電位(ORP)有著密切的關(guān)系。以O(shè)RP作為指標控制曝氣量就能很好地進行污物分解，並具有抑制硝化反應(yīng)、活性污泥膨脹等效果。處理污水活性污泥的情況下，適宜的ORP范圍是0～+100mV(用金或金-銻、合金/銀、氯化銀復(fù)合電極測定，下面的ORP值是表示這類電極的測定值)處理污水活性污泥的情況下，曝氣槽的ORP值與曝氣量之間有著密切的相關(guān)性，通常處理時最好是根據(jù)ORP控制曝氣量，而在本發(fā)明中，以對應(yīng)于ORP+50mV以下的曝氣量使粒徑0.02～0.5mm的高爐水渣在曝氣槽中均勻分散其曝氣量是不足的，因此本發(fā)明中將ORP的設(shè)定目標值規(guī)定在+50mV以上。供給為維持該ORP所必需的曝氣量是有必要的。
至于ORP的上限，根據(jù)活性污泥對高爐水渣的附著性來看，達到+150mV左右是可能的。即，已有方法的不添加高爐水渣的情況下，一旦ORP在+100mV以上，就會發(fā)生顯著的硝化反應(yīng)，曝氣槽的PH降低，由于污泥沉降槽的脫氮反應(yīng)而引起污泥上浮、流出等，導(dǎo)致處理水質(zhì)惡化。而添加高爐水渣時，如果ORP在+100mV以上，與已有方法一樣會發(fā)生硝化反應(yīng)，但不會引起PH降低，污泥上浮、流出等現(xiàn)象，處理水質(zhì)也很好，在處理性能方面設(shè)有任何問題。但是ORP一旦超過+150mV，由于曝氣使活性污泥細分，具有難以附在高爐水渣上的傾向。從這些方面對高爐水渣分散性、活性污泥附著性的研究，認為曝氣槽的ORP維持在50～150mV的范圍內(nèi)為最適宜。
將高爐水渣為主成分的多孔性陶瓷或片狀陶瓷用作活性污泥固定載體的固定床型生物化學(xué)反應(yīng)槽的曝氣時，如上所述，在均勻混合型活性污泥處理中，曝氣槽的ORP和處理性能之間有密切的關(guān)系，因此，在圖1中的第2曝氣槽上設(shè)置ORP傳感器4，使第1曝氣槽和第2曝氣槽中進行的曝氣能保證第2曝氣槽的ORP在規(guī)定范圍內(nèi)(例如污水處理時在0～+150mV范圍內(nèi))。
將高爐水渣作為主原料的多孔性陶瓷或片狀陶瓷用作活性污泥固定載體的固定床型活性污泥處理時，活性污泥大致全部保持在陶瓷盒中，幾乎不流到第2曝氣槽3中，因此在一般活性污泥處理所用的污泥沉降槽在本發(fā)明中可省略或者可簡化。
使活性污泥附在陶瓷的盒子上並舉行生物化學(xué)處理時，如果進行長期處理，則污水中所含的浮游性污濁物質(zhì)或活性污泥的增生，往往會引起陶瓷盒子閉塞。
這種閉塞最容易在圖1示出的B槽中的最開始(離第1曝氣槽2最近的)的盒中發(fā)生，盒子發(fā)生閉塞或接近閉塞狀態(tài)時，取出該盒子，將第2排盒子移到第1排位置，第3排盒子移到第2排位置，按照水平方向順次移動，在最后一排接近第2曝氣槽3的地方放置盒子或使閉塞后再生的的盒子。像這種使盒子循環(huán)交換的方式，可以一邊進行污水處理，一邊交換盒子，不會導(dǎo)致處理效率和處理水質(zhì)降低，因此是最合適的方法。
本發(fā)明之活性污泥處理技術(shù)，除上述污水處理外，還適用于工業(yè)廢水，例如，由煉鐵廠焦爐排出的瓦斯廢液、煤的氣化、液化廠排出的廢水，石油精煉過程排出的廢水，食品加工廠排出的廢水，酒精等發(fā)酵工廠排出的廢水等的處理，與污水活性污泥處理時一樣具有提高處理效率，處理水質(zhì)的效果。
以下就本發(fā)明的實施例進行說明。
實施例1對具有表4示出之組成和性質(zhì)的高濃度人工污水進行處理，即將曝氣槽(容量20l)的CRP控制在+100mV的ORP控制活性污泥處理裝置的曝氣槽中添加粒徑為0.02～0.2mm的高爐水渣600g(相當于每1m3曝氣槽加30kg，3(重量%/容積)。處理時間與處理水質(zhì)的關(guān)系列入表5，添加高爐水渣后活性污泥的性質(zhì)隨時間的變化情況列入表6，添加高爐水渣30日后活性污泥的行為示于圖2。
注TOC總有機碳TS總固體含量CODMn化學(xué)需要量δ標準偏差值
注TOC總有機碳SS浮游性物質(zhì)
由表5示出結(jié)果表明，添加高爐水渣的活性污泥處理時經(jīng)過2.4～4.8小時的處理，處理水BOD5為5mg/l以下(去除率為98%以上)，CODmn為14～27mg/l(去除率為93～95%)，SS為11～38mg/l，將高爐水渣用于活性污泥固定化載時能進行高效處理，並得到更好的處理水質(zhì)。
關(guān)于活性污泥的沉降性，示出添加高爐水渣30日后的活性污泥沉降曲線的測定結(jié)果。由圖看出，添加高爐水渣為3(重量)%/容積(用-O-及-O-表示)自由沉降范圍內(nèi)的沉降速度為3-4m/時相反，不添加高爐水渣時(用-△-表示)為1.5～2.0m/時。由此可見，高爐水渣具有促進活性污泥沉降速度加快的作用。
表6示出添加高爐水渣后活性污泥的性質(zhì)隨時間的變化情況，添加高爐水渣后的MLVSS(污泥的揮發(fā)量)為907mg/l，而經(jīng)10-30日后增加到2200～3200mg/l。但是，作為活性污泥沉降性指標的SVI是16～27，即使MLVSS增加，其沉降性不降低。
由此可見，在活性污泥處理裝置的曝氣槽中添加高爐水渣進行處理時可以顯著提高處理效率，處理水質(zhì)以及活性污泥的性質(zhì)等。
實施例2根據(jù)實施例1的條件對具有表7示出之性質(zhì)的大都市實際污水(分流式)進行處理。表8示出處理時間與處理水質(zhì)的關(guān)系。
表7 實驗中使用的都市污水的性質(zhì)BOD5CODMnTOC19～67 31～82 10～66mg/l mg/l mg/l
表8示出之結(jié)果表明處理時間由標準的8小時處理到6小時、4小時、3小時、2小時逐次變更，但是處理水的BOD在任何情況下均在5mg/l以下(去除率存74～94以上)，COD為9.8～16.7mg/l，TOC為5.3～14.3mg/l。
由此可見，如果將高爐水渣用作流動床式處理法中的活性固定載體，則可使處理效率高3-4倍，並能使其處理設(shè)備緊湊化。
實施例3將城市污水處理曝氣槽中取得的活性污泥混合液30l放入圖1示出之實驗裝置的生物化學(xué)反應(yīng)槽(第1曝氣槽2……10l，B槽……20l，第2曝氣槽3……10l)中，然后將盒子1放置在B槽中，該盒子是由5枚板狀的孔尺寸為1～3mm的多孔性陶瓷(以高爐水渣為主原料，其配合比為80(重量)%)構(gòu)成。確認約經(jīng)3小時后兩個曝氣槽2、3均變得透明，活性污泥被吸附在多孔性陶瓷的內(nèi)部。
在這種狀態(tài)，對表9示出的人工污水進行通水，使得從第1曝氣槽2到第2曝氣槽3的通過時間為16小時、12小時、8小時、6小時、4小時、3小時、2小時，在人工污水中使活性污泥吸附到陶瓷上或盒子上馴養(yǎng)，然后將通過時間定為2小時進行長時間處理。此時第2曝氣槽3的ORP控制在+100mV，並控制吹入第2曝氣槽2及第2曝氣槽3的空氣量。而且溶解氧的濃度是第1曝氣槽2為0.5～1.0PPm，第2曝氣槽3為2～5PPm。
表10示出處理性能
由表10示出結(jié)果表明配置有5枚板狀多孔性陶瓷盒的生物化學(xué)反應(yīng)槽，其BOD容積負荷量約為通常的活性污泥處理的4-5倍，也就是說，即使進行BOD為2.4kg/m3，日的高爐負荷處理時，其處理水的BOD5在5mg/l以下(去除率在98%以上)、CODMn(平均值)為8.7mg/l(去除率為68～89%)及SS(平均值)為10.1mg/l，進行良好的處理也是可能的。
而且，本發(fā)明方法中不必為進行處理水和活性污泥的固液分離而設(shè)置污泥沉降槽。與一般的污水活性污泥處理相比，其處理效率也提高4～5倍。
實施例4代替實施例3的板狀多孔性陶瓷，改用放置5枚具有2～5mm孔尺寸的板狀以高爐水渣為主原料(重量配比為75%)的多孔性陶瓷的盒子，進行實際污水的處理。該實際污水取自流入人口為100萬人以上大城市污水處理場的分流污水，用實施例1相同條件進行處理。
實驗中使用的城市污水的性質(zhì)示于表11，處理時間與處理水質(zhì)之間的關(guān)系示于表12。
表11 實驗中使用的城市污水的性質(zhì)BOD5CODMnTOC SS19～67 31～82 10～66 150～230mg/l mg/l mg/l mg/l
與人工污水相比，其浮游性物質(zhì)濃度高的實際污水處理時，擔(dān)心多孔性陶瓷盒的封塞。在該實施例的情況下，對多孔性陶瓷(容積約為20l)通120～175倍(2.4～3.5m3)的污水，變成接近閉塞狀態(tài)。
在此，取出靠近第1曝氣槽2的板狀多孔性陶瓷，用高壓水洗凈，將該多孔性陶瓷放在靠近第2曝氣槽3的最后部分進行實際污水的處理。其結(jié)果是得到與表12所示之處理大致相同的水質(zhì)指標。
該結(jié)果表明，以使用板狀多孔性陶瓷的本發(fā)明方法進行實際污水處理，可得到比一般城市污水活性污泥處理約高3～4倍的處理效率。
實施例5代替實施例3的多孔性陶瓷，改用將半園形以高爐水渣為主原料的(其重量配比為80%)陶瓷(直徑約20mm)作為充填料的充填盒，使用實施例3的人工污水，在相同條件下進行處理。其結(jié)果示于表13。
表13示出結(jié)果表明，即使不用板狀多孔性陶瓷而改用充填了該陶瓷的盒子，其處理性能幾乎不變，即充填了該陶瓷的盒子也具有保持活性污泥的性質(zhì)，人工污水的污物也能充分分解除去。處理效率也提高，約為一般廢水活性污泥處理的3倍，而且處理水質(zhì)良好。
實施例6在處理煉鐵廠焦爐產(chǎn)生的瓦斯廢液所用的均勻混合型活性污泥處理裝的曝氣槽中(流動床型反應(yīng)器)添加0.02～0.2mm的高爐水渣粉(平均粒度為0.05mm)，添加量是每1m3曝氣槽為50kg，再將曝氣槽的ORP控制在200～250mV(用金-銀/氯化銀復(fù)合電極測定)，對具有表14所示之性質(zhì)的瓦斯廢液(4倍釋稀)進行處理。
處理條件如下·COD容積負荷量為3.5～4.0kg/m3·日·處理時間為4.4～6.7小時·污泥返送率為 100%在上述處理條件下進行處理的處理水質(zhì)示于表14。
表14示出的結(jié)果表明如果在曝氣槽中添加高爐水渣粉末，就能夠以COD容積負荷量為3.5～4.0kg/m3·日的高負荷量，並且在4.4～6.7小時的短時間內(nèi)處理瓦斯廢液。
將高爐水渣用作活性污泥固定載體的本發(fā)明方法，提高活性污泥處理水的水質(zhì)和活性污泥的沉降性等性質(zhì)，並具有抑制活性污泥膨脹等顯著效果。本發(fā)明方法還可以縮短處理時間，約為不添加高爐水渣的標準活性污泥處理時間的1/2～1/4而無損于處理性能，其結(jié)果是提高處理效率，使處理設(shè)備緊湊化。
將高爐水渣為主原料的陶瓷用作活性污泥固定化載體的本發(fā)明方法還有以下效果。
(1)本發(fā)明方法與常用于污水或工業(yè)廢水活性污泥處理的均勻混合型方法相比，沒有必要在生物化學(xué)反應(yīng)槽(相當于曝氣槽)內(nèi)使活性污泥均勻混合，只要通水使氧溶解在污水或工業(yè)廢水中就行，因此與已有方法相比，曝氣用空氣所需要的動力減少。
(2)以高爐水渣為主成分的陶瓷保持活性污泥的的功能很好，因而可以省略一般活性污泥處理中所用的污泥沉降槽，或者使污泥沉降槽簡化。
(3)即使將BOD負荷量提高到約為一般活性污泥處理的3倍進行處理，其處理水質(zhì)也會很好。因此可以使生物化學(xué)反應(yīng)槽(相當于曝氣槽)相當小型化。
(4)由于可使活性污泥沉降槽省略或簡略，進而使生物化學(xué)反應(yīng)槽(曝氣槽)小型化，因而能使污水處理的整個設(shè)備顯著緊湊。
(5)由于活性污泥固定在陶瓷內(nèi)，一般均勻混合型活性污泥處理中容易發(fā)生的活性污泥膨脹不會產(chǎn)生，因此處理穩(wěn)定，能進行良好的處理。
權(quán)利要求
1.污水或工業(yè)廢水的流動床式活性污泥處理方法，其特征是在活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中添加高爐水渣粉，將高爐水渣粉用作活性污泥的固定載體。
2.權(quán)利要求
1所述的污水或工業(yè)廢水流動床式活性污泥處理方法，其特征是要管理和控制添加了高爐水渣粉的曝氣槽中的曝氣量，使曝氣槽的氧化還原電位處于預(yù)定的目標值范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征是在曝氣槽中添加0.02～0.5mm的高爐水渣，添加量為1～5(重量%)/曝氣槽容積。
4.權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征是在曝氣槽中添加0.02～0.5mm的高爐水渣，添加量為10～50kg/m3曝氣槽。
5.污水和工業(yè)廢水的固定床式活性污泥處理方法，其特征是在活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中設(shè)置以高爐水渣為主成分的陶瓷，將該陶瓷用作活性污泥的固定載體。
6.權(quán)利要求
5所述之方法，其特征是將高爐水渣為主原料的板狀多孔陶瓷構(gòu)成的盒子用作活性污泥的固定載體。
7.權(quán)利要求
5所述之方法，其特征是將充填了以高爐水渣為主成分的片狀陶瓷的盒子用作活性污泥的固定載體。
8.權(quán)利要求
5所述方法，其特征是將充填了以高爐水渣為主成分的馬鞍形陶瓷的盒子用作活性污泥的固定載體。
9.權(quán)利要求
5～9中任何一項所述的方法，其特征是在以高爐水渣為主成分的陶瓷中將活性污泥固定的狀態(tài)下，將經(jīng)過預(yù)先曝氣而溶解了氧的污水或工業(yè)廢水進行通水處理。
10.權(quán)利要求
9所述之方法，其特征是在以高爐水渣為主成分的陶瓷中將活性污泥固定的狀態(tài)下，將經(jīng)過預(yù)先曝氣而溶解了氧的污水或工業(yè)廢水進行通水處理的同時，管理和控制生物化學(xué)處理后處理水的氧化還原電位使其在預(yù)定的目標值范圍內(nèi)。
11.污水或工業(yè)廢水的固定床式活性污泥處理方法，其特征是將以高爐水渣為主成分的多孔性板狀陶瓷構(gòu)成盒子或充填了以高爐水渣為主成分的陶瓷的盒子用作活性污泥的固定載體，將許多這樣的盒子配置在橫切污水或工業(yè)廢水的流動方向上進行生物化學(xué)處理，將離污水或工業(yè)廢水流入側(cè)最近的盒子取出。同時使后續(xù)的盒子順次平行移動至污水或工業(yè)廢水的流入側(cè)，在最后部分插入新的盒子或用過后再生的盒子，另一方面，對上述取出的盒子除去附著物進行再生處理，並將它用于上述盒子群的最后部分，一邊順次交換這些盒子一邊進行生物化學(xué)處理。
專利摘要
本發(fā)明涉及污水或工業(yè)廢水的流動床式活性污泥處理方法，該方法的特征是在活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中添加高爐水渣粉，將高爐水渣粉用作活性污泥的固定載體。本發(fā)明還涉及污水或工業(yè)廢水的固定床式活性污泥處理方法，該方法的特征是把以高爐水渣作為主成分的陶瓷放置在活性污泥處理設(shè)備的曝氣槽中，將該陶瓷作為活性污泥的固定載體。
文檔編號C02F3/06GK87105407SQ87105407
公開日1988年2月17日 申請日期1987年8月6日
發(fā)明者藤井正博, 中村榮一 申請人:新日本制鐵株式會社, 建設(shè)省土木研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan