專利名稱：廢水好氧處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在通氣反應(yīng)器中進行廢水好氧處理的方法與設(shè)備，其中待處理的廢水從底部送入該反應(yīng)器中。
背景技術(shù)：
方法廢水的生物處理實質(zhì)上能夠以兩種方式進行，即通過利用使用氧氣的微生物的好氧方式，以及通過在沒有氧氣的條件下微生物生長的厭氧方式。兩種方法均已發(fā)現(xiàn)了在廢水處理領(lǐng)域中的地位。第一種方法主要用于低度污染和水溫低時的凈化處理。第二種方法作為對于更嚴(yán)重的有機物污染且在更高的水溫下的預(yù)處理尤其提供了益處。兩種方法均已被充分了解。
現(xiàn)在，厭氧反應(yīng)器經(jīng)常與好氧反應(yīng)器串聯(lián)安置，諸如，例如1.緊湊的厭氧預(yù)處理，隨后好氧后處理(“凈化”)以徹底地除去BOD/COD；2.硝化作用，隨后反硝化作用以徹底地除去氮；3、硫酸鹽還原作用，隨后經(jīng)硫化物的氧化作用成為單質(zhì)硫以除去硫。
在同一反應(yīng)器內(nèi)存在同時發(fā)生好氧與厭氧反應(yīng)的報道不斷增長。有關(guān)這方面的實施例為硝化作用/反硝化作用的反應(yīng)以及在硫化物氧化作用影響下的反硝化作用。
在高負(fù)載的好氧系統(tǒng)中，厭氧過程也是低的污泥生長值的原因。在包含聚結(jié)(絮凝)生物量的反應(yīng)器中，通過存在于絮凝物外層的好氧細(xì)菌，使用相對低的氧氣壓力能導(dǎo)致氧結(jié)合物質(zhì)的迅速轉(zhuǎn)化。這些細(xì)菌優(yōu)選在它們細(xì)胞的外部以聚糖的形式儲存營養(yǎng)物質(zhì)作為儲備。
接著，由于缺氧，該細(xì)菌沒有機會使用這些儲備，并且因此這些儲備開始作為絮凝物內(nèi)部厭氧礦化過程的底物，沒有氧氣能夠穿透絮凝物內(nèi)部。結(jié)果形成了聚糖的同時生成和分解，聚糖也作為粘聚細(xì)菌培養(yǎng)的一種粘聚劑。在低的凈污泥產(chǎn)率下，原生動物作為細(xì)菌-消耗捕食者也起著重要的作用。
在本文中，術(shù)語微-親氣實際上用于表明供給該系統(tǒng)的氧氣比完全好氧反應(yīng)所需要的要少。由此導(dǎo)致的結(jié)果是在非常低的氧氣壓力下能倍增細(xì)菌群體形成量。這些情況的一個缺點是能產(chǎn)生難聞氣味的物質(zhì)，如H2S，NH3或揮發(fā)性有機酸。這些物質(zhì)能經(jīng)空氣泡除去并且進入外部空氣。因此，如果需要，收集該空氣進行處理是重要的。
另一方面，在反應(yīng)器中保持存在充足的這種物質(zhì)并且所形成的絮凝物在厭氧礦化過程發(fā)生之前不被洗出是重要的。
近來的研究揭示了厭氧細(xì)菌對氧氣有高的耐受性(M.T.Kato，生物技術(shù)生物工程421360-1366(1993))。氧氣的加入有時也能對厭氧過程有好處，例如象EP-A143149中描述的在發(fā)酵罐中抑制硫酸鹽還原作用。在這后一過程中，出現(xiàn)在污泥中的有機固體廢物被轉(zhuǎn)化形成氣體，該氣體含有作為主要組分的甲烷，也含有少量的低于3％，更具體地是0.1-1.5％(體積)的氧氣。
背景技術(shù)：
反應(yīng)器在廢水處理的反應(yīng)器中生物量的滯留對該反應(yīng)器的處理容量是至關(guān)重要的。在常規(guī)的好氧處理中，通常通過把在反應(yīng)器外經(jīng)沉降分離的污泥(＝生物量)連續(xù)返回到發(fā)生生物反應(yīng)的通氣罐來實現(xiàn)。通氣罐中污泥濃度為3-6g/l的該方法被稱作活化污泥方法。同樣的原理也適用于早期的厭氧處理體系，盡管在污泥循環(huán)到厭氧反應(yīng)器室之前通常在薄片分離器的輔助下分離。該方法稱為接觸方法。
厭氧接觸方法的一個改進涉及使用以不同的方式實現(xiàn)污泥滯留的系統(tǒng)，例如通過將沉降室與反應(yīng)室結(jié)合起來或通過在載體物質(zhì)上的固定化以抵銷生物量的洗出。對于積累而言，污泥的滯留時間比各種微生物的分裂時間長的多是重要的。由于生長速度非常低，這對于厭氧過程尤其重要?！吧狭鲄捬跷勰鄬印狈磻?yīng)器，即世界聞名的UASB反應(yīng)器在20世紀(jì)70年代的開發(fā)成功是厭氧處理的重要進步?，F(xiàn)在大多數(shù)的厭氧處理都在這種類型的反應(yīng)器中進行。
UASB反應(yīng)器的特征是待處理的污水從罐的底部進入并分配，污水從底部緩慢向上流過一層生物量。在與生物量接觸的過程中會生成主要由CH4，CO2和H2S組成的一種氣體混合物；該混合物稱為沼氣。所說的沼氣氣泡上升并且因此保證一定程度的混合。作為水相表面下氣體收集蓋靈活布置的結(jié)果，氣泡不能到達(dá)水相表面，因此在頂部產(chǎn)生一個平靜區(qū)域，并且被向上卷起的任何污泥顆粒能夠再沉降到生物量層(“污泥層”)。UASB反應(yīng)器中污泥的濃度通常在40至120g/l之間，一般在80到90g/l。許多專利描述了UASB反應(yīng)器，尤其在EP-A193999和EP-A244029中。UASB反應(yīng)器成為最流行的厭氧體系的一個原因是事實上通正確的過程控制，能夠允許生物量形成幾毫米大小的球形顆粒，這樣沉降很好。
同時，以UASB原理為基礎(chǔ)提出了具有高流速的改進的裝置或變形的裝置，例如作為循環(huán)污水的結(jié)果，通過使用沼氣作為一個整體的泵，或僅僅通過建立更細(xì)的高塔。但是，其基本原理仍然保持與UASB相同。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及在前述的UASB反應(yīng)器中應(yīng)用廢水好氧處理。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于該應(yīng)用由氧氣也從底部進入的一個UASB反應(yīng)器構(gòu)成，具體的講，送入氧氣的量以能促進兼性的和好氧的生物量的生長。這揭示UASB反應(yīng)器安裝有一個通氣裝置，優(yōu)選采用細(xì)小氣泡。該類型的反應(yīng)器可以作為獨立單元使用或與厭氧預(yù)處理結(jié)合使用。在特殊的情況下，一個反應(yīng)器也能交替的進行厭氧和好氧操作，例如廢水量波動很大的季節(jié)性操作。該方法原則上能用于許多目的，例如COD/BOD的除去，硝化，反硝化和硫化物氧化。
作為上流原理和整體沉降的結(jié)果，生物量以很大的量累積是可能的，該累積量比活化污泥方法的多而比厭氧操作的UASB反應(yīng)器中的少。反應(yīng)器底部生物量的濃度優(yōu)選為0.5-75g/l，更優(yōu)選為5-50或10-50g/l。當(dāng)該過程用于厭氧處理隨后進行好氧處理時，生物量的濃度可以更低一點，例如為0.5-10g/l。
好的污泥滯留依賴于通氣強度和反應(yīng)器的液壓負(fù)載。低的通氣程度適合于高的液壓負(fù)載，反之亦然。例如，對于水負(fù)載為4.0m3/m2.h的特定情況，通氣程度優(yōu)選低于0.9m3/m2.h，而當(dāng)水負(fù)載為1.2m3/m2.h或更少，污泥滯留的通氣程度實際上是不受限制的。相反地，對于通氣程度為4.0m3/m2.h時，水負(fù)載優(yōu)選低于1.3m3/m2.h，而當(dāng)通氣程度為0.8m3/m2.h或更少時，污泥滯留的水負(fù)載實際上是不受限制的。兩者的關(guān)系顯示于

圖1的一條曲線。依賴于反應(yīng)器的尺寸和使用的污泥，所使用的數(shù)值可以與這里提到的不同，但是趨勢是一樣的。
因此，該方法可用于稀釋的和濃縮的廢水。因為在反應(yīng)器底部使用高密度的生物量，氧氣不能穿過每個地方，結(jié)果是能夠發(fā)生厭氧污泥礦化作用。因此，排出的用過的空氣會含有微量的甲烷，但是體積比不超過10％。而且，由于空氣或氧氣氣泡的停留時間相對短，不是所有的氧氣都能溶解于水中，并且排出的空氣中將至少含有2％(體積)，特別是大于3％(體積)，和直到，例如15％(體積)的殘余氧氣。殘余氣體的其余部分主要由二氧化碳和氮氣和可能為甲烷組成。
根據(jù)本發(fā)明的用于廢水好氧處理的設(shè)備由一個UASB反應(yīng)器組成，在該反應(yīng)器底部裝有聯(lián)合分配水的進料口，在該反應(yīng)器頂部裝有使生物量整體沉降和氣體收集的裝置(稱為三相分離)。通常這種類型的整體分離涉及發(fā)生在液體表面下通過氣體收集蓋的氣體收集，該收集蓋從上面看延伸至反應(yīng)器的整個橫截面。與常規(guī)的UASB反應(yīng)器相比，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中通氣裝置安裝在反應(yīng)器的底部，該裝置或者低于或者高于進水分配器，或在同一水平上。反應(yīng)器的高度可以從4到14米變化，優(yōu)選在4.5到10米。在本文中，“在反應(yīng)器的頂部”表示在反應(yīng)器的上部部位，即在反應(yīng)器的最高液面(總有效高度)和0.75倍的有效高度之間。類似地，“在反應(yīng)器的底部”表示在反應(yīng)器的下部部位，即在最低液面和0.25倍有效高度之間。
在厭氧和好氧處理結(jié)合的情況下，好氧反應(yīng)器通常放在厭氧反應(yīng)器的旁邊，好氧反應(yīng)器和厭氧反應(yīng)器是分離的反應(yīng)器。在這種情況下，從厭氧反應(yīng)器排出的空氣可以作為好氧反應(yīng)器的進氣。
厭氧和好氧反應(yīng)器也可以垂直結(jié)合在一個反應(yīng)罐中，在這樣一個垂直結(jié)合反應(yīng)罐中，通氣裝置位于厭氧部分的氣體收集的上部。一個該類型的結(jié)合的厭氧和好氧廢水處理設(shè)備由一個UASB反應(yīng)器組成，其中用于提供液體的分配器位于該反應(yīng)器的底部，氣體收集裝置位于中部并且通氣裝置位于這些部分之上，以及用于生物量的整體沉降與氣體收集的裝置位于該反應(yīng)器的頂部。厭氧部分的氣體收集蓋和通氣裝置不必恰好在反應(yīng)器的中部。因此，“在中部”表示在反應(yīng)器的有效高度的0.25倍和0.75倍之間。依賴于待處理廢水的類型，這些部件的位置可以低一點或高一點。在這種情況下反應(yīng)器的總高度優(yōu)選從6到25米變化。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個特定的具體裝置中，通氣裝置在反應(yīng)器的一部分高度上是可以垂直移動的。這可以通過例如一個將通氣器安排在上部部位并且可以選擇性的將氣體收集蓋安排在下部部位的框架來完成，該框架可以相對于反應(yīng)器高度機械地升高和降低。該具體裝置使反應(yīng)器結(jié)構(gòu)容易適應(yīng)于特定的廢水和理想的純化結(jié)果。
在結(jié)合的厭氧/好氧處理方法的情況下，水的進料速度能夠調(diào)整以便于污泥平衡是最佳的，即厭氧污泥保留在反應(yīng)器的下半部和好氧污泥保留在上半部。如果在好氧部分產(chǎn)生大量的污泥產(chǎn)品，通過降低水的給料速度可以讓過剩的污泥沉降到厭氧相，結(jié)果好氧生物量的數(shù)量又維持恒定。隨時間的變化，過剩的好氧污泥也能夠變得更重并且自己沉降到厭氧相。
前述的垂直結(jié)合的厭氧和好氧廢水處理設(shè)備的一個變形物包括在反應(yīng)器頂部用支撐好氧細(xì)菌的填料物質(zhì)代替在反應(yīng)器頂部的生物量整體沉降氣體收集裝置。填料物質(zhì)可以包括過濾器或固定好氧細(xì)菌的其它裝置。在該具體裝置中，可以在反應(yīng)器頂部收集從好氧相放出的氣體或?qū)⑵浜唵蔚呐欧诺酱髿庵小榱朔乐箙捬鯕怏w干涉好氧過程，在較低的厭氧區(qū)上面有效的三相分離在這里是重要的。再者，通氣裝置和厭氧氣體收集器也優(yōu)選可以垂直移動。
圖1顯示了液壓負(fù)載(V水)水和通氣速度(V氣)之間關(guān)系的測定結(jié)果。V水和V氣以m/h＝m3/m2.h表示。陰影部分是污泥被洗出的區(qū)域。
圖2顯示了單獨好氧處理的一個設(shè)備。反應(yīng)器1是UASB反應(yīng)器。通過進料口2和分配器3將廢水送入反應(yīng)器的底部，其中該廢水可以選擇性地進行厭氧預(yù)處理，以這種方式實質(zhì)上能產(chǎn)生一個垂直活塞流。處理過的水經(jīng)在反應(yīng)器頂部的溢流4和排放管5排放?？諝饣蜓鯕馔ㄟ^裝有壓縮機的管路6提供，并且通過分配器7分散到水中。反應(yīng)器頂部的氣體收集蓋8收集殘余氣體，收集蓋的上部有充足的空間供好氧污泥沉降。氣體收集蓋配有排放殘余氣體的排放管(未顯示出)。
圖3顯示了結(jié)合的厭氧和好氧處理的設(shè)備。關(guān)于這里未討論的部件，反應(yīng)器10同圖2中的反應(yīng)器類似。除去厭氧氣體(主要是甲烷)的氣體收集蓋9位于反應(yīng)器10的中部。氣體分配器7位于該收集蓋的上面。實施例1將一個如圖1描繪的UASB-型中試反應(yīng)器用作未經(jīng)厭氧預(yù)處理的微-親氣的反應(yīng)器，該反應(yīng)器處理容量為12m3，有效(液體)高度為4.5m，底部表面積為2.67m2。將含有大約1500mg/l COD的未處理的造紙廠廢水以1.5m3/h的速度(上流速度V升0.56m/h)送入反應(yīng)器。以12m3空氣/h(V升4.5m/h)的速度給反應(yīng)器通氣。反應(yīng)器的溫度大約為30℃，pH為中性。在用過的空氣中沒有可檢測到的臭味組分出現(xiàn)。
適應(yīng)一周之后結(jié)果如下
適應(yīng)一周之后結(jié)果如下COD總COD過濾乙酸鹽丙酸鹽進入量(mg\l)15151455 426 181排出量(mg\l)1006762198 93效率(％)33 47 5348進一步的優(yōu)化使總COD的排出效率為75％或更高。實施例2將與實施例1同樣的反應(yīng)器用作一個好氧后處理反應(yīng)器，將含有大約600mg/l COD的經(jīng)厭氧預(yù)處理的造紙廠廢水以4.0m3/h的速度送入反應(yīng)器(上流速度V升1.5m/h)。以3.5m3空氣/h(V升1.3m/h)的速度給反應(yīng)器通氣。在用過的空氣中沒有可檢測到的臭味組分出現(xiàn)。
樣品過濾前和過濾后的COD值如下COD總COD過濾后進入量(mg\l)621 543排出量(mg\l)465 249效率(％)25 54這些值表明厭氧處理后該反應(yīng)器轉(zhuǎn)化了相當(dāng)大量的殘余COD。
權(quán)利要求
1.在待處理的廢水由底部送入的通氣反應(yīng)器中進行廢水好氧處理的方法，其特征在于利用一個上流厭氧污泥層反應(yīng)器，其中氧氣也以促進兼性的和好氧的生物量生長的量送入該反應(yīng)器的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于送入的氧氣量為使從該反應(yīng)器放出的氣體中包含至少2％(體積)，優(yōu)選為至少3％(體積)的氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于經(jīng)過氣泡吹氣進行通氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一的方法，其特征在于該反應(yīng)器底部生物量的濃度為5到50g/l。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4其中之一的方法，其特征在于好氧處理與厭氧預(yù)處理結(jié)合起來實施。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于利用厭氧預(yù)處理排放的空氣作為好氧處理的通氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于好氧處理與厭氧預(yù)處理在同一個罐中進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于調(diào)整水的進料速度以便于好氧生物量的數(shù)量維持大約恒定。
9.廢水好氧處理設(shè)備，它由一個反應(yīng)罐組成，其中用于提供液體的分配器和通氣裝置位于該反應(yīng)器的底部以及用于生物量的整體沉降的裝置和氣體收集裝置位于該反應(yīng)器的頂部。
10.用于結(jié)合的厭氧和好氧廢水處理的設(shè)備，它由一個反應(yīng)罐組成，其中用于提供液體的分配器位于該反應(yīng)器的底部，氣體收集裝置位于所說的液體分配器的上面，通氣裝置位于所說的氣體收集裝置的上面以及生物量的整體沉降裝置和氣體收集裝置位于該反應(yīng)器的頂部。
11.用于結(jié)合的厭氧和好氧廢水處理的設(shè)備，它由一個反應(yīng)罐組成，其中用于提供液體的分配器位于該反應(yīng)器的底部，用于生物量整體沉降氣體收集裝置位于所說的液體分配器的上面，通氣裝置位于所說的氣體收集裝置的上面以及支撐好氧細(xì)菌的填料物質(zhì)位于該反應(yīng)器的頂部。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的設(shè)備，其中所說的通氣裝置在反應(yīng)器的一部分高度上是可以移動的。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于在UASB類型的反應(yīng)器中進行廢水好氧處理的方法,待處理廢水由該反應(yīng)器底部進入,并且同時氧氣以一定的量進入以便于促進兼性的和好氧的生物量的生長。本發(fā)明也描述了廢水好氧處理的設(shè)備,該設(shè)備由一個UASB反應(yīng)器、位于該反應(yīng)器底部的用于提供液體的分配器和通氣裝置以及位于該反應(yīng)器頂部用于生物量的整體沉降和氣體收集的裝置組成。該設(shè)備也可以是一個結(jié)合的厭氧/好氧反應(yīng)器。
文檔編號C02F3/30GK1172463SQ96191695
公開日1998年2月4日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月31日
發(fā)明者萊昂納德·許貝特斯·阿方薩斯·哈貝茨, 威廉默斯·約翰尼斯·伯納德斯·瑪麗亞·德里森 申請人:帕克斯公司