CN101296870A - 结合了固定细菌生物处理和絮凝-沉降的水处理方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理方法和设备，其相继地包括至少一个在所述水中所含污染物的至少一部分通过固定生物质的生物处理步骤，在这个步骤结束时获得的生物纯化的物流在其进入到下一个步骤之前包含小于2mg/l的MES；以及至少一个加重絮凝物的絮凝－沉降步骤，根据该步骤：使生物处理过的物流在混合区(2)中经过，优选以10s－1－1000s－1的速度梯度，其中注入至少一种密度大于水的不溶性粒状材料并保持其悬浮，并且其中使至少一部分悬浮物质聚集在所述粒状材料的颗粒周围；使从所述混合区(2)输出的物流在沉降区中经过，其中分离澄清的排出液和与粒状材料混合的沉降污泥；从沉降污泥中提取粒状材料，并且将大部分的粒状材料再循环到所述混合区(2)中；提取与粒状材料分离的沉降污泥。

Description

结合了固定细菌生物处理和絮凝-沉降的水处理方法和设备
技术领域
本发明涉及水处理的领域。
更具体地，本发明主要涉及的方法结合了固定细菌生物处理与生物处理过的水的高速加重絮凝物(flocs lestés)澄清。
本发明可用于处理任何含有可通过固定细菌生物处理去除的杂质并且需要在生物处理后澄清的水，例如尤其是以下的这些(但不影响类似应用的等效使用)：
-通过细菌床处理的废水，其中处理用细菌在水中被固定到固定载体(辊，塑料或无机衬)上或者固定到旋转载体(用来确保提供细菌所需氧的旋转盘或鼓)上，以去除生物处理过的水中的过剩的污泥；
-通过MBBR(移动床生物反应器)处理的废水或人消耗用水，其中用于处理污染物(尤其是含碳、含氨或硝酸盐形式的污染物)的细菌被固定到小单元尺寸(通常为几毫米至几厘米)的载体上，该载体的密度接近水的密度，以去除生物处理过的水中的过剩的污泥；
-通过在装备了大直径材料的过滤器上生物过滤处理的废水或人消耗用水，可以连续清洗过量的生物和过滤污泥，其中处理用细菌(尤其是用于处理含碳、含氨或硝酸盐污染物的细菌)被固定到由球、圆柱体、珠粒构成的过滤载体物上，或者被固定到类似载体上，以去除生物处理过的水中的过剩的污泥。
背景技术
在目前的技术状态下，通过细菌床或MBBR类型的连续运行的固定细菌生物方法产生的载有过剩污泥的水通常在以1米/小时左右(通常为约0.6m/h至最大2m/l)的速度运行的传统二次澄清器中进行澄清，导致需要大的表面，以确保在生物处理之后所需的澄清工作。
在1995年11月3日公开的法国专利申请FR2719235所描述的现有技术结合了活性污泥处理和细砂加重絮凝物的絮凝沉降的澄清处理，使得能够以高达6m/h甚至更高的高沉降速度进行水的澄清。
这项技术由于采用于加重絮凝物沉降而可以在已减少了3-10倍的表面上进行沉降，但其缺点是需要采用活性污泥作为生物处理模式。
而活性污泥具有各种类型的缺陷。
首先，活性污泥要求澄清悬浮在从活性污泥池流出的水中的整个处理用细菌物质，并且再循环大部分的澄清污泥，以保持活性污泥池中的处理所需的细菌物质，这通常需要沉降的流量大于待处理流量的大约两倍，考虑到污泥再循环通常约为待处理的流量，这使得需要构建大尺寸的结构。
其次，对活性污泥的可沉降性要求需要将池中活性污泥的浓度限制到大约3-6g悬浮物(MES)/升的值(并且这同样也适用于根据专利FR2719235的加重絮凝物澄清的情况，除非提供了非常高且经济上不现实的再循环速度)，考虑到给定污染物流处理所需的生物质，这需要与生物质固定时所需体积相比大的池体积。
最后，待沉降水中大的干物质浓度(3-6g MES/l)需要在由于污泥再循环而导致的大约加倍的流量上施加大的试剂剂量(通常大于1mg/l絮凝聚合物)，从而导致大的试剂消耗。
发明内容
本发明的主要目的是通过提供一种水处理方法来解决这些问题，该方法的特征在于它相继地包括至少一个在所述水中所含污染物的至少一部分通过固定生物质的生物处理步骤，在这个步骤结束时获得的生物纯化的物流(écoulement)在其进入到下一个步骤之前包含小于2mg/l的MES；以及至少一个加重絮凝物的絮凝-沉降步骤，根据该步骤：
使生物处理过的物流在混合区中经过，优选以10s-1-1000s-1的速度梯度，其中注入至少一种密度大于水的不溶性粒状材料并保持其悬浮，并且其中使至少一部分悬浮物质聚集在所述粒状材料的颗粒周围，
使从所述混合区输出的物流在沉降区中经过，其中分离澄清的排出液和与粒状材料混合的沉降污泥，
从沉降污泥中提取粒状材料，并且将大部分的粒状材料再循环到所述混合区中，
提取与粒状材料分离的沉降污泥。
相对于活性污泥的现有技术状态，本发明由于固定生物质方法可带来的高浓度生物质而导致紧凑的生物处理，同时在二次沉降中只处理大约等于待处理流量的流量(唯一的差别是生物质载体的周期性洗涤所需的任选的再循环)，这是因为不需要污泥再循环，处理所需的细菌被固定到它们的载体上，这将沉降设备的尺寸减少了第一减少因数。
根据本发明的变化形式，还可以向该混合区再循环与粒状材料分离的沉降污泥的至少一部分。
本发明的方法还可以在二次沉降中以15m/h至大于100m/l的高“镜(miroir)”速度(处理的流量除以沉降表面积)进行处理。
本发明的方法还可以减少所使用的絮凝性聚合物的量，这归因于更少量的待絮凝的MES(只有过剩的生物质需要被处理，也就是说浓度小于2g/l，通常甚至小于1g/l)并且归因于大致只有未净化水被处理(这是因为本发明并不采用污泥再循环，该再循环将使待处理的流量加倍)。
优选地，所述通过固定生物质的生物处理步骤选自下面的生物处理类型：生物床、“移动床生物反应器”(MBBR)、生物过滤器、生物盘。
还优选地，所述生物质被固定到载体上，该载体选自下面的类型：球，辊，板，带，鲍尔(pall)型、拉西(raschig)型或类似型环，盘或鼓，这些载体可以是固定的或者移动的，或者悬浮于待处理的水中。
有利地，在所述生物处理步骤结束时获得的生物处理过的物流的MES浓度小于1g/l。
还有利地，本发明的方法包括将至少一种絮凝剂注入到所述混合区中的步骤。
优选地，本发明方法还包括至少一个注入至少一种凝结剂(coagulant)的步骤。这种凝结剂可在所述絮凝剂的上游，在该混合区中和/或在该混合区的上游和/或在任何污泥再循环回路中被注入。
这种凝结剂可以是金属盐的形式(例如氯化铁或者硫酸铝)或者是有机凝结剂的形式(如聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵))。
无机凝结剂如氯化铁的这种注入可以将处理过的水的含量降至非常低的最终残余磷值，小于1毫克/升，而不会妨碍生物质的生长，因为磷在生物处理后被降低。而且，部分污泥可被再循环到该混合区的上游或该混合区中，以提高磷的去除并且优化注入的凝结剂的使用，甚至减少其消耗。
最后，还优选地，所述生物处理过的物流在所述混合区中的驻留时间为1-10分钟，优选小于3分钟。
本发明还涉及专门设计用于实施上述方法的废水生物处理设备，其特征在于它包括：
-通过固定生物质的生物处理区，包括至少一个生物处理反应器，
-混合区，该混合区配备有至少一个在所述生物处理区的出口处获得的生物处理过的物流的主入口通道(voie)、至少一个与密度大于水且不溶于水的粒状材料源相连的第二入口通道以及至少一个搅拌***；
-沉降区，其接受来自所述混合区的物流并且配备有澄清排出液的提取通道和沉降的粒状材料与污泥混合物的提取通道，
-粒状材料回收区，在入口处与所述沉降的粒状材料与污泥混合物的所述提取通道连通，并且在出口处与粒状材料的所述第二入口通道并与过量污泥提取通道连通。
优选地，所述生物处理区是细菌床、MBBR或生物过滤器类型的生物处理区。
另外，根据本发明的一种变化形式，该设备包括用于把与粒状材料分离的污泥的至少一部分向该混合区再循环的装置。
还优选地，所述生物处理区包括选自以下类型的生物质载体：球，辊，板，带，鲍尔型、拉西型或类似型环，盘或鼓。
有利地，所述混合区包括至少一个槽，在该槽中安装有至少一个适合使粒状材料保持悬浮的搅拌装置。
还有利地，根据本发明的设备包括将至少一种絮凝剂如阴离子型或阳离子型聚合物注入到所述混合区或所述生物处理过的物流的所述主入口通道中的装置。
优选地，所述设备包括注入至少一种凝结剂如金属盐或有机凝结剂的装置，在所述絮凝剂的所述注入装置的上游提供。
还优选地，所述粒状材料是尺寸为40微米至300微米的砂。
根据本发明实施方案的变化形式，所述沉降区没有任何薄片(lamelles)。
根据另一种变化形式，所述沉降区具有薄片。
附图说明
参考唯一的附图，通过阅读本发明非限制性实施方案的以下描述可以更容易地理解本发明及其各种优点，该唯一的附图示意性地表示结合了RBC(旋转生物接触器)生物处理步骤和加重絮凝物沉降的设备。
具体实施方式
参考此附图，待处理水经入口11进入这个设备中到达界定出具有固体培养物的生物处理区1的槽中。
这个槽在此如图所示配备了旋转生物接触器，其由安装在旋转的共用水平轴12上的垂直盘制成，起到处理用生物质的载体的作用。但是要指出，可以使用本领域技术人员已知的任何其它生物质载体模式而不背离本发明的范围。
通过载体盘的旋转使生物处理所需的空气与生物质接触。
在这个槽中的生物处理过的物流(其则只包含处理的过量生物质)具有小于1g/l悬浮物，其经过通道21进入到界定出混合区2的槽中。
在这个实施方案的范围内，这个通道21形成生物处理过的物流的主入口通道，其被简化为在共用壁上的简单开孔，所述壁将界定出生物处理区1的槽与界定出混合区2的槽分开。
这个界定出混合区2的槽还配备有搅拌器22和由沉积粗粒子装置(sousverse)41和水力旋流器(hydrocyclone)4构成的砂构成的粒状材料的第二入口通道。
最后，这个槽配备有絮凝剂的注入装置24和凝结剂的注入装置23，该凝结剂可以是例如铁或铝盐，或者其可以是有机凝结剂如聚DADMAC，在絮凝剂的注入的上游提供。
需要指出，取决于其类型(优选氯化铁)及其剂量，该凝结剂可以除去在生物处理过的水中保留的磷酸盐。
含有悬浮的砂加重絮凝物的处理过的水随后被引导经隔板34到达沉降区3。污泥与砂的沉降混合物在此通过刮器31被收集，并且泵送经过提取通道35到达水力旋流器4。这个水力旋流器4形成粒状材料(砂)的回收区，其入口与提取通道35连通，而其出口由形成粒状材料第二通道的沉积粗粒子装置41构成。
所有砂在水力旋流器4的沉积粗粒子装置41回收，并且带有或不带有部分污泥地被再循环至混合区2，同时大部分的水力旋流处理过的污泥通过线路42被提取到污泥处理或保存区域(未示出)。与粒状材料分离的污泥的至少一部分可以经装置421被再循环至混合区2。
澄清的水从沉降区3的表面经由包括给料槽33的提取通道32取出。
所述设备已被用来处理城镇水。所用的砂具有130微米的有效直径和2.65的实密度。将氯化铁用作凝结剂，含量为50mgFeCl3/l。所用的絮凝剂是阴离子型絮凝剂，含量为1.5mg/l。采用等于8％的向水力旋流器的砂/污泥混合物再循环率，其中砂再循环含量等于5kg/m3从生物处理区1输出的排出液。
伴随地采用等于30m/h的沉降区中的镜沉积速度。
所获得的在界定出生物处理区1的槽的出口处获得的物流含有小于600mg MES/l。这个设备的采用使得能够获得小于20mg MES/l的处理的水。
获得小于3g砂/立方米处理的水的非常小的砂损失。
这里描述的本发明的实施方案并不意味着限制本发明的范围。

Claims (18)

1、水处理方法，其特征在于它相继地包括至少一个在所述水中所含污染物的至少一部分通过固定生物质的生物处理步骤，在这个步骤结束时获得的生物纯化的物流在其进入到下一个步骤之前包含小于2mg/l的MES；以及至少一个加重絮凝物的絮凝-沉降步骤，根据该步骤：
-使生物处理过的物流在混合区中经过，优选以10s-1-1000s-1的速度梯度，其中注入至少一种密度大于水的不溶性粒状材料并保持其悬浮，并且其中使至少一部分悬浮物质聚集在所述粒状材料的颗粒周围，
-使从所述混合区输出的物流在沉降区中经过，其中分离澄清的排出液和与粒状材料混合的沉降污泥，
-从沉降污泥中提取粒状材料，并且将大部分的粒状材料再循环到所述混合区中，
-提取与粒状材料分离的沉降污泥。
2.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括向所述混合区再循环与粒状材料分离的沉降污泥的至少一部分的步骤。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于所述通过固定生物质的生物处理步骤选自下面的生物处理类型：生物床、“移动床生物反应器”(MBBR)、生物过滤器、生物盘。
4.权利要求1-3之一的方法，其特征在于所述生物质被固定到载体上，该载体选自下面的类型：球，辊，板，带，鲍尔型、拉西型或类似型环，盘或鼓，这些载体可以是固定的或者移动的，或者悬浮于待处理的水中。
5.权利要求1-4之一的方法，其特征在于在所述生物处理步骤结束时获得的生物处理过的物流的MES浓度小于1g/l。
6.权利要求1-5之一的方法，其特征在于该方法包括将至少一种絮凝剂注入到所述混合区中的步骤。
7.权利要求6的方法，其特征在于它包括至少一个在所述絮凝剂的上游注入至少一种凝结剂的步骤。
8.权利要求1-7之一的方法，其特征在于所述生物处理过的物流在所述混合区中的驻留时间为1-10分钟，优选小于3分钟。
9.用于实施权利要求1-8中任一项的方法的水处理设备，其特征在于它包括：
-通过固定生物质的生物处理区(1)，包括至少一个生物处理反应器，
-包括一个或多个槽的混合区(2)，该混合区配备有至少一个在所述生物处理区(1)的出口处获得的生物处理过的物流的主入口通道(21)、至少一个与密度大于水且不溶于水的粒状材料源相连的第二入口通道(41)以及至少一个搅拌***(22)；
-沉降区(3)，其接受来自所述混合区的物流并且配备有澄清排出液的提取通道(32)和沉降的粒状材料与污泥混合物的提取通道(35)，
-粒状材料回收区(4)，在入口处与用于提取沉降的粒状材料与污泥混合物的所述提取通道(35)连通，并且在出口处与粒状材料的所述第二入口通道(41)并与过量污泥提取通道(42)连通。
10.权利要求9的设备，其特征在于它包括用于将与粒状材料分离的污泥的至少一部分向所述混合区再循环的装置(421)。
11.权利要求9或10的设备，其特征在于所述生物处理区(1)是细菌床、MBBR或生物过滤器类型的生物处理区。
12.权利要求11的设备，其特征在于所述生物处理区(1)包括选自以下类型的生物质载体：球，辊，板，带，鲍尔型、拉西型或类似型环，盘或鼓。
13.权利要求9-12中任一项的设备，其特征在于所述混合区(2)包括至少一个槽，在该槽中安装有至少一个适合使粒状材料保持悬浮的搅拌装置(22)。
14.权利要求9-13中任一项的设备，其特征在于该设备包括将至少一种絮凝剂如阴离子型或阳离子型聚合物注入到所述混合区或所述生物处理过的物流的所述主入口通道中的装置(24)。
15.权利要求14的设备，其特征在于它包括注入至少一种凝结剂如金属盐或有机凝结剂的装置(23)，在所述絮凝剂的所述注入装置的上游提供。
16.权利要求9-15中任一项的设备，其特征在于所述粒状材料是尺寸为40微米至300微米的砂。
17.权利要求9-16中任一项的水处理设备，其特征在于所述沉降区没有任何薄片。
18.权利要求9-16中任一项的水处理设备，其特征在于所述沉降区(3)具有薄片。
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