CN1171767A - 废水处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

处理废水的方法,包括:在压力下生物处理废水;然后降低压力并在减压下通过溶解气体的浮选作用基本上除去固体。

Description

废水处理方法和设备

技术领域

本发明涉及废水处理方法和设备。

作为在本发明使用的，术语“废水”包括污水和任何污染过的水。因此，本发明的处理设备可用于处理包括市政废水和工业废水在内的废水。

本发明把废水的循环作为其目的之一。

本发明可具体但不限于用于废水处理的所谓“水-开发”厂(“Water-mining”plant)。然而，本发明也可作为“管端”(“end of pipe”)设施使用。

术语“水-开发”指的是与常规处理根本不同的水处理方法。在传统上，使废水成管网状从其来源到遥远的“管端”处理厂，在那里废水经处理后分配成许多副产品。

一种副产品是适于灌溉、工业用水等级别的水。但是，这种处理水由于管网费用很高，所以难得返回到废水的来源处。

“水-开发”的方法使用一种较小的“地区性(Commumity)”现场-特定处理工厂，它用来“开发”来源于该地区的废水的可利用处理水，该地区产生的废水可再用于该地区。循环使用的水可以是可饮用的，或者仅适于非饮用的。

可以理解这种水的开发方法能降低对水处理厂到地区的管网化和废水离开地区的管网化的要求。

可以设想将会有许多的小型“地区性”工厂汇同“管端”处理厂一起操作。在这种情况下，小型“地区性”工厂不需要处理大部分的固体。而是，  对于小型“地区性”工厂不易处理或不易排除的固体和任何其它成分可转运到“管端”处理厂中。或者，地区性工厂以其本身的地位就是“管端”厂。

因此，“水-开发”方法的本质是从废水源或靠近废水源的地方开发可用的水。除了使水循环外，该方法还能减少管网化的压力和对“管端”工厂的负荷。

尽管“水开发”方法是工厂整套设备的强化，但应当认识到与废水***有关的大部分投资费都用在管网***上了。

“地区性”工厂，如上广泛地描述，优选是紧凑的、技术保养少、不引人注目、遥控、和基本上没有气味的。最优选是，这种地区性工厂是标准组装的，而且几乎不需要任何场地准备。背景技术

常规现代废水处理***通常包含某种形式的生物硝化作用和从废水中除去氨的脱硝作用。

在硝化作用阶段中，氨与氧起反应生成氮的氧化物，尤其是硝酸盐。在脱硝作用阶段中，氮的氧化物在没有氧的情况下分解成其组成的元素。

常规废水处理***是大规模的而且未曾讲明适于水的开发的设备要求。本发明的公开

本发明的一个方面先涉及处理废水的方法，该方法包括：

在压力下用生物方法处理废水；然后

减压并利用减压通过溶解气体的浮选作用基本上去除固体。

借助于高的氧分压来加速生物处理，而把继续减压协同地用于澄清生物处理过的废水。

优选方案是，所述方法进一步包括：

进一步降低压力并利用压力的进一步降低来推动过滤和/或消毒的工艺过程。

优选方法是，在压力下生物处理，包括：

加氧并在压力下生物硝化废水以便基本上去除氨。

另外优选方法是，压力下生物处理进一步包括：

在压力下使废水生物脱氧以基本上去除溶解氧；和

在压力下使脱氧过的废水生物脱硝以基本上去除可溶性的氧化氮。

另一种方法是，加压生物处理对于仅去除BOD来说全部都是需氧的。

最好，该方法进一步包括：

循环部分硝化废水以便与废水混合再于压力下进一步生物处理。

在优选实施方案中生物处理在流化床生物反应器中发生。

本发明的另一方面涉及废水处理厂整套设备，包括：

加压生物处理装置；和

供接受由加压生物处理装置处理过的废水的减压装置，该减压装置构成供处理水澄清用的溶解气体浮选单元。

优选地，本发明的设备包括进一步减压的装置，该进一步减压装置是过滤器。

优选地，加压生物处理装置包括供废水在压力下生物硝化以便基本上除去氨用的硝化装置和供往硝化装置加氧用的氧加入装置。

另外优选方案是，加压生物处理装置进一步包括：

供废水在压力下生物脱氧以便基本上除去溶解氧用的脱氧装置；和

供已脱氧废水在压力下生物脱硝以便基本上去除可溶性氧化氮用的脱硝装置。

另一替代方案是，加压生物处理装置仅就BCD的去除而言全都是需氧的。

在优选实施方案中，本发明设备进一步包括：

供循环第一部份硝化废水的循环装置。

优选，硝化装置是流化床反应器。

优选，减压装置是缓冲罐。

优选，本发明的设备进一步包括在进一步减压下供进一步处理第二部分硝化废水的三级处理装置。

本发明第三方面涉及现场特定废水处理工厂的全套设备，该全套设备包括：

供接受来自现场废水的入口装置；

供废水生物脱氧以便基本上去除溶解氧的脱氧装置；

供已脱氧废水生物脱硝以便基本上去除可溶性氧化氮的脱硝装置；

供加氧用的氧加入装置和供在压力下使已脱硝废水生物硝化以便基本上去除氨的硝化装置；

供降低至少部分硝化废水的压力以便通过溶解空气的浮选作用去除固体的减压装置；和

供处理水返回现场的出口装置。

本发明第四方面涉及废水处理工厂全套设备，该设备包括：

供废水与循环硝化废水混合的混合装置；

供废水与循环硝化废水混合物生物脱氧以便基本上去除溶解氧的脱氧装置；

供已脱氧废水生物脱硝以便基本上去除溶性氧化氮的脱硝装置；

供加氧用的氧加入装置和供已脱硝废水在压力下生物硝化以便基本上去除氨的硝化装置；

供部分已硝化废水循环到混合装置的循环装置；和

供降低另一部分已脱硝废水的压力以便借助溶解空气的浮选去除固体用的减压装置。附图的简明描述

为了使本发明更便于理解和实施，现参考附图来说明本发明优选实施方案，其中：

图1是说明用于市政环境的本发明的废水处理方法和设备的示意图。

为了正确展现本发明的创新方面，将一级处理标记成“模件1”和将三级处理标记成“模件3”也包括在内。最佳方式

一级处理包括按常规方式的废水抽取和一级处理过程(例如沉积、筛滤)。然后把一级处理过的废水用泵汲送至“模件2”，以便进行二级处理。

三级处理包括按常规方式进行的过滤，例如颗粒床或膜滤，以及消毒。过滤器可以用返回废水总管的反洗液定期进行反洗。

现在参照“模件2”，本发明最佳实施方案包括三个加压生物反应器12、14、16和缓冲罐形式的减压装置18。可以理解这里可有任意数目的生物反应器而且它们并不要求所有的都加压。

来自“模件1”的一级处理过废水的废水流40，与循环硝化废水流42混合形成送入脱氧装置12的合并流44。脱氧装置12选取流化床型的生物反应器，它在0-1000kpa，优选500kpa压力下操作。

***中各位点上的废水温度可通过加热装置22得到控制。尽管加热装置22是作为感应线圈图示表明的，但它能选用任何形式，例如加热反应器夹套，并且可放置在***中的任一位点或多点上。

合并流44被送入脱氧装置12中，溶解氧从合并流44中被生物解吸，以使排出流46中的溶解氧含量实际上为零。尽管氨和可溶性氧化氮的含量相对于水流44基本上不变，但废水的生物化学需氧量还是下降。可溶性氧化氮主要是硝酸盐，但某些亚硝酸盐也是存在的。

水流46被引入选取流化床生物反应器形式的脱硝装置14中，该反应器也在0-1000kpa，优选500kpa压力下操作。

脱氧作用和脱硝作用可在一个反应器内发生(参照反应器12和14间延续的点线)。

生物脱硝装置14把可溶性氧化氮(主要是硝酸盐)转化成气体氮，其中的一些排入到污秽空气处理处20，而其中大部分保留在溶液中。

排出水流48在生化需氧量或多或少已下降和氨的含量相对于水流46基本上保持不变的同时，所具有的可溶性氧化氮和溶解氧含量基本上为零。

把水流48送入选取流化床生物反应器形式的硝化装置16中，该装置的压力保持在0-1000kpa之间，优选为500kpa。氧以加压空气30的形式注入硝化装置16中。由于硝化装置的提高压力，所以引入的空气大部分溶解。纯氧也能被使用。

硝化装置16把氨转化成可溶性氧化氮，以使排出水流50在可溶性氧化氮和溶解氧含量已经提高的同时，所具有的氨和生化需氧量基本上都为零。任何未溶解的气体都可以被排到污秽空气处理20中。

排出水流50分成循环水流42和水流52，水流52注入缓中罐形式的减压装置18中。

通过在位点24上加入化学品以求达到去除水流52中磷的目的。

控制循环废水的比例以达到预定的性能。可以预料水流40与水流42的比例将在1∶1-1∶2量级。

减压装置18在压力0-200kpa(优选100pka)下操作，因此大部分溶解水流52中的气体会从溶液中出来。关于这一点，减压装置在液体的上方具有加压气体的空间。固体是通过由于减压出现的溶解空气浮选作用而被除去的。也就是说，形成的气泡与固体结合而使固体漂浮到减压装置的顶部，在那里被除去再返回废水总管。减压装置18按常规取缓冲罐的形式以适应三级过滤器反洗过程中水流的变化。

水流54从减压装置18中排出后经控制阀28流入三级处理过程。

我们重申减压装置18是在压力100pka下操作的。因此，三级处理过程(过滤)可通过进一步的减压来起动。例如，过滤的下游一方可在环境压力下。紧跟过滤之后，处理过的废水在最终使用前经消毒后再贮存。

仅从实施例的方式举出下列内容，这些内容都是基于水流40与水流42的比值为1∶1。实际比值与实际数值可能有变化。注：所有的测量结果皆按每升毫克计。

          氨    硝酸盐   生化需氧量    溶解氧水流40组成    30    0           150          0水流42组成    0     15          10           40水流44组成    15    7.5         80           20水流46组成    15    7.5         60           0水流48组成    15    0           50           0水流50组成    0     15          10           40

根据优选实施方案的方法，通过采用有助于最佳处理的压力和温度控制可提供超过许多常规废水处理方法的优点。一方面可得到高质量废水流和以提高硝化作用和改进磷去除能力为特征，同时也可降低停留时间。而且还可以产生有机物含量低的污泥，且污泥的产量也相当低，特别适于园艺的直接使用。由于容器中的污染物能被排入污秽空气处理单元，所以本发明方法还以气味的完全消除为特征。

停留时间的减少，废水流的高质量，固体去除的提高而无需反洗，显著低的污泥产量且污泥有机物含量低以及极佳的气味控制，这些因素的组合是产业化实施的重要指标。当与更多的常规方法***比较时所需要的构筑物也少得多。这一点将在市政建设和选择工业环境时，尤其是那些显示空间和美学限制情况下更有实用意义。而且小型构筑物的建造会导致自身的积木组装性，而降低了场地准备的要求。

本优选***的一个特点是使用流化床作为生物反应器。流化床采用小颗粒的介质，依附介质建立生物反应体。生物反应体的有效浓度可达到很高的水平，因为该流化床上存在成千上万个分立的颗粒。废水流向上流过床使床流化，既因为废水流本身的流速也借助于来自需氧***中来自空气的帮助。床的流化作用导致废水与介质生物反应体特别良好的接触。此外，流化床的磨损性质抑制了造成堵塞的生长而有利于在颗粒介质上形成理想的薄的生物膜。

重要的是生物膜的厚度保持可控状态。在这方面，假若生物膜的生长未受抑制，使粒状介质颗粒的尺寸增大，因此作用在颗粒上的阻力将增强。颗粒床的流化作用可能过度而使床膨胀和从反应器产生溢流。

本***使用二次和三次生物膜控制以控制生物膜的生长。二次生物膜的控制选取气体(优选空气)冲刷的形式，冲刷能把颗粒的过量生物膜生长物撞掉。三次生物膜控制，可能是叶轮泵，吸入颗粒再于它们返回之前将其机械研磨。

据估计流化床内的生物反应体的浓度大约是固定生长反应器或悬浮生长***浓度的十倍。因此，高得多的容量负荷是能达到的。

优选***的第二个特征是使用加压反应器以提高生物活性，尤其是硝化作用(硝化作用是氨转化成可溶性氧化氮的作用，而脱硝作用是可溶性氧化氮转化成气体氮的作用)。现已证明生物膜在加压的气氛下操作，与在大气压的压力下操作比较，可提高硝化速率约2.5-3倍。假定为硝化作用设计的生物反应器的尺寸，一般受硝化作用的要求条件控制，而不受生化需氧量去除装置(由于可溶性有机碳污染物)的控制，这一概念在反应器确定尺寸上具有重大的意义。此外，反应器的加压作用可导致改进不易生物降解的可溶性有机物(如表面活性剂)的去除，因为在加压***中可以达到较高程度的氧化作用。

加压下改进硝化作用的原因最可能是由于硝化生物体的生长速度取决于溶解氧的浓度。氧的饱和浓度依赖于氧在周围大气中的绝对分压。借助于空气流过反应器来给反应器加压，使氧的绝对分压提高由此使饱和溶解氧的浓度增加。在5个大气压时，最高溶解氧浓度每升接近50毫克，这是在一个大气压下的五倍。

生物反应器***在加压下操作在使用减压反应器(减压装置)时会取得固有的协同优点，因为在三级工艺处理如膜微量过滤前减压反应器必须接着减压，因而它可以做为溶解空气浮选单元运行。在生物反应器***中的高压下，溶解于废水流中的氧和氮(以及任何其它气体)在压力降低时将会从溶液中逸出。这一作用对于废水的澄清以及在三级工艺如膜式微过滤前固体的去除都是极好的，因为可降低所述工艺的固体负荷而因此进一步提高了效能。满足要求的减压反应器压力保留也具有能起动三级处理过程的好处。

温度对微生物活性的影响是众所周知的，但仅有选择地用于常规废水的场合。然而，温度控制的好处在优化工艺性能特点时是重要的。

在某一温度控制时，在压力下操作的生物反应器的建造在减小生物反应器尺寸上是重要的。此外，工艺过程产生气味的可能性是低的，因为本***固有要求更小的工艺空气流的流量，因此产生有臭味废气的可能数量将低于常规方法如曝气的生物滤池。本发明方法要求较少的空气是因为在较高操作压力下能获得高氧输送率。此外，如前所述，本发明方法在加压反应器中的污染物可控制排入污秽空气处理中。

当本发明利用流化床反应器时，一个优点是反洗要求被去除，这种反洗牵涉到显著的贮存体积和生产能力的损失。在这一方面，流化床不能像别的***那样起过滤器的作用，因此不需要反洗以清洁堆集物。

优选***的性能也可通过变化循环量得以改变。在这一方面，水流40与水流42的比值在很大程度上决定着氮被去除的程度。

自然会意识到尽管上述内容的举出是用本发明例证性实施例的方法，但是对本发明的所有这些和另外的改进和变更方案，对所属技术领域的技术人员来说都是明显的，相信它们会落入本发明宽的范围和界线之内正如在本文中所陈述的。

Claims (16)

1.处理废水的方法，包括：

在压力下生物处理废水；然后

降低压力并利用减压通过溶解气体浮选基本上去除固体。

2.权利要求1的方法，其中该方法还包括：

进一步降低压力并利用进一步压力的降低去起动过滤和/或消毒工艺过程。

3.权利要求1或2的方法，其中在压力下的生物处理包括：

加入氧并在压力下生物硝化废水以基本上去除氨。

4.权利要求3的方法，其中在压力下的生物处理还包括：

在压力下使废水生物脱氧以基本上去除溶解氧；和

在压力下使脱氧废水生物脱硝以基本上去除可溶性氧化氮。

5.权利要求4的方法，其中该方法还包括：

循环部分硝化废水以与废水混合并在压力下进一步生物处理。

6.权利要求1的方法，其中生物处理在流化床生物反应器中进行。

7.权利要求3的方法，其中生物硝化作用在流化床生物反应器中进行。

8.废水处理设备，包括：

加压生物处理装置；和

接受由加压生物处理装置处理过的废水的减压装置，减压装置组成了供已处理水澄清用的溶解气体浮选单元。

9.权利要求8的设备，其中加压生物处理装置包括供废水在压力下生物硝化以基本上去除氨用的硝化装置和往硝化装置加氧用的氧加入装置。

10.权利要求9的设备，其中加压生物处理装置还包括：

压力下使废水生物脱氧以基本上去除氧的脱氧装置；和

压力下使脱氧废水生物脱硝以基本上去除可溶性氧化氮的脱硝装置。

11.权利要求10的设备，其中该设备还包括：

第一部分硝化废水循环的循环装置。

12.权利要求9的设备，其中硝化装置是流化床反应器。

13.权利要求8的设备，其中减压装置是缓冲罐。

14.权利要求的设备，其中所述设备还包括在进一步减压下的三级处理装置以进一步处理第二部分硝化废水。

15.现场特定废水处理设备，包括：

接受来自现场废水的入口装置；

废水生物脱氧以基本上去除溶解氧的脱氧装置；

已脱氧废水生物脱硝以基本上去除可溶性氧化氮的脱硝装置；

加入氧用的氧加入装置和在压力下使已脱硝废水生物硝化以基本上去除氨的硝化装置；

降低至少部分硝化废水的压力以通过溶解空气浮选除去固体的减压装置；和

已处理水返回到现场的出口装置。

16.废水处理设备，包括：

废水与循环的硝化废水混合的混合装置；

废水与循环硝化废水的混合物生物脱氧以基本上去除溶解氧的脱氧装置；

脱氧废水生物脱硝以基本上去除可溶性氧化氮的脱硝装置；

供加入氧用的氧加入装置和使已脱硝废水在压力下生物硝化以基本上去除氨的硝化装置；

部分硝化废水循环至混合装置的循环装置；和

降低另外部分硝化废水的压力以通过溶解空气浮选去除固体的减压装置。