用於強化生物處理汙水的裝置的製作方法

2023-09-23 12:54:30

專利名稱：用於強化生物處理汙水的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用可自由移動的生長浸體與混合裝置的結合來強化生物處理汙水的設備，該混合裝置可選擇小氣泡通氣或利用引水內部結構進行液氣混合輸送。該設備採用具有有利於繁殖的表面的可自由移動的生長浸體將特殊的微生物固定在汙水區域中。
在淨化設備中採用不同的方法來淨化汙水。公知的有無需人工或附加生長面的活化泥漿法和一系列將生長面有針對性地放入反應器中的方法。為了增強淨化過程，必須採用所謂載體生物學。
在這方面公知的是滴體法、浸體法、固定床反應器和浮遊或漂浮生物膜載體的使用。這些反應器也稱之為生物膜反應器。
在DD 285333A5中描述了這些方法的優缺點。在所引用的這篇文章中建議了一種利用浮遊生物膜載體工作的方法，這種生物膜載體的1/3至2/3從水面上伸出。採用一水平軸來攪拌和浸溼生長浸體，該軸具有圓盤狀體，特別是形式為一輸送蝸杆的圓盤狀體。
浸體法的實施形式是多種多樣的，在EP 2919221、EP 0198451和EP0385011中對此做了描述。這些方法的共同點是它們都有一旋轉的浸體，浸體的軸呈水平布置。在WO 92/01636中描述了一種方法，其按照浸體法，以在空間上隔開的不同階段工作。
在文獻WO 93/22244中描述了一種浸體法，在其旋轉體的分界區域內包含作為自由移動的生長載體的浸體。
在WO 86/05770中的技術解決方案也用封裝在一旋轉體內的生長載體工作。
在EP 3238366中建議了一種類似的方法，其中生長載體類似於固定床設置在腔室內，由於汙水水位的變化，旋轉的固定床由空氣和汙水交替地圍繞。此外還描述了不同區域的劃分，對儀器設備方面也作了規定。
將浸體裝置的生長面壓縮到臨界區域內會妨礙攪拌和分離功能，並導致淨化效率的降低，因此，被認為是載體固定的缺點。在生物膜很厚的情況下，擴散受到限制，並且存在著很大的載體堵塞的危險。因此，很難控制分解過程。
因此，最常用的是傳統的活化泥漿法，儘管其面積要求很高。
其它有關淨化過程效率的重要準則是過程中的攪拌和通風。對此同樣描述了不同的技術解決方案。在DE 4238912A1中建議了一種旋轉系統的結構，通過這種結構可以以一種簡單的方式和方法實現湍流和充氣。
已經有人論述過具有不同的分解條件的分解反應並結合採用特定的反應區域。例如在DE 4409435中描述了磷化區與去氮區域的帶狀分離。
有人考慮將不同的方法的優點結合，例如將浸體法與活化泥漿法結合。這種方法公知為鋼(Staehlermatic)法。為了滿足對汙水引入值的提高了的要求，同時考慮到，由於成本和場地的原因，淨化設備在空間上的擴大大多數情況下是不可能的，所以有必要做這種優點的結合。
從這樣的現有技術出發，本發明的基本目的是實現淨化過程的一種增強。此外還應在從能量上講最優化的通氣的情況下，在生物處理中使最大部分的生長面分布得很好且無阻塞。
本發明的思想在於，有選擇地使不同的裝置部件和一個專門的混合裝置組合起來使用，這些裝置部件可以是分別用於利用小氣泡通氣或進行液氣混合輸送的活化泥漿法以及利用自由移動的生長浸體的方法的裝置部件。
在汙水處理槽中注入自由移動的生長浸體，作為帶有活化表面的生物膜載體，用於固定與懸浮的活化泥漿絮結合的特殊的微生物。同時提高汙水處理槽中的生物活化的微生物相對於具有單獨的懸浮活化泥漿的槽的濃度。
汙水流過汙水處理槽，槽中包括一用於可自由移動的生長浸體的阻擋裝置。
一方面通過機械作用，另一方面通過生物生長達到生長載體上的一生物膜厚度，該厚度使上表面和通氣強度的比例有利，在此，生長與溶解或磨損達到平衡，這種平衡在較薄的生物膜中實現最佳的物質輸送並在生長面上實現固定微生物較為均勻的分布。
藉助於隨著湍流和磨損而彼此相對運動的生長浸體的機械負荷，混合裝置的移動限制了自由移動的生長浸體上的生物膜的厚度的增加，並從而使得物料輸送、供氧和分解效率最佳化。
通過本發明的設備構造，在改善了特種微生物的繁殖條件的情況下擴大了有效的生長面。這要通過採用特殊的生長浸體材料來實現，例如鏡煤質褐煤(Xylith)和HDPE-REC。
此外，用改良的聚丙烯作為自由移動的生長浸體的材料和與裝置成一體的生長面的材料。混合裝置的槳片的幾何形狀使得其帶動更大量的生長浸體，並可從水中取出，槳片中可設置微生物生長面，另外還藉助於回流泥漿中富集的空氣來改善對微生物的供氧。
此外，為了在空氣引入汙水處理槽的下部的回流泥漿時提高對氧氣的充分利用，可以將富含有空氣的由回流泥漿與汙水構成的混合物強制引入通道中。這些通道的壁具有一有利於微生物繁殖的表面。
在回流泥漿減少的情況下，可以利用一旁路輸送液體-空氣，使從生物槽中流出的水富含空氣氧，並重新送回生物槽內。可以取消利用小氣泡來通氣。
通過這種由輻射狀分布的支架和支架上的槳片構成的特殊的混合裝置，不僅使浮動的生長浸體較均勻地分布在處理槽中所希望的區域內，而且通過將一部分生長浸體從水中抽吸到大氣中對生物膜局部充氣。
較高的生物物質濃度減小了反應空間和再淨化體積。通過生物物質在載體材料上的均勻分布，得到一種相對于波動的入流條件很高的處理穩定性。生物膜中的硝化作用和同時發生的去硝化作用得到缺氧局部區域和間斷的充氣的支持。隨著慢慢生長的有機物種在生物膜上的富集，出現了很難進一步分解消除的有機物。這樣就將膨脹和浮遊的泥漿結構保持在很小的範圍內。
與僅僅具有懸浮微生物絮的活化泥漿系統中活化泥漿過剩和傳統的浸體法相比，在本發明中，生物形成的沉澱泥漿在數量上有所減少。在泥漿穩定的條件下，足夠它滿足對農業沉澱泥漿應用的要求。
按照本發明的裝置的另一優點是通過在水平方向上(一個接一個，一個挨著一個)構成任意多個汙水處理槽可以毫無問題地擴展現有的設備，這與那些同垂直的汙水流連接，因而由於結構高度在技術上和經濟上都受到限制的裝置相反。
泥漿的壽命通過載體固定得到了提高，硝化物可以較好地增加，因此，提高了淨化效率，縮短了汙水滯留時間。
以氧為主的表面部分的提高使得從帶氧操作到缺氧操作的過渡區域的工作類似於同時帶氧的泥漿穩定法。在缺氧的局部區域內擴大了去硝化、同時泥漿穩定和活化體積的生物去磷，並且有針對性地加以促進。本發明的另一優點是通過將新研製的成分與氮-磷混合物的消除結合起來可以很簡單地增加現有設備的生產能力。
權利要求書對本發明作了進一步的說明。下面結合附圖對本發明的實施例進行描述，從中可以看出本發明的細節、特徵和優點。附圖中

圖1示出一帶槳片的汙水處理槽；圖2示出帶有兩個區域、不同的生長浸體和槳片以及附加的充氣裝置的汙水處理槽；圖3是帶有3個區域的汙水處理槽的簡圖；圖4示出各種槳片的截面輪廓；圖5示出使回流泥漿富含空氣的裝置；圖6示出一具有空隙和用鏡煤質褐煤充填的雙壁槳片的截面輪廓；圖7示出帶有接收板的槳片的截面輪廓；圖8示出籃式槳片的結構。
圖1示出一單槽設備，用於藉助於一充以汙水的反應空間內的自由移動的生長浸體2、機械攪拌裝置3、7和帶狀活化泥漿6對汙水進行強化生物處理。混合裝置7可以用槳片3來實施。
該單槽設備結合了高負荷和低負荷級別的汙水處理，其帶有或不帶有(在該圖示的設備中是不帶有)從底部進行充氣的附加通風裝置。生長浸體2由一種具有強結構化表面並且粒度為10-15mm的塑料-燒結物或鏡煤質褐煤構成，鏡煤質褐煤是一種形式為植物化石的天然材料，它是褐煤輸送時掉下的有利用價值的廢品，它尤其能固化硝化物。在圖1中的另外兩個附圖標記1和5分別表示汙水處理槽1和阻擋裝置5。
圖2中示出由帶有槳片3的混合裝置7和自由移動的生長浸體2結合而成的設備和活化泥漿部分6。隔開的反應空間分別具有一帶槳片3的混合裝置7，特定的微生物固定在其內。一隔斷壁10將汙水處理槽分為兩個區域8和9，這兩個區域在汙水處理槽的底部通過開孔彼此連通。一篩狀結構起到生長浸體2的底部阻擋裝置12的作用，一在特定方向上的空氣噴入嘴13使其保持不堵塞。這兩個區域由混合裝置7攪拌，該混合裝置不但設計成槳片形式，還設計成是另一旋轉浸體。在混合裝置的幾何外周邊上安裝有刷子或刮板14，以便阻擋裝置5不被生長浸體2阻塞。在本實施例中，阻擋裝置5為浸漬壁。為了附加充氣或充入空氣中的氧，在汙水處理槽1的底部設有充氣裝置11。在特定區域通過壓縮機來調節空氣氧的輸入。
用於將汙物與營養物分解的反應區域內的微生物的最佳特殊生存條件通過載體材料的變化來創造，整個體積中的載體材料成分和氧氣的吸入通過壓縮機和/或機械循環來提供。氧通過生長浸體2的移動和槳片(汲取型材)3的汲取提供到生長浸體2的生長表面。生長浸體2的移動以及隨後浸沒在各區域8、9中的另一位置保證了增強的充氣效果。此外，通過成團的和在一鬆散的平面狀結合體中作用的生長浸體2阻擋住在底部由充氣裝置11、13注入的氣泡並使其返回，可以更好地充分利用氧氣。
作為生長浸體2，在第一區域8中使用HDPE-Rec體，一種具有結構化表面的塑料再生材料，在第二區域9中採用鏡煤質褐煤體。在此區域用下面還要詳細說明的富含養料的塑料-燒結塊代替鏡煤質褐煤也是很有利的。生長浸體2的材料的選擇支持在該區域的硝化作用、去硝化作用和泥漿穩定。
此外，採用特殊的自由移動生長浸體2，其通過燒結，例如通過藉助於摩擦熱的熔化而生成。這種特殊的自由移動生長浸體2可以由不同的基本材料構成，這些基本材料由塑料聚丙烯化學生成。比較有利的是將這些不同的基本材料組合起來，這會實現所需的表面特性和結構。燒結塊的表面積增大了很多，因而有利於微生物的繁殖。
將例如Hoechst公司的成份PPH 2150和PPH 2250作為基本材料燒結成生長浸體2。其它的基本材料包括BASF公司的產品Novoden 1300Z和PCD公司的Daplen BE50。這些基本材料可以有不同的組合。
特別有利的是在燒結前將營養材料混入基本材料。混合的營養材料在生長浸體2中的分布從最細到較粗，其為微生物提供了最理想的生存條件，並促進微生物的繁殖和生長。
通過將營養材料混合到生長浸體2中得到了意想不到的附加效果。通過有針對性地添加碳-氮-或磷化合物在生長浸體2上可以繁殖出特殊的微生物。以這種方式豐富了的生長浸體2有區分地分別投入到不同的汙水處理區域中。
圖3簡要地示出了一3級汙水處理設備。接在兩個具有在整個高度上工作的混合裝置7的區域8、9後面的是一個區域15，其具有兩個相對旋轉的混合裝置7，它們加強了空氣中的氧向液體表面的注入。
可以這樣來替代或補充帶小氣泡的充氣，即，在生物方法階段中通過對從後淨化裝置輸送到汙水處理槽1的回流泥漿21的補充空氣來向固著的和懸浮的微生物附加供氧。通過用輸送和混合元件(例如多相泵)對液-和氣相的活性和強化的混合達到一種高彌散度，並使空氣氧直接積聚在還原的生物物質上。在此，注入的空氣的溶解度可以達到100％。在進入汙水處理槽1中時，按照回流泥漿-空氣混合物21膨脹時的飽和壓力形成氣泡，氣泡的直徑大約為30μm，並具有很大的氣體交換表面，這再次導致氧在汙水處理槽1的微生物中的充分利用。
為了提高對氧的充分利用，在利用活動的輸送-和混合元件將空氣注入回流泥漿中時，或者在通過壓縮機向回流泥漿或汙水4中注入空氣時，在一通道系統的下槽部中強制引入與汙水4混合的回流泥漿-空氣混合物21。在圖5中示出如何通過水平設置的通道19加長空氣在汙水水流中的滯留時間，並從而顯著改善氧氣在微生物中的充分利用。在此，通道壁20可以由塑料板製成，它帶有有利於微生物繁殖並具有一定結構的表面，這種表面導致裝置中的微生物的固著部分進一步提高。通道19的流動截面使得回流泥漿在其中具有一足夠的流速，該流速阻止回流泥漿的泥漿絮沉積在通道19中。
在汙水處理槽1的上部，通過自由移動的生長浸體2保證空氣氧的輸入。
經過對汙水處理槽1中的氧氣含量進行測量並對空氣輸入進行控制的一調節段，在自由移動的生長浸體2的下面與通道結構的上面形成一缺氧區域22。
另一有利的實施例是自由移動的生長浸體2與一固定床的結合，固定床的通道自下而上傾斜-垂直地延伸，此時空氣在槽底輸入。
槳片3的結構形狀對於設備的效率有很重大的意義。除了圖4中示出的基本形狀以外，槳片3也可有利地製成為雙壁結構。在圖6中示出如何在一雙壁槳片3的中間空間16內充以纖維狀鏡煤質褐煤17。這樣可以附加地、最強化地充氣，並用於汙水流過的微生物生長面。通過使槳片3移動到大氣中，實現了對鏡煤質褐煤17上的微生物的足夠的供氧。過剩的氧在浸入水中時擴散開來。
在圖7中示出的接收板3.1意味著生長面和移動的生長浸體2的數量的進一步有利的擴大。通過這種接收板3.1可以使槳片3具有不同的基本形狀，以提高接收容量。
在圖8中示出為進一步提高裝置的效率而將槳片3設計成籃子狀18。藉助於該籃簍18，更大量的生長浸體2移出水面並獲得通風換氣。
附圖中的附圖標記清單1 汙水處理槽2 自由移動生長浸體3 槳片(汲取型材)3.1接收板4 汙水5 自由移動生長浸體的阻擋裝置6 活化泥漿部分7 混合裝置8 區域19 區域210 隔斷壁11 充氣裝置12 底部阻擋裝置13 空氣注入噴嘴14 刷子/刮板15 區域316 中間空間17 鏡煤質褐煤18 籃簍19 通道20 通道壁21 回流泥漿-空氣混合物22 缺氧區域
權利要求
1.一種強化生物處理汙水的裝置，其中既有用於汙水處理的並構成生物膜載體或生長面的可自由移動的生長浸體(2)，又有活化泥漿成份(6)，該裝置包括帶槳片(3)的混合裝置(7)，該槳片用於輔助一部分生長浸體(2)作汲取移動，所述可自由移動的生長浸體(2)具有一有利於繁殖的表面，用於汙水區域(4)內的特定區域的微生物的固定。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)由鏡煤質褐煤構成，並優選使硝化劑固化。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)由具有結構表面的塑料再生材料、高壓聚乙烯HDPE-REC製成。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)和/或與裝置一體的生長面由聚丙烯製成。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)作為燒結物由不同的基本材料製成，並具有一強結構化的表面。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)的基本材料通過熱作用燒結而成。
7.如權利要求5或6所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體的粒度為6至20mm。
8.如權利要求4至7中任一項所述的裝置，其特徵在於所述可自由移動的生長浸體(2)和/或集成在裝置中的聚丙烯生長面包含用於微生物的營養材料。
9.如權利要求2至8中任一項所述的裝置，其特徵在於所述生長浸體(2)以相對於汙水(4)很小的密度差較均勻地分布在汙水處理槽中所期望的區域內，在其內浮遊和/或漂浮。
10.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於一隔斷壁(10)將汙水處理槽(1)分成至少兩個區域(8、9)，這兩個區域在汙水處理槽(1)的底部或者表面上通過開孔連通，在區域(8、9)中設置有帶槳片(3)的混合裝置(7)。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於所述生長浸體(2)在第一區域(8)內由HDPE-REC製成，在第二區域(9)內由鏡煤質褐煤或富集營養物質的塑料燒結物製成。
12.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述混合裝置(7)包括槳片(3)，其中對槳片(3)這樣來設計和設置，使得在混合過程中生長浸體時而進入汙水(4)中，時而從汙水(4)中冒出來。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於所述槳片(3)由穿孔的並且可透水的平面或平面狀型材構成。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於所述透水平面為孔板。
15.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於所述各槳片(3)分別固定地或可移動地設置在離旋轉的混合裝置(7)的中點不同距離處。
16.如權利要求12和13所述的裝置，其特徵在於所述槳片(3)為雙壁結構，在壁之間的中間空間(16)內裝有鏡煤質褐煤(17)或生長浸體(2)。
17.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於所述槳片設計成籃簍(18)。
18.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於所述槳片(3)和/或籃簍(18)包括附加接收板(3.1)。
19.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於在汙水處理槽(1)的底部設有用於氣泡充氣的充氣裝置(11)，其中空氣氧的注入通過壓縮機在特定區域內可被調節。
20.如權利要求1或19所述的裝置，其特徵在於汙水處理槽(1)中的供氧通過藉助於進行液氣混合輸送的多相泵向回流泥漿或汙水(4)中充氣來實現，或者輔助以氣泡充氣。
21.如權利要求19或20所述的裝置，其特徵在於在汙水處理槽(1)的下部將富集了空氣氧的由回流泥漿(21)和汙水(4)組成的混合物強制引入通道(19)。
22.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於所述通道(19)由通道壁(20)限界，這些通道壁具有有利於微生物繁殖的結構化表面。
23.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於所述通道(19)水平設置，或者具有輕微的坡度，此時混合物由下至上地流過通道。
全文摘要
本發明涉及一種利用可自由移動的生長浸體並結合採用混合裝置以及選擇性地輸入空氣來對汙水進行強化生物處理的裝置。可自由移動的生長浸體用於在有待處理的汙水區域內固定特定的水處理微生物。與以前公知的裝置相比,本發明的特徵在於,由於附加的可自由移動的,懸浮/漂浮狀生長浸體和它通過一特殊的混合裝置在露出汙水面接觸大氣時獲得部分氧氣以及另外產生的小氣泡通氣,使得淨化過程得到了進一步的強化。通過藉助於多相泵使空氣富集在回流泥漿或汙水中能顯著地提高對氧氣的充分利用。在本發明的裝置中,可結合採用活化泥漿法和以可自由移動的生長浸體進行淨化處理的方法。在汙水處理槽(1)中裝有可自由移動的生長浸體(2)和活化泥漿成分(6),其中可自由移動的生長浸體(2)作為生物膜載體以其活性表面並結合一相應的採用槳片(3)具有附加汲取作用的混合裝置(7)來固著特殊的微生物,該汙水處理槽中有汙水(4)流過且包含有一阻擋可自由移動的生長浸體(2)的阻擋裝置(5)。
文檔編號C02F3/12GK1243499SQ98801644
公開日2000年2月2日 申請日期1998年1月19日 優先權日1997年1月24日
發明者赫爾穆特·伯尼希, 彼得·布拉徹, 于爾根·奧古斯丁, 于爾根·霍爾茨 申請人:阿格羅·德裡薩有限責任公司