專利名稱：處理高濃度廢水的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用土壤微生物高效地凈化處理含高濃度有機(jī)物，特別是氮和磷的畜產(chǎn)業(yè)廢水或有機(jī)性產(chǎn)業(yè)廢水的廢水處理方法和裝置。
已認(rèn)識(shí)到畜產(chǎn)業(yè)廢水或有機(jī)性產(chǎn)業(yè)廢水是會(huì)在周邊水系中引起富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境污染的主要原因，對(duì)其以產(chǎn)業(yè)規(guī)模利用共同處理場(chǎng)或個(gè)別凈化設(shè)施來處理。可是，在畜產(chǎn)業(yè)廢水共同處理場(chǎng)的場(chǎng)合，由于不適當(dāng)?shù)呢?fù)荷設(shè)計(jì)，幾乎大部分不能發(fā)揮本來的機(jī)能，在個(gè)別凈化槽的場(chǎng)合，由于按照畜舍類型和畜種類而產(chǎn)生廢水濃度的適應(yīng)性不足，不能發(fā)揮本來機(jī)能的很多。另外，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模相比由于畜產(chǎn)業(yè)廢水或有機(jī)性產(chǎn)業(yè)廢水處理的投資費(fèi)用過大，難以確保產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
一般來說，關(guān)于像畜產(chǎn)業(yè)廢水的高濃度泥漿狀廢水的處理適用厭氧性消化法、活性泥漿法和氧化池法等多種方法。例如，Jose R.Bicudo和IvoF.Svoboda,“Intermittent aeration of pig slurry-farm scaleexperiments for carbon and nitrogen removal” Wat.Sci.&Tech.Vol.32.No.12,pp83-90(1985)中報(bào)告了以稀釋間歇曝氣方式處理豬舍廢水的結(jié)果?？墒?，利用這樣的凈化處理，在F/Mv比(反應(yīng)槽內(nèi)每單位微生物質(zhì)量與每單位時(shí)間的基質(zhì)負(fù)荷率)為0.8kg-BOD/kg-Mv/d以上的場(chǎng)合，發(fā)生硝化阻礙現(xiàn)象。
另一方面，Cintoli,C.,Di Sabantino,B.,Galeotti,L.和Bruno,G.,“Ammonia uptake and treatment in UASB reactor of piggerywastewater”,Wat.Sci.&Tech.Vol.32,No.12,pp76-83(1995)中公開了將豬舍廢水離心分離后，用沸石以離子交換法除去NH4+，用上升流厭氧性泥漿覆蓋(UASB；Upflow Anaerobic Sludge Blanket)方式與UASB-厭氧性過濾方式，達(dá)到除去COD 95％,TN 90％,TP 80％的水平。另外，Bortone,G.,Gemeli S.和Rambaldi A.,“Nitrification,denitrification andbiological phosphate removal in SBRtreating piggery wastewater”,Wat.Sci.&Tech.Vol.26,No.5,pp 977-985(1992)中報(bào)告了將豬舍廢水離心分離后，用間歇式反應(yīng)器處理，達(dá)到除去COD 93％,TN 93％,TD 95％的水平的結(jié)果。Yang,P.Y.,Chen,H.,Kongsrichreon,N,and Polprasert,C.,“A swine waster package biotreatment plant for the tropics”,Wat.Sci.&Tech.,Vol.28,No.2,pp 211-218(1993)中報(bào)告了在小規(guī)模的豬舍中用單純厭氧性工藝處理高濃度廢水的結(jié)果。Martin,J.H.and Loehr,R.C.,“Aerobic treatment of poultry wastes”,J.Agri.Eng.Res,Vol.21,pp 157-167(1978)中報(bào)告了用氧化槽法處理家禽廢水的結(jié)果。
可是，上述文獻(xiàn)中公開的廢水處理例子，除去厭氧性消化方法大部分是以稀釋的廢水作為對(duì)象完成的。所以，在用于小規(guī)模畜產(chǎn)業(yè)廢水中，廢水的狀態(tài)有相當(dāng)?shù)牟顒e，要求更多的改進(jìn)。
另外，畜產(chǎn)業(yè)廢水或糞尿一般作為水系富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因認(rèn)識(shí)的?？墒牵谝匀コ袡C(jī)物為中心的原有處理設(shè)施中不能解除像該富營(yíng)養(yǎng)化類環(huán)境問題。所以，為提高畜產(chǎn)業(yè)廢水的處理效率，解決上述問題，在原有的設(shè)施中引入并應(yīng)用利用微生物活性劑的B3或生物反應(yīng)器(Bioreactor)這樣的技術(shù)，不僅與微生物制劑的供給等有關(guān)的處理設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用不經(jīng)濟(jì)，而且，由于設(shè)施主要的對(duì)象是處理有機(jī)物，不能適當(dāng)去除富營(yíng)養(yǎng)化原因物質(zhì)的氮化合物與磷化合物。B3為Bio Best Bacillus System的縮寫，B3方法是作為原有好氧性消化方法的變化僅選擇培養(yǎng)絲狀菌之一的革蘭氏陽性的Bacillus菌，優(yōu)化并引導(dǎo)去除有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽類的方法。為了提高該菌的活性，以微生物活性劑人為地注入特定的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分。因此，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用該方法有許多問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供可高效處理高濃度廢水的廢水處理方法和裝置。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供可利用土壤微生物經(jīng)濟(jì)高效處理畜產(chǎn)業(yè)廢水和有機(jī)性產(chǎn)業(yè)廢水的處理方法和裝置。
本發(fā)明又一個(gè)目的是提供利用固形物化的土壤微生物，為改進(jìn)裝置對(duì)廢水濃度急劇變化的適應(yīng)性，以低廉費(fèi)用高效處理不僅含有機(jī)物，而且含高濃度氮和磷的營(yíng)養(yǎng)鹽類的廢水處理方法和裝置。
本發(fā)明再一個(gè)目的是提供可適用于小規(guī)模廢水發(fā)生設(shè)施，由于畜產(chǎn)業(yè)廢水的共同處理可節(jié)約處理費(fèi)用，解決處理過程中發(fā)生的污染問題的經(jīng)濟(jì)高效的廢水處理方法和裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明廢水處理方法的特征在于包括以下步驟(a)將從廢水中固液分離的排出液保存在貯存槽中，使?jié)舛群土髁烤鶆蚧墓ば颍?b)在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)利用厭氧性微生物將在貯存槽中均勻化的排出液中的難分解有機(jī)物水解成后續(xù)微生物容易攝取的狀態(tài)，并將脫磷微生物活化的工序；(c)將從曝氣槽運(yùn)送到微生物活化槽中的泥漿內(nèi)的好氧性微生物在該微生物活化槽中選擇活化并增大生物吸附能力，通過使菌土(bio-clod)內(nèi)填充的微生物生長(zhǎng)，使好氧性微生物活化的工序；(d)將接受固形物化土壤微生物的微生物活化槽的流出液，上述厭氧性發(fā)酵槽的流出液以及運(yùn)送泥漿和濾液在混合槽中混合的工序；(e)將上述混合液導(dǎo)入溶解氧濃度調(diào)節(jié)式曝氣槽，處理有機(jī)物與磷，并將氨性氮硝化的工序；(f)在無氧狀態(tài)下利用微生物的內(nèi)生呼吸，將在曝氣槽中處理的液體，進(jìn)行硝化物脫氮的工序；(g)在一次沉淀槽中將脫氮處理的液體分離成泥漿和上清液的工序；以及(h)在凝集沉淀槽中從一次沉淀槽中沉淀分離的上清液中除去殘留磷和懸浮的固形物，并放出處理水的工序。
另外，本發(fā)明廢水處理裝置的特征在于包括(A)將從廢水中固液分離的排出液貯藏并使?jié)舛群土髁烤鶆蚧馁A存槽；(B)位于上述貯存槽下側(cè)并具有厭氧性微生物的厭氧性發(fā)酵槽；(C)具有收容菌土的內(nèi)部活性槽和散氣管(氣體分布器)的微生物活化槽；(D)具有流入上述微生物活化槽和上述厭氧性發(fā)酵槽各自的流出液和運(yùn)送泥漿與濾液的流入口，收容來自上述流入口的流入物并混合的混合槽；(E)連接在上述混合槽下游側(cè)的溶解氧調(diào)節(jié)式曝氣槽；(F)連接在上述曝氣槽下游側(cè)的脫氮槽；(G)連接在上述脫氮槽下游側(cè)的一次沉淀槽；以及(H)連接在上述一次沉淀槽下游側(cè)的凝集沉淀槽。
下面，參照附圖所示的本發(fā)明廢水處理裝置的具體例子詳細(xì)地說明本發(fā)明的廢水處理方法和裝置。


圖1是本發(fā)明畜產(chǎn)業(yè)廢水處理裝置的構(gòu)成圖。如圖1所示，本發(fā)明廢水處理裝置(10)由貯存槽(20)、厭氧性發(fā)酵槽(30)、微生物活化槽(40)、混合槽(50)、曝氣槽(60)、脫氮槽(70)、一次沉淀槽，例如多重傾斜式沉淀槽(80)、凝集沉淀槽(90)和更好還有脫水機(jī)(100)構(gòu)成。
(A)貯存槽(20)收容由畜舍產(chǎn)生的廢水通過固液分離并排出的排出液，以濃度和流量被均勻化的處理廢水供給厭氧性發(fā)酵槽(30)。
(B)厭氧性發(fā)酵槽(30)厭氧活化脫磷微生物，并將從貯存槽(20)流入的處理廢水中的難分解性有機(jī)物水解。
(C)在微生物活化槽(40)中投入作為可適合高濃度廢水的微生物供給源作用的菌土(42；bio-clod)，在此僅將好氧性微生物選擇性活化。
(D)混合槽(50)將厭氧性發(fā)酵槽(30)中處理的廢水和來自微生物活化槽(40)的流出液與運(yùn)送來的泥漿混合，并送到曝氣槽(60)。
(E)曝氣槽(60)利用微生物的物質(zhì)代謝作用將從混合槽(50)流入的廢水中的有機(jī)物和氨性氮氧化分解。
(F)脫氮槽(70)具有曝氣槽處理液流入的流入口和內(nèi)部接觸過濾材料，利用含在混合液中的微生物的內(nèi)生呼吸作用，從在曝氣槽(60)中處理的液的氮氧化物中除去氮。
沉淀槽包括(G)一次沉淀槽和(H)凝集沉淀槽(90)，其中發(fā)揮一次沉淀槽功能的例如多重傾斜式沉淀槽(80)。多重傾斜式沉淀槽具有處理的上清液流入的流入口和流出口，并將脫氮處理的廢水固液分離成固形物和上清液。凝集沉淀槽從多重傾斜式沉淀槽(80)的上清液中除去殘留磷和固形物。
脫水機(jī)(100)將在凝集沉淀槽(90)中產(chǎn)生的泥漿樣的殘留物脫水。
另外，在本發(fā)明廢水處理裝置(10)中形成曝氣槽(60)的微生物泥漿流入微生物活化槽(40)的第一運(yùn)送線路b，脫氮槽(70)的泥漿流入混合槽(50)的第二運(yùn)送線路c和多重傾斜式沉淀槽(80)的微生物泥漿流入?yún)捬跣园l(fā)酵槽(30)的第三運(yùn)送線路d是理想的。
再者，在本發(fā)明廢水處理裝置(10)中形成為處理使在脫水機(jī)(100)中泥漿脫水時(shí)產(chǎn)生的濾液流入混合槽(50)的第四運(yùn)送線路e，和在必要場(chǎng)合為調(diào)節(jié)貯存槽(20)的濃度使多重傾斜式沉淀槽(80)的處理水流入貯存槽的第五運(yùn)送線路i是理想的。
本發(fā)明的廢水處理方法使用上述廢水處理裝置，代表的如下進(jìn)行。
即，在用廢水處理裝置(10)進(jìn)行處理前，首先將畜舍等中產(chǎn)生的畜產(chǎn)業(yè)廢水和糞尿等固液分離。在由固液分離產(chǎn)生的排出液中含有含難分解性有機(jī)物的高濃度有機(jī)物、氮化合物和磷化合物等。
(a)濃度、流量均勻化工序?qū)⑦@樣的廢水導(dǎo)入貯存槽(20)并貯藏。例如對(duì)于廢水日平均流量約1.5倍的流量，按滯留時(shí)間約2日程度的規(guī)模來設(shè)置貯存槽。必要時(shí)，沿第五運(yùn)送路線i流入的多重傾斜式沉淀槽(80)的處理水，貯存槽中廢水的濃度經(jīng)調(diào)節(jié)后，以一定的濃度和流量排出。利用泵(圖中未示出)等將保持一定濃度的廢水沿圖1中箭頭a所示的線路泵入?yún)捬跣园l(fā)酵槽(30)。
(b)脫磷微生物活化工序圖2簡(jiǎn)要地示出了厭氧性發(fā)酵槽(30)的構(gòu)造。在該厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)部提供了厭氧性微生物，將從貯存槽(20)流入的廢水中含有的有機(jī)物利用厭氧性微生物的物質(zhì)代謝作用進(jìn)行分解。特別是，將在廢水中含有的難分解性有機(jī)物水解成好氧性微生物攝取容易的狀態(tài)，磷攝取微生物放出體內(nèi)的磷作為能源，將有機(jī)酸形態(tài)的有機(jī)物貯藏在體內(nèi)。即，在本發(fā)明廢水處理裝置中由于在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)有機(jī)物的負(fù)荷程度，所以該利用厭氧性微生物的分解工序成為在曝氣槽(60)中處理磷的工序的前處理工序。
圖2所示的厭氧性發(fā)酵槽(30)是直立圓筒形，在其上部具有來自貯存槽(20)的廢水流入的第1流入口(36)，為確保脫磷微生物而從多重傾斜式沉淀槽(80)沿第三運(yùn)送線路d的泥漿流入的第2流入口(37)和放出以厭氧性狀態(tài)發(fā)酵的廢水的流出口(38)。
為加熱其內(nèi)部，厭氧性發(fā)酵槽(30)的壁由內(nèi)藏電氣線圈(圖中未示出)的保溫壁(34)構(gòu)成。保溫壁內(nèi)的電氣線圈中通電流，將厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)部加熱到規(guī)定的溫度以上，由于通過流出口(38)放出的廢水的溫度和下述活化的脫磷微生物的溫度保持在30℃以上，可防止后工序在曝氣槽(60)內(nèi)處理期間由于外部空氣溫度低導(dǎo)致硝化反應(yīng)等效率降低。
另外，在厭氧性發(fā)酵槽(30)內(nèi)部具有為將厭氧性微生物和廢水有效混合的攪拌葉片(32)。在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)部還具有泥漿排出閥(35)、泥漿排出用擋板(33)和泡沫破碎器(31)。泥漿排出閥和泥漿排出用擋板作用是排出在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)部殘存的泥漿殘留物。泡沫破碎器作用是除去在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)側(cè)的上部形成的浮渣泡沫。
另一方面，利用圖1箭頭d表示的第三運(yùn)送線路將下面所述的多重傾斜式沉淀槽(80)下部沉淀的泥漿運(yùn)送到厭氧性發(fā)酵槽(30)的內(nèi)部。在該運(yùn)送的泥漿內(nèi)含的脫磷微生物在厭氧性發(fā)酵槽的厭氧性條件下活化。將微生物細(xì)胞內(nèi)的磷以磷酸根離子(PO43-)的形態(tài)放出，并使厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)的有機(jī)酸在體內(nèi)積蓄。成為在曝氣槽(60)中完成物質(zhì)代謝并攝取磷的能源，曝氣槽內(nèi)的脫磷微生物攝取比在厭氧性發(fā)酵槽中放出的磷量多得多的磷并除去。
厭氧性發(fā)酵槽(30)為生成有機(jī)酸而保持厭氧性發(fā)酵，且不進(jìn)行甲烷化，按照控制脫磷微生物的滯留時(shí)間約1.5～2.5日程度來運(yùn)轉(zhuǎn)是希望的。
(c)好氧性微生物的活化工序圖3簡(jiǎn)要地示出了本發(fā)明微生物活化槽(40)的斷面構(gòu)造。在該微生物活化槽的上部具有運(yùn)送一部分含好氧性微生物的泥漿并流入的入口(45)和排出含微生物活化槽內(nèi)活化的好氧性微生物的流出水的排出口(46)，在其底部具有圓盤型散氣管(氣體分布器)(41)。另外，在微生物活化槽的下部具有為排出該活性槽內(nèi)部的殘留物的閥門(43)。
按照下述詳細(xì)的說明泥漿可從曝氣槽(60)排出端沿圖1箭頭b所示的第一運(yùn)送線路供給到微生物活化槽(40)。由于外部空氣通過散氣管(41)流到微生物活化槽內(nèi)部，該微生物活化槽內(nèi)部保持好氧性氣氛，只使泥漿內(nèi)的好氧性微生物選擇性活化。
另一方面，在微生物活化槽(40)的內(nèi)部具有由多孔性壁構(gòu)成的內(nèi)部活化槽(44)，在該內(nèi)部活化槽中投入了以1％重量比程度含有在土壤中提取并獨(dú)立培養(yǎng)的桿菌(bacillus)屬微生物和放線菌類(actinomycets)之類的微生物的菌土(42；土壤微生物載體)。
填充在菌土(42)中的微生物在微生物活化槽(40)內(nèi)的好氧性氣氛下活化并生長(zhǎng)?；罨说哪嗤廖⑸飶木林蟹蛛x，并與微生物活化槽內(nèi)的活化的好氧性微生物，一同從排出口(46)排出。而且，填充在菌土內(nèi)的微生物具有可適合于高濃度廢水的生存力，如下所述，與曝氣槽(60)內(nèi)高濃度有機(jī)物接觸可顯示活潑的物質(zhì)代謝作用。
流入微生物活化槽(40)的運(yùn)送泥漿可能含有包括絲狀菌(filamentous)的真菌之類的，妨礙泥漿結(jié)塊(bulking)，即固液分離的微生物。在微生物活化槽內(nèi)的好氧性氣氛下可以抑制這類菌類的生長(zhǎng)，使后面的固液分離工序順利進(jìn)行。另外，分解有機(jī)物的微生物由于在微生物活化槽中以過曝氣狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，可改進(jìn)其有機(jī)物生物吸附能力。為抑制真菌之類的微生物的生成，使好氧性微生物的活化極大化，微生物活化槽以約1.5～2.0日程度的滯留時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)是希望的。
(d)混合工序在混合槽(50)中將不同性狀的在厭氧性發(fā)酵槽(30)中處理后的廢水，來自微生物活化槽(40)的流出物，以及來自后述脫氮槽(70)經(jīng)由運(yùn)送管運(yùn)送的泥漿，及必要時(shí)來自脫水機(jī)(100)的濾液強(qiáng)制混合，進(jìn)行送入曝氣槽(60)的工序。在此，由于來自微生物活化槽的流出物中含的微生物中均勻地混合成為其養(yǎng)料的物質(zhì)，在曝氣槽中引起活化微生物的均勻作用。
(e)脫磷和氨性氮的硝化工序圖4概略地示出了曝氣槽(60)的構(gòu)造。在曝氣槽的一端形成流入在混合槽(50)得到的混合物的開口(62)，在另一端形成排出在曝氣槽中處理的廢水的出口(64)。為預(yù)防泥漿在槽內(nèi)沉積，供給另外的空氣使混合作用順利地進(jìn)行，曝氣槽底部以規(guī)定的角度，如7°傾斜。曝氣槽內(nèi)部由多個(gè)隔壁分成多個(gè)室。例如，圖4所示的曝氣槽的內(nèi)部由3個(gè)隔壁(66)分成4個(gè)室(60a、60b、60c、60d)。
通過空氣流入管(61)外部空氣流入曝氣槽(60)的內(nèi)部，曝氣槽內(nèi)部保持好氧性氣氛。曝氣槽內(nèi)部的氧溶解量保持在0.5～2.0mg/L是希望的。
另一方面，在曝氣槽(60)硝化快速進(jìn)行的場(chǎng)合。廢水內(nèi)的堿性物質(zhì)的含量成為限制硝化工序的主要原因。為防止這樣的硝化阻礙現(xiàn)象，曝氣槽內(nèi)部的氧溶解量以隔室保持相互之間不同的值是理想的。例如，圖4構(gòu)造的曝氣槽中，在具有開口(62)的曝氣槽的流入端和具有出口的出口端各自位置的第1和第4隔室(60a、60b)中氧溶解量保持在約1.5-2.5mg/L，流入端和出口端之間位置的第2和第3隔室(60b、60c)中氧溶解量保持在0.5-1.5mg/L是特別理想的。在鄰接流入端的第2隔室(60b)中氧溶解量保持1.0～1.5mg/L，鄰接出口端的第3隔室(60c)中氧溶解量保持0.5-1.0mg/L是特別理想的。這樣，由于曝氣槽內(nèi)保持相對(duì)低的氧溶解濃度，可最小限度地保證好氧性處理的曝氣費(fèi)用。
由于曝氣槽內(nèi)好氧性微生物的物質(zhì)代謝作用，有機(jī)物的分解和脫氮與脫磷工序如下。
首先，使好氧性微生物在微生物活化槽(40)中按過曝氣條件活化后，以養(yǎng)料成分的生物吸附能力的最大狀態(tài)流入曝氣槽(60)。在曝氣槽由于好氧性微生物的物質(zhì)代謝作用的有機(jī)物的分解反應(yīng)以下述式表示[化1] 按這樣除去的BOD量的新的細(xì)胞的生長(zhǎng)量為約0.5kg MLVSS/kg BODrem。
另一方面，氨性氮如下硝化[化2] 硝化氨性氮1mg/L要消耗氧4.6mg O2/L和相當(dāng)于7.1mg CaCO3/L的堿性物質(zhì)。如上所述，在位于曝氣槽(60)的流入端和出口端之間的第2和第3隔室(60b、60c)中，由于將氧溶解量調(diào)節(jié)到0.5-1.5mg/l，特別是1.0mg/l附近，抑制了急激的硝化，并可預(yù)防由于堿度不足的硝化阻礙現(xiàn)象。
曝氣槽(60)中的脫磷工序說明如下。即，在厭氧性發(fā)酵槽(30)中以磷酸形態(tài)放出細(xì)胞內(nèi)的磷的脫磷微生物在曝氣槽內(nèi)的好氧性氣氛下合成細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成物質(zhì)時(shí)攝取相對(duì)多量的磷。例如，在厭氧性發(fā)酵槽中脫磷微生物以磷酸形態(tài)放出的磷量與在曝氣槽內(nèi)的好氧性氣氛下脫磷微生物攝取的磷量保持約1∶1.5程度的比率。這樣，曝氣槽內(nèi)脫磷微生物合成細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成物質(zhì)時(shí)，由于在細(xì)胞內(nèi)磷被過量攝取(luxury uptake)，完成了脫磷工序。
以在厭氧性發(fā)酵槽(30)中使用選擇性活化的脫磷微生物而改善廢水處理裝置的脫磷能力為基礎(chǔ)，可通過在下述凝集沉淀槽(90)中的凝集處理，使脫磷工序中需求的藥品消耗量最小化，改善水質(zhì)。
在曝氣槽(60)內(nèi)利用好氧性微生物的物質(zhì)代謝作用的有機(jī)物的分解過程中，一部分泥漿從曝氣槽排出端的出口(64)沿圖1箭頭b所示的第一運(yùn)送線路運(yùn)送到微生物活化槽(40)。這樣運(yùn)送的泥漿，如上所述，含有好氧性微生物。曝氣槽中處理的廢水以與微生物混合的狀態(tài)，通過出口經(jīng)由無氧狀態(tài)的脫氮槽(70)的入口(77)流入脫氮槽。
(f)脫氮工序圖5示出了由接觸濾材層(70a)和混合層(70b)構(gòu)成的脫氮槽(70)。在接觸濾材層中填充了使曝氣槽(60)中曝氣處理的混合液進(jìn)行脫氮作用的接觸濾材(75)。在接觸濾材層中脫氮后的氮?dú)庠诰哂袛嚢枞~片(73)中混合層(70b)脫氣，脫氮后的混合液經(jīng)過上層的流出壩(71；weir)，通過排出口(72)排出。
從曝氣槽(60)流入的微生物和廢水的混合液通過填充接觸濾材(75)的接觸濾材層(70a)，微生物等附著接觸濾劑，利用未處理的有機(jī)物與廢水內(nèi)的硝化物邊進(jìn)行脫氮反應(yīng)邊生長(zhǎng)。由于微生物附著接觸濾材生長(zhǎng)，在接觸濾材層順序形成泥漿覆蓋層(sludge blanket)，由于進(jìn)行了生物學(xué)的過濾作用改善了廢水和泥漿的固液分離效果。
在脫氮槽(70)中由于從曝氣槽(60)流入的混合液中含有的未處理的有機(jī)物和硝化物，由于利用泥漿在接觸濾材層(70)中濃縮的微生物的內(nèi)生呼吸作用，進(jìn)行下述式的脫氮反應(yīng)。 在處理結(jié)果的一個(gè)例子中，通過脫氮工序，生成氧2.86gO2/gN和堿性物質(zhì)3.6g CaCO3/gN，脫氮槽的滯留時(shí)間為約0.75～1.25日程度，該工序的脫氮率為0.03gN/g MLVSS/d。
在脫氮槽(70)中泥漿的一部分利用接觸濾材層(70a)的生物學(xué)的過濾作用過濾、分離、在下部沉淀后，經(jīng)過泥漿排出口(76)通過第2運(yùn)送線路c運(yùn)送到混合槽(50)。其結(jié)果可使曝氣槽(60)中的微生物濃度保持一定。
經(jīng)脫氮工序的廢水經(jīng)脫氮槽(70)的排出口(72)流入下段的多重傾斜式沉淀槽(80)。
(g)分離工序圖6概略地示出了作為一次沉淀槽代表性使用的多重傾斜式沉淀槽(80)的構(gòu)造。該多重傾斜式沉淀槽具有內(nèi)部多個(gè)傾斜沉淀板(85)和支持該傾斜沉淀板兩端的一對(duì)傾斜沉淀對(duì)(86)和下部沉淀泥漿貯存部位。
一般，在除去營(yíng)養(yǎng)素的各工序，泥漿滯留時(shí)間長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，由于過度氧化細(xì)胞喪失活性而分散，細(xì)小的細(xì)胞物質(zhì)不沉淀，即產(chǎn)生針形絮凝物(pinfloc)。為防止這樣的針形絮凝物發(fā)生設(shè)置了多重傾斜沉淀板(85)，使與泥漿的接觸面積變大。即，流入多重傾斜式沉淀槽(80)的廢水沿傾斜沉淀板(85)的表面向上流，越過該沉淀板后再沿下一個(gè)沉淀板表面流。由于傾斜沉淀板設(shè)置多個(gè)，與泥漿的接觸面積變大，抑制了針形絮凝物的發(fā)生。
曝氣處理和脫氮處理后，流入多重傾斜式沉淀槽(80)的處理廢水因重力而固液分離成固形物與上清液。如上所述，這樣的固液分離由于抑制在微生物活化槽(40)中絲狀菌(filamentous)之類的真菌的生長(zhǎng)而改進(jìn)。另一方面，固形物在多重傾斜式沉淀槽的下端部位沉淀，作為泥漿殘存。泥漿呈無氧狀態(tài)硝化物殘留濃度幾乎為0狀態(tài)，脫磷微生物成為更優(yōu)先的狀態(tài)。該泥漿從泥漿排出口(83)沿圖1的第三運(yùn)送線路d流入?yún)捬跣园l(fā)酵槽(30)，泥漿內(nèi)的脫磷微生物被活化。
多重傾斜式沉淀槽(80)內(nèi)的固液分離的上清液經(jīng)由上部排出口(82)流入凝集沉淀槽(90)，進(jìn)行藥品處理以完全除去殘留磷和懸浮固形物。
(h)殘留磷和懸浮固形物的去除工序。
圖7概略地示出了凝集沉淀槽(90)的內(nèi)部構(gòu)造的一個(gè)例子。在該凝集沉淀槽中設(shè)置了來自多重傾斜式沉淀槽(80)的上清液流入的導(dǎo)入管(92)和用于注入硫酸或金屬鹽之類的化學(xué)藥品的注入管(94)。為使從導(dǎo)入管流入的上清液和從注入管流入的化學(xué)藥品適當(dāng)混合的攪拌葉片(93)位于注入管(94)的下部。另外，在凝集沉淀槽的內(nèi)部設(shè)置了以規(guī)定間隔隔離的分隔壁(96、97、98)等，形成了藥品與上清液的混合室，凝集室和沉淀分離室。
現(xiàn)詳細(xì)說明凝集沉淀槽(90)的作用，在從導(dǎo)入管(92)流入凝集沉淀槽的上清液中，首先從注入管(94)注入硫酸并用攪拌葉片(93)混合，調(diào)節(jié)上清液至中性，即pH值優(yōu)選至7.2～7.8，特別優(yōu)選至約7.5。在調(diào)節(jié)至中性的上清液中從注入管(94)以規(guī)定量注入金屬鹽，如鐵鹽并混合。其后，通過鐵鹽和上清液之間的化學(xué)反應(yīng)，除去上清液內(nèi)的殘留磷和懸浮固形物。
除去殘留磷的反應(yīng)式如下即，上清液內(nèi)的殘留磷與鐵鹽直接反應(yīng)，以不溶性鹽除去。
另外，鐵鹽內(nèi)的鐵，按下面反應(yīng)式與上清液的氫氧根反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀，并被除去。
此時(shí)，由于沉淀的氫氧化鐵的粘性，上清液中殘留的懸浮固形物一同凝集沉淀被除去。
圖7右半部分所示的箭頭表示上清液和化學(xué)藥品的混合液在凝集沉淀槽(90)內(nèi)流動(dòng)的過程。在1次分隔壁(96)的內(nèi)部，由于攪拌葉片(93)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在由分隔壁限定的空間內(nèi)，上清液與化學(xué)藥品快速混合，約進(jìn)行5分鐘。接著，得到的混合液越過1次分隔壁的末端部分時(shí)，其混合能減少。在1次分隔壁與2次分隔壁(97)之間，進(jìn)行藥品泥漿的凝集和泥漿顆粒生長(zhǎng)?；旌弦涸竭^2次分隔壁(97)時(shí)，混合液的殘留混合能消滅，其結(jié)果混合液的泥漿越過末端分隔壁(98)沉淀。凝集沉淀槽中產(chǎn)生的最終的處理水通過設(shè)置在凝集沉淀槽的上部的擋板(99)排放到外部，泥漿從設(shè)置在凝集沉淀槽下部的出口(91)排出，沿圖1的箭頭h所示的線路轉(zhuǎn)送到脫水機(jī)(100)。
沿圖1箭頭f、g分別所示的線路，來自厭氧性發(fā)酵槽(30)的排出泥漿和來自多重沉淀槽(80)的泥漿一同流入脫水機(jī)(100)中。流入脫水機(jī)(100)的泥漿利用脫水處理分離成脫水泥漿和脫水濾液。脫水泥漿有機(jī)物含量高，由于幾乎不含毒性物質(zhì)，可通過固體堆肥化以肥料再使用。由脫水產(chǎn)生的濾液經(jīng)由圖1運(yùn)送線路e流入混合槽(50)。
實(shí)施例以下用實(shí)施例說明本發(fā)明。本發(fā)明不受該實(shí)施例限制。
使用圖1的廢水處理裝置，凈化處理在刮板(スクレ-パ)式豬舍中產(chǎn)生的畜產(chǎn)業(yè)廢水。供凈化處理的畜產(chǎn)業(yè)廢水的生物學(xué)耗氧量(BOD)、化學(xué)耗氧量(COD)、總氮量(TN)和總磷量(TP)如表1所示。
表1
表2記載了本試驗(yàn)例中所用廢水處理裝置的規(guī)格。
表2
其中，pH計(jì)是為測(cè)定凝集沉淀槽(90)內(nèi)的上清液的pH值的；轉(zhuǎn)送泵是為轉(zhuǎn)送貯存槽(20)內(nèi)的廢水到厭氧性發(fā)酵槽(30)的；運(yùn)送泵是為運(yùn)送裝置內(nèi)泥漿的；混合用電機(jī)是為運(yùn)轉(zhuǎn)厭氧性發(fā)酵槽(30)和脫氮槽(70)內(nèi)的混合用攪拌葉片(32,73)，以及凝集沉淀槽(90)的混合用攪拌葉片(93)的；而鼓風(fēng)機(jī)是為供給微生物活化槽(40)和曝氣槽(60)空氣的。
在微生物活化槽(40)中投入的菌土(42)中含有菌土重量1％程度的另一途徑培養(yǎng)的桿菌系微生物和放線菌類微生物。
從脫氮槽(70)到混合槽(50)的運(yùn)送率為125％，從多重傾斜式沉淀槽(80)到厭氧性發(fā)酵槽(30)的泥漿運(yùn)送率為75％，從曝氣槽(60)到微生物活化槽(40)的泥漿運(yùn)送率為100％。
從脫水機(jī)(100)將脫水濾液全部運(yùn)送到混合槽(50)。除貯存槽(20)外的裝置全部容積為30.3L，將空氣以15～20L/min送風(fēng)。
在厭氧性發(fā)酵槽(30)內(nèi)部的上層部分經(jīng)約10日后形成浮渣。氧化還原電位(ORP)值為約-300以下，考慮由于運(yùn)送稀效果的場(chǎng)合，排出液的溶解性磷含量增加約1.5～2.2倍，溶解性COD含量沒有大的增加?？墒?，總氮量(TN)減少約32.6％，由于用厭氧性發(fā)酵槽(30)的前處理，后續(xù)的氮負(fù)荷頗減少，硝化要求的氧量也頗減少。
曝氣槽(60)的微生物混合液保持約11000～14000mg/L的濃度，泥漿生產(chǎn)量按除去每BOD(kg)約0.5kg MLVSS，排出泥漿濃度為約18000mg/L。曝氣槽(60)內(nèi)的溶解氧量在位于流入端的隔室(60a)保持2.0mg/L，在接近流入端的隔室(60b)保持1～1.5mg/L，在接近排出端的隔室(60c)保持0.5～1mg/L，而在位于排出端的隔室(60d)保持2.5mg/L。曝氣槽內(nèi)的pH值為7.7～8.2。堿度約2325mg CaCO3/L，在硝化工序中減少，并可減少按后續(xù)凝集處理工序中形成氫氧化物的凝集劑的要求量，形成良好的條件。
多重傾斜式沉淀槽(80)的流出水質(zhì)為BOD128mg/L，TN145mg/L和TP75mg/L。BOD和TN表現(xiàn)出95％以上的高除去率，TP除去率為86％。多重傾斜式沉淀槽(80)的上清液中添加鐵鹽，進(jìn)行凝集沉淀的凝集沉淀槽(90)的流出水質(zhì)表現(xiàn)為BOD42mg/L，懸浮固形物(SS)33mg/L，TN45mg/L和TP6.2mg/L的穩(wěn)定的水質(zhì)。這時(shí)，凝集泥漿產(chǎn)生約4倍的多重傾斜式沉淀槽(80)的懸浮固形物(SS)，如在多重傾斜式沉淀槽中產(chǎn)生的13.6g/d，按照凝集沉淀泥漿4.3g/d，畜產(chǎn)業(yè)廢水除去的每COD產(chǎn)生的泥漿為除去的每COD(kg)SS0.4kg。
本實(shí)施例畜產(chǎn)業(yè)廢水的處理結(jié)果如表3所示。處理工序中曝氣槽(60)的微生物混合液的SVI為62-115，氧要求量為58～105mg O/L/h，實(shí)際供給的氧量，以氧傳輸率0.1計(jì)，約為360mg O/L/h。為此，曝氣槽(60)的溶解氧濃度雖保持較低，但為可滿足要求量的值。因而，由于本發(fā)明控制了溶解氧濃度，處理費(fèi)用達(dá)到相當(dāng)節(jié)約的效果。表3
上述結(jié)果表明，按照本發(fā)明處理高濃度畜產(chǎn)業(yè)廢水時(shí)，可經(jīng)濟(jì)高效地除去有機(jī)物和氮與磷，可經(jīng)濟(jì)地確保穩(wěn)定優(yōu)良的處理水質(zhì)。本發(fā)明可適用于小規(guī)模的廢水發(fā)生設(shè)施，可高效地消除與畜產(chǎn)業(yè)廢水相關(guān)的環(huán)境污染問題。另外，由畜產(chǎn)業(yè)廢水處理產(chǎn)生的泥漿與一般城市的下水不同，沒有含重金屬或其它有害污染物的危險(xiǎn)。因此，將該泥漿堆肥化，也可作為固體肥料有效地利用。
圖1是本發(fā)明廢水處理工序的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明廢水處理裝置中使用的厭氧性發(fā)酵槽的簡(jiǎn)圖。
圖3是本發(fā)明廢水處理裝置中使用的微生物活化槽的簡(jiǎn)圖。
圖4是本發(fā)明廢水處理裝置中使用的曝氣槽的簡(jiǎn)圖。
圖5是本發(fā)明脫氮處理中使用的脫氮槽簡(jiǎn)圖。
圖6是本發(fā)明廢水處理裝置中使用的多重傾斜式沉淀槽的簡(jiǎn)圖。
圖7是本發(fā)明廢水處理裝置中使用的凝集沉淀槽的內(nèi)部構(gòu)造圖。
權(quán)利要求
1.一種廢水處理方法，其特征在于包括以下工序(a)將從廢水中固液分離的排出液保存在貯存槽中并使?jié)舛群土髁烤鶆蚧墓ば颍?b)在厭氧性發(fā)酵槽內(nèi)利用厭氧性微生物將貯存槽中均勻化的排出液中的難分解有機(jī)物水解成后續(xù)微生物攝取容易的狀態(tài)，并使脫磷微生物活化的工序；(c)將從溶解氧調(diào)節(jié)式的曝氣槽運(yùn)送到微生物活化槽的泥漿內(nèi)的好氧性微生物在該微生物活化槽中選擇活化并增大生物吸附能力，通過使土壤微生物載體內(nèi)填充的微生物生長(zhǎng)，使好氧性微生物活化的工序；(d)將接受固形物化土壤微生物的微生物活化槽的流出液、上述厭氧性發(fā)酵槽的流出液以及來自脫氮槽的泥漿和根據(jù)需要由脫水機(jī)送來的過濾液在混合槽混合的工序；(e)將上述混合液導(dǎo)入上述曝氣槽，處理有機(jī)物和磷，并將氨性氮硝化的工序；(f)在無氧狀態(tài)下利用微生物的內(nèi)生呼吸，對(duì)上述曝氣槽中處理的液體進(jìn)行硝化物脫氮的工序；(g)在一次沉淀槽中將脫氮處理的液體分離成泥漿和上清液的工序；(h)在凝集沉淀槽中從一次沉淀槽中沉淀分離的上清液中除去殘留磷和懸浮的固形物，并放出處理水的工序。
2.權(quán)利要求1記載的廢水處理方法，還包括將在一次沉淀槽中分離的微生物泥漿的一部分供給微生物活化槽的工序。
3.權(quán)利要求1記載的廢水處理方法，上述曝氣槽的處理工序在多段式曝氣槽中完成，且將曝氣槽中間隔室的溶解氧濃度調(diào)節(jié)到0.5-1mg/L。
4.權(quán)利要求1記載的廢水處理方法，上述凝集沉淀槽處理工序中，將凝集沉淀槽內(nèi)的pH值調(diào)節(jié)到7.2-7.8后，注入金屬鹽。
5.權(quán)利要求4記載的廢水處理方法，還包括將上述凝集沉淀槽的沉淀泥漿，厭氧性發(fā)酵槽的排出泥漿和一次沉淀槽中分離的泥漿用脫水機(jī)固液分離，并將脫水濾液運(yùn)送到混合槽的工序。
6.權(quán)利要求1記載的廢水處理方法，其特征在于為排除由硝化物引起的脫磷微生物的阻礙現(xiàn)象，將脫氮槽和厭氧性發(fā)酵槽分離運(yùn)轉(zhuǎn)。
7.一種廢水處理裝置，其特征在于包括(A)將從廢水中固液分離的排出液貯藏并將濃度和流量均勻化的貯存槽；(B)位于上述貯存槽的下游側(cè)并具有厭氧性微生物的厭氧性發(fā)酵槽；(C)具有收容土壤微生物載體的內(nèi)部活化槽和散氣管的微生物活化槽；(D)具有流入上述微生物活化槽和上述厭氧性發(fā)酵槽各自的流出液、來自脫氮槽的泥漿和按照需要由脫水機(jī)送來的過濾液的流入口，且接受來自上述流入口的流入物并混合的混合槽；(E)連接上述混合槽下游側(cè)的曝氣槽；(F)連接上述曝氣槽下游側(cè)的脫氮槽；(G)連接上述脫氮槽下游側(cè)的一次沉淀槽；和(H)連接上述一次沉淀槽下游側(cè)的凝集沉淀槽。
8.權(quán)利要求7記載的廢水處理裝置，上述微生物活化槽包含充填有土壤微生物載體的內(nèi)部活化槽。
9.權(quán)利要求7記載的廢水處理裝置，上述曝氣槽是多段式曝氣槽。
10.權(quán)利要求7記載的廢水處理裝置，還包含有脫水機(jī)以及把分別來自上述一次沉淀槽、凝集沉淀槽和厭氧性發(fā)酵槽的泥漿供給到上述脫水機(jī)的供給管路。
全文摘要
提供利用土壤微生物,可經(jīng)濟(jì)高效處理高濃度廢水,特別是畜產(chǎn)業(yè)廢水和有機(jī)性產(chǎn)業(yè)廢水的廢水處理方法和裝置。廢水處理裝置由貯存槽、厭氧性發(fā)酵槽、微生物活化槽、混合槽、曝氣槽、脫氮槽、一次沉淀槽、凝集沉淀槽和脫水機(jī)構(gòu)成;廢水處理方法包括濃度、流量均勻化工序、脫磷微生物活化工序、好氧性微生物活化工序、混合工序、脫磷和氨性氮的脫硝工序、脫氮工序、分離工序和除去殘留磷與懸浮固形物的工序。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1309096SQ0011785
公開日2001年8月22日 申請(qǐng)日期2000年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者樸皖澈, 金泰亨, 河俊秀 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院