申请日2004.07.21
公开(公告)日2008.02.20
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器具有粗介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。一个或多个浸没式曝气过滤器与一个或多个浸没式脱氮反应器流体连接，该浸没式曝气过滤器包括粗介质颗粒和包括用于氧化有机物的生物需氧微生物的固定生物膜。一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮，深床脱氮过滤器与一个或多个浸没式曝气过滤器流体连接，深床脱氮过滤器包括小于6mm的微细介质颗粒。来自浸没式曝气过滤器的流出物再循环到浸没式脱氮反应器，在其进入深床脱氮过滤器之前进行预脱氮。在该方法中，废水流入物和来自浸没式曝气过滤器的处理后的流出物一起进入浸没式脱氮反应器。
权利要求书
1.一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：
一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器包括至少定义一个腔室的多 个直立墙和底面，腔室包括介质床，介质床包括粗矿物介质颗粒和包含生 物缺氧活性微生物的固定生物膜;
与浸没式脱氮反应器流体连接的一个或多个浸没式曝气过滤器，其包 括用于氧化有机物的生物需氧微生物;和
一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮， 深床脱氮过滤器与浸没式曝气过滤器流体连接。
2.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器的介 质床包括直径为6mm-45mm的介质颗粒。
3.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式曝气过滤器的介 质床包括直径为6mm-45mm的介质颗粒。
4.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，深床脱氮单元的介质床 包括微细介质颗粒。
5.权利要求4的生物活性反应器系统，其中，微细介质颗粒的尺寸小 于6mm。
6.权利要求4的生物活性反应器系统，其中，介质床包括相对均匀的 颗粒。
7.权利要求1的生物活性反应器系统，还包括用于接收废水流入物的 预处理单元。
8.权利要求7的生物活性反应器系统，还包括从深床脱氮过滤器回到 预处理单元从而使脏的反冲洗液从深床脱氮过滤器再循环到进入预处理单 元的废水流入物中的管线。
9.权利要求7的生物活性反应器系统，还包括从浸没式曝气过滤器到 进入预处理单元的废水流入物中的管线。
10.权利要求1的生物活性反应器系统，还包括从浸没式曝气过滤器 回到浸没式脱氮反应器从而使一部分来自浸没式曝气过滤器的废水流出物 回到浸没式脱氮反应器的管线。
11.权利要求1的生物活性反应器系统，还包括设置在浸没式曝气过 滤器和深床脱氮过滤器之间的一个或多个净化单元，以减少从浸没式曝气 过滤器流向深床脱氮过滤器的废水中的悬浮固体。
12.权利要求11的生物活性反应器系统，还包括在一个或多个净化单 元和一个或多个浸没式脱氮反应器之间从而使净化后的流出物再循环到浸 没式脱氮反应器的管线。
13.权利要求11的生物活性反应器系统，还包括一个或多个预处理单 元和在净化单元和预处理单元之间用于在净化单元和预处理单元之间再循 环净化后的流出物的管线。
14.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，一个或多个深床脱氮 过滤器包括下流过滤器。
15.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器是 上流过滤器。
16.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器是 下流过滤器。
17.权利要求1的生物活性反应器系统，其中，生物活性微生物包括 异养细菌和自养细菌。
18.一种浸没式脱氮过滤的方法，其包括：
将废水流入物供入浸没式脱氮反应器，反应器包括至少定义一个腔室 的多个直立墙和底面，腔室包括粗矿物介质颗粒和包含生物缺氧活性微生 物的固定生物膜;
使流出浸没式脱氮反应器单元的废水物流进入浸没式曝气过滤器;
使剩余的流出物从浸没式曝气过滤器进入用于脱除悬浮固体和脱氮的 深床脱氮过滤器。
19.权利要求18的方法，还包括将来自浸没式曝气过滤器的一部分流 出物流再循环回浸没式脱氮反应器。
20.权利要求18的方法，其中，废水流入物进入浸没式脱氮反应器之 前在预处理单元中进行预处理。
21.权利要求20的方法，其中，将来自深床脱氮过滤器的脏的反冲洗 水再循环到预处理单元。
22.权利要求20的方法，其中，将浸没式曝气过滤器的流出物再循环 到预处理单元。
23.权利要求18的方法，还包括下述步骤：在将流出物送往深床脱氮 过滤器之前使浸没式曝气过滤器的流出物进入净化单元，以减少流出物内 的悬浮固体。
24.权利要求23的方法，其中，从净化单元流出的一部分物流再循环 到浸没式脱氮反应器。
25.权利要求23的方法，其中，从净化单元流出的一部分物流再循环 到预处理单元。
26.权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器是上流过滤器。
27.权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器是下流过滤器。
28.权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤 器的介质床都包括直径为6mm-45mm的介质颗粒。
29.权利要求18的方法，其中，深床脱氮过滤器的介质床包括粒度小 于6mm的介质。
30.权利要求18的方法，其中，浸没式曝气过滤器包括需氧微生物， 用于氧化包括含碳有机物、有机和铵氮的有机物，产生NOX、CO2和H2O。
31.权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器用废水流入物中的 BOD作为缺氧微生物的有机碳源将NOX脱氮。
32.一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：
一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器包括至少定义一个腔室的多 个直立墙和底面，腔室包括介质床，介质床包括粒度范围为6mm至45mm 的粗介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜;
与一个或多个浸没式脱氮反应器流体连接的一个或多个浸没式曝气过 滤器，浸没式曝气过滤器包括粒度范围为6mm至45mm的粗介质颗粒和包 括用于氧化有机物的生物需氧微生物的固定生物膜;和
一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮， 深床脱氮过滤器与一个或多个浸没式曝气过滤器流体连接，深床脱氮过滤 器包括小于6mm的微细介质颗粒;
预处理单元，用于接收进入浸没式脱氮反应器之前的废水流入物;
从深床脱氮过滤器回到预处理单元从而使脏的反冲洗液从深床脱氮过 滤器再循环到进入预处理单元的废水流入物中的管线;
从浸没式曝气过滤器到进入预处理单元的废水流入物中的管线;
从浸没式曝气过滤器回到浸没式脱氮反应器从而使一部分来自浸没式 曝气过滤器的废水流出物回到浸没式脱氮反应器的管线;
设置在浸没式曝气过滤器和深床脱氮过滤器之间的一个或多个净化单 元，以减少从浸没式曝气过滤器流向深床脱氮过滤器的废水中的悬浮固体; 和
在一个或多个净化单元和一个或多个浸没式脱氮反应器之间从而使净 化后的流出物再循环到浸没式脱氮反应器的管线。
说明书
生物活性反应器系统和废水处理方法
技术领域
本发明涉及生物活性反应器系统和废水处理方法。更具体地说，本发 明涉及一种系统，该系统包括浸没式脱氮反应器(submerged denitrification reactor)、浸没式曝气过滤器(submerged aerated filter)和深床脱氮过滤器(deep bed denitrification filter)，该系统用于生物处理废水中的污染物。
背景技术
自中世纪以来，废水和污水处理一直在发展。自从出现了城市污水系 统，人们就建立了污水厂用于在区域性的基础上处理这些废物。滴滤池是 早期改进的废物处理系统。未处理的液体均匀地分布在矿渣、焦炭、碎石 和其它大颗粒床的上面。当液体通过床滴落时，因为床介质表面上存在有 细菌和其它微生物，所有液体中的有机和含氮材料会发生氧化。在沉降槽 中与液体分离而形成固体碎片。污水处理一般需要几个步骤，除去固体和 可溶的胶状生化需氧物质(BOD)。最初的处理步骤是除去固体的物理过程。 含原污水的废水流经预处理槽，固体在这里重力沉降，形成污泥。
两步法已经公开在多篇文献中。Tymoszezuk的美国专利3853752中公 开了一种改进的需氧生物废液处理法，该方法是将活性污泥法与曝气生物 过滤器及非曝气生物滤水池相结合。这些滤水池类似于现有的用于处理饮 用水的沙滤器。在第一步骤中用污泥浓缩器提取过量的污泥。
授权于Takeishi等人的美国专利5006251中教导了一种处理有机废水 的两步法。第一步在第二步之前，第二步使用需氧滤水池，该需氧滤水池 使用其中充填有过滤介质的上流型固液分离器。以很高的SS脱除率和很短 的时间进行前期SS(悬浮固体)脱除。在第一步中，含SS的有机废水从分离 器下部导入固液分离器，该固液分离器中充填有孔隙率至少为70%的过滤 介质。从分离器上部将废水排出分离器，以除去废水中的悬浮固体。第二 步将第一步的流出物从滤水池上部导入需氧滤水池，需氧滤水池充填有粒 状过滤介质，并且从充填有过滤介质的滤水池下部供应含氧气体。流出物 从滤水池下部排出滤水池，以需氧处理流出物。
人们已经进行了很多尝试，以在给定的基底面，即过滤器需要的基底 面面积上增加过滤器的容量。这对于现在的污水厂特别重要，为了满足不 断增长的人口的需要，必须增加其容量，但是不能增加污水厂的拓展面积。 过滤器已经倾向于成为柱体，以通过增加过滤器的高度增加过滤器的容量。 过滤器的高度受限于过滤器底座所能承受的重量。
因为废物的生物氧化是在过滤介质表面上进行，所以增加介质中颗粒 的表面积可以在给定体积的过滤器中处理更多的废物。因此，为了增加颗 粒的表面积，要减小介质颗粒的平均粒度。另外，介质颗粒通常由塑料制 成，因为人们已经发现这种介质颗粒特别有利。
人们还发现：淹没过滤介质通常能够提高过滤器的效率。经过过滤器 的流动可以是向上流动，也可以是向下流动。空气经由淹没的过滤介质床 抽出。保证空气出口不堵塞非常重要，否则废物将停止氧化。当使用的小 介质(公称直径约小于5mm)固体部分被截留在介质床内时且必须通过反冲 洗(backwashing)除去时，将需要昂贵的反冲洗设备，过滤器单元还要停工。 较小的介质和截留的颗粒将造成较高的压头损失条件，这将限制处理能力。 当通过反冲洗除去固体时，这样的过滤器公知为生物曝气过滤器(BAF)。在 这种情况下，一般在该单元后不再需要沉降槽。
如果在过滤器中使用较大的介质，则固体不会截留在床内，然后被过 滤器后面的沉降槽所脱除。在不需要反冲洗的情况下，过滤器已知为滴滤 池或浸没式曝气过滤器(SAF)。SAF不同于滤水池(滴滤池)，因为介质床被 淹没，氧气从底部被压入该系统。授权于Savage的专利4129374教导了用 兼性区将废水脱氮的方法和装置。专利4129374涉及废水处理设备，该设 备包括与柱状氧化单元结合的兼性区。在兼性区中，BOD被溶解后因为低 的溶解氧条件而产生不可过滤性，因此抑制了通过过滤对BOD和悬浮固体 的脱除。
发明内容
本发明的用于废水处理的生物活性反应器系统包括与一个或多个浸没 式曝气过滤器流体连接(in fluid communication with)的一个或多个浸没式 脱氮反应器和与浸没式曝气过滤器流体连接的一个或多个深床脱氮过滤 器。本发明提供了浸没式脱氮反应器和使用了与传统生物过滤器中使用的 微细介质相比是粗介质的浸没式曝气过滤器。以前的深床脱氮过滤器为满 足NOX的要求而需要加入甲醇。将来自浸没式曝气过滤器的流出物再循环 到浸没式脱氮反应器中，利用流出物中的BOD进行预脱氮。本发明的深床 脱氮阶段不需要加入甲醇。
本发明的其它优点是：不需要反冲洗，节省了与之相关的投资费用， 易于操作和维修，不会由于反冲洗而中断操作。
本发明用粗介质固定膜生物反应器替代现有系统中的兼性区 (facultativc zone)(悬浮生长反应器或深床微细介质柱状兼性反应器)和微细 介质柱状氧化单元。
在浸没式过滤器和反应器中不使用微细介质可以避免高压头损失，避 免空气和水的分配问题，避免一般与生物曝气过滤器相关的潜在的堵塞问 题。本发明的浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤器与一般的过滤器相比 需要较少的设备和较少的阀门，因为：1)不需要反冲洗，2)过滤器反应器之 间没有压头损失差，不会使流入废水和压缩空气的分配复杂化。反冲洗干 扰在生物介质床内发展的固定生物膜。因为取消了反冲洗工艺，所以过滤 处理法能够不间断地连续进行。
本发明的用于废水处理的生物活性反应器系统包括一个或多个浸没式 脱氮反应器，浸没式脱氮反应器优选包括至少定义一个腔室(compartment) 的多个直立墙(upright walls)和底面(floor)。在一个方面中，该腔室包括介质 床，介质床包括粗矿物介质颗粒(coarse mineral media particles)和具有生物缺 氧活性微生物(biologically anoxic acitive microorganisms)的固定生物膜。一个 或多个浸没式曝气过滤器包括用于氧化有机物的生物需氧微生物。优选用 一个或多个深床脱氮过滤器脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮(denitrification of oxidized nitrogens)。
浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤器的优选介质床都包括直径约为 6mm-45mm的介质颗粒。相反，深床脱氮单元的介质床包括的微细介质颗 粒的粒度优选小于6mm。优选在浸没式曝气过滤器和深床脱氮过滤器之间 设置一个或多个净化单元，以减少从浸没式曝气过滤器流向深床脱氮过滤 器的废水中的悬浮固体。
本发明的另一方面是浸没式脱氮过滤的方法，在该方法中，将废水流 入物供入浸没式脱氮反应器。废水流入物进入浸没式脱氮反应器之前可以 在预处理单元中进行预处理。该反应器优选包括至少定义一个腔室的多个 直立墙和底面，该腔室包括粗矿物介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的 固定生物膜。然后使流出浸没式脱氮反应器的废水物流进入浸没式曝气过 滤器。在浸没式曝气过滤器中处理后，流出物从浸没式曝气过滤器进入用 于脱除悬浮固体和脱氮的深床脱氮过滤器。
优选的方法还可以包括下述步骤：在将流出物送往深床脱氮过滤器之 前使浸没式曝气过滤器的流出物进入净化单元，以减少流出物中的悬浮固 体。处理后的流出物可以再循环到以前的步骤中，以改善离开该系统的最 终流出物的质量。
在本发明的一个优选系统和方法中，浸没式曝气过滤器包括需氧微生 物，用于氧化包括含碳有机物(carbonaceous organics)、有机和铵氮(organic and ammonium nitrogens)的有机物，产生NOX、CO2和H2O。
在该优选的系统和方法中，浸没式脱氮反应器用废水流入物中的BOD 作为缺氧微生物的有机碳源将NOX脱氮。
