申请日2004.10.29
公开(公告)日2006.12.06
IPC分类号C02F3/28
摘要
用于厌氧性废水处理的反应器(10)被设计为包括中心流动通道(20)的环形柱式反应器。在中心流动通道(20)与反应器壁之间的环形空间(40)中，配置了载体组件(50)以用于固定微生物，在相邻的载体组件(50)之间提供了流动孔道。载体组件之下的反应器(30)的下部被设计为用于在反应器(10)的运转期间接收有微生物漂浮在其中的废水的空间。在操作期间，提供了漂浮的微生物及固定在载体组件上的微生物。待处理的废水在中心向下流动，借助于微生物产生气体所部分产生的流动，该废水再次沿载体组件(40)向上。所述反应器被用于实施进行厌氧性废水处理的方法，该反应器适合于食品加工业、饲料工业以及造纸工业和纺织工业中的废水处理。
权利要求书
1.一种用于厌氧性废水处理的反应器，该反应器包括以下特征：
(a)从顶部朝向下的方向延伸中心流动通道，在与上反应器边界有 第一距离的顶部终止，并在与下反应器边界有第二距离的底部终止;
(b)在所述中心流动通道与反应器壁之间的环形空间中配置整个 流动通道高度的或部分流动通道高度的规则整齐的、固定床形式的载 体组件，以固定微生物，在相邻载体组件之间提供流动孔道;
(c)在反应器下边界与载体组件之间空间形式的反应器下部，用于 在反应器操作期间接收其中飘浮有微生物的废水;
(d)在反应器上部边界与载体边界之间的反应器上部;
(e)就其内流动而言环形柱式反应器形式的反应器，以使其中所含 的废水可以以向下的方向循环流过中心流动通道，然后流过下部中的 所述空间，随后沿载体组件向前，并最终再次进入中心流动通道中;
(f)用于待处理的、并且将被首次引入所述反应器中的废水的供应 管线;
(g)用于最终从反应器中排放处理过的废水的排放系统。
2.权利要求1的反应器，其特征在于所述下部中的空间被用于 接收其中漂浮有微生物团粒的废水。
3.权利要求1或2的反应器，其特征在于提供了板型载体组件。
4.权利要求3的反应器，其特征在于多个载体组件的密封体横 跨反应器的圆周分布，各个封装体内的板型载体组件被彼此平行地、 并按反应器的切线方向配置。
5.权利要求1-4之一的反应器，其特征在于相邻载体组件之间的 流动孔道的宽度为3-6cm，优选3.5-5.5cm。
6.权利要求1-5之一的反应器，其特征在于提供了多孔的允许被 流动通过的载体组件。
7.权利要求1-6之一的反应器，其特征在于所提供的载体组件基 本上由彼此结合的塑料粒子及膨胀的粘土粒子组成。
8.权利要求1-7之一的反应器，其特征在于再循环系统包括用于 废水的收回装置及用于废水的供给装置，以将其流动输送到中心流动 通道中。
9.权利要求1-8之一的反应器，其特征在于所述收回装置包括在 两块板状组件之间的中间空间，以及从所述中间空间开始的导管。
10.权利要求8-9之一的反应器，其特征在于排放系统配置在所 述再循环系统收回装置之上的一定距离上。
11.权利要求1-10之一的反应器，其特征在于在所述反应器的上 部、在所述排放系统之下提供了起到将废水中漂浮的微生物留在反应 器中作用的分离器系统。
12.权利要求11的反应器，其特征在于所述分离器系统包括在所 述中心流动通道的上端以间隔开的方式提供的、覆盖大部分反应器的 横截面、同时留下外部环形区的隔板。
13.权利要求12的反应器，其特征在于所述隔板具有其中不水 平延伸并在最高部分形成气体收集空间的部分。
14.权利要求13的反应器，其特征在于从最高部分开始，所述 隔板-概略地说-以向下倾斜的方式向外延伸，和以向下倾斜的方式向 内延伸。
15.权利要求12-14之一的反应器，其特征在于所述再循环系统 的收回系统位于所述隔板的上面。
16.权利要求1-15之一的反应器，其特征在于用于反应器中形成 的气体的第一排放管线从所述反应器上部中开始。
17.权利要求1-16之一的反应器，其特征在于用于反应器中形成 的气体的第二排放管线从所述隔板区中开始。
18.权利要求1-17之一的反应器，其特征在于所述载体板配置在 15-40%、优选20-30%的反应器体积中。
19.权利要求1-18之一的反应器，其特征在于所述反应器的下部 具有位于其壁上的流动偏转装置。
20.权利要求1-19之一的反应器，其特征在于至少一个推进喷射 出口在所述中心流动通道的下端以下终止。
21.权利要求1-20之一的反应器，其特征在于该反应器设计为使 不同种类的微生物一方面被提供作为固定的微生物，另一方面作为飘 浮的微生物。
22.一种用于在反应器中厌氧性废水处理的方法，其中待处理的 废水循环，使废水
(a)在中心从上向下流动;
(b)然后与飘浮在反应器下部空间中的废水中的微生物接触;
(c)然后在位于其上的反应器空间中与微生物流动，所述微生物以 规则整齐的固定床形式布置在载体组件上;
(d)并且最终从上至下再次并入中心流中。
23.权利要求22的方法，其特征在于通过流经载体组件上的微 生物，部分废水被分流并泵入所述中心流动通道中。
24.权利要求22-23之一的方法，其特征在于漂浮的微生物存在 于处理空间中。
25.权利要求22-24之一的方法，其特征在于在所述废水中漂浮 的微生物被分离器系统留在所述反应器中。
26.权利要求20-25之一的方法，其特征在于不同种类的微生物 一方面被提供为固定的微生物，另一方面被提供为漂浮的微生物。
27.权利要求1-21之一的反应器或权利要求22-26之一的方法用于 饮料工业、饲料工业或食品加工业工厂的厌氧性废水处理的用途。
28.权利要求1-21之一的反应器或权利要求22-26之一的方法用 于造纸工业或纺织工业工厂的厌氧性废水处理的用途。
说明书
用于厌氧性废水处理的反应器和方法
技术领域
本发明涉及用于厌氧性废水处理的反应器和方法。
背景技术
对于有机污染废水的处理，已知可分别采用以厌氧方式运转的厌 氧法及废水处理系统。通过利用厌氧技术，废水中所含的污染物负荷 在相应微生物的协助下被转变为再生的能量载体生物气，这可以节省 购买的能源。因此，所用的方法包括不含生物质富集的简单方法以及 通常使用内部生物质富集的高性能方法。
城市废水包含相对低的污染物负荷，其化学需氧量(COD)为约 500mg/1，并通常用需氧活化的污泥法进行处理。在食品加工业中， 存在具有相当高的有机污染物负荷的废水，其COD为高于1,000，和 高达100,000mg/l或更高。为了清除这种废水，可采用高性能方法。
最普通的方法是所谓的UASB方法(上流式厌氧污泥床法)。在 UASB反应器中，进行了以所形成的并具有非常好颗粒化性质的污泥 形式的内部生物质富集。所述微生物聚集形成所谓的团粒(pellet)。这 些团粒是尺寸为约1-3mm的聚集体。所述反应器以上流式运转，即， 废水从下流入并以向上的方向流过反应器。由于有机污染物新陈代谢 作用的降解，形成了以气泡形式粘附到所述团粒上的气体。因此，团 粒往上上升，导致系统中的完全混合。在UASB反应器的上部提供 了分离器系统，它起到将团粒留在反应器中的作用。这些反应器的优 点在于它们具有相对简单的结构，例如环形柱式反应器的形式。DE 43 33176中描述了这种反应器。这种技术的缺点在于，在从约20-30g/l 开始的高COD浓度下，气体的产生变得如此强烈，团粒向上上升非 常快，以至于虽然存在分离器系统，但仍然会发生相对大的生物质损 失。这被称为“洗出效应”。此外，还存在着以下事实：这些系统对 中毒相对敏感(对所谓的毒物冲击敏感)。虽然通过使用新生物质的培 植(inoculating)，这些系统可以在反应器故障后相对较快地重新启动， 但是这代表的是成本因子。这种方法的另一个缺点在于只可以使用这 种可形成团粒的微生物，这极大地限制了对微生物的选择。通常，使 用的是生成甲烷的主要为Methanotrix类的细菌。
另一种高性能的方法利用固定床反应器，其中松散材料、封装体 (package)或还有固定载体材料如板状载体组件形式的惰性载体材料 繁殖有微生物。相同申请人的DE 43 09 779中描述了这种反应器。固 定床反应器适合于处理COD浓度大于80g/l的非常重度污染的废水。 固定床反应器的缺点在于成本较高，特别是使用高性能载体材料时。
除此以外还知道有流化床反应器，其中生物质在流质化的固定床 如活性炭或沙子中固定，该活性炭或沙子在所述反应器中形成漩涡。 为保持流质化的床而使得非常需要能量，同时还导致反应器上承受大 的负荷。相应地，流化床反应器的构造在技术上错综复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于厌氧性废水处理的反应器及方法， 其适合于具有高污染物负荷的废水，并且在操作中很少有麻烦且相对 便宜。
该目的可以通过用于厌氧性废水处理的反应器得到满足，该反应 器包括以下特征：
(a)从顶部朝向下的方向延伸中心流动通道(flow channel)，在与上 反应器边界有第一距离的顶部终止，并在与下反应器边界有第二距离 的底部终止;
(b)在所述中心流动通道与反应器壁之间的环形空间中配置整个 流动通道高度的或部分流动通道高度的规则整齐的、固定床形式的载 体组件，以固定微生物，在相邻载体组件之间提供流动孔道;
(c)在反应器下边界与载体组件之间空间形式的反应器下部，用于 在反应器操作期间接收其中飘浮有微生物的废水;
(d)在反应器上部边界与载体边界之间的反应器上部;
(e)就其内流动而言环形柱式反应器形式的反应器，以使其中所含 的废水可以以向下的方向循环流过中心流动通道，然后流过下部中的 所述空间，随后沿载体组件向前，并最终再次进入中心流动通道中;
(f)用于待处理的、并且将被首次引入所述反应器中的废水的供应 管线;
(g)用于最终从反应器中排放处理过的废水的排放系统。
本发明提供一种结合了固定床反应器及UASB反应器优点的混 合反应器(及混合方法，分别地)。
所述反应器可以是圆柱体形状的，但也可以是其它的反应器几何 形状的，例如具有椭圆或多边形基底的类圆柱体配置，或立方体配置。
在所述下部中的空间适合于接收其中飘浮微生物团粒的废水。由 于其新陈代谢，所述微生物产生粘附到团粒上的气泡形式的气体，并 由此传送所述团粒向上。所采用的微生物优选为Methanotrix属细菌。
优选地，在上部中配置分离器系统，该分离器系统将废水中飘浮 的微生物留在反应器中。
此外，所述反应器优选包括再循环系统，该系统包括用于废水的 收回装置及用于废水的供给装置，以将其流动输送到中心流动通道 中。
所述收回装置优选具有在两块板型部件之间的中间空间，以及在 所述中间空间中开始的导管。
特别优选的是将最终排放处理过的废水的排放系统配置在再循 环系统收回装置之上的一定位置。
上升到反应器上部的微生物团粒被分离器系统所截留，释放出粘 附到其上的气泡，并由于其较高的密度再次向下下沉。所述分离器系 统可以起到分离产生的气体及留住生物质的作用。
优选分离器系统具有在中心流动通道的上端以间隔开的方式提 供、覆盖大部分反应器横截面、同时留下外部环形区的隔板(partition)。
优选再循环系统的收回装置位于所述隔板的上部。由此在所述再 循环系统收回装置之上的空间中产生了这样的区域，其具有在不排放 生物质前提下减小的流量、增加的已处理废水的排放，特别是如优选 的-如前所述-将用于最终排放已处理废水的排放系统配置在再循环 系统收回装置之上的一定距离上。
需要强调的是，所描述的再循环系统以及所描述的再循环系统收 回装置的分离以及排放系统在一方面构成了本公开发明的优选开发 方向，但在另一方面也可以在没有权利要求1的特征(或只是部分特 征)下在技术上得以实现。典型的实例是在非本申请意义上的混合反 应器的在UASB反应器中的实现。
所述分离器系统的隔板优选具有其中不水平延伸并在最高部分 形成气体收集空间的部分(portion)。
而且，优选所述隔板-概略地说-从所述最高部分以向下倾斜的方 向向外延伸，以及从所述最高部分以向下倾斜的方向向内延伸。
优选用于在反应器中形成气体的第一排放管线在反应器的上部 中开始。
此外，优选用于反应器中形成气体的第二排放管线在所述隔板的 区域中开始。
所述反应器具有在其中提供的载体组件。所述载体组件可以是板 形式的。优选所述载体组件彼此平行地布置。所述板可以布置在封装 体中，在所述封装体内的板按反应器的切线方向配置。所述载体组件 配置在下部中的空间之上，以使团粒向上飘浮经过板之间。在反应器 的运转期间，在载体组件上形成就微生物生长。优选所述载体组件之 间的距离为3-6cm，优选3.5-5.5cm。
载体组件可以由具有大表面的惰性材料制得。优选它们由多孔的 允许被流动穿过的材料组成。在特别优选的方式中，所述载体组件基 本上由彼此结合的塑料粒子及膨胀的粘土粒子组成。聚乙烯粒子是优 选的，其它塑料材料也可以。微生物可以在膨胀粘土粒子的孔隙中及 所述粒子之间的孔隙中沉积或播种，并在所述载体组件上形成薄膜状 或草坪状的生长。在反应器发生故障，如由于毒物冲击的情况下，微 生物薄膜确实会破坏。但是，所述微生物可以快速地从多孔载体材料 的孔隙中再生长，并在板上再产生出薄膜。所述载体组件的板可以繁 殖或播种有大量的微生物，例如细菌。可以同时用不同的物种在载体 组件上进行播种。所述载体组件可以用自由飘浮的聚集体或团粒形成 的相同物种播种。也可以仅仅用形成团粒以外的不同物种播种载体组 件。由此可以结合UASB方法的优点与大量可用微生物的优点。
可以用固着的(sessile)微生物播种载体组件。具体而言，它们可 以用Sytrophobacter、Sytrophornas、Methanotrix、Methanosarcina和 Methanococcus属微生物播种。
本发明人发现了固定床反应器和UASB反应器相结合在相对于 反应器体积相对较低百分数的载体板下发生了协同效应(高性能且稳 定操作)。由此优选由载体板所占据的反应器体积的百分数为15-40%。 在特别优选的方式中所述百分数为20-30%。
优选地，所述反应器的下部具有位于其壁上的流动偏转装置。该 流动偏转装置具有将废水流与反应器壁分离，以及以均匀的方式将废 水流送到载体组件的功能。
优选地，所述反应器可以在低于中心流动通道的下端具有至少一 个推进喷射出口。该出口起到使沉积在反应器底部的微生物形成漩涡 的作用。该出口可以在其末端有喷嘴。
此外，本发明的目的可以通过用于反应器中厌氧性废水处理的方 法而得到满足，其中待处理的废水在反应器中循环，使废水
(a)在中心从上向下流动;
(b)然后与飘浮在反应器下部空间中的废水中的微生物接触;
(c)然后在位于其上的反应器空间中与微生物流动，所述微生物以 规则整齐的固定床形式布置在载体组件上;
(d)并且最终从上至下再次并入中心流中。
通过流经载体组件上的微生物，优选部分废水分流并被泵入中心 流动通道中。这改进了循环中废水的再循环。
在本发明的方法中，飘浮在处理空间中的微生物优选是团粒形式 的。飘浮在废水中的微生物被分离系统留住。该方法利用不同种类的 微生物一方面作为固定在载体组件上的微生物，另一方面作为飘浮的 微生物。在载体组件上可以提供不同物种的微生物。
本发明的反应器及方法可用于废水的处理，特别是用于废水的厌 氧性处理。
根据本发明，可处理特别是来自饮料工业、饲料工业或食品加工 业的有机污染的废水，例如来自淀粉加工厂及装置、饮料工厂、啤酒 厂、烈酒蒸馏厂、牛奶场的废水，以及来自肉和鱼加工厂的废水。本 发明的方法及本发明的反应器也适合于处理来自造纸工业及纺织工 业的废水。
