專利名稱：有機性污水的生物處理方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有機性污水的生物處理方法及裝置。

背景技術：
作為用于對工廠排水或污水等進行生物處理的代表性處理方法，活性污泥處理法被廣泛實施。在那些具備用于此的曝氣槽或沉淀槽等的活性污泥處理設備中，污泥特性給水處理功能及處理費用帶來很大影響。另外，為了維持良好的處理水質，良好保持污泥的沉降性至關重要。
但是，眾所周知，活性污泥的沉降性、濃縮性不大。因此，在公知的活性污泥處理法中，高濃度地維持曝氣槽的MLSS(Mixed LiquorSuspended Solids，混合液中的總懸浮固體)的濃度較困難，而且存在易產生活性污泥膨脹效應這一問題。其結果，在公知的活性污泥處理法中，由于不一定能高效地去除曝氣槽的BOD(Biochemical oxygendemand，生化需氧量)容積負荷，因此，不能解決曝氣槽及沉淀槽的容積增大，進而剩余污泥的產生量多等處理的實質問題。
目前為止，生物學上確實地控制活性污泥的沉降性或濃縮性的技術還未完全知道。因此在用于提高活性污泥的沉降性的公知的技術中，實際情況為不得不應用向曝氣槽中添加非常微小的砂子等無機礦物粒子，通過使砂粒附著在活性污泥上變成沉降性良好的污泥的方法、或通過在被處理污泥中添加高分子凝聚劑而使活性污泥凝聚來提高沉降性的方法、或對返回污泥進行臭氧處理殺死絲狀菌而防止膨脹的方法等物理化學技術。
但是，在這種物理化學技術中，用向曝氣槽中添加砂子等無機礦物粒子的方法，容易產生例如砂粒沉降堆積在曝氣槽底部的問題。另外，由于砂粒和剩余污泥一起被排出系統(tǒng)外，所以存在如下缺點，即必須進行砂粒的補充。另一方面，用添加高分子凝聚劑的方法或臭氧處理的方法存在如下缺點，即高分子凝聚劑的添加成本或者臭氧產生成本是高額的。且這些處理方法不是能夠實質性地改善浮游污泥自身的沉降性及濃縮性的技術。到目前為止，還未知曉可以確實地防止膨脹的生物學的技術。


發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題 本發(fā)明是鑒于不采用如上所述的物理化學技術，“能否利用生物學方法確實地提高活性污泥的沉降性及濃縮性？”的問題認識而進行研究開發(fā)的。本發(fā)明人發(fā)現以下新技術，即，通過簡便方法可以顯著地改善浮游污泥的沉降濃縮特性，結果可以顯著增加曝氣槽的MLSS濃度、較大設定曝氣槽的BOD容積負荷，由此完成了本發(fā)明。
作為公知的生物處理技術之一，有通過將紐狀生物附著材料浸漬在生物處理有機性污水的曝氣槽中，利用附著在生物附著材料上的微生物(生物膜)，對污水進行生物學凈化的方法(JP-A-8-206673)。
本發(fā)明人發(fā)現，在這種生物膜處理裝置中，通過使微生物附著材料浸漬在進行活性污泥處理的曝氣槽的污水流入側，且在一定的BOD容積負荷以上的條件下供應原水，則可以不使用化學品等而在純粹的生物學上顯著改善活性污泥的沉降性及濃縮性這一知識。根據這一知識完成了本發(fā)明。
解決課題的方法 本發(fā)明的有機性污水的生物處理方法為把進行活性污泥處理的曝氣槽劃分為原水流入部和比該原水流入部更靠下游側的部分，使微生物附著材料浸漬在上述原水流入部，設定上述微生物附著材料的BOD容積負荷為1kg/(m3·日)以上的方法。
本發(fā)明的有機性污水的生物處理裝置，具備具有原水流入部和比該原水流入部更靠下游側的部分的曝氣槽，并且，具備浸漬在上述原水流入部且在BOD容積負荷1kg/(m3·日)以上可運轉的微生物附著材料。
發(fā)明效果 使用本發(fā)明可獲得如下效果。
1.不使用砂子等無機礦物粒子或凝聚劑、臭氧等藥品，而通過生物學作用可以生成沉降性及濃縮性優(yōu)良的活性污泥。利用絲狀菌還可以防止膨脹。
2.其結果，可以通過在比曝氣槽更靠下游側設計沉淀槽，用該沉淀槽可以確實地沉淀污泥，因此可以獲得清澈的處理水。而且，返回污泥濃度增加，因此可以增加曝氣槽的MLSS的濃度。
3.其結果，由于曝氣槽的浮游微生物量增加，進一步附著在微生物附著材料上的微生物也有助于污水凈化，因此可以高效地去除曝氣槽的BOD容積負荷。從而可以容易地應付污水的BOD濃度的增加及污水水量的增加。
4.由于即使萬一絲狀菌產生，也可以被捕捉在微生物附著材料上或全部形成絲球狀，因此，不會發(fā)生膨脹問題。
5.MLSS濃度的增加，可以確實地進行在高MLSS(10000mg/L以上)時的運轉。因此，由于食物鏈也變活躍，從而剩余污泥的發(fā)生量減少。
予以說明，在公知的污水處理方法中，標準活性污泥法的MLSS為1000～2000mg/L左右，另外，氧化槽法的MLSS也僅高到2000～5000mg/L左右，從這一事實，可以理解本發(fā)明無論在怎樣的高濃度的MLSS條件下也可以處理污水。
即本發(fā)明技術為生物處理有機性污水的方法，其可以顯著改善浮游污泥的沉降性及濃縮性，可以顯著提高曝氣槽的MLSS濃度。



圖1為顯示本發(fā)明實施例的有機性污水的生物處理裝置的圖。

具體實施例方式 參照圖1說明本發(fā)明的代表性的實施例。
在圖1中，1為曝氣槽，被隔壁2劃分為上游側的原水流入部3和比其更靠下游側的下游側部分4。圖1中，例示了下游側部分4為一段的情況，但該下游側部分4也可以由多段構成。在原水流入部3進行處理而生成的處理水，溢流過隔壁2的上端流入下游側部分4。5為原水供應路，可以向原水流入部3和下游側部分4供應原水。在比曝氣槽1更靠下游側設置著沉淀槽6，該沉淀槽6接受在曝氣槽1中下游側部分4進行處理而生成的處理水的供應。在該沉淀槽6中進行污泥的沉淀處理，7為用于把那些沉淀的污泥作為返回污泥而返送到曝氣槽1的污泥返回路，在圖解的例子中與原水供應路5相連通。8為剩余污泥排出路，從污泥返回路7分支出來。9為在沉淀槽6中使污泥進行沉淀而生成的處理水的排出路。
在曝氣槽1的原水流入部3，以浸漬狀態(tài)設置有微生物附著材料10。這種微生物附著材料10是可以在BOD容積負荷為1kg/(m3·日)以上的條件下進行處理的材料。在這樣高負荷的條件下進行處理的附著構件是相對被限定的構件，用公知的合成樹脂制造的粒狀、筒狀、棒上等的接觸材料，不能進行這樣高負荷條件下的處理。作為適當的附著構件，可以舉出例如在JP-A-5-92196中所示的構件。這種附著構件為具有由難以附著微生物的材料構成的芯材和由容易附著微生物的材料構成的纓狀絲(房狀絲)，多根纓狀絲橫跨芯材的長度方向而自該芯材以放射螺旋向上地且可搖動地突出的紐狀構件。具體而言，例如由NET公司在日本國內銷售的稱為“搖動床(注冊商標)”或“Biofringe(バイオフリンジ，注冊商標)”的相應構件。
微生物附著材料10，例如優(yōu)選將許多根由上述芯材及纓狀絲構成的紐狀附著構件在框架內部沿上下方向排列配置而構成。這種特殊的附著構件在上述的BOD容積負荷1kg/(m3·日)以上的高負荷條件下也可以進行穩(wěn)定的處理。
在原水流入部3中的微生物負荷材料10的旁側設置著擴散器等散氣裝置11，利用從該散氣裝置4噴出的氣泡的空氣升液效果，產生沿著微生物附著材料10中的附著構件的循環(huán)流。12是為向散氣裝置11供給空氣而設置在槽外的鼓風機。
在曝氣槽1的下游側部分4，沒有設置著上述的微生物附著材料10。作為替代，在該下游側部分4設置有用于進行曝氣處理的散氣裝置13。散氣裝置13也同樣接受從鼓風機12供給的空氣。
運轉這樣構成的生物處理裝置時的詳細情況如下。即在曝氣槽1中的好氧性生物膜處理方法中，由于不希望顯著增大生物膜內部的厭氧性層，所以加快生物膜的更新很重要。為達其目的，通過使水流或氣泡流在附著構件上產生紊流并沖撞附著構件，使得過剩的生物膜污泥從附著構件剝離，從而防止由于生物膜污泥的過剩附著造成附著構件堵塞的發(fā)生。例如用上述JP-A-5-92196中記載的紐狀附著構件，進而由于纓狀絲能以芯材位置為端部在被處理水中搖動，利用這種搖動效果，生物膜達到適度的厚度時則發(fā)生剝離，所以生物膜過剩附著防止效果特別地優(yōu)良。這樣，通過所謂的剪切剝離效果，生物膜在附著構件過剩附著的現象被有效地防止，生物膜的更新得以有效地進行。通過剝離，產生大量剝離污泥。
由此，在BOD容積負荷高的原水流入部3中產生的剝離污泥，溢流過隔壁2的上端部流入曝氣槽1的下游側部分4，作為浮游污泥在該下游側部分4流動后，被送入沉淀槽6，從而確實地被沉降分離。
曝氣槽1的下游側部分4為沒有設置微生物附著材料10的區(qū)域；是如通常的活性污泥法那樣，利用來自散氣裝置13的曝氣使活性污泥浮游流動的區(qū)域。在該部分，也可以同時存在凝膠粒子、粒狀海綿、粒狀塑料等公知的流動粒狀載體。
隔壁2可根據需要設置，根據情況也可以不設置。設置時，不會出現從下游側部分4向原水流入部3返混，可以確實地高度維持原水流入部3中的BOD容積負荷。
微生物附著材料10浸漬在曝氣槽1的原水流入部3中是極其重要的，即便將其設置在下游側部分4，也不會得到浮游污泥的沉降性提高效果。認為其原因是由于在下游側部分4填充微生物附著材料10時，原水BOD在接觸微生物附著材料10前大部分已被浮游活性污泥消耗，所以微生物附著材料10中的生物膜的生長速度變小，為此剝離污泥的產生量變少 予以說明，原水的BOD極高的情況下，使該原水只流入流入部3時，微生物附著材料10的BOD容積負荷過高到例如10kg/(m3·日)以上時，存在氧氣供應小于、溶解在液體里的氧不能維持的現象。在這種情況下，只要把原水的一部分分配到后段的下游側部分4即可。
在沉淀槽6中，活性污泥被沉降分離。處理水溢流而被送入排出路9。沉淀污泥的一部分或全部作為返回污泥，經污泥返回路7，返回到曝氣槽1的原水流入部3。也可以使返回污泥返回到曝氣槽1的下游側部分4。
本發(fā)明人實驗性地追蹤了可以有效地產生沉降性良好的剝離污泥且良好保持曝氣槽1中的活性污泥整體的沉降性的各個條件的結果，由以下事實可知。即 1.將微生物附著材料10局部浸漬在曝氣槽1的原水流入部3，使原水積極地接觸微生物附著材料10。將微生物附著材料10浸漬在曝氣槽1的下游側部分4，卻幾乎看不到沉降性提高效果。
2.為產生沉降性良好的活性污泥，對微生物附著材料10的體積有一定條件要求，設定為(微生物附著材料10的體積/曝氣槽1的總容積)≥0.1。(微生物附著材料10的體積/曝氣槽1的總容積)＜0.1時，幾乎看不到活性污泥的沉降性的提高效果。
3.設定微生物附著材料10的BOD容積負荷在1kg/(m3·日)以上。比該負荷低時，沉降性提高效果變小或沒有效果。
4.設定(微生物附著材料的體積/曝氣槽1的總容積)≥0.8時，沉降性提高效果也幾乎不會再提高，反而成為只是增大微生物附著材料10的設備費用的無意義的投資。
可以認為，在滿足以上的條件下運轉污水處理裝置時，可以確實地產生沉降性及濃縮性優(yōu)良的活性污泥。
利用本發(fā)明顯著提高活性污泥的沉降性詳細原理，現在還不清楚，但可以如下進行推斷。
即將微生物附著材料10浸漬在曝氣槽1的原水流入部3，以滿足規(guī)定的BOD容積負荷條件的方式供應原水且接連不斷地進行運轉時，在微生物附著材料10的附著構件的表面形成微生物膜，且原生動物、微小的后生動物也增殖，在這些微生物共存時，利用多種多樣的微生物代謝產生的粘性物質(所謂的粘多糖類)形成比通常的活性污泥絮凝物更致密的生物膜。認為由于這種生物膜含有上述的粘性物質使得沉降性良好。這種致密的生物膜通過紊流從微生物附著材料10的附著構件適度地剝離，剝離生成的剝離污泥作為浮游活性污泥，浮游到后段的下游側部分4的內部，在沉降性如原樣維持良好的狀態(tài)下被送入沉淀槽6而沉淀分離。
在微生物附著材料10的BOD容積負荷小于1kg/(m3·日)時，看不到浮游污泥的沉降性的改善效果的原因推斷為生物膜的生長速度變慢，導致生物膜的剝離頻度降低，另外，剝離生物膜(剝離污泥)的粒徑變小。
有人擔心剝離污泥在曝氣槽1的下游側部分4的長時間滯留過程中會被細分化，沉降性是否會變差，但實際上實驗可以肯定，即使在下游側部分4進行曝氣，污泥也不會被細分化，并在維持沉降性良好的狀態(tài)下逐漸流入到沉淀槽6中。
在微生物附著材料10中，選用上述JP-A-5-92196中記載的搖動式附著構件時，或許由于在附著構件的纓狀絲附近的水流形成了許多的渦流(卡曼旋渦)，來自附著構件的剝離污泥及活性污泥變成了致密的顆粒狀污泥，因此認為，在沉淀槽6中的活性污泥的沉降分離性進一步提高。通過上述的渦流作用，由于成為膨脹原因的絲狀菌變成了絲球狀的圓形，因此也可以觀察到沉降性的提高。
實施例1 [(微生物附著材料的體積)/(曝氣槽的總容積)的適當比例的探討] 用實驗室規(guī)模的裝置，探討(微生物附著材料的體積)/(曝氣槽的總容積)的適當比例，即為了獲得活性污泥的沉降性提高效果的必要的比例。下面說明其詳細情況。
把NET公司制的搖動床“Biofringe”設為長40cm，將許多根“Biofringe”以彼此基本上不設定間隔的方式緊密地安裝在表1所示的各種容積的?？蛑?，從而準備好體積不同的各種微生物附著材料。另外，制作多個有效容積為50升的曝氣槽(長20cm、寬50cm、水深50cm)，在各自的原水流入部浸漬上述體積不同的各種微生物附著材料。不浸漬微生物附著材料的曝氣槽(?？蛉莘e0升)也預先準備好。將沉淀槽設置在比曝氣槽更靠下游側。在這些沉淀槽的每一個中投入從下水處理廠采集的活性污泥至MLSS為5000mg。
將玉米漿用自來水稀釋至BOD1000mg/L的人工原水(水溫22～24℃)在相對于每個曝氣槽總容積的BOD容積負荷為1kg/(m3·日)的條件下流入到這些槽的每一個中。且在返回污泥比[(返回污泥流量)/(原水流量)＝2的條件下；在曝氣槽中溶存氧的濃度為2mg/L以上、沉淀槽水面積負荷為8m2/(m3·日)的條件下連續(xù)運轉5個月。然后，測定此時的、經過4個月后的、從沉淀槽向曝氣槽的返回污泥濃度的1個月的平均值。其結果示于表1。
[表1] 在表1中，返回污泥濃度越高，意味著活性污泥的沉降性、濃縮性越優(yōu)良。
從表1可以看出，在(微生物附著材料的體積)/(曝氣槽的總容積)的比小于0.1時，幾乎看不到沉降性提高效果。另一方面，可以看到，在(微生物附著材料的體積)/(曝氣槽的總容積)之比在0.1～0.7的范圍，返回污泥濃度顯著變大，具有很大的沉降性提高的效果。但是，在(微生物附著材料的體積)/(曝氣槽的總容積)之比為0.8以上時，也看不到返回污泥濃度進一步增加的效果。
實施例2 [微生物附著材料的BOD容積負荷的適當條件的探討] 用實驗室規(guī)模的裝置進行了微生物附著材料的BOD容積負荷的適當條件的探討。
使用在實施例1的試驗中使用的曝氣槽(容積50升)和沉淀槽。在曝氣槽中填充和實施例1相同構成的、但其體積為20升的“Biofringe”式的微生物附著材料。為了對比，也在不填充微生物附著材料情況下進行試驗。然后通過改變原水處理量，來進行對微生物附著材料的BOD容積負荷的多種改變。原水采用實施例1中使用的BOD為1000mg/L的玉米漿稀釋水。
表2表示該試驗結果。如表2所示，微生物附著材料的BOD容積負荷小于1kg/(m3·日)時，從沉淀槽的返回污泥濃度變低，與沒有微生物附著材料的情況相比，看不到活性污泥沉降性的提高效果。
[表2] 實施例3 [實際設備的應用結果] 對將本發(fā)明應用在糕點制造廠的排水處理設備的實施例進行說明。過去，這個工廠通過將水深5米的曝氣槽2段串聯(lián)配置，且各容積為800m3、750m3的活性污泥處理設備，將表3中以往方法一欄所示水質(平均值)的原水，在返回污泥比為2.4的條件下進行活性污泥處理。其結果示于表3。在這種情況下，如表3所示，由于活性污泥的沉降性不好，曝氣槽的MLSS增加到6000mg/L以上有困難。另外，當排水處理量增加到450m3/日以上時，活性污泥會從沉淀槽流出，因此不應把排水處理量增加到在其以上。
為提高這種狀況下的以往設備中的活性污泥沉降性實施了本發(fā)明。
即在原有的前段曝氣槽(容積800m3)的原水流入側，浸漬將許多根上述“Biofringe”以基本上不設置彼此空間的方式緊密地裝載于?？蛏隙鴺嫵傻奈⑸锔街牧?體積370m3)?！癇iofringe”(平均一條長3.5m)的安裝距離設定為10mm。?？蛉莘e為370m3，裝載在該?？蛑械摹癇iofringe”的全長為37000m。微生物附著材料的體積(370m3)和曝氣槽的實質總容積(1525m3)的比率為0.24。微生物附著材料中的容積負荷為1.46kg/(m3·日)。
這樣，依照本發(fā)明把采用了”Biofringe”的微生物附著材料設置在曝氣槽的原水流入部，除此以外在與原有設備同一條件下進行運轉。而且，經過了3個月時進行和以往方法同樣的測定。表3顯示其結果。如表3所示，根據本發(fā)明，活性污泥的沉降性、濃縮性顯著提高，從沉淀槽向曝氣槽的返回污泥濃度從以往方法的8500mg/L提高到了15600mg/L。其結果，使曝氣槽的MLSS從以往方法的6000mg/L增加到了約2倍的11000mg/L。
據此，BOD·污泥負荷可以降低到以往方法的1/2以下。另外，相對于以往設備中的剩余污泥轉化率，每除去BOD 1kg平均為0.26kg，根據本發(fā)明，剩余污泥轉化率可以降低到每除去BOD 1kg平均為0.058kg。認為其原因是由BOD·污泥負荷減半的效果和向微生物附著材料上附著的附著污泥的食物鏈帶來的污泥減量效果而產生的。
[表3] 在表3中，所謂的SVI(Sludge Volume Index，污泥體積指數)，說的是將曝氣槽中的混合液靜置30分鐘后，用毫升數表示1克的MLSS所占的容積。其關系為 SVI＝SV30×10000/MLSS。
詳細情況為，SVI表示活性污泥的沉降性、壓實性，通常優(yōu)選100左右。曝氣槽中的混合液在膨脹狀態(tài)時即所謂的輕污泥時，達300以上的值。MLSS高的時候，由于測定時量筒的管壁阻力，SV(污泥體積)上升，因此可以通過測定稀釋2倍、3倍的SV，求出真正的SV。
上述中的SV(Sludge Volume)表示活性污泥的沉淀率。該SV是將曝氣槽的混合液取出并靜置于1升的量筒中，用經過30分鐘后的沉淀污泥量相對于樣品總量的百分率來表示。
權利要求
1.一種有機性污水的生物處理方法，
其中，將進行活性污泥處理的曝氣槽劃分為原水流入部和比該原水流入部更靠下游側的部分；
將微生物附著材料浸漬在上述原水流入部中，設定上述微生物附著材料的BOD容積負荷為1kg/(m3·日)以上。
2.一種有機性污水的生物處理裝置，
其具備具有原水流入部和比該原水流入部更靠下游側的部分的曝氣槽；
具備浸漬于上述原水流入部、且在BOD容積負荷為1kg/(m3·日)以上可運轉的微生物附著材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機性污水的生物處理方法。將進行活性污泥處理的曝氣槽劃分為原水流入部和比該原水流入部更靠下游側的部分。在原水流入部中浸漬微生物附著材料，設定微生物附著材料的BOD容積負荷為1kg/(m3·日)以上。
文檔編號C02F3/06GK101203462SQ20068002264
公開日2008年6月18日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權日2005年9月9日
發(fā)明者小山登一郎 申請人:Net有限公司