改善废水净化的设备和方法技术

一种用于诸如废水的流体的厌氧净化设备，该设备包括：用于流体的厌氧净化设备的反应罐和生物质再循环单元。生物质再循环单元包括：入口系统，构造为接收来自外部的流入流体；生物质收集系统，用于从反应罐的中部抽出生物质并将生物质带入生物质再循环单元；混合段，用于连接至入口系统和生物质收集系统，并且用于接收和混合流入流体与生物质；以及出口系统，用于将流入流体和生物质的混合物排放到反应罐的下部。入口系统包括收缩喷嘴，该收缩喷嘴用于当流入流体通过收缩喷嘴从入口系统流到混合段时产生抽吸效应，使得生物质收集系统将生物质从反应罐的中部抽出到混合段中。生物质从反应罐的中部抽出到混合段中。生物质从反应罐的中部抽出到混合段中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改善废水净化的设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于厌氧净化设备的生物质再循环单元，用于流体诸如废水的厌氧净化。本专利技术还涉及一种包括该生物质再循环单元的厌氧净化设备，以及一种用于厌氧净化流体诸如废水的方法。

技术介绍

[0002]废水可以通过多种方法进行净化。如果流体含有生物可降解成分，则被视为废水。其中一种废水净化方法是废水的厌氧净化。该方法主要适用于被有机杂质高度污染的废水，并且优选地具有高于20摄氏度的流体温度的废水。大多数常见的厌氧处理方法使用所谓的上流式反应器，例如EP 1979273 B1中描述的UASB(上流式厌氧污泥床)和EGSB(膨胀粒状污泥床)，或诸如EP 0170332 B1中或WO 2012/00592A1中描述的内循环反应器。这样的反应器在处理所述高度污染的废水，尤其是含有可溶性成分的废水方面非常有效。
[0003]在这些反应器中，在适当的向上流动条件下，可形成微生物的自然聚集体。这样的聚集体具有较高的沉降速度，并且可以在废水通过时，通过重力分离保留在反应器中。当较轻的絮凝物或未聚集的微生物的沉降速度低于重力分离装置的设计值时，这些絮凝物或未聚集的微生物将被冲走。这是一种理想的选择机制，因为它产生一种生物质，通常称为粒状生物质或粒状污泥，其具有高沉降速度和高密度。这些特性使得上流式反应器能够在高液体吞吐量和高体积转化率(VCR)下运行，其中体积转化率(VCR)表示为每天每立方米(m3)反应器体积转换的千克(kg)化学需氧量(COD)。实现反应器的高VCR是最理想的，因为对于给定的废水流量，允许的VCR决定了反应器的尺寸，因此决定了上流式反应器的经济效益。因此，过去的发展侧重于提高VCR，这显著地导致了VCR为每天每立方米反应器体积转化7
‑
12kg COD的反应器、VCR为每天每立方米反应器体积转化10
‑
18kg COD的反应器和VCR为每天每立方米反应器体积转化15
‑
25kg COD的反应器的发展。
[0004]然而，存在限制最大可能体积转化率的因素。众所周知，在许多情况下，微生物自身并不是限制性的。这可以通过简单的计算来解释：粒状生物质的密度通常为65kg挥发性悬浮固体(VSS)/m3。微生物的转化率表示为比产甲烷活性(SMA)，通常为0.7kgCOD/kgVSS*天。上流式反应器通常用粒状生物质填充其70％的液体体积，因此可达到的最大体积转化率为65*0.7*70％＝每天每立方米反应器体积转化32kg COD。因此，这个理论上可达到的最大速率超过了目前的实际体积转化率。
[0005]当前限制上流反应器的主要因素之一是：在所有条件下，反应器中粒状生物质的量应该保持恒定，即使一些生物质可能随着净化的废水通过而损失。如果不是这种情况，那么上流式反应器将失去其生物转化能力，并且不能维持体积转化率和处理效率。反应器中粒状生物质的量取决于新的粒状生物质的增长和随着流出物的生物质损失之间的平衡。在理想条件下，生物质的增长超过了损失，生物质出现净盈余。在这种情况下，从反应器中收获粒状生物质，并可用作新反应器的启动接种物。在粒状生物质的损失超过增长的情况下，应供应额外的粒状生物质以维持转化率。
[0006]生物质的生长速率是厌氧微生物的固有特性，并且依赖于废水中有机污染物的性质。换句话说，厌氧上流式反应器的类型对生物质的生长速率没有影响。然而，它可以对厌氧生物量的发展形式产生影响，比如以理想的颗粒形式发展，或以更易与处理过的废水一起损失的絮凝形式发展。
[0007]生物质随处理过的废水的损失可以通过上流式反应器的类型来控制。导致厌氧生物质损失的主要现象有两种：
[0008]1、在粒状生物质中产生气泡，当气泡没有及时分离时，会增加颗粒的浮力。粒状生物质的漂浮会导致粒状生物质随处理过的(废水)水一起流失，因为分离是基于重力的。
[0009]2、粒状生物质可以通过密集混合被剪切成更絮凝的形式。絮凝生物质不具有与粒状生物质相同的沉降特性，随后会随着处理过的(废水)一起流失。
[0010]已采用各种方法来克服粒状生物质的漂浮问题。例如，US2011/0236274 A1使用了一种装置，该装置试图利用生物质的漂浮特性，在脱气装置中将漂浮的粒状生物质与反应器液体分离。WO 2012/005592 A1使用了一种装置，其中粒状生物质在反应器中较高的流体静压力下被分离。在这种条件下，附着的气泡再次溶解在液体中，粒状生物质的浮力降低。
[0011]由于粒状生物质的剪切而导致的絮凝生物质的损失是由形成的颗粒的强度相对于反应器内的剪切力来控制的。Pereboom(1997年)已经证明，生物质生长缓慢的系统具有更高的颗粒强度，即比生物质生长迅速的系统更不容易磨损或分解。缓慢的生长速率也意味着低转换率。因此，这与以高体积转化率设计和运行厌氧上流式反应器的目标相冲突。只有通过确保有机污染物与粒状生物质充分混合，使得整个反应器中的底物浓度尽可能低，才能在缓慢生长速率和高体积转化率之间找到最佳平衡。这确保了：平均而言，所有粒状生物质都具有相同的低底物浓度，并有助于总转化率，同时生长速率保持适中，因为生长速率取决于底物浓度。在这种条件下，可以形成足够强度的颗粒。因此，为了实现这一目标，在避免过度剪切的同时，需要在密集混合之间进行权衡。
[0012]通过例如在上流式反应器中不使用高速旋转部件(诸如再循环液体和/或生物质的混合器或泵)，可以确保在上流式反应器中避免过度剪切。然而，需要确保废水与粒状生物质的充分混合，以达到期望的转化率。否则，一部分厌氧生物质将被污染物过载，而另一部分将接收太少的污染物，而不能有效地促进转化过程。本领域中描述了克服该问题的几种方法。例如，WO 2007/078195 A1使用了一种方法，将处理过的(干净的、纯化的)流出物泵回反应器的底部，以增加向上流动的速度，从而增加混合。在液体被泵回之前，处理过的流出物需要通过流出物分离器的至少一部分，以从液体中分离粒状生物质。在WO 2007/078195 A1的另一个实施方案中，提到废水可以在反应器内的不同高度引入，从而促进流入的污染物与粒状生物质的混合。因此，WO 2007/078195 A1需要分离器的至少一部分来将流出物再循环到反应器底部和反应器中不同高度的入口点，这是难以组装的。
[0013]EP 0 170 332 B1描述了一种装置，该装置利用产生的生物气来产生气举，将流体从反应器的上部再循环到反应器的底部。这在反应器底部产生了额外的混合，在那里，流入物以温和的方式与内部再循环水混合。然后，混合水向上通过由粒状生物质组成的污泥床。然而，EP 0170332 B1需要复杂的内部结构来捕获生物气，将生物气与水分离并将其再循环回到反应器的底部。
[0014]因此，需要一种对废水等流体进行厌氧净化的方法和系统，其实现了缓慢生长速
率和高体积转化率之间的更好的平衡，从而在维持生物质粒化的同时实现可接受的体积转化率，并避免过度剪切。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于流体的厌氧净化设备(1)，流体诸如是废水，厌氧净化设备包括：
‑
反应罐(10)；以及
‑
至少一个生物质再循环单元(20)，生物质再循环单元(20)包括：
‑
入口系统(22)，入口系统(22)在反应罐(10)内位于下部，并且构造为接收来自设备外部的流入流体；
‑
生物质收集系统(24)，生物质收集系统(24)构造为将生物质从反应罐(10)的中部抽出并将生物质带入生物质再循环单元(20)；
‑
混合段(25)，混合段(25)在反应罐(10)内位于下部，连接至入口系统(22)和生物质收集系统(24)，并且构造为接收和混合流入流体与生物质；以及
‑
出口系统(26)，出口系统(26)连接至混合段(25)并且构造为将流入流体和生物质的混合物排放到反应罐(10)的下部，其中，入口系统(22)包括收缩喷嘴(23)，收缩喷嘴(23)构造为当流入流体通过收缩喷嘴(23)从入口系统(22)流向混合段(25)时产生抽吸效应，抽吸效应使得生物质收集系统(24)将生物质从反应罐(10)的中部抽取到混合段(25)中。2.根据权利要求1所述的厌氧净化设备(1)，进一步包括在反应罐(10)内位于下部的至少一个生物质分离装置(30)，至少一个生物质分离装置(30)构造为接收来自反应罐(10)的上部的流体，并且将流体中的生物质与液体分离并分别排出生物质与液体，从而将干净液体排出设备。3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中生物质收集系统(24)包括或连接到至少一个生物质收集管，生物质收集管的上端在反应罐(10)内位于中部，距反应罐底部的高度在反应罐高度的20％和反应罐高度的60％之间，更优选地在25％和50％之间。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备(1)，其中混合段(25)对应于混合室(25)，其中入口系统(22)包括至少一个进给管(27)、输送管(28)和至少一个包括收缩喷嘴(23)的入口管(22)，其中至少一个进给管(27)的第一端构造为接收流入流体，至少一个进给管(27)的第二端连接至输送管(28)，其中输送管(28)位于混合室(25)内部，并且输送管(28)还连接至至少一个入口管(22)，使得流入流体离开输送管(28)并且经由至少一个入口管(22)的收缩喷嘴(23)进入混合室(25)。5.根据权利要求4所述的设备(1)，其中生物质收集系统(24)构造为将生物质排放到混合室(25)中，使得生物质与经由至少一个入口管(22)的收缩喷嘴(23)进入混合室(25)的流入流体混合。6.根据权利要求4或5中任一项所述的设备(1)，其中出口系统(26)包括至少一个出口管，至少一个出口管的第一端连接至混合室(25)，并且至少一个出口管的第二端排放到反应罐(10)的下部。7.根据权利要求2
‑
6中任一项所述的设备(1)，其中至少一个生物质分离装置(30)包括基本竖直的中心管(31)和至少一个同心外壳(32)，至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：里恩克，
申请(专利权)人：巴格知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：