專利名稱：增強和節能的生物(廢)水處理的方法及反應器的制作方法
技術領域：
本發明的技術領域是在一個或者多個反應器中，對希望利用的或者重新利用的廢水或者污水進行連續或者間歇曝氣(aerated)的生物處理。
部分概念將在下文中用到反應器在如下全文中，“反應器”以其廣義理解，即它被理解為一個或者多個反應過程的任何容器，不管該容器在其頂部是敞開的(如廢水處理廠的廢水池)還是基本上密閉的(如普通的工業發酵罐)。反應器可以恰好是反應裝置的一部分，在所述反應裝置中，許多反應器以及可能的其它槽順次(serially)連接，所以內含物可以從一個反應器或者槽移動到另一個反應器或者槽中。
環管反應器類似地，術語“環管反應器”以其廣義理解，即它被理解為環管類型的任何反應器，包括但不僅限于已知的用于廢水處理的環管反應器、以及任何類型的環管發酵罐。環管反應器可以應用本領域已知的任何方法來推進反應器內含物通過環管。
環管發生器可以是外環管型，是指該環管沒有被其他環管的部分所圍繞的部分。它們也可以是內環管型，相反地，是指該環管的局部實際上被其他環管的部分所圍繞。這尤其在垂直環管反應器中是已知的，在垂直環管反應器中，所謂的“下降管(downcomer)”可以被所謂的“上升管(upcomer)”完全圍繞，或者相反。有下降管圍繞的內環管反應器可以使用一個或者多個內上升管，正如有上升管圍繞的內環管反應器可以使用一個或者多個內下降管一樣。使用多個上升管或下降管在反應器中提供平行的環管連接。
環管通道(1oop passage)反應器環管有平均的內長度(inner length)，反應器的內含物具有通過環管的平均移動速度。當該平均速度使移動覆蓋平均的反應器環管內長度時，認為環管通道已經形成。在曝氣液體的情況中，液體的平均速度定義為“環管通道”。
液-液噴射器液-液噴射器是一種噴射器，在所述噴射器中，某種液體用作動力流體，某種液體是抽吸流體。
活性污泥活性污泥是含有高含量活微生物的污泥。它經常用于廢水處理，加入廢水中，作為處理方法的一部分。然后，活性污泥一般從處理的廢水中回收，所以(至少部分)污泥可以因此重新利用。使用活性污泥是進行生物水處理的一種方式。
在懸浮的顆粒物中夾帶氣泡當在含有懸浮顆粒物質和氣泡的液體中，氣泡的上升速度因顆粒物的存在而大大降低時，認為氣泡被夾帶在懸浮的顆粒物中。
背景技術：
在大量生物物質代謝(substance-turnover)或者生物物質產生(substance-producing)的各種方法中，空氣或者其它氣體的氣泡被引入或者排出在常見的水成液中。
在某些情況中，轉化或者產生方法的限制因素是去除所使用的氣泡。
該情況可以由歐洲專利EP0510010中得知，在該專利中，構建在環管反應器環管上的離心分離器，被用來由反應液中完全或者部分去除氣泡。
在其它情況中，代謝或者產生的方法的限制因素是液體自身的氧消耗量。
這可能是傳統使用活性污泥用于水處理的情況。
使用活性污泥的水處理，可以在曝氣和不曝氣的交替周期下進行。通過這種方式，氨、亞硝酸鹽和有機鍵連氮的硝化可以在曝氣期間實現，而硝酸鹽以及可能的亞硝酸鹽到氮氣的反硝化可以在不曝氣期間實現。
在該曝氣期間和不曝氣期間之間交替的缺點是，以每小時每立方米水所達到的處理程度來估計，這在傳統使用活性污泥的方法中是慢的方法。
發明內容
本發明提供一種關于如何增加連續或者間歇曝氣的生物水處理的速度的教導。
這是通過在反應器中連續或者間歇地曝氣的(使用富氧或者沒有富氧的空氣)水處理的本發明方法來實現的，該方法的特征在于反應器順次與浮選槽連接，包含在反應器內的水被以連續或者間歇的方式大量曝氣，并由反應器流入浮選槽，含有很多的活性污泥，以致來自任何合適類型和布局的曝氣器所產生的小氣泡被夾帶在水中的活性污泥中，導致浮選槽中的部分或者全部活性污泥的浮選。
本發明還涉及用于執行所述方法的反應器，該反應器包括用于對水大量曝氣裝置。反應器、曝氣裝置和浮選槽可以是適合執行所述方法的任何類型。
本發明是基于此處所公開的活性污泥夾帶小氣泡的能力非常高效的發現，如由廢水處理裝置得知的，只要在廢水處理中使用比通常的活性污泥稍高的濃度即可。
傳統地，每立方米的廢水使用大約4公斤活性污泥。在本發明的方法中，活性污泥的最佳濃度將依賴于污泥的特性，進而，污泥的特性將依賴于廢水的特征和整個處理方法的設計，但是污泥濃度在或者大約40-100公斤活性污泥/立方米水的范圍可能是最有利的。
每立方米水中增加的活性污泥量增加了水中的氧消耗量，由此可以使用和開發增大的曝氣強度，以加速水處理。類似地，每立方米水中增加的活性污泥量加速了在任何不曝氣期間所發生的反硝化過程。
提高方法速率是有利的，因為它們提供了更高的每立方米反應器容量的水處理量，從而可以減小預期反應器的數量和/或者尺寸，因此，在水處理工廠的建造成本以及其維護成本方面會更節省。
浮選槽內的浮物不必是所有的污泥，但是通過(調節的)曝氣至浮選槽，優選曝氣至低于環管反應器的水、污泥和氣泡的入口的深度處，浮選效率將是可增加的(和可調節的)。這種曝氣最好通過使用一個或者多個被提供空氣的液-液噴射器來進行，正如以下所進一步描述的。
被浮選的污泥可以由浮選槽的上部引出(如在斜坡或者帶式運送機上，或者通過用泵抽)。
小部分或者大部分的由此所回收的污泥可以在反應器中重新使用。
在本發明的優選實施方法中，將水和活性污泥由反應器引導至浮選槽的導管包含液-液噴射器，提供空氣進入所述液-液噴射器或者在所述液-液噴射器內部提供空氣，通過動力液體和抽吸液體之間的相互作用，將該空氣粉碎成夾帶在活性污泥中的小氣泡，該噴射器由此作為按照本發明的曝氣器。作為抽吸流體，所述噴射器優選接受被直接從反應器引入導管的整個水和污泥流。
使用噴射器的優點在于，這提供將小氣泡很平均和有效地分布到待浮選的污泥中。
在優選的本發明方法中，反應器是環管反應器，在環管反應器中所使用的曝氣氣泡很小(已經以在生產小氣泡領域已知的任何方式生產)，以致在至少曝氣的某一點上氣泡基本上被夾帶在水中的活性污泥中，并且在水流經至少大部分反應器環管期間保持夾帶，或者在水流經至少大部分反應器環管期間，至少從水中釋放得很慢，以致部分氣泡仍然保留在水中。
在環管反應器內將氣泡夾帶于污泥中的優點是，以被水吸收的每千克氧所使用的能量來測試，在水中因此減小的氣泡上升速度減小了用于曝氣的能量消耗。
在外環管或者內環管型的垂直環管反應器(使用至少一個下降管和至少一個上升管)中，實現能量消耗的減少，這是因為減小的氣泡上升速度使在上升管中的水、污泥和氣泡的組合密度與在下降管中的相同物的密度差別更小，由此，減小了用于推動水經過環管的能量消耗。
在水平環管反應器(如有中間壁的池，在該中間壁周圍，水是循環的，由此使其為外環管反應器)中，減少能量消耗是通過增加水中氣泡的保留時間(retention time)來實現，因此，在氣泡到達水面之前，氣泡獲得給水產生更多氧的時間。
在一個更優選的本發明方法中，環管反應器基本上是垂直的，夾帶在環管反應器內的活性污泥中的小氣泡與水和活性污泥被引導通過導管到浮選槽。
環管反應器是垂直的，其優點在于，這使它更容易確保小氣泡保持夾帶在污泥中，直到水到達環管反應器的上部。這也能夠使當在環管反應器中時，具有相同夾帶氣泡濃度的污泥被引導至浮選槽，可能使首次提到的優選方法的噴射器過時。
在進一步優選的本發明方法中，對于每個環管通道，提供給在環管反應器中水的氧，比在環管通道內活性污泥可能消耗的氧更少。
其優點是在此處所公開的發現中，夾帶在污泥中的小氣泡很大程度上寧愿固定在污泥內，由此，氣泡(當它們在每體積水中是十分低的數量時)將水和懸浮在水中的活性污泥分成充氧和基本上無氧區域的空間馬賽克式。因此，在水中的硝化和反硝化過程可以在一個和相同的反應器內同時發生，即使對本方法所涉及的氮化合物有很短的擴散/對流通道也可以。
因此，避免了在空間上(如在兩個連接的反應器中的每個反應器中)或者時間上(如在丹麥公司Krüger A/S的BioDenitro方法)不得不分開硝化和反硝化過程。
這甚至進一步地加速水處理，另外，它使建造水處理裝置以及操作該裝置簡單化。
然而，在BioDenitro方法中，基于溶解在一個反應器或者兩個反應器中的硝酸鹽和氨的測量值，經常在兩個連接的反應器中，通過提前或者延遲各種操作方式之間的切換，優化硝化和反硝化之間的相互影響。此處公開的優選方法將使得人們通過僅僅在一個反應器中的測量值、并通過在該反應器中使用非常簡單的曝氣速率的調節來優化這種相互影響，完全不需要在反應器中進行不同操作方式的切換。
在本發明的優選實施方式中，氣泡在經過離心分離器的通道期間被從水和活性污泥中分離出來，該離心分離器優選為旋風分離器，設置于反應器環管內，強化由水和污泥中去除所使用的氣泡。
在有下降管和上升管的垂直反應器環管(在其之外，它可以是多個環管的一部分)中，離心分離器可以優選建在上升管的上部。
在本發明的進一步優選方法中，離心分離器是旋風分離器，薄板(lamellae)呈螺旋形地布置在旋風分離器內，所以水和活性污泥通過在薄板之間的空間內移動，可以同時轉動同時縱向遷移通過旋風分離器。
薄板的優點是，它們可以在高濃度的活性污泥中加強從水和污泥中分離氣泡。
在本發明的優選實施方法中，水和活性污泥的曝氣是通過引入在環管反應器中的一個或者多個液-液噴射器的空氣入口來執行的，或者通過在其內部的空氣入口來執行。因此，噴射器用作本發明的曝氣器。
使用液-液噴射器的優點是，它可以大規模地生產足夠小的、可夾帶在污泥中的氣泡。
如果對每個環管通道，所有的或者基本上所有的水均被引導通過噴射器，所以噴射器是反應器環管的有效部分，該優選的方法尤其有利。這將使氣泡有效地傳播進入所有污泥中。
在有下降管和上升管的垂直反應器環管(在其之外，某個部分對于多個環管可能是通用的)的情況中，噴射器可以優選構成上升管和下降管之間的上部連接。
在進一步優選的本發明方法中，減少活性污泥量的或者完全沒有活性污泥的水流出浮選槽并流進液體泵中，所述液體泵將水泵到任何或者所有上述提到的液-液噴射器中，可能與直接由反應器引導至液體泵的水一起作為動力流體。
該優選方法的優點是，部分由于已經證明，在噴射器的動力液體中減小的活性污泥濃度可以改善在噴射器中的氣泡形成質量，部分由于減小的活性污泥濃度更好地保護其中的微生物體不被液體泵破壞。
在優選的本發明方法中，減小活性污泥量的水流出浮選槽，流入連續或者間歇曝氣的隨后水處理槽，即隨后的水處理反應器內。
該優選方法的優點是，它可以更徹底地處理水，而不會有在首次提及的反應器中未充分滋養的活性污泥，首次提及的反應器即為將水和污泥傳送至浮選槽的反應器。
在優選的本發明方法中，減少活性污泥含量的水被引導出浮選槽并進入污泥沉淀槽，從沉淀槽中，部分沉淀污泥可能引導或者輸送回到首次提及的反應器，即將水和污泥傳送至浮選槽的反應器。
如果所有的污泥沒有通過在浮選槽中的浮選(可能還有部分沉淀)被除去，并且可能經來自浮選槽的水進入液體泵和/或隨后的水處理槽中，那么，該沉淀是必需的，以用于由水中去除剩下的污泥。
在任何情況下，水將不得不從浮選槽引出，如果使用一個浮選槽，并在水中剩余有活性污泥，則為了合適地處理水，污泥應該優選由水中沉淀出來。
順便說明地是，兩個最后提及的本發明優選方法可以組合，所以減少污泥量的水被引導通過隨后的水處理槽至污泥沉淀槽中。
因此，這兩個槽將以與通常設計的完整水處理裝置大致相同的方式工作。
如果兩個槽已經建成，則本發明將給具有額外反應器的傳統水處理裝置，提供加快的水處理速度，以及還可能提供同時硝化和反硝化過程，并減少被水吸收的每公斤氧的能量消耗。這在投資方面和操作成本上都很便宜的，并增加現有的水處理裝置的整個處理能力。
在進一步優選的本發明方法中，將水傳送到浮選槽的反應器是環管反應器(正如在其它的以上優選方法中)，待處理的新的水被引導至不曝氣的或者連續或間歇曝氣的先前的水處理槽或者反應器中，由此處向前流入液體泵，所述液體泵將水泵到環管反應器的液-液噴射器，作為動力流體。
這種先前的水處理槽的優點是已知的，其包括磷化合物的轉化(當先前的水處理槽未被曝氣時)和汽提任何未溶解的、有毒的氣體和/或者揮發性液體(當先前的水處理槽被曝氣時)。
另外，其水流不是直接流到環管反應器的先前的水處理槽，可以用作緩沖槽，所以可以消除流入的待處理新水的水流變化，提供更均勻的水流流入到環管反應器內。
在優選的本發明方法中，先前的水處理槽能夠用作該緩沖槽，這是因為實際上，由先前的水處理槽向前的水流是通過水泵和噴射器來產生，而不是通過從水處理槽到環管反應器的直接流動。
如果先前的水處理槽的活性污泥濃度為零或者低于環管反應器的濃度，則在液體泵中使用非來自環管反應器自身的水的另外優點，為如在介紹優選方法中所早已描述的那樣。
以上優選方法可以與將水由浮選槽傳送到液體泵的優選方法來組合。
因此，產生了控制選項，因為多少水由先前的水處理槽流入泵中與多少水由浮選槽流入泵中之間的比例是可以調節的。
如果來自于先前的水處理槽的水具有相對高濃度的物質，所述物質要從水中被去除到理想程度，由此，可以相應地將來自先前的水處理槽的水流量減小，所以給環管反應器提供這些物質的速率保持在理想的和不太高的水平。
相反地，如果由先前的水處理槽的水具有較低濃度的該物質，則可以采用來自先前的水處理槽的速度更快的水流，所以給環管反應器提供該物質的速率在此情況下也保持在理想的水平。
理想地，基于測量在環形反應器中水質量的物質濃度計的測量結果，多少水由先前的水處理槽流到泵中與多少水由浮選槽流到泵中的比例將進行在線控制，除了以下情況以外，在先前水處理槽中，低的水位應導致由該槽到泵的水流量的減少；而在先前水處理槽中，高的水位應導致由該槽到泵的水流量的增加。先前的水處理槽中的水位可以用本領域已知的任何方式來測量。
如果液-液噴射器在浮選槽中或者從環管反應器通向浮選槽的導管上，被用作曝氣器，則在噴射器中所使用的動力流體應該優選為僅僅來自環管反應器和/或者浮選槽自身的水，而不是來自先前水處理槽的水。因此，來自先前的水處理裝置中的水沒有被旁路跨過環管反應器。所以，所有來自于先前水處理槽的水將在環管反應器中處理。
如果還有一個或者多個液-液噴射器在環管反應器中用作曝氣器，則必須使用兩個液體泵，將動力水泵到噴射器，所以來自于先前水處理槽的水并不混合到來自于環管反應器和/或者浮選槽的水中，該水用作浮選槽中的噴射器的動力流體，或者用作從環管反應器通向浮選槽的導管上的噴射器的動力流體。
在一個更優選的本發明方法中，部分或僅部分在環管反應器內重新利用的活性污泥通過以下方式來提供，即通過將活性污泥加入到先前水處理反應器的水中，以及通過液體泵輸送入環管反應器的液-液噴射器內。
加入到先前水處理反應器的水中的活性污泥可以從浮選槽(如果使用)或者由沉淀槽(如果使用)回收，或者由以上兩者中回收。
當重新使用在水處理裝置的一系列槽的最后一個槽中所回收的活性污泥時，通常做法(實際上在本發明中也可以使用)是將所有重新使用的污泥傳送回至第一(反應器)槽或者串聯的多個槽(如果有多個平行設置的槽)。然而，在本發明方法中，當將水和污泥由第一槽(先前的水處理反應器)的傳送是通過環管反應器的液-液噴射器來進行時，更好的是分開待重新使用的活性污泥，所以僅部分污泥加入到第一槽的水中，而剩下的污泥直接加入到環管反應器的水中。
在先前的水處理反應器中，如果每立方水使用20kg的活性污泥，而與先前每立方米水一般僅用4kg活性污泥的水處理反應器相比，水處理能力約增加五倍。
因此，先前的水處理反應器將在利用本發明重新設計的裝置中使其水處理能力充分地增加，以更好地利用由應用本發明的其它裝置所獲得的水處理能力。
上述優選方法應被理解為可組合的，也就是說，給定的水處理設備可以使用優選方法的任何組合，甚至可以使用所有優選方法，所述方法的組合符合在描述每個優選方法所使用的措辭。任何組合可以建立在以上提到的任何反應器或者槽以及組合部分之一，或者建立在多個任何或者所有這種反應器或者槽上。
參考附圖，將進一步更詳細地描述本發明，其中圖1是經過本發明內環管反應器的實施方式的軸所截開的縱向截面圖。
圖2是本發明內環管反應器的實施方式的沿圖1中線A-A的截面圖。
圖3是本發明內環管反應器的實施方式的沿圖1中線B-B的截面圖。
圖4是經過本發明可使用的浮選槽的實施方式的軸所截開的縱向截面圖。
圖5示出經過液-液噴射器的實施方式的軸的縱向截面圖，所述液-液噴射器是根據本發明在環管反應器中設計可用的液-液噴射器。
圖6是沿著圖5中線C-C的液-液噴射器的截面圖。
圖7是包括本發明的環管反應器的水處理裝置的實施方式的流程圖。
本發明內環管反應器的實施方式，圖1示出軸縱向截面圖，具有外容器壁2和相鄰的底壁3，它們共同構成圓筒形反應容器(即反應器)，其頂部是敞開的。內管4構成反應器1內部的上升管5，即水、污泥和氣泡在上升管5中基本上向上移動。圍繞在內部的上升管5的圓筒環形空隙6為環管反應器1的下降管，即水、污泥和氣泡在下降管6中基本上向下移動。外部的下降管6和內部的上升管5在內圓管4的敞開端下面7處相互連通。
內管4的上端設計成旋風分離器8。旋風分離器8具有內圓筒芯9，在由水和污泥中分離氣泡期間，在該圓筒芯周圍，水、污泥和氣泡旋轉同時連續向上移動(即移動為螺旋狀)。在旋風分離器8的下部，內芯9通過截頭圓錐突出部分10逐漸變小。
在旋風分離器的較低端，旋風分離器8由四個螺旋設置的導板11、12、13和14來啟動，它們引導水、污泥和氣泡經過四個矩形入口15、16(圖1中不可見)、17和18(圖1中未顯示)進入旋風分離器8。因此，水、污泥和氣泡在其進入旋風分離器8的途中被賦予旋轉的速度分量。在圖1中，導板11的引入邊(introducto edge)(在圖1的切割面中)和上表面(在圖1的切割面后)、導板12的下表面(在圖1的切割面后)和末端邊(terminatingedge)(在圖1的切割面內)、以及(在圖1的切割面內)導板13的引入邊和導板14的末端邊是可見的。入口15由導板11的引入邊、導板14的末端邊、內管4和芯9所界定的矩形區域構成，而入口17由導板13的引入邊、導板12的末端邊、內管4和芯9所界定的矩形區域構成。相應地，圖中不可見的入口16由導板12的引入邊、導板11的末端邊、內管4和芯9所界定的矩形區域構成，而圖中未顯示的入口18由導板14的引入邊、導板13的末端邊、內管4和芯9所界定的矩形區域構成。
如果希望旋風分離器8設置薄板，如以上優選方法所描述的，則這些薄板可以設計為與導板11、12、13和14類似，其區別在于由內管4的內部向內延伸部分，不應完全延伸過到旋風分離器8的芯9的通道。
在旋風分離器8的上端，安裝有四個可抽吸空氣的液-液噴射器19、20、21和22(圖1中未顯示)。將動力流體和空氣引導至液-液噴射器的管道并沒有顯示出來，參考圖5和圖6。在環管反應器1的上升管5與下降管6之間，液-液噴射器19、20、21和22構成水、污泥和氣泡的上部連接。在圖1中，噴射器19的液體吸入口23可以在圖的切割面中看到；在圖的切割面之后，可以看到噴射器19的另一部分；在圖的切割面之后，可以看到噴射器20；在圖的切割面中，可以看到噴射器21的液體吸入口25。噴射器21的剩余部分是在圖切割面的前面，如全部的噴射器22一樣。
在旋風分離器的頂部，旋風分離器8是由截頭圓錐端31連接垂直管32來界定，用于移出氣泡和/或氣泡釋放的所使用的空氣。
活性污泥的入口部件由以下構成向下延伸入環管反應器1的下降管6的管33，且在該管33的頂部有漏斗34，該入口部件顯于圖切割面之后。
環管反應器1應該認為具有與在水處理裝置中所使用的環管反應器相一致的尺寸。
在操作環管反應器1期間，提供給液-液噴射器19、20、21和22以動力流體和空氣，所述動力流體可能來自一個或者多個液體泵，所述空氣是抽吸進入的，優選通過節流閥控制曝氣速率。噴射器19、20、21和22將水和污泥由環管反應器1的上升管5泵到環管反應器1的下降管6。此外，噴射器19、20、21和22將由其抽吸進入的空氣粉碎成合適的小氣泡，所述小氣泡基本上平均地分布在整個噴射器19、20、21和22的水和污泥流中。
還有在操作環管反應器1期間，含有污泥和氣泡的部分水通過在下降管6內有入口的出口部件35流出環管反應器1。
對于環管反應器的操作，在旋風分離器8下面的上升管5的截面形狀為圓形并不非常重要。也可以使用其它截面形狀如多邊形，包括方形和矩形。類似地，在旋風分離器8下面的上升管5的截面面積并不必須與旋風分離器8內部的相同。
環管反應器1的下降管6的形狀也不必為圓環形，其外壁2甚至不必為圓形。外壁2可以有其它的截面形狀如多邊形，包括方形和矩形。而且，通過使用多個內管4，所述內管4裝備有其操作所需要的任何部件，包括旋風分離器8和噴射器19、20、21和22，環管反應器可以制得更寬。充分裝備的多個這種內管4可以安置在下降管6內相同的深度但是在不同的位置，所述下降管6足夠寬以致可以容納這些內管，則在一個共有的下降管6內構成并聯連接的上升管5。
噴射器19、20、21和22的數量也不是固定的。旋風分離器8或者每個旋風分離器8(如果使用多個內管4)不必恰好連接四個噴射器。一個旋風分離器8的噴射器數量可以小于四、等于四或者大于四。
噴射器19、20、21和22(如果使用四個噴射器)不必由分離器8完全水平指向外。其方向可以適當傾斜向上，所以噴射器將水、污泥和氣泡由旋風分離器8不僅向外而且向上傳送。稍稍傾斜向下可能不太有利。
而且，出口部件35不必在下降管6中有其入口，入口可以位于環管反應器的任何地方，除了離心分離器和噴射器以外。
圖2所示的是沿著圖1所示的環管反應器中線A-A的截面圖。2表示環管反應器的外壁(在圖1中的1)，4表示內管(截面是通過旋風分離器(在圖1中的8))，9表示旋風分離器的芯。在圖2的切割面之下，導板11、12、13和14的上表面是可見的，正如入口15、16、17和18的位置一樣是可見的，當在該實施方式中的每個引入邊碰巧直接位于其它導板之一的末端邊的下面時，所述入口15、16、17和18被導板的可見的末端邊和導板的引入邊所限定而作為入口。在圖切割面中，經過液-液噴射器19、20、21和22的截面及其各個液體的吸入口23、24、25和26(這些吸入口在圖中碰巧直接位于每個入口15、16、17和18上面)與噴射器出口27、28、29和30是可見的。33表示活性污泥的進入管，35表示水、污泥和氣泡由下降管6的出口部件。
如圖1，引導動力流體和空氣至液-液噴射器的管道并沒有顯示出，參考圖5和圖6。
液-液噴射器19、20、21和22的布置，推動水、污泥和氣泡在環管反應器(圖1中的1)的下降管6的頂端輕微地轉動。這會分散來自入口管33的活性污泥，即該活性污泥隨著周圍的水和污泥一起繞內管4移動，因此被充分分散開，使其有效地混合入來自于液-液噴射器19、20、21和22的水、污泥和氣泡中。
圖3所示的是沿著圖1的環管反應器中的線B-B的截面圖。2表示環管反應器(圖1中的1)的外壁，4表示內管(截面是取自旋風分離器(圖1中的8)之下)，35表示下降管6的水、污泥和氣泡的出口部件。
圖4示出經過本發明所使用的浮選槽36實施方式的軸縱向截面圖。浮選槽36有外壁37、鄰接的底壁61以及來自于環管反應器(圖1中的1)的水、污泥和氣泡的入口部件35(它等同于圖1-3中的出口部件35)。除此之外，浮選槽36有出口部件38和另外出口部件39，所述出口部件38為用于無活性污泥或者含有減少濃度的活性污泥的水的出口部件，所述另外出口部件39為用于無活性污泥或者含有減少濃度的活性污泥的水、并用作噴射器(圖1-2中的19、20、21和22)的動力流體的出口部件。
優選地，出口部件38設置有節流閥或者本技術領域已知的任何其它調節裝置，來調節經過出口部件38的流量。在任何給定的進入環管反應器(圖1中的1)的水流量的條件下，這提供控制存在于環管反應器(圖1中的1)的水量。
而且，一個或者多個曝氣器(圖中未顯示)可以使用在浮選槽的較低部分，優選低于入口部件35，該一個或者多個曝氣器優選為一個或者多個提供空氣的液-液噴射器，其設計或多或少類似于環管反應器(圖1中的1)內的噴射器(圖1-2中的19、20、21和22)的設計，但是可能比它們更小。這將增強活性污泥的浮選，因此減小了由入口部件35移動到出口部件38和39的活性污泥量。
設計浮選槽36稍微高于環管反應器(圖1中的1)，以適應如下可能性，即由于捕獲于浮選槽36的污泥中的氣泡，在浮選槽中的污泥上表面高于在環管反應器(圖1中的1)的水面的可能性。
圖5所示的是經過本發明所使用于環管反應器的液-液噴射器實施方式的軸縱向截面圖。在圖中僅顯示切割面。
優選地，環管反應器(圖1中的1)中的液-液噴射器為相同設計。該圖所示的是作為實例的噴射器20。40表示抽吸入空氣的管狀入口部件，空氣通過入口55被引入至液-液噴射器20內。41表示動力流體(水以及常見還有部分活性污泥的動力流體通常來自于液體泵，但是可以選擇地來自于容器，所述容器在噴射器位置處的水壓具有比在環管反應器(圖1中的1)中的高)的管狀入口部件。管狀部件41的終端為噴嘴42。在圖中，管狀部件41顯示為比管狀部件40更長。這僅僅是圖示，兩管狀部件一般比圖示的延伸更長。噴射器20有來自旋風分離器(圖1中的8)的水和污泥的吸入口24。在圖中，噴射器20顯示為有漏斗狀的入口部分43，它優選與噴射器的管道中間部分44光滑連接，并且其使中間部分44的截面面積比吸入口24的截面面積更小。通過使噴射器20具有比在旋風分離器(圖1中的8)內的流速更高的內部流速，因此這種漏斗狀入口部分43是有益的。噴射器20的管狀中間部分44包括噴射器的混合區。噴射器20的噴射器出口28具有比吸入口24更大的截面面積，并位于優選設計光滑的、逐漸變寬的出口部分45的末端，在水、污泥和氣泡排出進入環管反應器(圖1中的1)的下降管(圖1中的6)之前，出口45用作減小水、污泥和氣泡的速度的目的，因此，增加了噴射器20的泵效率。
圖6所示的是沿著圖5中的線C-C的、圖5中的噴射器的截面圖。在切割面之后，出口部分45的外表面、入口部分43的內表面以及噴嘴42是可見的。在切割面中，吸入口24、空氣入口管狀部件40和動力流體入口管狀部件41是可見的。
圖7所示的是包含本發明環管反應器的水處理裝置的實施方式的流程圖。46表示先前的水處理反應器，47表示圍繞在環管反應器1和浮選槽36的隨后水處理反應器。35表示將水、污泥和氣泡由環管反應器1引導至浮選槽36的導管，38表示用于將水和污泥由浮選槽36引導至隨后的水處理反應器47的導管或者開口，39表示來自浮選槽36的、其中可能含有污泥并用作噴射器動力流體的水的出口。48表示給環管反應器1的噴射器(圖1-2中的19、20、21和22)提供動力液體的液體泵。泵48接受由浮選槽36經過導管56的水(其中可能含有污泥)以及還有由先前的水處理反應器46經過導管57的、含有污泥的水。49表示另一液體泵，提供給該液體泵以僅來自于浮選槽36的水(其中可能含有污泥)，且該水在浮選槽36的較低部位的一個或者多個供應有空氣的噴射器中被用作動力流體。50表示將水和污泥由先前的水處理反應器47傳遞至沉淀槽51的導管。部分回收的污泥通過導管或者運輸機(本領域已知的任何合適類型的)52被傳送至環管反應器1和先前的水處理反應器46。可能使用兩個單獨的導管或者運輸機52，所以被傳送至先前的水處理反應器46的回收污泥的組分可以是不同于傳送至環管反應器1的回收污泥的組分，如僅來自于浮選槽的污泥，或者僅來自于沉淀槽的污泥，或者與在傳送至環管反應器1的污泥中相比，它們之間的比為另外的比例。在裝置中待處理的水通過導管53流進先前的水處理槽46，處理后的水通過導管54流出沉淀槽。
給導管56和/或者57設置本領域已知的任何種類的閥，用于控制由先前水處理反應器46和浮選槽36分別流進水泵48的水流。
在圖中，顯示出從浮選槽和沉淀槽回收剩余的污泥60。如果較少的污泥待去除，則可以安排僅僅從沉淀槽中除去。
58表示將空氣傳送至環管反應器中的噴射器(圖1-2中的19、20、21和22)的導管。優選地，在導管58上設置用于控制流進循環反應器的空氣流的本技術領域中已知的任何類型的閥。
59表示將空氣傳送至在浮選槽36的較低部位的一個或者多個液-液噴射器的導管。噴射器的深入位置將有利于使在導管59中包含氣泵。如果在導管59上設置氣泵，則通過調節由氣泵所執行的泵工作狀態，在浮選槽36中的曝氣速率將是可調節的。
為了進一步說明和解釋本發明，應該提到如下內容在水處理裝置中開始操作時，所述水處理裝置包括本發明的環管反應器和另一槽，所述另一槽至少為浮選槽、隨后的水處理反應器以及沉淀槽，生物水處理的開始可以操作為，主要在隨后的水處理反應器中繁殖活性污泥、在沉淀槽中回收污泥、將回收的污泥返回至先前的水處理反應器。在該階段，水可以直接地引導至隨后的水處理反應器中，繞過環管反應器和浮選槽。
在活性污泥的濃度超過在沉淀槽中有效沉淀的上限之前，開始將污泥傳送至環管反應器。
在最初將污泥傳送至環管反應器期間，關閉或者至少限制進入環管反應器的水流是有利的，所有或者根本沒有或者至少僅很有限的活性污泥流流出環管反應器，而在環管反應器中活性污泥的濃度增加。
當在環管反應器中活性污泥的濃度達到充分地高時，可以關閉旁路過環管反應器的任何水流，所以至隨后的水處理反應器的所有后來的水流都通過環管反應器和浮選槽來發生。類似地，可以在此時停止任何將污泥直接傳送至隨后的水處理反應器。
如果在開始操作期間還有先前的水處理反應器在使用(如在例如已知的Kruger A/S的BioDenipho方法中所使用的)，則用于開始操作的所有以上所述操作將仍然有效。優選地，先前的水處理反應器應該從剛開始就進行操作，接受所有進入該裝置的物流，將此物流傳送至隨后的水處理反應器或者環管反應器，正如在沒有先前水處理反應器的裝置中的以上所述的開始操作。如果最初旁路過環管反應器，則部分或者所有回收的污泥可以傳送至先前的水處理反應器，并通過此反應器傳送至隨后的水處理反應器。
發明最佳實施方式至少當使用本發明處理廢水時，實施本發明的最佳方式被認為是使用所有以上描述的優選方法，至少如果在環管反應器中使用很高濃度的活性污泥時。在旋風分離器中使用薄板可以通過在水中使用稍微低濃度的活性污泥來省略，在浮選槽和/或在將水引導至浮選槽的導管中使用曝氣器僅是相對于如果別的方式未能充分地浮選活性污泥的情況下。
除了在權利要求中所限定的本發明實施方式之外，如下的實施方式也是優選的I.一種方法，其中，空氣氣泡通過安置在浮選槽內的曝氣裝置被引入浮選槽，優選在水的入口之下，所述水來自于將水和污泥傳送至浮選槽的反應器。
II.一種方法，其中，活性污泥由浮選槽的上端送出，并進入將水和污泥傳送至浮選槽的反應器。
III.一種方法，其中，沒有活性污泥的或者含有減小濃度的活性污泥的水通過在浮選槽的較低部位上的出口流出浮選槽，并且經過包含液體泵的導管向前流至一個或者多個液-液噴射器中，該噴射器在反應器中和/或者浮選槽和/或者連接反應器與浮選槽的導管中，所述水用作所述噴射器的動力流體。
IV.一種方法，其中，含有減小濃度的活性污泥的水通過導管或者出口流出浮選槽，所述導管或者出口將水引導進入連續或者間歇曝氣的隨后水處理反應器中。
V.一種方法，其中，含有減少濃度的活性污泥的水通過導管流出浮選槽，所述導管將水導入沉淀槽，可能經過在上述方法IV中所提到的隨后水處理反應器，從該沉淀槽，部分或者所有的沉淀污泥可能傳送至將水傳入浮選槽的反應器。
VI.一種方法，其中，將水傳入浮選槽的反應器是環管反應器，來自于曝氣或者不曝氣的先前水處理槽或者反應器的水，可能包含活性污泥，被引導經過包含液體泵的導管，并向前至環管反應器中的一個或者多個液-液噴射器，所述水用作所述噴射器的動力流體。
VIII.一種方法，其中，被傳送至環管反應器(如在上述方法II、V或者VI中的)的部分活性污泥經過先前的水處理反應器來傳送，所以在先前的水處理反應器中污泥懸浮于水中，并且污泥與水一起通過導管和液體泵被傳送至環管反應器中的液-液噴射器，而被傳送入環管反應器的活性污泥的其余部分則被直接送入環管反應器。
權利要求
1.一種用于實現在反應器中連續或者間歇曝氣的水處理方法，其特征在于，反應器與浮選槽順次連接，包含于反應器中的水被以連續或者間歇的方式大量地曝氣，并從反應器流入浮選槽，所述水包含很多的活性污泥，以致來源于曝氣器的小氣泡被夾帶在水中的活性污泥中，導致在浮選槽中浮選部分或者所有活性污泥。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將水和活性污泥由反應器引導到浮選槽的導管包含液-液噴射器，提供空氣進入所述液-液噴射器或者在所述液-液噴射器內部提供空氣，通過動力液體和抽吸液體之間的相互作用，將該空氣粉碎成夾帶在活性污泥中的小氣泡，并且，作為噴射器的抽吸流體，所述噴射器優選接受被直接由反應器引導進入導管的整個水和污泥流。
3.根據權利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述反應器是環管反應器，在環管反應器中所使用的曝氣氣泡很小，以致氣泡在至少曝氣的某一位置處，實質上被夾帶在水中的活性污泥中，并且，氣泡在水經過至少大部分反應器環管期間保持被夾帶，或者氣泡從水中釋放得很慢，以致于在水經過至少大部分反應器環管期間，部分氣泡保留在水中。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，環管反應器基本上是垂直的，夾帶在環管反應器內部的活性污泥中的小氣泡與水和活性污泥被引導通過導管至浮選槽。
5.根據權利要求3或者4所述的方法，其特征在于，對于每個環管通道，供應給水的氧，比在環管通道期間可能被水中的活性污泥所利用的氧要少。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的方法，其特征在于，對于每個環管通道，所有或者基本上所有的反應器的水通過離心分離器，優選旋風分離器，以分離所有或者部分、優選所有或者大部分水中的氣泡，所述被分離的氣泡被引導至水面或者反應器環管部分之外。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，離心分離器是旋風分離器，旋風分離器的起始部分或者整體具有許多螺旋設置的、安裝在其外壁的內表面上的薄板，所以水和污泥通過在薄板之間的空間內移動，可以同時旋轉同時縱向移動通過旋風分離器。
8.根據權利要求3-7中任一項所述的方法，其特征在于，通過將空氣引入一個或者多個液-液噴射器或者引到一個或者多個液-液噴射器內部來給環管反應器提供空氣，所以通過在噴射器內部的動力液體和抽吸液體之間的相互作用，空氣被粉碎成氣泡。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述噴射器產生驅動力，推動帶有污泥、氣泡的水通過反應器環管。
10.用于執行權利要求1所述方法的反應器(1)，其特征在于，包含于反應器(1)中的、由反應器(1)通過導管(35)流入浮選槽(36)的水包含很多的活性污泥，以致來自于曝氣器(19、20、21、22)的小氣泡被夾帶在水中的活性污泥中，導致在浮選槽(36)中浮選部分或者所有活性污泥。
11.根據權利要求10所述的反應器，其特征在于，它是環管反應器(1)，包含至少一個下降管(6)和至少一個上升管(5)，它們在上升管(5)的較低端和上升管(5)的較上端(19、20、21、22)相互連通，旋風分離器(8)以這樣的方式結合到上升管(5)的上半部分，優選結合到上升管(5)的上面四分之一部分，以致所有或者基本上所有向上通過上升管(5)的水都在其上升管(5)內的流路中經過旋風分離器(8)。
12.根據權利要求11所述的環管反應器，其特征在于，曝氣器是液-液噴射器(19、20、21、22)，所述噴射器包括位于噴射器(19、20、21、22)的動力流體的入口(42)附近或者周圍的空氣入口(55)，并以逐漸變寬的出口部分(45)結束，噴射器(19、20、21、22)將含有污泥的水由環管反應器(1)的上升管(5)泵到環管反應器(1)的下降管(6)，優選通過噴射器(19、20、21、22)在上升管(5)和下降管(6)之間構成上部連接，即使噴射器(19、20、21、22)的出口(27、28、29、30)優選完全浸入在下降管(6)的水中。
全文摘要
曝氣水處理使用順次連接的反應器和浮選槽來進行，并且在水中使用很多的活性污泥來進行操作，以致來自曝氣器的小氣泡被夾帶在活性污泥中，導致在浮選槽中浮選部分或者所有活性污泥。用于執行該方法的反應器(1)和浮選槽(36)裝備有至少一個曝氣器(19、20、21、22)。許多優選的方法和設計詳細說明了本發明，包括本發明如何可以引入到現有的廢水處理設備中以及其如何使用。
文檔編號C02F1/74GK1997603SQ200480043735
公開日2007年7月11日 申請日期2004年12月16日 優先權日2004年8月3日
發明者拉爾斯·埃克羅特 申請人:拉爾斯·埃克羅特