处理废水的方法和装置 【发明背景】
发明的技术领域
本发明涉及一种处理废水的方法和装置，更具体地说，涉及一种生物分解含有有机硫化合物(比如二甲亚砜(下文称为DMSO))的废水的方法以及进行这种分解的装置。
已有技术的描述
在电子工业领域。近来引入DMSO作为脱落剂和清洗剂，因此分解DMSO的需求就不断增加。为此，本发明人发明了一种分解DMSO的生物处理方法，见日本专利No.2769973。
通常生物处理含有有机硫化合物的废水的方法是流化床和固定床生物处理法。
通过使附着微生物的流动载体在生物反应器中流动，从而进行流化床生物处理法。采用这种处理方法，多余的微生物会与已处理水一起作为悬浮物排放掉。这就出现一个普遍的问题，会增大去除已处理水中悬浮物的设备的尺寸。
DMSO本身具有高渗透性，用作脱落剂，因此当废水中含有的有机化合物是DMSO时，在生物反应器中的流动载体不断流动的情况下，对这种废水进行流化床生物处理就会使流动载体变得象被脱落剂洗涤过一样。从而，处理含有DMSO的废水，与处理含有不同有机物的废水相比，就会出现特有的问题，微生物较容易从载体上脱落下来。
另一方面，用固定床生物处理含有有机硫化合物(比如DMSO)的废水会产生硫酸，从而随着有机硫化合物的分解，因废水中含有的有机硫化合物而使pH值降低。
固定床生物处理还会产生废水的活塞式流动，因此在进入废水流入区域地废水流过固定床进行生物处理时，pH值会降低。
为此，在生物处理含有有机硫化合物的废水时，即使将废水流入区域中的废水pH调节到适于生物处理的pH值，装置中的pH还是会降低，并且分布不均匀。因此，装置可能出现恶化的生物处理状态，从而不可能获得高处理效率。
由于处理效率不够高，就会出现有机硫化合物不可能充分地进行分解，从而产生臭味的问题。
上述日本专利No.2769973指出，通过部分循环已处理的水和稳定pH值，从而使pH值降低。为此，必须安装一个循环已处理水的装置。
无论在哪一种情况，即使利用日本专利No.2769973所公开的内容，也不能解决流化床和固定床处理两者中所涉及的问题。
本发明的一个目的是提供一种处理含有有机硫化合物的废水的方法和装置，从而实现高效处理，这是利用普通的方法或装置所不能实现的，并且不需要安装对一部分已处理水进行循环的设备，解决了采用常用流化床或固定床生物处理法中所涉及的问题。
发明概述
本发明一方面提供了一种处理含有有机硫化合物的废水的方法，该方法包括：向装置主体中引入废水，该装置主体设置有固定床和流化床，固定床中装填有附着微生物的固定载体，流化床中飞散着附着微生物的流动载体，并且能够使废水通过流化床流向固定床，从而利用流化床和固定床对废水进行生物处理。
本发明另一方面提供了一种处理含有有机硫化合物的废水的装置，该装置包括：向其中引入废水的装置主体，在装置主体中设置的固定床，在固定床中有附着微生物的固定载体，在装置主体中设置的流化床，在流化床中有附着微生物的流动载体，其中，固定床和流化床以这种方式设置从而使废水通过流化床流向固定床。
本发明的方法和装置能够使废水通过流化床流向固定床，从而由固定床捕获流动载体上增加的微生物，以及从流动载体上脱落的微生物。
流动载体在流化床中不断流动，从而增加了氧气与待处理废水的接触效率。这使微生物迅速增加，从而提高了微生物在流动载体表面上的附着性能。从流动载体上脱落的过量微生物不断流到固定床中。结果，被固定载体保留的微生物量不断提高，从而提高了整个装置单位体积的处理效率。
优选地流化床设置在固定床之上，从而使通过流化床流向固定床的废水向下流动。
依据本发明的装置，通过将流化床设置在固定床之上，能够使废水向下流动，通过流化床流向固定床，而通过流化床中流动载体的流动，能使固定床中固定载体的表面上积累的微生物、悬浮物等脱落或刮落。结果，优选地避免了固定载体表面的微生物积累，从而提高了过滤阻力。
如上所述，由于固定床2的表面上很难积累微生物或悬浮物，因此，从流动载体中脱落的微生物，以及在流动载体上增加的微生物都很容易引入到固定床的内侧。因此，能提高固定床保持的微生物量，从而提高处理效率。
由于流化床对一部分有机硫化合物进行的分解，从而使流化床中也产生了硫酸。为了防止由于流化床中产生的硫酸而引起的pH值的降低，需向流化床部分中加入碱，把pH值调节到适于进行生物处理的pH值这种方法与单独设置固定床相比，可以有效地限制固定床中pH值的降低，无需循环已处理水，就可以稳定pH值，并使固定床内部处于有利于微生物增加的状态。从而，得到相对较高的处理效率。
在安装几个处理装置的情况下，在向这些装置引入废水之前，可在废水中加入碱，从而适当调整pH值。更优选的是，采取措施或设置一个测量流化床中pH值的部件，从而调节碱的量。
本发明的另一个优点是适当分解有机硫化合物可避免产生臭味。
附图简述
结合附图，通过对本发明作详细说明，本发明的以上及其它目的，特征和优点将会很清楚。
图1是本发明一个实施方案的废水处理装置的侧视示意图。
图2A-2C分别是本发明的一个实施方案的流动载体的正视图、侧视图和透视图。
图3是说明废水流程的侧视示意图。
图4是说明回洗操作时废水向上流动的侧视示意图。
图5是说明水喷淋过程的侧视示意图。
图6是本发明另一个实施方案的废水处理装置的侧视示意图。
图7是说明TOC去除率与流动载体填充率之间关系的曲线图。
优选实施方式的详细描述
实施方式
下面将依据本发明的一个实施方式，结合附图，说明用于处理含硫化合物DMSO的废水的装置。
参照图1，废水处理装置包括装置主体1，装置主体依次包括有固定床2和设置于固定床2上的流化床3。
在流化床3的附近，设置有pH计12和pH值调节泵13。在流化床3的附近还设置有回洗槽或回洗水收集通道6，从而使回洗废水流入其中。为此，迫使废水上升到装置的上部区域4。
在槽6上分别装有流出物阻挡壁5，用作阻止回洗废水中的流动载体流出的装置。每一个流出物阻挡壁5都是网状结构，由金属丝织物、多孔金属、缝或者类似物构成以带有开口，回洗废水流经这些开口。在该实施方式中，每一个流出物阻挡壁5的开口的开口直径、缝宽或任何其它对应的尺寸都小于10mm。只要流动载体能够被对应的流出物阻挡壁5捕获，可以改变该尺寸。
在固定床2的下部区域设置空气管7，向固定床2中供给空气用于曝气和回洗。
优选地装填在流化床3中的流动载体与装置填在固定床2中的固定载体的体积比处于1∶20到20∶1之间，更优选的处于9∶1到1∶9之间。
如图2A至2C中所示，每一个流动载体8都有一基本上呈十字形的中心部分9，基本上呈圆形的周缘部分10，以及肋片11(在该实施方式中有八个肋片)，这些肋片沿着圆形周缘部分10的圆周表面彼此以预定间隔设置。如图2B所示，圆形周缘部分10沿着其整个圆周有预定宽度。每一个流动载体8比重都为0.90-1.20，并且都如图2B所示宽度为10mm。
十字形中心部分9，圆形周缘部分10和肋片11于是沿着流动载体8的整个表面区域延伸，因此提高了微生物在流动载体8上的附着力。
流动载体8的材料常选自常规合成树脂，比如聚丙烯和聚乙烯。
每一个固定载体都为由多孔陶瓷材料制成的、且直径在5-10mm之间的球形。
下面，描述用于处理含有DMSO废水的处理工艺的实施方案。
参照图3，从工厂或任何其它设备中排出的含有DMSO的废水通过入口区域4引入装置主体1中。引入到装置主体1中的废水流过流化床3，然后到达固定床2，然后，通过固定床2作为已处理水排到外部。在这种设置中，固定床2设置在流化床3的下面，从而使固定床2截获从流动载体8中脱落的微生物，从而降低处理后水中悬浮物的含量。
由于废水的流动，所以流化床3中的流动载体也不断地流动。这种连续的流动提高了氧气与废水的接触效率，使微生物迅速增殖，并且使微生物附着在流动载体的表面。从流动载体上脱落的多余微生物不断地进入固定床中。结果，提高了固定载体容纳的微生物量，由此也提高了整个装置的单位体积的处理能力。
DMSO在流化床3中分解到一定程度，这一分解过程产生硫酸，使固定床2中的pH值降低。利用pH计12和pH值调节泵13可以限制固定床2中的pH值的降低或pH值的变化，设计pH计12和pH值调节泵13的目的是把废水的pH值调节到适于进行生物处理的值，或者调节到中性或接近中性。
另一种方法是，可以预先向废水中加入碱，从而使流化床中的pH值适于进行生物处理。
接着，通过空气管7，向固定床2中充入空气，并且通过已处理水收集管向固定床2中充入回洗水，对其中捕获有悬浮物质的固定床2进行适当地回洗。收集管在正常操作时用于输送已处理水，在回洗期间用于输送回洗水。根据这种设置，无需把空气管与已处理水收集管分开设置。而是把它们彼此设置成一个整体。而且，这些管无需为圆形截面。
通过适当的回洗操作，从固定床2中脱落的微生物流向流化床3，并且部分附着到流化床上，尤其是附着在流动载体的表面上，因此，通过回洗操作，在装置的初始启动阶段通常没有携带足够量微生物的流动载体能够立即且足够多地携带微生物。
在处理含有脱落剂(比如DMSO)的废水的过程中，微生物很容易从流动载体上脱落下来，而回洗则有利于使微生物附着到流动载体8上，因此优选地提高了附着到流动载体上的微生物量。
如图4所示，设置在装置主体1上部区域中的流出物阻挡壁5能够阻止流动载体的流出，流动载体在装置主体1中与上升的回洗水一起向上移动到接近装置主体1的上端部水平。更具体地说，流出物阻挡壁5每个开口的尺寸要限制到能够使流出物阻挡壁5捕获流动载体，并且通过开口阻止流动载体流到外侧的尺寸。
在回洗操作以后，在流出物阻挡壁5的表面上喷淋水，把捕获在流出物阻挡壁5上的流动载体冲走，使之流回流化床3中。这样，即使在回洗操作期间，流出物阻挡壁5也能够阻止流动载体流到流化床3的外侧。
也可以通过对流出物阻挡壁5吹入空气，取代喷淋水。吹入的空气也能够迫使流动载体落到流化床3上。
值得注意的是，使流动载体从流出物阻挡壁5返回流化床3的方法不必仅限于喷淋水或吹入空气。为此目的可以采用任何方法。例如，如图6所示，可能使流出物阻挡壁5向内侧倾斜。也就是说，图6的流出物阻挡壁5以这样一种方式设置在装置主体1中，从而使其分别有斜表面，随着时间的推移，在回洗操作期间，附着到斜面上的流动载体自然地沿着斜面向下移动。因此，无需采用附加的机构或装置，就能使流动载体落到流化床3中。这样，通过使流出物阻挡壁5倾斜设置就可以使流动载体返回流化床，同时还能防止流化床3中的流动载体流出。
对于由十字形的中心部分9、围绕着十字形中心部分9的圆形的周缘部分10以及沿着圆形周缘部分10的圆周表面彼此以预定间隔设置的肋片11制成的每个流动载体8可以采用不同的形状。例如，可以改变设置在周缘部分10上的肋片11的数目(如4、8、10、12、16、20)。尽管肋片11有利于每一个流动载体8的转动，从而提高流动载体8的流动性，但是也可以采用没有肋片的流动载体8。考虑到流动载体8的流动性和形状的简易，优选把周缘部分10上的肋片数目设置为约8-20个。
十字形中心部分9也可以是其它的任何形状。然而，一个基本上呈十字形的中心部分能够有效地扩大每一个流动载体8的整个表面面积，从而提高其上的微生物附着量。
另一方面，如果中心部分的形状过于复杂，可能会在每个流动载体8中的开口或间隙间引起堵塞。因此，确定中心部分9的形状时，优先考虑延伸表面面积的优缺点，以及解决堵塞问题。
尽管基本上为圆形的周缘部分10有利于每个流动载体8的转动，从而提高流动载体8的流动性，然而也可以改变圆形周缘部分10的形状，比如基本上为矩形或八边形。
在任何情况下，确定中心部分9的形状，确定周缘部分10等的形状，确定肋片11的形状以及数目都要优先考虑所有这些因素，比如表面面积的大小，受流动载体8转动影响的流动性，堵塞的可能性，模制的简易性等。
另外，优选地每个流动载体8直径最小部分的直径为0.1-3.0cm。然而，无需将每个流动载体8的尺寸限制在该尺寸。也就是说，只要流出物阻挡壁5能够安全地捕获流动载体8，就可以改变流动载体8的尺寸，或者使每个流动载体的直径都大于流出物阻挡壁5的每个开口的直径。
在该实施方案中由合成树脂制成的流动载体8可以用不同的原料制成。然而，优选采用能够有利于微生物附着在载体上，并且容纳高浓度微生物的原料。在这方面，由于合成树脂比较容易成形，并且制造成本低，因此合成树脂适于用作流动载体8的原料。
在该实施方案中各自呈球形的固定载体也可以具有不同形状，其原料也不仅限于陶瓷。在各种原料中，优选地采用多孔材料作为固定载体的原料。可以改变每个固定载体的尺寸。然而，直径各自为5-10mm的固定载体都适用。
在以上实施方案中，流化床3设置在固定床2上，废水向下流动可以通过流化床和固定床。然而，可以改变这两个床的相对位置。例如，固定床2可以设置在流化床3上，使废水向上流动通过两个床。然而，考虑到废水的处理效率，优选地将流化床3设置在固定床2上，原因是这种设置能够利用废水自然向下流动这种性质。
还可以利用本发明的废水处理方法和装置处理含有除DMSO以外的有机硫化合物的废水。
实施例
处理含有500mg/L(升)DMSO和有机物(比如异丙醇)的废水。废水的TOC(总有机碳)为197mg/L。利用实施例1-6和比较例1和2的处理装置对该废水进行处理。通过测量每个装置中的已处理水的DMSO含量以及S-TOC(可溶性总有机碳)浓度，确定每个实施例中的处理效率。
实施例1
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为7.1L，固定载体为142.9L(也就是说，流化床与固定床比为1∶20)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为25mg/L。S-TOC浓度为15mg/L。因此，TOC去除率为92.4％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为6.5。
实施例2
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为15L，固定载体为135L(也就是说，流化床与固定床比例为1∶9)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为6mg/L。S-TOC浓度为8mg/L。因此，TOC去除率为95.9％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为6.9。
实施例3
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为30L，固定载体为120L(也就是说，流化床与固定床比例为1∶4)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为0.5mg/L。S-TOC浓度为6mg/L。因此，TOC去除率为97.0％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为7.1。
实施例4
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为75L，固定载体为75L(也就是说，流化床与固定床比例为1∶1)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为12mg/L。S-TOC浓度为10mg/L。因此，TOC去除率为94.9％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为7.0。
实施例5
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为135L，固定载体为15L(也就是说，流化床与固定床比例为9∶1)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为27mg/L。S-TOC浓度为15mg/L。因此，TOC去除率为92.4％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为7.1。
实施例6
在该实施例中，使用的处理装置中装填的流动载体为142.9L，固定载体为7.1L(也就是说，流化床与固定床比例为20∶1)。利用该实施例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为48mg/L。S-TOC浓度为22mg/L。因此，TOC去除率为88.8％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.2，而已处理水的pH值为7.1。
比较例1
在该实施例中，使用的处理装置中仅装填150L的固定载体。利用该比较例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为105mg/L。S-TOC浓度为33mg/L。因此，TOC去除率为83.2％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.8，而已处理水的pH值为5.8。
比较例2
在该实施例中，使用的处理装置中仅装填150L的流动载体。利用该比较例的处理装置处理含有DMSO的废水，结果已处理水中的DMSO含量为113mg/L。S-TOC浓度为41mg/L。因此，TOC去除率为79.2％。该装置中对应于流化床的区域中的pH值为7.0，而已处理水的pH值为7.0。
从实施例1-6和比较例1、2中可以清楚地看出，比较例1、2的装置能够把已处理水中的DMSO含量和S-TOC浓度降低到一定程度。然而，这些比较例的装置没有足够高的处理效率。相反，在实施例1-6中，已处理水中的DMSO含量和S-TOC浓度两者都得到充分地降低。因此，这些实施例的处理效率大大高于比较例1和2的处理效率。尤其是，实施例3中的流化床与固定床的比例为1∶4，获得了最好的TOC去除效率。
在实施例3中，装置主体上部区域的pH值，以及已处理水的pH值都处于中性或接近于中性。相反，在比较例1中，即使将装置主体1中固定床2的上部区域的pH值调节为碱性pH，但是已处理水的pH值仍转变为酸性pH。从这个事实可以清楚地看出，废水在比较例1的固定床中进行处理时，产生了使pH值降低的硫酸根。
总之，依据本发明对固定床和流化床的这种设置，使含有有机硫化合物的废水流过流化床流向固定床，由固定床捕获从流动载体上脱落的微生物，同时流动载体要处于这样一种状态，即利用废水中的脱落剂来洗涤流动载体，使微生物容易从流动载体上脱落下来。因此，应当尽可能地避免脱落的微生物无故流出，从而降低载体上附着的微生物量。
由于在回洗操作中，从固定床中部分脱落的微生物由流动载体部分捕获，因此还可以增加流动载体上附着的微生物量。
固定床和流化床结合起来使用，可以使在流化床中增加然后从流动载体上脱落下来的微生物被捕获在固定床中，因此可以避免从装置中流出，从而无需另外安装单元或机构来去除从装置中流出的微生物。
在流化床中流动载体的不断流动提高了氧气与待处理废水的接触效率，因此能够使微生物迅速增殖。这增强了微生物在流动载体表面上的附着性能，增大了多余微生物从流动载体上的脱落量，这些微生物依次连续供给固定床。因此，也增加固定床中容纳的微生物量，从而提高了整个装置的处理效率。
另外，依据本发明的装置，通过把流化床设置在固定床之上，能够使废水流过流化床向下流动，流向固定床，流化床中流动的流动载体能够脱除或者刮去积累在固定床固定载体表面上的微生物、悬浮物等。结果，优选地防止固定载体表面的微生物堵塞，从而提高过滤阻力。
在流化床部分，DMSO分解到一定程度，产生了硫酸，从而使pH值降低。通过向流化床部分中加入碱，把废水的pH值调节到适于进行生物处理的中性范围，所以能够限制固定床部分的pH变化。因此，与普通装置不一样的是，即使不循环已处理水，也可以稳定装置主体中的pH值，使固定床内部处于有利于微生物增殖的条件，可优选地保持相对较高的处理效率。
因此，固定床和流化床的结合使用可以防止固定床部分pH值的降低，不会引起pH值的不均匀分布。
由于保持了较高的处理效率，分解有机硫化合物的能力就不太可能恶化。从而，即使不象普通方法和装置那样循环已处理水，也不会产生恶臭。
上述说明决不是把本发明限制于其中提到的优选实施方案中。本领域的技术人员在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的构思和范围的情况下，可以对如上所述的处理含有有机硫化合物的废水的方法和装置进行各种修正。