生物活性废水处理方法及装置 本发明涉及一种用于生物活性废水净化的方法。废水在一个发生硝化作用的活性过程中得到净化。本发明也涉及一种实现所说方法的装置。该装置由一个通用容器，一个活性区和几个向上伸展的纵向分离区构成。从分离区接出净化后的水出口，其中每个分离区由隔板和端面隔成，并且在纵向上与活性区连通。
发明的背景
一种有效地防止地表水包括海水过肥的方法需要最有效地清除滋生生物大分子的元素如氮和磷，废水中存在的氮和磷是引起肥水现象的主要因素，这就是所有的废水净化系统都要将清除氮和磷考虑在内的原因。
迄今已知和使用的能同时降低氮含量的废水净化系统都是瞄准了生物学过程，这些过程似乎是最经济的。这些过程首先要求将以可氧化的形式存在的氮如氨态氮和有机氮通过硝化作用转变成硝酸盐，再通过反硝化作用把硝酸盐还原成氮气。
硝化作用要求在活性污泥中含有硝化细菌，而这种活性污泥需要有足够长地污泥龄，实际上，要达到完全的硝化需要30天的污泥龄，这对应于污泥负荷相当于，每千克来自活性污泥中的挥发性悬浮固体乘以天数中012kg的，5天生物需氧量，也称作kg BOD5/kg VSS·d。另外，硝化过程需要足够浓度的溶解氧，一般来说每升液体中的氧要达到2mg以上(即2mg O2/l)。当液体中缺乏溶解氧时就会发生随后的反硝化过程，同时微生物通过硝酸盐还原得到必需的氧。
同时具有硝化和反硝化作用的复杂的生物水净化系统在现有技术中有三种基本的可供选择的方案。
第一种方案是间歇反硝化法。其中活性净化的硝化和反硝化作用通过间歇曝气周期性交替进行。这种方法的缺点是与连续反硝化法相比效率低，工艺操作复杂以及中断曝气时活性污泥不再悬浮。
另外一种方案是连续反硝化法。这种方法是一个独立的反硝化过程，通过一个强烈搅拌的充分混合的容器在曝气活化之前实现的。在连续反硝化过程中，废水与在曝气活化再循环的活性混合物一起得到净化。连续反硝化法的缺点是需要增加一个单独的反硝化活性区和一个使活性混合物运动的动力源以确保活性污泥悬浮。另一个缺点是一部分反硝化区的表面没有用于活性污泥的分离，这部分没有利用的表面占到一个城市废水处理装置的一个反应器表面积的25％。
第三种已知的生物废水净化过程中的反硝化方法是在一种有氧化区和循环回路系统的循环回路中进行反硝化。这种方法中，曝气、废水与活性混合物的混合以及给净化系统中的活性混合物提供动力三个功能由同一系统完成，即机械曝气系统。活性混合物流过呈活塞式流动的循环回路时，活性混合物达到溶解氧的饱和，从而发生硝化作用；通过生物降解和硝化作用等氧化过程对氧气的逐渐消耗，活性混合物中的氧含量不断降低，因此在循环回路的末端由于缺氧而发生反硝化过程。
以上反硝化的技术方法有很多缺点。机械曝气法需求浅容器而不是深容器，这就需要一个大的建筑面积。容器的表面不用于活性污泥的分离，其结果是需要一个独立的分离装置才能使活化装置完善，这进一步增大了必需的建造面积和投资额。以一定的压力穿过分离的沉淀污泥再循环进行的独立的分离不是非常有效的，而且引起活性区操作浓度降低。对污泥龄为30天的活性污染的低负荷要求导致活性区容积增大。
循环回路的一个颇值得考虑的缺点是活性污泥的污泥指数高，这是由反硝化过程中氮气气泡粘附在活性污泥颗粒上、不能充分释放所引起的，从而导致装置能力相当程度的降低。
将曝气、活性混合物的动力附设以及废水与活性混合物的混合三个功能合为一体的另一个缺点是引起高氮含量废水反硝化效率的降低，这是由于缺少反硝化过程所需要的碳的供应的缘故。因此，为保证充分有效的硝化和反硝化作用，有必要把这种装置与活性混合物的间歇曝气法结合起来，但同时也保留了间歇方法的所有负面效果。
上述的已知的反硝化方法无论是用于新的废水净化装置的建造还是用于现有的传统废水净化装置(这些装置不能满足对涉及肥水元素的净化后的水质量提出的更高的要求)的改建都有缺陷。许多建在发达国家的城市污水净化装置现已需要强化功能或改造。迄今，现有的反硝化方法还不能与它配套，因为现有反硝化方法要么需要建造新的废水净化装置，要么至少要求原来的城市废水净化装置的建筑物作相当大的重新布置。这就迫切需要找到一种方法既能利用现有的城市废水净化装置又能同时满足当代生态环境的要求。
本发明的目的是尽可能地减少已知的解决方法的缺陷，提供一种新方法和装置来加强生物活性废水净化的必要功能，同时有可能利用现有的传统的废水净化装置。本发明的简述
本发明方法的主题是将活性混合物带入具有活塞式流动特征的循环回路中，在其中经过一个流化床过滤后将净化后的水排出，活性混合物随后再与原废水混合，这样引起活性污泥颗粒表面缺氧，缺氧又导致反硝化过程的发生。向最后的混合物曝气以使活性污泥处于悬浮状态。活塞式流动过程使污泥逐渐达到氧饱和，由此逐渐由反硝化作用过渡到硝化作用，同时加入的废水得到净化，在流化床过滤排出净化后的水之前废水得以净化。经过硝化过程形成的硝酸盐与活性混合物一起回到反硝化过程。因此，在一次循环过程中，复杂的废水净化过程的所有过程都发生了。
考虑到废水净化的效率，在净化的同时从循环回路中通过流化床过滤排出的净化后的水量小于在循环回路中循环的活性混合物的量是有利的。
有利的是，与原废水混合的活性混合物通过曝气逐渐氧化，同时活性污泥处于悬浮状态直到活性混合物中的溶解氧浓度达到至少2mg O2/升活性混合物。
考虑到对废水净化过程的控制，有必要用气量随时间和/或循环回路的地点变化的压气曝气法来进行曝气。
为了达到所需的活性效果，必须使活性混合物的循环量至少两倍于净化后的水的输出量。
考虑到将活性混合物加入塞状流，通过原废水的进入，通过放掉净化后的水以及通过使经过分离而浓缩的活性混合物在分离过程后进入循环回路而将活性混合物带入循环回路是可行的。
为增加反硝化的效率，在一个循环中把经过流化床过滤得到的净化后的水从在氧化区中循环的活性混合物中分离出来是非常有意义的。
本发明的装置的主题总是具有两个沿其纵向相邻的分离区，它在纵向上与活性区连通。所述的纵向池壁之间形成的纵向分配管5的一端被一端壁(end wa11)完全封死，另一端设置一个通道，通过此通道与一组流动通道连接，流动通道与分离区沿横向分开，流动通道系统与至少一个分配管5形成循环回路的一部分，循环回路的另一部分由与从分离区来的活性混合物的出口相连的收集部件组成。所述的收集部件至少与一个泵连接，泵的出口作为循环回路的起点，原废水进水口或者位于泵的入口或者位于其出口，循环回路至少应设置一个折流板。
为保证污泥足够长的污泥龄和循环回路的循环强度，最好把收集部件安装到接近于采用流化床过滤的分离区的底部；通过位于分离区同一侧的上开口和下开口与活性区连通，上开口与分离区的伸出部相连，下开口接近底部；而且上开口小于下开口以便活性混合物流动时产生阻力。
考虑到反应器内的液压关系和分离区结构的简单性，分离区与活性区通过处于容器底部的分离区的隔板之间形成的通道相连接，收集干线与一个泵相连，泵的出口与活性区相连。
考虑到废水净化装置的建造和改建时，有必要使循环回路由至少一个基本构件组成。在一个构件中，分配管5由两个内隔板形成，外隔板总是和内隔板形成分离区，外隔板和容器的外壳或相邻构件的外壁组成环流管，分配管5前部与环流管相连，侧面与分离区相连。
就生物净化的效率来说，必需将配备泵的收集池置于循环回路中，而带有活性混合物的收集部件的出口与所述的收集池相连，泵的出口位于折流板后面流动通道的起始端，原废水入口与收集池连通。
为提供一个统一的反应器内部结构，源于同一实施方案的附加构件最好在垂直方向上与基本构件相连，或者是基本构件设置成使其轴穿过容器的中心，附加构件对称地安置并与基本构件垂直。下述方案也是一有利的实施方案，即，使至少一个附加构件与基本构件平行相连，以这种方式形成的一组平行构件对称于穿过中心的轴排列。
为保证废水净化的各个独立过程紧密联系，必需使置于原始废水的入口区的曝气元件之间的间隔大于位于循环回路其他部分的曝气元件之间的间隔，进入流化床过滤器入口的流体的横截面积应大于分离区表面积的10％。
对反硝化过程的一个改进是给收集部件配备至少一个泵，最好是离心泵，该泵放在收集池内。
考虑到大的城市废水净化装置的建造，有利的是采用流化床过滤的分离区是按照循环回路的分配管的全长设置，活性混合物进入采用流化床过滤的分离区的入口和把浓缩后的活性混合物从分离区中运出去的收集部件也是沿分配管的全长设定的。
要有效地清除漂浮的污泥，最好在分离区的上部放一个漂浮污泥捕集器。该捕集器由一个斜顶、一个接在斜顶较低一边的压缩空气源和一个接在斜顶较高一边的与活性区相连的作为漂浮污泥出口的气动抽水泵组成。整个斜顶浸没于容器的液面下。
为防止分配管5内的流体对分离区内的流体特征的影响，重要的是在以活性区通向隔板的通道区域设置至少一个导流器(flow deflector)。
考虑到硝化作用的强度，最好在活性区的起始段设置混合器，泵的出口与混合器相连。原废水入口与混合器相通，混合器的出口位于活性区的后部。
考虑到收集管道清洗的可能性，重要的是泵体系应是一个配有可逆式潜水电机(submersible reversibleelectric motor)的泵。
考虑到泵体电机和叶轮拆卸的可能性，最好使可逆电机和叶轮滑动地安置在导轨上，该导轨垂直于容器底部。
为保持收集管的最佳长度，泵与至少两根收集干线的支线相连，这一点是很重要的。
为了能间歇曝气或可控曝气，重要的是，曝气软管置于活化区中并通过开关或调节器与压缩空气源相联。
要更好地利用空气中的氧，重要的是曝气软管分成两支，并放在环流管横断面的两端。
本发明的方法和装置提出了一种有效地抑制自然界水资源的肥水化现象的措施，其主要优点是高效的净化作用，既除去了废水中的有机物质，又降低了肥水元素即氮和磷的含量。因此给复杂的废水净化特别是城市废水净化提供了一种简单的活性净化的方法而不需要为反硝化和脱磷添加任何附加工序，这就极大地简化了用于复杂的生物废水净化的反应器的技术方案。
按照本发明，反应器的构件系统允许反应器的构件设计容量可在很大范围内变化，大到适合拥有成百上千万居民的卫星城使用的最大的反应器。通过将采用流化床过滤的分离区插入活性区而形成的管道，管路系统连成一个一体化的循环回路从而最大程度地简化和缩短活性净化各个过程之间的连接线路，包括活性污泥在系统中以最小的水力阻力实现分离。活性混合物循环系统也使原废水在一个入口进入反应器，这就降低了原废水在废水净化装置分配的的费用。
本发明的方法和装置的另一个优点是由于反应器的表面最大限度地用于分离而导致高的效能，允许反应器利用高浓度的活性污泥，从而导致装置的质量和数量参数的提高。
本发明的方法和装置也允许对现有的旧废水处理装置进行改建，这意味着与建造新的废水净化装置或扩建旧的废水化装置相比必需费用的减少。附图的简要说明
以下将参考附图所示的实施方案详细描述本发明，其中
图1是活性混合物的循环回路基本构件的仰视图；
图2是图1中的构件沿A-A线的纵剖面图；
图3是图1中的构件沿B-B线的纵剖面图；
图4是图1中的构件沿C-C线的纵剖面图；
图5是图1-图4中循环回路的基本构件的轴向视图；
图6是漂浮污泥捕集器的前视图；
图7是沿图6中的D-D线的剖面图；
图8是循环回路的基本构件与其它构件连接的反应器的长方形底面的俯视图；
图9是图8中的反应器沿A-A线的纵剖面图；
图10是图8中沿B-B线的纵剖面图；
图11是图8中沿C-C线的纵剖面图；
图12是另一个实施方案的反应器的部分切开的斜视图；
图13是图9所示的实施方案的横截面示意图。
实施方案的实施例的详细描述
本发明的装置至少包括一个循环回路，每个循环回路至少包括一个基本构件。当装置包括几个构件或者甚至一个基本构件和其它几个附加构件时，基本构件和附加构件的实施方案优选是相同的。
按照图1-图4，循环回路基本构件的实施方案是一个长方形容器，其具有外壳1(如混凝土外壳)和被一组插入的隔板2分成几个功能区的底部8，所述的功能区同时用于生物活性废水净化过程和流化床过滤器絮凝悬浮分离。
在一个优选的基本构件的实施方案中，相邻的内隔板2构成分离区4，该区形成了流化床过滤器。环流管7流经分离区的一侧而分配管5流经另一侧，分配管5接端面6，端面6将采用流化床过滤的分离区4和分配管5完全封闭。主构件中有两个并排相邻的分离区4，两个分离区之间形成分配管5。分离区4基本上分布于基本构件的纵向全长，并沿纵向与分配管5连通。环流管7位于容器的外隔板2和外壳1之间，并沿其侧面与分离区4分隔开。漂浮污泥捕集器29和收集净化后的水的水槽15位于采用流化床过滤的分离区4的上部。
采用流化床过滤的分离区4在其另一端完全被端面壁6封闭。分配管5与环流管7通过通道26连通。通道26是长方形，其长边是垂直方向(图3)。这种实施方案容易制造而功能也是令人满意的。然而通道26也可以是别的形状，如类似分配管5的截面的形状以期获得最小的水力阻力。
也可以制造一种只包含一个分离区4的基本构件(未示出)。在这种情况下，环流管7是沿着分离区4的一条长边和一条短边形成的，分配管5沿另一条长边形成。将两个这种未示出的基本构件并排放置，就产生了上述的含两个分离区4的基本构件。
漂浮污泥捕集器29(图6，图7)浸入表面下。其包括一个带有头部40(图7)的斜顶。斜顶的底部是水平的，与底部连接或者形成一个独立的单元的头部40是倾斜的，因此其截面逐渐变化。头部40与水平面成一个相对小的角度。捕集器29的较低的一端通过入口38与一个未示出的独立的压缩空气源相接，压缩空气源的压力相对于较小的浸入深度是过高的，因此给捕集器29曝气。在捕集器29的另一端即较高的一端设置一漂浮污泥的出口，其主要部件是气动抽水泵39，该泵最好与入口38同一压缩空气源相接。该泵39也可与另一个单独的压缩空气机连接(未示出)。气动抽水泵的出口可以设在流动通道7，9的任意地方。污泥的排放可以是连续的也可以是间歇的，即压缩空气源，所有的压缩空气源可以是连续的或间歇的，其主要取决于漂浮物的形成速度。本发明例如在分离过程中漂浮污泥不增加的情况下，也可以不设捕集器29。
隔板2在分离区4的上部呈一定角度(图2，3，9，10)。分离区4的下部12与上部相连接，位于下部12的隔板2最好是直而相互平行的。每个分离区4的上部有上开口10，下部12有下开口11。开口10，11通过分配管5与分离区4连通并都位于分离区4的同一侧。上开口10与分离空间4的伸出部相连，这样形成活性混合物进入分离区4的入口。一般来说，上开口10具有比下开口11较小的入口截面积，上开口10产生一个活性混合物从分配管5进入分离区4(图2，3)的额外阻力。上开口10优选形成一个穿过分离区4总长度的槽，最终形成一个间歇槽或独立的、位置一定的槽孔。分离区4的下部12的轴最好是垂直的，但也可以是斜的，以使分离区4的下部12偏离分配管5。下开口11位于分离区4的底部附近，其作为下部12的壁上的开口，其总截面积大于上开口10的总截面积，可以大到两倍。下开口11特别是用于将活性混合物引入分离区4的下部12以调平分离区4和活性区的液面，也用于在操作间断时清除污泥。
在大的城市废水净化装置(其液压不均匀指数最高达1.5)中，进入流化床过滤器的入口14的尺寸至少是分离区表面积的10％。
经分离后浓缩的活性混合物的出口与至少一个含至少一个泵的收集部件相连。按照一个优选的实施方案，收集部件的收集干线13位于分离区的下部12的底部附近，并与收集池35相连，池中至少设置一个泵，优选是离心泵36，该泵也是湍流的动力源，泵36的出口27接折流板28后面的环流管7(从活性混合物流动方向看去)(图1)。折流板28最好全部地(在一优选的实施方案中)或至少部分地把环流管7的起始端封闭。必需的是，出口27和原污泥的入口22与循环回路在分离区4后面的流动方向上连接。这样，原废水入口22与折流板28后面的泵体要么在泵的入口处要么在泵的出口处相连接。原废水入口22最好指向收集池35(图1中未示出)
分配管5通过上开口10与分离区4连接，通过下开口11与收集干线13连通(图1，8)，其中泵体系至少包括一个泵，如一个气动抽水泵(未示出)或多个气动抽水泵(未示出)，如上所述，所说的离心泵36位于收集池35中(图1，8，11)。假如实践上位于收集池35中的是离心泵，则气动抽水泵就不用了，结果气动抽水泵用于收集干线13的支线中，仅仅是为了增加离开出口27、落入容器中的活性混合物中并最终进入收集池35的浓缩的活性混合物的混合效果。气动抽水泵或离心泵36(如果包括在收集池35内)以它的出口27与折流板28后面的环流管7相接(图1)。离心泵36也可以用气动抽水泵代替。这两种泵可以放在收集池35的里面或外面，无论哪种情况，所述的泵都是收集池35出口的一部分，并这样与收集池35连接。
通过环流管7、分配管5、分离区4之间的这种相互连接，并通过收集部件的收集干线13和收集池35借助于出口27与环流管7的后连接，就形成了活性混合物的循环回路，其中活性混合物以活塞式流动。环流管7与分离区4在全线路上完全被隔板2所分隔开。
曝气元件3位于环流管7和分配管5中的底部附近，最好是有不同的间隔以使循环回路的不同部位有不同的曝气强度。按照本发明的优选实施方案，位于原污泥入口区域的曝气元件3之间的间隔比位于循环回路的其它部位的曝气元件3之间的间隔更远一些。
也可以将曝气元件3等距离间隔但在循环回路的不同地方曝气强度不一样，这样本发明的装置可以适应不同的条件。也可使用曝气强度随时间变化的曝气元件。
上述的折流板28在端面壁6’一侧置于环流管7中并与进入分配管5的通道26相邻。所说的折流板28后面有一个原废水入口22和气动抽水泵(未示出)或离心泵36的出口27。环流管7在沿分离区4的纵向上有一窄的通道，其截面由分离区4的形状形成。一般来说，环流管7先向下延伸(图2)，在下半部分，其壁是垂直而且平行的。如果用另一种分离区4。则环流管7的壁则可以是例如有一定角度且平行的，甚至是一定角度而且不平行的。
所述的循环回路基本构件的操作以及具有动态的硝化和反硝化过程的生物活性废水净化的方法如下：
活性混合物在循环回路中以活塞式流动循环并连续地被气动曝气氧化，同时保证了活性污泥的悬浮。所以循环回路中的活性混合物的所有单个颗粒在循环回路中在活性混合物的流动方向上总体上至少以一维向量速度前进。因此，有利的是通过曝气元件3的运转，单个的颗粒也在与循环回路走向垂直的方向上运动而合成一个例如螺旋形运动。为在循环回路中达到高的活性污泥浓度，活性混合物在每一次循环中都要经过流化床过滤，在此期间，净化后的水从混合物中分离出来，而分离则是在分离区4中进行，该分离区实际上覆盖了具有外壳1的容器的整个表面。通过流化床过滤分离出来的净化后的水用收集水槽15排走，净化后的水的量总是少于同期在循环回路中循环的活性混合物的数量。有利的是，净化后的水只从循环的活性混合物中的一部分中通过流化床过滤排出，这样保证能够达到很高的循环强度和很高的反硝化率。按照本发明的实施方案，这一点可通过在收集元件区域借助于靠近分离区4的底部的下开口11把活性混合物从分配管5引出而实现。
循环是这样进行的：原废水进入，把浓缩的活性混合物从流化床过滤器泵回折流板28后面的循环回路，把净化后的水通过收集水槽15出口排出。活性混合物以活塞式流动在循环回路中。原废水混入到循环回路，最好在折流板28后或在收集池35中混入。这样在活性污泥颗粒的表面产生氧缺乏，氧缺乏引起反硝化过程发生。然后，活性混合物因曝气元件3逐渐被曝气氧化，同时活性污泥在流动通道7中循环时保持悬浮状态直到达到硝化过程所需条件，然后活性混合物在分离区4中接受流化床过滤。原废水混入浓缩的活性混合物中，例如在收集池35中通过氮的氧化产生硝酸盐，这样，同时清除有机物质和含氮物质的复杂的废水净化的所有过程在一个循环中都实现了。一般来说，活性混合物是通过曝气直到使活性混合物中溶解氧的浓度达到或超过至少每升混合物有2毫克氧而逐渐得到氧化的。这样就实现了一个生物废水净化的最佳过程，以下将详细描述这个过程。
活性混合物通过上开口10和分离区4的伸出区进入采用流化床过滤的分离区4，并通过入口14从下部12带进分离区4的伸出部，在此进行流动床过滤。通过流化床过滤的分离的效率除其它因素外还取决于入口14的大小。对一个大的城市废水净化装置(其液压不平衡系数很低，最高达1.5)来说，入口14的优选尺寸为至少是分离表面的10％。净化后的水与活性污泥的分离是在分离区4中的流化床过滤器中通过流化床过滤进行的，在那里脱除了活性污泥悬浮物的水通过收集水槽15从净化系统中引出。捕集器29上捕集的漂浮污泥被送进活性区，一般来说从流动通道7，9中任一个通道的任意地方送入。过滤后，浓缩的活性污泥穿过入口14，逆流沉降到下部12，到达设置在下部12底部附近的收集干线13。收集部件的出口27、或者在没有泵的情况下，收集干线13本身与收集池35相连，再将活性混合物用离心泵36从收集池泵出，这个泵也引起强的局部湍流。
由离心泵引起的局部湍流是释放反硝化过程中粘在活性污泥颗粒上的氮气泡所必需的。活性混合物在收集池35中的流动是一种由容器和收集池35之间高度差异引起的重力势差型。如果当地条件需要的话，也可以在收集部件中放一个泵例如气动抽水泵。
下开口11也提供了一个在反应器曝气中断时将活性污泥从分离区4引入分配管5的通道，因而防止了不希望的污泥在下部12中的淤积。下开口11同时保证了在反应器填充或排放污泥期间分离区和活性区中液面的平衡，这样就保证了反应器内部结构无压溶作用。
原废水在环流管7处混入经过流化床过滤浓缩的活性混和物的循环回路中，所说的废水引起了活性混合物中特别是活性污泥颗粒表面的溶解氧浓度的急剧下降，这样就提供了优良的动态反硝化的条件。然而反硝化过程并不要求在整个活性混合物体系无氧，在颗粒表面附近甚至在活性混合物污泥颗粒表面无氧就完全足够了。环流管做成窄的狭管的形状也使得很小的曝气强度就足以保证活性混合物以相当大速度流动时活性污泥能悬浮起来，这也不妨碍活性混合物在反硝化区要求的低的氧含量。
在活塞式流动过程中曝气，活性混合物中的污染物质经氧化而生物降解，活性混合物逐渐达到氧饱和并达到含氮物质硝化的条件，即一般是大于2mg O2/l。溶解氧含量的增加也有利于提高随后的流化床过滤分离活性污泥的效率，因为活性混合物中高的氧含量抑制了流化床过滤时发生反硝化作用，也抑制了活性污泥在分离区4中的漂浮以及防止磷释放进入净化后的水。
循环的活性混合物把在具有充足氧含量的硝化区产生的硝酸盐带入低溶解氧含量的循环回路区。然后硝酸盐在所说的低氧含量区被还原成气态氮，这样就发生了反硝化过程。反硝化过程中粘在活性污泥颗粒上的氮气泡在循环回路中，随着活性混和合物循环在高强度的湍流如离心泵36引起的运动下得到去除。高强度的湍流所需的动力用于把循环的活性混合物与净化过的废水混合可能是非常有益的，其中原废水混入循环的活性混合物中不仅降低了溶解氧的含量，也降低了反硝化过程所需的碳供应。
所述的硝化和反硝化周期性交替进行的活性混合物循环中的废水的动态反硝化效率取决于按照下述表达式的活性混合物的循环强度，
γ[％]＝(1/n＋1)×100其中
γ是以百分率表示的反硝化效率
n是单位时间内流过循环回路一个截面的水量与同
样时间内进入循环回路的原废水量之比
这个比例代表了循环回路的循环强度，例如要达到按照以上表达式所述的75％的硝酸盐还原效率，需要循环量三倍于净化后的废水量。当活性混合物的循环强度处于2倍到6倍于净化后的水量范围时，所述的生物废水净化过程是有效的。该循环强度对高浓度的废水来说也许太高了，因此循环回路中流动的水量可以是加入的原废水的几倍。同时活性混合物从下开口吸入收集部件入口也必需是高效的，这是通过降低阻力即增大上开口10的尺寸来实现的。
生物净化过程的总量取决于净化系统中活性污泥的浓度，活性污泥的浓度又直接取决于分离量。活性混合物在循环回路中循环时要达到要求的反硝化量就需要增加对分离能力的要求。
将流化床过滤完整地插入活性混合物的循环回路中，将整个活性表面充分用于分离保证了活性污泥的高浓度，进而保证了以从废水中除去氮污染为主要目的的硝化过程中所需的低污泥负荷。所述动态硝化和反硝化方法的一个重要的优点在于它能够高效地从废水中除去磷，磷的总减少量可达80％。
按照所述方法，从废水中除去有机物和含氮物质以及高效地除去磷的复杂的生物净化的所有过程都在循环回路的一个循环中完成。实施例1
本实施例是有关本发明方法在一个山区娱乐中心的公共废水净化装置的实施，根据本发明方法的结果记录符合规定。这个废水净化装置具有季节性的水力负荷特点，其水力负荷在冬季和夏季最大，其最大水力负荷为每小时200立方米，而不在这两季其水力负荷为每小时100立方米。这样一个装置的物质负荷也具有明显差异，其在夏季和冬季具有最大值。应季或过季的污染物的平均浓度示于表1。
表1污染种类 应季输入 mg/l 过季 输出 mg/l 输出 mg/l 输入 mg/l BOD5 COD SS 总P N-NH4+ N-NO3 N-NO2 有机N 总N 488.O 951.0 606.0 7.0 36.0 0.17 0.01 22.0 57.0 6.3 28.0 17.0 0.53 3.90 9.50 0.05 2.0 15.5 116.0 269.0 165.0 2.6 8.9 0.3 0.03 8.0 17.2 2.6 15.8 9.0 0.35 0.48 7.0 0.03 1.8 9.3其中
BOD5 活性污泥中每千克挥发性悬浮固体
五天的生物需氧量
COD 化学需氧量
SS 悬浮固体
总P 废水中磷的总含量
有机N 有机氮的含量
总N 总含氮量实施例2
本实施例是有关所述的的生物净化方法用于猪肥料净化。猪的污物是污染非常高的废水例子。其中有机物、氮、磷的浓度超过公共废水中相应物质的浓度。此外，根据本发明方法的结果所提供的文件符合规定。
在入口处，经过机械分离掉粗杂质后的猪肥的各项指标示于表2
表2 含量 mg/l COD BOD5 SS N-NH4+ 总N 总P 24170 7500 9390 1060 1640 1970
根据本发明，采用了可控曝气系统，即在循环回路中根据经控制的曝气时间逐渐改变曝气强度。在出口处净化后的水的各项指标示于表3。
表3 含量 mg/l COD BOD5 SS N-NH4+ 总N 总P 160 20 5 20 30 3
根据图8-11的实施方案是一种标准模式，它是以循环回路中的基本构件为基础，通过在循环回路中的基本构件上增加附加构件来增强反应器容量。
相联的构件数目可以不同，只要它能以标准模式形成一个具有所需要的相应容量的反应器。通过几个相联构件的多种排列，且在它们中间没有其它隔板，得到了一种优选的解决方案，其截面如图9、10。
在本实施方案中，具有外壳1的长方形容器被一组插入的隔板2分成若干功能区，所述的功能区用于废水净化的活性生物学过程，并且用于在循环回路中以与基本构件相同的方式通过一个流化床过滤器分离絮状悬浮物。所不同的是分离区4将活性区分成分配管5及新的入口流动通道9，其中分配管5与单个基本构件等同，而入口流动通道9并不包括在单个基本构件中，它实际是由两个相对的基本构件的环流管7构成。分配管5与入口流动通道9通过端面6在一端封闭，在此完全将分离区4与分配管5隔开，但是，端面6在入口流动通道9的末端被断开，形成通道25，通过通道25使入口流动通道9与环流管7相接(图8)，通道25与基本构件的通道具有相同的形式。在所有实施方案中，流动通道如环流管7和入口流动通道9的纵向一侧完全与相邻区分隔开，特别是与分离区4分开。
流动通道被标示为入口流动通道9和环流管7只是为了排列清楚，因为环流管7是沿容器的外壳排列，活性混合物在进入分配管5之前，先进入口流动通道9，但所指的“流动”对两种通道都是更重要的，因为两者都要使活性混合物呈活塞式流动，从而使活性混合物不能从这些流动通道7，9中流出，并且不会改变其在这些续次连接的通道中的流动体积。
分离区4和入口流动通道9的另一端大部分被端面壁6’封闭。这些端面壁6’也被阻断，并且在阻断处以与上述的基本构件相同的方式形成通道26，其中分配管5通过通道26与环流管7连通。采用流化床过滤的分离区4以与在基本构件中相同的方式与分配管5相接。在循环回路相邻构件之间没有外壳-在本实施方案的反应器中有三个构件-因此，如上所述，通过将两个构件相连而形成了流动通道9。
在图8至11的实施方案中垂直于相邻构件的构件被改动。与图1至图5所示的单个基本构件不同，这种改动的基本构件在端面壁6’没有形成通道26，因此分配管5在两端均被封闭。所以，这个改动的基本构件(图8)的分配管5没有与改动的基本构件的环流管7连通。此外，分离区4在被分成两部分，它们中间为收集池35，因此采用了两块折流板28。
改动的基本构件由隔墙34与相邻构件组分开，由此形成通道41，如图8箭头所指。通道41总是将改动的基本构件的环流管7与相邻构件的入口流动通道9的始端连通。相邻构件的环流管7通过相互连结30，如通过管子，与改动的基本构件的分配管5相接(图8)。收集干线13的出口27与收集池35相连。在相邻构件与垂直的改动的基本构件之间形成的其它的改动的连接亦属本发明的范围。
图8-11所示的反应器的功能与上述的循环回路基本构件的功能基本相同。原废水流入收集池35，在此废水与浓缩的活性混合物混合，并排入收集池35与隔墙34之间的区域，再流向改动的基本构件的环流管7(图8下部)，然后，通过环流管7向两侧流到隔墙34，并且通过隔墙34中通道41进入相邻构件的入口流动通道9(图8)，由此进入环流管7(如图8上部所示)。活性混合物进一步沿容器两旁的环流管7流出，它再沿着改动的基本构件穿过环流管7向前，通过通道26进入相连构件的分配管5，通过例如由管子形成的相互连结30进入基本构件的分配管5。由分配管5来的活性混合物进入上述的分离区4，从分离区4来的浓缩的活性混合物由收集部件，特别是由收集干线13和出口27，进入收集池35。
根据本发明的另一种装置(未示出)具有一个循环容器，其中的流动通道9和7，分配管5和分离区4的排列与图8所示的实施方案相似，不同的是分离区4的长度、环流管7的形状都与容器的形状相适应。这种实施方案更适于公共循环沉淀池的改建，例如，现有的传统的城市废水净化装置的改建，以提高它们处理的质量和数量。通过改建至今还在使用的城市废水净化装置中的循环沉淀池，就可保持原来的收集渠道(未示出)并用它与反应容器的特定地方相接以便进行操作控制。
同时，这种反应器的功能与前述实施方案中的反应器的功能基本相同，特别是与图8-11所示的反应器的功能相同。
本发明另一种装置示于图12和13。
具有外壳1的长方形容器通过嵌入的隔板2和端面壁6和6’产生两个纵向的向上方伸展的分离区4。隔板2优选在它们的下部与容器的底部相接，隔板2的上部与一未示出的支承结相接。分离区4在容器的隔板2和端面壁6、6’之间形成分配管5，分配管5是活性区的一部分。分离区4的端面壁6与外壳1相接由此产生隔墙28，这与前述隔开环流管7的隔墙相似。另一端面壁6’不仅封闭分离区4，而且它还将分配管5与环流管7分开。环流管7是一个通流通道，它只和分配管5相连。
在另一端面壁6，有一个进入分配管5的入口24，分离区4沿其全长与分配管5相连，由此，它还通过唯一通道19与活性区相连。通道19位于容器底部在隔板2的至少一个断开处(图13)。通道19沿其长度上可以不断开也可在分离区4的隔板2上开一系列开口。
隔板2的截面形状优选为拱形结构(图2)，其同时向上扩展形成棱柱状分离区4采用流化床过滤。同时，隔板2在底部分开，它们中间是设置在底部的带孔的收集管道13，它与泵体25相接。隔板2可由光滑材料或平板材料构成，有利的是由上到下直接成型，以保证隔板2表面形成棱。
在通道19区域，至少有一个导流板20(flow rectifier)从活性区一侧，即从分配管5一侧加到隔板2上。它决定了活性混合物流体从分离区4分离至分配管5。有利的是，导流板20和隔板2相接，方向垂直并沿隔板2的整个长度延伸。可以沿着隔板2的长度设置若干个互相连接的导流板20。导流板20设在隔板2的下部，其底边位于隔板2的底边之上，它最多能到达隔板2的底边，然而，它们也可以彼此分离。当使用导流板20时，它限制了湍流从活性区向分离区的转移。在隔板2侧面的或在光滑的分离壁，其效率能达到很高。此处，仅给出了与导流板20相接的隔板2的纵断面，且导流板20贴附于隔板2的纵断面的弯拱部，并且在整个接触区域中与隔板贴合不是很紧。这样，在导流板20和隔板2之间的一小部分活性混合物到达通道19区域，它增加了对从活性区的分配管5来的湍流的转移的限制。
泵体41由泵和活动泵轮组成，收集管道13与泵相连并位于容器的底部，活动泵轮通过轴与潜水电机相连，该电机优选为可逆式。泵体41的转动部件安装在反应器液面之上，在操作时有抽出去的可能。
来自于其它分离区4的收集管道与泵体41相接，因此泵体成为共同通道。如果分离区4较长，则泵体41优选设在分配管5长度的中部，在这种情况下，从两个相邻的分离区4有4个收集管道13与泵体相接，总是每边两个。对较长的反应器，有可能设置若干个头尾相接的泵体，以便缩短收集管道13的长度至12米，这是最佳的收集管道长度。
泵体41的动力单元为电机42，在一未示出的支承体结构上安装了一台提升装置(未示出)。泵体41的可逆电机42和活动泵轮平滑地设置在导轨上，导轨与容器底部垂直。由于有了提升装置，甚至不必排空容器即可拉出在这些(未示出)的导轨上的浸没的泵体41的可逆电机42及活动泵轮。泵体41及其动力单元可被改成可双向移动的，以便推动在收集管道13中的活性混合物的双向流动。
在分配管5的起始端，即活性区的起始端，安装了一个用于混合活性混合物和原废水的混合器46。泵体41的出口43与位于环流管7始端的隔墙28后部的混合器46相连，原废水入口22也与该混合器相通。
环流管7、分配管5、分离区4、由收集管道13和泵体41组成的收集系统之间的相互内部连接形成了一个内部循环回路。从上述的结果可知，收集管系13也作为一个再循环管系，因为通过它活性混合物可流回循环回路。
环流管7和分配管5都具有一个由带孔的橡皮曝气软管47组成的曝气部件，它连在压缩空气的公共分配系统44上，橡皮曝气软管47上的开口(未示出)优选较小，便于在曝气时产生均匀的气泡。每条曝气软管47都有一个独立的阀45或一个未示出的用于调节曝气强度的调节阀，通过安在环流管7上和分配管5不同位置的不同数量的曝气软管47，就可根据净化过程的需要来控制曝气强度。另一种依赖时间的曝气强度的调节可由安装一个具有变速转动的鼓风机或安装多个鼓风机来获得，并可因曝气需要而开动它们来获得，曝气软管47在活性区里的优选设置是将其分成两支，每支包含多个曝气软管47，这些分支被设置在环流管7断面的两侧，通常靠近容器的底部。
分离区4的上部装有溢流管15，用于排走流化床过滤后的净水。
图12、13所描述的方法与前面所描述的方法的工作情况类似。
其主题是一个的反应器，它用于生物废水的净化，其中通过流化床过滤分离悬浮活性污泥的分离区4被嵌入到活性区里，由分离区4的插入产生一个管道系统，所述的管道系统按上述的方式逐次互相连接。
原废水通过入口通道进入混合器46，该混合器46位于环流管7的起始端，以流动方向看位于隔墙28的后面，泵体41也将分离区4来的再循环活性混合物带入混合器46。在混合器46中，原废水与再循环活性混合物充分混合，原废水中的有机物质加入到活性混合物中引起溶解氧含量的降低，因此在环流管7的起始端产生反硝化作用所需的缺氧条件。
在这活性区的缺氧部分通过很低的曝气强度保持活性污泥处于悬浮状态，很低的曝气强度就能使悬浮物保持较好的悬浮状态，但并不搅乱反硝化作用过程所需的缺氧条件。因此，在环流管7的这一部分曝气软管47数目减少。为了改进悬浮状况，可以在环流管7的这部分装置一个未示出的机械混合动力源，它可使这一部分的活性区完全省去曝气。
反硝化过程的进行可通过用探针(未示出)测试活性混合物参数来监查，这一过程给鼓风机动力单元带来脉冲，这样，它们的转动速度及空气的供给量被改变，随着曝气强度的降低，环流管7中反硝化区向外扩展，由此反硝化作用的程度增加。这一过程可以完全实行自动控制。
在呈活塞式流动的活性混合物通过环流管7期间，溶解氧的含量逐渐增加，这是由于曝气的强度不断提高以及可生物降解的物质的含量下降所致。在这种情况下产生一个需氧菌活性生物降解有机物质过程及氨和有机氮的硝化作用所需的氧环境。如果曝气软管47分两支安放在环流管7横截面的两端，就可能通过阀45或未示出的调节器将空气带入一个分支，然后再进入另一分支。例如将空气带入左边分支则活性混合物横向循环运动。阻止空气进入左分支，而使空气从右分支进入，则空气和活性混合物开始逆向流动。活性混合物由于惯性继续保持一定时间的横向循环运动，当其运动在流动空气的作用下停止，它便开始进行相反的运动，这些操作循环可通过调节定期反复。这样，空气在活性混合物中保持的时间延长，由此转化到活性混合物中的氧增加。空气和活性混合物逆向流动的另一个结果是使活性污泥更有效地悬浮。
在进气到分离区4之前，分配管5的曝气强度可以调节，以使到达分离区4的流化床过滤层的溶解氧的含量能充分保证在整个分离过程中的氧化条件。
活性混合物在流化床过滤期间在分离区中的时间较短，这是由于发生分离的体积较小，而这种短时间有助于达到流化床过滤分离期间最适宜的氧条件。这是分离区4的棱柱形状及流化床过滤器的高过滤速度的结果。
所述的在循环回路中利用有氧及无氧条件的交替变化进行活性生物废水的净化引起在活性污泥中来自废水中的磷的积累。在过量的污泥在分离区进行后续的分离时，严格的有氧条件阻止了累积的磷回到净水中。这样就可获得一个高效的生物净化方法，该方法甚至可除去废水中的磷。净化后的水通过流化床过滤器流至排放管15而被取出。
如所述的那样，分离区4只通过一个通道19与分配管5连通，在通道19处设置一个或几个导流板20。这个使活性混合物进入分离区4的简单办法是通过使活性混和物在循环回路中高强度地再循环，同时以收集管13从分离区4的底部放掉活性混合物而得以实现的。活性混和物在循环回路中的循环强度同时影响按第一种方法中提到的公式计算的反硝化过程的效率。
流化床过滤过程中，分离区4中分离的活性污泥从分离区4的底部抽掉，与来自活性区分配管5(即来自活性过程的)的循环的活性混和物汇合。分离区4的下半部中的流体高强度的流动即活性混合物的再循环阻止了源于曝气的分配管5的紊流向分离区4的传递。以这种办法保证了分离区4中流化床过滤器的稳定性和高的分离效率。
将活性区和分离区之间的连接限定到只有一个位于容器底部的通道19，极大地简化了分离区4的结构，这使得在建造分离区4时可以使用自承载壳结构，其中分离区仅由两个元件即两个分离壁3组成。这两个壁直接在容器底部连接，其上端与一个未示出的支撑结构相连。
多个收集管13连接一个甚至多个泵体41而形成的系统保证了用于大容量废水净化装置的收集管13长度的优化，同时其分离区的长度也能最高达到几百米。
泵体的可逆运转用于以反水流来净化收集管。
工业应用性
本发明的方法和装置既适用于新的废水净化装置的建造，也适合于现有的旧废水净化装置(其活性池和沉降池是分开的)的改建，特别适合于大容量废水净化装置的建造。
本发明可用于对所说的现有的废水净化装置进行相对简单的改建，使得废水处理能力得到大幅度提高，也就是说增大其废水处理容量，提高净化效率包括清除磷和氮的效率。
部件清单：1 外壳2 隔板3 曝气元件4 分离区5 分配管56 端面6’端面壁7 环流管8 底部9 入口流动通道10 上部开口11 下部开口12 分离区的下部13 收集部件的收集干线14 入口开口15 收集水槽22 原水进入口25 通道26 通道27 出口28 折流板29 捕集器30 相互连接34 隔墙35 收集池-排水槽36 离心泵38 入口39 气动抽水泵40 头部41 通道42 电机43 出口44 分配系统45 阀门46 混合器47 曝气软管