專利名稱：通過添加大分子碳水化合物而生物處理水的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于生物處理水的方法以及水處理劑，其計量加入到生物處理水的裝置中，以達到減少產(chǎn)生殘留物質(zhì)的量的目的。
背景技術(shù)：
生物方法不僅用于家庭用水的處理，而且用于工業(yè)用水的處理。在生物轉(zhuǎn)變已溶解的和未溶解的內(nèi)容物時，新形成的微生物與水中含有的生物難分解的固體物質(zhì)分離，隨后從處理裝置中去除。這種殘留物質(zhì)根據(jù)所含有的有害物質(zhì)及其濃度而用于農(nóng)業(yè)中或用于重新耕種中。此外，熱處理和儲藏以及用特殊方法的利用/清除是實用的。農(nóng)業(yè)上的利用可以直接地或者在預處理之后進行。大部分的清除方式/利用方式需要對殘留物質(zhì)進行預處理。這通常由下列方法步驟構(gòu)成發(fā)酵、濃縮和用空氣調(diào)節(jié)裝置脫水，這樣固體物質(zhì)的濃度達到20-40％。為了進一步降低水含量，可采用干燥的方法。這樣減少儲存所需要的空間地方，并且使得經(jīng)干燥的殘留物質(zhì)在熱裝置中用作燃料成為可能。隨著水含量進一步減少，成本非常強烈地隨之增加。對于殘留物質(zhì)的清除/利用的具體成本在每噸干燥物質(zhì)400至1500DM之間波動(Geissen，S.-U.，A.Vogelpohl，GVC-Symposium Abfall-Wirtschft Herausforderung und Chancen 17-19.10.94，Wuerzburg)，并且將來還將進一步增加。出于這個原因，盡可能地減少所產(chǎn)生的殘留物質(zhì)的量將是特別有意義的。
在EP 0 659 695中描述了一個工藝過程，在該工藝過程中泥漿用生物可分解的表面活性劑處理，這應導致微生物的溶解和導致50％的干燥物質(zhì)的減少。每千克干燥物質(zhì)必須加入最高至200mg的表面活性劑。該方法迄今為止尚未被實際應用。
在DE 195 42 146中描述了一種方法，其中殘留物質(zhì)的產(chǎn)生應比用傳統(tǒng)方法少。其目的是通過一部分循環(huán)泥漿的分流和它們的通風而實現(xiàn)的。該減少作用是通過穩(wěn)定活性污泥從而相應地提高泥漿的存在時間來達到的，即、活性污泥在裝置中的停留時間。對于這種方法，必需要附加的貯槽容積和更高的氧氣需求。
US 4,749,494描述了一種用于處理廢水的方法，其由活性污泥貯槽、穩(wěn)定貯槽和超滲濾膜構(gòu)成。經(jīng)凈化的水作為濾液流出，濃縮物輸送回到穩(wěn)定階段。從穩(wěn)定階段輸送回到活性污泥貯槽，從而在此調(diào)節(jié)到足夠的活性污泥濃度。膜過濾的使用能夠形成非常高的活性污泥濃度，從而使較小的活性污泥負荷成為可能，這樣就減少了殘留物質(zhì)的生成。然而膜過濾的成本是非常高的。另外，由于高的活性污泥濃度和活性污泥的進一步的礦物化，造成對氧氣需求的附加成本。
在文獻資料中也指出了通過采用膜過濾而減少泥漿負荷，從而減少與之相關的殘留物的生成(Staab K.F.，Wasser Abwasser Praxis(1997)4，pp.44-49)。進一步的減少可通過氧氣分壓的提高而達到，然而必須向裝置輸入氧氣(Abbassi B.，S.Dullstein，N.Raebiger，Water Research 34(2000)1，pp.139-146)或增大工作壓力(Staab K.F.，Wasser Abwasser Praxis(1997)4，pp.44-49)。二種方式都對進一步的礦物化起作用并顯著地提高成本。
在一篇綜述文章中(Korrespondenz Abwasser 37(1990)7，pp.793-799)，細菌、酶、維生素和藻類制劑作為在廢水凈化中的添加物質(zhì)而被深入地研究。沒有描述有導致減少殘留物質(zhì)生成的作用。Hoffmann H.和J.Traeckner(Korrespondenz Abwasser 44(1997)12，pp.2205-2212)已經(jīng)試驗了連續(xù)地加入細菌以在減少殘留物質(zhì)的同時分解高分子烴化合物。不能確定作用的有效性。
此外已知一種基于表面活性劑的用于減少殘留物質(zhì)生成的產(chǎn)品，它的作用方式類似于在EP 0 659 695中所描述的表面活性劑的作用方式(Schmitz，H.J.，WLB(1999)11-12，pp.41-42；Schmitz，H.J.，WLB(2000)6，pp.37-38)。除了還沒有清楚地得到證實的作用外，其成本也是高的。
Rulkens，W.H.，J.H.Rensink，H.F.van der Roest(WQI(1998)Sept/Oct.，pp.25-27)和Lee，N.M.，T.Welander，Reducing(Water Research 30(1996)8，pp.1781-1790)描述了這種可能性，即、通過更高的生物而減少殘留物質(zhì)的生成。這優(yōu)選利用單種細菌，其在水處理中只有通過方法技術(shù)的改變才以足夠量存在。因為這種改變需要非常高的成本，更高的生物對改變了的環(huán)境條件反應非常敏感而且必須顯著提高氧氣的用量，所以這種方法實際上還沒有被實際應用。
Schaedlich E.(WLB(1998)11-12，pp.30-31)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過加入類似療法量的磷可提高生物磷酸鹽的去除。從而可以不用加入用于去除磷酸鹽的沉淀化學試劑。因為沉淀泥漿只是總殘留物質(zhì)量的一少部分，所以在采用一種技術(shù)時所產(chǎn)生的作用是非常有限的。
一種用于減少殘留物生成的微生物方法是通過加入化學試劑如三氯苯酚、氯硝基苯酚、對硝基苯酚而分開組成代謝(生物物質(zhì)構(gòu)成)和分解代謝(基體分解)(Strand，S.E.，G.H.Harem，H.D.Stensel，WaterEnvironment Research 71(1999)4，pp.454-458，以及Low，E.W.，H.A.Chase M.G.Milner，T.P.Curtis，Water Research 34(2000)12，pp.3201-3212)。結(jié)果顯示減少了殘留物質(zhì)的生成，但是由于這些物質(zhì)的毒性和對環(huán)境的有害作用，采用一種技術(shù)是不可能的。
對于上述的用于減少殘留物質(zhì)生成的可能性的綜述可在Low，E.W.，H.A.Chase，Water Research 33(1999)5，pp.1119-1132中找到。
所有已描述的方法都有更高氧氣需求/能量需求的問題，只有酶是例外，其減少在水中含有的固體物質(zhì)，而該固體物質(zhì)構(gòu)成總殘留物質(zhì)的一大部分。
因此，本發(fā)明的目的在于經(jīng)濟地和環(huán)保地減少在生物處理水的裝置中生成的殘留物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
該目的是通過用于水處理的方法而解決的，該方法的特征在于，大分子碳水合物以0.04-600mg/kg BSB5，zu、優(yōu)選0.4-600mg/kg BSB5，zu、特別優(yōu)選4-200mg/kg BSB5，zu(在5天中的生物氧氣的需求)的量，或每天0.0014-14mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)、優(yōu)選每天0.014-14mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)、特別優(yōu)選每天0.14-5mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)的量，在生物水處理裝置中在處理前或處理過程中加入到水中，生物水處理裝置例如根據(jù)流過法、活性污泥法、滲濾器法、固定床法、過濾器法、或流態(tài)床法工作。
在根據(jù)本發(fā)明的實施方案中，該方法的特征在于，大分子碳水合物和維生素以0.04-600mg大分子碳水合物/kg BSB5，zu加0.00046-6.9mg維生素/kg BSB5，zu、優(yōu)選0.4-600mg大分子碳水合物/kg BSB5，zu加0.0046-6.9mg維生素/kg BSB5，zu、特別優(yōu)選4-200mg大分子碳水合物/kg BSB5，zu加0.00046-2.3mg維生素/kg BSB5，zu的量，或每天0.0014-14mg大分子碳水合物/kg活性污泥干燥物質(zhì)加每天0.000016-0.16mg維生素/kg活性污泥干燥物質(zhì)、優(yōu)選每天0.014-14mg大分子碳水合物/kg活性污泥干燥物質(zhì)加每天0.00016-0.16mg維生素/kg活性污泥干燥物質(zhì)、特別優(yōu)選每天0.14-5mg大分子碳水合物/kg活性污泥干燥物質(zhì)加每天0.0016-0.06mg維生素/kg活性污泥干燥物質(zhì)的量，加入到要處理的水中或裝置中。
此外，本發(fā)明還涉及水處理劑，其含有固體、液體、溶解或分散體形式的，優(yōu)選水溶液或分散體形式的大分子碳水合物或大分子碳水合物和維生素。
本發(fā)明還涉及水處理劑在水處理裝置中用于水處理的應用。對于水處理裝置理解為所有可用于實施生物處理水的裝置。在此特別指的是廢水凈化裝置和廢水處理裝置。
優(yōu)選藻酸鈉可用作大分子碳水合物。優(yōu)選地，所用藻酸鈉例如是從Braunalge“Macrocystis pyrifera”獲得的并具有在40000-120000之間、特別優(yōu)選在80000-120000之間的分子量Mw。這種優(yōu)選應用的藻酸鹽是具有甘露糖醛酸酯和古洛糖醛酸酯的線性聚合物。甘露糖醛酸與古洛糖醛酸的比例例如是約60∶40。
然而其他的藻酸鈉以及其他的大分子碳水合物也是適合的，如淀粉、葡聚糖、角叉菜聚糖、果膠、阿拉伯樹膠、瓊脂、黃原膠和這些物質(zhì)的衍生物，優(yōu)選具有相應的超過Mw＝40000的分子量，特別優(yōu)選為超過200000的分子量。上述物質(zhì)可以作為單獨的物質(zhì)使用或作為二種或更多種這些物質(zhì)的混合物使用。
生物素、鹽酸硫胺素、維生素B6鹽酸鹽、氨基苯甲酸或這些物質(zhì)的混合物優(yōu)選用作維生素。
此外，除了上述物質(zhì)外還可附加地將電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸的鹽類、低分子的氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物加入到要處理的水中。
在此作為電解質(zhì)鹽類可優(yōu)選使用元素周期表中的第1主族的無機金屬鹽類，特別是鹽酸鹽，作為低分子的氨基羧酸可優(yōu)選使用甘氨酸，作為有機酸的鹽類可優(yōu)選使用二水合檸檬酸三鈉，作為多元醇可優(yōu)選使用山梨醇-甘露糖醇混合物，作為大分子肽可優(yōu)選使用牛血清白蛋白，而作為芳香物質(zhì)可優(yōu)選使用菠蘿香料，或采用這些物質(zhì)的混合物。
上述物質(zhì)或物質(zhì)混合物可以固體、液體、溶解或分散體形式使用，優(yōu)選為水溶液或分散體的形式。
此等優(yōu)選應用的溶液或分散體可例如含有1-100g/l、優(yōu)選5-30g/l的上述大分子碳水合物。
因此，例如有可能的是采用含有除了上述大分子碳水合物外還含有0.002-20g/l、優(yōu)選0.02-2g/l維生素的溶液或分散體。
此外還有可能的是，除了大分子碳水合物和維生素外，采用還含有濃度為0.1-500g/l、優(yōu)選1-50g/l電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸的鹽類、低分子的氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物的溶液或分散體。
通過采用具有上述濃度和組成的所述物質(zhì)，可達到減少在生物處理水裝置中殘留物質(zhì)的生成，考慮到在所要處理的水的體積中所用的水處理劑的較少濃度，這是令人驚奇的。
通過計量加入根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)，在生物裝置中的殘留物質(zhì)的生成可減少至少20％和直至80％，而沒有其他實際的、經(jīng)濟的或與環(huán)境相關的缺點。
錳離子可對根據(jù)本發(fā)明的作用效應產(chǎn)生不利的影響，所以應避免特別高濃度的錳。
當泥漿在整個裝置(活化和最后沉淀)中的停留時間是足夠長時，減少殘留物質(zhì)生成的作用將特別好。以所有的干燥物質(zhì)物料計，優(yōu)選的是停留時間為30-300天，優(yōu)選多于100天。在工作運轉(zhuǎn)過程中，優(yōu)選不應有泥漿被抽取，以達到理論上無終端的停留時間以及因而活性污泥更快的通過。優(yōu)選在約2-8周后可以特別好地減少殘留物質(zhì)的生成，并且可再次連續(xù)地或不連續(xù)地抽取泥漿，而停留時間沒有減少到預先給定值以下。泥漿停留時間的延長可通過提高活化中的干燥物質(zhì)的濃度、增大在沉降中泥漿堆的高度或采用分開的容器/貯槽而實現(xiàn)，所述分開的容器/貯槽安裝在泥漿的循環(huán)回路中。容器/貯槽的安裝作為對于裝置的進一步的措施也是可能的，在裝置中二種最先提到的方案由于較小的構(gòu)造容積是不可實施的。這當然也適合于裝置的新構(gòu)造結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
物質(zhì)的作用根據(jù)下面的采用根據(jù)表1的藻酸鈉和水處理劑的實施例清楚地得到解釋。
表1用于水處理劑的組分的例子

所有物質(zhì)都溶于水在表1中給出的水性混合物優(yōu)選用水稀釋(1∶2至1∶10)后計量加入到裝置中。
在以下實施例中給出的計量量涉及到在表中所給出的混合物而不是其他所描述的物質(zhì)。
試驗裝置在

圖1中所示的活性污泥裝置由廢水貯槽1、200升的氣化反應器2以及沉降貯槽3構(gòu)成，在沉降貯槽中活性污泥被分離。經(jīng)分離的活性污泥用泵輸送回到反應器2中。一小部分作為殘留物質(zhì)4抽取出。因為所生成的殘留物質(zhì)的量主要取決于已經(jīng)分解的物料，所以所生成的殘留物質(zhì)的量與這些物料有聯(lián)系。圖2示出了在恒定的方法技術(shù)調(diào)節(jié)下對于不同的藻酸鈉計量量下裝置的單位殘留物質(zhì)生成隨時間的變化。沒有添加物時單位殘留物質(zhì)的量測定為0.1干燥物質(zhì)/kg經(jīng)去除的BSB5(在5天中生物的氧氣需求)的量。在計量量開始為30mg/kg BSB5，zu(向裝置中加入的BSB5)后的四周，可確定一個恒定的和幾乎60％的殘留物質(zhì)生成的減少。通過進一步提高計量量到40mg/kg BSB5，減少作用可提高到70％以上。在五周后計量量調(diào)節(jié)到50mg/kg BSB5，zu，然而不再對減少殘留物質(zhì)的生成起作用。如圖2所示，在37周的試驗時間內(nèi)可清楚地證實在可重復的條件下物質(zhì)混合物的作用。
生物處理裝置1在根據(jù)圖3的生物處理裝置中處理約8000居民數(shù)(1居民數(shù)＝60gBSB5/d)的物料。在通過格篩2和沙阱3后，廢水1被輸送到聯(lián)合貯槽4中，在此進行間歇的硝化/去硝化。隨后進行活性污泥的分離和輸送回到聯(lián)合貯槽4中。因為殘留物質(zhì)用于農(nóng)業(yè)和必須進行相應的證實，所以所產(chǎn)生的量的準確確定是可能。
在表2中清楚獲知，通過計量加入物質(zhì)混合物，達到了殘留物生成的顯著減少。沒有加入時將產(chǎn)生每年100噸干燥物質(zhì)，這相當于單位生成產(chǎn)物為0.6kg干燥物質(zhì)/kg經(jīng)分解的BSB5，并且也是從其他裝置已知的。通過加入物質(zhì)混合物，殘留物質(zhì)的生成可以減少到每年41噸或0.25kg/kg經(jīng)分解的BSB5。以這個結(jié)果，記錄了物質(zhì)混合物在4年時間中的作用方式，這樣也考慮到了長期的天氣情況的影響。
表2生物處理裝置1的殘留物質(zhì)生成

生物處理裝置2生物處理裝置2(圖4)具有約40000居民數(shù)(EW)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸而且是為了最徹底的硝化和去硝化而設計的。所要處理的水1在機械預處理2后，在其到達生物階段之前，在預沉淀池3中將顆粒物質(zhì)凈化去除。其由預先設置的去硝化4、硝化5和沉降階段6構(gòu)成。在圖5中示出了單位殘留物質(zhì)生成隨試驗時間的變化。根據(jù)表1的水處理劑的計量量在1.0-2.0ml/kg BSB5，zu之間變動。試驗開始后三周在計量量為1.0ml/kg BSB5，zu時測得有20％的減少，而隨后三周的結(jié)果是恒定的。計量量提高到1.5ml/kg BSB5，zu顯示出在一周內(nèi)殘留物質(zhì)的生成有50％的強烈減少，該結(jié)果在隨后的三周中也保持恒定。將計量量再次提高到2.0ml/kg BSB5，zu時，減少量提高了5％，達到55％，并且保持恒定至試驗時間的終止。在14周的時間內(nèi)可以清楚地證明物質(zhì)混合物的作用方式和計量量對大規(guī)模工藝裝置的影響。
表3計量量mg/kg BSB5，zumg/kg TS每天大分子碳水合物維生素 大分子碳水合物維生素

權(quán)利要求
1.一種用于生物處理水的方法，其特征在于，大分子碳水合物以0.04-600mg/kg BSB5，zu或每天0.0014-14mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)，優(yōu)選為0.4-600mg/kg BSB5，zu或每天0.014-14mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)的量在生物處理水裝置中在處理之前或處理過程中加入到水中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，大分子碳水合物和維生素以0.04-600mg大分子碳水合物/kg BSB5，zu加0.00046-6.9mg維生素/kg BSB5，zu或每天0.0014-14mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)加每天0.000016-0.16mg維生素/kg活性污泥干燥物質(zhì)的量，優(yōu)選4-200mg/kgBSB5，zu加0.046-2.3mg維生素/kg BSB5，zu或每天0.14-5mg/kg活性污泥干燥物質(zhì)加每天0.0016-0.06mg維生素/kg活性污泥干燥物質(zhì)的量，加入到要處理的水中或裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，使用藻酸鈉作為大分子碳水合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3之一的方法，其特征在于，使用生物素、鹽酸硫胺素、維生素B6鹽酸鹽、氨基苯甲酸或這些物質(zhì)的混合物作為維生素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4之一的方法，其特征在于，使用附加的電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸鹽類、低分子的氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，使用無機金屬鹽類、優(yōu)選氯化物用作為電解質(zhì)鹽類，甘氨酸作為低分子的氨基羧酸，二水合檸檬酸三鈉作為有機酸的鹽類，山梨醇-甘露糖醇混合物作為多元醇，牛血清白蛋白作為大分子肽，而菠蘿香料作為芳香物質(zhì)，或采用這些物質(zhì)的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6之一的方法，其特征在于，這些物質(zhì)或物質(zhì)混合物以固體、液體、溶解或分散體的形式使用，優(yōu)選為水溶液或分散體的形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，使用含有1-100g/l、優(yōu)選5-30g/l的大分子碳水合物的溶液或分散體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，使用含有0.002-20g/l、優(yōu)選0.02-2g/l的維生素的溶液或分散體。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9之一的方法，其特征在于，使用含有濃度為0.1-500g/l、優(yōu)選1-50g/l的電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸鹽類、低分子的氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物的溶液或分散體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法，其特征在于，泥漿停留時間設定為30-300天，優(yōu)選超過100天。
12.一種水處理劑，其含有固體、液體、溶解或分散體形式，優(yōu)選為水溶液或分散體形式的大分子碳水合物或維生素和大分子碳水合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的水處理劑，其特征在于含有作為大分子碳水合物的藻酸鈉。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13之一的水處理劑，其特征在于含有作為維生素的生物素、鹽酸硫胺素、維生素B6鹽酸鹽、氨基苯甲酸或這些物質(zhì)的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14之一的水處理劑，其特征在于含有附加的添加劑如電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸的鹽類、低分子氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15之一的水處理劑，其特征在于含有作為電解質(zhì)鹽類的無機金屬鹽類、優(yōu)選為鹽酸鹽，作為低分子氨基羧酸的甘氨酸，作為有機酸鹽類的二水合檸檬酸三鈉，作為多元醇的山梨醇-甘露糖醇混合物，作為大分子肽的牛血清白蛋白和作為芳香物質(zhì)的菠蘿香料或這些物質(zhì)的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16之一的水處理劑，其特征在于，溶液或分散體含有1-100g/l、優(yōu)選5-30g/l的大分子碳水合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17之一的水處理劑，其特征在于，溶液或分散體含有0.002-20g/l、優(yōu)選0.02-2g/l的維生素。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-18之一的水處理劑，其特征在于，溶液或分散體含有濃度為0.1-500g/l、優(yōu)選1-50g/l的電解質(zhì)鹽類、多元醇、有機酸鹽類、低分子氨基羧酸、大分子肽和芳香物質(zhì)或這些物質(zhì)的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生物處理水的方法，其中大分子碳水合物被加入到所要處理的水中，優(yōu)選地還一起加入維生素和其他的添加劑，在加入少量的大分子碳水合物，例如0.4－600mg/kg BSB
文檔編號C02F3/00GK1615277SQ02827093
公開日2005年5月11日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者瑪麗亞·科特薩里杜, 阿爾方斯·福格爾波爾, 哈桑·哈穆達 申請人:泰克諾孔有限公司