專利名稱：油料籽和谷物加工廢水的處理方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及油料籽和谷物加工廢水、尤其是橄欖油生產的廢水(OMW-橄欖油碾磨廢水)的處理方法和設備，在考慮經濟因素的同時，它還能保障污染環境的廢水內容物的進一步減少。
油料籽和谷物加工的廢水、例如菜籽油-、葵花油-或橄欖油碾磨的廢水，其特征是具有很高的有機物含量。這些廢水的一個特殊特征是具有非常高的懸浮成分，是通過粉碎、接著壓榨或離心等制備過程所產生的。油料籽產于收獲季節，OMW產生于十一月和三月之間。它們可能含有毒性成分，從而增加生物處理的難度。
油料籽廢水處理的技術以前主要應用于農村和工業不發達地區。因此會提出一些經濟上的要求。
文獻中介紹了有關OMW處理的方法技術和設備的解決辦法，其依據為物理學、化學、生物化學和生物學方法、或其綜合方法。
EP 0441103 A1中說明了采用需氧氧化、然后進行冷卻和然后用粗粒沙或活性炭過濾等方法處理OMW。
在EP 0295722 A1中，將OMW在一個塔內的不飽和空氣中進行逆流噴霧，并且將由此所產生的濃縮物進行干燥。根據引述，隨著油料生產技術的一般性改變，使廢水量增加以及OMW干品物質含量相應地減少，這些都降低了該方法的經濟效率。
EP 0520239 A1說明的是在OMW中添加氧化劑，任選與酶相結合。
在WO 96/05145中，每立方米OMW中混合加入300升天然膨潤土，由此產生一種固態底物。
在WO 95/32158中，將有機廢料進行厭氧處理。之前先將廢料進行機械加工和熱處理。去除附帶產生的淤泥。將預處理過的廢料輸送至一個加熱的漏斗狀容器中。將所形成的液態廢料倒出容器，與水混合后重新裝入容器內。排出所產生的沼氣。這種一步法厭氧方法涉及固態有機廢料的處理。
DE 19703018 A1說明了淤泥的厭氧發酵方法。其中主要注意力放在各個厭氧發酵步驟之前、之間和之后所進行的淤泥的物理-化學性反絮凝作用上，目的是使發酵過程更加有效。該方法力求通過溶解過程達到最佳的淤泥發酵，而不是通過相分離作用和去除固態物質以減少廢水內容物。
WO 97/47561中說明了也是由油料生產而來的高污染和/或毒性廢水的處理方法。除了規定的許多物理學和化學處理步驟以外，還在一種或多種需氧、缺氧反應器中，在輸入氧和添加細菌的條件下，以至少部分循環進行的方式進行了生物處理過程。該方法的特征是許多的方法步驟以及添加氧，估計能量耗費很大，并且根據應用情況的不同估計是不經濟的。
AVENI[水研究，第19卷(1985年)，第5期，第667、669頁]的研究報告致力于用傳統的污泥干燥床反應器一步法厭氧處理OMW。
在EP 0711732 A2中說明了用于厭氧廢水凈化處理的UASB-反應器(上流-厭氧-污泥-外殼)。一個UASB-反應器裝置有模塊，它們可以進行生物淤泥、沼氣和水三相的分離。逐一說明了對迄今為止在結構上內部配件和幾何結構所進行的技術改進，記載在其它專利中。污泥干燥床生物學與膜生物學相比較，具有過程穩定性方面的缺點、季節性經營方式和短的啟動期。此外沒有有機污染和毒性物質的減少，結果是廢水稀釋或不經濟的反應器容積。
Gharsallah的一個公開發行物[橄欖碾磨廢水的厭氧處理中稀釋的影響和相分離-生物過程工程學，第10期(1994年)，第29-34頁]涉及OMW的厭氧處理。其中將廢水稀釋的影響以及在酸化步驟和沼氣步驟中厭氧分解過程的空間分離的影響作了表征。用新鮮水對廢水進行稀釋有利于生物分解過程，但是卻在系統過程中導致廢水產量增加以及一定的殘余污染物含量的問題。此外在橄欖油生產國的實際應用中，要制備附加的水原料可能尚屬難題。
用氣泡塔反應器進行實驗以處理OMW，Ha米di和Ellouz在[用黑曲霉泡罩塔發酵橄欖碾磨廢水-化學工業生物工藝學雜志，1992年，第331-335頁]中進行了說明。在應用載體物質的條件下，反應器裝置用于黑曲霉培養的生長，消去毒性內容物后，黑曲霉能夠有利地促進廢水的發酵。實驗取決于應用特殊的霉菌培養基進行的OMW預處理，而不是取決于有害物質降解。
在Ka米panos(克里特島-希臘)已經存在一個厭氧處理OMW的大型中試實驗廠。在采用傳統的污泥床反應器進行一步法方法時，將廢水在預處理過程中進行均質化和中和。接著是一個存貯器，由此勻速給料至厭氧步驟。在存貯器中沉積的淤泥被分開輸送至沼氣裝置。
文獻中說明的用于凈化和排除油料籽加工廢水的方法和裝置，僅限于價廉物美的、過程穩定的和有效的有害物質降解還原，以及在應用油料籽的物質和能源潛力的情況下對環境的污染明顯減少。
氧化處理方法由于耗能高而不太適合于油料籽加工中廢水的處理。此外其能源潛力未得到利用。
文獻中說明的厭氧方法和裝置所存在的問題是，沒有有效的預處理，伴隨的是，在沼氣階段之前使有機貨物和毒性物質的大量降解。此外已知的厭氧方法被認為是不穩定過程和不適合于季節性運營方式。只有通過很大量的、不經濟的反應器容量，才能達到充分的過程穩定性。此外已知的方法需要很長的啟動時間。
本發明的目的是，研究出一種方法和裝置，借助于它們，在利用其物質和能源潛力時、在考慮經濟利益的前提下，在油料籽和谷物加工廢水的處理過程中，能夠獲得較高的物理學、化學、生物化學和生物學清除率。通過季節性條件的廢水生成，它可以進行短時投產。
通過方法權利要求1和裝置權利要求8的技術解決方案來達到本發明目的。具體的構造特征在從屬權利要求2-7和9-12中有所說明。
第1步驟酸化和相分離將有待于處理的新產生的廢水首先進行預處理步驟。
在酸化步驟中進行的水解和酸化的生物化學過程引起有機化合物的分解，同時由于電化學勢能改變，激發懸浮的廢水內容物的生源體絮凝作用。可以在化學和/或物理學過程的基礎上，例如通過絮凝劑來加強該絮凝作用。可以借助于浮選、沉淀、過濾、離心或電磁分離方法，將有待處理的廢水中所含有的固態物質進行分離。
在酸化反應器中應用載體以利于固著性有機體的固定，能夠促進生物化學分解和提高過程穩定性。為了有利于厭氧沼氣再處理，通過額外注入少量空氣，可以影響酸化過程。在酸化步驟中應用載體時，需要先進行浮選步驟，以分離廢水中的可浮選成分。這樣就避免了對操作的干擾。這里可以任選通過加熱浮選氣體來引發附加作用，如揮發性成分的曝氣。
由于復雜的生物化學和物理學預處理過程，發生了有機物質的和沼氣生物學上具有毒性的物質的大量降解。因此即使在很小負荷的情況下，都將能更加經濟和更加過程穩定地進行任何其它的處理。
分離出來的淤泥將被進一步處理，并且能夠在物質上以肥料的形式，或者以能量的形式，與油料制備中的固態殘渣一起被利用。
第2步驟沼氣化步驟將第一步驟中進行過預處理和酸化的廢水，在厭氧環境條件下，在一步法或多步法的沼氣化步驟中進行生物學再處理。在此主要是已經溶解的和殘余的懸浮物質被分解。為了使廢水的波動均衡和反應器的準連續送料，可以先接入一個中間存貯器。反應器內的生物學過程在噬溫溫度范圍內進行。在沼氣化步驟中，通過懸浮的和載體固定的生物物質進行處理，借助于移動床-生物膜生物學方法進行固定。移動床-生物膜生物學方法的特征為，應用可自由移動的、具有高比表面的小載體。
通過固著性有機體而采用生物膜生物學方法，使不希望發生的活性生物物質的排出降至最低，從而提高過程穩定性。此外在季節性運行方式時，可以達到短的啟動時間。應用移動床系統，通過選擇材料密度，可以使載體材料在反應器內任意定位而不需要內構件。移動床系統中的自由運動物體可以通過氣泡，并且可以作機械性混合。載體材料為圓柱形的中空體，并且有利地具有理論上可作固定化的表面，其堆體積大于800米2/米3。在載體的空腔內進行有機體的大量固定。沼氣被排出后可以作為能量被應用，并且用剩余能量即可實現能量自給自足，使裝置最優化地運行。
根據凈化要求和經濟狀況，可以使處理過的廢水用于澆灌，引入至當地凈化裝置內，或者在分離步驟中通過需氧過程或過濾作用進行后凈化處理。
下面將應用一個地表水進水量為5-40米3和CSB-負荷量為50,000-100,000mg/升的實驗裝置示例地進一步說明本發明。
不經過中間存貯器，直接由橄欖油生產而來的廢水-其溫度約為35℃-經過進水口1被引入至混凝土容器2中進行預處理和酸化作用。內徑為5米、高度為4米的圓柱形容器被分為三個小室，這里是通過一個環形的隔板和二個容器內的圓柱環上的隔板來分隔成小室。所有的小室水力相連接，而且通過連接管可以被充卸。一個圓柱環構成浮選反應器3，在其內通過通風裝置將浮選氣體17吹進來，并由此引發浮選作用。產生的頂層浮選物將通過浮選淤泥排放口12被機械性撇去。中間的小室為酸化反應器4。其內徑為約3米。酸化反應器4含有約30％浮游的生長載體材料10，后者的厚度約為0.9g/厘米3，其比表面積為約900米2/米3散堆體積。生長載體為8毫米長，圓柱形中空體的表面在長軸方向上內外有棱，外徑為5毫米，內徑為4毫米。棱大約0.6毫米深。
通過在載體上優選自我固定的固著性培養物，使活性淤泥生成受到支持和穩定化。該反應器通過緩速旋轉的攪拌器16被充分混合。通過攪拌作用，淤泥絮凝物的溶解被生長載體材料增強。淤泥沉淀然后被抽去。酸化反應器4中的攪拌器16同時發揮鉤爪工具的作用，促使沉淀淤泥排向容器底部的淤泥排出管道。第3小室為絮凝反應器5，起沉淀池的作用。通過進入絮凝反應器5的進口，可計量加入任選的絮凝劑。將沉淀的淤泥通過淤泥排出口12排出。將浮游淤泥用循環的斗式提升機分離，它還用于浮選反應器3。pH值約為pH3.5-5。由于沉淀和浮游淤泥的排出，有害物質被還原至約為起始值的40-60％。將容器用一種PE-膜覆蓋。將所形成的氣相經過反應器氣體排除口15抽出，用空氣增濃，然后作為燃燒氣排向沼氣裝置。
將淤泥導入存貯容積約為100米3的基底增厚的地池。通過粗礫石過濾篩，所生成的水流向存貯器6。當淤泥平面高度為80厘米時，溢流至存貯器6內。
存貯器6為存貯容積約為300米3的基底增厚的地池。最大水位為1.5米。由存貯器6每天有約7米3的相等量排放至沼氣反應器7中。在水面下約10厘米處進行抽水。通過漂游著的抽水裝置，在水位變化的情況下，抽水深度相對于水面仍保持恒定。
沼氣反應器7同時為預凈化裝置，為內徑為5米、高度為4米的圓柱形容器，但只是分為二個小室，其小室由環形的隔板構成。直徑約為4米的內室8其存貯容積約為50米3。通過壁加熱，將沼氣反應器7加熱至36℃，并且從外面隔熱。CSB-負荷量為2-6kg/米3*天。通過一個時間調控的泵系統，將廢水由存貯器6排放入容器底部的內室8中。內室8內灌注有約30％其密度為0.9g/厘米3的浮游的生長載體材料10，和約10％其密度為1.3g/厘米3的沉淀的生長載體材料11，它們具有約900米2/米3的比表面。載體10和11保障生物量的固定，與生物學分解過程的強度和穩定度相關。通過緩速旋轉的攪拌器16，將水體和載體充分混合。在應用密度為0.9g/厘米3的浮游載體的情況下，外室9起著厭氧后凈化的作用。由于生物學分解過程產生的沼氣，通過沼氣排出口13排出并且被作為能源應用。沼氣反應器7從上方用2毫米厚的PE-膜氣密封閉。氣體存貯容積為約15米3。
實驗結果在一個半工業規模的裝置中，在用固體物質分離過程中用二步法厭氧處理OMW實驗可以達到92-97％的凈化效率，通過一個進一步的氣味穩定的過程排出。各個處理步驟后所得平均濃度值和參數
當TS-含量為約36g/升時，固態物質分離后的淤泥生成量約為0.2-0.25米3/米3廢水。通過沼氣化處理OMW，得到含沼氣約65-70容積％的沼氣產量，可以達到7-8米3氣體/米3廢水和350-400升/公斤分解的CSB。
圖示標記1．入口2．預處理3．浮選反應器4．酸化反應器5．絮凝反應器6．存貯器7．沼氣反應器8．內室9．外室10．浮出的生長載體材料11．沉淀的生長載體材料12．淤泥出口13．沼氣出口14．壁加熱15．反應器氣體出口16．攪拌器17．浮選氣體18．排出口
權利要求
1．油料籽和谷物加工中的廢水的處理方法，其特征如下-將待處理的新生廢水通過生源體絮凝作用和固態物質分離作用進行酸化預處理，-接著將預處理過的廢水通過懸浮和載體固定的生物物質進行厭氧噬溫處理，為此應用移動床-生物膜生物學方法、用圓柱形中空體作為載體材料進行固定，然后將所形成的沼氣和沉淀的淤泥排出。
2．按照權利要求1的方法，其特征為，在酸化前進行浮選。
3．按照權利要求2的方法，其特征為，將浮選氣體加熱。
4．按照權利要求1-3的方法，其特征為，在酸化處理后添加絮凝劑。
5．按照權利要求1-4的方法，其特征為，用移動床-生物膜生物學方法支持酸化作用。
6．按照權利要求1-5的方法，其特征為，短時輸入少量空氣至酸化過程中。
7．按照權利要求1-6的方法，其特征為，將預處理過的廢水在酸化作用后輸送至存貯器內，對不同量的輸入物進行緩沖，繼續進行沉淀作用，和去除沉淀淤泥。
8．用于處理油料籽和谷物加工廢水的設備，其特征如下-入口(1)導向酸化反應器(4)，-在酸化反應器(4)中有一個攪拌裝置(16)，-酸化反應器(4)有一個淤泥出口(12)和一個反應器氣體出口(15)，-酸化反應器(4)與絮凝反應器(5)相連接，后者有一個淤泥出口12)，-有一個管道由絮凝反應器(5)通向沼氣反應器(7)，后者包括一個加熱器(14)和一個攪拌裝置(16)，-沼氣反應器(7)有一個沼氣出口(13)、一個淤泥出口(12)和一個排出口(18)，-在沼氣反應器(7)中存在生長載體材料，它們為圓柱中空體的形式，密度＜0.95g/厘米3以及＞1.1g/厘米3。
9．按照權利要求8的裝置，其特征為，在酸化反應器(4)前設置有浮選反應器(3)，它有一個淤泥出口(12)。
10．按照權利要求8和9的裝置，其特征為，酸化反應器(4)中存在生長載體材料，它們為圓柱中空體的形式。
11．按照權利要求8-10的裝置，其特征為，在絮凝反應器(5)和沼氣反應器(7)之間有一個存貯器。
12．按照權利要求8-11的裝置，其特征為，載體材料具有理論上可作固定化的表面，它大于800米2/米3散堆體積。
全文摘要
本發明涉及油料籽和谷物加工廢水、尤其是橄欖油生產廢水(OMW－橄欖油碾磨廢水)的處理方法和設備,它們在考慮經濟因素的同時,保證進一步降解污染環境的廢水內容物。本發明目的是,研究出一種方法和裝置,借助于它們,在應用物質性和能源性潛力時,在考慮經濟利益的前提下,在油料籽和谷物加工廢水的處理過程中,能夠獲得較高的物理學、化學、生物化學和生物學清除率。通過季節性條件的廢水生成,可進行短時的運行。本發明說明了一種方法和一種裝置,將有待于處理的新生廢水通過生源體絮凝作用和固態物質分離作用,進行酸化預處理。接著將預處理過的廢水通過懸浮和載體固定的生物物質進行厭氧噬溫處理,為此應用移動床－生物膜生物學方法,用圓柱形中空體作為載體材料進行固定,然后將所形成的沼氣和沉淀的淤泥排出。
文檔編號C02F3/28GK1287540SQ99801952
公開日2001年3月14日 申請日期1999年7月2日 優先權日1998年7月3日
發明者邁克爾·克諾布洛赫, 安德列亞斯·施密特, 萊因哈德·科赫, 福爾克馬爾·波伊克特 申請人:邁克爾·克諾布洛赫, 安德列亞斯·施密特, 萊因哈德·科赫, 福爾克馬爾·波伊克特