需氧污水处理厂中使用的水包油乳液 本发明涉及为减少需氧污水处理厂中所需的空气和/或氧量而使用水包油乳液。本发明还涉及为提高脱氮作用而在需氧污水处理厂中使用的水包油乳液。
污水处理厂被用来净化城市和/工业废水以从废水中除去粗的杂质和可生物降解物质。因此，污水处理厂包括其中除掉粗杂质和主要淤渣的物理废水净化和生物废水净化。
生物废水净化的第一段是所谓的曝气池。曝气池在其外区含有引起絮凝作用的由微生物组成的活性淤泥。将被净化的废水引入到曝气池并与活性淤泥相混合，以便形成水和微生物的悬浮体。由微生物连续地形成地酶催化氧化有机物和含NH4的废水组分，而分别形成CO2和H2O以及NO2和H2O。氧化废水组分和微生物的呼吸需要氧，因此，悬浮体必须被曝气。结果，这样的曝气是使用空气、富氧空气或纯氧进行的，其中必须保证在悬浮体中的氧含量为1-3mg/l。废水在曝气池中仃留一段时间后，几乎所有的可生物降解的废水组分均已被氧化，将悬浮体泵入到次级沉降池，在沉降池中通过沉降大部份的净化水与微生物相分离。将微生物泵回到曝气池，同时将净化水排出污水处理厂。
向曝气池供应氧是通过曝气装置将以小泡形式的空气和/或氧分布到曝气池中的。确实，近年来这样的曝气装置已被优化，但是甚至直到现在，供应氧是高能耗的，并导致成本提高，因为曝气装置通常涉及高的压力损耗。
因此，本发明的目的是提供能减少对氧的需求，并因此而减少需氧污水处理厂的耗能成本的物质与组合物。
根据本发明，上述目的是通过使用水包油乳液从而减少需氧污水处理厂对空气/和氧的需求来实现的，所说的水包油乳液在其油相中含有至少一种的下列类的化合物或它们的混合物：-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和的、开链或环状的、正构或异构的烃；-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸，饱和或不饱和脂肪醇，脂肪酸单烷基酯，脂肪酸酰胺，或上述化合物的饱和或不饱和脂肪酸单烷基酰胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30个碳原子的饱和或不饱和的羧酸或二羧酸与一元醇和/或多元醇的单酯或聚酯；-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与具有2-6个氮原子的脂族多胺的聚酰胺；-无环、优选为单环和/或二环萜，特别是萜烯烃和/或萜烯醇；和/或-基于烯化氧和烯化氧与脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
上述的水包油乳液是各种领域中所常见的。然而，令人意外地发现，这些乳液具有减少需氧污水处理厂对氧需求的性能。
从本发明的意义上说，这样的需氧污水处理厂是指本领域的熟练技术人员所熟悉的、其中通过氧化去掉废水中的可生物降解组分的任何城市和/或工业污水处理厂。例如，在Taschenbuch derStadtentwsserung，R.Oldenburg Verlag，Munich Vienna，1990，pp.81-333；U11mann的工业化学百科全书，VCH-Verlagsgesellschaft，1995，第2.1章中已被公开，这些资料被编入于此作参考，并因此被认为是本申请文件的一部份。
这样的需氧污水处理厂优选具有其中微生物被悬浮或固定化的曝气池，而悬浮的微生物被优选。被导入到曝气池的氧要能使流体中的氧浓度相应于微生物优选为1-3mg/l/。氧能以大气中氧和/或纯氧的形式被导入到曝气池。
根据本发明所使用乳液的生产、特别是水包油乳液的生产是人们所熟知的。为此使用稳定的、人们所熟知的水包油乳化剂来乳化油组分。疏水相主要代表活性物质。
代表性的疏水的油组分之例子如下：-饱和的烃类例如辛烷、十四烷、十八烷、eisodecane、癸烯、十六烯、以及工业用α-烯烃；-脂肪醇例如辛醇、癸醇、十二醇、十三醇、十六醇、十八醇、二十二醇；-脂肪酸例如癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亚油酸；-脂肪酸酯例如硬脂酸甲酯、棕榈酸十八酯、油酸辛酯、甘油单-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或已二酸二丁酯；-脂肪酸酰胺例如硬脂酰胺、可可脂肪酸丁基酰胺、乙酸油基酰胺、以及亚乙基双硬脂酰胺；-萜类例如薄荷醇或有机萜(Weiβmer Baltische HG，Hamburg)。
其它适用的市场可购得的烃或烃混合物是石蜡油或矿物油。
此外，天然存在的脂肪和油也是适用的，特别是植物油，优选为油菜油。
根据本发明能被用作乳液组分的饱和或不饱和脂肪醇能通过公知的方法制取，例如，羰基合成中的氧代醇或根据格尔伯特反应的格尔伯特醇。
作为基于烯化氧和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物，可以使用特别被介绍于DE-AS 1270542和EP 0247509 B1中的那些化合物。
当使用萜类时，它们优选是以与饱和或不饱和脂肪醇一起的掺加物形式被使用。
水包油乳液的油相比为总乳液重量的1-90％，优选为1-50％，更优选为5-30％重量。
本发明的水包油乳液是以本身、或被水稀释、或含溶剂的水混合物所稀释的形式使用的。本发明使用的水包油乳液能被添加到曝气池中、或在其上游的任何点或被纯化的废水中，优选加入到进入曝气池前的废水中。
添加量以被净化的废水计，优选为0.1-1000ppm，更优选为0.5-200ppm，特别优选为1.0-50ppm。
使用本发明所用的乳液，为了氧化废水组分所必须被引入到曝气池的氧量最多可减少60％。本发明所用的乳液没有或仅具有低的毒性，并被评定为水污染级1级；它们是可生物降解的。
现参照实施例对本发明进行说明。通过实施例所作出这些说明仅仅是为了说明本发明而不是对本发明的范围进行限定。实施例1
实施例所用的试验厂如图1中所示并根据上游脱氮原理进行操作。该厂包括贮存池1和在每次进行脱氮和氮化操作的池2(或3)，而池3(或2)为所谓的曝气池。池2与3的每一个具有体积为90升。贮存池1用来抵消废水组成的波动，且其大小足以使废水组成在十天内保持恒定不变。此外，试验厂还包括次级沉降池4。
以5升/小时的量将废水从贮存池1泵入到脱氮池2。废水来自德国Neuss-Weckhoven的Neuss-Süd污水处理厂，但已进行过在先的物理处理。70％源于城市污水和30％源于工业污水。在废水通过脱氮池2后，其中的NO2被还原而产生N2，废水组分在曝气池3中被氧化。此后，废水进入到次级沉降池4，在其中从净化的水中分离出污泥。在脱氮池2与曝气池3之间保持内部再循环流以便保持生物平衡。
曝气池2的底部具有用来将空气以细泡形式分布的曝气装置。被引入到曝气池2的空气量是这样控制的，以致使曝气池的液体中氧的浓度被保持为2mg/l。加入到曝气池2中的空气量使用转子流量计测定。液体中的氧浓度是使用WTW公司的电极测定的。
可非强制地使用计量泵，将水包油乳液连续地添加到流入物中。此乳液由14kg的萜、1.0Kg十六醇、7kg的75％石蜡磺酸酯、和2.1kg的水组成的，并被均匀地熔化，且随后在搅拌下被注入到60℃热溶液中，所说的热溶液由74.5kg的水和1.4kg的油醇与20摩尔的环氧乙烷反应制成。水包油乳液包括2.5％已形成的固体。
开始，试验厂是在不添加上述乳液情况下操作几天，直至达到恒定不变的浓度为止。特别是，在此期间不断地测定引入的空气量和COD(化学耗氧量)的消除性能和氮。在此期间，引入的空气量平均为2升/分钟。
在试验厂在此不变的条件下操作几天后，将本发明的水包油乳液计量添加到池2的流入物中，其量是要使其在池2的流入物中的浓度为2ppm。同样，在此试验中还测定引入空气量和消除性能。在进行约三天的适应期后，在其它不变的条件下引入的空气量平均不超过1.2升/分钟，因而引空气量和为此所需的能量被减少约40％。试验厂的COD和/或氮消除性能并未因计量本发明的乳液而受到损害。
同样，微生物的沉降性也未因添加本发明的乳液而受到损害。
本发明还针对上述规定的水包油乳液在改进需氧污水处理厂的脱氮作用中的应用，所说的水包油乳液，如先前所述，在其油相中含有至少一种的下列化合物或下列化合物的混合物：-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和的、开链或环状的、正构或异构的烃；-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸，饱和或不饱和脂肪醇，脂肪酸单烷基酯，脂肪酸酰胺，或上述化合物的饱和或不饱和脂肪酸单烷基酰胺，脂肪醇，脂肪酸和脂肪酸脂；-具有4-30个碳原子的饱和或不饱和羧酸或二羧酸与一元醇和/或多元醇的单酯或聚酯；-具有8-30个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与具有2-6个氮原子的脂族多胺的聚酰胺；-环状、优选为单环和/或二环萜，特别是萜烯烃和/或萜烯醇；和/或-基于烯化氧和烯化氧与脂肪醇和/或C12-C18脂肪酸和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物。
上述的水包油乳液是各种领域中所常见的。然而，令人意外地发现，这些乳液具有减少需氧污水处理厂对氧需求的性能。
从本发明的意义上说，需氧污水处理厂是指本领域的熟练技术人员所熟悉的、其中通过氧化去掉废水中的可生物降解组分的任何城市和/或工业污水处理厂，它至少具有一个脱氮步骤。在所说的脱氮步骤中，NO3-被还原而产生N2。脱氮步骤可以设置于所谓曝气池的上游或下游。最好，废水在所谓曝气池中进行处理之前先通过脱氮步骤。
根据本发明所使用乳液的生产、特别是水包油乳液的生产是人们所熟知的。为此使用稳定的、人们所熟知的水包油乳化剂来乳化油组分。疏水相主要代表活性物质。
代表性的疏水的油组分之例子如下：-饱和的烃类例如辛烷、十四烷、十八烷、eisodecane、癸烯、十六烯、以及工业用α-烯烃；-脂肪醇例如辛醇、癸醇、十二醇、十三醇、十六醇、十八醇、二十二醇；-脂肪酸例如癸酸、硬脂酸、蜂花酸、油酸、以及亚油酸；-脂肪酸酯例如硬脂酸甲酯、棕榈酸十八酯、油酸辛酯、甘油单-和三油酸酯、乙二醇二月桂酸酯、失水山梨糖醇硬脂酸酯和油酸酯、和/或己二酸二丁酯；-脂肪酸酰胺例如硬脂酰胺、可可脂肪酸丁基酰胺、乙酸油基酰胺、以及亚乙基双硬脂酰胺；-萜类例如薄荷醇或有机萜(Weiβmer Baltische HG，Hamburg)。
其它适用的市场可购得的烃或烃混合物是石蜡油或矿物油。
此外，天然存在的脂肪和油也是适用的，特别是植物油，优选为油菜油。
根据本发明能被用作乳液组分的饱和或不饱和脂肪醇能通过公知的方法制取，例如，羰基合成中的氧代醇或根据格尔伯特反应的格尔伯特醇。作为基于烯化氧和/或C12-C18脂肪酸的脂肪酸甘油酯的聚氧化烯化合物，可以使用特别被介绍于DE-AS 1270542和EP 0247509 B1中的那些化合物。
当使用萜类时，它们优选是以与饱和或不饱和脂肪醇一起的掺加物形式被使用。
水包油乳液的油相比为总乳液重量的1-90％，优选为1-50％，更优选为5-30％重量。
本发明的水包油乳液是以本身、或被水稀释、或含溶剂的水混合物所稀释的形式使用的。本发明使用的水包油乳液能被添加到曝气池中、或在其上游的任何点或被纯化的废水中，优选加入到进入曝气池前的废水中。
添加量以被净化的废水计，优选为0.1-1000ppm，更优选为0.5-200ppm，特别优选为1.0-50ppm。
使用本发明所用的乳液，为了氧化废水组分所必须被引入到曝气池的氧量最多可减少60％。本发明所用的乳液没有或仅具有低的毒性，并被评定为水污染级1级；它们是可生物降解的。
现参照实施例对本发明进行说明。通过实施例所作出这些说明仅仅是为了说明本发明而不是对本发明的范围进行限定。实施例2
被用来说明脱氧作用的这些试验是在城市生物污水处理厂中进行的。此污水处理厂具有双线路设计并根据上游脱氮原理操作。每条线路均具有脱氮池、曝气池、和次级沉降池，通过这些装置废水按此顺序流动。二条线路的设计是一样的，但下方的线路另外具有计量站以连续地添加水包油乳液。此乳液由14kg的萜、1.0Kg十六醇、7kg的75％石蜡磺酸酯、和2.1kg的水组成的，并被均匀地熔化，且随后在搅拌下被注入到60℃热溶液中，所说的热溶液由74.5kg的水和1.4kg的油醇与20摩尔的环氧乙烷反应制成。
二条线路用相同的废水和同样的废水量操作，在下方线路中处理的废水与水包油乳液一起添加，其量是要使浓度达到2ppm。
试验进行二个月。在用2ppm的水包油乳液操作的脱氮步骤流出物的NO3-浓度，比不用水包油乳液操作的脱氮步骤流出物的NO3-浓度低50％。