专利名称：用于在废水处理中生产生物质颗粒的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于处理废水的方法和系统。具体来说，本发明涉及用于在废水处理中生产生物质颗粒的方法和系统。
背景技术：
来自于工业过程或城市污水的废水含有显著量的必须被去除的有机物。用于处理废水的常规系统已利用有时被称为活性污泥的聚集在生物质中的微生物来消化有机物。这种系统典型地包括两级一第一级为含有颗粒状生物质的厌氧区，第二级为含有活性污泥的好氧区。对于去除大量有机物来说，厌氧区通常是更经济有效的，但往往不能将有机物浓度降低至超过一定水平，例如约SOOppm化学需氧量(C0D)。好氧反应器被用于将有机物浓度降低至更低水平，例如约IOOppm C0D。活性污泥可用于去除有机物，但是随着时间推移，活性污泥中生物有机体的生长要求将一部分生物有机体从系统中清除出去。好氧废水处理的不利条件之一是需要除去在好氧区中形成的过量活性污泥，所述过量活性污泥有时被称为废活性污泥。典型地，废活性污泥在废弃之前必须通过一种或多种化学、热或机械方法进行处理。被去除的废活性污泥典型地含有约85%至99%的水，必须通过过滤方法例如带式压滤机将水与污泥分开。所产生的滤饼可以被焚烧或填埋，或通过其他方法进行处理。所有这些方法都使过程成本增加并具有环境影响。一些现有系统已试图通过将废活性污泥转移至厌氧区中来将它除去。然而，这种现有系统已发现，必须在将废活性污泥进料到厌氧区之前对废活性污泥进行处理。例如，一些现有技术的系统已利用机械破坏好氧细胞。这些类型的处理方法使过程成本增加。在以前的系统中，厌氧过程的不利条件是在厌氧反应器、特别是那些被构造成使用颗粒状生物质的厌氧反应器中生物质的损失。一种已知的特别适合的厌氧反应器是升流式厌氧污泥层反应器(UASB)，所述反应器在升流式构造中利用流化的生物质颗粒。由于来自于厌氧反应器的流出物流入好氧反应器，现有的USAB反应器已显示出颗粒存量随时间而损失的趋势。损失的颗粒必须用外源颗粒代替，这使过程成本增加并具有扰乱系统的风险。此外，现有厌氧反应器的另一个问题在于它们倾向于随时间而具有重金属的显著积累。因此，仍需要改进废水处理，特别是改进厌氧和好氧两种反应器中的生物质供应和去除。
发明内容
本发明解决了现有废水处理系统中的许多问题。本发明减少或消除了对废活性污、泥的高成本的下游操作、处理和从好氧区除去的需要。本发明还减少或消除了对购买高成本的用于厌氧区的生物质颗粒的需要。根据本发明的一个方面，用于处理废水的方法包括首先在厌氧区中从废水去除有机物并形成生物质颗粒。将来自于厌氧区的废水流出物转移至曝气区，在曝气区中用氧源和活性污泥处理流出物，以从废水流出物进一步去除有机物并形成另外的活性污泥。将来自于曝气区的一部分活性污泥转移至厌氧区。厌氧区中生物质颗粒的生长得率大于约6. 0%。根据本发明的另一方面，将过量生物质颗粒从厌氧区去除。根据本发明的又一方面，用于处理废水的系统包括厌氧区、好氧区、将厌氧区与好氧区流体相连的污泥转移管线、和厌氧区中用于去除生物质颗粒的出口。厌氧区具有废水 入口，并含有适用于去除废水中的有机物并形成另外的生物质颗粒的生物质颗粒。污泥转移管线将活性污泥从好氧区转移至厌氧区。本发明的上述方面说明了那些可以通过本发明来实现的方面，并且不旨在穷举或限制能够实现的可能优点。因此，从本文的描述可以明显看出，或者从本发明的实践可以领会到本发明的这些以及其他方面，所述两方面被具体包含在本文中，或者由于本技术领域的专业人员可能显而易见的任何变体而得到修改。
图I是表不本发明系统的一个实施方案的不意图。
具体实施例方式现在参考图1，本发明一个实施方案的系统被一般性显示为10。废水通过入口管线12进入系统10。废水可以来自于任何来源，例如来自于工业过程或来自于城市污水。工业过程的实例包括油和气体炼制厂、化工厂、发酵厂等。根据本发明的一个实施方案，工业废水的来源来自于制造和分离化学品和炼制厂产品，在一个具体实施方案中，工业废水的来源来自于制造和分离芳香族化学品，例如苯、甲苯、二甲苯和芳香族酸例如对苯二甲酸和纯化的对苯二甲酸。根据另一个具体实施方案，工业废水的来源来自于制造、分离或纯化生物燃料，包括生物汽油例如乙醇和丁醇；生物柴油；和生物馏分。废水入口管线12进料到缓冲或平衡罐14。在平衡后，通过管线16将废水进料到厌氧区18。在图I中，厌氧区被示意性显示为单个反应器，但是，专业技术人员将会认识到，厌氧区可以被构造成串联或并联配置的多个反应器。专业技术人员还将认识到，多种控制装置例如阀门、测量仪表和泵在本技术领域中是公知的，并已在图I和本说明书中省略。厌氧区18含有适用于从废水去除有机物的生物质。生物质含有能够在厌氧环境中消化有机物并由此产生另外的生物质的微生物。生物质可以采取淤浆或污泥的形式，但优选主要采取固体颗粒的形式。在后一种情况下，根据本发明的一个特定实施方案，厌氧反应器可以被构造成升流式厌氧污泥层反应器(UASB)。典型地，厌氧区18的反应器在约100 运行。厌氧区18的反应器可以携带任何适合的颗粒状污泥存量，例如以重量计约7%的总悬浮固体(TSS)，其中约70%为挥发性悬浮固体(VSS)。适合的颗粒将具有至少20m/hr、优选约75m/hr至约125m/hr的平均沉降速度。适合的颗粒状生物质在本技术领域中是已知的并可商购。厌氧区18的运行使得来自于厌氧区18的流出物中有足够的有机物具有500至800ppm COD数量级的有机物含量。典型的有机物去除速率为每2单位挥发性悬浮固体每天去除约I单位C0D。厌氧区18中有机物质的消化导致产生生物气，在管线20处去除生物气。生物气可用作能源，例如作为加热厌氧反应器的燃料和/或用于工业工厂其他部分中的反应炉的燃料。将流出物从厌氧区18去除并通过管线22进料到好氧区24。好氧区24含有活性污泥形式的生物质。活性污泥含有能够在好氧环境中消化有机物的微生物。好氧区22包括氧源28例如空气或纯氧的入口 26。在一个特 定实施方案中，将空气通过好氧区的底部进料，以便上升的空气也能用来达到促进活性污泥与废水之间的接触的目的。尽管好氧区24已被示意性显示为单级，但是本技术领域的专业人员将会意识至IJ，好氧区24可以被构造成串联或并联的多个反应器。将废水流出物经管线30从好氧区24去除并送往澄清区32，用于在将废水经出口34分散之前沉降任何夹带的活性污泥或其他固体。尽管已在图I中将澄清区32示意性显示为单级，但本技术领域的专业人员将会意识到，澄清区可以包括多级。澄清区32中的一部分废水可以经重循环管线36重循环至压力平衡罐14。将好氧区24中的一部分活性污泥经污泥转移管线38去除并连续进料至厌氧区18。令人吃惊的是，活性污泥可以经污泥转移管线38直接转移，而不需任何处理步骤或预备性加工以将污泥导入至厌氧区24中，从而降低了系统的成本。例如，在将污泥导入厌氧区24之前不通过机械、热或化学机制来破坏微生物细胞。将污泥从好氧区24转移至厌氧区18可用来达到双重目的。首先，该转移减少或消除了对废或过量活性污泥的高成本的下游处理例如干燥、焚烧或填埋的需要。在一个特定实施方案中，好氧区24运行时不需要的基本上全部废活性污泥，即除了小部分可能非故意逃逸出系统之外的全部废活性污泥均通过污泥转移管线转移至厌氧区，所述小部分例如经流出管线30离开的被夹带的部分。其次，向厌氧区18添加重循环的活性污泥出人意料并令人吃惊地增加了厌氧区18中生物质颗粒的生长。尽管不希望受到理论约束，但据信不是所有好氧微生物都在厌氧区18中被毁灭或消化，而是它们可能通过利用氧替代物例如硫或磷起作用而调整到厌氧状态。因此，进一步相信，在许多应用中，好氧区和厌氧区中的活性污泥具有类似的微生物种群。可以通过生长得率证实生物质生长的增加。生长得率被定义为产生的颗粒状污泥的质量除以去除的总有机碳(TOC)的质量，并可以用下述方程来计算
生长得率=A厌氧区颗粒的质量+ TSSm的质量
(TOC a的质量-TOC 的质量)其中TSS 的质量是在来自于厌氧区的水流出物中逃逸出所述区的总悬浮固体的质量，
TOC进的质量是通往厌氧区的进料中的总有机碳的质量， TOC ^的质量是来自于厌氧区的流出物中的总有机碳的质量。不将未处理的活性污泥从好氧区24重循环到厌氧区18时，厌氧区中生物质颗粒的基线生长得率典型地不大于约5. 5%或6%。尽管生长得率为正，但这种系统典型地通过在流出物中夹带固体而遭受生物质颗粒的净损失。然而，在直接添加活性污泥时，生长得率可以大于约5. 5%或6。在一个特定实施方案中，生物质颗粒的生长得率可以为至少约7%。在一个特定实施方案中，生物质颗粒的生长得率可以为至少约8%。在另一个实施方案中，生长得率可以为至少约10%。在其他特定实施方案中，生长得率可以为至少约12%、至少约15%、至少约18%或至少约20%。增加的生长得率减少或消除了在厌氧区18中放回高成本颗粒的需要。在一个特 定实施方案中，产生了过量颗粒，即比以希望的颗粒存量运行厌氧区18时需要的颗粒更多的颗粒。在这个实施方案中，将过量的颗粒经出口 40从厌氧区去除。过量的颗粒可以被使用或销售，用于其他废水处理系统。在一个优选实施方案中，用于去除过量颗粒的出口 40与厌氧区18中反应器的底部隔开，使得去除的颗粒基本上不含可能聚集在反应器底部或其附近的金属和惰性物质。可以通过位于厌氧区18中反应器底部或其附近的清除管线42将这些金属和/或惰性物质从反应器去除。实施例I在实验室中试装置中演示了本发明的一个实施方案的方法和系统。厌氧区被构造成具有溢流重循环的IOL升流式厌氧污泥层反应器(UASB)。将反应器维持在38°C和pH6. 8 下。将来自于纯化的对苯二甲酸制造过程，含有不同量TOC的废水流进料到上升流速度为2. 2m/hr的UASB中。将从UASB反应器顶部抽取的一部分水重循环，并将另一部分进料到好氧区中，所述好氧区被构造成串联的三个曝气池。将空气进料到每个池中。将废污泥从最后一个曝气池的底部重循环回至UASB中，并将转移的污泥量计算为重循环的废活性污泥固体与UASB中的固体的比率。在建立基线生长得率的附加试验中，不将废污泥转移回至UASB中。表I中显示的结果证实了本发明的方法出人意料地在UASB中提供了增加的颗粒状生物质生长，正如当废活性污泥不经任何预处理或加工步骤直接从好氧区转移到厌氧区时生长得率的增加所证实的。表I :实验室中试装置试验
权利要求
1.用于处理废水的方法，其包括 在厌氧区中处理废水，以从废水去除有机物并形成生物质颗粒； 将来自厌氧区的废水流出物转移至曝气区； 在曝气区中用氧源和活性污泥处理废水流出物，以从废水流出物进ー步去除有机物并形成另外的活性污泥； 将一部分活性污泥从曝气区转移至厌氧区；并且 其中生物质颗粒的生长得率大于约6%。
2.权利要求I的方法，其还包括 从厌氧区去除一部分生物质颗粒。
3.权利要求I的方法，其中厌氧区包含升流式厌氧污泥层反应器。
4.权利要求2的方法，其中被去除的这部分生物质颗粒包含在厌氧区中形成的过量颗粒。
5.权利要求I的方法，其中厌氧区中生物质的生长得率为至少约7%。
6.权利要求I的方法，其中厌氧区中生物质的生长得率为至少约12%。
7.权利要求I的方法，其中废水包括エ业废水。
8.权利要求I的方法，其中废水包括来自于对苯ニ甲酸制造过程的流出物。
9.权利要求I的方法，其中废水包括来自于生物燃料制造过程的流出物。
10.权利要求I的方法，其中除了从曝气区转移至厌氧区的这部分活性污泥之外，在运行期间基本上不从曝气区去除活性污泥。
11.权利要求I的方法，其中从曝气区转移至厌氧区的这部分活性污泥是被直接转移而不经任何处理步骤。
12.用于处理废水的方法，其包括 在厌氧区中处理废水，以从废水去除有机物并形成生物质颗粒； 将来自厌氧区的废水流出物转移至曝气区； 在曝气区中用氧源和活性污泥处理废水流出物，以从废水流出物进ー步去除有机物并形成另外的活性污泥； 将一部分活性污泥从曝气区转移至厌氧区；以及 从厌氧区去除一部分生物质颗粒。
13.权利要求12的方法，其中厌氧区包含升流式厌氧污泥层反应器。
14.权利要求12的方法，其中被去除的这部分生物质颗粒包含在厌氧区中形成的过量颗粒。
15.权利要求12的方法，其中废水包括エ业废水。
16.权利要求12的方法，其中废水包括来自于对苯ニ甲酸制造过程的流出物。
17.权利要求12的方法，其中废水包括来自于生物燃料制造过程的流出物。
18.权利要求12的方法，其中除了从曝气区转移至厌氧区的这部分活性污泥之外，在运行期间基本上不从曝气区去除活性污泥。
19.权利要求12的方法，其中从曝气区转移至厌氧区的这部分活性污泥是被直接转移而不经任何处理步骤。
20.用于处理废水的系统,其包括具有废水入口的厌氧区，所述厌氧区含有适用于去除废水中的有机物并形成另外的生物质颗粒的生物质颗粒； 与厌氧 区流体连通的曝气区； 污泥转移管线，所述管线将曝气区与厌氧区流体相连；以及 在厌氧区中的出口，所述出口适用于从厌氧区回收颗粒状生物质。
全文摘要
用于处理废水的方法，其包括在厌氧区中处理废水，以从废水去除有机物并形成生物质颗粒；将来自厌氧区的废水流出物转移至曝气区；在曝气区中用氧源和活性污泥处理废水流出物，以从废水流出物进一步去除有机物并形成另外的活性污泥；以及将一部分活性污泥从曝气区转移至厌氧区。
文档编号C02F3/28GK102695680SQ201080060306
公开日2012年9月26日 申请日期2010年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者卡洛莱恩·施密特, 斯科特·卡利, 梅尔特姆·厄古恩-德米尔塔斯 申请人:Bp北美公司