专利名称：废水处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及废水处理。
背景技术：
废水处理设施在世界各地存在，且许多位于的地区其水温随季节而变化。许多这些设施都面临着监管方面的压力来减少固定的氮排放量。为了满足严格的排放要求，废水处理设施通常设计在寒冷的天气条件下运行。这些设施使用的用来处理氮化合物的生物有机体受温度的影响:在温度介于25°C至30°C硝化和反硝化有机体更有效，但在8°C和12°C的温度之间不太有效。
发明内容
本发明的实施涉及处理废水的设备、系统和技术，包括通过硝化/反硝化去除营养物。如本文所述的，提供热机的热量(例如，发电系统的废热)来调节废水处理系统中废水的温度来改善生物反应器(包括硝化和反硝化细菌)的动力学。本发明描述的设备、系统和技术的优点可包括减少对给定流量和污染物负载所需的废水处理区域的物理尺寸，同时更有效地破坏废水中的内分泌干扰污染物(endocrine disrupting contaminant)。除此之夕卜，控制废水处理系统中的废水温度可以允许操作人员控制废水处理系统在不同的水流量和废物负载和不同气候条件下的性能。在一个一般方面,废水处理系统包括具有含氮化合物的废水,具有反硝化细菌的缺氧区，和具有硝化细菌的好氧区。缺氧区和好氧区是相连的，并且废水从缺氧区流向好氧区或从好氧区流向缺氧区。该废水处理系统配制为接受从热机来的热量，用来加热废水。在另一个一般方面，废水处理包括具有含氮化合物的废水流入生物反应器，该反应器具有缺氧区和好氧区，用热机的热量来加热废水来促进缺氧区的反硝化反应和促进好氧区的硝化反应。在另一个一般方面，用来加热含有细菌和含氮化合物的废水的三相流化床热交换器，包括热交换管，与热交换管接触的多孔微粒，和结合到多孔微粒内部的细菌。这些和其他实施方式可分别任选包括以下一个或多个特征。废水处理系统可以接受热机的热量来加热废水。接受的从热机来的热量可以包括加热缺氧区的废水，加热好氧区的废水，或两者。废水处理系统可包括发电系统，该发电系统包括热机。热机可选自燃气轮机，蒸汽轮机，燃料电池，以及内燃机。在某些情况下，废水处理系统配制为通过将加热的流体与废水接触来传递热机的热量到废水。在某些情况下，废水处理系统包括热交换器，用交换器来接受热机的热量，且将热机的热量传递到废水。热交换器可以选自液-液热交换器，气体-液体热交换器，冷凝热交换器，和流化床热交换器。三相流化床热交换器可放在废水处理系统的好氧区内。提供给好氧反应区内的空气使多孔微粒流化(fluidizes),从而擦掉(scrubbing)在交换器(例如,热交换管)的部分上生长的细菌，并使细菌在多孔微粒的孔内进行生长。三相流化床热交换器可包括一种装置以提供使多孔微粒和热交换管接触的流动方式。在某些情况下，三相流化床热交换器包括一个或多个伸长的元件(例如穿孔的管或多孔圆柱体)，其设置在多孔微粒之间且配制为在多孔微粒之间引入空气。在缺氧区、好氧区、或两者的废水温度可在20° C至35° C或24° C至30° C。在缺氧区、好氧区或两者的废水混合液悬浮固体含量可能在1，000到20，OOOppm之间。该具有混合液悬浮固体含量为1，000至20，OOOppm的废水并没有被增稠。加热废水可以包括加热在缺氧区的废水，加热在好氧区的废水，或两者都有。用热机的热来加热废水可以包括直接或间接传递热量到废水。直接将热传递到废水可包括用热机的热量加热流体，并将加热的流体与废水接触。间接将热量传递给废水可包括将热量从热机传到热交换器，且将废水流过热交换器。在某些情况下，将热量间接传递给废水包括将热机的热量传到位于好氧反应区内的三相流化床热交换器，并且对好氧反应区提供空气。间接用热机的热量加热废水可包括用热机的热量加热水，以形成蒸汽，并且通过热交换器将热量从蒸汽传递到废水中。在某些情况下，用热机的热量加热废水包括将发电系统(power generation system)的热量传递到废水,其中该发电系统包括热机。本发明的一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。从说明书、附图和权利要求，本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的。附图简述
图1示出了 使用Ludzak-Ettinger工艺的废水处理系统,其具有任选的位置用于热交换器。图2示出了使用Modified Ludzak-Ettinger工艺的废水处理系统,其具有任选的位置用于热交换器。图3示出了使用缺氧后悬浮生长工艺(post-anoxic suspended growthprocess)、双污泥构型的废水处理系统,其具有任选的位置用于热交换器。图4示出了使用缺氧后悬浮生长工艺、四级BARDENPH0构型的废水处理系统，其具有任选的位置用于热交换器。图5示出了使用预缺氧(pre-anoxic)悬浮生长工艺,分级进给(step-feed)构型的废水处理系统，其具有任选的位置用于热交换器。图6示出了使用外膜生物反应器构型的废水处理系统，其具有任选的位置用于热交换器。图7示出了使用内膜生物反应器构型的废水处理系统，其具有任选的位置用于热交换器。图8示出了热机系统和将热机的废热传递到废水处理系统中的热交换器。图9示出了间接的两相流化床热交换器。图10示出了间接的三相流化床热交换器。
图11示出了直接接触式热交换器方案，其使用喷雾塔、鼓风机或排放器(eductor)。图12示出了使用喷雾塔，鼓风机或排放器的间接接触式热交换器。发明详述消耗燃料以产生轴马力的热机丢弃了一部分的燃料能量作为一定温度的废热，这部分能量可用来提高生物硝化或反硝化系统的性能。如本文所述，热机的废热废热可用于提升废水处理系统中生物反应器的缺氧和好氧区的废水的操作温度，从而加快生物硝化和反硝化过程，减少停留时间和处理体积。在反应区中的好氧条件下，其中溶解的氧一般等于或大于2ppm，生物有机体能氧化氮化合物产生亚硝酸盐和硝酸盐的化合物。在反应区中的缺氧条件下，生物有机体可减少亚硝酸盐和硝酸盐化合物转化成氮气。这些生物反应器通常具有的混合液悬浮固体(MLSS)浓度在非膜系统的情况下在1，000到5，OOOppm之间，在其反应区中的曝气膜生物反应器情况下浓度在8000和20000之间。因此，生物反应器的MLSS浓度可在1，000到20，OOOppm之间。相反，污泥消化池为厌氧的(即，不充气)且通常具有的固体浓度至少为10，000ppm。在许多情况下，初级和废活性污泥被合并，并且在进入厌氧污泥消化池前浓缩到固体浓度为40，000到70，OOOppm之间。在某些情况下，现有的设计为在较低温度下运行的废水处理系统可以通过提高废水处理系统中的处理温度而处理较高负载的含氮化合物。提高废水处理系统中的处理温度也可以增加对曝气系统的氧的摄取。摄氧量的增加对于一个给定的曝气输入提供更多的氧，从而提高性能。对于相同的氧摄取，摄氧量的增加也可能允许减少曝气输入，从而减少能量需求。如本文所述，热机(例如，发电厂)的废热可提供给废水处理系统(例如，废水处理厂)中的生物反应器。细菌的生物过程的动力学通常按照方程式(I)随温度的升高而增加:kT=k2Q θ (τ_2°),⑴其中kT是在温度 T ( ° C)时的反应速率系数，k20是在20° C的反应速度系数，，Θ是温度活度系数(无单位)，T是温度(° C)。对于硝化，Θ的范围可以在约1.03至约
1.08之间。Θ可以是，例如，约1.03，约1.04，约1.05，约1.06，约1.07，或约1.08。热机的废热可以用来加热废水处理系统的生物反应器中处理的废水。在某些情况下，热机的废热用来保持生物反应器中基本恒定的升高的温度。如本文所用，维持“基本恒定”的升高的温度，一般是指温度在一定的时间内保持在8°C，5°C，或2°C的范围内，这个时间通常与水力停留时间或固体停留时间相关,测量值在数小时至数十小时。在废水处理系统的情况下，提高温度可以使设计者使用较小的设施，如二次处理(ST)系统，生物营养物去除(BNR)系统,或增强的营养物去除(ENR)的系统(使用技术限制(limit of technology,LOT)的设计)，以实现和更大的设施在环境温度相同的处理水平。表I显示不同工艺水平(例如，ST系统或ENR系统)的典型的城市废水营养物含量和出水排放参数。表I还显不了避免损害接纳水(receiving water)所需的营养物标准。在敏感和受损的水域，例如切萨皮克湾(Chesapeake Bay)，许多废水处理系统经受监管的要求(涉及氮的排放水平，其与对ENR或LOT水平的处理相称)。升级废水处理系统从一个水平到下一个水平的资本成本随着标准的严格会增加。表I处理技术和出水排放营养物范围
权利要求
1.废水处理系统，其包括: 含有含氮化合物的废水； 含有反硝化细菌的缺氧区；和 含有硝化细菌的好氧区， 其中缺氧区连接至好氧区，并且废水从缺氧区流向好氧区或从好氧区流向缺氧区，且 该废水处理系统配制为接受从热机来的热量，用来加热废水。
2.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述废水处理系统接受从热机来的热量，用来加热废水。
3.权利要求1或2所述的废水处理系统，其中接受的从热机来的热量包括在缺氧区中加热废水，在好氧区中加热废水，或两者。
4.权利要求1至3任一项所述的废水处理系统，其还包括发电系统，其中所述发电系统包括热机。
5.权利要求4所述的废水处理系统，其中所述热机选自燃气轮机，蒸汽轮机，燃料电池，以及内燃机。
6.权利要求1至5任一项所述的废水处理系统，其中所述废水处理系统配制为通过将加热的流体与废水接触来传递热机的热量到废水。
7.权利要求1至5任一项所述的废水处理系统，其还包括热交换器，其中所述热交换器配制为接受热机的热量，且将热机的热量传递到废水。
8.权利要求7所述的废水处理系统，其中所述热交换器选自液-液热交换器，气体-液体热交换器，冷凝热交换器，和流化床热交换器。
9.权利要求8所述的废水处理系统，其中: 所述热交换器为流化床热交换器， 该流化床热交换器为位于好氧区中的三相流化床热交换器， 该三相流化床热交换器包含多孔微粒， 细菌结合到多孔微粒内部，和 提供给好氧反应区内的空气使所述微粒流化，从而擦掉在热交换器的部分上生长的细菌。
10.权利要求1至9任一项所述的废水处理系统，其中在缺氧区、好氧区、或两者的废水温度在20° C至35° C或24° C至30° C的范围。
11.权利要求1至10任一项所述的废水处理系统，其中在缺氧区、好氧区或两者的废水具有的混合液悬浮固体含量在1，000到20，OOOppm之间。
12.权利要求11所述的废水处理系统，其中所述具有混合液悬浮固体含量为1，000至20，OOOppm的废水没有被增稠。
13.处理废水的方法，该方法包括: 使含有含氮化合物的废水流入生物反应器，该反应器包含缺氧区和好氧区；且 用热机的热量加热废水来促进缺氧区的反硝化反应和促进好氧区的硝化反应。
14.权利要求13所述的方法，其中加热废水包括在缺氧区中加热废水，在好氧区中加热废水，或两者都有。
15.权利要求13或14所述的方法，其中用热机的热来加热废水包括直接或间接传递热量到废水。
16.权利要求15所述的方法，其中直接将热传递到废水包括用热机的热量加热流体，并将加热的流体与废水接触。
17.权利要求15所述的方法，其中间接将热量传递给废水包括将热机的热量传到热交换器，且将废水流过该热交换器。
18.权利要求15所述的方法，其中将热量间接传递给废水包括将热机的热量传到位于好氧反应区内的三相流化床热交换器，并且对好氧反应区提供空气，其中所述三相流化床热交换器包含多孔微粒，且细菌结合到多孔微粒内部，并且提供给好氧反应区的空气使所述微粒流化，从而擦掉在热交换器的部分上生长的细菌。
19.权利要求15所述的方法，其中间接用热机的热量加热废水包括用热机的热量加热水，以形成蒸汽，并且通过热交换器将热量从蒸汽传递到废水。
20.权利要求13至19任一项所述的方法，其中用热机的热量加热废水包括将发电系统的热量传递到废水，其中该发电系统包括热机。
21.权利要求13至20任一项所述的方法，其中加热废水包括将废水加热至20至35°C或24至30° C的温度范围。
22.用于加热包含细菌和含氮化合物的废水的三相流化床热交换器，该热交换器包括: 热交换管； 与热交换管接触的多孔微粒；和 结合在多孔微粒内部的细菌。
23.权利要求22的热交换器，其还包括一种装置以提供使多孔微粒和热交换管接触的流动方式。
24.权利要求22的热交换器，其还包括一个或多个伸长的元件，其设置在多孔微粒之间且配制为允许在多孔微粒之间引入空气。
全文摘要
废水处理系统，其包括具有含氮化合物的废水；具有反硝化细菌的缺氧区；和具有硝化细菌的好氧区。缺氧区和好氧区是相连的，并且废水从缺氧区流向好氧区或从好氧区流向缺氧区。该废水处理系统配制为接受从热机来的热量，用来加热废水。处理废水可包括使具有含氮化合物的废水流入生物反应器，该生物反应器具有缺氧区和好氧区，并用热机的热量来加热废水来促进缺氧区的反硝化反应和促进好氧区的硝化反应。在某些情况下，用三相流化床热交换器加热废水，其中所述三相流化床热交换器具有与热交换管接触的多孔微粒，并且细菌结合在多孔微粒内部。
文档编号C02F3/10GK103209932SQ201180033319
公开日2013年7月17日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年7月1日
发明者亚历山大.法斯本德 申请人:亚历山大.法斯本德