本发明涉及根据以下提出的独立权利要求的处理废水和/或废水污泥的方法。本发明还涉及过氧化羧酸在气味控制和/或腐蚀控制中的用途。
背景技术：
多种有机和无机化合物可能在废水处理工艺中引发问题，其中最显著的一个问题是难闻的气味。通常认为硫化氢是废水处理系统中主要的引起气味和腐蚀的化合物。当废水处理工艺中的有机物质通过细菌的厌氧消化降解时，自然产生硫化氢h2s。在典型的生活废水中，硫酸盐离子的微生物还原是硫化物形成的主要机制。
废水处理系统中的细菌可以呼吸作为末端电子受体的来源的可溶性氧、可溶性硝酸盐或可溶性硫酸盐，以根据它们所处的环境类型产生能量。可溶性氧通常存在于新鲜废水中，但通过生物活性迅速耗尽。废水中通常存在非常少的硝酸盐，而硫酸盐通常很多。由于很少或没有硝酸盐可用，在没有可溶性氧且存在对于可溶性生物氧需求的情况下，细菌开始呼吸硫酸盐以产生能量。为了获得能量，细菌必须将电子从电子供体转移到硫酸盐，有效地将硫酸盐还原成硫化物。溶解的硫化物与氢离子结合形成硫化氢，引起气味问题。硫化物的产生速率取决于硫酸盐离子、有机物质的浓度，以及其他因素，如ph、温度、保留时间和流的速度。硫化物以三种形式存在于废水中：h2s气体，非挥发性硫酸氢盐hs-和硫化物s2-。硫化氢是一种致密、无色且气味强烈的气体。它在有氧条件下被某些细菌自然地转化为硫酸。硫酸对废水或废水污泥收集和处理系统设备中使用的钢和混凝土具有腐蚀性。因此，废水中溶解的硫化物也可能引发腐蚀问题。
可以通过防止硫化物形成或在其形成后通过沉淀和/或氧化而除去硫化物来控制硫化氢的量。液相控制是一种防止气味和腐蚀的方法，通过该方法将化学物质引入废水中以与溶解的硫化物反应，从而有效地氧化它们，从而防止h2s释放到气相中。除去可溶/溶解的硫化物的废水的液相处理通常涉及添加大量化学品，使用几类化学品。常用的方法之一是通过氯、基于氯的化学品或过氧化氢(h2o2)将硫化物化学氧化成硫酸盐或硫。但是，过氧化氢和硫化物之间的反应相对较慢，因此必须在废水处理中提供充分的混合和接触时间。此外，过氧化氢是非常活泼的，并且很难通过系统保持一定残余以维持一个有效的气味控制系统。此外，用于废水液相处理的其他化学品可能对下游处理设备和接收水产生副作用。例如，用于氧化硫化物的氯可能对活性污泥工艺具有残留的消毒效果，并且在污泥生产中的铁盐可能增加。
尽管有多种硫化物控制策略可用，但没有发现优选的技术。仍然需要一种有效且优选环境友好的方法来控制废水处理工艺中的气味。
发明概述
本发明的一个目的是减少或甚至消除现有技术中存在的缺点。
本发明的一个目的是提供一种处理废水和/或废水污泥以防止恶臭的新方法。特别地，本发明的一个目的是提供一种控制废水中溶解的硫化物水平的方法。本发明的另一个目的是为使用化学氧化剂的应用提供有效且更经济和环境友好的替代方案。
为了实现上述目的，本发明的特征在于所附独立权利要求中所呈现的内容。
将在其他权利要求中描述本发明的一些优选实施方案。
在适用的情况下，本文中提到的实施方案和优点涉及根据本发明的方法和用途二者，即使并非总是特别提及。
根据本发明的用于处理废水或废水污泥的典型方法使用包含过氧化羧酸作为气味控制剂和/或腐蚀控制剂的处理化学品。通常，根据本发明的用于处理废水或废水污泥的方法包括
-获得废水或废水污泥流，和
-向废水或废水污泥流中添加包含过氧化羧酸的处理化学品。
在根据本发明的典型方法中，通过向废水或废水污泥流中添加包含过氧化羧酸的处理化学品来控制溶解的硫化物的水平，其中在废水或废水污泥流中减少了溶解的硫化物的量。这可以通过减少的气味和腐蚀问题来观察。在本申请中，溶解的硫化物也指可溶于废水或废水污泥中的可溶性硫化物。本发明涉及影响溶解的硫化物和/或可溶性硫化物的水平。
通常，过氧化羧酸选自过甲酸(pfa)、过乙酸及其组合。因此，本发明还涉及过氧化羧酸，优选过甲酸、过乙酸或其组合在废水和/或废水污泥的气味控制中的用途。此外，本发明涉及过氧化羧酸，优选过甲酸、过乙酸或其组合在废水或废水污泥收集和处理过程中的腐蚀控制中的用途。在一个优选的实施方案中，过甲酸(pfa)用作被包含的用于控制气味和/或腐蚀的处理化学品。
令人惊讶地发现，包含过氧化羧酸的处理化学品可以有效地将废水和/或废水污泥中溶解的硫化物氧化成硫酸盐，并且在有利于引发恶臭和腐蚀的条件下防止形成h2s，而将硫酸盐保留在废水或废水污泥中。因此，可以显著减少气味和腐蚀。根据本发明的处理化学品包含过氧化羧酸，例如过甲酸；通过显著减少废水中可挥发到空气中的溶解的硫化物，降低了废水上方空气中气态硫化物的浓度，从而消除了不良气味。
根据本发明的方法基于用于防止气味和腐蚀的液相控制方法，通过该方法将处理化学品引入废水和/或废水污泥中以与溶解的硫化物反应，从而防止h2s释放到气相中。本发明基于使用包含过氧化羧酸的处理化学品的液相h2s控制方法。过氧化羧酸可以是过甲酸、过乙酸或其组合。
根据本发明的优选实施方案，包含过甲酸的处理化学品用作气味控制剂和/或腐蚀控制剂。过甲酸(ch2o3)是甲酸和过氧化氢的反应产物。它是完全可生物降解的，因为它会降解为水和二氧化碳。因此，包含过甲酸的处理化学品是环境友好的。最终，其作为气味控制剂和/或腐蚀控制剂的使用是有利的，因为它不会损害环境。过甲酸还具有强氧化性，因此，以小剂量作为活性浓度的pfa可显著减少溶解的硫化物。
还观察到，加入过氧化羧酸如过甲酸有效地防止或至少减少了废水或污泥处理和收集系统中工艺表面的腐蚀。
在本发明的一个优选实施方案中，使用过甲酸作为处理化学品。以体积重量计，产生的待添加到废水和/或废水污泥中的过甲酸的活性浓度可为至少8％，优选至少9％或优选至少10％。在本发明的一个实施方案中，以体积重量计，产生的待添加到废水和/或废水污泥中的过甲酸的活性浓度可为8-14％或10-14％。根据本发明的一个典型实施方案，以体积重量计，产生的用于处理废水和/或废水污泥的过甲酸的活性浓度可为约13.5％。在一些实施方案中，以体积重量计，过甲酸的活性浓度可以是约9％或9.5％。上述活性浓度是优选的使用浓度，但本发明不限于这些，也可以使用较低浓度。优选地，过甲酸用作包含过甲酸和过氧化氢的平衡溶液。
处理化学品可在至少一个处理位置添加到废水流和/或废水污泥中。还可以将处理化学品在几个不同位置添加到废水流和/或废水污泥中。这可以包括但不限于沿着废水收集系统的认为其中产生气味或腐蚀的任何位置。优选地，在靠近应该存在或产生可溶/溶解的硫化物的位置的一个、两个或更多个处理位置添加处理化学品。处理化学品可以添加到废水处理设备的渠首(headworks)，以消除由引发h2s气体释放的流动力学、温度、ph方面中的变化引起的气味和腐蚀。取决于条件，添加点可以在主要或次要处理部分的流入物或流出物处，以降低h2s水平从而防止气味、腐蚀或安全问题。处理化学品也可以添加到任何废水处理设备固体应用或通往或来自任何废水处理固体应用(例如厌氧消化器、固体收集池和储池)的管道(piping)中。脱水设备包括但不限于压滤机、离心机和皮带压机以及可从任何一个位置收集、存储、传送或移动固体的区域。在本发明的一个实施方案中，可将处理化学品加入废水污泥管线中的混合套管中。处理化学品，例如过氧化羧酸也适用于任何产自或用于土地施用、再利用、施肥、灭菌、堆肥或任何其他工艺的固体，由此废水固体可以从一种形式转化为另一种形式。
在本发明的一个优选实施方案中，可以将包含过氧化羧酸，优选过甲酸的处理化学品加入到至少废水处理设备的流入物中，因为可能观察到显著量的溶解的硫化物。
根据本发明的一个实施方案，用作处理化学品的过甲酸可以在紧邻其加入废水或废水污泥的工艺位置处制备。这保证了过甲酸的高化学效率。根据本发明的过甲酸或其它处理化学品可通过合适的连接引入工艺位置，并通过使用合适的进料装置进料到所需的废水或废水污泥流中。处理化学品的添加可以是连续的，即在废水和污泥处理期间将处理化学品在至少一个处理位置处连续添加到废水或废水污泥中。或者，可以在预定的时间间隔下在特定的时间段内将处理化学品加入废水或污泥中。
根据本发明的一个实施方案，在加入用于脱水的铁盐之前，可将用作处理化学品的过甲酸施用于废水流或废水污泥中。
处理化学品的添加可以完全自动化。可存在至少一个检测废水或废水污泥流中溶解的硫化物的浓度的传感器，并且可以根据从至少一个传感器获得的信息自动调节处理化学品的添加。根据一个实施方案，连续地或以预定间隔检测废水或废水污泥流中溶解的硫化物的浓度，并根据获得的关于浓度的信息自动调节处理化学品的添加。这种系统改善了添加量的控制，并保证了过甲酸在废水流或废水污泥中具有适当浓度。
根据本发明的一个实施方案，可以在加入处理化学品之前测量废水或废水污泥流中溶解的硫化物的浓度，并且可以根据获得的关于浓度的信息自动调节处理化学品的添加。根据本发明的另一个实施方案，可以在添加处理化学品之后在废水流流动的位点处测量废水或废水污泥流中溶解的硫化物的浓度。因此，可以在添加处理化学品的添加位点之前和/或之后测量浓度。用于测量溶解的硫化物浓度的控制系统可以包括至少一个传感器，或者它可以包括位于不同位置的若干传感器，以用于提供溶解的硫化物浓度变化的信息。根据本发明的一个实施方案，该方法可以进一步包括基于溶解的硫化物浓度的测量来改变向废水流或废水污泥中添加处理化学品的速率。
根据本发明的一个实施方案，将处理化学品加入废水流或废水污泥中，以使废水流或废水污泥中气味、腐蚀或环境问题被关注的位点处可溶性硫化物，特别是h2s的水平达到小于5ppm，特别是小于2ppm，甚至小于1ppm的水平。在2ppm或更低时，可溶性硫化物低于有害水平。因此，在本发明的一个实施方案中，将处理化学品加入废水或废水污泥中，其量使硫化物降低到低于有害水平，即低于2ppm。
所需加入废水流或废水污泥中的处理化学品的量取决于溶解的硫化物的浓度，但也可取决于废水流量或废水中所需的硫化物水平。对于溶解的硫化物的浓度的测量以及在该测量基础上对于处理化学品剂量的测量可能是重要的，因为可溶性硫化物的量可随时间在一天或一年中而变化。在本发明的一个实施方案中，以pfa的活性浓度计，用作处理化学品的过甲酸可以以1至12ppm，优选5至10ppm的量加入，因为pfa具有强氧化性，因此小剂量作为活性浓度的pfa就可显著减少溶解的硫化物。合适的量也可取决于pfa的活性浓度。由于pfa的强氧化性质，它还可以与废水或废水污泥中存在的硫化物快速反应。因此，它可能不需要在废水或废水污泥中具有长的停留时间，并且可以将其添加到应该存在或产生溶解的硫化物的位置附近。
根据本发明的方法可用于处理任何种类的废水流和/或废水污泥。根据本发明的处理化学品适用于处理废水或废水污泥，而不管固体含量如何，因此，根据本发明的方法适用于不同种类的废水处理过程。根据本发明的一个实施方案，处理城市废水收集或处理应用、城市污泥收集或处理应用或工业废水处理应用中的废水或废水污泥。废水流在本公开中广泛地涉及在废水处理过程中处理的废水或废水污泥，而不管废水处理的处理步骤或处理流程如何。这些系统可以从设计以用于将废水转化为饮用水质量的简单过程到高级处理设施不等。这些可用于公共和私人设施以及私营企业拥有的处理设备。
实验
实例：使用气味控制的实验室测试
从城市污水处理设备的流入物管道中提取来自流入物废水的样品。将样品提取至1000ml的聚丙烯瓶中并完全填充到顶部以防止硫化物从样品中挥发。
在即将使用之前，制备包含过甲酸(pfa)作为活性气味控制剂以及所有其它试剂的处理化学制剂。
由混合稳定的甲酸与50重量％的过氧化氢制成pfa13.5％制剂。
从不溶性硫化物中分离可溶性硫化物
水和废水的标准方法4500-s2-：b部分程序用于测定可溶性硫化物，用dr2800分光光度计进行亚甲蓝分析。该程序包括以下步骤：
1.在15ml玻璃管中，放入约10滴6n的氢氧化钠(naoh)。
2.从样品瓶中的水柱中间取出15ml样品，将移液器放入玻璃管中，轻轻地将样品分散到naoh溶液中。
3.加入约7滴氯化铝(alcl3)至玻璃管中，确保此时管被填满至顶部。
4.通过倒置将管混合4次并静置直至絮凝剂沉降，在玻璃管顶部产生相当清澈的上清液。
5.立即使用dr2800分光光度计进行亚甲蓝分析。
pfa测试以测定可溶性硫化物
如上所述采集多个样品。对于测试，取3个样品瓶并相应地标记为：对照样品，5ppmpfa和10ppmpfa。这些测试浓度在1-10ppmpfa活性浓度的推荐范围内。从测试瓶中取出样品以在瓶中建立时间0的硫化物浓度。标记为对照样品的测试瓶中没有添加pfa。对于5ppmpfa的测试瓶，添加37ppm的13.5％的pfa至瓶中。对于10ppmpfa的测试瓶，添加74ppm的13.5％的pfa至瓶中。将所有瓶子轻轻混合5分钟。5分钟后，根据所述标准方法，从水柱中间收集来自每个测试瓶的15ml样品，并分别轻轻地放置在如上所述标记的玻璃管中，以将可溶性硫化物与不溶性硫化物分离。10分钟后，从水柱中间收集来自测试瓶的另外15ml样品，并分别轻轻地放入如上所述标记的玻璃管中。
结果
测试结果列于表1中。刚好在添加pfa化学品之前提取时间0的样品。提取时间0的样品以设定所收集样品中可溶性硫化物的基线。
表1：具有不同处理时间和不同剂量的pfa的样品中可溶性硫化物的量(ppm)
对照样品中硫化物的增加可能是由于混合和取样导致不溶性硫化物转化为可溶性硫化物的结果。
如结果所示，当添加5ppm至10ppm的剂量的pfa时，pfa的加入显著减少了废水处理设备流入物中的可溶性硫化物和溶解的硫化物。在2ppm或更低时，硫化物低于有害水平。因此，由于pfa将硫化物降低到低于有害水平，因此pfa可用于控制废水和废水污泥中的气味。该研究评估了5分钟和10分钟的停留时间，因为pfa化学在短时间内非常有效，并且中和硫化物所需的时间非常快。该研究的结果表明，与未处理的对照样品相比(其在5分钟停留时间或10分钟停留时间内没有表现出可溶性硫化物的损失)，在5分钟内可溶性硫化物浓度降低了超过90％。该研究还表明，与具有增加的硫化物产生的对照样品相比，pfa能够从具有悬浮固体的废水中去除可溶性硫化物，证明其可进一步减少可溶性硫化物。