废水处理方法和系统的制作方法

废水处理方法和系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 参考的相关申请
[0002] 本申请是2013年3月1日提交的美国专利申请系列No.13/783126的部分继续， 并且要求其优先权，其在此W它全部引入作为参考。
技术领域
[0003] 本申请设及处理废水的方法和系统。
[0004] 发明背景 阳〇化]处理废水的许多方法和系统是现有技术已知的。常规的二级处理使用微生物来好 氧消化废水中存在的有机物质。运导致大量微生物作为污泥沉降在与废水通气槽连接的澄 清器中。通常一部分该污泥（被称作返回活化污泥）再循环到通气槽来维持该好氧处理方 法。多余的污泥（称作废活化污泥）通常脱水和处置掉。与废活化污泥处理相关的成本可 是主要的，包括化学聚合物，脱水装置和物质运输的成本。
[0006] 在现有技术中已知有许多系统用于通过生物，化学和/或机械手段来调节污泥。 运样的系统通常需要专用反应器，大量通气和长的驻留时间来实现废活化污泥体积的明显 降低。因此，许多现有技术系统不适于连续或者半连续污泥加工。污泥处理经常还受限于非 生物可降解的碎片的存在。此外，一些现有技术污泥调节使得该污泥不适于下游厌氧处理 或者使得脱水方法复杂化。因此需要提出改进的处理污泥的方法和系统，其基本上或者完 全避免了对于专用反应器，延长的驻留时间，污泥脱水和好氧处理设备的营养补充的需要。
[0007] 前述相关领域的例子和与之相关的局限目的是说明性的，并非排他的。通过阅读 说明书和研究附图，相关领域的其他局限对本领域技术人员将变得显而易见的。

【发明内容】

[0008] 下面的实施方案及其方面是与系统、工具和方法相结合来描述和说明的，其表示 示例性和说明性的，并非限制范围。在不同的实施方案中，已经减少或消除了一种或多种上 述问题，而其他实施方案设及其他改进。
[0009] 在本发明的一个实施方案中，提供一种用于降解处理废水所产生的污泥的方法。 该方法包含W下步骤：(a)提供好氧处理系统，其接收所述废水的供料；化）处理所述污泥 的供料，来破裂其中所存在的微生物细胞，来生产经处理的污泥，其具有与未处理的污泥相 比增加的液体：固体比和增加的降解潜力；（C)将该经处理的污泥供料传送到该好氧处理 系统；和（d)在该好氧处理系统中充分降解该经处理的污泥供料。
[0010] 本发明还包括一种处理来源于流出物供料的废水的系统。该系统包括（a)好氧处 理系统，用于接收来自于流出物供料的废水，其中该好氧处理系统生产了经处理的流出物 和好氧污泥；化）污泥处理单元，其接收来自于该好氧处理系统的污泥供料，其中该污泥处 理单元破裂了污泥供料中存在的微生物细胞，由此产生经处理的污泥，其具有与未处理的 污泥相比增加的液体：固体比和增加的降解潜力；和（C)污泥流路，用于将该经处理的污泥 从污泥处理单元传送到该好氧处理系统。
[0011] 除了上述示例性方面和实施方案之外，另外的方面和实施方案将通过参考附图和 通过研究下面的详细说明而变得显而易见。
【附图说明】
[0012] 附图中显示了示例性实施方案。它目的是将此处公开的实施方案和图认为是示例 性的，而非限制性的。
[0013] 图1是示意图，显示了使用好氧处理的常规的废水处理方法和系统。
[0014] 图2是图1的方法和系统的示意图，其包括在厌氧消化器中厌氧处理废活化污泥。
[0015] 图3是图2的方法和系统的示意图，其进一步包括在该好氧处理系统上游处理废 水，来生产初沉污泥和从初沉污泥除去碎片。
[0016] 图4是图3的方法和系统的示意图，其中从废水中除去碎片是在液体/固体分离 设备上游进行的。
[0017] 图5A是示意图，显示了根据本发明的废水处理方法和系统，其中处理了废活化污 泥供料，然后再循环到该好氧处理系统。
[0018] 图5B是示意图，显示了根据本发明的废水处理方法和系统，其中处理了活化污泥 供料（其包含返回活化污泥和废活化污泥二者），然后再循环到该好氧处理系统。
[0019] 图6A是图5A的方法和系统的示意图，其进一步包括在废活化污泥处理之后厌氧 消化。
[0020] 图6B是图5A的方法和系统的示意图，其进一步包括在废活化污泥处理之前厌氧 消化。
[0021] 图6C是图5A的方法和系统的示意图，其进一步包括在废活化污泥处理之前和之 后，厌氧消化。
[0022] 图7是图6A的方法和系统的示意图，其进一步包括在厌氧处理后回收化合物。
[0023] 图8是图6A的方法和系统的示意图，其进一步包括从废活化污泥中除去碎片和污 泥增稠。
[0024] 图9是根据本发明的整合的方法和系统的示意图，用于处理和再循环初沉污泥和 活化污泥二者。
[0025] 图IOA是根据实验实施例配置的本发明一个实施方案的示意图。 阳0%] 图IOB是根据一个可选择的实验实施例配置的本发明一个实施方案的示意图。
[0027] 图11是根据实验对照例配置的废水处理方法和系统的示意图。
[0028] 图12是现有技术废水处理方法和系统的示意图。
[0029] 图13是根据本发明的一个可选择的实施方案的废水处理方法和系统示意图。
[0030] 说明
[0031] 在下面的整个说明书中，阐述了具体细节来提供本领域技术人员更彻底的理解。 但是，为了避免不必要的干扰本发明，对于公知的元件没有详细显示或者描述。因此，说明 书和附图被认为是说明性的，而非限制性含义。
[0032] 常规的废水处理系统
[0033] 图1显示了使用好氧处理的常规的废水处理系统的流路。废水或者其他流出物10 例如来自于纸浆厂的废水传递到好氧处理系统12。系统12包括不同的装置，用于使用氧 或者空气与好氧微生物一起从废水10中除去有机物质。运种方法通常产生了=种主要产 物：（1)经处理的水；（2)二氧化碳气体；和（3)过量微生物。系统12可W包括例如好氧处 理设备14W及液体/固体分离设备16。好氧处理设备14的例子包括活化污泥反应器，氧 活化污泥废水处理系统扣NOX)，滴流过滤器，曝气池，氧化沟，旋转生物接触器，顺序批次反 应器，膜生物反应器和悬浮介质系统。液体/固体分离设备16的例子包括澄清器，膜或者 过滤器。
[0034] 从液体/固体分离设备16排出的经处理的流出物18优选适于直接释放到环境 中，例如进入水路或者流体管道，用于再循环到另一部分的工厂或者其他处理位置。液体/ 固体分离设备16可W包含澄清器，其配置W使得经处理的流出物18溢流过该澄清器顶上 的堪。出于环境原因，通常该经处理的流出物18中的总悬浮固体（TS巧和/或挥发性悬浮 固体（VS巧浓度必须低于阔值量。
[0035] 沉降在分离设备16中的固体组分包含污泥，其包含好氧处理方法所产生的微生 物。作为本专利申请中所用的，"好氧污泥"指的是好氧处理方法所产生的污泥。一种类型的 通常所产生的好氧污泥是"活化污泥"，其来源于好氧处理方法，该方法使用了氧或者空气 和包含细菌和原生动物的生物絮凝物。一些活化污泥（通常称作"返回活化污泥"(RA巧20) 返回到作为处理系统12 -部分的好氧处理设备14,来维持正在进行的好氧处理方法。多于 RAS20的污泥部分通常称作"废活化污泥"(WA巧22。常规上WAS22被处置掉。但是，该处 置方法是昂贵的，并且通常需要几个另外的液体/固体处理步骤。例如WAS22可W使用化 学聚合物脱水。脱水装置例如离屯、机，压带机或者压滤机也可W单独或者组合使用。该经 脱水的污泥饼然后可W运输到处置位置。所除去的水可W返回到好氧处理系统12,传送到 该处理位置的一些其他地点，或者排出到环境中。用于运样的WAS22脱水和处置有关的固 体处理成本通常是整个废水处理运行成本的非常主要的部分，通常仅次于电力成本。
[0036] 如图2所示，一些现有技术系统包括W下步骤：在处置前，将WAS 22在厌氧消化器 24中处理，来降低VSS浓度和产生生物气体（其包含甲烧和二氧化碳）。但是，在厌氧消化 器24进行了处理的WAS 22通常相比于未处理的WAS 22来说，对于脱水是非常困难并且昂 贵的。
[0037] 如图3和4所示，一种常规的废水处理系统还可W任选的包括在废水10传递到好 氧处理系统12之前处理废水10的装置。例如液体/固体分离设备26可W配置在处理系 统12上游。在一个实施方案中，液体/固体分离设备26可W主澄清器，和好氧处理系统12 中的液体/固体分离设备16可W是次澄清器。从分离设备26排出的液体部分（由澄清的 废水10组成）传递到好氧处理设备14,并且固体部分包含初沉污泥28。初沉污泥28可W W与上述WAS22相同的方式脱水和处置。
[0038] 任选的，碎片除去装置30也可W单独的或者与液体/固体分离设备26组合，来配 置在好氧处理系统12上游（图3和4)。例如碎片除去装置30可W包括过滤器或者一些其 他分离器例如水力旋流器，用于从废水10和/或初沉污泥28中除去不可降解的微粒碎片。 取决于该废流，可W提供碎片除去装置30来除去相关的不可降解的微粒碎片例如纸纤维， 木屑，头发，沙子和粗砂，昆虫，蜗牛或者塑料片。碎片除去装置30可W位于液体/固体分 离装置26下游（图3)或者上游（图4)，如本领域技术人员熟知的。
[0039] 取决于要处理的废水10的性质，该处理系统也可W包括营养物供料32,用于加入 营养物到支流中，来维持好氧处理设备14中的微生物。例如营养物供料32可W在传递到 好氧处理设备14之前，加入氮和/或憐营养物到废水10中。在纸浆厂运行的情况中，废水 10通常富含碳而贫含氮和憐。因此，尿素形式的氮肥可W在设备14上游加入废水10中。 聚憐酸锭（AP巧形式的憐肥也可W类似的加入。在市政废料的情况中，废水10会具有高氮 含量和因此无需补充肥料。
[0040] 污泥处理和加工
[0041] 如图5-9所示，本发明设及一种处理，再循环和降解来源于废水处理的污泥的方 法。如下所述，申请人的发明的一个主要优点是处理和处置污泥例如WAS22的成本和复杂 性明显降低或者消除。同样，经处理的污泥可W用作营养源，因此避免或者明显降低了加入 氮和憐酸盐基肥料到废水处理流中的需要和提供了增加的化合物回收机会。如本领域技术 人员将理解的，虽然本发明主要是参考活化污泥来描述的，但是它也可W应用于其他类型 的好氧污泥和/或初沉污泥。
[0042] 在图5A所示的实施方案中，RAS20W常规方式直接返回到好氧处理设备14,并且 WAS22是如下所述来处理的，然后也再循环到好氧处理设备14。在图5B的实施方案中，将 全部的活化污泥23 (包含部分RAS20和WAS22二者）处理和再循环到好氧处理设备14。 虽然处理的和再循环的污泥的量在下面所述和实施例1所示例的本发明不同的实施方案 中可W不同，但是将足够数目的可存活的微生物细胞直接或者在处理后返回好氧处理设备 14,来维持正在进行的好氧处理方法。
[0043] 在图5A和5B的实施方案中，需要脱水和/或处置的活化污泥的体积可W减少或 者完全消除。运是如下来实现的：处理一些或全部的活化污泥（和任选的初沉污泥）来增 强它的降解潜力，然后再循环该经处理的污泥到好氧处理设备14,其中它基本上降解。在此 处所述的一些实施方案中，申请人的方法可W实现好氧处理设备14所产生的活化污泥的 质量和再循环后在好氧处理设备14中降解的经处理的污泥中存在的细胞来源的固体的质 量之间的大致平衡。如此处所述，可W实现运种平衡，而不会导致好氧处理系统12中明显 的固体积聚或者其他有害效应。
[0044] 申请人的发明可WW连续方法运行，由此避免对于分批加工污泥，大的专用反应 器和长的驻留时间的需要。可选择的，申请人的发明可W半连续运行，例如是顺序批次反应 器（SBR)中的情况。在SBR中，好氧处理系统12可W包含单个容器，其在时间次序加工阶 段中充当了通气的生物反应器和次级澄清器二者。如本领域技术人员将理解的，在SBR中， 反应器容器填充有支流废水，并且通气来进行好氧消化。该通气然后停止来允许悬浮固体 沉降。该液体部分然后谨析，并且除去WAS。然后重复该方法。
[0045] 污泥处理单元
[0046] 在图5A所示的实施方案中，WAS22是在与液体/固体分离设备16流体连通的 污泥处理单元34中处理的。处理单元34的目的是破裂WAS22中存在的微生物细胞，来 释放其细胞质内容物。运种处理增加了活化污泥的液体：固体比（即，相对于固体部分液 体部分增加）和增加了它的降解潜力，如下进一步所述。如图5A所示，经处理的活化污泥 ("TAS") 36返回好氧处理设备14,而非处置掉。因此在运种实施方案中，处理系统12的好 氧处理设备14接收TAS36作为除了废水10和RAS20之外的输入（图5A)。
[0047] 在本发明不同的实施方案中，可W加工好氧处理系统12产生的不同量的WAS22。 在一些实施方案中，将从液体/固体分离设备16排出的大部分的WAS22传送到处理单元 34。作为本专利申请中所用的，措词"大部分"表示好氧处理系统12所产生的至少75%的WAS22。在具体实施方案中，在本发明运行中传递到处理单元34的WAS部分可W超过好氧 处理系统12所产生的WAS22的80%，或者可选择的90%，或者可选择的95%。在此处所 述的一种实施方案中，好氧处理系统12所产生的全部的WAS22传递到处理单元34。因此 本专利申请中所用的，措词"至少大部分"可W包括好氧处理系统12所产生的100%的WAS 22。作为本领域技术人员将理解的，WAS22可W从液体/固体分离设备16连续的或者半 连续地传送到污泥处理单元34 (如SBR的情况），而非离散的批次。
[0048] 处理单元34可W包括不同的不同的设备和/或处理步骤，用于破裂污泥中存在的 微生物细胞，来增强其溶解性。例如该处理可W包括W下的一种或多种：升高的压力，升高 的溫度，加入化学品，加入生物化学品，电穿孔，微波，空化，超声波或者剪切力。处理单元 34降低了污泥中存在的固体的平均粒度和增加了整体的液相：固相比。运依次降低了需要 处置的微粒固体的量和增强了污泥在下游加工步骤中的降解潜力。作为本专利申请中所用 的，"降解潜力"指的是将污泥转化成降解产物例如（a)用好氧处理转化成二氧化碳；或者 化）用厌氧处理转化成主要包含甲烧和二氧化碳的生物气体的能力。作为本专利申请所用 的，"增加降解潜力"指的是增加了污泥能够在运样的下游处理步骤中降解的速率和/或程 度。存在于污泥中的微粒固体也可W溶解和用澄清器溢流或者滤出液排出。
[0049] 取决于所用的工艺，处理单元34可WW不同的细胞溶解效率水平来破裂活化污 泥中存在的细胞。在高效率细胞溶解工艺的情况中，可W破裂污泥中存在的主要比例的微 生物细胞。作为本专利申请中所用的，措词"主要比例的微生物细胞"表示破裂了传递到处 理单元34中的污泥供料中存在的至少50 %的微生物细胞。在可选择的实施方案中，在处理 单元34中破裂了污泥中存在于污泥中的大于60%，或者可选择的大于70%，或者可选择的 大于80 %，或者可选择的大于90 %，或者可选择的大于95 %，或者可选择的大于98 %，或者 可选择的大于99 %的微生物细胞，运取决于所用的细胞溶解工艺。处理单元34也可W包括 用苛性化学品处理污泥的装置，来在高压处理之前弱化微生物细胞壁/膜。
[0050] 在本发明的一种实施方案中，处理单元34可W包括喷嘴，用于使得污泥进行高 压处理。合适的高压处理描述在美国专利No. 6013183中，标题为MethodofLiquefying MicroorganismsDerivedfromBiologicalWastewaterTreatmentProcesses，其在此 引入作为参考。描述在' 183专利中的申请人的高压均化器是在商标MicroSludge感下 销售的。MicroSiudge?细胞破裂器/均化器在溶解污泥中存在的微生物的细胞壁或膜 和释放细胞质中的内容物方面是非常有效的。
[0051] 在原始的，未处理的WAS22中的固体的可溶性部分通常不大于大约10% (即， 可溶量的总固体灯巧或者挥发性固体（V巧作为总TS或者VS的分数）。在WAS22在 MicroSliidge⑥细胞破裂器/均化器中处理后，WAS22中的固体的可溶部分可W增加到 总量的20% -40%，并且在一些情况中高到80%。即，该MicroSludge戀处理导致WAS22 充分液化，通常WAS22中的固体可溶部分增加超过100%。一些其他污泥处理例如热水解 能够实现固体溶解的类似增加，而许多其他处理产生了固体溶解明显更小的相对增加，通 常处于10-20 %的量级。