固体减少量提高废水处理设备和方法

　　申请日2001.10.05

　　公开(公告)日2004.05.12

　　IPC分类号C02F3/30

　　摘要

　　一种废水处理方法，其提供通过内生呼吸而改善的总固体量减少，同时减少了生化需氧量且利用了生物养分还原。该废水处理工艺使用有效曝气输送系统从而使氧化有机物质所需要的时间显著减少，还循环、粉碎和均化有机物质和微生物，并且较传统系统氧化整个物质更多次，结果生物固体消化速率更高。

　　摘要附图

　　权利要求书

　　1.一种处理含废料的水溶液的方法，其包括以下步骤：

　　将流入液废水流提供给厌氧调理池区，其中含水总固体被循环、混合和以悬浮体形式保持;

　　将低氧含量混合液体悬浮固体从缺氧选择器区提供给厌氧调理池区以便在厌氧调理池区中维持低的溶解氧含量;

　　将自厌氧调理池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与来自澄清区的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气，以及借此存在于第一需氧反应器区的内容物中的可沉降固体被分级，借此使固体和其它有机物质分解和氧化并且积累惰性固体;

　　自第一需氧反应器区排出所积累的惰性固体;

　　将自第一需氧反应器区的水溶液的流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环并被混合;

　　将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧反应器区;

　　循环和曝气在第二需氧反应器区的水溶液，借此可沉降的固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区，以便从其中装有的水溶液中沉降或分离固体;

　　将自澄清区沉降或分离的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区;

　　将澄清区的水溶液提供给过滤区以便从向其提供的水溶液沉降或分离固体;和

　　将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，和将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输入到流入液废水流中以再处理。

　　2.一种生物处理含废料的水溶液以减少有机物质、氮和磷的方法，包括以下步骤：

　　将含有微生物的流入液废水流提供给厌氧调理池区，在该区中含水总固体被循环、混合和保持悬浮体状态，其中通过调节自缺氧选择器区到厌氧调理池区的低氧含量混合液体悬浮固体流，以维持在厌氧调节池区中的低溶解氧含量，完成第一步富磷摄取，

　　将自厌氧调节池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与自澄清区接收的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和曝气并借此发生硝酸化作用，和存在于第一需氧反应器的内容物中的可沉降固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化，同时增加第二步富磷摄取和积累惰性固体;

　　自第一需氧反应器区排出积累的惰性固体;

　　将自第一需氧反应器区的水溶液流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环和被混合，和使缺氧选择器区存在低氧环境，以致脱氮作用和生物磷的释放与在水溶液中含有的有机物质的消耗一起发生;

　　将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧区，至少缺氧选择器区水溶液的第二部分是富微生物和养分的;

　　循环和曝气装在第二需氧反应器区的水溶液，借此发生硝酸化作用和将可沉降的固体分级，借此分解和氧化所悬浮的固体和其它有机物质，和进一步增加第二步富磷摄取导致微生物消耗大量磷;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区以从所提供的水溶液沉降或分离固体;

　　将来自澄清区的沉降的或分离的固体提供给第一需氧反应器区作为回流活性污泥;

　　将澄清区的水溶液提供给过滤区以自所提供的水溶液沉降或分离固体;和

　　将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，以及将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输送到流入液废水流中以再处理。

　　3.处理含有废料的水溶液的设备，其包括：

　　厌氧调理池区，其以流体方式连接到入口，厌氧调理池区接受经入口的流入液废水流，厌氧调理池区循环其中的废水使得含水总固体维持悬浮状态，厌氧调理池区接受来自需氧选择器区的低氧含量混合液悬浮的固体以维持在厌氧调理池区中的低溶解氧含量;

　　第一需氧反应器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区，第一需氧反应器区接受与自澄清区接受的回流活性污泥混合的厌氧调理池区的流出物，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气和借此可沉降的固体被分级，借此分解和氧化悬浮的固体和其它有机物质，第一需氧反应器区积累惰性固体，所积累的惰性固体自第一需氧反应器区排出;

　　缺氧选择器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区和第一需氧反应器区，缺氧选择器区接受来自第一需氧反应器区的水溶液流出物，在缺氧选择器区中的水溶液被循环和混合，缺氧选择器区水溶液的第一部分，相当于低氧含量/混合液悬浮的固体，被提供给厌氧调理池区;

　　第二需氧反应器区，其以流体方式连接到缺氧选择器区和第一需氧反应器区，第二需氧反应器区接受缺氧反应器区水溶液的第二部分，其中在第二需氧区中的水溶液被循环和被曝气借此可沉降的固体被分级，第二需氧反应器区的水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区;

　　澄清区，其以流体方式连接到第二需氧区和第一需氧区，澄清区接受第二需氧反应器区水溶液的第二部分，借此发生自水溶液的固体的沉降或分离和俘获，和沉降的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区;和

　　过滤区，其以流体方式连接到澄清区，入口，和出口，过滤区接受自澄清区的流出物以自澄清区的内容物的液体部分分离固体，过滤区的内容物的第一部分，相当于流出液，被提供给出口，和过滤区的内容物的第二部分，相当于分离的固体，被提供给入口和与流入液废水流混合以便再处理。

　　说明书

　　固体减少量提高的废水处理设备和方法

　　技术领域

　　本发明涉及一种含水废料处理方法和设备，其提供含水废料的改进了的处理，更具体地说，所涉及的是使用改进的功能性、操作简易性和曝气工艺的方法和设备，以提供含水废料处理的改进。

　　背景技术

　　近来，废水处理装置所使用的工艺均遵循传统的方法，这些方法耗费较高比率的能量、材料和劳动力，并且伴随着使用大量的土地。与废水处理传统方法相关的高成本的原因在于：采用诸如下述设备的所有废水分流的处理、输送和监测，例如：泵、鼓风机、空气压缩机、刮料机、过滤器、化学药品、热、压榨机、促凝剂、絮凝剂、沉淀剂及脱水，等等。在传统废水处理系统中，采用高能耗的方法处理废水。这些方法包括，但不限于，需氧消化、厌氧消化、污泥增稠以及固体脱水工艺。与这些处理相关的成本占装置操作能量预算的约85%。

　　在典型的经受处理的流入液废水流中，整个废水流的99.9%是水，而约0.1%是有机、无机和溶解的固体。典型流入液废水流还含有不同浓度的养分。需要除去的在废水流中的养分要求分解必须满足的需氧量。在工业中，将该需氧量称作生化需氧量(BOD)。在约0.1%固体中，约10%至20%是含有约35%BOD的可沉降固体。其余65%BOD 含在市政废水溶解的有机物质部分中。见图13。

　　在传统废水处理系统的固体(污泥)处理系统中，操作能量耗费于通过消化将有机物质的体积含量减少约50%，而其余50%体积有机物质通过各种手段处置，包括，但不限于，埋填于地下、焚烧和土地应用。这导致支出额外的处理固体的能量和费用。具有一种不需要处置大多数有机物质的设备和方法是有益的。

　　发明内容

　　本发明的目的在于提供处理含有有机物质和化学药品的含水废料的设备和方法。

　　本发明的另一个目的是应用具有处理区循环和较大曝气器效率的活化污泥工艺，以减少分解有机物质所必须的时间和能量。

　　本发明的还有的另一个目的是显著减少从系统中有意除去有机沉降固体而造成的消耗废活性污泥(WAS)形式的有机物质，这样就减少了固体处理设备的动力和成本。

　　本发明的另一个目的是提供处理含有高浓度工业型养分的水性废水的设备和方法。

　　本发明的还有的再一个目的是处理具有典型含量的化学需氧量 (COD)、BOD、氨和磷的市政废料。

　　本发明还有的再一个目的是处理具有高浓度水平的、一般在动物类废料中出现的COD、BOD、氨和磷的工业强度废料。

　　本发明的还有的另一个目的是提供预处理厂区设备产生的废水的设备和方法，例如，废水可以发生自工业制造厂或动物废料设备。

　　本发明的另一个目的是利用有效的循环曝气体统(RCAS)，该系统提供曝气、混合、均化和粉碎的组合，其比传统曝气系统优越，并且更有利。

　　本发明的还有的另一个目的是提供比传统处理系统更容易设计、操作、制造、起动、管理、扩大和维修的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供比传统处理系统更容易适应工艺和流程条件的变化的、更易于自动化、监测和控制的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理装置总占地面积小的设备和方法，在相似的废水处理技术要求条件下进行比较。

　　本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理系统操作更经济的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理系统在建设和操作方面花费更少的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供就传递激烈曝气的能力而言工艺容器能力增加的设备和方法，其能够在曝气槽中处理更大量的废水，而不受限于布置洗料器所用的容器底面积。

　　本发明的还有的另一个目的是提供衰变系数(Kd)显著增加的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供超过传统处理系统的增加平均槽停留时间(MCRT)的设备和方法，借此为增加挥发性固体破坏创造了条件，因之减少了固体处理的负担。

　　本发明的还有的另一个目的是提供适应高柔性的食品与微生物比例(F/M)范围，即高于和低于传统处理系统比例范围的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供减少起动成本的设备和方法，所述包括，但不限于，较快增加混合液体悬浮固体(MLSS)浓度，较低的初始起动动力成本，降低了的种子污泥的运输成本，借此以增加的效率达到设计流程能力。

　　本发明的还有的另一个目的是提供在起动状态过程中使用用于顺序间歇反应系统类型的锥形底形状的容器的设备和方法，其目的在于初始装置起动较快。

　　本发明的还有的另一个目的是提供使用用于顺序间歇反应类型的锥形底形状的容器的设备和方法，其能够使微生物菌落在工艺失常的条件出现之后快速繁殖，以便使从失常条件下回收的微生物快速繁殖。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种处理装置，其包含比传统废水处理系统少的设备和工艺来把废水处理至所要求的流出液质量。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种从液体经澄清分离固体的、而在澄清器中不需要刮削、搜集或刷扫设备的设备。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种起固体俘获区作用的设备，其包括，但不限于，澄清器、过滤设备和任选第三级处理系统，后者进一步浮获有机物质，并把有机物质转回到需氧区以便继续固体消化。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种减少废料流中总氮的设备，其方法包括：将有机氮氧化成更稳定的硝酸盐化合物，然后在废料流中通过脱氮过程将其减少。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种在废料流中经微生物消化减少磷的设备，用来在有机物质分解中繁殖新细胞。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种区特定而非容器特定的处理方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种适应特定流程和特定处理工艺的系统设计。

　　本发明的还有的另一个目的是使用RCAS系统的环形涡流作用，以减少在废水中的致病生物体的数目。

　　本发明的还有的另一个目的是提供为水溶液的化学氧化作用创造条件的设备和方法。

　　本发明的还有的另一个目的是提供一种均化微生物菌落和菌落所食基质的措施。

　　本发明的还有的另一个目的是为将微生物大絮凝物分配成微生物较小絮凝物创造条件。

　　本发明的还有的另一个目的是使包括中心部分在内的整个微生物絮凝物保持需氧状态。

　　本发明的还有的另一个目的是提供在需氧工艺中的高浓度溶解氧。

　　本发明的还有的另一个目的是提供关于废水污泥储留池的花费和要求的代替物。

　　本发明的还有的进一步的目的是克服已知废水处理系统和方法的不足之处。

　　为了描述本发明的应用和本发明的作用，以市政废水的原料流入液为例作为待处理含水废料。但是，本发明的设备和方法的实施方案能够完成各种废料的处理。

　　本发明所涉及的术语曝气意指将第二流体流(液体或气体)加入到第一流体流(液体或气体)中。

　　本发明能够借助于RCAS(循环曝气系统)提供激烈的曝气来处理废水有机物质，这样赋于了增加的氧传递效率，其导致增加的微生物氧吸收速率，以及，有机物质的官能化、粉碎和均化使有机物质实际上100%消化。与应用传统曝气如扩散曝气的传统处理方法相比较，这样做使加工能量得到有重要意义的更有效的应用。本发明还减少了或消除了许多传统耗能设备，例如：第一澄清设备、厌氧消化设备、需氧消化设备、主处理污泥储留池、焚烧炉和相关设备、污泥增稠设备和污泥输送设备。

　　本发明能够更有效并完全消化废水中的有机物质。废水总BOD的有机物质部分被处理于通过使用曝气的第一需氧反应器区和第二需氧反应器区，以及，厌氧调理池区和缺氧选择器区，在后两个区废水所处的条件是，在该条件中水生环境不含使微生物易于呼吸的足够的溶解的分子氧，这也能称作缺氧条件。这种缺氧条件一般指存在化学方式束缚的氧(例如硝酸盐)的环境。有机物质的侵蚀性的消化完成于厌氧调理池区、第一需氧反应器区、缺氧选择区和第二需氧反应器区。

　　按照本发明的一种形式，处理含废料的水溶液的方法包括以下步骤：

　　将流入液废水流提供给厌氧调理池区，其中含水总固体被循环、混合和以悬浮体形式保持;

　　将低氧含量混合液体悬浮固体从缺氧选择器区提供给厌氧调理池区以便在厌氧调理池区中维持低的溶解氧含量;

　　自第一需氧反应器区排出所积累的惰性固体;

　　将自第一需氧反应器区的水溶液的流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环并被混合;

　　循环和曝气在第二需氧反应器区的水溶液，借此可沉降的固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区，以便从其中装有的水溶液中沉降或分离固体;

　　将自澄清区沉降或分离的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区;

　　将澄清区的水溶液提供给过滤区以便从向其提供的水溶液沉降或分离固体;和

　　将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，和将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输入到流入液废水流中以再处理。

　　按照本发明的另一种形式，生物处理含废料的水溶液以减少有机物质、氮和磷的方法，包括以下步骤：

　　自第一需氧反应器区排出积累的惰性固体;

　　循环和曝气装在第二需氧反应器区的水溶液，借此发生硝酸化作用和将可沉降的固体分级并粉碎，借此分解和氧化所悬浮的固体和其它有机物质，和进一步增加第二步富磷摄取导致微生物消耗大量磷;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区;

　　将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区以从所提供的水溶液沉降或分离固体;

　　将来自澄清区的沉降的或分离的固体提供给第一需氧反应器区作为回流活性污泥;

　　将澄清区的水溶液提供给过滤区以自所提供的水溶液沉降或分离固体;和

　　将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，以及将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输送到流入液废水流中以再处理。