申请日2007.09.28
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C02F3/12; C02F11/06; C02F1/78
摘要
本发明公开了用于在废水处理过程中通过臭氧化来处理和减少污泥的系统和方法。所述污泥处理系统(10)包括：连接到活化污泥处理池(20)的污泥臭氧化反应器(30)，其适用于接收来自所述活化污泥处理池(20)的含有生物固体的污泥液体物流。所述污泥处理系统(10)还包括操作上连接到所述反应器的富含臭氧的气体注入系统(40)，其适用于在所述污泥臭氧化反应器(30)处或其上游将富含臭氧的气体注入所述液体物流中。所述污泥臭氧化反应器(30)配置为实现富含臭氧的气体与所述液体物流之间的有效气液接触，从而氧化所述液体物流中的生物固体并引发细菌胞溶，从而减少所述生物固体。在减少所述生物固体后，通过返回管(50)将所述液体物流返回至所述活化污泥池(20)或其他排放点(23)。
权利要求书
1.活化污泥处理系统，包括：
与活化污泥处理池流体连接的包含管路的活塞流型臭氧化反应 器，其适用于接收来自所述活化污泥处理池的含有生物固体的液体物 流;
富含臭氧的气体的供应源;
连接至所述富含臭氧的气体的供应源的气体注入系统，其适用于 将富含臭氧的气体注入所述活塞流型臭氧化反应器内的液体物流中;
所述活塞流型臭氧化反应器适用于控制经受臭氧处理的生物固 体的停留时间分布以促进所述生物固体的胞溶和污泥的减少;以及
连接至所述活塞流型臭氧化反应器的返回管，其用于将臭氧化的 液体物流输送到所述活化污泥处理池。
2.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述富含臭氧 的气体的供应源进一步包括连接至氧气源的臭氧发生器，且所述富含 臭氧的气体是富含臭氧的氧气。
3.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述富含臭氧 的气体的供应源进一步包括连接至环境空气源的臭氧发生器，且所述 富含臭氧的气体是富含臭氧的空气。
4.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述富含臭 氧的气体的供应源进一步包括连接至富含氧气的空气源的臭氧发生 器，且所述富含臭氧的气体是富含臭氧的空气-氧气混合物。
5.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述气体注入 系统进一步包括位于所述臭氧化反应器内的一个或多个喷嘴。
6.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述气体注入 系统进一步包括位于所述臭氧化反应器内的文丘里装置。
7.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述气体注 入系统进一步包括位于靠近所述臭氧化反应器处的多个注入装置。
8.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述污泥处理 系统还包括适用于将活化污泥循环回所述活化污泥池的返回活化污 泥管线，并且所述臭氧化反应器连接至所述返回活化污泥管线。
9.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，还包括插入所述活 化污泥池和所述臭氧化反应器之间的预处理子系统，所述污泥预处理 子系统适用于调节所述液体物流，以优化所述臭氧化反应器内的生物 固体的胞溶。
10.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述液体物 流是混合液物流。
11.根据权利要求1所述的活化污泥处理系统，其中所述液体物 流是污泥物流。
12.污泥减少方法，包括如下步骤：
在活化污泥池中处理废水;
将含有生物固体的液体物流从所述活化污泥池转移至活塞流型 臭氧化反应器;
在所述活塞流型臭氧化反应器处或其上游以受控的方式向所述 液体物流中引入富含臭氧的气体，促进所述液体物流与所述富含臭氧 的气体之间的有效的液-气接触并优化臭氧化物流中的生物固体的停 留时间分布，以通过所述生物固体与臭氧在所述臭氧化反应器内的相 互作用来诱导所述生物固体的胞溶;以及
将含有由所述胞溶所得的副产物的臭氧化液体物流排放到生物 反应器中，用于进一步对所述副产物进行生物氧化;
其中臭氧和生物固体之间的接触时间为10-60秒。
13.根据权利要求12所述的污泥减少方法，还包括通过产生臭氧 并将所述臭氧与气体混合来产生富含臭氧的气体的步骤，且其中所述 臭氧的百分含量为6-15%体积比。
14.根据权利要求12所述的污泥减少方法，还包括通过产生臭 氧并将所述臭氧与氧气和环境空气的混合物混合来产生富含臭氧的 气体的步骤，且其中所述臭氧的百分含量为6-15%体积比。
15.根据权利要求12所述的污泥减少方法，还包括对所述含有生 物固体的液体物流进行预处理的步骤。
16.根据权利要求12所述的污泥减少方法，其中所述向臭氧化反 应器中引入富含臭氧的气体的步骤进一步包括在所述臭氧化反应器 内的多个位置处注入富含臭氧的气体。
17.根据权利要求12所述的污泥减少方法，其中所述排放所述臭 氧化液体物流的步骤进一步包括将所述臭氧化液体物流排放回所述 活化污泥池。
说明书
通过臭氧化消除污泥的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于活化污泥处理的方法和系统，且更具体地涉及应用 臭氧来减少活化污泥处理过程中的生物固体(biosolid)。
背景技术
常规的废水处理方法包括在称为活化污泥处理的过程中，在需氧或 厌氧类型过程中使废水物流与细菌接触。这些细菌消耗废水中所含的部 分底物材料或废物，所述底物材料或废物通常为包含碳、氮、磷、硫等 等的有机化合物。通常，部分废物被消耗来推动细菌细胞的新陈代谢， 或者维持细菌细胞的生理机能。此外，部分废物也被消耗作为新细菌细 胞合成过程的一部分。活化污泥处理过程产生一定量的污泥和附带的固 体，必须从处理池中不断去除这种固体以维持稳态污泥平衡，这对活化 污泥处理系统的高效运行是至关重要的。
为了将处理设备的废物去除能力保持在稳定状态，控制活化污泥处 理过程中新细菌细胞的生成是很重要的。新细菌细胞合成过多超过了稳 态或接近稳态的废物处理所需的量会导致形成过量的生物固体，原因是 这类新合成的但不是必需的细菌细胞的积聚。在活化污泥处理过程中， 这种过量的生物固体必须被不断去除。
实现污泥去除的现有方法包括将污泥运送到堆填区，将污泥用于土 地应用或农业目的，以及污泥焚化。大多数污泥处置操作都需要对污泥 做一定的预加工;一种本领域公知的方法是固相处理。固相处理方法通 常运行成本高且耗时长，并且通常包括一个或多个以下步骤：(a)在浓 缩器中浓缩所述污泥，通常需要使用聚合物;(b)消化所述污泥以稳定细 菌并进一步减少污泥的体积和病原体含量;(c)将污泥脱水至达到约 15-25%固体含量;这包括使污泥通过离心机或其他固-液分离型装置;(d) 贮存所述污泥;以及(e)运送到目的地用于堆填、由农夫进行土地应用或 其他最终用途。
据估计，与固相处理和处置过程相关的费用可占整个废水处理过程 相关总操作费用的20-60%。由于与固相处理和处置相关的成本和时间， 使废水处理过程中产生的过量污泥的量最小化是有利的。
在常规活化污泥处理系统和方法中，需要氧气来进行底物材料(即废 物)的化学氧化，以及新细胞的合成和细菌细胞的代谢过程。在氧气外还 使用臭氧来处理污泥也有报导。更具体地，已经报导了污泥的臭氧处理 结合机械搅拌器和/或提供动态混合的泵。污泥-臭氧接触通常以连续搅 拌釜式反应(CSTR)模式进行，并且由于臭氧对细胞壁的强氧化作用发生 胞溶(细胞壁的完整性被破坏)。胞溶导致释放出细菌细胞中底物富集的 细胞内成分。通过这种方式，在其它情况作为过量污泥排放的固体细胞 被胞溶，并且通过如此处理它们被转化为底物，其随后可被处理池中的 细菌所消耗。
所述细胞内成分是由蛋白质、脂质、多糖和其他糖类、DNA、RNA 和有机离子组成的液体基质。由于以连续搅拌反应器方式进行污泥臭氧 接触时选择性较低，使用现有的污泥臭氧化方法消耗了过量的臭氧。此 外，某些在先报导的臭氧应用需要特定的污泥预加工或改性。这类预加 工和改性可包括调节污泥的pH值、提高污泥的温度、提高臭氧处理容 器的压力或者使污泥通过厌氧预消化步骤。因而，臭氧在污泥处理中的 在先应用包括了额外的复杂性、材料、设备和更高的相关成本。
有三种主要的用于反应器系统的方法是公知的，分别是连续搅拌釜 式反应器系统(CSTR)、更高选择性的活塞流反应器(PFR)和间歇式反应 器系统(BRS)。不同反应器方式之间的主要差别基本上在于：(i)分子停 留在反应空间内的平均时间量，也称为停留时间分布;(ii)反应“包 (parcel)”之间的相互作用，例如在CSTR中有明显的返混，而PFR的特 征是非常有限的(如果有)返混;以及(iii)所得收率。间歇式反应器系统通 常应用于小规模废水处理操作。
发明内容
本发明可大体上表征为减少废水处理过程中的污泥的方法。一方 面，所述污泥减少方法包括如下步骤：(a)在活化污泥池中处理废水; (b)将含生物固体的液体物流由活化污泥池转移到臭氧化反应器;(c)在 所述臭氧化反应器处或其上游，将富含臭氧的气体以受控的方式引入所 述液体物流中，促进所述液体物流与所述富含臭氧的气体之间的有效的 液-气接触，并优化臭氧化物流中的生物固体的停留时间分布;(d)使臭 氧与所述液体物流中的生物固体反应以实现细菌细胞的胞溶，从而有利 于生物固体的消除;以及(e)将臭氧化的液体物流排放到所述活化污泥池 或其他排放点。
本发明也可表征为污泥处理系统。在这方面，所述污泥处理系统包 括：连接至活化污泥处理池，并适用于接收含生物固体的液体物流的臭 氧化反应器;富含臭氧的气体的供应源;连接至所述富含臭氧的气体的 供应源，并适用于在所述臭氧化反应器处或其上游将富含臭氧的气体注 入所述液体物流中的气体注入系统;以及连接至所述臭氧化反应器，用 于将臭氧化的液体物流输送至排放点的返回管。所受臭氧化反应器是高 选择性的反应器，例如适用于控制生物固体的停留时间分布以促进生物 固体胞溶以及所述污泥总体减少的活塞流反应器。
最后，本发明还可表征为处理方法，包括如下步骤：将含有生物固 体的液体物流导入高选择性的臭氧化反应器中;将富含臭氧的气体引入 所述液体物流中，以通过臭氧化反应器内所述生物固体与臭氧的相互作 用来诱导所述生物固体的胞溶;以及将含有来自所述诱导的胞溶过程的 副产物的臭氧化液体物流排放到生物反应器中，以进一步生物氧化所述 副产物;其中以千克表示的生物固体减少量对以千克表示的臭氧使用量 的比例大于或等于10。