申请日2007.09.28
公开(公告)日2011.10.19
IPC分类号C02F1/78; C02F3/12
摘要
公开了废水的臭氧处理系统和方法。所公开的废水处理系统(10)包括与活化污泥处理池(20)连接的高选择性反应器(30)。该高选择性反应器(30)适于接收直接或间接转移自活化污泥处理池(20)的包含污泥的物流。所公开的废水处理系统和方法适于将化学试剂(例如富含臭氧的气体)注射到该转移的物流中以在该高选择性反应器内进行处理，以减少污泥、控制泡沫或控制膨胀。然后将经过处理的物流返回到活化污泥处理池中。
权利要求书
1.在废水处理装置中处理废水的方法，包括以下步骤：
将废水流入液接收到废水处理池或反应器中;
在该废水处理池或反应器中氧化生物固体;
从该废水处理池或反应器中排出物流;
将从该废水处理池或反应器中排出的该物流的一部分转移到活塞流反应器中;
将臭氧引入该活塞流反应器中用该臭氧引起该活塞流反应器中的生物固体或丝状细菌的胞溶;和
将被转移的物流返回到该废水处理池或反应器中;
其中将该臭氧以0.1～10.0g臭氧/天/kg该废水处理池或反应器中的污泥的量引入该转移的物流中，用于污泥减少或泡沫减少，且其中该臭氧与该转移的物流在活塞流反应器中的接触时间为10-60秒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将该臭氧以1.0～10.0g臭氧/天/kg该废水处理池或反应器中的污泥的量引入该转移的物流中以用该臭氧引起该活塞流反应器中的生物固体的胞溶，用于污泥减少。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将该臭氧以0.1～1.5g臭氧/天/kg该废水处理池或反应器中的污泥的量引入该转移的物流中以用该臭氧引起该活塞流反应器中的丝状细菌的胞溶，用于泡沫减少。
说明书
废水臭氧化用于污泥减量或泡沫和膨胀的控制
发明领域
本发明涉及废水处理的方法和系统，更特别地涉及为了污泥减少和泡沫控制而用臭氧在高选择性反应器中对污泥的处理。
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;(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。
除了与污泥减少相关的困难，在很多废水处理操作中的其它难以克服的挑战之一就是对废水中起泡和膨胀的控制。起泡和膨胀问题通常是由废水中存在的大量丝状细菌(例如诺卡菌属(Nocardia)和Parvicella细菌)造成的。这种丝状生物体容易在废水中繁衍兴旺，在所述废水中有低含量的溶解氧或者在废水中缺乏营养物，其特征为低养分与微生物比。
起泡问题通常特征在于存在覆盖至多25%的活化污泥池表面的淡棕褐色泡沫，其通常有助于在废水装置内产生操作问题，包括不适宜的臭味、固体冲蚀和通常有害的工作条件。另一方面，膨胀的特征在于存在丝状生物体，其从絮凝物中伸出，由此造成对污泥的沉降和压实性质的影响。这样对澄清器性能造成不利影响，并通常导致较差的排水质量。
废水处理操作中对膨胀和起泡问题的控制需要消除或控制废水中的丝状生物体。通常，对废水中丝状生物体的控制是通过在该活化污泥池中添加氧化剂(例如氯、过氧化物和臭氧)而实现的。控制丝状生物体的替代方式包括提高营养素载荷或改进污泥的含氧状态或两者。
发明概述
本发明可以宽泛地表征为用臭氧或其它氧化剂处理废水用于去除污泥或控制起泡和膨胀的方法。所公开的方法包括以下步骤：(a)将废水流入液接收到废水处理反应器中;(b)在该废水处理反应器中氧化生物固体;(cx)从该废水处理反应器中排出物流;(d)将从该废水处理反应器中排出的该物流的一部分转移到高选择性处理反应器中;(e)将氧化剂引入该高选择性处理反应器中用于对该转移的物流作进一步处理;和(e)将经过进一步处理的物流返回到该废水处理反应器中。在该高选择性反应器中对物流的处理可包括例如用臭氧对物流的处理用于污泥减少、用臭氧对物流的处理用于起泡控制，或者对液体物流的处理用于控制。
本发明也可以表征为降低活化污泥池中废水的起泡或膨胀的方法。该优选的降低废水的起泡或膨胀的方法包括以下步骤：(a)在该活化污泥池中氧化生物固体;(b)将活化污泥物流从该活化污泥池中排出;(c)将从该活化污泥池中排出的该活化污泥物流的一部分转移到臭氧处理反应器中;(d)将臭氧引入该臭氧处理反应器中的转移的物流，以引起丝状细菌的胞溶;和(e)将该经过臭氧化的液体物流返回到活化污泥池中。