申请日1995.12.22
公开(公告)日1998.03.18
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种高压处理高固体量废水的方法,该废水含有较高BOD浓度和磷浓度,所述方法包括厌氧处理和需氧处理。处理过的废水排放物可以安全地排放到周围环境中去,而残留BOD和P都富集在固体部分中,后者可以作为一种蛋白质源。
権利要求書
1.一种较高压处理低容积、高固体量废水的方法，该废水一般含有 高BOD浓度和磷浓度，所述方法包括下列步骤：
(1)在预定的过程高压力约为3-10大气压下引入含有水部分和固体部 分的高固体量废水进料;
(2)使所述废水经过一厌氧处理步骤，以减少水部分中的磷含量并将磷 转化成固体部分;
(3)使所述废水经过一包括添加曝气氧化剂的需氧处理步骤，其中所添 加的曝气氧化剂为压缩到预定的过程高压力的周围空气;
(4)在所述废水搅动过程中保持所述废水的加压需氧条件以产生相关 的废水，在该相关的废水中BOD量减少到预定值;
(5)排放处理过的废水液体和固体排放物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述过程压力约为5-7大 气压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述厌氧处理步骤在所述 需氧处理步骤之前。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括将少量来自所述需氧处 理步骤的废水加到所述厌氧处理步骤中的材料中去，以便足够保证一旦其 中的氧耗尽时厌氧菌的活性。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述废水进料的BOD至少 是10,000。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括将一定量所述排放的废 水或沉降的固体加到所述厌氧设施中的步骤，以便在所述厌氧设施中保持 所要求的固体含量。
7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括一个在所述需氧处理中 使所述废水经受高速搅动混合的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括一个在排放处理过的废 水过程中或之后将所述水部分和固体部分分离的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述废水要经历约0.5-1 小时的所述厌氧处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述需氧处理要进行到 所述BOD值为输入值的一半或更少。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述废水要经历约2- 60小时的所述需氧处理。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于废水进水是由饲养室或 牧场冲洗设施送来的。
13.一种高压处理高固体量废水的方法，该废水含有较高BOD浓度， 所述方法包括下列步骤：
(1)在预定的过程高压力约为3或更高大气压下引入含有水部分和固体 部分的高固体量废水进料;
(2)使所述废水经过一包括添加曝气氧化剂材料的需氧处理步骤，其 中所添加的曝气氧化剂材料为压缩到预定的过程高压力的周围空气;
(3)在所述过程高压下保持所述废水的需氧条件，在该条件下废水中 BOD量减少到预定值;
(4)排放处理过的废水液体和固体排放物。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述过程压力约为5- 7大气压。
15.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括使所述废水经过一厌 氧处理步骤，以减少水部分中的磷含量并将磷转化成固体部分。
16.一种高压处理高固体量废水的系统，该废水含有较高BOD浓度和 磷浓度，所述系统包括有：
(1)从废水源接受含有水部分和固体部分的高固体量废水进料的设施;
(2)将所述系统压力提高到预定的过程高压的加压设施;
(3)是所述废水经过厌氧磷转化处理的厌氧处理设施，通过磷转化成 固体部分而减少所述水部分中的磷含量;
(4)需氧处理设施，它包括氧化剂供应装置和搅动装置，前者将加压 的周围空气输送到所述加压系统中，后者在曝气的废水中保持搅动;
(5)将处理过的废水排放到大气压中的排放设施。
说明书
处理浓污水的方法和设备
本发明涉及改进处理含有大量有机物质的浓含水废物流，更具体说， 涉及一种提炼高固体含量污泥的方法，在该污泥中，固体具有较高的生物 需氧量(BOD)。
相关现有技术
对于环境来说，废水处理一直是，并继续是具有重大意义的课题。这 包括与工业运行有关的问题，例如食品加工厂、造纸厂等，以及城市排水、 动物废物处理流。传统上，含有过量BOD的有机物质利用微生物反应进行 处理，其方法是，使有机物质同剩余物或水部分分离，形成呈活性污泥状 的固体块。很明显，这种处理方法使处理问题加倍，因为水部分和污泥部 分都必须处理才能安全地返回到环境中去，而这两部分可能含有不同待处 理的杂质。
处理一般是通过用需氧菌作用或厌氧菌作用或两者某种组合作用使污 泥发酵的方法将有机材料消化掉。这些过程用来减少或消耗所述有机材料 的化学需氧量(C0D)和生物需氧量(BOD)，使有机材料中这些量减少到环境 能接受的安全水平。另外，还必须去除水中不希望有的无机材料，在水中， 一般含有磷和氮的化合物，包括磷酸盐和硝酸盐的量都不合乎要求。
在相近的区域中饲养大量动物对农业来说已演变成尖锐的问题，特别 是对牧场、动物饲养室所产生的动物废物进行处理的呼声越来越高，牧场、 动物饲养室所产生的有机物中富集着BOD、磷和氮，因而合法处置这些废 物的条件也变得越来越严格。例如在许多地区，牧场需要得到政府法律或 地方条例的许可才能设立，以便生物废物的处置和处理能得到认真的监控。 例如，在明尼苏达州，设有300动物单位以上的牧场就要得到许可，根据明 尼苏达州农业统计服务局1990年资料，该州有14,000个牧场设有300个以 上的动物单位(1个动物单位为1000磅动物，例如，1头1000磅的牛，或2.5 头大猪)，因而它们都落入控制的范围内。由于法规的影响，动物废物的 处置费一般说是相当高的，而且随着法规变得越来越严格，处置费也会越 来越高。
另外，现存处置这种废物的方法和设施一般说大规模生产化的，例如 一般市政处置厂等所采用的，其设施费用以数百万美元计。最有名的处理 或方法一般也只涉及处理稀释浓度的、具有较低BOD的有机物。
然而，从牧场或动物饲养室格栅状地面或槽状地面流出的废水含有约 0.5-10%的有机固体。尽管这种排放物可以通过水再次冲洗而稀释，但它仍 然是一种具有高浓度BOD和COD的生物块体。现在来看一下一般市政废水处 理设施，这些设施设计成能处理较稀废物污泥，其BOD含量约为200毫克/ 升，或百万分之200(ppm)。饲养室或牧场冲洗下的排放物，其BOD含量为 10,000-100,000毫克/升(ppm)，该含量比绝大多数现存的方法所能处理的 范围大得多。因此，每单位体积的废水就需要更大量的氧，以便将BOD/COD 量减少到可接受的水平，并且使材料在嗅觉上可以接受。
曾经提出各种需氧处理含液体生物废物的系统，在该生物废物中，氧 势已富集到，或提高到它在大气压下能正常溶解于液体中的水平之上。例 如，在美国专利4 163 712中，史密斯(Smith)在压力和扰动条件下将气体 引入进水液流(Inlet stream)，以便产生含氧量大大超过平衡值的输入液 流(Input stream)，超量气体在该液流中最终形成气泡。使这个液流在接 近来加压加气的主生物块体的底部的低水平处加入，以便使未溶解气体在 压力解除时能形成气泡通过主块体，并随着液体上升而溶解于液体主要部 分中，这样就可补充可用的氧。用这种方法就可将主反应生物块体的充氧 作用维持在高水平。
但是，这种系统在实际运行上需要一个含氧气体混合体，该混合体具 有富氧量(即大于空气含氧量)，最好接近于纯氧含量，当然，这对于例如 由个体运作的较小规模系统来说，在实际运作上费用是相当昂贵的，例如， 可能需要一个不间断液体氧源来生产高富集度氧的空气。弗朗科(Franco) 在美国专利4 645,603中公开了一种系统，该系统采用喷射泵使深度为5- 20英尺的、未加压加气的开口容器箱曝气，在该容器箱中，气体是由一开 端混合管在压力略大于容器箱水头压力下输送进来，然后排放出以产生气 泡通过反应的生物块体。
在其它方法中，部分系统加压加气以增加氧溶解度。在美国专利4 042 494(Stoyer)中，氧气在高压下朝生物块体运行其中的、特长倾斜反应器 管的低端溶解，反应器管的长度最好大于1000英尺，这样氧气就形成气泡 通过集聚的块体，并随着材料沿管道泵进时起反应。美国专利4 340 484 (Pollock)采用一种开启垂直轴，该轴向上高度为500英尺，其构形为在底 部环道处连接的一下导管和一升管，以便获得高压溶解能力。在接近垂直 轴的升管部分的底部处将空气加入废液中，这样，随着空气排出，溶解氧 平衡达到最大值，然后，随着材料沿升管上升，以及压力(和氧平衡溶解 度)相应降低，氧继续被消耗掉。
此外，还提出一些用厌氧方法处理废水的方法和设施，以便用能消耗 磷的微生物除磷。美国专利4 999 111(Williamson)就是利用需氧区和缺 氧区两者来进行去除磷和氮，特别是从含有较低BOD值的废水中去除磷和 氮，以达到P比率，磷和氮以及其它污染物就是在上述两地区被去除的。 该方法需要一部分初始污泥，使其发酵成可溶解有机物，以便提供足够的 养料来维持磷消耗和脱硝系统。
从上述可以看到，已经提出用增殖方法来处理废水，其中一些涉及到 增加最大氧呼吸率。但是，这些方法和技术绝大部分在运作上是昂贵的， 例如，有些需要提供富氧空气或纯氧，再如，有些需要特别大的设施以致 很难安装，譬如，需要特别深的轴，或长形管装置。因此明显地需要提供 一种小型的、低成本的系统和方法来处理浓废水(10,000-100,000毫克/ 升BOD)，就像从牧场和饲养室冲洗下来的废水，以便这种系统和方法可适 用于地方化的运营。
所以，本发明首要的目的是提供一种可在小型的、低成本的系统中处 理高含量BOD的浓废水的方法和设备，这种系统可以设计成能接受来自个 体单位运营中的排放物。
本发明另一个目的是提供一种可以安装在操作现场并与其直接连接的 处理浓废水的方法和设备。
本发明再一个目的是提供一种还能够生物除磷的处理高含量BOD浓废 水的方法和设备。
本发明再一个目的是提供一种还能够生物除氮的处理高含量BOD浓废 水的方法和设备。
本发明再一个目的是提供一种处理高含量BOD浓废水的方法和设备， 它能在初始反应器中维持高含量溶解氧，而无需使用富氧空气或添加纯氧。
本发明再一个目的是提供一种处理高含量BOD浓废水的方法和设备， 它所产生的排放物适于排放到田野中，或可作为高蛋白饲料。
关于本发明其它目的和优点，本领域中普通技术人员将从本说明书中 发现它们。
发明概述
本发明解决了许多在现有技术废水处理方法和设施中存在的问题，本 发明提供一种方法，同时提供一种小型、低成本处理废水的系统，该方法 和系统能从高BOD含量的农业动物废物中消除高达95%的BOD。本发明方法 包括需氧步骤和厌氧步骤两者，在需氧步骤中BOD发生代谢变化，在厌氧 步骤中消溶磷或使其发生代谢变化。需氧和厌氧两步骤是采用相同的自然 发生的异养菌来进行的，异养菌调节成可以经受高压和高达150°F(65℃) 的温度。吸收了磷或使磷代谢的细菌，以及此后大量的BOD可以作为单细 胞高蛋白源而用在精整饲料中。
本方法设计成处理废水进料，该进料含有约0.5-10%的细分固体，具 有较高的BOD值，高达10,000-100,000和较高的P和N含量，P含量约高达 1%，N含量约高达1%。进料可以从一直接连接的冲洗系统获取，冲洗系统可 用于一个或多个废水源，例如饲养室或牧场，进料细雾化并加压到3-10 大气压(45-150磅/英吋2)，然后泵入开始经受缺氧反应阶段，该阶段在经 过部分处理的、含有活性异养菌的材料作用下进行。在大约10-60分钟的 滞留时间过程中，残余物溶解，矿物O2用尽，细菌表现出厌氧行为，将进 料中的磷同化掉。然后，将含较低磷的材料引入需氧反应阶段，并与一具 有很高流动性的循环液流回合，在这里，由一供气源，最好是压缩机来的 气体加压，形成气泡，通过块体，通过最大的溶解氧饱和，这时，它同时 以较高需氧量混入需氧阶段，需氧量包含其余进行BOD代谢的生物块体。 需氧作用和循环继续进行，其滞留时间平均大约为2-60小时，在这段滞 留时间内，一般30-95%的BOD被吸收掉或发生代谢变化。如果需要，还可 添加需氧阶段。将反应后的材料排放到大气压中，这时最好采用减压阶段 进行排放，可以喷洒到污水塘中，或深坑冷却池中，或其它出现沉降的适 合处理场地，其固体部分和液体部分就适于施放在田地上。
本发明的方法和系统可以方便地用来处理单个农业运营体的动物废物， 例如，家庭农场或家庭牧场。本系统减少了动物废物的成本，而且还是一 种具有成本效益的回收蛋白质的方法。一个典型的拥有1100动物单位的运 营体需要一个处理能力约为3.0加仑/分的系统。