專利名稱：厭氧消化污泥的解體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分的處理含水有機廢物的方法，并涉及權(quán)利要求6前序部分的相應(yīng)設(shè)備。
污泥處理和處置系統(tǒng)正進入一個急劇變化的時期，主要受環(huán)境立法的推動。由于新污水處理場的建設(shè)和下水道連接數(shù)量的增加，市政污泥的總產(chǎn)量將大大增加。因此，有待處置的污泥數(shù)量也成倍增加。
大多數(shù)國家認識到，填埋處置不論就目前或者展望未來的水平都將不可能持續(xù)，原因在于對填埋空間競爭的日益加劇、成本較高、環(huán)境標準較苛刻以及鼓勵循環(huán)利用政策的實施。大多數(shù)國家都對要填埋的污泥的物理性質(zhì)施加正式或?qū)嶋H的限制，并引入限制有機物質(zhì)沉積數(shù)量的措施。此種限制對于促進有機廢物盡可能循環(huán)利用來說被認為是必要的。
城市地區(qū)所產(chǎn)生的污泥數(shù)量不斷增長，要求能達到顯著削減質(zhì)量和體積的新處理方法。將高效減少污泥質(zhì)量和體積與以有競爭力的成本生產(chǎn)可再用污泥產(chǎn)物的技術(shù)代表著最理想的解決方案。將解體(disintegration)技術(shù)結(jié)合到污泥處理方法中，將減少污泥數(shù)量和顯著改善污泥品質(zhì)。
基本上，解體方法是這樣實施的，施加物理或化學方法以破壞細胞壁。于是，細胞壁碎裂并且細胞內(nèi)化合物放出。產(chǎn)物既可用作需氧也可用作厭氧生物學方法中的底物(substrate)。
例如，文獻JP 10249376描述一種方法，其中有機污水被分離為固相和液相。液相在曝氣池中處理，固相則以污泥形式抽出并進行厭氧消化(anaerobic digestion)處理。殘留的已消化的污泥加入到曝氣池中。曝氣池的流出物在最終沉淀槽中處理。沉淀后，污泥循環(huán)返回到曝氣池。部分返回的污泥提取出來并送至臭氧化。制成的解體污泥循環(huán)返回到曝氣池，在此，它進行生物降解。類似方法描述在文獻EP-A-0 645 347和WO 99/09327中。
本發(fā)明的一個目的是進一步減少殘余污泥數(shù)量。該目的是由權(quán)利要求1的方法實現(xiàn)的。用于處理含水有機廢物的相應(yīng)設(shè)備在權(quán)利要求6中給出。
通過將解體物質(zhì)送回到增稠階段(thickening stage)，解體物質(zhì)的液體被吸出，而固體則接受厭氧消化處理。于是，污泥的體積減少了，而按照現(xiàn)有技術(shù)，解體污泥循環(huán)返回到曝氣池，而不預先進行固-液相分離。
本發(fā)明有利的實施方案在權(quán)利要求2～5和7～10中給出。
例如，利用臭氧解體具有某些優(yōu)點與機械或熱解體技術(shù)相比，氧化方法具有一個主要共同優(yōu)點。難溶COD(復雜有機結(jié)構(gòu))被氧化并轉(zhuǎn)變?yōu)锽OD(可生物降解低分子量化合物，例如，甲酸或乙酸(acidicacid))。相反，不同于其他氧化方法(例如，濕氧化)，臭氧化不要求額外的化學試劑用量。結(jié)果，在該方法的下游不要求對流出物實施后處理。臭氧化方法唯一的副產(chǎn)物是分子氧，它可有利地再用于需氧生物降解過程。
另外，臭氧是高反應(yīng)性氧化劑，因此，僅需要注入少量氣體(0.1～0.15gO3/gSS)就能實施污泥解體。與其他類型市政廢水和污水處理場相比，臭氧化裝置相當小。另外，在(a)臭氧發(fā)生、(b)氣體注入系統(tǒng)和(c)反應(yīng)罐設(shè)計等領(lǐng)域的進一步研發(fā)，將導致過程效率的提高。
下面將通過配合示意圖描述一個實例來說明本發(fā)明，附圖
中顯示一種本發(fā)明的廢水和污水處理系統(tǒng)。
在一次沉淀1中凈化的廢水送入到廢水處理裝置2中，在廢水處理裝置2中進一步凈化的液體10送入到沉淀槽3，在沉淀槽3中進一步凈化的液體被抽出，即為凈化水11。多余污泥從供以廢水8進料的一次沉淀1中抽出，作為一次污泥14，并從廢水處理裝置-即這里的生物凈化裝置2-后面的沉淀槽3中抽出，作為多余活性污泥15。兩種類型污泥14、15接受預增稠處理4，隨后(數(shù)字代號8)進行厭氧消化5的處理。消化的污泥(消化罐體積的100～300％)16連續(xù)喂入到采用臭氧的污泥解體裝置6。污泥解體裝置6的臭氧源主要由臭氧發(fā)生器和向污泥解體裝置6的反應(yīng)罐喂入臭氧的氣體注入系統(tǒng)組成。經(jīng)過一定反應(yīng)時間(約30分鐘，具體視氣體注入系統(tǒng)效率而定)之后，處理的污泥12從解體裝置6放出并循環(huán)返回到增稠設(shè)施4。在該加工階段，達到所有三種污泥類型——(a)一次污泥14、(b)多余活性污泥15和(c)解體的消化的污泥12——的固-液相分離。上層清液相7循環(huán)返回到廢水處理裝置2，而增稠的固相8送入到厭氧消化罐5中。殘余污泥(80～90％無機化合物)13排掉。
增稠是一種通過移出部分液體成分來提高污泥固體含量的步驟。例如，多余活性污泥一般從二次沉淀槽抽出時干物質(zhì)含量為0.8％，如果增稠到4％干物質(zhì)的含量，則污泥體積減少到原來的1/5。增稠通常是借助物理手段完成的，包括重力沉降、浮集或離心。
厭氧消化過程依賴于原料污泥中存在的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類或其他可降解有機物質(zhì)的微生物降解，以及它們在隔絕空氣條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橛杉淄楹投趸冀M成的生物氣體(biogas)的過程。這些代謝過程導致某些細菌的生長，但厭氧生物合成所產(chǎn)生的細胞比需氧過程中出現(xiàn)的小的多，因此厭氧系統(tǒng)中新固體的生成微不足道。
典型而言，污泥中有機物質(zhì)的僅約50％易于發(fā)生厭氧生物降解作用變?yōu)闅怏w，而另一半有機物質(zhì)則較為頑固(例如，木素-纖維素材料)，因此只能非常緩慢地降解。被厭氧消化的污泥在生物學上是穩(wěn)定的(不再具有發(fā)酵的傾向)。
液相7包含隨細胞質(zhì)釋放出來的溶解的有機化合物(例如，氨基酸、核酸和脂肪酸)。它可作為碳源用來平衡高氮負荷(high nitrogenloading rate)期間脫氮過程中額外碳的需求。另一方面，固相8包含細胞碎片(生物固體)，隨著該難溶COD已被轉(zhuǎn)化為BOD，它也代表一種生物降解用的良好底物。破裂和解體的生物固體12返回到厭氧消化5的循環(huán)，具有許多誘人的方面，這將在下面一節(jié)中加以描述。
解體生物固體的厭氧消化5使污泥達到高度穩(wěn)定化，因為它促使有機物質(zhì)減少。另外，殘留污泥數(shù)量還可再削減30～40％(總污泥減少最高達60％)。AD(厭氧消化)過程的限速步驟是初期溶解階段。當采取污泥解體時，該反應(yīng)得到加速。因此，污泥在AD反應(yīng)器5中的停留時間可從標準的15～20天減少到不足10天。結(jié)果，消化罐容積可減少，從而節(jié)省投資和操作成本。操作成本受兩個方面影響，(a)反應(yīng)器加熱的需求較小以及(b)難溶COD變?yōu)锽OD的轉(zhuǎn)化，從而提供較高生物氣體收率并因此增加生物氣體的發(fā)電量。最后，由于絲狀絮凝物(造成水滯留在污泥中的成分)在解體期間遭到破壞，殘留污泥的脫水性能得到改善。
本發(fā)明方法可應(yīng)用于由機械處理、生物凈化和化學沉淀組成的傳統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)。它適合所有類型廢水處理工藝(單段-、兩段-活性污泥-，順序間歇反應(yīng)器(SBR)工藝等)。
例如，按照所描述的本發(fā)明，容量為20,000m3/d的傳統(tǒng)廢水處理場用的污泥處理裝置主結(jié)構(gòu)的設(shè)計將為如下所述厭氧消化罐污泥停留時間，tR10[日]容積裝料量3～5[kg/m3日]消化罐容積1,500[m3]解體單元反應(yīng)時間約30[分鐘]反應(yīng)釜容積 3～5[m3]比臭氧需求 0.1～0.15[kgO3/kgSS]臭氧發(fā)生器能力 20[kgO3/小時]
權(quán)利要求
1.一種處理含水有機廢物-尤其是污泥-的方法，包括以下階段廢物增稠、增稠廢物的厭氧消化以及通過破壞細胞壁使消化的殘余物解體，其特征在于，至少一部分解體的物質(zhì)循環(huán)返回到增稠階段。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，臭氧用于解體階段。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，有機廢物包含來自一次沉淀階段的一次污泥。
4.權(quán)利要求1～3之一的方法，其特征在于，有機廢物包含來自生物凈化階段的活性污泥。
5.權(quán)利要求1～4之一的方法，其特征在于，增稠階段分離出的液相循環(huán)返回到生物凈化階段。
6.處理含水有機廢物-尤其是污泥-的設(shè)備，包括用于增稠污泥的裝置(4)、用于厭氧消化該增稠污泥的裝置(5)以及用于通過破壞細胞壁使消化的殘余物解體的裝置(6)，其特征在于，用于解體的裝置(6)連接到用于廢物增稠的裝置(4)，以達到循環(huán)返回至少一部分該解體的物質(zhì)(12)到增稠廢物的裝置(4)。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，用于解體的裝置(6)具有臭氧源。
8.權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征在于，用于廢物增稠的裝置(4)包括用于從一次沉淀單元(1)將一次污泥(14)送入到用于廢物增稠的裝置(4)的裝置。
9.權(quán)利要求6～8之一的設(shè)備，其特征在于，用于廢物增稠的裝置(4)包括用于從生物凈化單元(2)將活性污泥(15)送入到用于廢物增稠的裝置(4)的裝置。
10.權(quán)利要求6～9之一的設(shè)備，其特征在于，用于廢物增稠的裝置(4)包括用于將分離的液相(7)循環(huán)返回到生物凈化單元(2)的裝置。
全文摘要
一種處理含水有機廢物－尤其是污泥－的方法和設(shè)備，包括以下階段廢物增稠(4)、增稠廢物的厭氧消化(5)以及通過破壞細胞壁使消化的殘余物解體(6)，其中至少一部分解體的物質(zhì)(12)循環(huán)返回到增稠階段(4)。通過將解體的物質(zhì)循環(huán)返回到增稠階段，解體物質(zhì)中的液體被抽出，而固體進行厭氧消化處理。于是，污泥的體積減少。
文檔編號C02F11/04GK1505595SQ02808786
公開日2004年6月16日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者R·弗拉尼茨基, T·加姆佩雷爾, W·福赫斯, R 弗拉尼茨基, 放謇錐, 賬 申請人:瓦特克瓦巴格有限責任公司