專利名稱：用于在廢水處理中生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理廢水的方法和系統(tǒng)。具體來說，本發(fā)明涉及用于在廢水處理中生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
來自于工業(yè)過程或城市污水的廢水含有顯著量的必須被去除的有機(jī)物。用于處理廢水的常規(guī)系統(tǒng)已利用有時(shí)被稱為活性污泥的聚集在生物質(zhì)中的微生物來消化有機(jī)物。這種系統(tǒng)典型地包括兩級一第一級為含有顆粒狀生物質(zhì)的厭氧區(qū)，第二級為含有活性污泥的好氧區(qū)。對于去除大量有機(jī)物來說，厭氧區(qū)通常是更經(jīng)濟(jì)有效的，但往往不能將有機(jī)物濃度降低至超過一定水平，例如約SOOppm化學(xué)需氧量(C0D)。好氧反應(yīng)器被用于將有機(jī)物濃度降低至更低水平，例如約IOOppm C0D。活性污泥可用于去除有機(jī)物，但是隨著時(shí)間推移，活性污泥中生物有機(jī)體的生長要求將一部分生物有機(jī)體從系統(tǒng)中清除出去。好氧廢水處理的不利條件之一是需要除去在好氧區(qū)中形成的過量活性污泥，所述過量活性污泥有時(shí)被稱為廢活性污泥。典型地，廢活性污泥在廢棄之前必須通過一種或多種化學(xué)、熱或機(jī)械方法進(jìn)行處理。被去除的廢活性污泥典型地含有約85%至99%的水，必須通過過濾方法例如帶式壓濾機(jī)將水與污泥分開。所產(chǎn)生的濾餅可以被焚燒或填埋，或通過其他方法進(jìn)行處理。所有這些方法都使過程成本增加并具有環(huán)境影響。一些現(xiàn)有系統(tǒng)已試圖通過將廢活性污泥轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)中來將它除去。然而，這種現(xiàn)有系統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)，必須在將廢活性污泥進(jìn)料到厭氧區(qū)之前對廢活性污泥進(jìn)行處理。例如，一些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)已利用機(jī)械破壞好氧細(xì)胞。這些類型的處理方法使過程成本增加。在以前的系統(tǒng)中，厭氧過程的不利條件是在厭氧反應(yīng)器、特別是那些被構(gòu)造成使用顆粒狀生物質(zhì)的厭氧反應(yīng)器中生物質(zhì)的損失。一種已知的特別適合的厭氧反應(yīng)器是升流式厭氧污泥層反應(yīng)器(UASB)，所述反應(yīng)器在升流式構(gòu)造中利用流化的生物質(zhì)顆粒。由于來自于厭氧反應(yīng)器的流出物流入好氧反應(yīng)器，現(xiàn)有的USAB反應(yīng)器已顯示出顆粒存量隨時(shí)間而損失的趨勢。損失的顆粒必須用外源顆粒代替，這使過程成本增加并具有擾亂系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，現(xiàn)有厭氧反應(yīng)器的另一個(gè)問題在于它們傾向于隨時(shí)間而具有重金屬的顯著積累。因此，仍需要改進(jìn)廢水處理，特別是改進(jìn)厭氧和好氧兩種反應(yīng)器中的生物質(zhì)供應(yīng)和去除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)中的許多問題。本發(fā)明減少或消除了對廢活性污、泥的高成本的下游操作、處理和從好氧區(qū)除去的需要。本發(fā)明還減少或消除了對購買高成本的用于厭氧區(qū)的生物質(zhì)顆粒的需要。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于處理廢水的方法包括首先在厭氧區(qū)中從廢水去除有機(jī)物并形成生物質(zhì)顆粒。將來自于厭氧區(qū)的廢水流出物轉(zhuǎn)移至曝氣區(qū)，在曝氣區(qū)中用氧源和活性污泥處理流出物，以從廢水流出物進(jìn)一步去除有機(jī)物并形成另外的活性污泥。將來自于曝氣區(qū)的一部分活性污泥轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)。厭氧區(qū)中生物質(zhì)顆粒的生長得率大于約6. 0%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，將過量生物質(zhì)顆粒從厭氧區(qū)去除。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，用于處理廢水的系統(tǒng)包括厭氧區(qū)、好氧區(qū)、將厭氧區(qū)與好氧區(qū)流體相連的污泥轉(zhuǎn)移管線、和厭氧區(qū)中用于去除生物質(zhì)顆粒的出口。厭氧區(qū)具有廢水 入口，并含有適用于去除廢水中的有機(jī)物并形成另外的生物質(zhì)顆粒的生物質(zhì)顆粒。污泥轉(zhuǎn)移管線將活性污泥從好氧區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)。本發(fā)明的上述方面說明了那些可以通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)的方面，并且不旨在窮舉或限制能夠?qū)崿F(xiàn)的可能優(yōu)點(diǎn)。因此，從本文的描述可以明顯看出，或者從本發(fā)明的實(shí)踐可以領(lǐng)會到本發(fā)明的這些以及其他方面，所述兩方面被具體包含在本文中，或者由于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員可能顯而易見的任何變體而得到修改。


圖I是表不本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的不意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)被一般性顯示為10。廢水通過入口管線12進(jìn)入系統(tǒng)10。廢水可以來自于任何來源，例如來自于工業(yè)過程或來自于城市污水。工業(yè)過程的實(shí)例包括油和氣體煉制廠、化工廠、發(fā)酵廠等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，工業(yè)廢水的來源來自于制造和分離化學(xué)品和煉制廠產(chǎn)品，在一個(gè)具體實(shí)施方案中，工業(yè)廢水的來源來自于制造和分離芳香族化學(xué)品，例如苯、甲苯、二甲苯和芳香族酸例如對苯二甲酸和純化的對苯二甲酸。根據(jù)另一個(gè)具體實(shí)施方案，工業(yè)廢水的來源來自于制造、分離或純化生物燃料，包括生物汽油例如乙醇和丁醇；生物柴油；和生物餾分。廢水入口管線12進(jìn)料到緩沖或平衡罐14。在平衡后，通過管線16將廢水進(jìn)料到厭氧區(qū)18。在圖I中，厭氧區(qū)被示意性顯示為單個(gè)反應(yīng)器，但是，專業(yè)技術(shù)人員將會認(rèn)識到，厭氧區(qū)可以被構(gòu)造成串聯(lián)或并聯(lián)配置的多個(gè)反應(yīng)器。專業(yè)技術(shù)人員還將認(rèn)識到，多種控制裝置例如閥門、測量儀表和泵在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的，并已在圖I和本說明書中省略。厭氧區(qū)18含有適用于從廢水去除有機(jī)物的生物質(zhì)。生物質(zhì)含有能夠在厭氧環(huán)境中消化有機(jī)物并由此產(chǎn)生另外的生物質(zhì)的微生物。生物質(zhì)可以采取淤漿或污泥的形式，但優(yōu)選主要采取固體顆粒的形式。在后一種情況下，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案，厭氧反應(yīng)器可以被構(gòu)造成升流式厭氧污泥層反應(yīng)器(UASB)。典型地，厭氧區(qū)18的反應(yīng)器在約100 運(yùn)行。厭氧區(qū)18的反應(yīng)器可以攜帶任何適合的顆粒狀污泥存量，例如以重量計(jì)約7%的總懸浮固體(TSS)，其中約70%為揮發(fā)性懸浮固體(VSS)。適合的顆粒將具有至少20m/hr、優(yōu)選約75m/hr至約125m/hr的平均沉降速度。適合的顆粒狀生物質(zhì)在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的并可商購。厭氧區(qū)18的運(yùn)行使得來自于厭氧區(qū)18的流出物中有足夠的有機(jī)物具有500至800ppm COD數(shù)量級的有機(jī)物含量。典型的有機(jī)物去除速率為每2單位揮發(fā)性懸浮固體每天去除約I單位C0D。厭氧區(qū)18中有機(jī)物質(zhì)的消化導(dǎo)致產(chǎn)生生物氣，在管線20處去除生物氣。生物氣可用作能源，例如作為加熱厭氧反應(yīng)器的燃料和/或用于工業(yè)工廠其他部分中的反應(yīng)爐的燃料。將流出物從厭氧區(qū)18去除并通過管線22進(jìn)料到好氧區(qū)24。好氧區(qū)24含有活性污泥形式的生物質(zhì)。活性污泥含有能夠在好氧環(huán)境中消化有機(jī)物的微生物。好氧區(qū)22包括氧源28例如空氣或純氧的入口 26。在一個(gè)特 定實(shí)施方案中，將空氣通過好氧區(qū)的底部進(jìn)料，以便上升的空氣也能用來達(dá)到促進(jìn)活性污泥與廢水之間的接觸的目的。盡管好氧區(qū)24已被示意性顯示為單級，但是本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會意識至IJ，好氧區(qū)24可以被構(gòu)造成串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)反應(yīng)器。將廢水流出物經(jīng)管線30從好氧區(qū)24去除并送往澄清區(qū)32，用于在將廢水經(jīng)出口34分散之前沉降任何夾帶的活性污泥或其他固體。盡管已在圖I中將澄清區(qū)32示意性顯示為單級，但本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會意識到，澄清區(qū)可以包括多級。澄清區(qū)32中的一部分廢水可以經(jīng)重循環(huán)管線36重循環(huán)至壓力平衡罐14。將好氧區(qū)24中的一部分活性污泥經(jīng)污泥轉(zhuǎn)移管線38去除并連續(xù)進(jìn)料至厭氧區(qū)18。令人吃驚的是，活性污泥可以經(jīng)污泥轉(zhuǎn)移管線38直接轉(zhuǎn)移，而不需任何處理步驟或預(yù)備性加工以將污泥導(dǎo)入至厭氧區(qū)24中，從而降低了系統(tǒng)的成本。例如，在將污泥導(dǎo)入?yún)捬鯀^(qū)24之前不通過機(jī)械、熱或化學(xué)機(jī)制來破壞微生物細(xì)胞。將污泥從好氧區(qū)24轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)18可用來達(dá)到雙重目的。首先，該轉(zhuǎn)移減少或消除了對廢或過量活性污泥的高成本的下游處理例如干燥、焚燒或填埋的需要。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，好氧區(qū)24運(yùn)行時(shí)不需要的基本上全部廢活性污泥，即除了小部分可能非故意逃逸出系統(tǒng)之外的全部廢活性污泥均通過污泥轉(zhuǎn)移管線轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)，所述小部分例如經(jīng)流出管線30離開的被夾帶的部分。其次，向厭氧區(qū)18添加重循環(huán)的活性污泥出人意料并令人吃驚地增加了厭氧區(qū)18中生物質(zhì)顆粒的生長。盡管不希望受到理論約束，但據(jù)信不是所有好氧微生物都在厭氧區(qū)18中被毀滅或消化，而是它們可能通過利用氧替代物例如硫或磷起作用而調(diào)整到厭氧狀態(tài)。因此，進(jìn)一步相信，在許多應(yīng)用中，好氧區(qū)和厭氧區(qū)中的活性污泥具有類似的微生物種群?？梢酝ㄟ^生長得率證實(shí)生物質(zhì)生長的增加。生長得率被定義為產(chǎn)生的顆粒狀污泥的質(zhì)量除以去除的總有機(jī)碳(TOC)的質(zhì)量，并可以用下述方程來計(jì)算
生長得率=A厭氧區(qū)顆粒的質(zhì)量+ TSSm的質(zhì)量
(TOC a的質(zhì)量-TOC 的質(zhì)量)其中TSS 的質(zhì)量是在來自于厭氧區(qū)的水流出物中逃逸出所述區(qū)的總懸浮固體的質(zhì)量，
TOC進(jìn)的質(zhì)量是通往厭氧區(qū)的進(jìn)料中的總有機(jī)碳的質(zhì)量， TOC ^的質(zhì)量是來自于厭氧區(qū)的流出物中的總有機(jī)碳的質(zhì)量。不將未處理的活性污泥從好氧區(qū)24重循環(huán)到厭氧區(qū)18時(shí)，厭氧區(qū)中生物質(zhì)顆粒的基線生長得率典型地不大于約5. 5%或6%。盡管生長得率為正，但這種系統(tǒng)典型地通過在流出物中夾帶固體而遭受生物質(zhì)顆粒的凈損失。然而，在直接添加活性污泥時(shí)，生長得率可以大于約5. 5%或6。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，生物質(zhì)顆粒的生長得率可以為至少約7%。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，生物質(zhì)顆粒的生長得率可以為至少約8%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，生長得率可以為至少約10%。在其他特定實(shí)施方案中，生長得率可以為至少約12%、至少約15%、至少約18%或至少約20%。增加的生長得率減少或消除了在厭氧區(qū)18中放回高成本顆粒的需要。在一個(gè)特 定實(shí)施方案中，產(chǎn)生了過量顆粒，即比以希望的顆粒存量運(yùn)行厭氧區(qū)18時(shí)需要的顆粒更多的顆粒。在這個(gè)實(shí)施方案中，將過量的顆粒經(jīng)出口 40從厭氧區(qū)去除。過量的顆?？梢员皇褂没蜾N售，用于其他廢水處理系統(tǒng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，用于去除過量顆粒的出口 40與厭氧區(qū)18中反應(yīng)器的底部隔開，使得去除的顆?；旧喜缓赡芫奂诜磻?yīng)器底部或其附近的金屬和惰性物質(zhì)?？梢酝ㄟ^位于厭氧區(qū)18中反應(yīng)器底部或其附近的清除管線42將這些金屬和/或惰性物質(zhì)從反應(yīng)器去除。實(shí)施例I在實(shí)驗(yàn)室中試裝置中演示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法和系統(tǒng)。厭氧區(qū)被構(gòu)造成具有溢流重循環(huán)的IOL升流式厭氧污泥層反應(yīng)器(UASB)。將反應(yīng)器維持在38°C和pH6. 8 下。將來自于純化的對苯二甲酸制造過程，含有不同量TOC的廢水流進(jìn)料到上升流速度為2. 2m/hr的UASB中。將從UASB反應(yīng)器頂部抽取的一部分水重循環(huán)，并將另一部分進(jìn)料到好氧區(qū)中，所述好氧區(qū)被構(gòu)造成串聯(lián)的三個(gè)曝氣池。將空氣進(jìn)料到每個(gè)池中。將廢污泥從最后一個(gè)曝氣池的底部重循環(huán)回至UASB中，并將轉(zhuǎn)移的污泥量計(jì)算為重循環(huán)的廢活性污泥固體與UASB中的固體的比率。在建立基線生長得率的附加試驗(yàn)中，不將廢污泥轉(zhuǎn)移回至UASB中。表I中顯示的結(jié)果證實(shí)了本發(fā)明的方法出人意料地在UASB中提供了增加的顆粒狀生物質(zhì)生長，正如當(dāng)廢活性污泥不經(jīng)任何預(yù)處理或加工步驟直接從好氧區(qū)轉(zhuǎn)移到厭氧區(qū)時(shí)生長得率的增加所證實(shí)的。表I :實(shí)驗(yàn)室中試裝置試驗(yàn)
權(quán)利要求
1.用于處理廢水的方法，其包括 在厭氧區(qū)中處理廢水，以從廢水去除有機(jī)物并形成生物質(zhì)顆粒； 將來自厭氧區(qū)的廢水流出物轉(zhuǎn)移至曝氣區(qū)； 在曝氣區(qū)中用氧源和活性污泥處理廢水流出物，以從廢水流出物進(jìn)ー步去除有機(jī)物并形成另外的活性污泥； 將一部分活性污泥從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)；并且 其中生物質(zhì)顆粒的生長得率大于約6%。
2.權(quán)利要求I的方法，其還包括 從厭氧區(qū)去除一部分生物質(zhì)顆粒。
3.權(quán)利要求I的方法，其中厭氧區(qū)包含升流式厭氧污泥層反應(yīng)器。
4.權(quán)利要求2的方法，其中被去除的這部分生物質(zhì)顆粒包含在厭氧區(qū)中形成的過量顆粒。
5.權(quán)利要求I的方法，其中厭氧區(qū)中生物質(zhì)的生長得率為至少約7%。
6.權(quán)利要求I的方法，其中厭氧區(qū)中生物質(zhì)的生長得率為至少約12%。
7.權(quán)利要求I的方法，其中廢水包括エ業(yè)廢水。
8.權(quán)利要求I的方法，其中廢水包括來自于對苯ニ甲酸制造過程的流出物。
9.權(quán)利要求I的方法，其中廢水包括來自于生物燃料制造過程的流出物。
10.權(quán)利要求I的方法，其中除了從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)的這部分活性污泥之外，在運(yùn)行期間基本上不從曝氣區(qū)去除活性污泥。
11.權(quán)利要求I的方法，其中從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)的這部分活性污泥是被直接轉(zhuǎn)移而不經(jīng)任何處理步驟。
12.用于處理廢水的方法，其包括 在厭氧區(qū)中處理廢水，以從廢水去除有機(jī)物并形成生物質(zhì)顆粒； 將來自厭氧區(qū)的廢水流出物轉(zhuǎn)移至曝氣區(qū)； 在曝氣區(qū)中用氧源和活性污泥處理廢水流出物，以從廢水流出物進(jìn)ー步去除有機(jī)物并形成另外的活性污泥； 將一部分活性污泥從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)；以及 從厭氧區(qū)去除一部分生物質(zhì)顆粒。
13.權(quán)利要求12的方法，其中厭氧區(qū)包含升流式厭氧污泥層反應(yīng)器。
14.權(quán)利要求12的方法，其中被去除的這部分生物質(zhì)顆粒包含在厭氧區(qū)中形成的過量顆粒。
15.權(quán)利要求12的方法，其中廢水包括エ業(yè)廢水。
16.權(quán)利要求12的方法，其中廢水包括來自于對苯ニ甲酸制造過程的流出物。
17.權(quán)利要求12的方法，其中廢水包括來自于生物燃料制造過程的流出物。
18.權(quán)利要求12的方法，其中除了從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)的這部分活性污泥之外，在運(yùn)行期間基本上不從曝氣區(qū)去除活性污泥。
19.權(quán)利要求12的方法，其中從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)的這部分活性污泥是被直接轉(zhuǎn)移而不經(jīng)任何處理步驟。
20.用于處理廢水的系統(tǒng),其包括具有廢水入口的厭氧區(qū)，所述厭氧區(qū)含有適用于去除廢水中的有機(jī)物并形成另外的生物質(zhì)顆粒的生物質(zhì)顆粒； 與厭氧 區(qū)流體連通的曝氣區(qū)； 污泥轉(zhuǎn)移管線，所述管線將曝氣區(qū)與厭氧區(qū)流體相連；以及 在厭氧區(qū)中的出口，所述出口適用于從厭氧區(qū)回收顆粒狀生物質(zhì)。
全文摘要
用于處理廢水的方法，其包括在厭氧區(qū)中處理廢水，以從廢水去除有機(jī)物并形成生物質(zhì)顆粒；將來自厭氧區(qū)的廢水流出物轉(zhuǎn)移至曝氣區(qū)；在曝氣區(qū)中用氧源和活性污泥處理廢水流出物，以從廢水流出物進(jìn)一步去除有機(jī)物并形成另外的活性污泥；以及將一部分活性污泥從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移至厭氧區(qū)。
文檔編號C02F3/28GK102695680SQ201080060306
公開日2012年9月26日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者卡洛萊恩·施密特, 斯科特·卡利, 梅爾特姆·厄古恩-德米爾塔斯 申請人:Bp北美公司