[发明专利]通过臭氧化消除污泥的系统和方法

说明书

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。