[实用新型]用于废水生物处理的装置

说明书

技术领域

本发明提供用于废水生物处理的多功能的装置。本申请是2007年12月17日提交的申请序列号为11/957,648、题为″用于废水生物处理和利用其中的副产品的系统和方法″的申请的部分延续并要求其优先权，该后面的申请是2007年9月17日提交的申请序列号为11/856,175的申请的部分延续并要求其优先权，该后面的申请要求2006年9月18日提交的第60/845,490号临时专利申请的优先权。

背景技术

从大城市污水处理开始，废水处理显著地发展起来。环境保护规章要求在排放到公共水路之前对来自废水发生器的排出物进行处理。现存的处理方法满足这些规章，但是这些方法产生显著的GHG，并且是复杂、昂贵和能量密集的。当能源成本较低并且不关注气候变化时，基于细菌的处理方法得到了发展。显然那不是今天的情形。当前废水处理技术的两个主要问题是它们大的能耗和大的碳足迹(carbon footprint)。根据美国EPA.的报告，废水处理厂(WWTP)占到整个美国电需求量的3％，并且产生美国所有GHG排放的3.4％。

用于废水处理的两种最广泛的方法是活性淤泥和生物膜系统。在美国有超过16000家WWTP在运行，其中6800家是活性淤泥城市废水处理厂，这要求每处理每百万加仑(MG)需要1.3-2.5MWh的电。在美国有超过2500个城市生物膜系统，其需要0.8-1.8MWh每MG。除了活性淤泥和生物膜系统，在美国有超过5100个水池型废水处理系统。用于水池系统的能量需要典型地较低，为0.4-1.4MWh每MG，但是这些类型的系统不能满足当前直接排放规章要求。水池系统也需要大量的土地并具有大的碳足迹，因为它们在水池底部由于厌氧消化而产生甲烷。为此，一些管理机构将根本不再允许这些类型的系统的存在。管理机构不久也将要求在大多数城市WWTP中移除氮和磷。对于活性淤泥和生物膜系统，氮和磷的移除非常难以实现，并将显著地增加WWTP的资本 成本，并增加它们的能量消耗和GHG排放。

传统的废水处理涉及三个处理阶段，称为初级、第二级和第三级处理，然后是淤泥处理。在初级，纸、塑料和大的固体物体通过粗的或精细的机械或人工清洗筛而从废水流中分离。另外的固体、油脂和浮渣通过采用初级澄清池或设计用于替换初级澄清池的机械过滤器而移除。

在传统的第二级，有机材料采用其中固有的水生的且主要地非光养细菌进行消化。第二级处理系统通常分类为生物膜或悬浮生长。生物膜处理方法包括滴滤器和生物转动接触器(RBC)，其中生物体生成在介质上，而污水通过其表面。由于机械问题和阻塞，生物膜系统不能够有效地生长藻类或光养细菌。RBC典型地被覆盖以防止和滴滤器一起暴露于日光下，所述滴滤器大致几何垂直，只有非常小的表面积暴露于日光下。在悬浮生长系统--例如活性淤泥和薄膜生物反应器(MBR)--中，比起处理相同水量的生物膜系统，生物体很好地与污水混合，并且系统能够在较小的空间中运行。然而，如同生物膜系统，悬浮生长系统不能生长藻类或光养细菌，因为系统中保持有高的细菌浓度，典型地认为是混合液悬浮固体(MLSS)集中。

在传统的WWTP中，通过称为硝化作用的另一个基于细菌的处理，氨转化为硝酸盐。该过程可以在″分开的阶段的硝化″过程中或与第二级处理过程结合着进行。

在排放到水体之前，处理过的水最终采用氯化消毒或UV消毒。从废水处理中产生的淤泥累积在淤泥处理槽中，在那里其被有氧或厌氧过程分解。消化之后，淤泥脱水、干燥并拖运到应用的垃圾填筑地或陆地上。在传统的WWTPs中处理的淤泥及其富含能量，需要化学物质进行脱水和淤泥稳定，采用化石燃料处理，并运送淤泥以作最终处置。该淤泥，不管是否运送到应用的垃圾填筑地或陆地，都通过细菌转化为温室气体。应用于陆地的淤泥还通过食物作物的渣滓和药物污染而产生公共卫生危害。几个州和国家正推动完全禁止陆地上应用人类粪便的实践。

第二个关键的环境需要是减少碳足迹，其与传统的废水处理过程和对CO₂发生器的CO₂的捕获相关。所有传统的废水生物处理和淤泥消化处理将废水中的有机和无机组分转换为温室气体。传统的WWTP简单地将一种形式的污染转换为另一种形式--固体转化为气体。转换的第二级处理过程从细菌呼吸中产生CO2气体。传统的第三级处理从硝化过程中生成氮氧化物(N₂O)，一种比CO₂有力310倍的GHG(京都议定书)。淤泥消化处理生成甲烷(CH₄)，一种比CO₂有力21倍的GHG(京都议定书)。