專利名稱：用于減少?gòu)U水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥的系統(tǒng)及方法
用于減少?gòu)U水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥的系統(tǒng)及方法
背景技術(shù)：
通過(guò)城市用水和工業(yè)用水而產(chǎn)生的廢水在被排放到受納水體之前，通常都被收集起來(lái)并按指定途徑輸送至處理設(shè)施以除去各種物理、化學(xué)和生物污染物。為了實(shí)現(xiàn)必要的處理，許多公共和私人處理設(shè)施都采用物理和生物處理法。物理法(包括篩選、研磨和物理沉降處理)對(duì)除去廢水中的較大和較重的固體是有效的。然而，廢水中較輕、較小的固體和其他可溶性污染物不能通過(guò)物理法除去。對(duì)于這些污染物，通常采用諸如活化污泥和滴濾裝置這樣的生物處理方法。近年來(lái)，城市廢水處理系統(tǒng)的污染物排放規(guī)定變得越來(lái)越嚴(yán)格。應(yīng)對(duì)這種情況，許多城市采用了新的廢水處理系統(tǒng)或者對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)以減少污染物的排放。污染物可為多種形式，其中最常見(jiàn)的為生化需氧量(B0D)、化學(xué)需氧量(C0D)、總懸浮固體物(TSS)、氨、總氮量、硝酸鹽、亞硝酸鹽和含磷物這些形式。 生物處理系統(tǒng)(諸如傳統(tǒng)的活化污泥系統(tǒng)和膜生物反應(yīng)裝置)是一種減少?gòu)U水流入液中的污染物的方法。術(shù)語(yǔ)“流入液”是指流入蓄水庫(kù)、水池、處理工藝、處理廠或處理設(shè)施的原始(未經(jīng)過(guò)處理)或者經(jīng)過(guò)部分處理的廢水或其他液體。設(shè)計(jì)生物處理系統(tǒng)并進(jìn)行操作從而保持具有足夠量的活化污泥，使得經(jīng)所述系統(tǒng)處理的水所含的污染物負(fù)荷得到充分降低。按所產(chǎn)生的廢活化污泥的重量或質(zhì)量計(jì)，其凈生成量與系統(tǒng)的固體停留時(shí)間(SRT)有關(guān)。在各種條件下處理各種污染物所需的最小SRT是眾所周知的。傳統(tǒng)的活化污泥系統(tǒng)通過(guò)采用沉降或澄清裝置來(lái)保留活化污泥，并且能夠保持足夠的SRT以處理污染物，條件是，流向沉降池或澄清裝置的活化污泥濃縮物的流量和活化污泥的沉降性能處于由設(shè)計(jì)參數(shù)所設(shè)定的合理的限度內(nèi)，這取決于沉降池或澄清裝置的面積以及活化污泥的特性。膜生物反應(yīng)裝置系統(tǒng)通過(guò)使用膜過(guò)濾設(shè)備來(lái)保留活化污泥，與傳統(tǒng)的活化污泥系統(tǒng)的典型情況相t匕，膜生物反應(yīng)裝置系統(tǒng)可在顯著更高的活化污泥濃度下良好地運(yùn)行，但是，在處理偶然出現(xiàn)的高流速情況時(shí)，膜生物反應(yīng)裝置的能力較為有限。當(dāng)污染物負(fù)荷量或水力容量(hydraulie capacity)達(dá)到極限時(shí),處理設(shè)施將面臨這樣的風(fēng)險(xiǎn)違反許可限度、聯(lián)邦或州政府采取強(qiáng)制措施的可能性、以及在處理廠的收集系統(tǒng)服務(wù)區(qū)內(nèi)的居民生活水平和工業(yè)的增長(zhǎng)受到限制或阻礙。通常，可以通過(guò)物理擴(kuò)張廢水處理設(shè)施來(lái)滿足增加的水力負(fù)荷的需求。但是，物理擴(kuò)張是昂貴的，并且通常需要使用額外的土地，而在現(xiàn)有設(shè)施的鄰近位置有可能沒(méi)有可用的土地，特別是在大城市中，土地更為昂
蟲(chóng)
貝ο因此，需要尋找一種途徑來(lái)增加污染物的體積或質(zhì)量負(fù)荷量和水力容量，而不需要對(duì)工廠進(jìn)行物理擴(kuò)張。與現(xiàn)有的污泥處理方法相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)將生物發(fā)酵裝置添加到現(xiàn)有的物理設(shè)施中，能夠顯著增加污染物的體積負(fù)荷量。另外，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)還在于改進(jìn)的污泥工藝能夠產(chǎn)生具有改善的沉降特征的生物污泥。改善的沉降特征允許增加水力負(fù)荷而不需要增大活化污泥系統(tǒng)的物理元件的尺寸，這是因?yàn)閮舻奈勰鄰U物量和/或生成量較低。另一優(yōu)點(diǎn)為降低了運(yùn)行成本，例如化學(xué)品、人力、能量和運(yùn)輸?shù)某杀?，這是因?yàn)樵谒鑫勰嗵幚砉に囍幸\(yùn)用和處置的生物污泥量較少，而生物污泥通常占廢水處理設(shè)施運(yùn)行成本的40-50%。出于同樣的原因，可以以較小的規(guī)模構(gòu)建新的廢水處理工廠，其中污泥處理設(shè)施的需求大大減少，因此其資金成本比已知系統(tǒng)的資金成本低。對(duì)于需要升級(jí)的現(xiàn)有的廢水處理系統(tǒng)，有可能可以削減資金擴(kuò)充或者延遲部分或全面擴(kuò)充的需要。另外，從活化污泥工序開(kāi)始至需氧或厭氧消化裝置，將生物污泥廢棄所耗的時(shí)間可以延長(zhǎng)25-50%，并且從該工序至脫水步驟(諸如干燥床、壓濾機(jī)或離心機(jī))所述時(shí)間可以延長(zhǎng)25-50%。這些多出的時(shí)間表示需要更少的人力、更少的設(shè)備、更少的電力供給和更少的化學(xué)品用量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ;固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被減少 的BOD為小于約O. 25磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約O. 25磅的 二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的二次污泥。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ;固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約0. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D,并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的生物污泥。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去固體和B0D，從而提供第一最終的排出流體；所述第一最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ;通過(guò)添加來(lái)自生物發(fā)酵裝置的處理配料(treatment batch)來(lái)處理所述廢水流體，由此使得被除去的污泥的磅數(shù)下降至少約10%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。在該方法中，可以將處理配料添加到厭氧消化裝置、均衡池和/或初級(jí)澄清裝置中。在該方法中，被除去的污泥的磅數(shù)可下降至少約25%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。在該方法中，被除去的污泥的磅數(shù)可下降至少約50%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的生物固體和100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去生物固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體 中的生物固體少于所述廢水流中生物固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ；固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約O. 25磅的生物固體。在該方法中，所述污泥可為初沉污泥、生物污泥，和/或所述污泥可包含初沉污泥和生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體可為小于約O. 25磅的生物固體。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的生物固體。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物固體。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的生物固體。在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體或100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ;固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約0. 25磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 25磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D,并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的二次污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約0. 125磅的二次污泥。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天；所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體或100mg/L的BOD ;在所述處理設(shè)施中，從所述輸入的廢水流中除去固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ;固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約O. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約O. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約O. 25磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的BOD,并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約O. 125磅的生物污泥。在該方法中，輸入的廢水流可含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體可為小于約O. 125磅的生物污泥。


圖I為傳統(tǒng)的活化污泥工藝的流程圖。圖2為傳統(tǒng)的廢水處理工藝的示意圖。圖3為示出了一種示例性的廢水處理順序和工藝的圖。 圖4為示出了一種示例性的廢水處理順序和工藝的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案提供了處理廢水的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的許多實(shí)施方案能夠接收超出一種或多種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的流入液，并排放符合當(dāng)前環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的流出液，所述當(dāng)前環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)B0D、C0D、TSS、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮量和含磷物水平的限制。這些環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)受到或者由《國(guó)家污染物排放消除體系》(NPDES)控制。可以對(duì)本發(fā)明的多個(gè)方面加以選擇，從而在“正常”運(yùn)行期間使處理效率最大化并且使運(yùn)行成本最小化，但是仍然使用同一系統(tǒng)獲得可接受的排放質(zhì)量，即使在高輸入期時(shí)也是如此。具體而言，本發(fā)明涉及廢水處理方法，其中廢棄的或產(chǎn)生的生物污泥的凈量得到降低。概述除非特別指明，否則本發(fā)明的實(shí)施采用廢水處理技術(shù)中對(duì)于一級(jí)注冊(cè)操作員或A級(jí)注冊(cè)操作員、或具有環(huán)境工程師學(xué)位的工程師來(lái)說(shuō)為本領(lǐng)域普通技術(shù)的常規(guī)技術(shù)。這些技術(shù)以及技術(shù)術(shù)語(yǔ)的定義在文獻(xiàn)中均有充分地解釋，例如，關(guān)于操作員資格證書，可參見(jiàn) Operation of Wastewater Treatment Plants Manuals, A Field Study TrainingProgram,第4版,第I和2卷，加利福尼亞州立大學(xué),薩克拉門托市，1993年！IndustrialWaste Treatment, A Field Study Training Program,加利福尼亞州立大學(xué)，薩克拉門托市，1991 年；Advanced Waste Treatment, A Field Study Training Program,第 2 版，加利福尼亞州立大學(xué)，薩克拉門托市，1993年；以及Operation and Maintenance WastewaterCollection Systems, A Field Study Training Program,第 4 版，第 I 和 2 卷，加利福尼亞州立大學(xué)，薩克拉門托市，1993年。可以在產(chǎn)生廢水的位置(如化糞池、生物濾池或需氧處理系統(tǒng))附近處理所述廢水，或者將所述廢水收集起來(lái)并通過(guò)管網(wǎng)和泵站(稱為收集系統(tǒng))將它們輸送至廢水處理廠。廢水的收集和處理通常要遵循地方、州和聯(lián)邦政府的規(guī)章制度和標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)來(lái)源的廢水通常需要使用特定的處理工藝。
通常，廢水處理包括三個(gè)階段，稱為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理。一級(jí)或沉降處理/階段包括將流入的廢水暫時(shí)保持在靜態(tài)池中，在該靜態(tài)池中，重的固體沉降到底部，而脂肪、油、油脂和較輕的固體漂浮在表面。將沉降物和漂浮物除去，并且可將剩余的液體排放到或進(jìn)行二級(jí)處理。術(shù)語(yǔ)“流入液”是指流入蓄水庫(kù)、水池、處理工藝或處理廠或處理設(shè)施的原始(未經(jīng)過(guò)處理)或者經(jīng)過(guò)部分處理的廢水或其他液體。在一級(jí)階段，廢水流過(guò)通常被稱為“初級(jí)澄清池”或“一級(jí)沉降池”的大池子。術(shù)語(yǔ)“澄清池”是指沉降池或沉淀池，它們是將廢水保持一段時(shí)間的槽或池，在這段時(shí)間期間，較重的固體沉降到底部并且較輕的物質(zhì)漂浮在水表面。所述槽足夠大，使得污泥可以沉降，并且諸如油脂和油這樣的漂浮物可以上升到表面并被撇去。一級(jí)沉降階段的主要目的是產(chǎn)生能夠被生物處理的、總體上均質(zhì)的液體和能夠被獨(dú)立處理或加工的污泥。一級(jí)沉降池通常配有由機(jī)械驅(qū)動(dòng)的刮鏟件，這些刮鏟件將所收集的污泥連續(xù)驅(qū)送至位于所述池子底部的 儲(chǔ)料裝置，污泥從所述儲(chǔ)料裝置被泵送到進(jìn)一步的污泥處理階段。術(shù)語(yǔ)“污泥”包括“初沉污泥”、“二次污泥”或“生物污泥”、以及其他“固體”，這三
個(gè)詞語(yǔ)根據(jù)上下文可互換使用，均是指在二級(jí)(生物)處理過(guò)程中由有機(jī)物質(zhì)的生物降解而產(chǎn)生的過(guò)剩的生物質(zhì)。術(shù)語(yǔ)“初沉污泥”是指采用一級(jí)處理時(shí)由沉降所得的半液態(tài)廢棄物，沒(méi)有經(jīng)過(guò)另外的處理。其通常包括經(jīng)沉降并從初級(jí)澄清池的底部被除去或者從預(yù)處理或均衡池?fù)瞥鰜?lái)的有機(jī)物、紙、糞便物/固體。如果在初級(jí)澄清池中實(shí)施二次污泥和初沉污泥的共同沉降，則初沉污泥還可包括二次污泥。術(shù)語(yǔ)“二次污泥”或“生物污泥”是指在二級(jí)(生物)處理過(guò)程中由有機(jī)物質(zhì)的生物降解而產(chǎn)生的過(guò)剩的生物質(zhì)。二次污泥包括活化污泥、混合污泥和化學(xué)沉淀污泥。術(shù)語(yǔ)“固體”是指初沉污泥、二次污泥或二者皆有。術(shù)語(yǔ)“生物固體”是指由廢水處理工藝產(chǎn)生的初級(jí)固體產(chǎn)物。經(jīng)厭氧消化法將固體濃縮/減量的操作將初沉污泥和二次污泥合并。需氧處理通常就是二次處理。通常除去廢水中的污泥，以維持生物處理中的固體積累。除去污泥之后，可采用需氧或厭氧消化法進(jìn)行污泥處理工序(從初始處理開(kāi)始可以采用多種形式)，從而減小污泥的體積，接著使用化學(xué)試劑(絮凝劑或聚合物)在機(jī)械(如離心機(jī)、壓帶機(jī))中進(jìn)行濃縮步驟，從而通過(guò)土地應(yīng)用、焚燒和填埋而最終處理掉。在活化污泥廠中，污泥廢物量和隨后的處理工藝對(duì)維持食物與微生物之比(F:M比)具有重要意義，這是因?yàn)镕:M比是確定和控制排放質(zhì)量的主要參數(shù)。術(shù)語(yǔ)“F:M比”是指食物與微生物之比，其是衡量提供給曝氣池中細(xì)菌的食物的度量。二級(jí)處理除去溶解和懸浮的生物物質(zhì)。通常，二級(jí)處理是在受管理的生境中通過(guò)內(nèi)源性水生微生物進(jìn)行的，即生物廢棄物處理系統(tǒng)。二級(jí)處理需要進(jìn)行分離工序，從而在排放或三級(jí)處理前除去經(jīng)處理的水中的微生物。有時(shí)，三級(jí)處理被定義為除一級(jí)和二級(jí)處理以外的任意處理。有時(shí)，經(jīng)處理的水在排放入溪流、河流、海灣、瀉湖或濕地之前要經(jīng)過(guò)化學(xué)消毒或物理消毒(如通過(guò)氧化塘和微量過(guò)濾)，或者經(jīng)處理的水可用來(lái)灌溉高爾夫球場(chǎng)、林蔭路或公園。如果經(jīng)處理的水足夠清潔，也可以用它來(lái)補(bǔ)給地下水或用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用。通常，還可以對(duì)流入的廢水進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理除去在原始廢水中可以容易地收集的大塊物體之類的物質(zhì)，在所述物質(zhì)損壞或堵塞初級(jí)處理澄清池的泵和撇渣裝置之前就進(jìn)行所述預(yù)處理。在服務(wù)于大量人群的現(xiàn)代工廠中，最為常見(jiàn)的是采用自動(dòng)機(jī)械耙桿格篩(automated mechanically raked bar screen)進(jìn)行所述預(yù)處理,而在較小或現(xiàn)代化程度較低的工廠則可以使用手動(dòng)清理篩。機(jī)械格篩的耙除動(dòng)作的步幅通常根據(jù)格篩上的堆積物和/或流速而確定。收集所得固體，之后將其填埋或焚燒而處理掉。預(yù)處理還可包括沙子或砂礫通道或室，在所述通道或室中，注意控制流入的廢水流的流速，使得沙子、砂礫和石頭能夠沉降。進(jìn)行三級(jí)處理后，必須以安全有效的方式處理和處置堆積的污泥。消化的目的在于減少固體中存在的有機(jī)物質(zhì)的量和致病微生物的數(shù)量。最常用的備選處理方式包括厭氧消化、需氧消化和堆肥處理。也可使用焚燒。
廢水固體處理方法的選擇取決于所產(chǎn)生的固體的量和其他的場(chǎng)所特定條件。然而，通常來(lái)說(shuō)，堆肥最常用于較小規(guī)模的應(yīng)用，然后是需氧消化，最后對(duì)于較大規(guī)模城市應(yīng)用而言是厭氧消化。厭氧消化是在不使用氧氣的條件下進(jìn)行的細(xì)菌處理。該處理可以為高溫消化(其中污泥在溫度為55°C的池中發(fā)酵)或者是在約36°C的溫度下進(jìn)行的中溫消化。盡管允許較短的停留時(shí)間(從而可使用較小的池子)，但是，就用于加熱污泥的能量消耗而言，高溫消化是較昂貴的。厭氧消化的一個(gè)主要特征在于產(chǎn)生沼氣(其中最有用的組分為甲烷)，其可以用于發(fā)電器發(fā)電和/或用于鍋爐加熱。需氧消化是在氧氣存在的條件下發(fā)生的細(xì)菌處理。在需氧條件下，細(xì)菌迅速消耗有機(jī)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳。用于需氧消化的運(yùn)行成本是很大的，這是因?yàn)橄蛟撨^(guò)程中加入氧氣所需的鼓風(fēng)機(jī)、泵和電機(jī)需要消耗能量，即使采用最近出現(xiàn)的利用自然氣流進(jìn)行氧化作用的石纖維過(guò)濾技術(shù)，成本也很大。需氧消化也可通過(guò)采用射流曝氣裝置來(lái)氧化污泥而實(shí)現(xiàn)，其成本也很大，但是相比于傳統(tǒng)工藝成本較低。堆肥處理也是需氧過(guò)程，其包括將污泥與諸如鋸屑、秸桿或木屑這樣的碳源進(jìn)行混合。在氧氣的存在下，細(xì)菌消化廢水固體和加入的碳源，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱。焚燒污泥較不常見(jiàn)，這是因?yàn)槠渖婕翱諝馀欧艈?wèn)題，并且燃燒低熱值污泥和蒸發(fā)殘余水分需要使用額外的燃料(通常為天然氣或燃料油)。具有高的停留時(shí)間的分步多爐膛焚燒爐和流化床焚燒爐是用于燃燒廢水污泥的最常見(jiàn)系統(tǒng)。在城市廢物-能量轉(zhuǎn)換工廠中偶爾采用共燃的方式，假如用于固體廢棄物的設(shè)施是已經(jīng)存在的并且不需要使用輔助燃料，則這種方式較廉價(jià)。當(dāng)產(chǎn)生液態(tài)污泥時(shí)，可能需要進(jìn)行另外的處理，以使得污泥適于最終的處置方式。通常，對(duì)污泥進(jìn)行增稠處理(脫水)以減小場(chǎng)外處置的運(yùn)輸體積。沒(méi)有工藝能夠完全消除對(duì)處置生物固體的需求。然而，某些城市采用額外的步驟將廢水污泥過(guò)度加熱并將“餅塊”轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓推渌袡C(jī)物的小粉粒并將其用作肥料。于是，這樣的產(chǎn)物可以被銷售給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民和牧場(chǎng)作為土壤改良劑或肥料，從而減少填埋這些污泥所需的空間。這些被除去的液體(稱為濾液)通常被再次引入廢水工藝中。
有不同類型的廢水處理系統(tǒng)和工藝。廢水處理系統(tǒng)的一個(gè)例子為活化污泥工藝(圖I所示的流程圖)。通常，在預(yù)處理階段，首先將流入液過(guò)篩，從而除去根莖、碎布、罐體和大的碎片(隨后它們可被拖運(yùn)至填埋場(chǎng)或者可能被磨碎并返回至廠內(nèi)物流)。然后，在除砂步驟中除去流入液中的沙子和砂礫，并且將廢水預(yù)先通氣以使廢水變新鮮并輔助除油。然后，流入液經(jīng)過(guò)用于測(cè)量和記錄流量的流量計(jì)。預(yù)處理之后，流入液經(jīng)過(guò)一級(jí)處理，包括沉降和浮選，從而除去可沉降和可漂浮的物質(zhì)。一級(jí)處理后，該廢水進(jìn)入二級(jí)處理(也稱為生物處理)，從而通過(guò)生物降解除去可溶或已溶解的有機(jī)物，同時(shí)，在隨著時(shí)間的流逝發(fā)生一些生物降解的情況下，通過(guò)絮狀物的夾帶作用而除去懸浮的固體。二級(jí)處理后，該廢水進(jìn)入三級(jí)處理，在此對(duì)廢水消毒以殺滅致病微生物，并且通常在排放流出液之前將廢水再次通氣。圖2示出了廢水處理工藝的另一個(gè)例子。具體而言,其為純氧系統(tǒng)的例子。純氧系統(tǒng)是對(duì)活化污泥工藝的改進(jìn)。主要差別在于向活化污泥提供溶解氧的方法。在其他活化污泥工藝中，將空氣壓縮并在水下釋放，從而產(chǎn)生空氣-水界面，該界面將氧氣轉(zhuǎn)移到水中(溶解氧)。如果不使用壓縮空氣，則使用表面曝氣裝置攪動(dòng)水面以驅(qū)使空氣進(jìn)入水中，從而 產(chǎn)生氧轉(zhuǎn)移。在純氧體系中，唯一的實(shí)質(zhì)差別在于采用表面曝氣裝置在表面以下釋放或驅(qū)使進(jìn)入水中的是純氧而非空氣，并且曝氣裝置是被遮蓋的。在該工藝中，流入液經(jīng)過(guò)初級(jí)澄清。如圖2所示，流入液經(jīng)過(guò)預(yù)處理，然后經(jīng)過(guò)初級(jí)澄清池、純氧反應(yīng)裝置和二級(jí)澄清池。流出液可以與氯氣接觸并被排放到受納水中?？蓪⑺鑫勰喾祷氐郊冄醴磻?yīng)裝置中或者與來(lái)自初級(jí)澄清裝置并經(jīng)過(guò)初級(jí)厭氧消化裝置和二級(jí)厭氧消化裝置的增稠污泥合并。隨后可以對(duì)固體進(jìn)行脫水處理。其他廢水處理工藝是本領(lǐng)域已知的，并且可以根據(jù)本發(fā)明的方法而使用。處理廢水的方法在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種處理廢水的方法，其中，在該方法中廢棄的或產(chǎn)生的污泥的凈量得到降低。在該方法中，生物發(fā)酵系統(tǒng)就地放置在廢水處理設(shè)施所在的場(chǎng)所，該生物發(fā)酵系統(tǒng)在美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2003/0190742中有更詳細(xì)的描述，該專利文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容整體并入本文。所述就地系統(tǒng)用于在受污染的廢水所在的位置或場(chǎng)所使微生物生長(zhǎng)，并且其總體上包括主池、入水口、處理配料出口、混合裝置以及溫度控制裝置。將養(yǎng)分、水和含微生物的接種體放到所述就地系統(tǒng)中。該接種體在所述就地系統(tǒng)中生長(zhǎng)，從而提供包含數(shù)目增加的微生物的處理配料。然后將至少部分包含微生物的處理配料直接應(yīng)用至被污染的廢水中，使得在生長(zhǎng)步驟和應(yīng)用步驟之間所述微生物不會(huì)被分離、濃縮或凍干。所述微生物使得被污染廢水中的污染物減少。在大型活化污泥廠或單道次氧化塘(single pass lagoons)中，可使用存儲(chǔ)罐來(lái)傳送處理配料，其中，出于泵送和定量的目的，可以稀釋處理配料以獲得更大的體積，從而連續(xù)排放處理配料。重要的是，使用就地生物發(fā)酵系統(tǒng)能夠充分且重復(fù)地對(duì)功能性微生物(無(wú)論外源或內(nèi)源)進(jìn)行接種，從而允許微生物種群迅速地建立并勝過(guò)不期望的內(nèi)生種群，如引起結(jié)塊的絲狀或菌膠團(tuán)型微生物。絲狀或菌膠團(tuán)結(jié)塊之類的問(wèn)題可導(dǎo)致運(yùn)行廢水處理廠的總成本增加多達(dá)20-25%，因此解決該問(wèn)題有著極大的商業(yè)需求。第一部分增加的處理成本源于需要使用沉降助劑或化學(xué)品以在二級(jí)澄清池中使水變得澄清并將生物質(zhì)濃縮。該類化學(xué)品的例子包括聚合物、膨潤(rùn)土、明礬或鐵鹽。第二部分增加的成本源于絲狀或菌膠團(tuán)的增長(zhǎng)導(dǎo)致脫水性差，因此，處理污泥所需的設(shè)備量和用于脫水的聚合物的量增加，從而導(dǎo)致成本增加。第三部分增加的成本源于由于操作效率變低，因此所需的人力增加,并且運(yùn)輸成本和處置費(fèi)用增加。生物發(fā)酵系統(tǒng)提供了一種用來(lái)控制或轉(zhuǎn)移不期望的微生物(例如引起結(jié)塊和沉降問(wèn)題的絲狀或菌膠團(tuán)型微生物)的工藝。使用該發(fā)酵工藝，以降低或減少用于加強(qiáng)沉降的聚合物的使用；使脫水化學(xué)品的使用量最小化；以及使得對(duì)污泥處理的需求、人力、運(yùn)輸成本和處置費(fèi)用最小化。另外，該生物發(fā)酵工藝允許在施用點(diǎn)提供有效濃度的所需微生物，從而足以在所述施用點(diǎn)有效地處理廢水。最適宜的是，該接種體生長(zhǎng)至濃度大約為IO8-IO9菌落形成單位/毫升(cfu/ml)，從而在施用點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大約103-104cfu/ml的優(yōu)選的最低程度的接種。存在于該接種體中的微生物種類或微生物取決于待處理廢水的類型。根據(jù)要解決的廢水問(wèn)題，接種體可以含有單菌株或多菌株。提供的接種體可以是液體或干產(chǎn)品。干產(chǎn)品通常是凍干或風(fēng)干的。另外，該微生物可以相對(duì)于廢水為外源性的，或者可以從被處理的 廢水中分離出內(nèi)源微生物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“微生物”或“有機(jī)體”是可互換的，它們包括真菌、酵母、細(xì)菌和其他生物降解性的小的單細(xì)胞有機(jī)體。優(yōu)選地，污泥減量微生物(其可購(gòu)自佛羅里達(dá)州弗萊明島的AdvancedBiofermentation Services公司)被用在BOD去除效率低、系統(tǒng)過(guò)載的廢水處理設(shè)施中和/或用在任何處理設(shè)施中進(jìn)行廢水處理，以降低涉及污泥處理的運(yùn)行成本，該運(yùn)行成本通常占任意設(shè)施的運(yùn)行成本的約40-50%。表I中提供了具有特定生物降解特性的微生物的一些例子。
權(quán)利要求
1.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ； 在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的固體和B0D，從而提供最終的排出流體； 所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約O. 25磅的二次污泥。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約O. 25磅的二次污泥。
3.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約0. 25磅的二次污泥。
4.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的二次污泥。
5.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的二次污泥。
6.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ； 在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的固體和B0D，從而提供最終的排出流體； 所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約0. 25磅的生物污泥。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 25磅的生物污泥。
8.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約0. 25磅的生物污泥。
9.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物污泥。
10.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物污泥。
11.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD ；在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的固體和BOD，從而提供第一最終的排出流體； 所述第一最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 通過(guò)添加來(lái)自生物發(fā)酵裝置的處理配料來(lái)處理所述廢水流，由此使得被除去的污泥的磅數(shù)下降至少約10%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述處理配料添加到厭氧消化裝置中。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述處理配料添加到均衡池中。
14.權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述處理配料添加到初級(jí)澄清裝置中。
15.權(quán)利要求11所述的方法，其中，被除去的污泥的磅數(shù)下降至少約25%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。
16.權(quán)利要求11所述的方法，其中，被除去的污泥的磅數(shù)下降至少約50%，而所述最終的排出流體中的固體和BOD的量沒(méi)有增加。
17.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的生物固體和100mg/L的BOD ； 在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的生物固體和B0D，從而提供最終的排出流體； 所述最終的排出流體中的生物固體少于所述廢水流中生物固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約O. 25磅的生物固體。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述污泥為初沉污泥。
19.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述污泥為生物污泥。
20.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述污泥包含初沉污泥和生物污泥。
21.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約O. 25磅的生物固體。
22.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約0. 25磅的生物固體。
23.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物固體。
24.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物固體。
25.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體或100mg/L的BOD ； 在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的固體和B0D，從而提供最終的排出流體；所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約O. 25磅的二次污泥。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約O. 25磅的二次污泥。
27.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約O. 25磅的二次污泥。
28.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約O. 125磅的二次污泥。
29.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約O. 125磅的二次污泥。
30.一種改善污泥的去除并保持排放質(zhì)量的方法，所述方法包括 將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20，000加侖/天； 所述輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體或100mg/L的BOD ； 在所述處理設(shè)施中，除去所述輸入的廢水流中的固體和B0D，從而提供最終的排出流體； 所述最終的排出流體中的固體少于所述廢水流中固體的10%，并且BOD少于所述廢水流中BOD的10% ； 固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約0. 25磅的生物污泥。
31.權(quán)利要求30所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 25磅的生物污泥。
32.權(quán)利要求30所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約100mg/L的固體和400mg/L的BOD，并且相對(duì)于每磅被除去的BOD，所除去的固體為小于約0. 25磅的生物污泥。
33.權(quán)利要求30所述的方法，其中所述輸入的廢水流含有至少約50mg/L的固體和100mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物污泥。
34.權(quán)利要求30所述的方法，其中所述輸入的廢水流具有至少約100mg/L的固體和200mg/L的B0D，并且相對(duì)于每磅被除去的B0D，所除去的固體為小于約0. 125磅的生物污泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及改善污泥的去除并維持排放質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。該方法包括將輸入的廢水流引入處理設(shè)施，所述廢水流的流量為至少20,000加侖/天；輸入的廢水流含有至少50mg/L的固體和100mg/L的BOD；在該處理設(shè)施中，從輸入的廢水流中除去固體和BOD以提供最終的排出流體；該最終的排出流體中的固體少于廢水流中固體的10%，并且其BOD少于廢水流中BOD的10%；固體和BOD的去除產(chǎn)生相對(duì)于每磅被除去的BOD為小于約0.25磅的二次污泥。
文檔編號(hào)C02F3/00GK102844276SQ201180015287
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者G·羅伯特·懷特曼 申請(qǐng)人:G·羅伯特·懷特曼