申请日2012.02.01
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号C02F3/00; C02F3/28; C02F3/30
摘要
本发明涉及液体排放物处理方法，所述方法包括：所述排放物在甲烷化装置(32)内的甲烷化步骤，产生生物气、甲烷化的污泥和甲烷化的排放物;所述甲烷化的排放物在生物处理区(34)内的生物处理步骤，产生生物污泥和经处理的排放物;从所述生物处理区(34)提取稠化的生物污泥的步骤;所述甲烷化的污泥和所述稠化的生物污泥的至少一部分在消化器(44)内的厌氧消化步骤，产生生物气和消化的污泥;所述消化的污泥的至少一部分再循环到所述甲烷化装置(21)中的步骤;提取该消化的污泥的至少一部分的步骤。
权利要求书
1.温度为5-15℃的液体排放物的处理方法，所述方法包括：
-所述排放物在甲烷化装置(32)内的甲烷化步骤，产生生物气、甲烷化 的污泥和甲烷化的排放物;
-所述甲烷化的排放物在生物处理区(34)内的生物处理步骤，产生生物 污泥和经处理的排放物;
-从所述生物处理区(34)提取稠化的生物污泥的步骤;
-所述甲烷化的污泥和所述稠化的生物污泥的至少一部分在消化器(44) 内的厌氧消化步骤，产生生物气和消化的污泥;
-所述消化的污泥的至少一部分再循环到所述甲烷化装置(21)中的步骤;
-提取该消化的污泥的至少一部分的步骤。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述消化是嗜温或嗜热类型的。
3.根据权利要求1或2中任何一项的方法，其特征在于所述甲烷化是嗜冷 或嗜温类型的。
4.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于所述生物处理步骤 包括需氧型生物处理步骤。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于所述生物处理步骤包括缺氧型生物 处理步骤。
6.根据权利要求1至5中任何一项的方法，其特征在于它包括所述稠化的 生物污泥的至少一部分再循环到所述生物处理区(34)上游的步骤。
7.根据权利要求1至6中任何一项的方法，其特征在于它包括用于控制在 所述甲烷人装置(32)中的消化的污泥的再循环流量的步骤，用于控制在所述 消化器(44)中的甲烷化的污泥的再循环流量的步骤，以及用于控制所述消化 的污泥的提取流量的步骤。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述再循环和提取的流量被控制， 以便根据所述待处理排放物的温度将所述甲烷化装置(32)中和所述消化器(44) 中的污泥浓度分别保持在10-100g MVS/L和30-100gMVS/L。
9.排放物处理设备，所述设备包括：
-甲烷化装置(32)，包括所述排放物的入口、生物气的出口(321)、甲 烷化的污泥的出口(322)以及甲烷化的排放物的出口(33);
-生物处理装置(34)，包括所述甲烷化的排放物的入口和生物污泥的出 口;
-处理的排放物的出口(37);
-稠化的生物污泥的出口(38);
-消化装置(44)，包括与用于再循环甲烷化的污泥的装置(46)配合的 第一入口、用于稠化的生物污泥的第二入口、生物气的出口(441)以及消化的 污泥的出口(47);
-用于在所述甲烷化装置(32)中再循环所述消化的污泥的一部分的装置 (45);
-用于提取所述消化的污泥的至少一部分的装置(47)。
10.根据权利要求9的排放物处理设备，其特征在于它包括用于调节所述 再循环装置(46，45)和提取装置(47)的装置。
11.根据权利要求9或10中任何一项的设备，其特征在于所述甲烷化装置 是UASB或HUSB类型的。
12.根据权利要求9或10中任何一项的设备，其特征在于所述甲烷化装置 是AnMBR类型的。
说明书
包括甲烷化、生物处理、甲烷化的污泥和生物污泥的消化以及消化的污泥的甲烷化的液体排放物处理设备和方法
技术领域
1.本发明的领域
本发明的领域是处理排放物以便将其净化的领域。
本发明更具体地尤其应用于城市或工业废排放物的处理领域中。
背景技术
2.现有技术及其缺点
城市或工业废排放物一般在排放到自然环境中之前进行处理以便将其净化。
参考图1，通常采用的旨在净化这类排放物10的技术在于将其输送到预处理装置11中。这些预处理装置11一般包括拦污栅装置、除沙装置、去油装置和UASB(英语Upflow Anaerobic Sludge Blanket(升流式厌氧污泥床))类型的甲烷化反应器。这些预处理装置11的采用导致产生原污泥12、在火炬架燃烧的生物气和经预处理的排放物。这种经预处理的排放物根据上游的处理类型而向生物处理装置13输送，该生物处理装置13例如包括活性污泥需氧反应器、生物过滤器、生物转盘、污水池(1agunes)......。来自生物处理装置13的排放物被引入到沉降池14中。沉降池14的采用使得能够产生经处理的排放物15，可将该经处理的排放物送往随后的处理或者排放到自然环境中。这还可导致产生生物污泥。生物污泥的第一部分16再循环到生物处理装置13的上游，以调节其中的污泥浓度，并且任选地调节UASB反应器中的污泥浓度。生物污泥的第二部分17与原污泥12一起引向处理装置18，处理装置18的采用导致污泥的稠化或脱水。经处理的污泥19然后一般被引向农学增值系统。
UASB技术的实施在以下的方面是有利的：它使得能够以低能量成本消除待处理排放物中所含COD的大约50-80%。
但这种技术有一些缺点。
当待处理排放物的温度低于17-18℃时，这种技术在消除COD方面的效率显著下降。另外，考虑到待处理排放物的大流量，不可能至少在不发生不合理能量耗费的情况下将其加热到具有较好效率的温度。因此，尽管这种技术的实施原则上能够令人满意且低成本地消除COD，但其在世界上待处理排放物的温度恒定地或季节性地低于15℃的地区是不可实现的。为了在低于15℃的温度下维持令人满意的效率，排放物在UASB反应器中的水力停留时间应当大于22小时。UASB反应器的容积因此要乘以2.5，这使得要重新考虑用于处理温度低于15℃的排放物的这种技术的经济可行性。
这种现有技术的另一个缺点在于，其在消除氮和磷方面的效率几乎为零。因此，在甲烷化装置(或UASB反应器)出口处的处理的排放物的碳浓度和氮浓度之间的比例严重失衡，使用缺氧区的脱氮传统技术不能中止这种失衡。因此，在世界上就氮排放而言的法规要求特别严格的地区，这种技术的实施是困难的，甚至是不可能的。
此外，据估计在待处理排放物的甲烷化过程中形成的生物气的15至50%与经处理的排放物一起从甲烷化装置逸出，然后在甲烷化装置的下游被释放到大气中。所形成的生物气的一部分因而没有被增值，而是被排放到大气中参与了温室效应。结果，这种技术从不利的碳平衡中获益，这损害了其在净化技术市场中的形象。
这种现有技术的另一个缺点与以下的事实有关：其导致产生相对大体积的污泥。
发明内容
3.本发明的目标
本发明的目标尤其在于克服现有技术的这些缺点。
更具体地，本发明的目标在于在至少一种实施方式中提供通过甲烷化处理液体排放物的技术，与现有技术相比，其能够使污泥产量降低。
本发明的另一目标在于实施这种技术，其使得能够在至少一种实施方式中与现有技术相比提高生物气的产量。
本发明的目标还在于，在至少一种实施方式中，提供能够在世界上的众多地区(包括其中待处理排放物的温度恒定地或季节性地低于15℃的地区)实施 的这种类型的技术。
本发明还涉及在至少一种实施方式中提供这种类型的技术，该技术可以在相对减小的体积中实施，并且其是简单、可靠和便宜的。
4.本发明的描述
这些目标以及在下文中显示的其它目标借助于一种用于处理其温度为5-15℃的液体排放物的方法而得以实现，根据本发明，该方法包括：
-所述排放物在甲烷化装置内的甲烷化步骤，产生生物气、甲烷化的污泥和甲烷化的排放物;
-所述甲烷化的排放物在生物处理区内的生物处理步骤，产生生物污泥和经处理的排放物;
-从所述生物处理区提取稠化的生物污泥的步骤;
-所述甲烷化的污泥和所述稠化的生物污泥的至少一部分在消化器内的厌氧消化步骤，产生生物气和消化的污泥;
-所述消化的污泥的至少一部分再循环到所述甲烷化装置中的步骤;
-提取该消化的污泥的至少一部分的步骤。
因而，本发明基于一种完全原创性的用于处理液体排放物的技术，包括在甲烷化装置内甲烷化该排放物，生物处理来自甲烷化装置的甲烷化的排放物，提取来自该生物处理的稠化的生物污泥，厌氧消化甲烷化的污泥和稠化的生物污泥的至少一部分并且向甲烷化装置再循环消化的污泥的至少一部分。
在Mahmoud，N.等人(2003年)的“Anaerobic sewage treatment in one-stage UASB and a combined UASB-digester System(在单级UASB和结合的UASB-消化器系统中的厌氧污水处理)”，Seventh International Water Technology Conference Egypt，307-322中以及在Mahmoud，N.(2008年)的“High strength sewage treatment in a UASB reactor and an integrated UASB-digester System(在UASB反应器和集成式UASB-消化器系统中的高强度污水处理)”，Bioresource Technology99，7531-7538中，作者们参考图2具体说明通过将排放物20引入UASB型甲烷化装置21中来处理该排放物，以产生经处理的排放物22、原污泥23和生物气24。原污泥23被引入到CSTR型消化器26中，该装置的实施使得能够产生生物气和消化的污泥27。然后，消化的污泥27被再引入到甲烷化装置21中。作者们指出，这样的实施能够提高 待处理排放物中COD含量的消除，减小所产生的污泥体积，提高所产生的污泥的稳定性和沉降性，提高生物气产量。但是，读者的注意力被吸引到以下的事实上：用于在低温下(即低于15℃的温度下)处理排放物的这种实施的效率仍有待证明。
在开发本发明技术的过程中，本发明人在保证严守秘密的情况下把图1所示的现有技术典型设备中的甲烷化装置11与根据N.Mahmoud教导的CSTR型消化器联系起来。
然后，总是在保证严守秘密的情况下，他们进行试验以检验这种实施的效率。他们因而注意到，这种类型的设备需要使用的消化器的体积是如此之大，以致于其实施最终是没有竞争力的，尤其是在投资和能量方面，因为所产生的生物气不足以保持消化器的温度。
本发明人在这些条件下寻求一种技术解决方案，该解决方案使得能够在低温下实施结合了甲烷化的排放物处理技术，其在高温下的实施已知具有能够令人满意地降低待处理排放物中的COD含量的优点。
本发明人因而想到在消化器内生物污泥的至少一部分的再循环，并且注意到这样的实施非常出入意料地尤其导致：
-显著减小消化器的容积;
-降低污泥产量;
-提高生物气产量。
在消化器内生物污泥的至少一部分的再循环的事实按理说与本领域技术人员所认为的以下事实是相反的：在如图1所示类型的设备中，本领域技术人员从不使用消化器来处理生物污泥，因为厌氧消化已经在甲烷化的过程中进行了。
根据本发明的技术的实施减小了消化器容积。这是因为，将N.Mahmoud的技术集成到图1的现有技术设备中导致了实施根据图4的设备，在其中消化器的容积比该甲烷化装置的容积小1.3倍，而根据本发明的技术的实施可导致实施容积比该甲烷化装置的容积小3-9倍的消化器。
这种技术的实施降低了污泥总产量。这是因为，所产生的污泥是按照两种不同模式消化的。因而，对消化模式之一不敏感的一部分污泥会优于另一部分而消化。而且，污泥向甲烷化装置的再循环使得甲烷化装置可被来自消化器的活性厌氧生物质接种。这种呈活性的生物质在甲烷化装置内不需要任何成熟时 间就可起作用。这种再循环因而有助于甲烷化效率的提高。
本发明技术的实施因而提高了污泥的粒状有机部分的增溶溶解，这一方面有助于降低污泥产量，另一方面有助于提高生物气产量。
待处理液体排放物中的该粒状有机部分难以通过低温下的嗜冷甲烷化除去。此有机部分的增溶溶解通过提供来自消化器的嗜温厌氧污泥而得以改善。这因而可以缓解低温甲烷化的效率限制。
本发明的技术因而能够有效地处理其温度范围在5-15℃之间的排放物。
根据一种有利特性，所述消化是嗜温或者嗜热类型的。
根据另一有利特性，所述甲烷化是嗜冷或者嗜温型的。
消化和甲烷化的运行模式因而可有利地根据待处理排放物的性质刲行选择。如果待处理排放物是城市废水，则甲烷化优选是嗜冷的并且消化优选是嗜温的，而如果待处理排放物是工业废水，则甲烷化和消化都优选是嗜温的。嗜热模式将只应用于污泥消化器并且根据局部参数如排放物温度和/或植入限制而定。这种模式通常能够减小消化器容积。但它是更为耗能的。
根据一种优选实施方式，所述生物处理步骤包括需氧型生物处理步骤。
需氧生物处理可例如采用活性污泥、生物过滤器、生物转盘、序列生物反应器(SBR)......。
甲烷化能够消除待处理排放物的COD的大约50至70%。需氧生物处理能够消除包含在甲烷化的排放物中的残余COD，以便达到自然环境可接受的排放标准。因而，在生物处理的下游，COD和MES(悬浮固体物质)的总去除大于95%，MES的去除通过将生物污泥与处理过的排放物分离来获得。
该生物处理还能够去除在待处理排放物中所含的并且未通过甲烷化去除的氮(例如通过强力硝化)和/或磷的至少一部分。
在一种优选变化形式中，所述生物处理步骤包括缺氧型生物处理步骤。
这种缺氧生物处理步骤的实施能够去除未通过需氧生物处理消除的待处理排放物中所含的氮和/或磷的至少一部分。
磷还可通过添加氯化铁或者等效试剂的简单物理-化学途径而被至少部分地去除。
该生物处理区将包括能够将生物污泥与处理过的排放物分离的装置。这些装置例如可包括沉降池、膜单元、浮选器、过滤盘......。与处理过的排放物分 离的生物污泥在被提取之前可典型地进行稠化。例如，在沉降池的情况下，稠化的生物污泥在沉降池的下部被提取，在膜单元的情况下，该生物污泥通过反洗来收集......。污泥的稠化使得它们能够在再循环之前被预浓缩。
根据本发明的方法优选包括在该生物处理区(它将包括例如需氧或缺氧生物反应器(例如脱氮反应器))上游的所述稠化的生物污泥的至少一部分的再循环步骤。它因而可以曝气或不曝气。
根据本发明的方法有利地包括用于控制在所述甲烷化装置中的消化的污泥的再循环流量的步骤，用于控制在所述消化器中的甲烷化的污泥的再循环流量的步骤，以及用于控制所述消化的污泥的提取流量的步骤。
所述再循环和提取的流量将优选地被控制，以便根据所述待处理排放物的温度将所述甲烷化装置中和所述消化器中的污泥浓度分别保持在10-100g MVS/L和30-100gMVS/L。缩写词MVS表示悬浮挥发物。
通过最大化生物气产量并且减少污泥产量，这样的实施使得能够在减小的体积中处理温度在5-15℃之间的排放物。
本发明还涉及用于处理排放物的设备，所述没备包括：
-甲烷化装置，包括所述排放物的入口、生物气的出口、甲烷化的污泥的出口以及甲烷化的排放物的出口;
-生物处理装置，包括所述甲烷化的排放物的入口和生物污泥的出口;
-处理的排放物的出口;
-稠化的生物污泥的出口;
-消化装置，包括与用于再循环甲烷化的污泥的装置配合的第一入口、用于稠化的生物污泥的第二入口、生物气的出口以及消化的污泥的出口;
-用于在所述甲烷化装置中再循环所述消化的污泥的至少一部分的装置;
-用于提取所述消化的污泥的至少一部分的装置。
这种排放物处理设备优选包括用于调节所述再循环装置和提取装置的装置。
根据有利的变化形式，所述甲烷化装置可以是UASB或HUSB或AnMBR类型的，也即厌氧膜式生物反应器或者英语的Anaerobic Membrane Bio Reactor。
