申请日2004.02.26
公开(公告)日2007.10.24
IPC分类号C02F11/18; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种污水处理系统，其中废水流被分成初沉淤泥和废水，并且该初沉淤泥被厌氧消化并脱水以生成A级有机淤泥。有氧消化所述排出水并分离所述消化过的排出水以提供废活性淤泥。该废活性淤泥在它转到水热处理之前在两级处理中用蒸汽喷射和间接蒸汽加热。然后增加被处理的废活性淤泥的pH值，并且脱氮并回收氨盐。具有易挥发的脂肪酸和可溶有机物的低氮流然后被分离，并且送到有氧消化池。在厌氧消化期间生成的沼气为加热废活性淤泥提供能量，用于水热处理，并且抑制来自该水热处理的热加热该初沉淤泥，用于喜热厌氧消化。
权利要求书
1.一种方法，包括：
(1)将废水流分离成初沉淤泥和排出水;
(2)厌氧消化所述初沉淤泥并脱水所述初沉淤泥，以将所述初沉 淤泥转变成A级生物固体，而不是使得所述初沉淤泥进行水热处理;
(3)有氧消化所述排出水;
(4)分离所述消化过的排出水以提供废活性淤泥;以及
(5)用水热法处理所述废活性淤泥，而不是使得所述废活性淤泥 进行厌氧消化处理。
2.如权利要求1的方法，还包括：
在步骤(4)之后，加热所述废活性淤泥到高于或等于200℃。
3.如权利要求1的方法，还包括：
在步骤(4)之后，加热所述废活性淤泥到高于或等于240℃。
4.如权利要求1的方法，还包括：
在步骤(4)之后，将蒸汽喷入所述废活性淤泥中，以将所述废活 性淤泥从不超过60℃的第一温度预先加热到高于或等于105℃的第二 温度。
5.如权利要求1的方法，还包括：
在步骤(4)之后，将蒸汽喷入所述废活性淤泥中，以将所述废活 性淤泥从不超过68℃的第一温度预先加热到高于或等于120℃的第二 温度。
6.如权利要求4的方法，还包括：
将所述预加热的废活性淤泥从所述第二温度加热到高于或等于 200℃的第三温度。
7.如权利要求4的方法，还包括：
将所述预加热的废活性淤泥从所述第二温度加热到高于或等于 250℃的第三温度。
8.如权利要求1的方法，还包括：
(6)从在所述初沉淤泥的所述厌氧消化过程中所产生的沼气生成 热;以及
(7)在步骤(5)之前，将所述生成的热传输给所述废活性淤泥。
9.如权利要求8的方法，其中：
步骤(6)包括燃烧所述沼气并将来自燃烧所述沼气的热传输给水 以产生蒸汽;以及
步骤(7)包括，在步骤(5)之前，将来自所述蒸汽的热传输给 所述废活性淤泥。
10.如权利要求8的方法，还包括：
在步骤(5)之后，将来自所述被处理的废活性淤泥的热传输给所 述初沉淤泥。
11.如权利要求1的方法，还包括：
(6)在步骤(5)之后提高所述被处理的废活性淤泥的pH值;以 及
(7)在步骤(6)之后，从所述被处理的废活性淤泥汽提氨盐。
12.如权利要求1的方法，其中：
步骤(3)包括在曝气池中有氧地消化所述排出;并且还包括：
在步骤(5)之后分离所述被处理的废活性淤泥，以提供包含易挥 发的脂肪酸和可溶有机物的低氮水流;以及
将所述污水流供给所述曝气池。
13.一种方法，包括：
(1)将废水流分离成初沉淤泥和废水;
(2)厌氧消化所述初沉淤泥以生成沼气;
(3)处理所述排出水以生成废活性淤泥;
(4)燃烧所述沼气;
(5)将来自燃烧所述沼气的热传输给所述废活性淤泥，以形成加 热的废活性淤泥;以及
(6)使所述加热的废活性淤泥通过热交换器，以提供从所述加热 的废活性淤泥到所述初沉淤泥的间接的传热。
14.如权利要求13的方法，其中步骤(5)包括：
将来自燃烧所述沼气的热传输给所述废活性淤泥，以形成具有第 一温度的所述加热的所述废活性淤泥，所述第一温度高于或等于200 ℃。
15.如权利要求13的方法，其中步骤(5)包括：
将来自燃烧所述沼气的热传输给所述废活性淤泥，以形成具有第 一温度的所述加热的废活性淤泥，所述第一温度高于或等于250℃。
16.如权利要求13的方法，其中：
步骤(3)包括处理所述排出水以生成废活性淤泥，所述废活性淤 泥具有低于或等于60℃的第一温度;并且
步骤(5)包括：
将来自燃烧所述沼气的热传输给水以生成蒸汽;
将所述蒸汽的第一部分喷射到所述废活性淤泥中，以将所述废活 性淤泥预加热到高于或等于105℃的第二温度;以及
将所述蒸汽的第二部分置于与所述预加热的废活性淤泥间接热交 换的关系中，以将所述预加热的废活性淤泥从所述第二温度加热到高 于或等于200℃的第三温度。
说明书
污水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理系统，特别是涉及废水处理系统。
背景技术
废水处理系统在本领域是已知的。一般的废水处理系统产生粗的 初沉淤泥和废活性淤泥，它们通常在厌氧消化池中浓缩、发热和消化。 厌氧消化池通常在从约20℃到约35℃的嗜温条件下运行，并且来自 这些消化池的产品通常被脱水以产生B级淤泥。B级淤泥通常运送到 地里使用，或做成堆肥，或放在淤泥贮留池中以生产A级淤泥。国家 职业安全和健康研究所(National Institute of Occupational Safety and Health)(NIOSH)将B级淤泥划归为生物有害的。所以废水处理行业 不生产B级淤泥而进行生产优等质量A级淤泥(EQ A级)。本发明以 新颖的和创造性的方式，用机械、热和化学综合的惊人协同作用，结 合多种已知元件，以较少的资本和运行成本生成EQ A级淤泥。
1993年授予Fassbender的美国专利5,221,486号，1995年授予 Fassbender的美国专利5,433,868号，1998年授予Rivard等人的美国 专利5,785,852号，以及2000年授予Nagamatsu等人的美国专利 6,134,176号描述并公开了多种现有技术的废水处理系统。美国专利 5,221,486号、5,433,868号、5,785,852号和6,134,176号所公开的内容 通过参考结合于此。废活性淤泥因为其亲水性和蜂窝状特性很难脱水 和消化。为了解决这个问题，5,785,852号专利公开了使用在180到 385的低温加热，以及爆炸性的闪蒸和剪切力，以分解其蜂窝(cell)， 以便释放并得到该蜂窝中的可溶解的物质用于厌氧消化。5,433,868号 专利描述了一种方法，其中在高温水热条件下处理废活性淤泥和初沉 淤泥的混合的流，以产生含有油、炭和氨的废水流。该废水流用另外 的水热作法进一步处理以将氨转换成氮气。6,134,176号专利描述了利 用水热法加热厌氧消化的淤泥以产生脱水的炭泥浆，以提供具有高加 热值的炭和油的浓缩碳浆泥。为了形成浓缩的碳泥浆而从碳泥浆分离 的水相返回用于另外的厌氧消化。
这些系统在处理废水方面具有许多优点。它们对从废物中回收有 价值的资源做得不错并减少必须送去掩埋的这种废物的量。但是，它 们仍然有许多缺点。例如，由于淤泥含有大量的水，对初沉淤泥和废 活性淤泥进行一次和多次水热处理(hydrothermal process)仅加热和 冷却包含在其中的水就需要大量能源。在厌氧消化池中融合初沉淤泥 和废活性淤泥导致需要大量的能源以加热该厌氧消化池的加工原料。 特别是，如果该厌氧消化池在更加理想的嗜热条件下运行。在厌氧消 化池中融合初沉淤泥和废活性淤泥往往还迫使操作者在不理想地增加 资金成本或不理想地减少处理时间之间进行选择。同样在厌氧消化池 中融合初沉淤泥和废活性淤泥还迫使操作者在不理想地增加用于加热 的资金成本或不理想地低的操作温度之间进行选择，可能导致使用可 接受的但是较不理想的嗜温(mesophilic)的条件下而不是在嗜热条件 下进行。还有，初沉淤泥通常包括较多固体和粒状物质，它们在高温 和高压条件下运行的设备上，例如在水热处理中通常所遇到的条件是 硬的。还有，将初沉淤泥和废活性淤泥加热到水热处理中的所谓高温 需要大量的能量。而且，在消化池中使用有氧的和缺氧区处理排出水 并产生废活性淤泥的系统中，保持硝酸盐的减少和磷(phosphourus) 的积累的优化条件，在有氧和厌氧消化池中的细菌通常需要附加的未 处理的污水送入到该有氧和厌氧消化池中，或供给可溶碳的水源，例 如甲醇供流。还有，当淤泥准备和将淤泥转到和经过水热处理时，它 们经常引起堵塞或卡住的问题。这些共同的问题通常导致使用具有刮 痕表面热交换以克服或抵消这些问题。而且，由于初沉淤泥和废活性 淤泥通常一起处理或在同样的处理温度范围处理，因此在两者之间很 少或没有任何可能进行高效的传热以弥补运行费用。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种废水处理系统，其利用是意想不到 的机械、热和化学综合的协同作用，以较少的资本和运行成本生成EQ A级生物固体。
本发明的另一个目的是提供上述类型的系统，其利用来自所生成 的沼气的热能，为水热处理供热。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其利用来自所生成 的沼气的热能，供给水热处理所需要的50%到100%的热能。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其利用来自水热处 理的热能，为在嗜热条件下运行厌氧消化池供热。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其两次利用来自所 生成的沼气的热能，首先为水热处理供热，然后为厌氧的消化池供热。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其能够增加操作温 度，和在该厌氧消化池中的保持时间，而没有不希望的增加资本或运 行成本。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其明显地增加在现 有的厌氧消化设备中可得到的淤泥保留时间。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其通过增加发酵温 度和延续时间提供EQ A生物固体的生成，而没有不希望地增加资本 和运行成本。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其减少必须在水热 处理中加热到高温的进料量。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其从废活性淤泥中 汽提(split)氮，并以氨水溶液和氨盐的形式回收氮，而不需要单独 的水热处理。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其使细菌在有氧/ 厌氧消化池中具有增强的性能。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其提供在有氧/厌 氧消化池中的增强的生物脱氮和生物脱磷。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，以回收包含易挥发 的脂肪酸和可溶有机物的低氮流，以循环到有氧/厌氧消化池。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其减少或消除在水 热处理中处理淤泥所遇到的卡住或堵塞问题。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其为水热处理利用 分级加热以避免卡住或堵塞问题，同时减少锅炉供水消耗，进一步减 少投资和运行成本。
本发明的再一个目的是提供上述类型的系统，其减少或消除必须 通过处理设备，特别是通过在高温高压下运行的水热处理设备来泵送 的粗沙砾、固体和大颗粒物，从而减少投资成本并增加可靠性。
为了实现这些和其他目的和优点，在本发明的系统中，废水流被 分离成初沉淤泥和废水，并且该初沉淤泥被厌氧消化并脱水以生产A 级生物固体。该排出水在具有有氧和缺氧区的消化池中被消化并且过 剩的细菌被分离出以提供废活性淤泥。该废活性淤泥在它转到水热处 理之前在两级处理中用蒸汽喷射和间接蒸汽加热到约255℃。增加被 处理的废活性淤泥的pH值，并且将氮汽提为氨盐。然后分离具有易 挥发的脂肪酸和可溶有机物的低氮流，并且送到有氧消化池。在初沉 淤泥的厌氧消化期间生成的沼气为加热用于水热处理的废活性淤泥提 供能量，并且来自该水热处理的排放热加热用于嗜热厌氧消化的该初 沉淤泥。
