利用二氧化氯達到b級生物固體標準的廢水處理設備的製作方法

2023-05-09 23:52:06 2

專利名稱：利用二氧化氯達到b級生物固體標準的廢水處理設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及廢水，更具體而言涉及ー種廢水處理設備。
背景技術：
廢水處理所涉及的一些過程產生高粘度泥漿或汙泥以及含低懸浮固體的汙水(統稱為「廢液」)。在處理後，廢液可能被棄置到垃圾填埋場，用於某些農業目的，或者返回到周圍環境中。在美國，聯邦政府法規規定必須對這些廢液進行處理，以達到特定的標準。衡量廢液處理程度的兩個具體方法是比耗氧速率(SOUR)和氧化還原勢(ORP)。常規技術無法實現達到特定SOUR和ORP標準的經濟、高效、及時的廢液處理方案。因此，廢水處理行業和其它行業中需要更高效地處理廢液，以達到這些特定指標
發明內容
發明人發現，當廢水樣品中的生物固體百分比低於5%並且用於處理這些生物固體的化學氧化劑(例如ニ氧化氯)能夠迅速在樣品中散布時，化學氧化劑的管理效率會顯著提高。例如，實驗表明，與連續按比例向廢水樣品投入相同劑量的化學氧化劑相比，在一分鐘之內向廢水樣品大批量投入化學氧化劑時的氧化/還原電位要低得多，並且消毒效率也較低。令人意外的是，在連續按比例投加化學氧化劑時，化學氧化劑能夠迅速分散，從而顯著提高了消毒效率。在此，「迅速分散」和「迅速散布」的含義相同，都指化學氧化劑在30秒以下、20秒以下、10秒以下或5秒以下的時間內在廢液中達到基本均一的分散狀態。基於在不局限於任何機械論的思想，發明人認為，與批量處理系統中的化學氧化劑管理相比，通過使化學氧化劑在廢液中迅速分散，能夠在化學氧化劑在樣品中充分混合之前防止化學氧化劑的氧化勢僅被一部分樣品不必要地降低。發明人認為，氧化勢被部分樣品中的有機材料不必要地耗盡了，因而降低了對目標微生物的氧化作用。根據本發明的另ー種實施方式，化學氧化劑向廢液投加的方式能保證化學氧化劑的分散速度高於其氧化能力降級速率。在一個實施方式中，本發明掲示了ー種降低耗氧水平並提高廢液的ORP的處理設備，該處理設備包括1)對廢液的特性進行機械控制的裝置，用於實現溶解和懸浮固體在液體中的特定濃度比例；2)氧化劑投加系統(利用ニ氧化氯、臭氧或類似氧化劑)，用於按百萬分之25-200 (PPM)廢液量的投放速率向廢液投加氧化劑；以及3)容積與廢液的流量成正比的處理容器。本發明的實施方式綜合了能夠克服常規廢液處理系統的多種不足的特性和優點，可實現SOUR和ORP的標準。廢水處理過程廢水處理過程由若干連續步驟構成。討濾和初步處理通常，廢水從進水口工程進入廢水處理廠。進水口工程作為廢水處理廠的基本砂粒和異物清除系統。廢水從進水口工程輸送到某種形式的生物處理裝置(「BTU」)(例如氧化溝、順序批量反應器、膜生物反應器等)。在BTU中，從廢水去除養分。除氮除磷(「養分」)除氮通過利用生物氧化把氮從氨氧化為硝酸鹽(硝化作用)然後把硝酸鹽還原為氮氣(脫氮作用)來完成。氮氣釋放到大氣中，從而從水中脫除。硝化作用本身是ー個兩步需氧過程，每步由不同類型的細菌促成。氨(NH3)氧化為亞硝酸鹽(N02_)通常是由亞硝化單胞菌屬促成的。(亞硝基指亞硝基官能團的形成)。雖然過去一直認為向硝酸鹽(N03_)的轉化的亞硝酸氧化是由硝化桿菌屬促成的，(硝基指硝基官能團的形成)，但現在已知該過程在環境中幾乎完全是由硝化螺菌屬促成的。脫氮作用需要缺氧條件，以促進適當生物群落的形成。該過程是由多種細菌促成的。砂濾池、瀉湖和葦地都可用於減氮，但是通過活性汙泥法(若設計良好)完成此工作最輕鬆。由於脫氮過程是硝酸鹽還原為氮氣，因此需要電子供體。根據廢水的具體情況，這種 電子供體可以是有機物(來自於糞便)、硫化物、或甲醇等人工添加的供體。許多汙水處理廠使用軸流泵從曝氣區向缺氧區輸送氮化混合液，以進行脫氮。這些泵常常稱為內部混合液循環泵(IMLR泵)。除磷很重要，因為磷在許多淡水系統中是限制藻類生長的養分。該過程對磷濃度較高時可能導致下遊設備(例如反滲透過濾器)淤塞的水再用系統也特別重要。在稱為增強生物除磷エ藝的處理過程中，可通過生物方式除磷。在此過程中，有選擇性地培養稱為多聚磷酸鹽積累生物(PAO)的專用細菌，其細胞中能積累大量磷(最高可達其質量的20% )。當這些細菌中富集的生物質從已處理的水中去除時，這些生物固體具有很高的肥料價值。除磷還可通過化學沉澱作用完成，通常利用鐵鹽(例如氯化鐵)、鋁鹽(例如明礬)或石灰。由於氫氧化物會沉澱，因此這可能導致產生的淤泥量過多，並且添加的化學藥劑很昂貴。與生物除磷相比，化學除磷設備的規模要小得多，易於操作，並且常常比生物除
磷更可靠。在進行去除養分的處理後，把廢水和積累的有機質送去澄清エ段處理。澄清エ段用於分離廢水處理的廢液，並通常把分離後的廢液轉為進行某種常規處理，例如有氧或厭氧消化，以降低生物需氧量並達到如SOUR試驗所示的特定耗氧量標準。根據另ー個實施例，本發明屬於ー種廢水處理系統，該系統包括用於接收原汙廢水的進水口工程，該進水口工程配有生物固體和生物處理站，處理站通過流道與該進水ロ工程連通。該系統還包括通過流道與進水口工程連通的澄清池，用於濃縮來自於原汙廢水的生物固體。在ー種典型實施方式中，澄清池通過流道與生物處理站的下遊連通。在對原汙水/廢水進行生物處理和澄清後，生物固體樣品被視為廢活性汙泥(「WAS」)。在澄清過程的同時，或在經過澄清過程之後，WAS在廢水流中產生，並且其中的生物固體量得到控制。通常，把WAS調節為含有0.5至5%的生物固體量，該比率為重量/體積比(w/v)或重量比分比，取決於實際所示。在ー個特定實施方式中，WAS的生物固體含量為1-3%。該系統還包括用於從澄清池運走WAS的第一導管。第一導管有相關的氧化劑投加過程，從而在處理區中投加預定劑量的ニ氧化氯或其它氧化劑(例如向第一導管中的WAS內投加)。比耗氧速率(SOUR)比耗氧速率(SOUR)又稱耗氧或呼吸速率，它定義為每小時內每克揮發性懸浮固體(VSS)的耗氧量(毫克)。這種快速試驗有許多優點能夠快速測量流入有機負荷量和生物降解能力，指明是否存在有毒或違禁廢物、樣品的穩定度和狀況，以及計算曝氣池中各個點的需氧速率。此試驗最初是作為一個設備控制參數開發的。SOUR現在還用作一種備選試驗方法，以滿足40CFR第503部分標準對於汙泥使用或處置的降低媒介吸引力要求。此要求有助於降低帶菌媒介物(例 如昆蟲、鼠類、鳥類等)傳播傳染病的可能性。S0UR-503定義為每小時內姆克總固體(TS)的耗氧量(毫克)。SOUR試驗適合於總固體濃度低於2%的固體，並用作一個需氧量指標，它與生物需氧量試驗類似，不意味著限制目標廢液中的固體含量。氣化還原勢(ORP)氧化還原電勢(又稱氧化還原電勢、氧化/還原勢或0RP)是化學物質獲得電子並被還原的能力的一個量度指標。ORP按伏(V)或毫伏(mV)計量。每種物質都有自己固有的還原電位；電位越偏向正值，該物質與電子的親和性越高，被還原的趨勢越強。百萬分率(PPM)百萬分率是表示極稀物質濃度的ー種方式。像百分率指百分之幾一祥，百萬分率或ppm指百萬分之幾。它通常描述水或土壤的物質濃度。一 ppm相當於每升水中I毫克物質(毫克/升)或每公斤土壤中I毫克物質(毫克/公斤)。CT在考慮消毒劑的滅菌效果時，主要考慮因素是消毒劑的濃度，以及接觸有機體時發生鈍化的時間。這通常以如下公式表示k = Cnxt，其中，C=消毒劑的濃度(毫克/升)，η =稀釋係數，t =鈍化到特定的微生物百分比所需的時間(分鐘)，對於在特定條件下接觸消毒劑的特定微生物，k =常數。化學消毒可視為具有ー階化學反應的特點(契克定律)。在實際應用中，即使在飲用水消毒過程中也很少遵循該定律。為了計入這些偏差，在殺菌動力學中引入了其它模型(霍恩模型)，但是這些模型通常未考慮消毒劑或氧化劑的衰退或需量。雖然在廢水樣品處理中利用氧化劑提高廢水樣品的氧化/還原勢和滅菌效果在業界是標準做法，但發明人發現，某些氧化劑(例如ニ氧化氯)與廢液中的材料的反應程度會隨時間降低，幾乎需要隨時添加氧化劑，並在很短時間內完全混合。在一種實施方式中，本發明提供了投加足夠濃度的氧化劑並與廢液混合的方法，使所有材料在10-200秒內(以及此範圍的所有整數秒內)與氧化劑接觸。與投加氧化劑並在3分鐘內混合的其它方法相比，此方法產生了截然不同的效果。在另ー個更具體的實施方式中，材料在30秒以下、或20秒以下、或10秒以下、或5秒以下或更短的時間內與化學氧化劑接觸。根據另ー個實施例，本發明屬於ー種廢水處理系統，該系統包括用於接收原汙廢水的進水口工程，該進水口工程配有生物固體和生物處理站，處理站通過流道與該進水ロ工程連通。該系統還包括通過流道與進水口工程連通的澄清池，用於濃縮來自於原汙廢水的生物固體。在ー種典型實施方式中，澄清池通過流道與生物處理站的下遊連通。在對原汙水/廢水進行生物處理和澄清後，生物固體樣品被認為是廢活性汙泥(「WAS」)。通常，WAS含有O. 5至5%比例的生物固體。在ー個特定實施方式中，WAS的生物固體含量為1-3%。該系統還包括用於從澄清池運走WAS的第一導管。第一導管有相關的氧化劑投加過程，從而向第一導管中的WAS內投加預定劑量的ニ氧化氯或其它氧化劑(例如臭氧)。該系統配有與導管配套的化學氧化劑添加源，從而能夠提供預定劑量的化學氧化劑。在經過化學氧化劑處理後，WAS被視為已處理生物固體樣品，滿足美國40CFR標準第503部分中規定的B級生物固體標準。該系統還可包含可選的脫水裝置(例如帶式壓濾機或離心裝置)，該裝置通過流道與第一導管相通，以進ー步從已處理生物樣品中脫水。而且，該系統還包括可選的第二導管，用於從脫水器轉移濃縮的已處理生物固體樣品。或者，根據具體廢水處理設施的配置，該エ藝還可用於處理消化汙泥(S卩，已經在厭氧消化池或增氧消化池中處理的汙泥)，以產生B級生物固體。在ー個具體實施方式
中，一次廢水(即，未經生物處理的廢水)被直接輸送到消化池中，以產生消化汙泥。然後把消化汙泥輸送到氧化劑處理區中進行處理。



圖I顯示了一種在廢活性汙泥導管中利用ニ氧化氯發生裝置產生B類生物固體的廢水處理系統。
具體實施例方式在本發明中參照附圖來掲示具體實施方式
。其中，在各個附圖中使用相似的索引數字，以指代相似或等同的部件。附圖未按比例繪製，僅用於示意性地說明所掲示的實施方式。下面將以應用實例說明本發明的各個方面。應理解，在此闡述的眾多具體細節、關係和方法的目的僅是為了便於全面理解所掲示的實施方式。但是，本領域的普通技術人員能夠輕易理解，本發明中所掲示的主題無需依賴ー個或多個具體細節或通過其它方法即可實現。在其它情況中，未詳細示出公知的結構或操作，以避免遮掩不為業界所公知的結構或操作。本發明中的掲示不限於所示的動作或事件順序，因為某些動作可按不同的順序發生和/或與其它動作或事件同時發生。而且，按照本發明的掲示來實現方法也不一定需要所示的全部動作或事件。雖然用於說明本發明的總體掲示範圍的數值範圍和參數是近似值，但在特定例子中給出的數值是按儘可能精確的原則提供的。但是，任何數值必然包含一定的誤差，從而導致各個試驗測量值的標準偏差。而且，在此掲示的所有範圍應理解為涵蓋其中的所有子範圍。圖I中示出了產生B級生物固體樣品的廢水處理系統的ー個具體實例。在此具體實例中，廢水108首先流入進水口工程110，然後被輸送到生物處理站115。生物處理站115主要用於去除廢水中不與生物固體結合的養分(以及少量與生物固體結合的養分)，以產生養分較少的廢水樣品116。養分較少的廢水樣品116被輸送到澄清池120中，在澄清池120中，養分較少的廢水樣品116被分離為廢液組分121和WAS組分122。廢液組分121被送回到進水口工程110，或者被棄置。根據方案I，WAS組分122通過導管124輸送，並進入氧化劑處理區125，氧化劑處理區125由現場氧化劑發生器127提供氧化劑，氧化劑發生器127通過流道與氧化劑處理區125相通。WAS122中的生物固體含量在O. 5至5%固體含量之間。導管124包括氧化劑管理組件143，該組件可以集成到導管上，也可以是獨立組件，化學氧化劑已受控方式向WAS投加。特別是，組件143配有與之配合的氧化劑發生器127，從而管理向WAS投加化學氧化劑的過程，實現在30秒以下、20秒以下、15秒以下、10秒以下、5秒以下或2秒以下的時間內使化學氧化劑在WAS中充分分散。在氧化劑處理後，WAS122被輸送到脫水器140 (例如帶式壓濾機或離心機)，該脫水器中從WAS除去更多水分，獲得具有12-30%生物固體的濃縮生物固體樣品141。在脫水站140之前形成的濃縮生物固體樣品具有較高的ORP和較低的SOUR。根據ー個替換性實施例(方案II)，原廢水在生物處理之前或生物處理之後被輸送到消化池184中。原廢水在消化池184中被處理，產生消化汙泥192。消化汙泥可含有
O.5至5%生物固體。導管164把消化汙泥192從消化池184運走。導管164包括氧化劑處理區155。氧化劑發生器157在混合組件163處向氧化劑處理區155提供預定劑量的氧化劑。混合組件163的配置類似於上述的組件143的配置。消化汙泥192被輸送到脫水器140，在脫水器140中進ー步脫水，以獲得濃縮生物固體樣品141，濃縮生物固體樣品141可
分級為A級或B級生物固體。雖然在上文中詳細說明了本發明所掲示的各種實施方式，但應理解，這些實施方式僅是示例性的，而不構成任何限制。按照本發明的掲示，在不脫離該掲示的精神或範圍的前提下，能夠對所掲示的內容進行各種更改。另外，雖然本發明的具體特徵是參照其中ー種實施方式掲示的，但該特徵能夠根據需要與其它實施方式的其它特徵結合，並有利於任何特定或具體應用。因此,本發明所掲示內容的範圍不受任何上述實施方式的限制。掲示內容的範圍僅由下述權利要求及其等效材料限定。本文中所用的術語僅用於說明具體實施方式
，不構成任何限制。在本文的術語用法中，除非另有明示，否則單數形式「a」，「an」和「the」等也包含複數形式。而且，對於在詳細說明和/或權利要求中所用的「包含」、「具有」、「帶有」等詞彙或其變化形式，此類詞彙應理解為具有與「包括」 ー詞相似的涵蓋含義。除另有定義外，本文中所用的所有詞彙(包括技術和科學詞彙)應理解為具有本發明的實施方式所屬行業中的普通技術人員所通常理解的含義。還應理解，除本文中另有明示外，各種詞彙(例如在常用詞典中所定義的詞彙)的含義應理解為與其相關行業環境中的含義一致，不應按理想化或過於形式的含義理解。在不與本文中的教導矛盾的前提下，在本文中引用的任何參考文獻的掲示(包括相關應用)通過完整引用結合在此。
權利要求
1.ー種對含有生物固體的廢液進行處理以實現I. 5毫克O2/克/小時以下SOUR和至少+300mV ORP的系統，所述廢液以變化的流量和固體含量輸送，該系統包括 a.生物固體控制裝置，用於把懸浮固體量佔廢液總量的百分比調節到百分之五(5)以下； b.化學氧化劑供給裝置，用於向廢液投加化學氧化劑，以及 c.與所述化學氧化劑供給裝置配套的處理容器，所述廢液流過該處理容器，其特徵在於，所述化學氧化劑供給裝置和處理裝置配置為實現百萬分之25-200 (PPM)廢液量的投加速率，並在處理容器中投加氧化劑後30秒內基本完成氧化劑的混合。
2.如權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述處理容器的體積尺寸和所述投加速率能夠保證在10秒內基本完成氧化劑的混合。
3.如權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述化學氧化劑是ニ氧化氯或臭氧，或其組ム ο
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述化學氧化劑是ニ氧化氯。
5.ー種廢水處理系統，包括 用於接收含有生物固體的原汙廢水的進水口工程； 通過流道與所述進水口工程連通的生物處理站； 通過流道與進水口工程連通的澄清池，用於濃縮來自於原汙廢水的生物固體，其特徵在於，在經過生物處理站和澄清池的處理後，廢水變為具有目標生物固體含量的廢活性汙泥(WAS)； 用於從澄清池輸送WAS的第一導管，包括一個處理區；以及 化學氧化劑供給裝置，通過流道與所述第一導管連通，用於向所述處理區投加化學氧化劑，其特徵在於，在經過處理區的處理後，WAS變為已處理生物固體樣品； 其特徵在於，所述目標生物固體含量是WAS的O. 5-5% (重量/體積比)。
6.如權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述目標生物固體含量是1-3%(重量/體積比)。
7.如權利要求5所述的系統，其特徵在幹，澄清池位於生物處理站的下遊。
8.如權利要求書5所述的系統，該系統還包括脫水器，所述脫水器通過流道與第一導管連通，用於進ー步從已處理生物固體樣品中脫水。
9.如權利要求8所述的系統，該系統還包括第二導管，用於從脫水器轉移濃縮的已處理生物固體樣品。
10.ー種對含有生物固體的廢液進行處理以實現I. 5毫克02/克/小時以下SOUR和至少+300mV0RP的方法，所述廢液以變化的流量和固體含量輸送，該方法包括 把懸浮固體量佔廢液總量的百分比調節到百分之五(5)(重量/體積比)以下；以及在包含廢液所流經的處理區的處理容器中向廢液投加化學氧化劑，從而在處理區中實現百萬分之25-200 (PPM)廢液量的投加速率，並在處理容器中投加氧化劑後30秒內基本完成氧化劑的混合。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述投加操作的方式能保證在10秒內基本完成氧化劑的混合。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述化學氧化劑是ニ氧化氯或臭氧，或其組合。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述化學氧化劑是ニ氧化氯。
14.ー種對一次廢水進行處理以產生B級生物固體的方法，包括 對一次廢水進行厭氧或需氧消化，以產生消化汙泥；以及 在具有消化汙泥所流經的處理區的處理容器中向消化汙泥投加化學氧化劑，其特徵在幹，投加操作在處理區中實現百萬分之25-200消化汙泥量的投加速率，並保證在處理容器中投加氧化劑後30秒基本完成氧化劑的混合； 其特徵在於，在一次廢水變為消化汙泥之前不對其進行生物處理。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，在處理區中吋，消化汙泥包含O.5-5 %(重量/體積比)生物固體含量。
全文摘要
本發明揭示了對含有生物固體的廢液進行處理的系統和過程，所述廢液以變化的流量和固體含量輸送，以實現1.5毫克O2/克/小時以下SOUR和至少+300mV ORP。該系統包括生物固體控制裝置，用於把懸浮固體量佔廢液總量的百分比調節到百分之五(5)以下化學氧化劑供給裝置，用於向廢液投加氧化劑如二氧化氯、臭氧，或類似的氧化劑，以及與所述化學氧化劑供給裝置配套的處理容器，所述廢液流過該處理容器，其特徵在於，所述化學氧化劑供給裝置和處理裝置配置為實現百萬分之25-200(PPM)廢液量的投加速率，並在處理容器中投加氧化劑後30秒內基本完成氧化劑的混合。
文檔編號C02F1/72GK102869617SQ201180021728
公開日2013年1月9日 申請日期2011年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者弗雷德裡克·P·繆薩瑞, 艾倫·扎恩 申請人:Bcr環境公司