CN104661970A - 减少城市或工业废水净化站的污泥产生的方法及实施其的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减少城市或工业废水净化站污泥的产生的方法，包括待处理污泥(1)物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式的厌氧消化的步骤(20)，以及至少一个生物增溶需氧处理步骤(30)；该方法在该厌氧消化步骤的上游包括待处理污泥的脱水步骤(10)，之后是将经脱水污泥与更为液体的污泥再循环部分混合的步骤(15)，该污泥再循环部分来自于该消化(20)的再循环利用和/或来自于需氧处理步骤(30)、和/或来自于由经处理污泥的最终脱水(50)产生的滤液和/或污泥，选择该再循环的比率以使得该混合物具有适合该消化的干燥度，这种混合物然后被引向该消化。

Description

减少城市或工业废水净化站的污泥产生的方法及实施其的设备
技术领域
本发明涉及以下类型的用于减少城市或工业废水净化站的污泥产生的方法，该类型的方法包括待处理污泥物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式的厌氧消化的步骤，以及至少一个污泥生物增溶需氧处理步骤。
背景技术
这种类型的方法是已知的，尤其由FR 2 849 019可知。根据这种现有技术的方法，利用嗜热酶应力需氧处理被应用于经消化污泥，尤其是在60-70℃下24-72小时，这使得能够根据应力条件实现由厌氧消化过程获得的污泥中所含的有机物质的20-40％和无机物质的5-25％的增溶，并且这种污泥的一部分返回到消化器。但是，这种方法具有多种缺陷，包括以下描述的这些：
-如果希望增强该处理，则需要再循环大量的液体，这要求分配给该消化的过大尺寸的反应器，该消化尤其基于水力停留时间。
-嗜热酶应力将有机氮转化为硝酸盐。这些硝酸盐对于该消化来说是强污染物。因而如果希望增强该处理的话则存在高污染风险。
-最后，如果嗜热酶应力步骤置于该消化的上游，则生物气体的产量不会显著增加，仅发生污泥产量的减少。
发明内容
因此，本发明的目的首先在于提供通过厌氧途径减少城市或工业废水净化站污泥的产生的方法，其不再具有上述缺陷或者将上述缺陷降至较低的程度。尤其是，希望限制或减小消化所需的反应器的尺寸，同时增加生物气体的产量。
根据本发明，用于减少城市或工业废水净化站污泥的产生的方法，包括待处理污泥物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式的厌氧消化的步骤，以及至少一个生物增溶需氧处理步骤，并且其特征在于该方法在该厌氧消化步骤的上游包括：
-待处理污泥的脱水步骤；
-之后是将经脱水污泥与更为液体的污泥再循环部分混合的步骤，该污泥再循环部分来自于该消化的再循环利用和/或来自于需氧处理步骤、和/或来自于由经处理污泥的最终脱水产生的滤液(centrats)和/或污泥，选择该再循环的比率以使得该混合物具有适合该消化的干燥度，这种混合物然后被引向该消化。
优选地，还选择再循环的比率以使得混合物的硝酸盐浓度适合该消化。
有利地，在第一脱水步骤出口处的干燥度为20-30质量％的干物质，并且选择再循环的比率以使得在该混合出口处并且在该消化入口处的污泥干燥度小于10质量％的干物质，优选大约6％。
优选地，生物增溶需氧处理步骤位于该厌氧消化的下游，尤其是在该厌氧消化步骤的再循环回路上。
关于需氧步骤，尤其可采用EP-A-924 168或者EP-A-1 008 558中描述的技术。还可简单地放置不加热的曝气池，但总体反应较不显著。
经消化污泥的曝气能够使将“切割”具有C-O键的分子的其它细菌介入。这些键然后将在消化过程中使用以继续降解有机物质。该需氧步骤因而能够增强该消化。
在消化上游的脱水步骤使得能够消除消化器的体积问题。
该方法可包括最终脱水步骤，尤其是通过离心法来进行。
有利地，该方法包括在该消化入口处的硝酸盐的测量，在该消化出口处的氨和pH的测量，以及基于这些测量的再循环的调节。
该方法还可包括污泥的撕碎(dilacération)/除砂步骤，使得能够减少消化器的淤塞、各种成分的磨损以及线路中的纤维的团聚。
在污泥厌氧消化过程中产生的生物气体的一部分可被用作能量源用于加热或保持在其中进行生物增溶需氧步骤的反应器的温度。
有利地，在从生物增溶需氧步骤排出的污泥和从厌氧消化步骤排出并被引向需氧步骤的污泥之间进行热交换，以使得该方法是能量自平衡的，并且降低能量消耗。热交换可以是间接污泥/水、水/污泥类型的，其中水被用作两种污泥之间交换的载热流体。
优选地，在与需氧步骤出口连接的再循环回路上提供稀释，以使得能够控制消化操作条件。
来自需氧步骤或最终脱水的返回物流可被控制，尤其是取决于消化操作条件以及生物气体的产量，并且取决于固体残余物的品质(挥发性物质的比率和氮比率)。
由于根据本发明一方面该用于减少污泥产生的方法在污泥处理体系(filière)上实施并且另一方面在开始时包括脱水步骤，因此其只运送很少的水，其独立于该水处理体系，并且不会导致这种水处理体系的操作的显著改变。
另外，由于需氧步骤过程中增溶的有机物质在本发明方法中通过厌氧途径降解，因此这种降解在该水处理体系中并不会过量消耗氧，并且因而不会导致在这种水处理线上的氧供应的任何增加。
另一方面，在该水处理线上，必须要考虑从头返回的硝酸盐的增加。
根据这些不同的实施模式，本发明使得能够将生物气体产生动力提高20-50％，并且使得能够将污泥中所含有机物质的降解收率提高30-100％，这是相比于污泥厌氧消化的传统方法而言的。
本发明使得能够显著改善排放污泥中的致病微生物的浓度降低，并且还使得能够部分或者完全去除丝状微生物，而所述丝状微生物是厌氧消化步骤中起泡现象的原因。
另外，与传统厌氧消化方法相比，本发明方法的实施使得能够将污泥干燥度提高20-40％。
本发明方法是能量自平衡的，并且根据这些不同的实施模式，在污泥厌氧消化过程中产生的生物气体的一部分被用作能量源用于加热或保持在其中进行需氧步骤的反应器的温度(50-70℃)。
根据本发明，并且如根据FR 2 849 019，该方法可包括辅助脱磷步骤，该步骤在用于减少污泥产生的线路中实施，作为在主水处理线中所实施的补充。在这种情况下，含磷污染物通常添加金属盐和/或无机化合物通过化学沉淀去除。
本发明还涉及用于实施该方法的设备，这种设备包括待处理污泥物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式类型的厌氧消化器，以及至少一个用于污泥生物增溶需氧处理的反应器，并且其特征在于该设备在厌氧消化器的上游包括：
-待处理污泥的脱水装置；
-之后是将经脱水污泥与更为液体的污泥再循环部分混合的混合机，该污泥再循环部分由来自消化器的再循环利用管道提供，和/或由来自需氧处理反应器的管道提供，和/或由来自经处理污泥的最终脱水的滤液和/或固体污泥的一部分的管道提供，选择再循环的比率以使得该混合物具有适合该消化的干燥度，并且硝酸盐浓度适合该消化，该混合物然后被引向该消化。
有利地，需氧处理反应器位于厌氧消化器的下游，尤其是在该厌氧消化器的再循环回路上。
该设备可包括最终脱水装置，尤其是离心器。该设备还可包括污泥的撕碎/除砂装置，其使得能够减少消化器的淤塞、各种成分的磨损以及线路中的纤维的团聚。
优选地，该设备包括需氧反应器的加热装置，向其供应由污泥厌氧消化器产生的生物气体的一部分。
该设备可包括在该消化器入口处的硝酸盐探测器，以及在该消化器出口处的铵(铵离子NH4+)和pH的探测器。这些探测器使得能够更好地控制再循环操作。
该设备可包括从需氧反应器排出的污泥与从厌氧消化器排出并且被引导向需氧反应器的污泥之间的热交换器。
该设备有利地包括在来自需氧步骤出口的再循环回路上提供的稀释装置，以使得能够控制消化操作条件。
附图说明
除了上述布置之外，本发明还包括一些其它布置，它们将在下文中在涉及参考附图的实施方案中更详细描述，但这并非限制性的。在附图中：
该单一附图是根据本发明的实施减少污泥产生的方法的设备，结合了脱水、厌氧消化步骤和需氧步骤。
具体实施方式
该附图显示了根据本发明的污泥处理设备，它在上游包括来自城市或工业水处理线的待处理污泥1的脱水装置10。此装置10可以是带式过滤机、离心机、压滤机或者其它任何能够显著提高污泥干燥度的脱水装置。干燥度越高，该方法整体上节省的成本越大。典型地，在脱水装置10的出口处，要获得的干燥度将是20-30％的干物质。该脱水可以涉及全部的污泥物流或者仅仅其一部分，其它部分来自于绕过装置10的管道(未示出)。
实施本发明方法的设备有利地独立于废水处理线；在该水处理线中产生的污泥被运送或转移到本发明的设备。
脱水装置10的出口通过管道11连接到快速混合机15的入口，该快速混合机15使得能够进行以下物质之间的密切且均匀的混合：来自脱水10的经脱水污泥，来自另一脱水50的经脱水污泥，以及：
-来自确保消化的反应器或消化器20的经稀释污泥，这种污泥经由连接消化器20的出口和混合机15的入口的管道21再循环；管道21中的污泥的流动方向由箭头所示；这种再循环21使得尤其在需要时借助于未示出的交换器保持消化器20的温度，
-和/或在需氧反应器30中需氧处理的污泥，此污泥经由管道41到达混合机15，
-和/或滤液或者液体部分，由通向混合机15的管道51再循环，并且来自尤其通过离心进行的最终脱水步骤50。
应当指出，根据污泥的品质，管道51可被设计为运送滤液或运送经脱水污泥。在由于需要进行该方法调节的原因而需要运送二者的情况下，可采用两个管道51(未示出)。
用于测量和调节流量(débit)的单元、尤其是电动阀门(未示出)在不同导管尤其是21、41、51上提供，以尤其根据管道11中的流量调节各流量。管道中的流动方向由沿着这些管道的箭头指出。
测量和调节单元(未示出)还在不同的管道上提供，尤其是在管道12上的硝酸盐探测器，以及管道22上的铵和pH探测器，它们向能够调节再循环的调节器(未示出)提供测量结果。
根据不同的物流，可以在一方面是管道11的流量并且另一方面是管道21、41、51的流量之间提供多个混合配置。
所述混合配置的提供要使得经由连接到消化器20的入口的管道12离开混合机15的污泥具有适合消化的干燥度，尤其是小于或等于6％的干燥度，以使得污泥的粘度适合消化。混合机15可以是具有高混合系数的快速混合类型的(闪速混合)。
污泥厌氧消化装置20是以下类型的装置：这种类型的装置可实施嗜温、嗜热或结合了这两种操作模式的厌氧消化方法(具有或不具有产酸步骤)。
具有适合4-96小时停留时间的尺寸的需氧反应器30被保持在有助于反应的温度，其可以是从20℃的环境温度至75℃，优选60-70℃。这种反应器可由加热装置40加热，由污泥的厌氧消化器20产生的生物气体的一部分经由管道23供应给加热装置40作为燃料。可提供其它任何能量回收装置以用于加热，尤其是污泥/污泥交换器18，或者污泥/水或水/污泥交换器。
反应器30通过借助于设置在该反应器的底部的喷嘴(未示出)吹入空气或氧气来进行曝气。向反应器30的氧气供应量至少等于确保待处理材料的氧化的化学计量所需的量；优选地，氧气供应量大于化学计量值，并且被归类为过化学计量。
消化器20的出口与管道22连接，管道22将经消化污泥引导至需氧反应器30的入口。优选地，管道22连接到热交换器18的第一线路的入口，这个第一线路的出口连接管道43。交换器18的另一线路包含经由管道32连接到需氧反应器30的出口的入口，以及经由管道41连接到混合机15的出口。
经由管道32从反应器30排出的污泥帮助加热交换器18中经由管道22由消化器20提供的污泥。
这个交换器单元18可由污泥/水、水/污泥交换器构成，其中水起到了用于把来自管道32的污泥的热量传送到管道22的污泥的介质的作用。
管道43被分成由管道45、47形成的两个分支。管道45连接到撕碎/除砂装置40的入口，撕碎/除砂装置40使得能够除去污泥中的砂，例如通过水力旋流处理来进行，并且去除纤维团块。装置40的出口经由管道48连接到需氧反应器30的入口。
形成厌氧消化器20的再循环回路22、43、45、48、32、41、12，在该回路上在管道48和32之间安装需氧反应器30。需氧反应器30仅由来自消化器20的经消化污泥供料。
管道47连接到用于经处理污泥的脱水的装置50的入口，所述装置50可以是带式过滤机、离心机、压滤机或者其它任何用于污泥强化脱水的装置。
应当指出，在未示出的另一种配置中，在需氧反应器30的出口处的经冷却污泥在稀释60之前也可从管道41引导至脱水50。
从反应器30排出的经曝气污泥到消化器20的再循环按照箭头所指的流动方向由管道32、41和12确保。这种再循环轨迹任选地但有利地包含交换器18，该交换器18确保从需氧反应器30排出的污泥的冷却，以预热来自消化器20并且被引导到需氧反应器30的污泥。
连接到管道41上的稀释装置60被设计为允许注入液体，通常是水，以控制消化器20的操作条件，消化器20出于良好运行的原因需要大约6％干物质的相对低的污泥干燥度。
脱水50的滤液即液体部分的一部分的再循环借助于管道51提供，所述管道51将滤液的出口与混合机15连接。这种再循环有助于管理仍然被增溶的有机物质的稀释和处理。
应当指出，根据待处理污泥的品质，管道51可被确定尺寸以便更能够再循环还包含有机物质的固体污泥。
来自脱水装置50的未再循环固体部分的出口经由管道52连接到用于排放该固体部分的单元60。
来自管道51的液体部分的出口还通向用于排放滤液的单元70，所述滤液通常返回净化站。
该设备配备有泵送装置、测量装置以及调节单元(未示出)，以确保所有的流量、控制和调节，这使得能够管理该方法，并且尤其是控制和调节：
-消化器20的操作参数：温度、水力载荷、质量载荷、浓度、pH等；
-需氧步骤30的操作参数：温度、载荷等；
-经由管道21、41、51的不同物流的再循环的比率；
-消化器中的硝酸盐和铵的比率。
根据在附图中实施的配置，作为本发明目标的方法使得能够借助于需氧处理在厌氧消化步骤中限制由于存在丝状微生物而引起的起泡现象。
另外，这些配置使得能够将脱水处理之后的残余污泥的干燥度相对于传统厌氧消化提高1-20点。
该设备如下运行。
待处理污泥1在装置10中进行脱水，以在出口处具有至少20-30％干物质的干燥度。污泥1中的相当大部分的水已被除去，使得要被消化器20处理的污泥体积得以减小，并且消化器20的尺寸相应地显著减小。
但是，这种干燥度对于消化器20的良好运行来说是过高的。经由管道21来自消化器20、和/或经由管道41来自需氧反应器30、和/或经由管道51来自最终脱水装置50的经增溶污泥的再循环使得能够在混合机15的出口处在管道12中获得具有适合消化的干燥度的污泥，通常具有大约6质量％干物质的干燥度。选择再循环的比率以使得在消化器20的入口处获得这种干燥度。
污泥在消化器20中进行消化和部分增溶。如前所述，经消化污泥的一部分经由21被再循环利用；另一部分经由管道22然后是管道43被排出。该物流然后在管道45和管道47之间被分离。管道45将物流引向撕碎/除砂装置40。该物流经由管道48排出，以进入反应器30并且在此进行曝气处理，优选在大约60–70℃下的热曝气。在反应器30中处理的污泥经由管道32排出，并且经由管道41被引导到混合机15。
管道47将污泥引导至最终脱水装置50。来自装置50的滤液或液体部分被引导至混合机15，而固体部分至少部分地经由管道52被引导至排放60。该滤液的一部分从管道51向排放70而从该***中排放。管道47b还使得能够将来自管道41的污泥的一部分引导至脱水50。
由装置50提供的脱水使得能够避免在需氧反应器30中产生的硝酸盐和由消化产生的氨的增浓。实际上，在需氧反应器的出口处的硝酸盐是液体的形式。通过进入到脱水装置50，它们与在70排放的滤液一起被排除。通过消化器产生的氨也是液体的形式；它可借助脱水50以及滤液排放70在47被直接排除，或者在需氧步骤30中被转化为硝酸盐。
当该设备启动时，在消化器20中的污泥停留时间长于连续操作的停留时间，直到再循环利用的经增溶污泥使得能够在消化器20的入口处获得所希望的干燥度为止。
借助于本发明的方法：
-消化器20的尺寸相比于现有技术消化器的尺寸得以减小；
-消化收率增加；
-最终的污泥产生减少，因为无机物质更多地被转化为二氧化碳和甲烷；
-氨和硝酸盐被排除。

Claims (21)

1.减少城市或工业废水净化站污泥的产生的方法，包括待处理污泥(1)物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式的厌氧消化的步骤(20)，以及至少一个生物增溶需氧处理步骤(30)，其特征在于该方法在该厌氧消化步骤的上游包括：
-待处理污泥的脱水步骤(10)；
-之后是将经脱水污泥与更为液体的污泥再循环部分混合的步骤(15)，该污泥再循环部分来自于该消化(20)的再循环利用和/或来自于需氧处理步骤(30)、和/或来自于由经处理污泥的最终脱水(50)产生的滤液和/或污泥，选择该再循环的比率以使得该混合物具有适合该消化的干燥度，这种混合物然后被引向该消化。
2.权利要求1的方法，其特征在于在第一脱水步骤(10)出口处的污泥的干燥度为20-30质量％的干物质，并且选择再循环的比率以使得在该混合(15)出口处并且在该消化入口处的污泥干燥度小于10质量％的干物质，优选大约6％。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于生物增溶需氧处理步骤(30)位于该厌氧消化的下游。
4.上述权利要求任一项的方法，其特征在于生物增溶需氧步骤(30)位于该厌氧消化步骤(20)的再循环回路上。
5.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括最终脱水步骤(50)，尤其是通过离心法来进行。
6.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括在该消化(20)入口处的硝酸盐的测量，在该消化(20)出口处的氨和pH的测量，以及基于这些测量的再循环的调节。
7.上述权利要求任一项的方法，其特征在于该方法包括污泥的撕碎/除砂步骤(40)，使得能够减少消化器的淤塞、各种成分的磨损以及线路中的纤维的团聚。
8.上述权利要求任一项的方法，其特征在于在污泥厌氧消化过程中产生的生物气体的一部分被用作能量源用于加热或保持在其中进行生物增溶需氧步骤的反应器(30)的温度。
9.上述权利要求任一项的方法，其特征在于在从生物增溶需氧步骤(30)排出的污泥和从厌氧消化步骤(20)排出并被引向需氧步骤的污泥之间进行热交换(18)，以使得该方法是能量自平衡的，并且降低能量消耗。
10.权利要求9的方法，其特征在于热交换是间接污泥/水、水/污泥类型的，其中水被用作两种污泥之间交换的载热流体。
11.上述权利要求任一项的方法，其特征在于在与需氧步骤出口连接的再循环回路上提供稀释(60)，以使得能够控制消化操作条件。
12.上述权利要求任一项的方法，其特征在于来自需氧步骤或最终脱水的返回物流(41、51)被控制，尤其是取决于消化操作条件以及生物气体的产量，并且取决于固体残余物的品质(挥发性物质的比率和氮比率)。
13.实施权利要求1的方法的设备，用于减少城市或工业废水净化站污泥的产生，该设备包括待处理污泥物流的嗜温或嗜热或者结合了这两种操作模式类型的厌氧消化器(20)，以及至少一个用于污泥生物增溶需氧处理的反应器(30)，其特征在于该设备在厌氧消化器(20)的上游包括：
-待处理污泥的脱水装置(10)；
-之后是将经脱水污泥与更为液体的污泥再循环部分混合的混合机(15)，该污泥再循环部分由来自消化器(20)的再循环利用管道(21)提供，和/或由来自需氧处理反应器(30)的管道(41)提供，和/或由来自经处理污泥的最终脱水(50)的滤液和/或固体污泥的一部分的管道(51)提供，选择再循环的比率以使得该混合物具有适合该消化的干燥度，并且硝酸盐浓度适合该消化，这种混合物然后被引向该消化。
14.权利要求13的设备，其特征在于需氧处理反应器(30)位于厌氧消化器(20)的下游。
15.权利要求13或14的设备，其特征在于需氧处理反应器(30)位于该厌氧消化器(20)的再循环回路(22、43、45、48、32、41、12)上。
16.权利要求13-15任一项的设备，其特征在于该设备包括最终脱水装置(50)，尤其是离心器。
17.权利要求13-16任一项的设备，其特征在于该设备包括污泥的撕碎/除砂装置(40)，其使得能够减少消化器的淤塞、各种成分的磨损以及线路中的纤维的团聚。
18.权利要求13-17任一项的设备，其特征在于该设备包括需氧反应器(30)的加热装置(40)，向其供应(23)由污泥厌氧消化器(20)产生的生物气体的一部分。
19.权利要求13-18任一项的设备，其特征在于该设备包括从需氧反应器(30)排出的污泥与从厌氧消化器(20)排出并且被引导向需氧反应器(30)的污泥之间的热交换器(18)。
20.权利要求13-19任一项的设备，其特征在于该设备包括在来自需氧反应器出口的再循环回路上提供的稀释装置(60)，以使得能够控制消化操作条件。
21.权利要求13-20任一项的设备，其特征在于该设备包括在该消化器入口(12)处的硝酸盐探测器，以及在该消化器出口(22)处的铵和pH的探测器。
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