CN102939267A - 废水处理中改进的活性污泥方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及使用废活性污泥作为吸附剂处理高度污染的废水的方法。

Description

废水处理中改进的活性污泥方法
技术领域
本公开内容涉及使用废活性污泥作为吸附剂处理高度污染的废水的方法。
背景技术
在废物处理过程中，在排放前需要将污染物除去。不可溶的污染物可物理地分离并除去，而可溶的污染物可生物地代谢。可使用细菌以分解或代谢可溶的污染物。该细菌通常是称为活性污泥的组合物的一部分。一旦使用细菌分解可溶的污染物，将部分活性污泥(称作返回活性污泥)循环回到该过程以继续代谢废物流中的污染物。通常除去其余的废活性污泥。
在废物处理方法的另一部分，可使用化学促凝剂来聚集不可溶的和小百分比的可溶的污染物(<15%)以分离和除去。化学促凝剂是昂贵的。
发明内容
令人惊讶地，已发现废活性污泥对于处理高浓度的废物流是有用的。可将废活性污泥循环，并与高浓度的废物流短时间合并，而不是除去废活性污泥。尽管合并，废活性污泥中的细菌并没有代谢废物流。而是，废物吸附到细菌上。
因此，在第一实施方案中，公开的方法包括提供含污染物的废物流，提供该废物流体积的至少约10％的量的废活性污泥，该废活性污泥包含至少约1％的细菌浓度，合并该废物流和该废活性污泥持续有限的时间段，和允许废物流中的污染物吸附到废活性污泥中的细菌上。
在另一实施方案中，所公开的方法包括提供含小于1％和优选小于0.5％或5,000ppm污染物的第一废物流，提供含大于2％或20,000ppm污染物的第二废物流，定义为具有高脂肪、油和脂含量(>1,000ppm)的可溶的COD(化学需氧量)，传输该第一废物流到含细菌的曝气池，传输自曝气池的第一废物流和细菌到沉淀池，在该沉淀池中将细菌分成至少第一部分的细菌(返回活性污泥)和第二部分的细菌(废活性污泥)，将至少部分的返回活性污泥送至曝气池，将至少部分废活性污泥送至混合釜，合并第二废物流和混合釜中的废活性污泥持续小于10分钟，和允许第二废物流中的污染物吸附到废活性污泥上。
附图简介
附图1表明使用利用废活性污泥处理高度污染的废物流的所公开方法的废水处理方法的流程图。
发明详述
本公开内容涉及使用废活性污泥处理高度污染的废物流的方法。流入的废物流典型地包含自许多来源(包括市政废物(即原污水或废水)、工业废物、食品加工废物、制药废物和类似物)的液体和固体污染物的组合。食品加工废物特别地包括各种脂肪、盐、糖、淀粉、蛋白质和类似物。所有类型的废物同时包括可溶的和不可溶的污染物，最终在可将水排放至环境(即湖、河、或公共处理厂设备(POTW))之前需将所有这些污染物除去。
目前工业废水处理方法被配置成按照每天20,000-10,000,000加仑废水流处理高体积废水，典型地在食品工业部分中50,000-1,500,000gpd。此外，目前废水处理方法被配置成处理具有约100-约1000ppm的总悬浮固体(TSS)和约10-约400ppm的油、脂肪和脂浓度的常规废水物流。然而，一些废水流入物流是高度污染的，意味着它们具有显著较高的总悬浮固体和油、脂肪和脂。处理像这样的高度污染的物流的一种方法是增加在常规的废水处理方法中使用的化学品的量。但是，这可显著增加处理费用。此外，高度污染的物流通过有利于某些微生物的生长可扰乱常规的处理方法，而该某些微生物的生长在典型的流入的污染物(食品)浓度下的生长由“有用的”絮凝物-形成异养细菌而保持平衡。具有高浓度的油、脂肪和脂的流入的废水有利于某些微生物例如诺卡氏菌属(nocardia)的生长和繁殖，由于在引入这些浓污染物(例如油、脂肪和脂)数周或数月后厚泡沫浮渣的形成，可引起显著的操作和处理性能问题。
高度污染的废物流
本公开方法对高度污染的废物流的作用最好。示例性的废物流包括来自于食品加工厂例如乳品厂、家禽厂或肉类加工厂的那些。高度污染的废物流包括至少约5,000ppm的生化需氧量(BOD)，优选地>10,000ppm BOD或至少约7,500ppm化学需氧量(COD)，优选地>20,000ppm或至少约1000ppm脂肪、油和脂(FOG)，或至少约1000ppm总悬浮固体(TSS)。
废活性污泥
“活性污泥”包含细菌。活性污泥是附图1中描述的并且如下讨论的多步方法的一部分。当分解可溶的污染物时，传统的废物流与活性污泥在反应器中接触。细菌消化污染物并代谢污染物成为细胞结构和中间产物。同时该细菌繁殖。不变的细菌数量，有时称为“混合的液体悬浮固体”在反应器中是理想的。接下来，将去污物流和活性污泥传输到沉淀池。当在沉淀池中时，该细菌固体与去污物流通过重力分离。将一些细菌固体循环到曝气池，而传统地，一些必须废弃(除去)。该循环的细菌固体称作“返回活性污泥”和该废弃细菌称作“废活性污泥”。
在所公开的方法中，将一部分废活性污泥收集并且用于处理高度污染的废物流，而不是除去。换句话说，将高度污染的废物流和废活性污泥合并持续有限的时间段。该时间段优选地不超过10分钟，和典型地小于5分钟。
在所公开方法中使用的废活性污泥包含浓度为约10,000ppm-约30,000ppm混合的液体悬浮固体的细菌，其中这些固体的高达20％可以是无机固体或死亡的细菌细胞。在废活性污泥中发现的示例性指示性细菌包括需氧细菌例如变形虫、纤毛虫、爬行纤毛虫、柄纤毛虫、轮虫和类似物。活性细菌可由异养型、自养型和硝化细菌例如亚硝化细菌(nitrosomas)、硝化细菌等组成。虽然优选需氧WAS(废活性污泥)母体，但是也可使用例如methanostrata和methanosaeta和兼性细菌(记作WAnS)的废厌氧细菌或需氧细菌和厌氧细菌的组合。废活性污泥优选包含5,000ppm和典型地>20,000ppm或2%的细菌浓度或挥发性悬浮固体浓度。用于WAS的总悬浮固体优选为约10,000-约40,000ppm，和约20,000-约30,000ppm。WAS的pH优选为约4-10，约5-9，或约6-8。
处理废物流的方法
参考附图1，所公开的废水处理方法10包括流入废水的两个来源：典型的高体积/低TSS流入物流12，和低体积/高TSS高度污染的流入物流102。如之前讨论的，该流入物流12可来自许多来源例如市政废物(即原污水或废水)、工业废物、食品加工废物、制药废物和类似物。流入物流12包含小于约4000ppm，小于约2000ppm，或小于约1000ppm的TSS和包含约20,000-4,000,000gpd，约500,000-1,000,000gpd，和约100,000-500,000加仑废水每天。流入物流12包含固体、液体、可溶的和不可溶的污染物。
在处理方法10中，将流入物流12转移到其中加入絮凝剂和促凝剂以将污染物集合在一起的反应器14中。反应器14可以是釜或系列絮凝管。在将污染物在反应器14中集合在一起后，将该物流转移到溶气气浮(DAF)反应器16。
在DAF16中，集合的污染物浮至该DAF的顶部，在此它们可与液体分离。从DAF16的顶部收集出固体并转移用于脱水24。将自DAF16的液体转移到曝气池18。
当在曝气池18时，将液体与自第二沉淀池20的返回活性污泥合并。返回活性污泥与废活性污泥含有相似的细菌。液体保留在曝气池18中约4-约24小时。当在曝气池18时，返回活性污泥中的细菌分解剩余的可溶污染物。细菌消化污染物并代谢污染物成为细胞结构和中间产物。在细菌有足够时间以消化曝气池18中的污染物后，将消化的污染物、水和返回活性污泥转移到第二沉淀池20。
当在沉淀池20中时，消化的污染物和活性污泥通过重力与水分离。在约1.5-4小时的沉降后，将部分活性污泥送回到曝气池18作为返回活性污泥继续消化污染物，而将部分活性污泥送到混合釜104作为废活性污泥处理自流入的废物流102的高度污染的废物流。将沉淀池20中剩余的固体收集用于脱水24(未示出)。最后，沉淀池20中的去污水易于处理，或直接至环境中或到公共处理厂(POTW)设备22。
收集自DAF16、沉淀池20和DAF108的固体并且脱水24。脱水进一步浓缩该固体并减少必须从设备进行非常昂贵的传输的废物的体积。脱水可通过使用压带机、离心机和滗析发生。
在脱水后，将浓缩的固体传输到装置外28处理。可将该固体送到填埋厂，该固体可作为肥料撒播在土地上，或堆肥。将脱水过程24期间除去的水送到曝气池18以通过返回活性污泥处理(未示出)。
现转向高度污染的废物流的处理，通常地在100所示，低体积/高TSS高度污染的流入物流102可来自许多来源例如市政废物(即原污水或废水)、工业废物、食品加工废物、制药废物和类似物。流入物流102与流入物流12的不同在于它包含至少约100,000，至少约50,000，或至少约1,000的TSS，其中优选5,000-30,000ppm的TSS和包含约1,000-50,000gpd，约10,000-约40,000gpd，和约15,000-约30,000加仑的废水每天。流入物流102也可包含至少约50ppm，约500ppm，和约5,000ppm浓度的脂肪、油和脂。它也可包含至少约5,000ppm，10,000ppm，和40,000ppm的BOD水平。最后，流入物流102可包含至少约10,000ppm，20,000ppm，和80,000ppm的COD。流入物流102包含固体、液体、可溶的和不可溶的污染物。
将流入物流102转移到其中它与废活性污泥合并持续有限的时间段的混合釜104。示例性时间段包括小于约30分钟，小于约15分钟，小于约10分钟，小于约5分钟，和小于约1分钟。虽然不希望受理论限制，但是废活性污泥与废物流合并不持续足够用于废活性污泥中的细菌代谢废物流中的污染物的长的时间段。而是，废活性污泥作为其中污染物吸附到废活性污泥中的细菌表面上的生物促凝剂或吸附剂类型。当细菌用于代谢废物时，例如在曝气池18中，废物流和细菌混合在一起长的时间段，例如4-24小时。相反，在所公开方法的短时间段期间，污染物物理地吸附到细菌上而没有被代谢。
由于废活性污泥中的细菌和高度污染的废物流中的污染物的关系，废活性污泥和废物流优选地以至少1:7，1:2，或1:1的比值存在。这些优选的比值允许废活性污泥中存在足够的细菌以吸附自废物流102的多数污染物。
一旦污染物在混合釜104中吸附到细菌上，将该物流转移到混合釜106并加入絮凝剂以聚结细菌-污染物。然后将聚结的细菌-污染物转移到溶气气浮装置或沉淀池108。当在DAF或沉淀池108中时，将固体与液体分离。在一个实施方案中，在该点，使用废活性污泥已经移出足够多浓缩的污染物，废物流的固体和液体部分可与该方法的其余部分结合。例如可将固体转移到脱水24和可将液体转移到曝气池18。一旦转移到脱水24或曝气池18，然后固体和液体分别按照流入物流12的方法进行。或者，流入物流102可一直与流入物流12保持分离，并在单独的装置中按照相似的处理路径。最后，流入物流102可以是设备中的唯一物流。也就是说，废物处理方法10可以仅涉及高度污染的物流102而没有流入物流12。
若没有本公开方法，则需要大体积的促凝剂以将高浓度的污染物与流入物流102分离开。然而，本公开方法的一个优点是它很大地降低或消除对化学促凝剂的需求。在一些实施方案中，可能需要包含化学促凝剂，特别是对于某些污染物或磷除去而言。在这些实施方案中，与不使用废活性污泥的体系相比，可使用降低的浓度的促凝剂。在一些实施方案中，本公开方法对每份需除去的磷使用约3份促凝剂-约9份促凝剂。在一些实施方案中，与不使用废活性污泥的体系相比，促凝剂可以减少50％至高达100％。在一些实施方案中，该方法使用小于50ppm的促凝剂作为高度污染的废物流100的处理的一部分。在一个实施方案中，方法100没有或基本上没有任何化学促凝剂。可使用的各种商购可获得的促凝剂化学品包括水合氯化铝聚合物、聚合的氯化铝、二甲胺表氯醇，和上述聚合物与二甲基二烯丙基氯化铵的共混物。
具体实施方式
实施例
实施例1
实施例1描述了使用化学促凝剂处理高度污染的废物流的成本。
评估了高度污染的废物流(37,000gpd)以确定是否可使用化学促凝剂处理增加的污染物。结果显示在表1中。该废物流的典型的COD、油、脂肪和脂，和TSS浓度分别为85,560ppm，2,100ppm和21,333ppm。
表1-估计的促凝剂化学品成本
Figure BDA00002478059600071
表1表明如果使用化学促凝剂处理高度污染的废物流，则对废物处理过程在原料成本上增加了$185,806。
实施例2
实施例2检验了该方法处理高度污染的废物流的有效性。在来自宠物食品加工厂的废物流上测试该方法。该废物流具有30,000gpd的流速和36,080ppm的流入物COD。废活性污泥具有6,000gpd(平均3,000)的流速和10,000ppm的细菌浓度。将废物流和废活性污泥合并。废活性污泥与流入物流的比值为平均10％和最大20％。然后加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。示例性的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂从Kemira，Ciba(BASF)，Stockhausen，和SNF Floerger商购可获得。在该方法中没有使用化学促凝剂。结果显示在表2中。
表2-废活性污泥在COD脱除上的有效性
初始COD 36,080ppm
5分钟时的COD(无聚合物絮凝剂) 6630ppm
聚合物絮凝剂加入5分钟后的COD 6140ppm
COD磅每天 8941
通过吸附到废活性污泥上脱除的COD磅 7116
通过聚合物絮凝剂脱除的另外的COD 11.01
脱除的总COD 7127
通过吸附脱除的％COD 79.7%
表2表明废活性污泥对于化学促凝剂是优选的替代，其可增加显著的需要处理的固体和有效地脱除显著的百分比的COD。
在一些实施方案中，可能需要使用化学促凝剂脱除某些污染物或磷。在该方法中可以以50％至高达100％的降低的剂量使用氯化铁作为絮凝剂。如果磷是所关注的，则这允许铁剂量降低50％或如果磷不是所关注的且仅BOD、COD和油、脂肪和脂是脱除的目标污染物，则铁剂量降低100％。在这些实施方案中，在WAS与废物流合并之后和在絮凝剂加入之前可加入促凝剂。
实施例3
实施例3检验了该方法处理高度污染的废物流的有效性。在来自食品加工厂的废物流上测试该方法。该废物流具有37,000gpd的流速和85,560ppm的流入物COD。废活性污泥具有35,000gpd的流速和20,000ppm的细菌浓度。将废物流和废活性污泥合并。废活性污泥与流入物流的比值为平均33％和最大50％。然后加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。结果显示在表3中。在该方法中没有使用化学促凝剂。
表3-废活性污泥在COD脱除上的有效性
初始COD 85,560ppm
废活性污泥加入后的COD 57,403ppm
聚合物絮凝剂加入5分钟后的COD 32,748ppm
COD磅每天 17,713
脱除的总COD 7,608
通过吸附脱除的％COD 43%
表3表明废活性污泥对于化学促凝剂是优选的替代，和有效地脱除显著的百分比的COD。
实施例4
实施例4检验了该方法处理高度污染的废物流的有效性。在来自家禽加工厂的家禽卡车洗涤区的废物流上测试该方法。该废物流具有14,000gpd的流速和2,200ppm的流入物COD。废活性污泥具有22,000gpd的流速和5,000ppm的细菌浓度。将废物流和废活性污泥合并。废活性污泥与流入物流的比值为平均50％和最大61％。然后加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。结果显示在表4中。在该方法中没有使用化学促凝剂。
表4-废活性污泥在COD脱除上的有效性
初始COD 2,200ppm
5分钟时的COD(无聚合物絮凝剂) 1,060ppm
聚合物絮凝剂加入5分钟后的COD 900ppm
COD磅每天 266
用聚合物絮凝剂脱除的COD磅 116
通过吸附脱除的％COD 43.6%
表4表明废活性污泥对于化学促凝剂是优选的替代，和有效地脱除显著的百分比的COD。
实施例5
实施例5检验了该方法处理高度污染的废物流的有效性并将其与用传统促凝剂和絮凝剂系统的处理比较。在来自炸土豆片制造厂的废物流上测试该方法。该废物流具有25,000gpd的流速和9,390ppm的流入物COD。
对于促凝剂处理，废物流用600ppm的水合氯化铝聚合物促凝剂进行处理和然后用10ppm的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行处理。
对于废活性污泥处理，该废活性污泥具有4,000gpd的流速和估计的2％的细菌浓度。将废物流和废活性污泥合并。废活性污泥与流入物流的比值为约16％。然后加入阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。结果显示在表5中。在废活性污泥方法期间没有使用化学促凝剂。
表5-废活性污泥在COD脱除上的有效性
用促凝剂 用WAS
初始COD 9,390ppm 9,390ppm
处理后的COD 4,870ppm 3,910ppm
％COD 48% 58%
估计的处理成本 $41,085/年 $1,287/年
表5表明废活性污泥对于化学促凝剂是优选的替代，和有效地脱除显著的百分比的COD。它也表明它是更成本有效的。
上面的说明书、实施例和数据提供本发明的完整描述。因为本发明的许多实施方案可在不偏离本发明的精神和范围内进行，因此本发明在于权利要求书。

Claims (14)

1.一种处理废物流的方法，所述方法包括：
(a)提供含污染物的废物流；
(b)提供所述废物流体积的至少约15％的量的废活性污泥，所述废活性污泥包含至少约1％的细菌浓度；
(c)合并所述废物流和所述废活性污泥持续不大于5分钟；和
(d)允许所述废物流中的污染物吸附到所述废活性污泥中的细菌上。
2.权利要求1的方法，其中所述污染物占所述废物流的至少约0.5％。
3.权利要求1的方法，其中所述污染物占所述废物流的至少约3％。
4.权利要求1的方法，其中所述方法使用小于50ppm的化学促凝剂。
5.权利要求1的方法，其中所述方法不使用任何化学促凝剂。
6.权利要求1的方法还包括：
(a)在污染物吸附到细菌上后加入絮凝剂；
(b)分离任何固体；和
(c)处理固体。
7.权利要求1的方法，其中所述废活性污泥是所述废物流体积的至少约15％。
8.权利要求1的方法，其中所述废活性污泥是所述废物流体积的至少约25％。
9.权利要求1的方法，其中所述废活性污泥包含至少约2％的细菌浓度。
10.权利要求1的方法，其中所述废活性污泥包含至少约3％的细菌浓度。
11.权利要求1的方法，其中所述废物流是来自食品加工厂。
12.权利要求1的方法，其中所述细菌是需氧的。
13.权利要求1的方法，其中所述细菌是厌氧的。
14.一种处理废物流的方法，所述方法包括：
(a)提供含小于4,000ppm总悬浮固体的第一废物流；
(b)提供含大于1,000ppm总悬浮固体的第二废物流；
(c)传输所述第一废物流到含细菌的曝气池；
(d)传输所述第一废物流和细菌到沉淀池，
(e)在沉淀池中将细菌分成称为返回活性污泥的至少第一部分细菌，和称为废活性污泥的第二部分细菌；
(f)将所述返回活性污泥送至曝气池；
(g)将所述废活性污泥送至混合釜；
(h)合并所述第二废物流和混合釜中的废活性污泥持续小于10分钟；和
(i)允许所述第二废物流中的污染物吸附到废活性污泥上。
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