CN103796959B

CN103796959B - 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

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Publication number: CN103796959B
Application number: CN201280007283.1A
Authority: CN
Inventors: T·阿诺
Original assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: WO2012104330A1; FR2970961B1; MX2013008738A; CN103796959A; FR2970961A1; AR085102A1; BR112013018301A2

Abstract

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反应器(34)内的生物处理步骤，产生生物污泥和经处理的排放物；从所述生物反应器(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。

Description

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中。这些预处理装置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或甲烷化装置11。这些预处理装置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(lagunes)……。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 inone-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 WaterTechnology Conference Egypt，307-322中以及在Mahmoud，N.(2008年)的“High strength sewage treatment in a UASB reactor and an integratedUASB-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 Technology 99，7531-7538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25。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24。然后，消化的污泥24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人意料地尤其导致：

-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进行选择。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10-100gMVS/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，所述设备包括：

-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 BioReactor。

附图说明

5.附图清单

通过以下的附图并且通过仅以示例性而非限制性方式给出的优选实施方式的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

图1和2示出了根据现有技术的两种类型的用于处理液体排放物的设备的示意图；

图3示出了根据本发明的用于处理液体排放物的设备的示意图；

图4示出了包括连通的UASB甲烷化装置和CSTR消化器的用于处理排放物的设备的示意图；

图5示出了采用AnMBR型甲烷化装置代替UASB甲烷化装置的本发明设备的变化形式的示意图。

具体实施方式

6.本发明实施方式的描述

6.1.本发明原理的回顾

本发明的一般原理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。

这种技术的实施使得能够：

-在紧凑的设备中处理温度在5和15℃之间的排放物，

-降低污泥的产量，并且

-提高生物气的产量。

6.2.根据本发明的处理液体排放物的设备的实例

图3示出了根据本发明的用于处理液体排放物的设备的一种实施方式。

如图3所示，这种类型的设备包括用于输送待处理排放物的管道30。该管道30通向预处理装置的入口。

该预处理装置包括拦污栅、除沙和去油装置31，以及甲烷化装置32。

在这种实施方式中，甲烷化装置32是升流式厌氧污泥床(或者UASB，英语为Upflow Anaerobic Sludge Blanket)类型的，其设计用于以嗜冷模式工作。在一种变化形式中，它可以在嗜温模式下工作。在另一种变化形式中，它可以是水解升流式污泥床(或者HUSB，英语为Hydrolysis Upflow Sludge Blanket)类型的甲烷化装置。

甲烷化装置32装有三相分离器。它包括生物气出口321，连接至用于处理、储存和增值(未示出)的装置，对于其的实施使得能够产生热和电。甲烷化装置32还包括甲烷化的排放物出口33和甲烷化的污泥出口322。

甲烷化的排放物出口33连接至利用活性生物污泥的生物反应器34的入口。在一些变化形式中，可以实施其它生物处理技术，例如固定培养技术，如MBBR或者其它固定培养或混杂培养技术，膜式或盘式生物反应器，序列生物反应器……。

这种生物反应器34装有曝气装置(未示出)。它包括通过管道35与沉降池36的入口相连的出口。

沉降池36包括经处理的排放物出口37和稠化的生物污泥出口38。在一种变化形式中，可以采用其它液/固分离装置，例如风选装置、过滤装置……。

该出口38通过管道与T形连接装置39相连。

此T型连接装置39与通到生物反应器34上游的出口33的管道40相连。该T型连接装置39还与通到生物污泥稠化或脱水装置42的管道41相连。

这些稠化或脱水装置42在这种实施模式中包括稠化器。在一些变化形式中，它们例如可包括沥干、挤压、离心等装置。

生物污泥的稠化或脱水装置42包括通到生物反应器34上游的稠化浆液出口(未示出)。它还包括通过管道43与厌氧消化器44的入口相连的稠化的生物污泥出口。

厌氧消化器44是连续搅拌型的(或CSTR，对应英语Continuously StirredTank Reactor(连续搅拌釜式反应器))并设置用于以嗜温模式运行。在一种变化形式中，它可以在嗜热模式下运行。它包括与用于处理、储存和增值的装置相连的生物气出口441。它还包括通过管道45与甲烷化装置32相连的消化的污泥出口。消化的污泥的提取管道47与管道45相连。

甲烷化的污泥出口322通过管道46与消化器44相连。

生物气处理装置可以是除雾器(dévisiculeur)、脱硫或除硅氧烷类型的。生物气储存装置可以是压缩型的，以能够向锅炉或电热共发装置供料。增值装置可包括锅炉或电热共发装置。

在甲烷化装置32和消化器44内产生的生物气包含大约70％的甲烷和30％的二氧化碳。其可被用来产生加热消化器44所需的热量以及例如用于实施排放物处理设备的电力。在存在不利产物(硫化氢、硅氧烷……)的情况下，其在增值之前可进行特定的处理。在大产量的情况下，可将其输出到该设备之外。

此设备还包括调节系统。此调节系统包括测量装置，用于测量：

-待处理排放物的温度；

-待处理排放物的pH值；

-来自甲烷化装置32和消化器44的生物气流量；

-甲烷化装置32入口和消化器44入口的COD浓度；

-进入甲烷化装置32和消化器44的污泥流量的测量结果。

该调节系统包括可变流量阀和/或泵48、49和50，它们分别能够改变引入消化器44的甲烷化的污泥的流量，改变引入甲烷化装置32的消化的污泥的流量以及改变从该设备提取的消化的污泥的流量。

该控制系统还包括连接测量装置和阀48、49、50的控制装置。

为了以最佳方式运行，也就是为了最大化生物气产量，最小化污泥产量，其中包括针对温度为5-15℃的待处理排放物：

-施加于甲烷化装置32的质量载荷(charge massique)应当为0.05-0.6KgCOD/KgMVS/天；

-施加于消化器44的质量载荷应当为0.075-0.225Kg COD/KgMVS/天；

-待处理排放物的pH值应当为6.5-7.5。

缩写词MVS是指悬浮挥发物。

以测量装置测量的数据和前面指出的限制为基础，该控制装置驱使阀48、49、50的打开，以调节污泥的再循环和提取的流量，以使得消化器44中的污泥浓度为30-100g MVS/L，而甲烷化装置32中的污泥浓度为10-100g MVS/L。

当排放物温度下降时，甲烷化装置32内的生物质的活性降低。消化器44中的厌氧生物质的活性因而应当提高以最小化质量载荷。甲烷化的污泥向消化器44以及消化的污泥向甲烷化装置32的再循环因而要增加，而消化的污泥的提取则被降低。

从一个或两个反应器32、44的污泥的提取使得能够适应每个反应器中的质量载荷，以使得它们在反应器之间的污泥再循环不能补偿温度和输入载荷的突然变化时仍保持在上述区间内。

厌氧生物质的产甲烷活性直接取决于温度，正如下表所示出的：

注(1)从20-25℃的数据外推的值。

调节的目的在于使甲烷化装置和消化器保持在产甲烷活性最佳条件下，以最小化污泥产量并增加生物气产量。

消化器总是被调节到最佳温度，但甲烷化装置则不是。因而，这种甲烷化装置应当由来自消化器的生物质连续接种，以便从最佳产甲烷活性获益。

甲烷化装置入口处的排放物温度越低，来自消化器的厌氧生物质的再循环将越大，以便补偿温度的下降(因而补偿产甲烷活性的降低)。相反，待处理排放物的温度越高，来自消化器的厌氧生物质的再循环则越小。

但是，在甲烷化装置和消化器之间的污泥再循环的这些变化应当在遵守所施加的质量载荷的情况下进行，以避免在每种反应器中出现有机过载或污泥过量。正因为如此，过量污泥的提取流量同样根据先前提及的参数的波动进行调节。

6.3.根据本发明的液体排放物处理方法的实例

借助于刚刚描述的设备进行的排放物处理在于经由管道30将此排放物向预处理装置31输送，以便除去其所包含的沙子和油。然后将除沙并去油的排放物引入到UASB型反应器32中，在其中经历甲烷化。

对于城市废水的处理，甲烷化装置32在不加热的废水环境温度下以嗜冷模式运行，其中排放物的水力停留时间为2-15小时，有利地为2-12小时，以保证其甲烷化。

对于工业废水的处理，甲烷化装置32在37℃左右的温度下以嗜温模式运行，数小时的污泥水力停留时间取决于所施加的体积载荷，其通常为5-30KgCOD/m³/天。

这种甲烷化导致产生生物气，其被储存、处理和增值，并且产生预处理的排放物。

甲烷化的排放物被引入到生物处理装置即生物反应器34中，在其中经受生物处理。这种生物处理导致产生生物污泥。

将该生物污泥向沉降池36输送，该沉降池36的实施使得能够产生处理过的排放物37和稠化的生物污泥38。

该稠化的生物污泥部分地再循环到生物处理装置即生物反应器34的入口。这种再循环使得能够以传统方式调节生物处理装置即生物反应器34中的污泥浓度。稠化的生物污泥的其余部分被引入到污泥处理装置42中。生物污泥在此被脱水和/或增稠，然后被引入到CSTR型反应器44中。

稠化的生物污泥在此反应器44中与来自甲烷化装置32的污泥混合。这种污泥混合物在消化器44内经受厌氧消化。

对于城市和工业废水的处理，消化器44通常在35-37℃的温度下以嗜温模式运行，其中污泥的水力停留时间为15-20天。

这种消化导致产生生物气，其被储存、处理和增值，并且产生消化的污泥。

消化的污泥的一部分经由管道45再循环到甲烷化装置32中。另一部分经由管道47从该设备中提取。

6.4.试验

6.4.1.关于生物气、污泥产生和设备尺寸的有效性验证(validation)

在保证严守秘密的情况下进行试验，以便验证根据本发明的排放物处理技术的效率的有效性。

在这些试验的过程中处理的排放物的特性如下所示：

-流量：250000m³/天；

-COD浓度：500mg/L；

-BOD₅浓度：245mg/L；

-MES浓度：240mg/L；

-NGL(总氮)：40mg/L；

-PT(总磷)：10mg/L；

-温度20℃。

第一系列的试验在于在诸如图4所示设备的设备中处理这种排放物。此设备与图1所示设备的不同之处在于：从甲烷化装置11排出的甲烷化的原污泥60被再循环到CSTR型消化器61，该消化器的实施导致生物气62和消化的污泥的形成，该消化的污泥被部分地再循环63到甲烷化装置11并且部分被提取64。在这种情况下，一部分稠化的生物污泥以及一部分消化的污泥直接从该设备提取。因而存在两个污泥提取点。该预处理是其中在20℃下的水力停留时间为8.5小时的UASB甲烷化类型的，通过高载荷活性污泥的生物处理，与UASB反应器再循环的嗜温型CSTR消化。

第二系列的试验在于在诸如图3所示设备的本发明设备中处理这种排放物。该预处理是其中在20℃下的水力停留时间为8.5小时的UASB甲烷化类型的，通过高载荷活性污泥的生物处理，同时处理沉降产生的新鲜污泥以及生物污泥的嗜温型CSTR消化，其中实施UASB反应器和CSTR消化器之间的再循环。CSTR反应器的容积比UASB反应器的容积小1.3倍。

在下表中记录的结果表明：本发明技术的实施使得能够借助于其CSTR反应器容积显著减小的设备提高生物气产量，减少污泥的形成。

图4所示设备的CSTR的大尺寸使得这种技术在投资和能量方面没有竞争力，因为所产生的生物气不足以保持CSTR的温度。

在下表中记录的结果表明：本发明技术的实施使得能够产生比所消耗的要多的能量。

污泥总产量的降低一方面可由以下的事实解释：污泥在厌氧阶段的停留时间被累积：即在UASB的30-60天以及在CSTR中的10-20天，因而在整个净化站中污泥在厌氧条件下的总停留时间为40-80天。

另一方面这可由以下的事实解释：在UASB和CSTR两个反应器之间的厌氧污泥的再循环的调节使得能够：

-根据每个反应器的输入载荷和T℃的波动在每个厌氧反应器中保持最佳质量载荷；

-根据净化站的输入载荷和温度的季节性波动调整污泥在反应器中的停留时间；

-保证更好地水解有机物(它们不是在UASB而是在消化器中水解)；

-保证由来自消化器的活性厌氧生物质定期接种的UASB的更好效率；

-保证(连续地或顺序地)接受来自需氧最后处理步骤和UASB反应器的生物污泥的CSTR的更好效率。

保持最佳生物气产量同时通过厌氧途径处理进入该站中的COD的最高达70％的事实使得能够显著地降低主要与需氧生物处理步骤的曝气装置的供应有关的电消耗。这意味着，根据本发明的技术的实施能够实现低电消耗，这导致可能为正的能量平衡。

6.4.2.关于调节的有效性验证

进行一些试验以验证本发明所建议的调节是有效的。

这些试验在于在根据本发明的设备中处理具有以下特性的排放物：

-流量：250000m³/天

-COD浓度：500mg/L；

-BOD₅浓度：245mg/L；

-MES浓度：240mg/L；

-NGL(总氮)：40mg/L；

-PT(总磷)：10mg/L；

-温度20℃。

为了观察当输入载荷增加时所发生的情况，则在不实施再循环调节然后实施再循环调节的情况下处理具有以下特性的排放物：

-流量：250000m³/天；

-COD浓度：1000mg/L；

-BOD₅浓度：491mg/L；

-MES浓度：435mg/L；

-NGL(总氮)：40mg/L；

-PT(总磷)：10mg/L；

-温度20℃。

在20℃下的UASB反应器运行的设定值如下所示：

-水力停留时间：8.5小时；

-pH值为6.5-7.5；

-质量载荷(Cm)约等于0.5Kg COD/KgMVS/天。

在20℃下的CSTR反应器运行的设定值如下所示：

-水力停留时间：20天；

-pH值为6.5-7.5；

-质量载荷(Cm)为0.1-0.15Kg COD/KgMVS/天。

在下表中记录的结果表明：如果希望保持运行设定值(特别是质量载荷和pH值，以避免厌氧反应器的效率损失和酸化)而质量载荷加倍，则CSTR反应器中的生物质浓度一直增大至约150gMVS/L。这种MVS浓度在这种反应器中是不允许的，并且会在短期内引起水力管道堵塞的风险以及内部搅拌的问题。

根据本发明的再循环调节的实施在这种情况下使得能够降低CSTR和UASB之间的再循环流量，并且增加从CSTR的污泥提取流量，其从200m³/h到400m³/h。这使得能够返回到在CSTR中可接受的MVS浓度，同时保持用于驱动反应器的设定值。

6.5.优点

本发明的技术使得能够：

-减少污泥的形成；

-提高生物气的产量；

-保证在能量方面以自主的方式实施(而这例如在实施图4所示设备时是不可能的，这归因于CSTR反应器的大尺寸和所要求的高比率的污泥再循环)；

-采用包括CSTR消化器和小尺寸UASB甲烷化装置的设备(CSTR容积与UASB容积之比为3至9，优选4.5至5.5，从而使得本发明的技术在经济上可行)；

-采用低比率的污泥再循环；

-调节污泥再循环，以使质量载荷适应季节性变化(一天中载荷的波动、白天和黑夜之间的温度变化、一年中不同时期之间的温度变化)；

-由于UASB反应器连续进行厌氧细菌接种而使起始阶段加速；

-限制硫酸盐还原细菌的毒性和H₂S的排放。

6.6变化形式

如前所述，根据本发明的技术可以交替地采用UASB或HUSB类型的甲烷化装置。

作为信息，待处理排放物的平均停留时间在HUSB型反应器中为大约2.5小时，而在UASB型反应器中为大约8小时。在去除总COD方面的平均效率在HUSB中为大约43％，而在UASB中为大约50％并且在最佳运行时可达70％。在去除MES方面的平均效率在HUSB中为大约83％，而在UASB中则大于80％。在UASB出口处的甲烷化的排放物的需氧处理装置在体积上小于处理来自HUSB的甲烷化的排放物而采用的装置。在HUSB内粒状COD部分地溶解并且转化为挥发性脂肪酸(AGV)。它在UASB内部分地溶解并且转化为生物气。换句话说，来自HUSB的甲烷化的排放物的脱氮作用好于来自UASB的甲烷化的排放物的脱氮作用。

当然，HUSB甲烷化装置产生很少的生物气。不过，它把一部分的COD转化为AGV，AGV在来自HUSB的甲烷化的排放物中的存在往往改善了其随后的脱氮。另外，考虑到两个厌氧反应器之间的再循环，一部分AGV还是被转化为了生物气。最后，在根据本发明的技术中采用HUSB甲烷化装置来替代UASB反应器导致产生整体上令人满意的生物气量。此外，HUSB甲烷化装置的容积比UASB甲烷化装置的容积小大约三倍，这因而使得其在经济上是有益的。

因而，在根据本发明的技术中无论是UASB反应器的使用还是HUSB反应器的使用都是有益的。

现在参考图5，其表示根据本发明的设备的一种变化形式。在这里只详细描述这种变化形式与上述实施方式之间的差别。

根据这种变化形式，UASB或HUSB甲烷化装置32用AnMBR(AnaerobicMembrane Bio Reactor(厌氧膜式生物反应器))型甲烷化装置代替。因而，该甲烷化装置32由厌氧膜式生物反应器构成。这种厌氧膜式生物反应器例如可以是由申请人以名称销售的产品。

如图5所示，这种甲烷化装置32包括厌氧生物反应器320以及膜式分离单元323。

生物反应器320包括待处理排放物的入口，在其中通入用于输送任选预处理的待处理排放物的管道51。它还包括生物气的出口321、甲烷化的污泥的出口322和排放物的出口324。

排放物的出口324通往膜式分离单元的入口323。

这种膜式分离单元323装有微过滤或超滤膜，其为矿物如陶瓷或有机类型的。它包括甲烷化的排放物的出口33，其通往生物处理区。在这种情况下，甲烷化的排放物是经过渗滤的。它还包括渗余物的出口，连接至通往生物反应器320的再循环管道325。

生物反应器320的甲烷化的污泥的出口322与通往消化器44的管道46相连。

生物反应器320还包括消化的污泥的入口，在其中通入了管道45，管道45的入口与消化器44的出口相连。

现在将描述借助于根据刚刚描述的该变化形式的设备进行的排放物处理。在此只详细描述这种处理与使用根据之前描述的实施方式的设备的处理之间的主要差别。

在这种情况下，来自预处理装置31的除沙和去油的排放物被引入到甲烷化装置32的生物反应器320中。它在此经历甲烷化。

对于城市废水的处理，生物反应器320在不加热的废水环境温度下以嗜冷模式运行，其中排放物的水力停留时间为2-15小时，有利地为2-12小时，以保证其甲烷化。

对于工业废水的处理，生物反应器320在37℃左右的温度下以嗜温模式运行，其中数小时的污泥水力停留时间取决于所施加的体积载荷，其通常为5-30Kg COD/m³/天。

在该甲烷化过程中产生的甲烷化的排放物被引入到膜式分离单元323中，该膜式分离单元323的实施导致产生甲烷化的渗滤物和浓缩物。

该浓缩物经由管道325被再循环到生物反应器320。排放物或甲烷化的渗滤物经由管道324被引入生物处理装置即生物反应器34中，在其中经历生物处理。

来自生物反应器320的甲烷化的污泥经由管道46被引入到消化器44。

在消化器44中存在的污泥混合物在其中经历厌氧消化。

来自消化器44的消化的污泥经由管道45被引入到生物反应器320。

通过AnMBR型甲烷化对排放物进行的传统处理在此排放物温度低于15℃时并不能给出良好的结果。本发明技术的实施使得能够在低温下，即在小于或等于15℃的温度下，尤其是5℃-15℃的温度下通过AnMBR型甲烷化有效地处理排放物。

Claims

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反应器(34)内的生物处理步骤，产生生物污泥和经处理的排放物；

-从所述生物反应器(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至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反应器(34)上游的步骤。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于它包括用于控制在所述甲烷化装置(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，以便根据待处理的所述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10-100gMVS/L和30-100gMVS/L。

9.液体排放物处理设备，其中该液体排放物的温度为5-15℃，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)；

-生物反应器(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)；

-消化器(44)，包括与用于再循环甲烷化的污泥的管道(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；

-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管道(45)；

-用于提取所述消化的污泥的至少一部分的管道(47)。

10.根据权利要求9的液体排放物处理设备，其特征在于它包括用于调节所述再循环管道(46，45)和所述提取管道(47)的装置。

11.根据权利要求9至10中任何一项的液体排放物处理设备，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至10中任何一项的液体排放物处理设备，其特征在于所述甲烷化装置是AnMBR类型的。