CN103974910B - 用于在废水处理系统中进行污泥臭氧化的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于处理废水的方法和系统包括在活塞流式反应器（30）中用臭氧处理污泥以引起所述污泥中生物固体的裂解。臭氧化污泥可提供给所述废水处理系统的厌氧或缺氧部分（16）以帮助在所述废水处理系统的厌氧或缺氧部分或所述废水处理系统的其它部分例如发酵罐、需氧消化器或厌氧消化器中进行的反硝化过程。

Description

用于在废水处理系统中进行污泥臭氧化的方法和系统

发明领域

本发明涉及用于废水处理的方法和系统，更具体地涉及在高选择性反应器中使用臭氧对污泥进行处理（例如）以便增强或以其它方式控制废水处理过程，包括污泥消化和养分去除过程。

背景技术

传统的废水处理方法包括在称为活化污泥处理的过程中，在需氧和/或厌氧型过程中使废水流与细菌接触。这些细菌消耗废水中所含的部分底物材料或废物，所述底物材料或废物通常为包含碳、氮、磷、硫的有机化合物及其复杂衍生物。通常，废物的一部分被消耗以促进细菌细胞的新陈代谢，或者维持细菌细胞的生理机能。此外，废物的一部分也被消耗作为新细菌细胞合成过程的部分。活化污泥处理过程产生一定量的污泥和附带固体，这些污泥和附带固体必须从处理池中不断去除以维持对活化污泥处理系统的有效运行而言至关重要的稳态污泥平衡（steady state sludge balance）。在处理废水时，操作人员维持废水系统内适当的碳、氮和磷(C/N/P)比率或养分水平也是重要的。这在可能存在规定养分限制的情况下（如许多工业废水处理系统）或在需要生物除磷（biological phosphorusremoval）的应用中尤其值得关注。

为了将处理设备的废物去除能力保持在稳定状态或其它期望水平，重要的是控制活化污泥处理过程中新细菌细胞的积聚。新细菌细胞超过稳态或接近稳态的废物处理所需量的过度积聚导致偏离诸如食品质量比率(F/M)或混合液悬浮固体(MLSS)的最佳设计考虑因素，所述考虑因素需要在某些最佳范围内以允许有效的有机处理和曝气效率（aerationefficiency）。因此，在活化污泥处理过程中，必须不断去除这些过量的生物固体。

涉及污泥去除的现有方法包括将污泥运送到堆填区，将污泥用于土地应用或农业用途，以及污泥焚化。大多数污泥处置操作需要对污泥进行某种预处理；一种本领域中称为固相处理的方法。固相处理方法通常是成本高且耗时的操作，并且通常包括一个或多个以下步骤：在浓缩器中浓缩污泥，通常需要使用聚合物；消化污泥以稳定细菌并进一步减少污泥的体积和病原体含量；将污泥脱水至达到约15-25%固体含量，这包括使污泥通过离心机或其它固-液分离型装置；储存污泥；以及运送到场地以用于堆填、由农夫进行土地应用或其它最终用途。

据估计，与固相处理和处置过程相关的成本可占整个废水处理过程相关总操作成本的20-60%。由于与固相处理和处置相关的成本和时间，使废水处理过程中产生的过量污泥的量最小化是有利的。

在常规活化淤泥处理系统和方法中，除氧气外还使用臭氧来处理污泥也有报导。更具体地讲，已经报导了结合机械搅拌器和/或提供动态混合的泵的污泥臭氧处理。污泥-臭氧接触通常以连续搅拌釜式反应(CSTR)模式进行，并且由于臭氧对细胞壁的强氧化作用而发生破坏细胞壁完整性的裂解。裂解导致释放出细菌细胞的底物富集的细胞内容物。通过这种方式，在其它情况下会作为过量污泥排放的固体细胞被裂解，并且通过如此进行，它们转化成底物，其随后可由处理池中的细菌消耗。

已知用于污泥臭氧处理的不同类型的反应器系统，包括CSTR，一种更高选择性的活塞流反应器和间歇式反应器系统。不同反应器模式之间的主要差别根本上在于：（i)污泥停留在反应空间内的平均时间量，也称为停留时间；(ii)反应“包（parcel)”之间的相互作用，例如在CSTR和间歇式反应器系统中的显著回混，而活塞流反应器系统中的回混非常有限；以及(iii)需要消除一定体积的污泥所需的收率或臭氧投加水平（dosing levels）。

发明内容

本发明各方面可大致表征为包括用臭氧或其它氧化剂处理废水以处理和/或减少污泥、控制废水处理系统的部分中的发泡和膨胀和/或增强或以其它方式控制系统的消化或养分管理过程的方法和系统。

本发明可表征为处理废水的方法，所述方法包括以下步骤：(i)将废水流入物接纳到废水处理系统中，所述废水系统具有至少一个缺氧或厌氧部分（section）和至少一个需氧部分；(ii)在所述废水处理系统的生物反应器中处理所述废水以产生包含生物固体的污泥；(iii)将所述污泥的一部分转移至活塞流式反应器；(iv)将臭氧引入所述活塞流式反应器中的污泥中以诱导或引起所述污泥中生物固体的裂解；和(v)将臭氧化污泥提供给所述废水处理系统例如缺氧池、厌氧池、需氧池、需氧或厌氧消化器，或固体/液体分离段。或者，还可将所述臭氧化污泥的一部分提供给所述废水处理系统的发酵段，其中生成挥发性有机酸。臭氧可专门生成用于对污泥进行臭氧化或可从所述废水处理系统的不同部分再循环。

对污泥臭氧化的上述方法的其它有利方面或特征包括使用均化器、超声或其它剪切方法剪切臭氧化污泥的附加步骤。或者，可对臭氧化污泥进行脱气以降低臭氧化污泥中的氧含量，然后将污泥排放至处理系统的厌氧或缺氧部分，再将从臭氧化污泥去除的气体再循环至废水处理系统的需氧部分。

本发明还可表征为废水处理系统，所述废水处理系统包括：厌氧池或缺氧池，其被布置用于接纳废水流以对物质进行厌氧或缺氧微生物分解；活塞流式反应器，其被构造用于接纳包含生物固体的污泥物流并且将臭氧引入污泥中以诱导所述污泥中的生物固体裂解；和导管，其被布置用于将来自活塞流式反应器的臭氧化污泥提供给所述厌氧池或缺氧池。

在本发明系统的各种实施方案中，活塞流式反应器被构造用于接纳来自厌氧池或缺氧池、需氧池；返回活化污泥管线、废活化污泥管线或消化器的污泥物流。

在用于增强养分去除或养分管理过程的对污泥臭氧化的上述系统及方法中，优选的臭氧投加水平为在转移至活塞流式反应器的污泥中每1.0克总悬浮固体约0.001至0.1克臭氧。然而，所引入的臭氧的实际量优选地基于或取决于废水处理系统的各个部分中检测到的养分水平（例如硝酸盐水平或总氮水平或磷水平）。理想的是，臭氧化污泥具有的易于可生物降解的化学需氧量与氮的比率将为至少4:1，更优选至少7:1以及高达约10:1或更多，并且用于增加废水处理系统的缺氧或厌氧部分中的易于可生物降解的化学需氧量与氮的比率。

本发明还可表征为在废水处理系统中处理废活化污泥（waste activatedsludge）的方法，所述方法包括以下步骤：(i)产生包含生物固体的废活化污泥物流；(ii)将包含生物固体的所述废活化污泥的一部分转移至活塞流式反应器；(iii)将臭氧引入所述活塞流式反应器中的废活化污泥中以引起所述污泥中生物固体的裂解；和(iv)将臭氧化污泥提供给所述废水处理系统的消化器。所述废活化污泥可来自WAS管线、消化器或甚至抽吸退出消化器的固体废物。同样，如果消化器为厌氧消化器，则可能有利的是在将臭氧化污泥返回至消化器之前对臭氧化污泥进行脱气。

本发明还可表征为管理废水处理系统中的养分水平的方法，所述方法包括以下步骤：(i)产生包含生物固体的废活化污泥物流；(ii)将包含生物固体的所述废活化污泥的一部分转移至活塞流式反应器；(iii)将臭氧引入所述活塞流式反应器中的废活化污泥中以引起所述污泥中生物固体的裂解；和(iv)将臭氧化污泥提供给过滤或组合的剪切和脱水系统，在所述系统中进行裂解产物与细胞碎片和未裂解细胞的分离，并且其中将来自过滤或脱水步骤的高养分滤液或渗透物排放至所述废水处理系统，使得来自滤液（filtrate）或离心滤液(centrate)的氮和磷贡献确保养分体系中维持适当的养分平衡。理想的是，当来自臭氧化污泥的滤液或离心滤液与流入物负载混合时所达到的养分平衡将在100:5-10:0.5-2 BOD:N:P的范围内。

附图说明

通过结合以下附图呈现的下文对本发明的更详细的描述，本发明的上述及其它方面、特征和优点将更显而易见，在图中：

图1是采用污泥臭氧化方法的废水处理系统的示意图，所述污泥臭氧化方法用于向废水处理系统的缺氧或其它厌氧部分提供臭氧化污泥；

图2是废水处理系统的供选实施方案的示意图，其中在高选择性反应器内的多个位置引入富臭氧气体，而仅在废水处理系统的缺氧或厌氧部分引入臭氧化污泥；

图3是废水处理系统的另一供选实施方案的示意图，其中在与反应器相连的泵处或靠近与反应器相连的泵引入富臭氧气体并使非臭氧化污泥返回至活化污泥池；

图4是废水处理系统的另一实施方案，其中臭氧化污泥从高选择性反应器导向至厌氧部件和RAS管线；

图5是废水处理系统的另一供选实施方案，所述废水处理系统包括两个活塞流反应器；

图6是废水处理系统的另一实施方案，其中将污泥从厌氧部件去除以进行臭氧处理并将其返回至厌氧部件；

图7是废水处理系统的另一实施方案，其中对来自废活化污泥物流的污泥进行臭氧化并提供给消化器；

图8是废水处理系统的另一实施方案，其中对来自消化器的污泥进行臭氧化并将其返回至消化器；

图9是废水处理系统的另一实施方案，其中使固体废物经受臭氧化处理并将其返回至消化器；以及

图10是示出与在消化器中未进行污泥臭氧化相比当根据本发明在消化器中使用污泥臭氧化方法时市政废水处理设备在夏季各月期间污泥减少的图。

详述

在废水处理系统中进行污泥臭氧化的本发明系统和方法包括将废水流入物接纳到废水处理系统中。流入物可为原废水或已经以某种方式（例如通过去除不能容易地被生物降解的金属、固体和其它碎屑）处理过的废水。废水处理的正常副产物是生成污泥，废水处理系统中污泥物流的一部分可转移至活塞流式反应器。

如下文更加详细地描述的，可具有任何合适的液体含量和固体含量（包括极低水平的固体）的污泥物流可以从废水处理系统中的任何位置抽吸，例如从缺氧或其它厌氧池、缺氧或其它需氧池、脱水段、消化器或发酵罐，和/或任何其它合适的一个或多个位置抽吸。通过活塞流式反应器将臭氧气体引入污泥中以引起或诱导污泥中生物固体的裂解和形成臭氧化污泥流。

然后将臭氧化污泥提供或传送至废水处理系统内的任何合适的部件，例如缺氧池、固体/液体分离段、消化器、发酵罐、需氧池等。臭氧化污泥还可与其它非臭氧化污泥混合，例如引入运送非臭氧化污泥的返回活化污泥管线，或可与其它材料例如聚合物、絮凝剂, 酸或碱或其它试剂，或可提供给未与其它材料混合的废水处理段。

用于增强反硝化过程的污泥臭氧化

图1示出结合污泥臭氧化系统12的废水处理系统10的示意图。如从其中看出的：废水处理系统10包括适于接纳废水流入物的输入导管14、各种预处理装置（包括缺氧池和/或厌氧池16）和需氧废水处理反应器（例如活化污泥池）20，其可包括曝气池、膜生物反应器和/或旨在利用微生物生命（microbial life）采用需氧过程来实现从水中去除废物的其它系统。所示出的系统还包括位于活化污泥池20下游的适于将至少一些液体与污泥流分离的一个或多个澄清器或过滤模块22、用于将流出液运送至排放口23的输出导管24、废活化污泥(WAS)管线26和适于运送且返回经处理的污泥物流至缺氧或厌氧池16的返回活化污泥(RAS)管线28。此外，RAS管线28可向活化污泥池20或其它高选择性反应器提供经处理的污泥。

还示出消化器25和脱水装置27，脱水装置27从WAS管线26的污泥中去除液体，因此所得脱水的污泥可从系统（例如在保持区（holding area）29处）去除。尽管示出系统10包括以特定方式连接的各种不同部件，但被布置以包含本发明一个或多个方面的废水系统10可以其它方式进行布置。例如，消化器25、脱水装置27和诸如脱气器、发酵罐等的其它部件是任选的并且可除去或以其它方式沿流动方向(flow-wise)设置在废水系统10内。另外，可包括其它部件例如滤网、澄清器或过滤器以从进入的废水流中去除非生物降解的或缓慢生物降解的材料。

将作为澄清器22中废活化污泥的一部分包括的一些生物固体或污泥提供给RAS管线28。如上所述，RAS管线28中的污泥流可具有任何合适的液体含量和固体含量。同样，虽然在此实施方案中，提供给RAS管线28的污泥是通过澄清器22处理，但转移的物流在进入RAS管线28之前无需处理或以其它方式改良。RAS管线28中的一些污泥可从RAS管线28转移至污泥臭氧化反应器30以供臭氧化处理。在此实施方案中，废水处理系统10和方法包括通过高选择性处理污泥臭氧化反应器30对RAS管线28中的至少部分污泥进行处理，所述反应器30优选地为与RAS管线28平行或为RAS管线28侧流的活塞流式反应器30。

如在图1看出的，转移至污泥臭氧化反应器30的污泥物流通过泵34到达活塞流式反应器。活塞流式反应器30包括足够长度的管道36，其与流速一起确保污泥在活塞流反应器30中的停留时间，该停留时间足够确保臭氧的有效溶解和臭氧与生物固体的反应。图示实施方案还包括一个或多个气体注入系统40，富臭氧气体通过注入系统40引入活塞流反应器30中。优选的气体注入系统（40)包括富臭氧气体源和用于将富臭氧气体注入污泥中的一个或多个喷嘴或文丘里型装置42。其它部件可用于将含臭氧气体引入污泥中，包括喷雾器和/或扩散器。在初始的含臭氧气体-液体接触于RAS管线28中或在/或靠近活塞流反应器30进行的实施方案中，富臭氧气体可供给至液体物流上方的顶部空间，或可在压力下相对于液体物流以预定方向供给至预定混合区域，例如机械搅拌的气体-污泥接触器装置的叶轮区，或者相对于液体表面以一定的预定角度和距离取向的注入装置，例如喷嘴、喷雾器和扩散器。

优选地，富臭氧气体源是连接氧气源或供给（未示出）的臭氧发生器44。或者，富臭氧气体物流46可由专门的现场臭氧储存系统供给。在其它实施方案中，臭氧可以再循环臭氧获得，所述再循环臭氧在废水处理系统10的其它部分中生成和/或使用，例如用于在排放或再使用之前对经处理的水进行消毒、除色和/或除味道或除气味的三级处理。优选地，所需臭氧浓度大于或等于约4%至16%。更高浓度的臭氧是优选的，因为这种更高浓度可有助于确保活塞流反应器中的气液比率保持在最佳范围内。

富臭氧气体优选地以标称压力供给至图示实施方案，并且通常压力低于活塞流反应器30中靠近注入装置42的部分内的操作压力。以此方式，通过整个注入装置42上的压降所产生的真空抽吸将富含臭氧的气体摄入且通过注入装置42。然而，本领域技术人员将理解以高于活塞流式反应器30或其它气-液接触密封装置(enclosure)内压力的压力来供给富臭氧气体的实施方案。

气体注入系统40还包括允许对注入速率、计时和/或富臭氧气体体积进行操作性控制的合适的控制装置或机构。控制气体注入速率、注入计时和富臭氧气体体积可能旨在提供有效的气-液接触和促进臭氧最适宜地溶解到流经活塞流反应器30的液体物流中。更具体地讲，可将气体注入系统的控制调节至预定的气体流量（gas flow）对液体流量的比率范围内，其中由通过注入装置42的注入速率、计时和气体体积来确定气体流量，而所述液体流量表示通过活塞流反应器30的污泥流量。气液比率的优选范围是小于或等于约1.0，尽管其它比率也是可能的。合适的气液比率可确保气体或臭氧合适地分散在液体中和/或确保在流体混合物中无过量气体。例如，上述气液比率与其它有关流动特性一起可用于实现以所需的两相（气体/液体）流动方式实现操作，从而促进良好的臭氧溶解和反应。在一些实施方案中，对气体/液体比率进行选择以促进臭氧溶解和反应，同时使氧气溶解最小化。

通过活塞流式反应器30之后，当前的臭氧化污泥任选地通过脱气单元（未示出）循环，在所述脱气单元中去除未溶解的主要非臭氧气体物流。臭氧化和脱气的物流经由返回管线50返回至设备RAS管线28，其将设备RAS管线28中的混合的臭氧化污泥和非臭氧处理的污泥导向至缺氧和/或厌氧池16。另外，混合的臭氧化/非臭氧化污泥可部分导向至活化污泥池20（例如一个或多个需氧池）。虽然从美国专利No. 7,513,999已知将至少部分臭氧化的污泥导向至需氧池，但由于氧化污泥可能会破坏或不利地影响厌氧池20中的厌氧过程，因此还未考虑将臭氧化污泥引入缺氧或厌氧池或其它厌氧处理段。即，臭氧处理污泥往往会将一定量的臭氧或其它氧化剂引入污泥中，这可破坏厌氧池20中生物体的微妙平衡。正是由于此原因，已在先前推荐使臭氧化污泥返回废水处理过程的需氧段。然而，根据本发明的关键方面，臭氧化污泥可直接引入或在对臭氧化污泥进行任选的脱水、过滤、发酵或其它处理之后引入废水处理系统的缺氧或其它厌氧部分，而不会对其中活跃的厌氧过程造成显著破坏。此外，臭氧化污泥用于显著升高缺氧和/或厌氧池16中的COD水平，从而改善废水处理系统中的反硝化过程或提高厌氧区中挥发性有机酸的可用性，从而增强了对生物除磷过程至关重要的聚磷生物体(PAO)的生长。

所公开的污泥臭氧化处理系统背后的工作原理包括生物固体与溶解的臭氧在活塞流式反应器内的接触，在所述活塞流式反应器内氧化剂（溶解的臭氧）和污泥中所含生物固体之间发生初步(primary)接触和反应。活塞流反应器内富臭氧气体和污泥中的生物固体之间的反应中，由于臭氧诱导的细菌细胞壁的化学氧化，细菌细胞的细胞壁被破坏或削弱。细菌细胞壁的这种破坏被称为裂解并且其导致细菌细胞的细胞内容物的释放。所述细胞内容物通常是由蛋白质、脂质、多糖和其它糖类、DNA、RNA和有机离子构成的液体基质。由于所述裂解,原本会已经积聚并在固相处理过程中排放的生物固体的固体细胞转化成底物COD组分，随后被废水处理系统的缺氧和/或厌氧池16、活化污泥处理池20或消化器25中的细菌所消耗。

使用活塞流式反应器，通过提供过量细菌细胞或生物固体与溶解的臭氧之间的窄范围的接触时间，使得臭氧仅用于或者主要用于导致细菌细胞裂解（“初级反应”）的氧化过程，从而实现高选择性的裂解反应。理想的是，臭氧剂量和液气接触时间受到限制，以便不会进一步氧化细胞内容物（例如，引起“二级反应”）。这提供了有效的臭氧利用，以最少的臭氧剂量取得最大的污泥减少。优选的接触时间介于约10至60秒之间。这与不提供臭氧与污泥的精确接触时间控制的其它臭氧处理系统（例如在搅拌槽中）形成对比。

在一些实施方案中，可对用于裂解活塞流反应器30中的污泥中的细胞和其它材料的臭氧量进行精密控制，以降低引入厌氧池16的污泥中的氧气和/或臭氧水平。因此，可裂解合适量的细菌和其它材料以使COD水平升高至所需水平，同时保持返回污泥中的氧化剂水平适当地低以对池16中的厌氧过程具有极小影响或不具有影响。在一个示例性实施方案中，可将臭氧引入反应器30，进入污泥物流的转移部分，范围是物流转移部分中每1.0克总悬浮固体TSS约0.001克臭氧。可使用更高的臭氧水平，例如每1.0克总悬浮固体TSS高达0.03克臭氧或可能更多。这可将COD/N比率（或臭氧化污泥增强处理过程中反硝化作用的能力的其它量度）增加至4:1、7:1、10:1或更高的水平。结果，厌氧池16中材料的COD/N比率可增加至约4:1至5:1的所需水平（例如以增强反硝化作用）或更大，已发现其有助于废水反硝化。对引入反应器30中的臭氧量的控制可通常基于废水处理系统的一部分中（例如来自活化污泥池20的流出物中）检测到的硝酸盐水平、总氮水平或其它参数。例如，如果反硝化过程未以足够高的水平操作，引入反应器30中的臭氧的量可增加或以其它方式调节以增加厌氧池16中的COD水平。类似地，可基于目标流出物磷水平或废污泥磷含量来调节污泥臭氧处理的量以改变设备的养分平衡，从而允许维持健康的PAO群体。COD/P的目标值将在约10-25的范围内。

或者，活塞流式反应器可被布置用于控制提供给具有极低固体含量的离心滤液物流的臭氧量，在此情况下，臭氧的剂量在离心滤液物流中每毫克COD小于1mg臭氧的范围内。然后将此类臭氧处理的污泥或离心滤液物流进料至发酵罐，在发酵罐中，来自裂解细胞或臭氧化离心滤液物流的COD使得能够生成可用于增强聚磷生物体(PAO)生长的挥发性有机化合物。在此情况下，对引入污泥中的臭氧量的控制可基于在废水处理系统的一部分中检测到的挥发性有机酸水平。

可例如通过调节气流中的臭氧浓度和/或调节注入污泥中的富臭氧气体的流速来实现对引入反应器30中的臭氧量的控制。臭氧剂量控制旨在达到所需的细胞裂解活性。通过使臭氧化污泥中的氧化剂水平保持相对较低，臭氧化污泥可对引入臭氧化污泥的厌氧池或发酵罐中进行的厌氧过程具有极小影响或无影响。

现在参照图7-9，活塞流式臭氧反应器30后面是任选的脱气单元90，其将用于控制掺入RAS管线中的臭氧化物流中的氧化性气体的量。可将来自脱气过程的氧化性气体100施加至需氧池20。或者，可将回收的气体引入设备的其中氧气可为有益的其它区域，例如在初级流入物中以控制气味，引入至二级流出物中以升高供排放的DO水平，或可与生物气混合以增强生物气燃烧并增加与生物气相关的功率输出并且减少不需要的硅氧烷化合物的排放或沉积。在RAS管线28或返回管线50的末端可以是任选的喷射机构、喷射器或出口喷嘴装置（未示出），其适于在活化污泥池的表面或足够深度处和/或以其它所需方式使臭氧化污泥返回厌氧池16和/或活化污泥池20。例如，可引入返回的污泥以有助于确保臭氧化污泥与缺氧和/或厌氧池16和/或活化污泥池20中的主体液体良好混合。

经由臭氧化进行污泥精制（refining）或调质(conditioning)

虽然可进行污泥的臭氧化以增强或以其它方式控制养分去除过程，例如上文所述的废水处理系统的反硝化和生物除磷过程，但也可出于其它附加原因例如污泥减少或污泥调质（如改变絮凝物特性、沉降速率、胞外聚合物等）而进行污泥的臭氧化。为了污泥减少的目的，通过活塞流反应器30的总体积流速可为废活化污泥(WAS)的当量体积流速的约1至约40倍。此范围可至少部分地确立活塞流反应器30内的最佳气液比率。优选地，所述气液比率小于或等于约1.0。总污泥体积流速是可调的并且优选结合活塞流反应器中的臭氧浓度和富臭氧气体流量来控制，以实现所需水平的污泥减少，同时使所需臭氧剂量最小化。

图2示出废水处理系统和方法的一个供选实施方案。在此实施方案中，富臭氧气体注入或以其它方式在或靠近活塞流反应器30的多个位置42处引入。使用喷嘴、文丘里型装置或其它部件的呈串联或并联构型的多点注入可用于例如帮助精确控制臭氧引入和/或以其它方式实现活塞流反应器30中的改善的气-液接触。图2的实施方案还示出一种布置方式，其中臭氧化污泥任选地在脱气单元90中脱气以去除氧化性气体，然后通过任选的过滤系统95处理以进一步将裂解物与臭氧化污泥分离，然后经由返回导管50传递至RAS管线28，然后RAS管线28供给系统10的厌氧池16或其它厌氧部分/部件。因此，RAS管线28无需将污泥（无论是或不是部分臭氧化的污泥）引入活化污泥池20。可将来自脱气过程的氧化性气体100施加至需氧池20或废水处理方法10的其它过程。

图3示出废水处理系统和方法的另一实施方案，其中来自高选择性反应器30的返回导管50直接返回至废水处理系统的厌氧或缺氧池16或其它厌氧部件。因此，从反应器30输出的臭氧化污泥无需与在引入废水处理系统的厌氧池16或其它厌氧部件或部分之前未被臭氧化的其它返回污泥混合。图3的实施方案还包括将污泥的一部分返回至活化污泥池20的RAS管线28，在此情况下未对污泥进行臭氧化。在此类实施方案中，还可以想到将不同于臭氧或除臭氧之外的化学试剂（例如适合于进行所需处理过程的氯气、杀生物剂、聚合物、气味控制剂或甚至其它气体混合物）注入RAS管线28的污泥物流。也可将此类额外的或替代的过程加至活塞流反应器30过程中。臭氧化污泥物流可任选地在脱气单元（未示出）中脱气，然后传递至废水处理系统的缺氧或厌氧部分。还可在脱气单元之前或之后进行将裂解产物从臭氧化细胞进一步挤出的另一任选工艺步骤。此类可由过滤元件、离心系统或压机构成。

图4示出废水处理系统和方法的另一实施方案，其中活塞流式反应器30包括泵34和适于在或靠近泵34处注入富臭氧气体的富臭氧气体注入系统40。在或靠近泵处引入臭氧可有助于例如通过利用由泵34所诱发的流动湍流而使臭氧与污泥混合。图4的实施方案还示出一种布置方式，其中反应器30的返回导管50被布置用于将臭氧化污泥提供给RAS管线28以及直接提供给厌氧池16或废水处理系统的其它厌氧部分/部件。可控制臭氧化污泥在返回导管50处的流量（例如通过一个或多个阀），以便控制提供给每个最终目标（destination）的污泥的量。此外，可连同向污泥的臭氧引入一起控制返回导管50处的流量，以向RAS管线28和厌氧池16或其它厌氧部件提供具有不同臭氧化水平的污泥。例如，在第一操作阶段中，可对臭氧化水平进行精密控制以引起所需的裂解水平，同时使污泥中的溶解的臭氧或其它氧化性气体的水平保持较低。可将此第一操作阶段中所产生的污泥排他地或至少部分地提供给厌氧池16或其它厌氧部件。在第二操作阶段中，可提高臭氧化水平以引起细胞裂解并提高污泥的氧化水平。可将此第二操作阶段中所产生的污泥排他地或至少部分地提供给RAS管线28，以传送至活化污泥池20。此布置方式可有助于增强污泥减少，同时使引入厌氧池16或其它厌氧部件的氧化性气体的水平保持较低。

图5示出废水处理系统和方法的另一实施方案，其中经由污泥浓缩器80或其它装置对活塞流反应器30中要处理的污泥进行预处理以浓缩固体。浓缩器80可有助于将污泥调节至所需固体水平，例如以有助于确保基于臭氧的活塞流式反应器30的正确操作。作为另外一种选择或除此之外，污泥浓缩器80可被布置用于任选地将污泥稀释（例如用水），或由被布置用于引起所需稀释的部件替换，以产生进入活塞流反应器30的具有较低固体浓度的液体物流。在其它布置方式中，可使用其它方法或部件（例如消化器或用于稳定污泥或固相处理的其它装置）处理污泥，然后转移至活塞流反应器。与污泥臭氧化系统和方法相容的其它污泥预加工或后处理技术包括向污泥中添加增溶剂，改变pH，施加超声波、均化和其它混合或搅拌装置。同样，可使用用于促进细菌细胞裂解或增强消化污泥能力的化学试剂。

此外，图5中的系统10包括两个活塞流反应器30，即，一个用于引入厌氧池16或其它厌氧部件中的污泥，另一个用于引入活化污泥池20中的污泥。（尽管反应器30被示出以不同方式操作，例如，一个被布置用于在位于泵34下游的点42处引入臭氧，另一个被布置用于在或靠近泵34处引入臭氧，反应器30可被布置为以任何合适的方式操作。）此布置方式可使得对臭氧化过程（包括所产生的污泥的性质）的控制更加容易，因为提供给厌氧池16或其它厌氧部件以及活化污泥池20的污泥可能需要具有不同的性质，例如氧化剂水平、固体水平、流速、含水量等。例如，与臭氧生成系统44结合使用的源气体对于不同的反应器30可能不同，并且可包括空气、富含氧气的空气、纯氧气或几乎纯的氧气。使用几乎纯的或纯的氧气作为源气体对于用于向活化污泥池20提供臭氧化污泥的反应器30可能是优选的，因为活化污泥池20中的生物活动涉及需氧过程。此外，纯的或几乎纯的氧源气体的使用以及富臭氧气体在活塞流反应器中或附近的注入可以一定的方式控制，使得活化污泥池20中的活化污泥过程中的生物处理的总体氧气要求的全部或相当大一部分由污泥臭氧化系统来提供。相比之下，向厌氧池16提供污泥的反应器30所用的气体可不同，例如可具有显著较低的氧含量。

虽然两个反应器30 被示出接纳来自位于污泥浓缩器80或其它部件下游的RAS管线28上同一点的污泥，但反应器30可接纳来自工艺流程中的任何合适的点的污泥。例如，提供给厌氧池16或其它厌氧部件的污泥可希望地具有比提供给活化污泥池20的污泥更低的水含量（或反之亦然），因此向厌氧池16或其它厌氧部件提供臭氧化污泥的反应器30可接纳污泥浓缩器80下游的污泥，而向活化污泥池20提供污泥的反应器30可接纳来自污泥浓缩器80上游的污泥。传递至缺氧或厌氧池的臭氧化污泥物流可任选地在脱气单元中脱气。还可在脱气单元之前或之后进行将裂解产物从臭氧化细胞进一步挤出的任选工艺步骤。此类过程可包括过滤元件、离心系统或压机等。

图6示出另一供选实施方案，其中污泥经由导管39从厌氧池16或其它厌氧部件抽吸，经反应器30臭氧化并经由返回导管50引回厌氧池16或其它厌氧部件。再次，在此实施方案中，可想到将不同于臭氧的化学试剂（例如适于进行所需处理过程的氯气、pH调节剂、杀生物剂、气味控制剂或甚至其它气体混合物如二氧化碳、氮气、氧气、臭氧及其混合物）注入高选择性处理反应器30的污泥物流中。此实施方案还包括将污泥返回至活化污泥池20而未进行臭氧处理的RAS管线28。再次，臭氧化污泥物流可任选地在脱气单元中脱气并且可进一步在脱气单元之前或之后经受将裂解产物从臭氧化细胞进一步挤出的附加工艺步骤。如上所述，此类过程可包括过滤元件、离心系统或压机等。

尽管本文中的废水处理系统10的示意性描示示出厌氧池16或其它厌氧部件与活化污泥池20分离，但厌氧池16或其它厌氧部件可为在或靠近活化污泥池20或其它需氧部件的顶部的基本上不含氧的部分。在其它废水设备操作中，厌氧池16或其它厌氧部件可包括与活化污泥池20分离的一个或多个槽或池。同样，应当理解，臭氧化污泥可提供给废水处理系统的其它缺氧或厌氧部件，例如某些消化器或发酵罐，无论是出于硝化和/或反硝化或其它目的。

在上述实施方案中，对污泥进行有效且节省成本的臭氧化在主要使用臭氧裂解或破坏细胞中可能需要存在三个工艺条件。这三个工艺条件包括：(i)实现对裂解反应的高选择性；(ii)限制裂解细胞对反应器内额外或过量臭氧的暴露；和(iii)维持反应器内的污泥和细菌细胞的极窄但优化的停留时间分布范围。限制裂解细胞对额外或过量臭氧的暴露是必要的，因为对过量臭氧的暴露可导致反应器的细胞内容物完全释放，以及后续高成本的由额外臭氧对所释放材料的化学氧化。通过使用活塞流反应方法，可在反应器或接触器内实现所有这些所需的工艺条件。

可通过设计使污泥-臭氧流具有最小的回混，并且使臭氧接触主要在大致管状的结构内进行来实现所述活塞流反应方法。具体地，图示实施方案具有预定的或受控的停留时间并且实现了裂解反应的高选择性。在上述实施方案中，使用活塞流反应通过提供细胞与溶解的臭氧之间的窄接触时间范围（即窄停留时间分布）来实现裂解反应的高选择性，使臭氧仅用于导致细胞裂解的反应（“初级反应”），并且使得臭氧化不会继续进行以致进一步氧化细胞内容物（“二级反应”）或者氧化二级反应的产物（“三级反应”）。这可提供了最有效的臭氧利用，例如以最小的臭氧剂量产生最大的COD水平和/或污泥减少。

如针对图示实施方案所述，使用一个或多个气体注入点来使供溶解的臭氧速率和生物固体与所溶解的臭氧沿着活塞流反应器的预定长度的反应速率相匹配。这避免了臭氧供给过度或不足，从而促进了臭氧有效地用于细胞裂解同时避免了使用臭氧来氧化细胞内容物。多个注入点还可对反应器内的气体/液体比率提供额外控制，以将多相流动条件保持在进行有效物质传递和反应的所需范围内，同时达到所需臭氧施加速率。还可将一个或多个气体/液体分离段与一个或多个气体注入点结合使用以提供对反应器内的多相流动条件的进一步控制。

当然，这些基本的污泥精制方法可以多种合适的方式进行修改，例如通过将臭氧化污泥的部分提供给替代目标，例如废水处理系统的发酵段、活化污泥池或废水处理系统的其它需氧部件（例如需氧消化器）等等。臭氧化污泥的发酵可用于提供挥发性脂肪酸(VFA)源，其可以不仅为污泥中COD的一部分，而且有助于确保生物除磷。在其它实施方案中，可在引入缺氧池之前将上清液从臭氧化污泥中去除和/或可在引入缺氧池之前将臭氧化污泥在消化器或发酵罐中进行处理。

在另一个设想的实施方案中，污泥的臭氧化可旨在在废水处理系统内的某个点处将顽固性材料转化成可生物降解材料。顽固性材料可包括医药和个人护理化合物、内分泌干扰化合物、杀虫剂等。在将顽固性材料转化成可生物降解材料后，返回所得可生物降解材料以便在废水处理系统的厌氧、缺氧或含氧池或适当时在消化器或其它固体管线中进行处理。

增强污泥消化的污泥臭氧化方法

废水处理系统中的污泥消化用于帮助实现以下目标：(i)减小必须处置的污泥的体积；(ii)由污泥产生生物气或其它有用的能量；(iii)减少污泥中挥发性有机化合物的量；和/或(iv)改善废污泥的后续脱水。

消化过程是用于废水处理设备中以实现污泥在处置之前的稳定的最重要的污泥管理实践之一。在这些实践中，需氧消化是在流入物流量小于约5,000,000GPD的设备中广泛使用的稳定方法，而厌氧消化是在流入物流量大于约5,000,000GPD的较大设备中更广泛使用的污泥稳定方法。

厌氧消化是在不存在氧气的情况下微生物分解可生物降解材料的一系列过程。厌氧消化过程在不存在氧气的情况下进行以将废污泥中的某些有机材料转化成由甲烷、二氧化碳和痕量的其它气体组成的生物气，同时减少悬浮固体的总量以及特别是对挥发性固体的破坏。将产自废水处理系统的生物气以可再生能源的形式使用有助于降低对化石燃料的依赖。

需氧消化是在存在氧气的情况下微生物氧化和分解废活化污泥的有机部分的过程。在需氧消化器中，微生物或需氧微生物以废污泥中的有机材料为食来使它们稳定，并减少了总的悬浮固体。

为了增强此消化过程中的VSS减少，可使用上述采用活塞流式臭氧反应器的污泥臭氧化技术。已经发现，污泥臭氧化是裂解细胞以有利于使细菌细胞破裂以及增强消化器中VSS破坏的有效方式。具体地讲，在消化器（如需氧消化器、厌氧消化器、ATAD等）上游应用废活化污泥的污泥臭氧化可有利地控制污泥粒度和整体污泥液压行为（hydraulicbehavior），减少发泡和/或以其它方式改善消化器性能。此外，污泥臭氧化作为需氧消化过程的上游的一部分增加了VSS破坏，而污泥臭氧化作为厌氧消化过程的一部分或上游同时增加了VSS破坏和生物气收率。

图7示出采用结合废污泥消化的污泥臭氧化方法的废水处理系统和方法的一个实施方案。如从其中看出的，废水处理系统10包括适于接纳废水流入物的输入导管14、需氧废水处理反应器（例如活化污泥池）20、位于活化污泥池20下游的适于将至少一些液体与污泥流分离的一个或多个澄清器22、用于将流出液运送至排放口23的输出导管24、废活化污泥(WAS)管线26和适于运送且返回污泥物流至活化污泥池20的返回活化污泥(RAS)管线28。还示出被构造用于接纳WAS的一部分的消化器25。图示实施方案的污泥臭氧化方面包括臭氧化活塞流式反应器30、泵34和适于注入由臭氧发生器44生成的富臭氧气体的富臭氧气体注入系统40。活塞流式反应器30被构造或被布置用于接纳WAS的一部分。优选的气体注入系统40包括用于将富臭氧气体注入污泥中的一个或多个喷嘴或文丘里型装置42。靠近泵34引入臭氧气体可通过利用由泵34所诱发的流动湍流而有助于气液混合。图示实施方案还包括返回导管50，其耦接至活塞流式反应器30并且被布置用于将臭氧化污泥提供回消化器。任选地，所公开的臭氧系统包括位于泵34前面的WAS收集槽，其能够保留足够的废污泥库存，然后泵34从WAS收集槽中进行抽吸。保留在收集槽中的污泥的量将足以能够使活塞流式臭氧反应器系统中将维持小于或等于1的气液比率。

图8也示出采用结合废污泥消化的本发明污泥臭氧化方法的废水处理系统的一个实施方案。如从其中看出的，废水处理系统10包括适于接纳废水流入物的输入导管14；活化污泥池20；适于将至少一些液体与污泥流分离的澄清器22；用于将流出液运送至排放口的输出导管24；废活化污泥(WAS)管线26；和适于运送且返回污泥物流至活化污泥池20的返回活化污泥(RAS)管线28。图8中还示出被构造用于接纳WAS的消化器25。图示实施方案的污泥臭氧化方面包括臭氧化活塞流式反应器30、泵34和适于注入由臭氧发生器44生成的富臭氧气体的富臭氧气体注入系统40。活塞流式反应器30被构造或被布置用于接纳来自消化器25的污泥物流并且将臭氧化污泥经由返回导管50再循环回消化器25。优选的气体注入系统40包括用于将富臭氧气体注入污泥中的一个或多个喷嘴或文丘里型装置42。由侧流回路（污泥入口55、泵34、通流分离器（through separator）90和返回管线50）提供给消化器25的能量可补偿消化器25中通常所需的混合能量，从而提供有效的消化器操作。

图9示出采用结合废污泥消化的本发明污泥臭氧化方法的废水处理系统的一个实施方案。与图8的实施方案类似，图9的废水处理系统10包括适于接纳废水流入物的输入导管14；活化污泥池20；适于将至少一些液体与污泥流分离的澄清器22；用于将流出液运送至排放口的输出导管24；废活化污泥(WAS)管线26；和适于运送且返回污泥物流至活化污泥池20的返回活化污泥(RAS)管线28。消化器25也被布置或被构造用于接纳WAS。臭氧化活塞流式反应器30被构造用于接纳从消化器25出来的废污泥物流并且将臭氧化污泥经由返回导管50再循环回消化器25。物流52可为来自消化过程的最终废物物流或可为消化段之间的中间物流。例如，物流52可从第一消化段传送至第二消化段。在采用不止一个消化段的情况下，臭氧化污泥物流50可返回至一个或多个消化过程段。任选地，如果存在若干个消化段，则待臭氧化的污泥物流可取自末段并且返回至该段或前述各段中的任一个。此外，当返回至消化过程时，来自一个段的臭氧化污泥可在各段之间分流。另外，可从多段消化系统中各段的任一段、组合或全部抽吸臭氧化污泥。

再参照图7、图8和图9中示出的实施方案，示出任选的脱气单元90。在消化器25为厌氧消化器的应用中，优选在脱气单元90中对臭氧化污泥进行脱气以去除氧化性气体，然后经由返回导管50以裂解的污泥形式返回消化器25。来自脱气过程的氧化性气体100可任选地再循环至需氧池20或废水处理系统中受益于氧气注入的其它过程，例如初级流入物以进行气味控制或二级流出物以维持所需溶解氧排放水平。

相反，在消化器25为需氧消化器的应用中，臭氧化污泥优选地经由返回导管50直接返回消化器25，其中臭氧化污泥中的氧化性气体有助于需氧消化过程，以使得与需氧消化器操作有关的能源成本或氧气成本最小化。

尽管未示出，所公开的实施方案还优选地包括一个或多个用于控制通过系统的流量的自动化控制阀。对消化器的臭氧化过程的控制也是现在所公开的实施方案的关键方面。具体地，上述实施方案将包括基于微处理器的控制系统和相关的监测系统。臭氧化控制应被构造用于产生高效且实际（efficient and effective）的臭氧配料水平；优化气体/液体混合；优化消化器性能；和有利地优化生物气收率和生物气质量。通常通过监测废水处理系统的关键操作参数和调节臭氧注入；泵速度、脱气单元操作、流量控制阀、响应于其的污泥保留时间来实现系统的控制。

实施例

采用污泥臭氧化来增强消化过程的益处在市政废水处理设备中得以证实。所述设备在两个平行机组（train）上处理高达30,000人口当量(Person Equivalents, PE)的废水流入物。一个机组处理三分之一的流量(10,000PE)，而另一个机组处理三分之二的(20,000PE)流入物容量。使用容量为约900m³的需氧消化器来处理市政废水处理设备设施的污泥稳定。每天将约100m³的TSS为大约7000mg/L的废活化污泥(WAS)进料至消化器。市政废水处理设备具有155kW的压缩机，该压缩机提供了设备的组合的二级活化污泥池和需氧消化器部分的曝气要求。使用细气泡扩散器系统在设备处提供曝气。对流向需氧消化器的气流进行控制以将溶解氧水平维持在约1ppm。

期间进行污泥臭氧化系统的实验性测试以测试臭氧减少污泥的可行性。该实验性测试对使用应用于20,000PE管线的本发明污泥臭氧化方法的消化器性能与未使用所述污泥臭氧化方法的消化器性能进行比较。从20,000PE管线上的需氧消化器抽吸的污泥循环通过活塞流式污泥臭氧化系统。所安装的活塞流式反应器包括可处理高达70m³/hr流量的泵。施加的臭氧剂量范围为约0.06kg/hr至约0.67kg/hr。使用文丘里管将臭氧气体吸入活塞流式反应器。

图10中示出的结果表明，与未在消化器中进行污泥臭氧化的基线设备操作相比，当活塞流式反应器中的污泥臭氧化与市政废水处理设备中的消化处理过程结合使用时，实现了高达约77%的固体减少。为了此实施例的目的，将设备性能表征为市政废水处理设备在所示的每个月份内所产生的污泥的吨数。基线设备性能表示无污泥臭氧化和标准消化器操作的同一废水处理设施前两年在所示月份期间产生的平均污泥吨数。具体地，与非臭氧化污泥相比，当在消化器中使用污泥臭氧化时市政废水设备在六月份内产生的污泥吨数展示出平均27%的减少。类似地，与未进行臭氧化的污泥产量相比，当将污泥臭氧化和消化器结合使用时市政废水设备在七月份和八月份内产生的污泥吨数分别展示出平均69%和77%的减少改善。

更令人意外的是，图10中所示实验性测试期间获得的特定的臭氧利用值为消除或去除了约0.01至0.03kg O₃/kg TSS。如从下表2中看出的，当施加或耦接至RAS或消化器时，活塞流反应器污泥臭氧化系统的此特定的臭氧利用值比现有技术的基于CSTR的污泥臭氧化系统低约一个数量级。当使用活塞流式反应器系统施加废污泥臭氧化作为对消化器的预处理时，还观察到对污泥沉降和脱水特性的显著增强。

表1

针对泡沫和膨胀控制的污泥臭氧化

废水处理操作中的发泡和膨胀问题通常由于废水中存在充裕的丝状细菌例如诺卡氏菌属(Nocardia)和微丝菌属(Parvicella)而导致。可调整活塞流式反应器或其它高选择性反应器中的本发明的污泥臭氧化方法来减少丝状细菌种群，这反过来导致废水处理系统的需氧池、消化器或缺氧/厌氧部分中的泡沫减少或消除和膨胀减少。

为了控制发泡和膨胀，将臭氧引入活塞流式反应器或其它高选择性反应器内的转移物流中优选为严格控制的过程。具体地讲，在用于泡沫和膨胀控制的此类臭氧化方法期间所使用的臭氧优选地维持在约0.04至约5.0g臭氧/天/每千克需氧池中的污泥的范围内，更优选地在约0.1至约1.5g臭氧/天/每千克需氧池中的污泥的范围内。通过使用此类优化的小剂量臭氧，活塞流式反应器或其它高选择性反应器的臭氧反应聚集在丝状生物体上，对其它微生物种群影响最小。过度剂量的臭氧将影响除丝状生物体之外的非丝状生物体。还可使用更高剂量的臭氧剂量，这取决于除丝状体控制之外所需的一般细胞裂解程度。

臭氧投加

在使用所述污泥臭氧化方法的现在所公开的实施方案中，希望通过系统设计或系统操作来控制所选参数。优选地，供溶解的臭氧速率和生物固体与所溶解的臭氧沿着活塞流反应器的长度的反应速率相关。臭氧供给与活塞流反应器内生物固体反应速率的此相关性避免了臭氧的过度供给或供给不足并从而促进了高效利用臭氧进行细胞裂解，同时避免了使用臭氧气体进行二级反应。优选地，通过改变通过活塞流式反应器转移和处理的污泥体积，精密管理活塞流式反应器内的污泥的停留时间分布或改变臭氧剂量，对污泥的臭氧化进行精确控制是可能的。

或者，高选择性或活塞流式反应器可以一定的方式设计和操作，在该方式中，需要通过反应器数次以实现所需臭氧化结果。通过使污泥数次通过反应器来操作系统还可允许在所需气液比率的上限下进行操作以维持反应器中用于进行有效物质传递和反应的所需多相流动特性。

如果污泥臭氧化的目的是优化污泥减少且臭氧化污泥返回曝气池，则活塞流反应器中的臭氧剂量优选地在约0.04g至约40.0g臭氧/天/kg污泥的范围内，更优选地在约1.0g至约20.0g臭氧/天/kg污泥的范围内以确保丝状生物体和非丝状生物体两者的臭氧化，更优选地在约2.0g至约6.0g臭氧/天/kg污泥的范围内。针对此类应用，活塞流式反应器中的优选停留时间分布范围在约10秒至约60秒。

如果污泥臭氧化的目的是增强废水处理过程中的养分平衡，例如在废水处理系统的缺氧、需氧或厌氧部分中提供额外的用于反硝化过程的容易降解的碳源，则优选臭氧剂量在维持COD与氮的比率和/或COD对磷的水平在适当的范围内（例如COD与氮的比率为至少4:1）所需的范围内。更具体地讲，活塞流反应器中的臭氧剂量优选地在约0.1g至约40.0g臭氧/天/kg污泥的范围内，更优选地在约0.3g至约20.0g臭氧/天/kg污泥的范围内以确保适当的COD与氮的比率和/或COD对磷的水平。此应用中的活塞流式反应器中的优选停留时间分布范围在约10秒至约60秒。然而，应理解，在应避免增强经处理的物流的氧溶解度（例如当将臭氧处理过的物流进料至缺氧或厌氧池时）的应用或配置中应当采用较低的停留时间。

如果污泥臭氧化的目的是增强厌氧或需氧消化器中的消化过程，则经处理的污泥的臭氧剂量优选地在经处理的物流中的每千克总悬浮固体约0.04g至30g臭氧的范围内，更优选地在经处理的物流中的每千克总悬浮固体约0.01g至10g臭氧的范围内。此应用中的活塞流式反应器的优选停留时间分布范围为约10秒至约60秒。

上述使用臭氧处理污泥的方法和系统可单独使用或结合其它污泥减少或其它处理技术来使用。除了污泥减少之外，本发明污泥臭氧化技术的其它优点和目的包括污泥调质、管理养分水平(C/N/P)、改变用于增强沉降或消化器操作的污泥絮凝物、用于增强消化的细胞裂解以及将不能生物降解的材料转化成可生物降解的形式。

此外，本文所述优选方法中所涉及的每个具体步骤和优选系统中的每个部件可容易地进行修改或调整以满足特定处理系统的独特设计和操作要求。例如，本发明方法和系统中待臭氧化的污泥可为返回活化污泥、废活化污泥、固体废物抽吸物或初级固体和二级固体的任意组合。

虽然已通过具体实施方案及其相关过程对本文所公开的发明进行了描述，但本领域技术人员可对它们作出各种修改和变换而不脱离权利要求中限定的本发明范围或不牺牲其所有重要优点。

Claims (19)

1.一种处理废水的方法，其包括以下步骤：

将废水流入物接纳到废水处理系统中，所述废水处理系统具有至少一个缺氧或厌氧部分和至少一个需氧部分；

在所述废水处理系统的生物反应器中处理所述废水以产生包含生物固体的污泥；

将所述污泥的一部分转移至活塞流型反应器；

将臭氧引入所述活塞流型反应器中的污泥中以引起所述污泥中的生物固体的裂解；和

将所述臭氧化污泥提供给所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括剪切所述臭氧化污泥的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述废水处理系统的所述至少一个缺氧或厌氧部分包括缺氧池、厌氧池、厌氧消化器或固体/液体分离段。

4.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述臭氧化污泥的一部分提供给所述废水处理系统的发酵段，其中挥发性有机酸在所述发酵段中生成。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：

对所述臭氧化污泥进行脱气以将所述臭氧化污泥中的氧含量降至预定水平；和

将从所述臭氧化污泥去除的气体再循环至所述废水处理系统内的需氧部分或其它部分。

6.根据权利要求1所述的方法，其中引入臭氧的步骤还包括以转移至所述活塞流型反应器的污泥中每千克总悬浮固体0.01至1.0克臭氧的范围引入臭氧。

7.根据权利要求6所述的方法，其中引入所述活塞流型反应器中的污泥的臭氧的量基于以下各项确定：(i)所述废水处理系统的一部分中检测到的硝酸盐或总氮水平；或(ii)流出物或所述废活化污泥中的磷水平。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与氮的比率为至少4:1。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与磷的比率为至少25:1。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与氮的比率大于所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分中的化学需氧量与氮的比率或其化学需氧量与磷的比率大于所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分中的化学需氧量与磷的比率。

11.根据权利要求1所述的方法，其还包括在将所述臭氧化污泥提供给所述废水处理系统的所述缺氧部分的步骤之前在消化器或发酵罐中处理所述臭氧化污泥的步骤。

12.根据权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：

使用所述臭氧化污泥物流的固体/液体分离来去除上清液，其中所述臭氧化污泥富含可溶解的化学需氧量和其中所述上清液；

从所述上清液回收磷；和

将所述上清液提供给所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分。

13.根据权利要求1所述的方法，其中引入臭氧的步骤还包括对来自所述废水处理系统的至少一部分的臭氧进行再循环并将再循环的臭氧引入所述活塞流型反应器中的污泥中。

14.一种废水处理系统，其包括：

至少一个厌氧部分或缺氧部分，其被布置用于接纳废水流以对所述废水流中的物质进行缺氧或厌氧微生物分解；

活塞流型反应器，其被构造用于接纳包含生物固体的污泥物流并且将臭氧引入所述污泥中以诱导所述污泥中的生物固体裂解；和

导管，其被布置用于将来自所述活塞流型反应器的臭氧化污泥提供给所述厌氧池或缺氧池。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述废水处理系统的所述至少一个缺氧或厌氧部分包括缺氧池、厌氧池、厌氧消化器或固体/液体分离段。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与氮的比率为至少4:1。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与磷的比率为至少25:1。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述臭氧化污泥的化学需氧量与氮的比率大于所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分中的化学需氧量与氮的比率或其化学需氧量与磷的比率大于所述废水处理系统的所述缺氧或厌氧部分中的化学需氧量与磷的比率。

19.根据权利要求14所述的系统，其还包括脱气系统，所述脱气系统设置在所述活塞流型反应器的下游且被构造用于对所述臭氧化污泥进行脱气，以将所述臭氧化污泥中的氧含量降至预定水平且将从所述臭氧化污泥中去除的气体再循环至需氧池或所述废水处理系统内的其它部分。