專利名稱：：廢水臭氧化用于污泥減量或泡沫和膨脹的控制的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及廢水處理的方法和系統(tǒng)，更特別地涉及為了污泥減少和泡沫控制而用臭氧在高選擇性反應器中對污泥的處理。
背景技術：
：常規(guī)的廢水處理方法包括在稱為活化污泥處理的過程中，在需氧或厭氧類型過程中使廢水物流與細菌接觸。這些細菌消耗廢水中所含的部分底物材料或廢物，所述底物材料或廢物通常為包含碳、氮、磷、硫等等的有機化合物。通常，部分廢物被消耗來推動細菌細胞的新陳代謝，或者維持細菌細胞的生理機能。此外，部分廢物也被消耗作為新細菌細胞合成過程的一部分?；罨勰嗵幚磉^程產(chǎn)生一定量的污泥和附帶的固體，必須從處理池中不斷去除這種固體以維持穩(wěn)態(tài)污泥平衡，這對活化污泥處理系統(tǒng)的高效運行是至關重要的。為了將處理設備的廢物去除能力保持在穩(wěn)定狀態(tài)，控制活化污泥處理過程中新細菌細胞的生成是很重要的。新細菌細胞合成過多超過了穩(wěn)態(tài)或接近穩(wěn)態(tài)的廢物處理所需的量會導致形成過量的生物固體，原因是這類新合成的但不是必需的細菌細胞的積聚。在活化污泥處理過程中，這種過量的生物固體必須被不斷去除。實現(xiàn)污泥去除的現(xiàn)有方法包括將污泥運送到堆填區(qū)，將污泥用于土地應用或農(nóng)業(yè)目的，以及污泥焚化。大多數(shù)污泥處置操作都需要對污泥做一定的預加工；一種本領域公知的方法是固相處理。固相處理方法通常運行成本高且耗時長，并且通常包括一個或多個以下步驟(a)在濃縮器中濃縮所述污泥，通常需要使用聚合物；(b)消化所述污泥以穩(wěn)定細菌并進一步減少污泥的體積和病原體含量；(c)將污泥脫水至達到約15-25%固體含量；這包括使污泥通過離心機或其他固-液分離型裝置；(d)貯存所述污泥；以及(e)運送到目的地用于堆填、由農(nóng)夫進行土地應用或其他最終用途。據(jù)估計，與固相處理和處置過程相關的費用可占整個廢水處理過程相關總操作費用的20-60%。由于與固相處理和處置相關的成本和時間，使廢水處理過程中產(chǎn)生的過量污泥的量最小化是有利的。在常規(guī)活化污泥處理系統(tǒng)和方法中，需要氧氣來進行底物材料(即廢物)的化學氧化，以及新細胞的合成和細菌細胞的代謝過程。在氧氣外還使用臭氧來處理污泥也有報導。更具體地，已經(jīng)報導了污泥的臭氧處理結(jié)合機械攪拌器和/或提供動態(tài)混合的泵。污泥-臭氧接觸通常以連續(xù)攪拌釜式反應(CSTR)模式進行，并且由于臭氧對細胞壁的強氧化作用發(fā)生胞溶(細胞壁的完整性被破壞)。胞溶導致釋放出細菌細胞中底物富集的細胞內(nèi)成分。通過這種方式，在其它情況作為過量污泥排放的固體細胞被胞溶，并且通過如此處理它們被轉(zhuǎn)化為底物，其隨后可被處理池中的細菌所消;耗。所述細胞內(nèi)成分是由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖和其他糖類、DNA、RNA和有機離子組成的液體基質(zhì)。由于以連續(xù)攪拌反應器方式進行污泥臭氧接觸時選擇性較低，使用現(xiàn)有的污泥臭氧化方法消耗了過量的臭氧。此外，某些在先報導的臭氧應用需要特定的污泥預加工或改性。這類預加工和改性可包括調(diào)節(jié)污泥的pH值、提高污泥的溫度、提高臭氧處理容器的壓力或者使污泥通過厭氧預消化步驟。因而，臭氧在污泥處理中的在先應用包括了額外的復雜性、材料、設備和更高的相關成本。有三種主要的用于反應器系統(tǒng)的方法是公知的，分別是連續(xù)攪拌釜式反應器系統(tǒng)(CSTR)、更高選擇性的活塞流反應器(PFR)和間歇式反應器系統(tǒng)(BRS)。不同反應器方式之間的主要差別基本上在于(i)分子停留在反應空間內(nèi)的平均時間量，也稱為停留時間；(ii)反應"包(parcd)"之間的相互作用，例如在CSTR中有明顯的返混，而PFR的特征是非常有限的(如果有)返混；以及(iii)所得收率。除了與污泥減少相關的困難，在很多廢水處理操作中的其它難以克服的挑戰(zhàn)之一就是對廢水中起泡和膨脹的控制。起泡和膨脹問題通常是由廢水中存在的大量絲狀細菌(例如諾卡菌屬(Nocardia)和Parvicella細菌)造成的。這種絲狀生物體容易在廢水中繁衍興旺，在所述廢水中有低含量的溶解氧或者在廢水中缺乏營養(yǎng)物，其特征為低養(yǎng)分與微生物比。起泡問題通常特征在于存在覆蓋至多25%的活化污泥池表面的淡棕褐色泡沫，其通常有助于在廢水裝置內(nèi)產(chǎn)生操作問題，包括不適宜的臭味、固體沖蝕和通常有害的工作條件。另一方面，膨脹的特征在于存在絲狀生物體，其從絮凝物中伸出，由此造成對污泥的沉降和壓實性質(zhì)的影響。這樣對澄清器性能造成不利影響，并通常導致較差的排水質(zhì)量。廢水處理操作中對膨脹和起泡問題的控制需要消除或控制廢水中的絲狀生物體。通常，對廢水中絲狀生物體的控制是通過在該活化污泥池中添加氧化劑(例如氯、過氧化物和臭氧)而實現(xiàn)的?？刂平z狀生物體的替代方式包括提高營養(yǎng)素載荷或改進污泥的含氧狀態(tài)或兩者。發(fā)明概述本發(fā)明可以寬泛地表征為用臭氧或其它氧化劑處理廢水用于去除污泥或控制起泡和膨脹的方法。所公開的方法包括以下步驟(a)將廢水流入液接收到廢水處理反應器中；(b)在該廢水處理反應器中氧化生物固體；(cx)從該廢水處理反應器中排出物流；(d)將從該廢水處理反應器中排出的該物流的一部分轉(zhuǎn)移到高選擇性處理反應器中；(e)將氧化劑引入該高選擇性處理反應器中用于對該轉(zhuǎn)移的物流作進一步處理；和(e)將經(jīng)過進一步處理的物流返回到該廢水處理反應器中。在該高選擇性反應器中對物流的處理可包括例如用臭氧對物流的處理用于污泥減少、用臭氧對物流的處理用于起泡控制，或者對液體物流的處理用于控制。該優(yōu)選的降低廢水的起泡或膨脹的方法包括以下步驟(a)在該活化污泥池中氧化生物固體；(b)將活化污泥物流從該活化污泥池中排出；(c)將從該活化污泥池中排出的該活化污泥物流的一部分轉(zhuǎn)移到臭氧處理反應器中；(d)將臭氧引入該臭氧處理反應器中的轉(zhuǎn)移的物流，以引起絲狀細菌的胞溶；和(e)將該經(jīng)過臭氧化的液體物流返回到活化污泥池中。附圖簡述從以下結(jié)合附圖呈現(xiàn)的本發(fā)明的更詳細的描述中，其以上和其它方面、特征和優(yōu)點將更加顯而易見，其中圖1是包括本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施方式的活化廢水處理系統(tǒng)的示意圖；圖2是顯示依照本發(fā)明所公開的實施方式的過量污泥處理方法的操作性能的圖表；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的替代實施方式的示意圖，其中將富含臭氧的氣體在多個位置引入該高選擇性反應器中；圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一替代實施方式的示意圖，其中該反應器的排出管線連接該反應器下游的一些其它污泥后處理工藝；圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一替代實施方式的示意圖，其中該富含臭氧的氣體注射系統(tǒng)在與該反應器相連的泵處或其附近注射該富含臭氧的氣體；圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的另一實施方式，其中在該高選擇性反應器之前對污泥進行預處理；圖7是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一替代實施方式，其中該富含臭氧的氣體和液體物流之間的氣液接觸發(fā)生在該反應器的上游；圖8是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施方式，其中該經(jīng)過處理的液體物流是來自活化污泥池的混合液體物流；圖9是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施方式，其中該經(jīng)過處理的物流是另一RAS物流；和圖10是描迷在臭氧化之前的幾周內(nèi)和在依照本發(fā)明的臭氧化過程中的幾周內(nèi)活化污泥處理池中選定的絲狀細菌的存在的圖表。在整個幾幅附圖中相應的附圖標記表示相應的組件。發(fā)明詳述在常規(guī)活化污泥處理系統(tǒng)和方法中，需要氧氣來進行底物材料的化學氧化，以及新細胞的合成和細菌細胞的代謝過程。處理過程中底物材料的化學氧化的需氧量通常稱為化學需氧量(COD)，而用于通過消耗底物進行新細胞合成和維持細菌細胞代謝過程來去除所述底物的需氧量稱為生物需氧量(BOD)。圖1顯示了包括本發(fā)明的污泥臭氧化系統(tǒng)(12)的活化污泥處理系統(tǒng)(10)的示意圖。其中可見，典型的活化污泥處理系統(tǒng)(10)包括適于接收廢水流入液的入口管道(14)、各種預處理裝置(16)和廢水處理反應器(20)(其可以是曝氣池、膜生物反應器或其它用于使用微生物生命實現(xiàn)從水中除去廢物的系統(tǒng))。所示的系統(tǒng)還包括一個或多個適于將凈化液體與聚集的污泥相分離的澄清器或過濾模件(22)、用于將流出液或凈化液體輸送到排放器(23)的出口管道(24)、廢物活化污泥管線(26)和適于將經(jīng)過處理的物流輸送并返回到活化污泥池(20)或其它高選擇性反應器的返回活化污泥(RAS)管線(28)。還示出了消化池(25)和脫水裝置(27)。在該示出的實施方式中，包括一些生物固體或污泥作為該廢物活化污泥(WAS)的一部分，該生物固體或污泥的一部分沿該RAS管線(28)從該澄清器(22)輸送到該活化污泥池(20)。這樣將規(guī)定量的包括該污泥和生物固體的液體轉(zhuǎn)移到該污泥臭氧化反應器(30)用于臭氧化。然而，該轉(zhuǎn)移的物流在進入該反應器(30)之前無需進行處理或改性。本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)(12)和方法包括使用經(jīng)設計以有效處理轉(zhuǎn)移的物流的高選擇性處理反應器(30)。該高選擇性處理反應器優(yōu)選為活塞流反應器(30)，其接收轉(zhuǎn)移的物流(32),該轉(zhuǎn)移的物流與該RAS管線(28)平行流動或是該RAS管線(28)的側(cè)流。污泥減少為了污泥減少的目的，通過活塞流反應器(30)的總體積流率優(yōu)選為廢物活化污泥(WAS)的當量體積流率的約1倍到廢物活化污泥(WAS)的當量體積流率的約40倍。廢物活化污泥(WAS)的當量體積流率的約1-40倍這一范圍部分確立了活塞流反應器(30)內(nèi)的最佳氣液比。優(yōu)選地，所述氣液比應小于或等于1.0?？偽勰囿w積流率是可調(diào)的，并且優(yōu)選結(jié)合富含臭氧的氣體流量和該活塞流反應器中富含臭氧的氣流中的臭氧濃度來控制，以實現(xiàn)所需水平的污泥或生物固體減少，同時使所需臭氧劑量最小。如圖1所示，使轉(zhuǎn)移的污泥流(32)通過泵(34)到顯示為活塞流反應器(30)的污泥臭氧化反應器。活塞流反應器(30)包括足夠長度的管路(36),其與所述流率一起確保污泥在活塞流反應器(30)中停留時間，該停留時間足夠確保臭氧的有效溶解和臭氧與生物固體的反應。所示實施方式還包括一個或多個氣體注射系統(tǒng)(40),富含臭氧的氣體通過該系統(tǒng)引入活塞流反應器(30)。優(yōu)選的氣體注射系統(tǒng)(40)包括富含臭氧的氣體的供應源，和一個或多個用于將富含臭氧的氣體注射到污泥中的噴嘴或文丘里類型裝置(42)。優(yōu)選地，所述富含臭氧的氣體的供應源是連接氧氣來源8器(44)?？蛇x擇地，富含臭氧的氣體物流(46)可由專門的現(xiàn)場臭氧儲存系統(tǒng)供應。優(yōu)選地，所需臭氧濃度大于或等于6%。臭氧的較高濃度是優(yōu)選的，因為該較高濃度幫助確保污泥接觸器中的氣液比保持在最佳范圍內(nèi)。優(yōu)選將富含臭氧的氣體以額定壓力供應給所示實施方式，并且通常壓力低于活塞流反應器(30)中臨近注射裝置(42)的部分內(nèi)的操作壓力。以這種方式，通過由跨越注射裝置(42)的壓降產(chǎn)生的真空抽吸將富含臭氧的氣體攝入并穿過注射裝置(42)。然而，本領域技術人員可以想到以高于活塞流反應器(30)或其他氣液接觸密封裝置(enclosure)內(nèi)壓力的壓力來供應所述富含臭氧的氣體的實施方式。氣體注射系統(tǒng)(40)還包括適合的控制裝置或機構(未示出)，使得能可操作地控制注射速率、計時(timing)和富含臭氧的氣體的體積?？刂茪怏w注射速率、注射計時和富含臭氧的氣體體積的目的是提供有效的氣液接觸，并促進臭氧最適宜地溶解入流過活塞流反應器(30)的液體物流中。更具體地，氣體注射系統(tǒng)的控制優(yōu)選調(diào)節(jié)至預定的氣體流量對液體流量的比例范圍內(nèi)，其中由通過注射裝置(42)的注射速率、計時和氣體體積來確保氣體流量，而所述液體流量代表通過活塞流反應器(30)的污泥流量。氣液比的優(yōu)選范圍是小于或等于約1.0。該氣液比確保所述氣體或臭氧適宜地分散在所迷液體中，并進一步確保在流體混合物中沒有過量的氣體。使過度的返混和攪動最小化。更重要地，上述氣液比與其他相關流動特性實現(xiàn)了過度返混和攪動的最小化，并避免了各物流的分層(stratification)。通過活塞流反應器(30)之后，臭氧化的污泥通過返回管(50)返回設備RAS管線(28)。可選擇地，離開活塞流反應器(30)的臭氧化的污泥或液體物流可通過與RAS流的剩余部分分開的管線返回活化污泥池(20),或者可返回到廢水處理設備的不同部分。通常，如果主RAS流流向缺氧或厭氧池，那么可能優(yōu)選臭氧化的污泥(現(xiàn)在也已高度氧飽和)流向氧或需氧池。否則，所述臭氧化污泥的氧含量會擾亂缺氧或厭氧段中所需的條件。在RAS管線(28)或返回管(50)的末端是可選的噴射機構、噴射器或出口噴嘴設置(未示出)，其適用于在活化污泥池(20)的表面或足夠深度處返回所述臭氧化的污泥，并確保臭氧化污泥與活化污泥池(20)中的主體9液體混合良好。噴射機構或出口噴嘴設置(未示出)還用來促進上述過程中的氧回收。所公開的污泥臭氧化處理系統(tǒng)背后的工作原理包括所述生物固體與溶解的臭氧在活塞流反應器內(nèi)的接觸，在該反應器內(nèi)發(fā)生氧化劑(溶解的臭氧)和生物固體之間的初步(primary)接觸和反應。本發(fā)明方法需要污泥的液體物流或混合液與富含臭氧的氣體之間的有效的氣液接觸，以促使臭氧有效地溶解在所述液體物流中。通過適當設計的活塞流反應器和富含臭氧的氣體注射技術來實現(xiàn)有效的氣液接觸。在富含臭氧的氣體與生物固體在活塞流反應器內(nèi)的反應中，由于臭氧誘導的細菌細胞壁的化學氧化，細菌細胞的細胞壁被破壞或削弱。細菌細胞壁的這種破壞被稱為胞溶(lysis),并且其導致細菌細胞的細胞內(nèi)成分釋放出來。所述細胞內(nèi)成分通常是由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖和其他糖類、DNA、RNA和有機離子組成的液體基質(zhì)。由于所述胞溶，原本會形成堆積并在固相處理過程中排放的生物固體的固體細胞被轉(zhuǎn)化為底物(COD)組分，隨后被活化污泥處理池中的細菌所消耗。使用活塞流反應器，通過提供過量細菌細胞或生物固體與溶解的臭氧之間的窄范圍的接觸時間，從而臭氧僅用于或者主要用于導致細菌細胞胞溶("初級反應")的氧化過程，從而實現(xiàn)高選擇性的胞溶反應。理想地，臭氧劑量和液氣接觸時間受到限制，從而不會進一步氧化細胞成分("次級反應，，)。這提供了最有效的臭氧利用，以最少的臭氧劑量取得了最大的污泥減少。優(yōu)選的接觸時間為約10-60秒。攝入污泥中的臭氧劑量也可以通過調(diào)整氣流中的臭氧濃度或者調(diào)整注射到污泥中的富含臭氧的氣體的流率或者兩者同時調(diào)整來進行控制。臭氧劑量控制的目的是以最小的臭氧用量實現(xiàn)所需的細胞胞溶活性?，F(xiàn)在參見圖2,舉例說明了描述根據(jù)所公開實施方式的在活塞流反應器中對污泥進行臭氧化的活化污泥處理方法與現(xiàn)有技術教導的污泥減少方法的工作性能比較的圖表，其中現(xiàn)有技術的污泥減少方法包括以連續(xù)攪拌反應方式對RAS的一部分進行臭氧化，隨后將其直接返回活化污泥池的活化污泥處理方法。在兩個實施例中均使用了相同的臭氧流率。如圖所示，本發(fā)明臭氧化方法相關曲線(60)的較陡峭分布圖表明胞溶過程以更快的速度進行，并且每單位所用臭氧的總固體減少或消除量提高。在兩種情況下使用相同的總臭氧劑量，使用曲線(60)描述的本發(fā)明臭氧化方法在最初的40分鐘內(nèi)去除了約1600mg/L的固體，相比之下使用曲線(62)描述的常規(guī)臭氧化方法去除了約400mg/L的固體。表1顯示了使用上述臭氧化方法在廢水處理設備中的生物固體生成與不使用本發(fā)明污泥臭氧化反應器及相關方法時在相同廢水處理設備中的生物固體生成的另一對比結(jié)果。同樣，表2顯示了本文公開的污泥臭氧化系統(tǒng)及方法與各種其他報導的污泥臭氧化實例之間的污泥減少性能的比較。如表中所示，本文公開的污泥臭氧化系統(tǒng)的去除因子(即每kg所用臭氧的總污泥去除量kg)遠超過現(xiàn)有技術文獻中公開系統(tǒng)的表觀去除因子。表1生物固體減少<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>Wat.Sci.Tech36-(l1)pp163-170Kobayashi等(2001)Proceedingsofthe15thOzoneWorldConference,LondonNR0.2504.00Sie簡等(2003)Proc.ofthe3rdConfforWaterandWastewaterTreatment,Goslar0.050.3952.53本發(fā)明污泥臭氧化系統(tǒng)0.003-0.010.05020.00圖3-9舉例說明了本發(fā)明污泥處理方法的替代實施方式。具體地，圖3舉例說明了一污泥處理方法的實施方式，其中在活塞流反應器(30)處或其附近將富含臭氧的氣體注射或者以其它方式在多個位置引入。多點注射可有利于更精確地控制或?qū)崿F(xiàn)需要在活塞流反應器(30)中進行的改進的氣液接觸。圖4還舉例說明了本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)和方法的另一實施方式，其中從高選擇性反應器(30)的返回管道(50)并不直接返回該連續(xù)攪拌罐反應器或活化污泥池(20),而是返回到該活塞流反應器(30)下游的一些其它后處理工藝，例如消化池、污泥穩(wěn)定單元或二級處理池(70)。在這種實施方式中，可以預料到將非臭氧的化學試劑(例如氯、殺生物劑、聚合物、除臭劑或甚至其它適于進行所需處理工藝的氣體混合物)注射到該高選擇性處理反應器中。圖5舉例說明了本發(fā)明污泥處理系統(tǒng)和方法的一種實施方式，其中活塞流反應器(30)包括泵(34)和適用于在泵(34)處或其附近注射富含臭氧的氣體的富含臭氧的氣體注射系統(tǒng)(40)。圖6舉例說明了污泥臭氧化系統(tǒng)(12)的另一實施方式，其中通過污泥濃縮器或其他用于固體濃縮的裝置(80)對用于在活塞流反應器(30)中處理的污泥進行預加工?？蛇x擇地，可用水對待轉(zhuǎn)移至活塞流反應器(30)的污泥進行稀釋(未示出)，以產(chǎn)生具有較低固體濃度的液體物流進入活塞流反應器(30)。可用于本發(fā)明公開的實施方式的其他預加工或預處理技術包括在轉(zhuǎn)移至活塞流反應器之前，使污泥通過消化池或其他用于污泥穩(wěn)定化或固相處理的裝置。其他與本發(fā)明污泥臭氧化系統(tǒng)和方法相兼容的污泥預12處理技術包括向污泥中加入增溶劑、應用超聲波、均質(zhì)化和其他混合或攪拌裝置。同樣，也可使用能幫助細菌細胞的胞溶或者增強污泥消化能力的化學試劑。圖7舉例說明了本發(fā)明污泥臭氧化系統(tǒng)(12)和方法的實施方式，其中所述臭氧富集氣體和液體物流之間的初次氣液接觸在活塞流反應器(30)的上游和/或RAS管線(28)中出現(xiàn)。在所舉例說明的實施方式中，在活塞流反應器(30)的上游設置有諸如噴霧器、擴散器、文丘里裝置或者高速混合噴嘴的氣體-污泥接觸器裝置(82)。氣體-污泥接觸器裝置(82)將混合物排入活塞流反應器(30)中，在其中出現(xiàn)細菌細胞胞溶和其他反應。在RAS管線(28)或活塞流反應器(30)上游出現(xiàn)初次氣液接觸的本發(fā)明污泥臭氧化系統(tǒng)和方法的那些實施方式中，可將富含臭氧的氣體供應到液體物流上部的頂部空間，或者可在壓力下相對于液體物流以預定方向供應到預定的混合區(qū)域(例如，機械攪拌的氣體-污泥接觸器裝置的葉輪區(qū)，或者定向為相對于液體表面有預定角度和距離的諸如噴嘴、噴霧器和擴散器的注射裝置)。圖8顯示了另一替代實施方式，其中經(jīng)過處理的液體物流并不是澄清器底流或以其它方式轉(zhuǎn)移自RAS，而是通過管道39取自曝氣池29的"混合液，，流體。再次，在該實施方式中，可以預料到將非臭氧的化學試劑(例如氯、pH調(diào)節(jié)劑、殺生物劑、除臭劑或甚至其它適于進行所需處理工藝的氣體混合物，例如二氧化碳、氮氣、氧氣、臭氧及其混合物)注射到該高選擇性處理反應器的污泥物流中。對于使用膜生物反應器構造的活化污泥處理系統(tǒng)，該替代實施方式將可能與圖8中所示的相似，但將不包括對澄清器的使用，作為替代將使用在曝氣池內(nèi)的聚合或陶覺膜單元(未示出)。轉(zhuǎn)移的液體物流將是通向活塞流反應器或其它高選擇性處理反應器的混合液。圖9顯示了另一替代實施方式，其中該經(jīng)過處理的液體物流并不來自主RAS(28)，而是稱作替代RAS(32)的獨立平行流。該實施方式用于將主RAS(28)從澄清器(22)供給缺氧池(19)而不是直接供給活化污泥池(20)的廢水處理裝置。因為廢水處理裝置日益需要實現(xiàn)特定的反硝化需求，因此主RAS流(28)通常通向或通過缺氧池(19)。在一些操作中，該缺氧池(19)僅是主曝氣池(20)頂部或其附近的無氧區(qū)域。在其它廢水設備操作中，該缺氧池(19)是與主活化污泥池(20)分開的罐或池。在任一情況下，本發(fā)明的污泥臭氧化系統(tǒng)工藝將滿足在缺氧池中反硝化的目的。因此，將分開的RAS管線(32)(稱作替代RAS管線)與活塞流反應器(30)、臭氧注射系統(tǒng)(40)相結(jié)合，直接與活化污泥池(20)的曝氣部分相連接。主RAS管線(28)中的流量通常大于替代RAS管線(32)中的流量。對處理系統(tǒng)(12)中的其它部件(包括以下項目，例如澄清池(22)、WAS管線(26)、臭氧注射器(42)、臭氧發(fā)生器(44)、泵(34)、流入液管線(14)和流出液管線(24))的描述和關系與參照上述實施方式描述的那些相類似，此處將不再重復。在上述實施方式中，對污泥進行有效且成本高效的臭氧化需要存在三個工藝條件(i)所用的臭氧主要用于細胞的胞溶或破壞，即實現(xiàn)胞溶反應的高選擇性；(ii)限制全部或部分胞溶的細胞暴露于反應器內(nèi)的額外的臭氧，因為這會導致細胞內(nèi)成分在反應器內(nèi)完全釋放，以及后續(xù)高成本的由所述額外的臭氧對所釋放底物的化學氧化，而非廉價得多的由活化污泥池中的細菌細胞對所釋放底物進行的生物氧化；以及(iii)實現(xiàn)細菌細胞在反應器內(nèi)的非常窄的停留時間分布范圍。通過使用活塞流反應方法，可在所述反應器或接觸器內(nèi)實現(xiàn)所有這些優(yōu)選的工藝條件。具體通過設計使污泥-臭氧流具有最小的返混，且所述接觸主要在大致管狀的結(jié)構內(nèi)進行來實現(xiàn)所述活塞流反應方法。具體地，所舉例說明的實施方式具有預定的或受控的停留時間，并且實現(xiàn)胞溶反應的高選擇性。在上述實施方式中，使用活塞流反應通過在細胞與溶解的臭氧之間提供窄范圍的接觸時間(即窄的停留時間分布)來實現(xiàn)胞溶反應的高選擇性，從而使臭氧僅用于導致胞溶的反應("初級反應")，并且臭氧化不會繼續(xù)進行以致進一步氧化細胞成分("次級反應，，)或者氧化次級反應的產(chǎn)物("三級反應")。這提供了最有效的臭氧利用，以最小的臭氧劑量實現(xiàn)了最大的污泥減少。如針對所舉例說明的實施方式所述的，可使用一個或多個氣體注射點，以使用于溶解的臭氧供應速率和生物固體與所溶解臭氧沿著活塞流反應器的預定長度的反應速率相匹配。這避免了臭氧供應過度或不足，促進了臭氧有效地用于細胞胞溶同時避免了使用臭氧來氧化細胞成分。如上所示，在該高選擇性反應器中可以將非臭氧的化學試劑或氣體直接應用到RAS中或應用到活化污泥的側(cè)流。其它化學試劑(例如氯、pH調(diào)節(jié)劑、殺生物劑、除臭劑或甚至其它氣體混合物，例如二氧化碳、氮氣、氧氣、臭氧及其混合物)可以適于對高選擇性處理反應器中的污泥流進行所需的處理方法。泡沫和膨脹控制如上所示，廢水處理操作中的起泡和膨脹問題通常是由廢水中大量存在的絲狀細菌(例如諾卡菌屬(Nocardia)和Parvicella)所造成的。本發(fā)明的在高選擇性反應器中的污泥臭氧化方法可以經(jīng)調(diào)整以減少絲狀細菌種群，其又導致活化污泥池中泡沫的減少或;肖除和膨脹的減少。如圖10中所示，在上述臭氧化處理之前的幾周內(nèi)監(jiān)控絲狀細菌(即諾卡菌屬(Nocardia)和Parvicella菌林)的存在。在幾周內(nèi)，諾卡菌屬(Nocardia)細菌基本上尋皮除去，而MicrothrixParvicella纟田菌顯著減少。大表面積的絲狀細菌轉(zhuǎn)變?yōu)榕c臭氧反應的高度脆弱性，對其它生物質(zhì)生物體(例如纖毛蟲、異養(yǎng)生物等)幾乎沒有或沒有不利影響。在高選擇性反應器中的臭氧化處理最初幾周內(nèi)，諾卡菌屬、Parvicella和其它絲狀細菌的這種減少和起泡和膨脹的相應減少無疑是顯著的。為了控制起泡和膨脹，將臭氧引入到高選擇性反應器內(nèi)的轉(zhuǎn)移的物流中優(yōu)選是密切控制的過程。特別地，在這種臭氧化方法過程中所用的臭氧優(yōu)選保持在約0.04-約5.0g臭氧/天/kg活化污泥池中的污泥的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約0.1~約1.5g臭氧/天/kg活化污泥池中的污泥的范圍內(nèi)。通過使用這種最優(yōu)化的小劑量的臭氧，本發(fā)明的方法確保在高選擇性反應器中的臭氧反應集中在絲狀生物體上，而對其它微生物種群的影響最小化。過量劑量的臭氧將影響除了絲狀生物體之外的非絲狀生物體。相反，在臭氧化的目的是使污泥減少最大化的情況下，臭氧劑量優(yōu)選在約0.04~約20.0g臭氧/天/kg池或廢水處理反應器中的污泥的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約1.0~約10.0g臭氧/天/kg污泥的范圍內(nèi)以確保絲狀生物體和非絲狀生物體的臭氧化，更優(yōu)選地在約2.0~約6.0g臭氧/天/kg污泥的范圍內(nèi)。本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)和方法還操作以將伴隨該臭氧的任何氧氣溶解在返回到活化污泥處理池的污泥中。如前所示，絲狀生物體容易在具有低含量的溶解氧的廢水中繁衍，因為這種大表面積的生物體與其它細菌細胞相比具有獲得廢水內(nèi)有限氧的固有優(yōu)點。因此，除了通過細胞的溶胞過程進行絲狀細菌控制之外，本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)便于改進污泥的總體含氧狀態(tài)，這樣使得絲狀生物體相對于其它細菌由于在污泥中低含量的溶解氧的增殖最小化。統(tǒng)設計或者在系統(tǒng)運行中控制所選的參數(shù)。優(yōu):地，、^于溶解的臭氧供應速率和生物固體或絲狀生物體與所溶解臭氧沿著活塞流反應器長度的反應速率相關聯(lián)。臭氧供應與活塞流反應器內(nèi)的生物固體或絲狀生物體反應速率之間的關聯(lián)避免了臭氧的過度供應或供應不足，從而促進了臭氧有效地用于細胞胞溶，同時避免了使用臭氧來進行次級反應。具有臭氧注入的活塞流反應器以特定方式設計和操作，從而使得污泥單次通過該活塞流反應器即可實現(xiàn)(i)過量的細菌細胞或(ii)絲狀細菌細胞或(iii)其組合的接近完全且基本均一的胞溶。優(yōu)選地，通過改變轉(zhuǎn)移且加工通過活塞流反應器的污泥的體積，精密控制停留時間分布，或者改變臭氧劑量，可以控制所減少的污泥量以及泡沫量?？蛇x擇地，所述高選擇性反應器可以特定方式設計和操作，使得需要多次流動通過所述反應器以實現(xiàn)所需的污泥和/或泡沫去除。根據(jù)所用活化污泥處理的類型，養(yǎng)料-對-微生物(F/M)比，即每天進入活化污泥池中的底物材料的克數(shù)與活化污泥池中的細菌細胞的克數(shù)數(shù)量之間的比值，的典型數(shù)值為約0.04-2.0克底物材料每天/克細菌細胞。類似地，細菌消耗底物材料之后新合成的細菌細胞的收率為約0.2-0.6kg生物固體/kg消耗的底物材料。因此，使用本發(fā)明的污泥臭氧化且由此減少污泥的方法，可以通過建^t或者經(jīng)驗性地確定減少約0.2-0.6kg污泥乘以每天引入活化污泥池的新底物材料的平均質(zhì)量(以kg表示)所需的待轉(zhuǎn)移至活塞流反應器的污泥量、停留時間和待注入反應器中的臭氧量。從經(jīng)濟的角度看，可以計算消除與生物固體體積相關的固相處理相對于在該過程中消耗的臭氧成本的成本節(jié)約。上述使用臭氧來處理污泥的方法和系統(tǒng)可單獨使用，或者與其他污泥減少技術結(jié)合使用。此外，本文所述的優(yōu)選方法中所用的每一具體步驟，和所述優(yōu)選系統(tǒng)中的每一組件均易于改造或調(diào)整來滿足使用該步驟和組件的特定活化污泥處理系統(tǒng)，以及對于給定活化污泥處理方法所期望的運行環(huán)境的特殊設計和操作要求。例如，與臭氧發(fā)生系統(tǒng)結(jié)合使用的氣源可包括空氣、富氧空氣、純氧氣或基本純的氧氣。然而，由于核心的活化污泥處理過程還具有基礎的氧氣需求，優(yōu)選使用基本純或純的氧氣作為氣源。此外，可以特定方式控制純或基本純的氧氣源的使用，以及富含臭氧的氣體在活塞流反應器內(nèi)或其附近的注入，從而使得活化污泥池的活化污泥加工中生物處理的全部氧氣需求的全部或者大部分由所述污泥臭氧化系統(tǒng)提供。根據(jù)前述內(nèi)容可知，本發(fā)明由此提供了使用富含臭氧的氣體來處理污泥的方法以及在廢水處理操作中的泡沫或膨脹控制的方法。雖然，在術人員在不脫離權利要求中限定的本發(fā)明范圍或者犧牲其所有材料優(yōu)勢的條件下，可對它們作出各種改造和變換。權利要求1.在廢水處理裝置中處理廢水的方法，包括以下步驟將廢水流入液接收到廢水處理反應器中；在該廢水處理池或反應器中氧化生物固體；從該廢水處理池或反應器中排出物流；將從該廢水處理反應器中排出的該物流的一部分轉(zhuǎn)移到高選擇性處理反應器中；將氧化劑引入該高選擇性處理反應器中用于對該轉(zhuǎn)移的物流作進一步處理；和將經(jīng)過進一步處理的物流返回到該廢水處理池或反應器中。2.權利要求1的方法，其中該氧化劑是臭氧，該轉(zhuǎn)移的物流的進一步處理包括用該臭氧引起該高選擇性處理反應器中的生物固體的胞溶。3.權利要求2的方法，其中將該臭氧以約1.0~lO.Og臭氧/天/kg該廢水處理池或反應器中的固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中，用于污泥減少。4.權利要求2的方法，其中將該臭氧以約0.001-O.lkg臭氧/kg在該高選擇性處理反應器中處理的固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中，用于污泥減少。5.權利要求l的方法，其中該氧化劑是臭氧，該引入的物流的進一步處理包括用該臭氧引起該高選擇性處理反應器中的絲狀細菌的胞溶。6.權利要求5的方法，其中將該臭氧以約0.1~約1.5g臭氧/天/kg該廢水處理池或反應器中的固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中，用于泡沫減少。7.權利要求5的方法，其中將該臭氧以約0.001-O.lkg臭氧/kg在該高選擇性處理反應器中處理的固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中，用于泡沫減少。8.權利要求1的方法，其中該將氧化劑引入到該高選擇性處理反應器中的步驟進一步包括將臭氧在響應于該廢水處理裝置的操作條件而隨時間變化的基礎上《I入到該高選擇性處理反應器中，該臭氧劑量在約0.04~約20.0g臭氧/天/kg該廢水處理池或反應器中的固體。9.降低活化污泥池中廢水的起泡或膨脹的方法，該方法包括以下步驟在該活化污泥池中氧化生物固體；將活化污泥物流從該活化污泥池中排出；將從該活化污泥池中排出的該活化污泥物流的一部分轉(zhuǎn)移到臭氧處理反應器中；將臭氧引入該臭氧處理反應器中的轉(zhuǎn)移的物流，以引起絲狀細菌的胞溶；和將該臭氧化的物流返回到活化污泥池中。10.權利要求9的方法，其中將該臭氧以約0.1~約1.5g臭氧/天/kg該活化污泥池中的生物固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中。11.權利要求9的方法，其中將該臭氧以約0.001~0.10kg臭氧/kg在該臭氧處理反應器中處理的固體引入該轉(zhuǎn)移的物流中。全文摘要公開了廢水的臭氧處理系統(tǒng)和方法。所公開的廢水處理系統(tǒng)(10)包括與活化污泥處理池(20)連接的高選擇性反應器(30)。該高選擇性反應器(30)適于接收直接或間接轉(zhuǎn)移自活化污泥處理池(20)的包含污泥的物流。所公開的廢水處理系統(tǒng)和方法適于將化學試劑(例如富含臭氧的氣體)注射到該轉(zhuǎn)移的物流中以在該高選擇性反應器內(nèi)進行處理，以減少污泥、控制泡沫或控制膨脹。然后將經(jīng)過處理的物流返回到活化污泥處理池中。文檔編號C02F3/12GK101522579SQ200780036542公開日2009年9月2日申請日期2007年9月28日優(yōu)先權日2006年9月29日發(fā)明者M·費比伊,R·諾瓦克申請人:普萊克斯技術有限公司