厌氧消化污泥的解体 本发明涉及权利要求1前序部分的处理含水有机废物的方法，并涉及权利要求6前序部分的相应设备。
污泥处理和处置系统正进入一个急剧变化的时期，主要受环境立法的推动。由于新污水处理场的建设和下水道连接数量的增加，市政污泥的总产量将大大增加。因此，有待处置的污泥数量也成倍增加。
大多数国家认识到，填埋处置不论就目前或者展望未来的水平都将不可能持续，原因在于对填埋空间竞争的日益加剧、成本较高、环境标准较苛刻以及鼓励循环利用政策的实施。大多数国家都对要填埋的污泥的物理性质施加正式或实际的限制，并引入限制有机物质沉积数量的措施。此种限制对于促进有机废物尽可能循环利用来说被认为是必要的。
城市地区所产生的污泥数量不断增长，要求能达到显著削减质量和体积的新处理方法。将高效减少污泥质量和体积与以有竞争力的成本生产可再用污泥产物的技术代表着最理想的解决方案。将解体(disintegration)技术结合到污泥处理方法中，将减少污泥数量和显著改善污泥品质。
基本上，解体方法是这样实施的，施加物理或化学方法以破坏细胞壁。于是，细胞壁碎裂并且细胞内化合物放出。产物既可用作需氧也可用作厌氧生物学方法中的底物(substrate)。
例如，文献JP 10249376描述一种方法，其中有机污水被分离为固相和液相。液相在曝气池中处理，固相则以污泥形式抽出并进行厌氧消化(anaerobic digestion)处理。残留地已消化的污泥加入到曝气池中。曝气池的流出物在最终沉淀槽中处理。沉淀后，污泥循环返回到曝气池。部分返回的污泥提取出来并送至臭氧化。制成的解体污泥循环返回到曝气池，在此，它进行生物降解。类似方法描述在文献EP-A-0 645 347和WO 99/09327中。
本发明的一个目的是进一步减少残余污泥数量。该目的是由权利要求1的方法实现的。用于处理含水有机废物的相应设备在权利要求6中给出。
通过将解体物质送回到增稠阶段(thickening stage)，解体物质的液体被吸出，而固体则接受厌氧消化处理。于是，污泥的体积减少了，而按照现有技术，解体污泥循环返回到曝气池，而不预先进行固-液相分离。
本发明有利的实施方案在权利要求2～5和7～10中给出。
例如，利用臭氧解体具有某些优点：与机械或热解体技术相比，氧化方法具有一个主要共同优点。难溶COD(复杂有机结构)被氧化并转变为BOD(可生物降解低分子量化合物，例如，甲酸或乙酸(acidicacid))。相反，不同于其他氧化方法(例如，湿氧化)，臭氧化不要求额外的化学试剂用量。结果，在该方法的下游不要求对流出物实施后处理。臭氧化方法唯一的副产物是分子氧，它可有利地再用于需氧生物降解过程。
另外，臭氧是高反应性氧化剂，因此，仅需要注入少量气体(0.1～0.15gO3/gSS)就能实施污泥解体。与其他类型市政废水和污水处理场相比，臭氧化装置相当小。另外，在(a)臭氧发生、(b)气体注入系统和(c)反应罐设计等领域的进一步研发，将导致过程效率的提高。
下面将通过配合示意图描述一个实例来说明本发明，附图中显示一种本发明的废水和污水处理系统。
在一次沉淀1中净化的废水送入到废水处理装置2中，在废水处理装置2中进一步净化的液体10送入到沉淀槽3，在沉淀槽3中进一步净化的液体被抽出，即为净化水11。多余污泥从供以废水8进料的一次沉淀1中抽出，作为一次污泥14，并从废水处理装置-即这里的生物净化装置2-后面的沉淀槽3中抽出，作为多余活性污泥15。两种类型污泥14、15接受预增稠处理4，随后(数字代号8)进行厌氧消化5的处理。消化的污泥(消化罐体积的100～300％)16连续喂入到采用臭氧的污泥解体装置6。污泥解体装置6的臭氧源主要由臭氧发生器和向污泥解体装置6的反应罐喂入臭氧的气体注入系统组成。经过一定反应时间(约30分钟，具体视气体注入系统效率而定)之后，处理的污泥12从解体装置6放出并循环返回到增稠设施4。在该加工阶段，达到所有三种污泥类型——(a)一次污泥14、(b)多余活性污泥15和(c)解体的消化的污泥12——的固-液相分离。上层清液相7循环返回到废水处理装置2，而增稠的固相8送入到厌氧消化罐5中。残余污泥(80～90％无机化合物)13排掉。
增稠是一种通过移出部分液体成分来提高污泥固体含量的步骤。例如，多余活性污泥一般从二次沉淀槽抽出时干物质含量为0.8％，如果增稠到4％干物质的含量，则污泥体积减少到原来的1/5。增稠通常是借助物理手段完成的，包括重力沉降、浮集或离心。
厌氧消化过程依赖于原料污泥中存在的蛋白质、碳水化合物、脂类或其他可降解有机物质的微生物降解，以及它们在隔绝空气条件下转变为由甲烷和二氧化碳组成的生物气体(biogas)的过程。这些代谢过程导致某些细菌的生长，但厌氧生物合成所产生的细胞比需氧过程中出现的小的多，因此厌氧系统中新固体的生成微不足道。
典型而言，污泥中有机物质的仅约50％易于发生厌氧生物降解作用变为气体，而另一半有机物质则较为顽固(例如，木素-纤维素材料)，因此只能非常缓慢地降解。被厌氧消化的污泥在生物学上是稳定的(不再具有发酵的倾向)。
液相7包含随细胞质释放出来的溶解的有机化合物(例如，氨基酸、核酸和脂肪酸)。它可作为碳源用来平衡高氮负荷(high nitrogenloading rate)期间脱氮过程中额外碳的需求。另一方面，固相8包含细胞碎片(生物固体)，随着该难溶COD已被转化为BOD，它也代表一种生物降解用的良好底物。破裂和解体的生物固体12返回到厌氧消化5的循环，具有许多诱人的方面，这将在下面一节中加以描述。
解体生物固体的厌氧消化5使污泥达到高度稳定化，因为它促使有机物质减少。另外，残留污泥数量还可再削减30～40％(总污泥减少最高达60％)。AD(厌氧消化)过程的限速步骤是初期溶解阶段。当采取污泥解体时，该反应得到加速。因此，污泥在AD反应器5中的停留时间可从标准的15～20天减少到不足10天。结果，消化罐容积可减少，从而节省投资和操作成本。操作成本受两个方面影响，(a)反应器加热的需求较小以及(b)难溶COD变为BOD的转化，从而提供较高生物气体收率并因此增加生物气体的发电量。最后，由于丝状絮凝物(造成水滞留在污泥中的成分)在解体期间遭到破坏，残留污泥的脱水性能得到改善。
本发明方法可应用于由机械处理、生物净化和化学沉淀组成的传统废水处理系统。它适合所有类型废水处理工艺(单段-、两段-活性污泥-，顺序间歇反应器(SBR)工艺等)。
例如，按照所描述的本发明，容量为20,000m3/d的传统废水处理场用的污泥处理装置主结构的设计将为如下所述：
厌氧消化罐：污泥停留时间，tR 10[日]
容积装料量 3～5[kg/m3日]
消化罐容积 1,500[m3]
解体单元：反应时间 约30[分钟]
反应釜容积 3～5[m3]
比臭氧需求 0.1～0.15[kgO3/kgSS]
臭氧发生器能力 20[kgO3/小时]