[发明专利]用于使用生物反应器和膜过滤器处理废物流的方法

说明书

本发明涉及用于处理流体含水废物流(fluid aqueous waste stream)的方法和适合于处理流体含水废物流的设备。

废物流的生物处理使用活性生物质(细菌)降解废物流(例如，废水流)中的可生物降解污染物(可生物降解有机物质)。

对于所谓的厌氧处理(无氧气)，厌氧菌(其通常是本领域中已知的)的菌群将污染物基本转换为甲烷和二氧化碳，其最终成为沼气。在厌氧的条件下，由于通常细菌仅将废物中的一小部分可生物降解物质用于细菌生长，因而剩余污泥(surplus sludge)(作为细菌生长的结果的新生物质(细菌))的产量通常相对低。

合适地，可生物降解有机物质的转换在生物反应器中进行，所述生物反应器包含含有生物质、来自废物流的未反应固体和无机反应产物的水性悬液(泥浆或污泥)。

可通过过滤(例如，膜过滤)从获自生物反应器的流体中分离这些生物质、未反应固体和颗粒无机反应产物。可将膜与废物流的生物厌氧处理的组合使用以提高来自废水处理过程的流出物的品质、减少厂房占地面积(plant footprint)并增加有机负荷。耦接到膜分离单元的生物反应器通常称为膜生物反应器。

但是，膜生物反应器的有机负荷率(每时间单位每反应器体积消化的COD的质量，例如kg COD/m³天)通常受到操作和膜单元的过滤能力的限制，特别是由于适用通量和膜污垢的强度。如果在太高的污泥(生物质)浓度下进行生物处理，这将导致膜表面的高浓度极化效应，其导致更高的滤饼层阻力并从而导致膜通量减少或高的操作压力。另外，为了在高固体浓度下操作，必须在膜表面施加更高的剪切应力，其导致更高的操作成本。

DE 10 2004 030 482 A1涉及一种发酵废物(特别是液体肥料)的方法，其中对获自生物反应器的流进行固液预分离步骤，其中该流的悬浮固体含量降低。仅在此之后，对剩余的液体流进行超滤和反渗透。被移除的固体返还到生物反应器。

WO 2005/058764涉及用于对有机废液进行厌氧消化的设备。所述设备包含浓缩器(2)，用于浓缩返回到消化罐的消化污泥(digested sludge)。用于浓缩消化污泥的浓缩器(2)可以是任意一种，只要其能够将消化污泥分离成固体和液体以浓缩污泥即可。在一个具体实施方案(图2)中，所述设备还包含离心浓缩机(7)，用于处理来自消化罐的消化污泥。在该机器中，消化污泥中的矿物成分被优先浓缩。因此，可优先将矿物成分从系统中排出，从而防止矿物固体的积累。特别地，虽然WO 2005/058764涉及使用离心技术并提及优先浓缩和排放矿物含量(即，无机含量)，但是明显该文献的图2未公开用于以下方法的设备，其中从消化罐获得进料，并且其中将所述进料分离成有机物质含量比所述进料高的流和有机物质含量比第二流低的的另一流，其中后者被完全地或部分地供给至消化罐。

在WO 2011/13092A1中，建议通过从分层生物反应器的中部段获取流出物来减少膜的结垢，其中固体浓度比顶部段和底部段中的固体浓度相对较低。因此，在反应器中保持较高的固体浓度，同时向膜分离单元供应较低浓度的流(过滤器进料)。随着时间的推移，这可最大可能地提高每单位膜系统能量输入下的膜通量率。WO 2011/13092A1还使用分离器(例如旋流器)，其中来自反应器的流被分离成较重的固体流和含有生物质的较轻的固体流。含有生物质(有机物质)的较轻的固体流至少部分地返回到生物反应器。因此，明显的是，该流具有比供给至分离器的流高的有机物质含量。

虽然上文引用的现有技术(特备是WO 2011/13092)可提供超过操作膜生物反应器的更常规方法的优点，例如，结垢倾向降低，需要更少能量来操作过滤单元和/或膜的清洁周期的次数减少，但是仍然需求用于在膜生物反应器中处理废物流的可选的或改进的方法和设备。

特别地，期望具有一个或更多个以下方面的优点的方法：膜生物反应器的整体能量消耗降低，膜污垢减少，膜寿命延长，膜生物反应器的可用性(停机以进行清洁或替换零件之间的时间)提高，通过膜的通量提高，生物反应器性能提高，处理能力提高，处理效率提高，整体资本支出(Capex)降低，整体操作费用(Opex)降低。

本发明的一个目的是提供这样的可选方法或设备，特别是提供了任意本文所述优点的方法或设备。

本发明人意识到某些固体相关参数是密切相关的。

特别地，本发明人意识到有机物质的特定级分与在实施用于处理包含有机物质的废物流的方法时导致或促成问题有关，特别是与在膜过滤的过程中导致或促成问题有关。