[发明专利]用于利用生物蒸发对高浓度有机废水进行零排放处理的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于通过生物蒸发对高浓度有机废水进行零排放处理的方法，更具体地，涉及一种用于通过混合污泥与高浓度有机废水凭借生物蒸发对高浓度有机污水进行零排放处理的方法。

背景技术

如本领域中众所周知的，从食品、皮革、化学品和造纸工业排放的废水一般包含高浓度有机物质。高浓度有机废水通常通过产生黏液、增加排水区域中有毒物质的浓度而由此严重影响当地的水生生态系统来破坏环境的美好。此外，高浓度有机废水是堵塞废水管道的主要原因之一。

常规的活性污泥处理方法简单且成本效益好，因此已经被广泛用于处理各种类型的废水。然而，活性污泥处理方法具有以下缺点：其处理限于低浓度有机废水，即使使用恰当改造的微生物也是如此。相应地，厌氧生物学处理如厌氧消化已经被广泛地用于处理高浓度有机废水。然而，厌氧消化还有以下缺点：该方法需要至少8至12周的启动时间，产甲烷菌易受各种毒性物质伤害，在厌氧消化过程中通常存在控制问题等。另外，厌氧消化产生厌氧污泥和废水，而由于高含量的生化需氧量(BOD)、悬浮固体(SS)、总氮(TN)、总磷(TP)和其中包含的其他经还原的物质，该废水需要另外的处理。

已知一种改善的厌氧处理如升流式厌氧污泥床(UASB)对处理具有高BOD的废水有效。然而，该方法还具有以下缺点：在有限水解作用条件下的高固体含量延迟污泥形成，因此严重地抑制了微生物代谢。

由于在有机物质的需氧分解期间产生的热量，自热式高温好氧消化(ATAD)工艺可以维持50℃至60℃的高温。由于高温，ATAD工艺可以使挥发性固体(下文中称为“VS”)的含量减少35％至45％，并且还在3至6天的短期水力停留时间(HRT)内降低废水的BOD。另外，因为ATAD工艺使得能够通过高温进行巴氏杀菌，所以其可以产生等级A的生物固体。然而，ATAD工艺具有缺点，如与用于脱水污泥的聚合物和曝气有关的供电所需要的高费用。

膜分离工艺如反渗透、超滤和微过滤根据膜的孔径将水与污染物分离，而经浓缩的废水会作为副产物留下。然而，高浓度废水需要大量的能量用于执行工艺，因此，难以通过膜分离工艺获得洁净的水。

为了解决上述问题，可以蒸发废水代替获得清洁水。如果可以用最少的能量消耗除去废水中存在的水和有机物质，则该方法会是处理废水而不产生排放的最理想途径。

本文中所使用的术语“蒸发”指的是将水从液体转变成气体的过程。另外，本文中所使用的术语“蒸发热”指的是在物质从液体到气体的转变期间，每单位质量的物质的热吸收量。水蒸发的热量受大气压力下水表面的水分子扩散以及水表面的水分子对流传输影响。水蒸汽的扩散速率是由水的饱和蒸汽压与水的实际蒸汽压之差确定的。此外，水的饱和蒸汽压是根据水表面的温度和大气温度确定的。

本文中所使用的术语“热力干燥”指的是通过连续地向湿的废弃物提供用燃料产生的热来从湿的废弃物中蒸发水的方法。热力干燥是用于处理湿的废弃物的常用方法之一。在此，湿的废弃物被干燥，直至它们达到预定的含水量(MC)。因为关于燃料消耗的经济不可行性，所以实际上不可能蒸发湿的废弃物中包含的所有水分。然而，在不需要消耗昂贵燃料的热供应的情况下，热力干燥可以用作用于处理废水的方法之一。

本文中所使用的术语“代谢热”指的是在微生物代谢期间所产生的热，其中用于给定微生物的培养条件中底物的浓度越高，其产生的代谢热的量越大。在需氧代谢与厌氧代谢之间所产生能量的量之间存在区别。在厌氧代谢中，每摩尔葡萄糖产生2摩尔ATP，而在需氧代谢中每摩尔葡萄糖产生38摩尔ATP。相应地，通过需氧代谢的给定微生物的耗氧量越大，微生物的活性和产热率越高。

在微生物生长期间所产生的代谢热可以通过底物和细胞物质的燃烧热来计算。这是因为底物的燃烧热与由微生物产生的代谢热和由细胞物质新合成的燃烧热的总量相同。如果维持代谢存在而没有新的合成，则底物的燃烧热可以以代谢热的形式被100％释放。

在进行堆肥和生物干燥的过程中，由生物可降解的挥发性固体(下文中称为“BVS”)的生物氧化所产生的热会升高环境温度，并引起水蒸发。另外，在ATAD工艺中，已知代谢热为能够将反应器维持在高温下的因素之一。此外，在堆肥过程期间观察到的温度升高也是由有机物质通过微生物分解期间所产生的代谢热引起的。将在联合堆肥过程期间所产生的废水与肥料混合以控制含水量并提供生物可降解的有机物质。进行该过程主要为了稳定固体废弃物而不是蒸发废水。

发明内容