CN116348420A - 从污泥中选择性去除微致污物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法，所述方法包括：a)提供被微致污物污染的污泥(10)，和b)使所述污泥(10)经受初级处理步骤，从而产生包含第一部分微致污物(13)的初沉污泥(12)的第一流(11)和包含第二部分微致污物(23)的剩余污泥(22)的第二流(21)，c)使剩余污泥(22)的第二流(21)经受二级处理步骤，从而产生生物污泥(24)，其中使初沉污泥(12)的该第一流(11)和生物污泥(24)进一步经受单独的处理步骤，这些处理步骤的作用是联合的，以便转移、捕获和破坏初级处理步骤中第一部分微致污物。

Description

从污泥中选择性去除微致污物

技术领域

本发明涉及废水的处理，并且更具体地涉及来自废水处理厂的污泥的处理。

背景技术

废水处理厂(WWTP)是微污染物质(micro-pollutants)进入环境的主要转移途径。这些微污染物质因它们相关的健康风险和对水生和陆地生态系统的潜在不利影响而备受关注。

即使WWTP不是专门为处理微污染物质而设计的，大范围的所述微污染物质基本上都是通过二级处理期间的生物降解和吸附到污泥上而从废水中去除的，后一种机制是去除这些化合物的主要途径。然而，在废水处理厂中产生的准备处置的污泥然后被最初存在于水中的至少一部分微污染物质污染，因为常规方法不能将它们去除到可接受的水平。

随后的污泥处置包括土地应用、焚烧和填埋。在欧洲，并且尤其是在法国，通过土地散播进行的农业评估代表污泥处置的主要出路，并且微量浓度的微污染物质特别是有机微污染物质的存在可能限制这种类型的污泥增值(valorization)。尽管存在管理污泥的土地应用以改进对污泥质量的监测的法国标准(NF U 44-041)，但与微污染物质(诸如污泥中用作土壤改良剂的药物活性成分)存在相关的风险仍然存在一些不确定性。在美利坚合众国(US)，通过土地应用对生物固体的有益再利用由环境保护署(EPA)管理，更具体地，通过EPA的CFR 40Part 503关于生物固体的规则进行管理。这种管理被广泛认为是对生物固体质量和应用最严格要求之一，并且照此，美国以外的其他几个司法管辖区要么采用它，要么采用它的变体。在Part 503规则中，生物固体质量的定义分为两类：A类生物固体；和B类生物固体。虽然所述管理定义了化学致污物诸如重金属的批准含量，但厌氧消化(AD)过程和消化的增强关注于满足关于生物污染物诸如病原体和载体吸引降低的要求。结果，尚未评估与准备处置的所产生污泥中微污染物质存在相关的风险。

事实上，研究了污水和/或污泥化学(石灰处理)或生物(厌氧消化)处理期间一些药物活性成分的归宿和分布，并证实污泥的石灰处理和厌氧消化都不能完全去除所述微污染物质。事实上，在所述化学或生物处理之后，颗粒和可溶污泥部分之间的化合物的相分布表明，一些药物活性成分保持吸附到污泥的特定部分中，而其他溶解到水部分中。因此，在污泥土地散播后，它们可以潜在地更可用于土壤，或者如果污泥处理线的液体部分被再循环到渠首(headwork)，它们可能增加进入主流处理线的微污染物质负荷。

目前的先进污泥处理的现有技术提出了两种主要解决方案，其代表了98％的当今采用的市场解决方案。

第一种解决方案包括通过厌氧消化解决方案来处理污泥：将初沉污泥和二沉生物污泥混合在一起，其中将“混合污泥”通过单独的嗜中温厌氧消化(MAD)或嗜热厌氧消化(TAD)或MAD+热水解过程(THP)或2阶段厌氧消化(2PAD)进行处理。该第一种解决方案的问题是，通过挥发性固体的去除和污泥体积的减少，这些方法在消化污泥内产生微污染物质的浓缩现象。如果没有实施焚烧或HTG(热解/气化)，这确实防止了微污染物质的破坏。更糟的是，它产生了浓缩有微污染物质的在农业或土地散播中通常使用的A类生物固体。

第二种解决方案包括通过污泥焚烧解决方案处理污泥：将初沉污泥和二沉生物污泥混合在一起，其中将“混合污泥”通过单独的污泥焚化炉或MAD+污泥焚烧进行处理。所有现存的最先进解决方案执行初沉污泥和生物污泥的共混，从而产生混合污泥，该混合污泥通过如上文所述的先进污泥处理方法进行后续下游处理。已经针对A类生物固体应用实施了一些特定的处理线(treatment lines)，其中将初沉污泥和生物污泥在厌氧消化之前的再次混合之前进行分离。那些应用使用初沉污泥到巴氏灭菌系统的转移以及生物污泥到THP的转移，以降低和优化THP单元的尺寸，同时通过将初沉污泥巴氏灭菌来保持无病原体认证(A类)。然后，在通过厌氧消化进行处理之前，将水解的和巴氏消毒的污泥再次混合。在这些特定情况下，将“良好污泥(生物)”再次与“不良污泥(初级)”混合以将混合污泥注入消化过程。

其他常规污泥处理方法不具有初级处理阶段，并且因此仅产生生物污泥。在这种情况下，混合污泥仅由生物污泥替代。在这种情况下，在其他情况下吸附到初沉污泥上的微污染物质被吸附到生物污泥上，该生物污泥然后含有主要的微污染物质含量。

因此，现有技术中提出的解决方案具有将源自原水、初沉污泥、生物污泥或混合污泥的微污染物质浓缩到准备处置的最终污泥中的缺点。取决于所考虑的处理，WWTP的能量消耗也可能增加。另外，关于微污染物质的当前现有技术仅应对水线中的微污染(micropollution)去除。

为了减少来自废水的这种“微污染(micro-pollution)”，一些三级技术现已得到验证，并被添加到主流处理中。目前最先进的微污染物质处理通常包括通过吸附接触器(CAP、PAC……)、高级氧化方法(臭氧、H2O2/UV……)、膜(MF、NF、UF、RO)、附加能量将水处理解决方案应用于主流水线的三级阶段。更具体地，对于亲水性微污染物质，最相关的技术是化学氧化(如臭氧化或AOP法)或使用例如颗粒状或粉末状活性炭的吸附。所有这些特定的处理都显著增加了处理厂的全球能量消耗。

对于微塑料去除，处理通常包括物理去除步骤，诸如过滤，或吸附到污泥上的吸附步骤。

所述三级处理可用于最大化在二级处理中观察到的现象，但导致产生过量待处理的三级污泥，所述过量污泥被所述微污染物质和/或微塑料污染。

同样的问题出现在有机废物的处理中，其也会产生被微污染物质并且特别是微塑料污染的污泥。

而且，饮用水厂产生的污泥可能被微污染物质污染，尤其是被微塑料污染。

而科学专业人员和项目开发商开始实施处理水流(三级和二级处理阶段)或水线中的微污染物质(也称为新兴的关注化合物或CEC)的解决方案；设计和实施以下解决方案仍有差距：

-应对污泥流(或污泥管线)中微污染物质的去除；

-将水和污泥流两者中的微污染物质的去除组合；

-由于微污染物质的额外处理而降低能量消耗；

-通过在促进能量产生(热、沼气、生物甲烷)的同时处理微污染物质来改进整个WWTP的能量平衡。

因此，需要提供一种用于处理废水的方法，该方法将限制或者甚至避免被微污染物质和/或微塑料污染的污泥的产生，以允许将污泥安全用作用于循环经济的材料。特别地，需要一种方法，该方法用于从污染的废水中去除微污染物质和/或微塑料，同时允许产生沼气和/或生物甲烷产生(一种“绿色”能源)和/或有利地适用于土地应用(“回归土地”政策)的安全污泥的产生。

发明内容

本发明允许通过保持比现有技术中提出的处理更环保的生物固体返回土壤来应对污泥中的进一步微污染去除。

本发明因此提供了一种用于从污泥中选择性地去除微污染物质的方法，该方法组合了两种单独处理的效果(即，热处理与厌氧消化的组合以及焚烧)，同时产生沼气和/或甲烷和有利地适合于土地应用的不含微污染物质和微塑料的固体产物。

在下文中，仅术语“微致污物(micro-contaminant)”用于指代由微污染物质(micro-pollutant)和/或微塑料构成的微污染(micro-pollution)。因此，术语“微致污物”被理解为微污染物质和/或微塑料。

如本文所用，“微污染物质(micro-pollutant)”被理解为可在环境中以非常低的浓度(微克/升或甚至纳克/升)检测到的不希望的物质。该物质是有毒的、持久的并且对环境具有生物累积效应。它的存在至少部分是由于人类活动(工业过程、农业实践或日常活动)，并且由于其毒性、持久性和生物累积性，在这些非常低的浓度下可能会对生物体(或生态系统)造成不利影响。许多具有不同化学性质的分子都受到关注(欧洲法规，即欧洲水指令2000/60/CE认定了超过110000种分子)，无论是否是有机的或无机的、可生物降解的。这种微污染物质的实例是增塑剂、洗涤剂、金属、碳氢化合物、杀虫剂、化妆品、激素、药物、药物残余物或药品残余物。微污染物质是微粒或不是微粒，通常具有低分子量。

如本文所用，“微塑料”被理解为塑料的小颗粒，即通常粒径为5mm或更小、通常为1mm或更小、或甚至为333μm或更小的颗粒。照此，它们不可以使用传统技术从水中去除，并且它们的处理需要特定的昂贵技术。它们可以被视为一种特定类型的微污染物质。

在下文中，术语“微致污物”将用于联合地指微塑料和微污染物质。

如本文所用，“不含微污染物质和微塑料”的材料被理解为仅包含痕量微污染物质和微塑料的材料，也就是说，根据客户和/或当地法规所规定的监管要求，有利地低于监管要求和/或低于检测极限。需要注意的是，一些分子受到约束，并且另一些则没有。受约束的微污染物质的数量因国家而异。迄今为止，没有详尽的微污染物质和微塑料清单。这使得分析有针对性的努力变得困难。

如本文所用，“污泥”被理解为有机废物或污泥，更特别是来自有机废物或饮用水或废水处理厂的污泥。

有机物质、有机材料或天然有机物质是指在天然和改造的、陆地和水生环境中发现的碳基化合物的广泛来源。它是由来自生物体诸如植物和生物的剩余部分的有机化合物以及它们在环境中的废弃产物组成的物质。有机分子也可以通过不涉及生命的化学反应制备。基本结构由纤维素、单宁、角质和木质素以及其他各种蛋白质、脂质和碳水化合物产生。

如本文所用，“厌氧处理”被理解为厌氧消化或发酵，其可被认为是部分厌氧消化。厌氧处理步骤通常在厌氧池中进行。该处理步骤可以以不同的方式进行：在单个反应器中或在并联或串联的几个反应器中，在各种温度下：嗜中温(32-42℃)、嗜热(50-62℃)或两者的混合。

“发酵”是本领域众所周知的过程，并且可定义为在没有氧气的情况下从碳水化合物中提取能量以特别地通过酶的作用产生小分子(有机底物)，特别是RBC的生物厌氧过程。不产生或仅产生微量CH₄。存在五种主要的发酵类型：

●酒精发酵，主要产生乙醇，

●乳酸发酵，产生乳酸盐，

●丙酸发酵，产生丙酸盐，

●丁酸/丁醇发酵，产生丁酸盐和丁醇，

●混合酸发酵，产生VFA(主要是乙酸盐，但也有丙酸盐、乳酸盐、丁酸盐)。

发酵过程可以通过污泥进入厌氧池的停留时间、厌氧池中的温度和pH以及通过发酵过程中涉及的特定微生物种群(即选择厌氧池中微生物菌株)来控制。

厌氧消化是一个涉及在没有氧气的情况下分解可生物降解材料的微生物的过程。该过程产生消化物和气态部分，该气态部分包含甲烷并且通常基本上由甲烷和CO₂组成(也称为沼气)。

有利地，厌氧消化是对仅含有可溶性组分，特别是可溶性碳(即不再含有悬浮固体)的流出物的消化。可以进一步进行任选的专用厌氧消化，诸如UASB类型(上流式厌氧污泥床消化)，即处理可溶性碳。

厌氧处理通常在7.0和7.5之间，优选7.0和7.2之间的pH条件下进行。

通常，“消化物(digestate)”是厌氧消化的非气态产物，而“发酵物(fermentate)”是发酵产物。然而，在本发明中，除非另有说明，否则词语“消化物”将包括厌氧处理的非气态产物，即分别为针对消化的“常规”消化物和针对发酵的“发酵物”。

根据所选的发酵途径，消化物，更具体地发酵物，包含RBC，更具体地VFA或其他发酵产物，诸如低级醇—特别是式R-OH的低级醇，其中R代表饱和的、直链或分支的C₁-C₄烃链，尤其是乙醇或丁醇。

"RBC"或“易生物降解碳”是本领域技术人员众所周知的。例如，在由IWA任务组编辑的关于用于生物废水处理的设计和操作的数学模型“Activated Sludge Models ASM1、ASM2 and ASM3”中对它们进行了定义，Henze等(2000),ISBN 1 900222 24 8。易生物降解碳的实例是挥发性脂肪酸。RBC可以通过发酵产生，特别是US 6,387,264中公开的，例如在联合发酵和增稠(UFAT)过程中。

“VFA”或“挥发性脂肪酸”也是本领域已知的。特别地，它们包括低级羧酸，尤其是被COOH基团取代的C₁-C₄饱和、直链或分支烃链，诸如乙酸、乳酸，有利地乙酸。

热水解过程(HTG)是一种将废物或污泥的高压沸腾随后是快速减压组合的两阶段过程。THP通常在120℃和170℃之间操作。这种组合作用使污泥灭菌并且使其更加可生物降解，这改善了消化性能。灭菌破坏污泥中的病原体，导致它超过土地应用(农业)的严格要求。

水热碳化(HTC)是在180℃和250℃之间的温度下在饱和压力或高于饱和压力下生物质在加压水中的热化学处理。

有利地，预脱水步骤发生在THP和HTC的上游。

通过在初级阶段之后将待处理的污泥分离成两个流，每个流经受单独的处理，即一方面经受焚烧并且另一方面经受热处理和厌氧消化(该热处理被定位在厌氧消化的上游或下游)，并且通过将这两种单独处理的产物结合，本发明提供了以下优点：

●破坏含有微致污物(即，微污染物质和/或微塑料致污物)的污泥的一部分，

●在进行二级阶段之前捕获微污染物质/微塑料以产生不含任何微污染物质/微塑料的消化污泥，

●减少产生的污泥的总量，同时保持污泥(通常是A类污泥)的土地应用的可能性，

●产生甲烷和/或沼气，这可例如通过电力生产、电网回注(grid reinjection)、液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)生产等进行下游升级，

●允许热处理步骤后产生的固体部分中的营养物回收(特别是磷(P))。

本发明因此提出一种使用“转移、捕获、回收”的概念的城市污泥处理的现代方法。这个新路径确实包括通过结合可持续生物固体的农业再利用、最大化沼气再利用并且通过生物固体到能量焚烧捕获/破坏微污染来解决固体和微污染管理。废水基础设施的这种概念设计强调并利用来自三种主要生物固体途径的最佳：可再生天然气(RNG)、可再生能源(RES)以及回归农业中的土壤。

R&D围绕微污染物质(也称为新兴的关注化合物：CEC)的命运的15年已经导致对其跨废水处理厂(WWTP)的水线和污泥线的分布和去除潜力的关键理解。当原水中所含的100％微污染物质(重金属、微污染物质、痕量有机化合物、病原体)进入WWTP时，60％被吸附在初沉污泥上，并且40％被转移到下游的水线。在那些40％之中，20％被汽提到大气中或通过次级生物处理而转化；其他保持溶解的20％可以通过专用的高级三级处理解决方案在经处理的水中去除。如果微污染物质去除的当前进展应对水线中40％的去除，则仍需要实施用于去除污泥中所残留的60％的解决方案。

根据本发明的方法包括将污泥线分离成两个独立的流。

第一流将由从生物吸附、高负载或初级沉淀池(常规或化学增强的初级池)产生的初沉污泥组成，其中60％的微污染(通常取决于化合物的类型为20％至80％)被吸附并且碳被重新定向。通过厌氧消化(例如嗜中温厌氧消化MAD，但不限于此)从初沉污泥回收碳将允许产生沼气，而消化污泥将通过自热污泥炉与微污染一起被消除。

第二流将由二级处理产生的生物污泥组成，其中可以检测到非常有限的痕量微污染。MAD与生物污泥的热调节(热水解过程-(THP)或水热碳化-(HTC))的联合将允许沼气的产生最大化。由于从炉中净正回收致命热(用于提供热调节所需的热量和蒸汽)，生物甲烷的输出被最大化。由无病原体生物固体处理线实现的消化污泥的最终干燥(30％干燥来自THP；65％干燥来自HTC)将允许农业中可持续的生物固体再利用，尤其是对于不再使用有机聚合物(聚丙烯酰胺)的HTC。这种污泥流将允许回收磷(鸟粪石)和含有最低微污染浓度水平的生物固体，以用于农业、土壤修复或共焚(水泥厂或城市固体废物)。

本发明的“转移、捕获、回收”的概念(适用于200,000PE(人口当量)(以及更多)的工厂)为应对全面的CEC去除、可持续的生物固体再利用以及最大化的沼气再利用铺平了道路。

因此，本发明的主要目的是从污泥中选择性地去除微致污物。本发明的另一目的是提供微致污物的选择性管理去除连同污泥的能量效率和沼气再利用。

附图说明

附图说明了根据本说明书的各种非限制性、示例性、创新性方面：

-图1示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法的步骤的框图；

-图2、图3、图4示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法的任选步骤的框图；

-图5示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的设施的第一实施方案。

具体实施方式

图1示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法的步骤的框图。根据本发明，用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法包括提供被微致污物污染的废水10的步骤(a)。使所述废水10经受初级处理步骤(b)，从而产生包含第一部分微致污物13的初沉污泥12的第一流11和包含第二部分微致污物23的剩余废水22的第二流21。本发明的方法进一步包括使剩余废水22的第二流21经受二级处理步骤，从而产生生物污泥24和液相25的步骤(c)。最后，根据本发明的方法包括使初沉污泥12的第一流11经受焚烧步骤(步骤(d))，从而消除初沉污泥和第一部分微致污物13并且产生灰分30和热量31。

二级处理步骤是生物处理步骤。生物处理是微生物介入以分解经受生物处理的剩余废水中的物质的处理。生物处理的实例是用于碳质、氮或磷去除的好氧细菌氧化或缺氧或厌氧细菌代谢。

焚烧包括使有机物能够转化为二氧化碳并最终转化为碳的任何处理。焚烧还可以是热解或气化。焚烧在具有至少两个出口的焚烧车间中进行：一个出口专用于热回收，另一个出口专用于灰分回收。

焚烧通常包含脱水步骤以在焚烧之前机械地去除尽可能多的水。因为微致污物优先被捕获在第一流11中，所以它们在这个脱水步骤中也是如此，因为相同的吸附现象。当从流中去除水时，微致污物保留在污泥部分，并且所去除的水具有非常低的微致污物浓度。

所有脱水和/或机械或重力增稠的步骤不会显著地改变保留在固相中的微致污物的分布。存在于污泥相中的微致污物保留在脱水/增稠的污泥中。

应注意，消化步骤包括增稠步骤，使得尽可能少的水被引入消化器中。换言之，为了更好的可读性，甚至未在图中示出，在消化的上游，存在机械或重力增稠的步骤，该步骤不改变保留在固体基质中的微致污物的流。在焚烧的上游和THP的上游，存在脱水步骤，该步骤也不改变微致污物的流。从这些增稠和/或脱水步骤中回收的液体部分在工厂的入口处返回或者返回至该过程的先前步骤。该回收的液体部分的流有利地经受附加的特定处理以破坏微致污物(更具体地，微污染物质)，诸如氧化步骤。在任何情况下，与废水10的进入流相比，进入回收的液体部分中的微致污物的浓度是次等级的(second order)。这些液体仅在废水处理厂内部循环以通过常规流排出。它对于废水处理厂的平衡表(balancesheet)而言是显而易见的。

根据本发明的方法是基于焚烧上游被微致污物污染的废水10的分离，并且仅初沉污泥12通过焚烧处理。因此，焚烧车间仅燃烧初沉污泥12，也就是说，含有大部分微致污物(取决于待处理的污泥，在废水的微致污物的20重量％至80重量％之间)的不良污泥。有价值的淤泥，也就是说，充满营养物的适用于在土壤中再利用的生物固体的污泥，没有被燃烧并且可以被回收并且对于进一步的使用是有价值的。另外，由于仅初沉污泥被引导至焚烧步骤(d)，焚烧车间可以具有比燃烧混合污泥的现有技术中所使用的那些更小的尺寸。因此，本发明提出的解决方案较不资本性支出(CAPEX)密集。

更确切地说，该初沉污泥是颗粒沉降物质的结果，所述颗粒沉降物质非常快速地沉降并且是矿物物质或惰性有机物质。这种初沉污泥捕获约20至80重量％，并且更经常约50至60重量％的重金属以及约20重量％的来自被微致污物污染的废水的药物。另一方面，生物污泥是较小的微粒污染。它是生物可降解和不可生物降解的微粒和可溶部分的混合物，其中细菌通过矿化作用将可生物降解的溶解污染转化成CO2或N2。该过程导致细菌的生长和微粒物质积累，这产生污泥生产。将活性生物污泥以约5g/L、优先地在2和3g/L之间维持在该生物反应器中。与胶体和溶解溶液接触的这种量的生物质产生微致污物吸附到生物质(其为生物污泥)上的现象。因此，应当指出，生物污泥几乎不含微致污物，但仍可能含有少量的微致污物。这就是为什么可能有必要进一步处理生物污泥，如以下所解释的。

本发明能够考虑两种不同的吸附机制，每种具有不同的动力学。这意味着微致污物在污泥上的吸附速率是不同的。将废水分离成两个流以及每个流旨在经受其自身的处理的方式允许考虑这些差异。本发明允许从污泥中选择性去除微致污物。

本发明代表了污泥焚烧的新方法。实际上，在现有技术中，污泥焚烧是基于大型炉和焚烧解决方案(越大越好)。当污泥焚烧解决方案被销售时，目的是燃烧尽可能多的污泥以保证产品的来源并确保大型基础设施的回报。因此，污泥焚烧项目的所有开发商总是燃烧尽可能多的污泥，即污泥现场生产的100％(即由与生物污泥混合的初沉污泥(即，与“良好污泥”混合的“不良污泥”)构成的混合污泥)以及更多的从其他WWTP输入的污泥(混合污泥)。

相反，本发明集中于仅燃烧“不良污泥”(初沉污泥)，这减小了焚烧车间的尺寸、烟道气处理和设备的尺寸，减小了CAPEX投资，并且简化客户许可(更小的容量，更容易的许可)。仅燃烧初沉污泥意味着待处理的污泥的量减少50％。

换言之，本发明执行污泥的差别和选择性处理。初沉污泥是包含不想要的部分如重金属、药物等的不良污泥。这种不良污泥容易分离并且这种分离使得能够从良好污泥(从剩余废水流出的)获得生物污泥。

第一部分微致污物13通常大于第二部分微致污物23。通常并且在非限制性实例中，第一部分微致污物13是废水10的微致污物的约60重量％，并且第二部分微致污物23是废水10的微致污物的约40重量％。

图2、图3、图4示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法的任选步骤的框图。

在图2中所表示的框图中，根据本发明的方法包括使生物污泥24经受热调节步骤e)的任选步骤。步骤e)的热调节可以是水热碳化(HTC)或热水解过程(THP)，或任何其他可应用的热调节。以下将更详细地描述该步骤。

有利地，根据本发明的用于选择性地从污泥中去除微致污物的方法进一步包括将在初沉污泥12的焚烧(步骤d)期间产生的热量31提供至热调节步骤的步骤。本发明分离两种类型的污泥(初沉污泥和生物污泥)并通过方法的专用组合来处理每种类型的污泥。此后，本发明允许从生物污泥生产用于土壤用途的具有更低微致污物含量的更环保的生物固体。由于热调节供给有从焚烧回收的热量31，将这种分离的污泥处理过程与从焚烧到热调节的热传递联合具有较低的总能量足迹的优点。将在初沉污泥12的焚烧期间产生的热量31提供给热调节步骤使得能够执行从污泥中选择性去除微致污物，连同来自污泥的能量效率和沼气再利用。

根据本发明的方法可以包括在增稠之前对生物污泥24进行氧化处理的任选步骤m)。该任选步骤使得能够进一步减少进入污泥中的微致污物的浓度，该污泥旨在成为待散播的固体产品的一部分。

根据本发明的方法可以包括生物污泥24的厌氧消化的任选步骤f1)，所述厌氧消化在热调节的上游或下游进行，从而产生甲烷32和固体产物33。

根据本发明的方法可以进一步包括在厌氧消化步骤之后从消化污泥回收营养物34的步骤f2)。下面基于图3对这些步骤进行更详细的描述。

如图3所示，根据本发明的方法可以进一步包括在厌氧消化的步骤f1)之前氧化二沉污泥24的步骤n)。使污泥24在经受厌氧消化之前氧化能够改进可回收用于散播的污泥质量。

在图3中所示的框图中，根据本发明的方法包括与图2的框图所示的方法相同的步骤。图3进一步详述了在热调节的上游或下游进行厌氧消化。厌氧消化(以前通常作为步骤f1被提及)可以包括导致消化物41和含有甲烷32的气态部分42的厌氧消化的步骤g)。在这种情况下，厌氧消化之后是通过消化物41的水热碳化(HTC)进行热调节，从而产生固体产物33的步骤h)。换言之，在该实施方案中，厌氧消化(步骤f1)是导致消化物41和含有甲烷32的气态部分42的厌氧消化(步骤g)，并且在厌氧消化(步骤f1)的下游进行热调节步骤(步骤h)，热调节(步骤h)是水热碳化(HTC)，从而产生固体产物33。

例如，水热碳化(HTC)的步骤有助于破坏微污染物质诸如疏水性有机化合物、药物或内分泌干扰物。

可替代地或以平行且互补的方式，热调节步骤可以包括热水解过程(THP)的步骤i)，从而产生水解污泥43，之后是厌氧消化，所述厌氧消化是水解污泥43的厌氧消化的步骤g)，从而产生消化物44和含有甲烷32的气态部分45。换言之，在该实施方案中，热调节步骤是热水解过程(THP)(步骤i)，从而产生水解污泥43，并且厌氧消化在THP下游进行，厌氧消化是水解污泥43的厌氧消化(步骤g)，从而产生消化物44和含有甲烷32的气态部分45。

从消化污泥41、44中回收营养物34的步骤f)在厌氧消化步骤之后进行。

图4示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法的任选步骤的框图。在图4中所示的框图中，根据本发明的方法包括与图3的框图所示的方法相同的步骤。图4详细示出了其他任选步骤。可以看出，初沉污泥12的第一流11可以在经受焚烧(步骤d)之前经受厌氧处理步骤k)。

本发明的方法可以包括在二级处理步骤c)期间汽提第二部分微污染物质23的步骤l)。

汽提对应于通过另一种气体的作用来夹带溶解在水中的气体或挥发性产物，从而进行解吸。通常汽提适于硫和氮产物以及一些挥发性有机材料(溶剂、酚类、醇类等)。在实践中，汽提是在接触塔中进行，其中将待处理的水铺展在提取气体的逆流中。该提取气体可以是空气，但也可以是蒸汽或烟气。该汽提步骤l)使得能够提取第二部分微污染物质23以确保无微污染物质的生物污泥24。在二级处理步骤c)期间汽提第二部分微污染物质23的步骤l)是任选存在的。

图5示意性地表示了根据本发明的用于从污泥中选择性地去除微致污物的设施的实施方案。如可以看到的并且进一步参见本发明的方法的描述，本发明的方法可以进一步包括将厌氧消化步骤的消化物41、44分离成液体部分51和固体部分52的步骤j)。来自HTC步骤的固体产物33和/或来自分离消化物41、44的步骤j)的固体部分52适合用作肥料，特别是用作要散播在土地上的肥料。

图5表示用于从污泥中选择性地去除微致污物的设施70。设施70包括具有第一入口72、第一出口73和第二出口74的第一池71。第一池71构造成在第一入口72处供给有被微致污物污染的废水10。第一池71被构造成产生包含在第一出口73处回收的第一部分微致污物13的初沉污泥12的第一流11，和包含在第二出口74处回收的第二部分微致污物23的剩余废水22的第二流21。设施70进一步包括适用于生物处理(诸如好氧细菌氧化、缺氧或厌氧细菌代谢)的生物池81，该生物池具有第一入口82、以及第一出口83和第二出口84。第一入口82与第一池71的第二出口74流体连接。生物池81被构造成在第一入口82处供给有剩余废水22的第二流21，并且产生在第一出口83处回收的生物污泥24和在第二出口84处回收的液相25。设施70被进一步构造成执行生物污泥24的厌氧消化，从而产生甲烷32和固体产物33；和/或回收生物污泥以用于土地应用。如之前关于根据本发明的方法所解释的，厌氧消化可以在热调节器中的热调节的上游或下游进行。从热调节器(HTC)回收的固体产物33适合用作肥料，特别是用作要散播在土地上的肥料。类似地，可以在消化池的出口处回收生物污泥。

最后，设施70包括具有第一入口92、第一出口93和第二出口94的焚烧车间91。第一入口92与第一池71的第一出口73流体连接。焚烧车间91构造成在第一入口92处供给有初沉污泥12的第一流11，并消除初沉污泥和第一部分微致污物13，并产生在第一出口93处回收的灰分30和在第二出口94处回收的热量31。焚烧车间91适于进行任何种类的燃烧、热解、气化等。

焚烧车间91有利地包括任何内部能量回收系统以最小化或消除初沉污泥的适当燃烧所需的燃料消耗。

在另一实施方案中，设施70可以进一步包括热调节器60、90，该热调节器被构造成直接或间接地供给有生物污泥24，如以下进一步解释的。

在实施方案中，热调节器60具有第一入口61、第二入口62和第一出口63。第一入口61与生物池81的第一出口83流体连接。热调节器60被构造成在第一入口61处供给有生物污泥24。热调节器60至少适用于热水解过程(THP)。

在另一实施方案中，热调节器90具有第一入口91、第二入口92和第一出口93。热调节器90至少适用于水热碳化(HTC)或热水解过程(THP)。优选地，热调节器90适用于水热碳化(HTC)。下面描述包括热调节器的这两个实施方案。

在设施70的另一实施方案中，焚烧车间91的第二出口94可与热调节器60、90的第二入口62、92流体连接。然后，热调节器60、90被进一步构造成在第二入口62、92处供给有在焚烧车间91的第二出口94处回收的热量31。热调节器的第二入口与焚烧车间的第二出口的流体连接使得能够将初沉污泥12的焚烧期间在焚烧车间中产生的热量31传导至热调节。这导致微致污物从污泥中的选择性去除连同来自污泥的能量效率和沼气再利用。

如前所述，在设施70的实施方案中，热调节器60是THP(热水解方法)反应器，其构造成产生在出口63处回收的水解污泥43。出口63与THP反应器下游的厌氧池的入口流体连接。厌氧池适用于水解污泥43的厌氧消化，从而产生消化物44和含有甲烷32的气态部分45。在该实施方案中，在THP调节器60的下游进行厌氧消化，并且厌氧消化是水解污泥43的厌氧消化。此后，产生消化物44和含有甲烷32的气态部分45。在设施70的另一实施方案中，热调节器90在适用于厌氧消化的厌氧池的下游，所述厌氧消化导致消化物41和含有甲烷32的气态部分42。热调节器90的出口与作为HTC(水热碳化)反应器的热调节器90的入口91流体连接。HTC反应器90被构造成在第一入口91处供给有消化物41并且产生在出口93处回收的水解污泥43。在该实施方案中，厌氧消化是导致消化物41和含有甲烷32的气态部分42的厌氧消化。热调节器90位于厌氧池的下游。优选地，热调节器90是水热碳化(HTC)反应器。此后，产生固体产物33。

在本发明的另一实施方案中，该设施可以包括厌氧消化器75，该厌氧消化器被构造成在其入口76处供给有焚烧车间91上游的初沉污泥12的第一流11。将在消化器75的出口77处回收的消化物供给到焚烧车间91的第一入口92。

如之前提到的，设施70可以进一步包括再循环回路，该再循环回路被构造成将在设施内产生的液体部分(特别是通过厌氧消化产生的液体部分51)再循环。该液体部分可以直接返回到废水处理厂入口。它可以返回到入口设施(与废水10一起)或可以在返回到工厂入口之前经历氧化处理(高级氧化过程：AOP)(步骤o)以便去除溶解的有机物微污染物质并且避免浓缩微污染物质。这意味着在有或没有热调节(HTC或THP)的情况下的厌氧消化期间产生的这些离心分离液(centrate)(在生物固体/污泥的形式下)可以直接返回至工厂入口或在返回到废水处理厂入口之前经历特定的处理诸如氧化。

设施70可以进一步包括用于从厌氧池下游的消化污泥回收营养物34的装置。

本发明的主要原理依赖于初级处理步骤中的污泥分离，导致初沉污泥和剩余废水(进一步导致二级处理之后的生物污泥)以及初沉污泥的焚烧。微污染物质的主要部分包含在初沉污泥中。因此，污泥分离和初沉污泥的焚烧的联合能够破坏污泥中的微致污物。本发明包括捕获、转移和破坏废水的大部分的微致污物，至少约60重量％。

从焚烧到热调节的过剩热的进一步使用使得能够回收能量。换言之，来自焚烧的能量对促进沼气生产和生物甲烷输出是有价值的。此外，本发明允许生产用于农业的更环保生物固体(即，具有小于20％的微致污物含量)。

由本发明产生的益处是：

-通过与污泥焚烧联合的初沉污泥从水循环中去除最大部分微致污物(60％)；

-更小的焚烧车间，即更小的CAPEX密集型解决方案，其将使污泥焚烧的进展变得容易：与常规处理线中通过焚烧燃烧100％或0％的污泥的现有最先进处理线相比，仅燃烧50％的污泥(初沉污泥＝“不良污泥”)；

-由于从焚烧回收热量而增加的净沼气产生；

-通过将微致污物转移到污泥焚烧车间来从热调节生产更环保的生物固体。

此外，剩余废水的二级处理与在热调节的上游或下游进行的生物污泥24的厌氧消化一起具有另外的优点。它有助于仅从生物污泥生产更环保的生物固体，也就是说不与被微致污物污染的初沉污泥混合。这导致生产更环保的A类生物固体用于农业、造林、土壤翻新、园林化、家庭……并且如前所述，由于HTC过程(低能量过程)或HTP过程与厌氧消化和焚烧的组合，通过沼气生产和来自热调节的生物甲烷输出存在促进的能量回收。

为了说明本发明的方法的优点，进行本发明的方法的材料和能量平衡(标题为“本发明”分区)和其他污泥处理分区(单独的焚烧、单独的消化、消化+焚烧)。结果如下：

我们可以注意到，根据本发明的方法是在LCV性能方面的最佳方法。

当给每一种能量加上(任意)系数，以考虑产生的每一种能量的“利益”时，比较变成：

相同的结论仍然存在，即使该差距对于焚烧消化分区缩小。

如果我们从“设备尺寸”方面来看：

因此，本发明的方法使得可以大大减小焚烧炉(本质上非常昂贵)的尺寸和消化器的尺寸两者。

另一方面，与焚烧消化分区相比，必须添加设备(稍微昂贵)。并且当然它比单独的消化更昂贵。

在价格方面针对待处理的相同量的量顺序是：

焚烧车间：1

消化器：0.6

HTC：0.4

当然，它必然是取决于站点的，但是它表明焚烧车间应该不惜代价减小。HTC不是非常昂贵。因此，就处理微致污物的售价而言，本发明的方法比其他分区显得更便宜。

Claims (14)

1.一种用于从污泥中选择性地去除微致污物的方法，所述方法包括：

a)提供被所述微致污物污染的废水(10)，和

b)使所述废水(10)经受初级处理步骤，从而产生包含第一部分微致污物(13)的初沉污泥(12)的第一流(11)和包含第二部分微致污物(23)的剩余废水(22)的第二流(21)，

c)使剩余废水(22)的所述第二流(21)经受二级处理步骤，从而产生生物污泥(24)，

d)使初沉污泥(12)的所述第一流(11)经受焚烧步骤，从而消除所述初沉污泥和所述第一部分微致污物(13)并且产生灰分(30)和热量(31)，

f1)所述生物污泥(24)的厌氧消化，从而产生甲烷(32)和固体产物(33)；和/或回收所述生物污泥以用于土地应用。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使所述生物污泥(24)经受热调节步骤的步骤e)，在所述热调节的上游或下游进行所述厌氧消化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将在步骤d)中产生的热量(31)提供给热调节步骤e)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一部分微致污物(13)大于所述第二部分微致污物(23)。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在厌氧消化步骤之后从消化污泥回收营养物(34)的步骤f2)。

6.根据权利要求2至5所述的方法，其中所述厌氧消化(步骤f1)是导致消化物(41)和含有甲烷(32)的气态部分(42)的厌氧消化(步骤g)，并且在所述厌氧消化(步骤f1)的下游进行热调节步骤(步骤h)，所述热调节(步骤h)是水热碳化(HTC)，从而产生所述固体产物(33)。

7.根据权利要求2至5所述的方法，其中所述热调节步骤是热水解过程(THP)(步骤i)，从而产生水解污泥(43)，并且所述厌氧消化在所述THP下游进行，所述厌氧消化是所述水解污泥(43)的厌氧消化(步骤g)，从而产生消化物(44)和含有甲烷(32)的气态部分(45)。

8.根据权利要求6或7所述的方法，进一步包括将步骤g)的所述消化物(41、44)分离成液体部分(51)和固体部分(52)的步骤j)。

9.根据权利要求6或8所述的方法，其中来自HTC步骤的所述固体产物(33)和/或来自步骤j)的所述固体部分(52)适合用作肥料，特别是用作要散播在土地上的肥料。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中使初沉污泥(12)的所述第一流(11)在经受步骤d)之前经受厌氧处理步骤k)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括在厌氧消化的步骤f1)之前氧化二沉污泥(24)的步骤n)。

12.一种用于从污泥中选择性地去除微致污物的设施(70)，所述设施包括：

a)具有第一入口(72)、第一出口(73)和第二出口(74)的第一池(71)，所述第一池(71)构造成在所述第一入口(72)处供给有被微致污物污染的废水(10)并且产生：

a.在所述第一出口(73)处回收的包含第一部分微致污物(13)的初沉污泥(12)的第一流(11)，

b.在所述第二出口(74)处回收的包含第二部分微致污物(23)的剩余废水(22)的第二流(21)；

b)生物池(81)，其适用于好氧细菌氧化、缺氧或厌氧细菌代谢，具有第一入口(82)和第一出口(83)，所述第一入口(82)与所述第一池(71)的所述第二出口(74)流体连接，所述生物池(81)被构造成在所述第一入口(82)处供给有剩余废水(22)的第二流(21)，并且产生在所述第一出口(83)处回收的生物污泥(24)；

所述设施(70)被进一步构造成执行所述生物污泥(24)的厌氧消化，从而产生甲烷(32)和固体产物(33)；和/或回收所述生物污泥以用于土地应用；

c)具有第一入口(92)、第一出口(93)和第二出口(94)的焚烧车间(91)，所述第一入口(92)与所述第一池(71)的所述第一出口(73)流体连接，所述焚烧车间(91)被构造成在所述第一入口(92)处供给有初沉污泥(12)的所述第一流(11)，并消除所述初沉污泥和所述第一部分微致污物(13)，并产生在所述第一出口(93)处回收的灰分(30)和在所述第二出口(94)处回收的热量(31)。

13.根据权利要求12所述的设施(70)，进一步包括热调节器(60、90)，所述热调节器具有第一入口(61、91)、第二入口(62、92)和第一出口(63、93)，所述第一入口(61、91)与所述生物池(81)的所述第一出口(83)流体连接，所述热调节器(60、90)被构造成在所述第一入口(61、91)处供给有生物污泥(24)，所述热调节器(60、90)至少适合于水热碳化(HTC)或热水解过程(THP)。

14.根据权利要求13所述的设施(70)，其中所述焚烧车间(91)的所述第二出口(94)与所述热调节器(60、90)的所述第二入口(62、92)流体连接，所述热调节器(60、90)被进一步构造成在所述第二入口(62、92)处供给有在所述焚烧车间(91)的所述第二出口(94)处回收的热量(31)。

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