CN101370738A - 采用活化淤泥和载体絮凝进行废水处理 - Google Patents

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Abstract

用于处理水或废水(50)以去除可溶性BOD和悬浮固体的方法和系统。该方法需要将第一和第二水或废水流导向包括活化淤泥系统(12)和载体絮凝系统(12)的处理系统。第一水或废水流被导向所述活化淤泥系统，其包括澄清器(18)和至少一个反应器(16)。第二水或废水流被导向载体絮凝系统(10)。

Description

采用活化淤泥和载体絮凝进行废水处理
技术领域
本发明涉及水或废水的处理，更具体涉及能有效去除BOD和悬浮固体两者的组合活化淤泥-载体絮凝过程。
背景技术
水和废水处理过程有时采用载体絮凝(ballasted flocculation)来澄清水或废水。载体絮凝过程使得在该过程中形成的絮凝材料快速沉降。载体絮凝物的更快速沉降使得在澄清器或沉降罐中具有非常高的溢流速度，并因此允许整体处理系统的底座明显小于常规的澄清器。进而，和其它常规澄清系统相比，载体絮凝系统由于系统的水力保持时间减少而使得该系统的启动和最优化时间一般更短。
载体絮凝处理系统采用物理/化学过程，去除在原料水或废水物流中存在的大多数颗粒状和胶态固体。由于去除的固体的物理/化学本质，该过程经常并不去除溶解的组分。在水或废水处理中特别关注的是可溶性的BOD。可溶性的BOD和颗粒态BOD是总体BOD的组分。尽管载体絮凝过程可以实现多于85％的颗粒态BOD的去除，但是这些过程不能高效地去除可溶性BOD。
所以，对能有效去除可溶性BOD的载体絮凝系统的需要已经存在并且将持续存在。
发明内容
采用活化淤泥系统(activated sludge system)和载体絮凝系统(ballasted flocculation system)来去除悬浮固体和可溶性BOD。第一水或废水流入液流被导入该活化淤泥系统中。第二水或废水流被导入该载体絮凝系统。但是，混合液体形式的活化淤泥或者返回的活化淤泥(return activated sludge)被从该活化淤泥系统导向接收第二水或废水物流的混合室。在此，水或废水和该混合液体或者返回的活化淤泥混合，以形成混合液体，该混合液体从该混合室引导通过载体絮凝系统。因此，在第二水或废水流中的可溶性BOD通过活化淤泥的活性去除，悬浮的固体和其它颗粒污染物通过载体絮凝过程从同一水或废水流中去除。
通过对下面的描述和附图的学习，本发明的其它对象和优点将变得显而易见和明显，其中所述附图仅仅是本发明的举例说明。
附图说明
图1是本发明方法的示意性举例说明。
图2是本发明方法的另一示意性举例说明，更详细地示出了本过程的载体絮凝部分。
示例性方法和系统的描述
本发明需要采用活化淤泥过程和载体絮凝过程的水或废水处理方法。在一个实施方案中，载体絮凝过程和活化淤泥过程并行操作。第一和第二水或废水流被导向该方法。第一流被导向并通过该活化淤泥过程，而第二流被导向和通过载体絮凝过程。但是，为了从被导向载体絮凝过程的水或废水流中去除可溶性BOD，将来自该活化淤泥过程的活化的淤泥或混合液体导向接收该第二流的水或废水的混合室。该混合室设置在载体絮凝过程的上游。在混合室中，来自第二流的水或废水与来自活化淤泥过程的混合液体或活化淤泥相混合，在混合室中形成的混合物随后被引导通过载体絮凝过程。这两股水或废水流都用活化淤泥处理，并在活化淤泥过程和载体絮凝过程两者中进行澄清。
在查阅图1-2所示的方法和系统之前，简单地回顾一下载体絮凝可能是有利的。载体絮凝过程通常需要化学和物理过程，其中污染物，比如悬浮固体，聚集在不溶性的颗粒状材料比如微砂周围以形成载体絮凝颗粒。通过沉降过程，包含砂、悬浮固体和其它污染物的载体絮凝颗粒沉降在沉降罐中，形成分离的、澄清的流出液。沉降的淤泥包括颗粒状材料和固体以及其它污染物，被导向分离器，该分离器将所述颗粒状材料和淤泥分离。在大多数情况下，分离的颗粒状材料循环返回通过该载体絮凝过程。如同随后的讨论中会认识到的，分离的淤泥可以循环到活化淤泥系统中，或者可以简单地抛弃和进行后续处理。
转向图1，示出了组合的活化淤泥系统12和载体絮凝系统10。如同后续公开部分所认识到的，作为返回活化淤泥或者混合液体形式的活化淤泥被从该活化淤泥系统12转移到载体絮凝系统10。
更具体而言并参见图1，活化淤泥系统12包括流入液管线50，其可操作以引导水或废水使其被处理进入反应器16。澄清器18位于反应器16的下游。返回活化淤泥(RAS)管线20从澄清器18延伸回到反应器16。管线22从反应器16延伸到澄清器18。澄清器18包括用于将澄清的流出液从澄清器18导出的出口管线24。
活化淤泥系统12可以经设计以在需氧的、缺氧的和厌氧的条件、或者这三种基本活化淤泥过程条件的任一种的组合下操作。反应器16典型地会包括一个或多个混合器，并可以配有用于使其内含物充气的其它装置。各种类型的混合器或通气装置可用于混合和/或使反应器16中的混合液体充气。典型地，水或废水被导入反应器16中，并和从澄清器18的底部通过管线20转移到反应器16的返回活化淤泥(RAS)混合。水或废水流入液和返回活化淤泥一起在反应器16中形成有时称作混合液体的物料。该混合液体在反应器16中保持选择的时间，并如上所述可以进行混合，在需氧过程的情况下可以进行充气。反应器16中的混合液体通过管线22被导向澄清器18，在此活化的淤泥沉降到澄清器18的底部并最终经由管线20导回反应器16。在常规方式中，所述返回活化淤泥的一部分可能被浪费。澄清的流出液经由管线24从澄清器导出。
如图1中所示，处理系统还包括载体絮凝系统10。第二流入液管线，管线52，将水或废水流导向载体絮凝系统10。也就是说，流入液管线50导向活化淤泥系统12，而流入液管线52导向设置在载体絮凝系统10上游的混合室54，然后从混合室54导向载体絮凝系统10。管线56从活化淤泥系统12的反应器16延伸到混合室54。混合室54典型地配有混合器，用于将来自流入液管线52的流入水或废水和来自反应器16的混合液体混合。另外，在混合室54中可以提供常规通气装置以为其中的混合液体充气。管线58在混合室54和载体絮凝系统10之间延伸。因此，包含在混合室54中的混合液体被导向载体絮凝系统10。
或者，代替将来自活化淤泥系统12的反应器16的混合液体导向混合室54，任选的可以将返回活化淤泥(RAS)通过管线56’导向混合室54。换而言之，从澄清器18返回反应器16的至少一部分返回活化淤泥可以通过管线56’导向混合室54。在此，返回活化淤泥和经由流入液管线52通到混合室的水或废水混合，以在混合室54中形成混合液体。因此，应该认识到可以或者通过将混合液体从活化淤泥系统12导向混合室54或者将一些返回活化淤泥导向混合室54，将活化淤泥转移到载体絮凝过程。
在图1所示的实施方案中，载体絮凝系统10起到澄清器的作用。也就是说，形成活化淤泥系统12的一部分的澄清器18和载体絮凝系统10两者执行澄清功能。确实，澄清器18和载体絮凝系统10并行起作用以澄清通过流入液管线50和52进入活化淤泥系统的水或废水。
图1所示的一般性系统具有很多应用。举例而言，常规活化淤泥系统，比如图1所示的系统，可以通过增加载体絮凝系统10而经过扩充以具有增加的容量。在一些活化淤泥系统中，水或废水的澄清是限制过程(limiting process)。因此，可以通过增加比如图1所示的载体絮凝系统，以成本有效地方式向现有活化淤泥系统增加额外的澄清容量。
本文公开的系统也有效地同时处理两股分离的流入液流。这两股流入液流可以通过分裂或者分开主流入液流而形成。进入流入液管线50的水或废水通过常规活化淤泥过程进行处理，得到经由管线24从澄清器18导出的澄清的流出液。进入流入液管线52的水或废水在混合室54中以及通过载体絮凝系统10进行处理。采用返回活化淤泥(RAS)或者混合液体形式的活化淤泥，并与流入液在混合室54中混合。在本文中，术语活化淤泥意在包括返回活化淤泥(RAS)或浓缩活化淤泥，比如典型地在活化淤泥过程中从澄清器18返回反应器16的类型。术语“混合液体”是指通过将返回活化淤泥或活化淤泥和流入的水或废水混合形成的混合物。另外，包含混合液体和水或废水流入液的混合物也称作混合液体。在任何情况下，混合淤泥，无论是浓缩的或稀释的，被用于直接或间介地涉及载体絮凝过程的过程中。
转向图2，示出了和图1所示的系统和方法相似的系统和方法，但是其中载体絮凝系统10显示得更加详细。在此，来自反应器16的混合液体经由管线56导向混合室54，或者，在替换性实施方案中，在管线20中输送的返回活化淤泥通过管线56’导向混合室54，在此活化淤泥和通过管线52进入的水或废水流入液混合。在任何情况下，无论是混合液体还是返回活化淤泥被导向混合室54，混合室配置有混合器或者某种其它形式的混合装置，用于将混合液体或活化淤泥和水或废水流入液混合。无论混合液体还是活化淤泥在混合室54中混合，结果是形成的混合物称作混合液体。混合室54中的混合液体被引导通过载体絮凝系统10。
尤其参见图2和其中所示的载体絮凝系统10，在管线58中加入了凝结剂R1。在线混合器Z1(任选地)经操作以将凝结剂R1和混合液体混合。在一些情况中，载体絮凝系统10可以包括独立的凝结罐，所述罐具有混合器用于将凝结剂和水、废水或者混合液体混合。凝结剂R1可以包括各种组合物，比如硫酸铝和氯化铁。凝结剂R1的剂量可以根据混合液体的状况而显著变化。
为了比较，将在管线58中通到载体絮凝系统10的混合液体称作Qa。流Qa被导入载体絮凝系统10，尤其导入注入罐T1。注入罐T1包括混合器M1。水力旋流器S设置在注入罐T1附近或上方。水力旋流器S是用于水和废水处理中以将不溶性的颗粒材料(微砂)和该颗粒材料周围的淤泥或絮凝物分开的常规装置。
如图2所示，进料管线60从水力旋流器S向下延伸。不溶性的颗粒材料沿着进料管线60导入注入罐T1。用于将反应物比如聚合物注入到注入罐T1或者邻近设置的熟化罐(maturation tank)T2的絮凝剂管线也可以连通性连接到进料管线60。聚合物R2可以包含各种组合物。合适聚合物的实例是聚丙烯酰胺聚合物。对于废水处理而言，这种聚合物的剂量通常小于2.0mg/l。但是，这些剂量也可以根据混合液体状况和地区规定而变化。熟化罐T2通过部分隔断或壁62和注入罐T1分离。请注意：壁62包括下部开口，允许从注入罐T1流到熟化罐T2。从隔断壁18下面通过的流称作流Qb。
混合器M2设置在熟化罐T2中。如图2所示，絮凝剂聚合物R2可以注入到注入罐T1或者熟化罐T2。请注意，絮凝剂注入管线沿着隔断壁18的每一侧延伸，从而使得絮凝剂可以在其每一侧上注入。进而，如上所述，聚合物R2形式的絮凝剂可以和不溶性的颗粒材料比如微砂组合，并经由进料管线60送入注入罐T1。
沉降罐T3设置在熟化罐T2附近。沉降罐T3包括周围的壁结构。板或管形式的薄片Z2是任选的。收集槽64设置在薄片Z2上方，所述收集槽可以是任选的。沉降罐T3包括沉降罐刮刀M3。如图2所示，从熟化罐T2流到沉降罐T3的流称作流Qc。
沉降罐T3经设计或者适应以收集或接收在其底部周围的成降淤泥。围绕沉降罐T3中心部分的沉降淤泥通过管线68导向泵P。从本公开的后续部分可以认识到，在沉降罐T3中收集并且通过泵P传送的沉降淤泥包括不溶性的颗粒材料以及在该颗粒材料周围聚集的絮凝物。该沉降淤泥从泵P通过管线66泵送到水力旋流器S。在该处，不溶性的颗粒材料(典型的是微砂)和淤泥分离并经由进料管线60循环通过该过程。水力旋流器S将包含固体的淤泥分开并将分离的淤泥导入管线70中。管线70可以延伸到活化淤泥系统12并尤其到反应器16。因此，通过载体絮凝系统10产生的沉降淤泥可以循环到反应器16。在一些情况中，通过水力旋流器S分离的沉降淤泥可以从废水处理系统导出以供进一步的处理。
在比如本文所示的方法中，预期载体絮凝系统10会有效地去除混合液体中大约90％-100％的总悬浮固体。在基于大约90-100GPM的初级流入液(primary influent)和大约2000-3000mg/L的混合液体悬浮固体(MLSS)进行的中试研究中，来自载体絮凝过程的流出液的TSS范围是大约0-4mg/l。
预期在离开载体絮凝系统10的澄清流出液中存在的可溶性BOD是在进入管线52的流入液中存在的可溶性BOD的大约50％。
在表1、2、3、4、5和6中，提供了用于和图1、2相似的系统和方法的中试研究，在位于Fort Smith，Arkansas的P Street WastewaterTreatment Facility进行。这些中试研究给出了总的BOD和可溶性BOD以及可溶性COD和TSS的去除速率。所述表给出了各种测试结果，其中导入混合室54的混合液体的MLSS浓度变化，其中在混合室54中的接触时间变化。
表1
表2
Figure A200780002398D00132
表3
Figure A200780002398D00141
表4
Figure A200780002398D00142
表5
Figure A200780002398D00151
表6
Figure A200780002398D00152
从上述讨论，可以发现载体絮凝系统通过加入活化淤泥可以用于从水或废水流中去除可溶性的BOD和悬浮固体。
在不偏离本发明的范围和实质特征的情况下，本发明当然可以以不同于本文所述的其它特定方式实施。因而，这些实施方案应该完全理解成为示例性的而非限制性的，在所述权利要求的意义和等价范围内的所有变化都旨在被包含于其中。

Claims (41)

1.采用活化淤泥过程和载体絮凝过程处理废水的方法，包括：
将第一废水流导向具有澄清器和至少一个反应器的活化淤泥系统；
将活化淤泥从所述澄清器返回到所述反应器并将所述活化淤泥和所述第一废水流混合以形成混合液体，和将所述混合液体导向所述澄清器，其中所述澄清器将所述活化淤泥和澄清的流出液分离；
将第二废水流导向混合室；
将混合液体或活化淤泥从所述活化淤泥系统导向所述混合室，并将所述混合液体或活化污泥和来自所述第二流的废水混合；
将混合液体从所述混合室导向具有沉降区和一个或多个混合区的载体絮凝系统；和
将不溶性的颗粒材料和通过所述载体絮凝系统的所述混合液体混合，并在所述沉降区中分离淤泥和澄清的流出液。
2.权利要求1的方法，包括将混合液体从所述活化淤泥系统导向所述混合室，并将所述混合液体和来自所述第二流的废水混合。
3.权利要求2的方法，包括将混合液体从所述活化淤泥系统的所述反应器导向所述混合室，并将所述混合液体和来自第二流的废水混合。
4.权利要求1的方法，包括将活化淤泥从所述活化淤泥系统导向所述混合室，并将所述活化淤泥和来自第二流的废水混合。
5.权利要求4的方法，其中所述活化淤泥系统包括在所述活化淤泥系统的澄清器和反应器之间延伸的返回活化淤泥管线，其中所述方法包括将活化淤泥从所述活化淤泥管线导向混合室，并将所述活化淤泥和来自第二流的废水混合。
6.权利要求1的方法，包括通过单一废水流分成第一废水流和第二废水流来处理所述单一水或废水流。
7.权利要求1的方法，包括将絮凝剂和通过所述载体絮凝系统的混合液体混合，从而导致所述混合液体中的固体聚集在所述颗粒材料周围以形成载体絮凝物颗粒，所述载体絮凝物颗粒形成至少一部分在沉降区中和澄清的流出液分离的淤泥。
8.权利要求1的方法，包括通过将来自活化淤泥系统的混合液体或活化淤泥和第二流的废水混合以从来自第二流的废水中去除可溶性的BOD。
9.权利要求1的方法，包括将通过载体絮凝系统分离的淤泥的至少一部分返回到所述活化淤泥系统。
10.权利要求9的方法，包括将通过载体絮凝系统分离的淤泥返回活化淤泥系统的反应器，并将载体絮凝系统分离的淤泥在活化淤泥系统的反应器中和废水混合。
11.权利要求1的方法，其中所述活化淤泥系统的澄清器和所述载体絮凝系统的沉降区并行操作。
12.权利要求1的方法，其中所述活化淤泥系统产生的活化淤泥从第一和第二流的废水中去除可溶性的BOD，同时载体絮凝系统的沉降区和活化淤泥系统的澄清器从第一和第二流的废水中去除固体。
13.废水处理设备，包括：
具有澄清器和至少一个反应器的活化淤泥系统；
第一流入液入口，用于将第一废水流导向活化淤泥系统；
载体絮凝系统，具有沉降区和至少一个混合区；
第二流入液入口，用于将第二废水流导向载体絮凝系统；
设置在载体絮凝系统上游的混合室；和
在所述活化淤泥系统和所述混合室之间互连的管线，用于将混合液体或活化淤泥从所述活化淤泥系统导向所述混合室。
14.权利要求13的废水处理设备，其中所述活化淤泥系统包括在所述澄清器和所述反应器之间延伸的返回活化淤泥管线，和其中所述活化淤泥系统和所述混合室之间互连的管线在所述活化淤泥系统的反应器和所述混合室之间延伸，或者在所述活化淤泥系统的所述返回活化淤泥管线和所述混合室之间延伸。
15.权利要求13的废水处理设备，其中所述活化淤泥系统和所述载体絮凝系统成并行关系设置。
16.权利要求13的废水处理设备，其中所述载体絮凝系统的沉降区将经由第二流入液入口导入该处理设备的几乎所有废水澄清。
17.权利要求16的废水处理设备，其中所述活化淤泥系统的澄清器将经由第一流入液入口导入该处理设备的废水的大部分澄清。
18.权利要求13的废水处理设备，其中所述载体絮凝系统产生沉降的淤泥，和其中提供了从载体絮凝系统延伸到活化淤泥系统的淤泥返回管线，和其中至少一部分来自载体絮凝系统的沉降的淤泥可以经由该淤泥返回管线返回到活化淤泥系统。
19.权利要求18的废水处理设备，其中所述从载体絮凝系统导向活化淤泥系统的返回淤泥管线包括连通性连接到活化淤泥系统的反应器的管线。
20.权利要求13的废水处理设备，其中所述在活化淤泥系统和混合室之间互连的管线包括连通性连接到返回活化淤泥管线和混合室的管线，所述返回活化淤泥管线在活化淤泥系统的澄清器和反应器之间延伸。
21.权利要求13的废水处理设备，其中所述混合室包括用于将废水和来自活化淤泥系统的混合液体或活化淤泥混合的混合器。
22.处理废水的方法，包括：
a、将至少一部分待处理的废水导向活化淤泥系统；
b、将返回活化淤泥和所述废水混合以形成混合液体；
c、将至少一部分所述混合液体导向澄清器，所述澄清器形成所述活化淤泥系统的一部分并且产生第一澄清的流出液；和
d、将至少一部分所述混合液体导向载体絮凝系统，所述载体絮凝系统产生第二澄清的流出液。
23.权利要求22的方法，其中所述载体絮凝系统产生沉降的淤泥，所述沉降的淤泥被导向所述活化淤泥系统并和待处理的废水混合。
24.权利要求22的方法，其中所述第一澄清器和所述载体絮凝系统成并行关系设置，使得澄清器和载体絮凝系统两者澄清被处理的废水。
25.权利要求22的方法，包括作为将至少一部分所述混合液体引导通过载体絮凝系统的结果，从通过所述载体絮凝系统的废水中除去BOD。
26.权利要求22的方法，其中所述废水的第一部分被导向活化淤泥系统，所述废水的第二部分被引导通过载体絮凝系统，和其中作为混合液体或活化淤泥和通过载体絮凝系统的废水混合的结果，BOD从引导通过载体絮凝系统的废水中去除。
27.权利要求26的方法，包括将废水的所述第二部分导向混合室，将来自活化淤泥系统的混合液体或活化淤泥和废水在混合室中混合。
28.采用生物学系统和载体絮凝系统处理废水的方法，包括：
a、将第一废水流引导通过生物学系统并用生物学方式处理所述第一废水流，以形成第一澄清的流出液；
b、将第二废水流引导通过载体絮凝系统，从所述载体絮凝系统产生第二澄清的流出液；和
c、采用来自所述生物学系统的淤泥来处理所述第二水或废水流，以使通过所述载体絮凝系统的第二废水流经过生物学处理。
29.权利要求28的方法，包括将所述第二废水流导向混合室，将来自所述生物学系统的淤泥导向所述混合室，将来自所述生物学系统的淤泥和所述第二废水流混合，和将来自所述混合室的废水引导通过载体絮凝系统。
30.权利要求28的方法，其中所述载体絮凝系统产生淤泥，和其中所述载体絮凝系统产生的所述淤泥被导向所述生物学系统。
31.权利要求28的方法，其中所述第一废水流被导向形成所述生物学系统一部分的至少一个处理区，和其中来自所述处理区的淤泥被用于处理通过载体絮凝系统的第二废水流。
32.权利要求31的方法，其中所述生物学系统进一步包括用于澄清通过所述生物学系统的废水的沉降器。
33.废水处理系统，包括：
a、活化淤泥系统，包括至少一个反应器、澄清器、和用于将返回活化淤泥从所述澄清器传输到所述反应器以形成混合液体的返回活化淤泥管线；
b、具有沉降区和一个或多个罐的载体絮凝系统；和
c、混合液体或活化淤泥供应管线，用于将混合液体或活化淤泥直接或间接传送到所述载体絮凝系统。
34.权利要求33的废水处理系统，其中所述供应管线包括用于将来自活化淤泥系统的反应器的混合液体传输到通过载体絮凝系统的废水用于澄清的混合液体供应管线。
35.权利要求33的废水处理系统，包括位于载体絮凝系统上游的混合室，和其中所述混合液体或活化淤泥供应管线通向所述混合室，和其中混合液体或活化淤泥可以从所述活化淤泥系统传输到所述混合室以和其中的废水混合。
36.权利要求35的废水处理系统，其中所述活化淤泥系统和载体絮凝系统成并行关系设置，和其中所述活化淤泥系统包括用于接收第一废水流入液流的流入液管线，和其中具有第二流入液管线，其用于接收第二废水流入液流并将所述第二流入液流导向所述混合室。
37.用于处理废水的组合的生物学和载体絮凝系统，包括：
a、生物学处理系统，包括入口、至少一个处理区和第一流出液管线；
b、和所述生物学处理系统以非串联关系设置的载体絮凝系统，包括入口、一个或多个罐、沉降区和第二流出液管线；和
c、从所述生物学处理系统导出的输送管线，用于将淤泥从所述生物学处理系统输送到载体絮凝系统，以使通过载体絮凝系统的废水由于从所述生物学处理系统输送的淤泥而进行生物学处理。
38.权利要求37的系统，包括位于所述载体絮凝系统上游的混合室，和其中所述输送管线在生物处理系统和混合室之间连接。
39.权利要求38的系统，其中所述组合的生物学和载体絮凝系统用于接收第一和第二废水流，一个废水流被导向生物学处理系统，第二流被导向混合室，并从该处导向载体絮凝系统。
40.权利要求37的系统，其中所述输送管线在生物学处理系统和载体絮凝系统之间连接。
41.权利要求40的系统，其中所述载体絮凝系统包括多个部件，和其中从所述生物学处理系统导出的输送管线连接到载体絮凝系统的部件之一上。
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