CN101980969A - 需氧和厌氧混合废水和污泥处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有降低的能量用量的处理废水的混合方法和系统。该处理系统具有吸附系统、消化或转化来自该吸附系统的固体或污泥的至少一部分的厌氧消化器和部分降低来自该吸附罐的污泥的一部分的需氧量的需氧处理罐。

Description

需氧和厌氧混合废水和污泥处理系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年3月28日提交的名称为GREEN WASTEWATERTREATMENT PROCESS的美国临时申请号61/040,149、2008年4月2日提交的名称为HYBRID PROCESS TO CONVERT ANAEROBICWASTEWATER TREATMENT TO ANAEROBIC SLUDGETREATMENT的美国临时申请号61/041,720和2008年4月21日提交的名称为MINIMIZING ENERGY USAGE BY APPLYING HYBRIDANAEROBIC DIGESTION FOR WATER RECLAMATION的美国临时申请号61/046,631的优先权，上述各申请都通过参考引入此处用于所有目的。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及废水处理的系统和方法，特别是涉及采用生物吸附、需氧处理、厌氧污泥消化、具有膜过滤系统的顺序间歇反应器(sequencingbatch reactor)处理废水的系统和方法。
2.相关现有技术的描述
Pilgram等在美国专利号6,383,389中(通过参考将其引入此处用于所有目的)教导了污水处理系统和控制该处理系统的方法，包括但不局限于能够用于间歇或连续反应器中的顺序或阶段。控制系统能够以间歇流的操作模式或连续流模式顺序化并管理处理步骤。
Sutton在美国专利申请号2008/0223783中教导了废水处理系统和处理废水的方法。该系统包括需氧膜生物反应器和连接以从该需氧膜生物反应器中连续接收废固体的厌氧消化系统。该系统还将该厌氧消化系统的流出物连续返回到该需氧膜生物反应器中。
发明概述
本发明的一个或多个方面包括涉及用于处理废水和污泥的方法的实施方案。该方法能够包括：提供待处理的废水；促进该待处理的废水的生物吸附以产生第一混合液体；从该混合液体中产生富含固体的污泥和贫含固体的部分；需氧处理该富含固体的污泥的第一部分以产生至少部分经需氧处理的污泥；厌氧消化该富含固体的污泥的第二部分以产生经厌氧消化的污泥；将该至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合；和将经厌氧消化的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合。
本发明的一个或多个其他方面涉及用于处理废水的方法，包括：提供待处理的废水流；将该废水流引入生物吸附罐中以产生第一混合液体流；将该混合液体流引入分离器中以产生富含固体的流和贫含固体的流；将该富含固体的流的至少一部分引入需氧处理罐中以产生至少部分经需氧处理的污泥流；将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器中以产生经厌氧消化的污泥流；将该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中；和将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中。
本发明的一个或多个其他方面涉及废水处理系统，包括：待处理的废水源；具有与该废水源流体连接的吸附罐入口的生物吸附罐；流体具有(fluidly having)流体连接到该生物吸附罐的下游的分离器入口、污泥出口和贫含固体的出口的分离器；具有流体连接到该污泥出口的下游的需氧罐入口和流体连接到该吸附罐入口的至少部分经需氧处理的污泥出口的需氧处理罐；和具有流体连接到该污泥出口的下游的消化器入口和流体连接到该吸附罐入口的上游的经消化的污泥出口的厌氧消化器。
本发明的一个或多个其他方面涉及废水处理系统，包括：待处理的废水源；具有具有可与该废水源流体连接的池(basin)入口的池、充气系统(aeration system)、具有污泥出口的污泥收集系统和具有上清液出口的倾析系统的顺序间歇反应器；具有可流体连接到该污泥出口的下游的消化器入口和可流体连接到该池入口的经消化的污泥出口的厌氧消化器；和经配置以产生在该池入口和该废水源之间提供流体连通的第一输出信号和在该污泥出口和该消化器入口之间提供流体连通的第二信号的控制器。
本发明的一个或多个其他方面涉及废水处理系统，包括：待处理的废水源；与该待处理的废水源流体连接的生物处理系列(train)，该第一处理系列包括至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器；流体连接到该生物处理系列的富含固体的废物出口的下游的厌氧消化器；和流体连接该厌氧消化器的经消化的污泥出口和该至少一个生物反应器的入口的经消化的厌氧污泥循环管线。
本发明的一个或多个其他方面涉及在废水处理系统中促进(facilitating)废水处理的方法，该废水处理系统具有具有至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器的生物处理系列，该方法包括：将该生物处理系列的富含固体的出口流体连接到厌氧消化器的入口的上游；和将该厌氧消化器的经消化的污泥出口流体连接到该至少一个生物反应器的入口的上游。
附图简述
附图并非意于按比例绘制。各附图中描绘的相同或几乎相同的组件或特征都用类似的数值表示。为清楚起见，并非每个组件都可以在每个附图中标记，在无需说明也能使本领域普通技术人员理解本发明的地方也并非本发明的各实施方案的每个组件都有所显示。在附图中：
图1是描述根据本发明的一个或多个方面的代表性的处理系统的流程图；
图2是描述根据本发明的一个或多个方面的另一代表性的处理系统的流程图；
图3是描述根据本发明的一个或多个方面的另一代表性的处理系统的流程图；
图4是对于根据本发明的一个或多个方面的处理系统相对于进入该厌氧消化器的活性污泥的量(百分比)的来自甲烷生产的能量增益的图表；
图5是对于根据本发明的一个或多个方面的处理系统与进入该厌氧消化器的活性污泥百分比相比的需氧能量降低的图表；
图6是对于根据本发明的一个或多个方面的处理系统与进入该厌氧消化器的活性污泥百分比相比的净能量增益的图表；
图7是对于根据本发明的一个或多个方面的处理系统与进入该厌氧消化器的活性污泥百分比相比的厌氧消化器除去的COD的百分比的图表；
图8是对于根据本发明的一个或多个方面的处理系统与进入该厌氧消化器的返回活性污泥的百分比的污泥产率的图表；
图9是描述根据本发明的一个或多个方面的另一代表性的处理系统的工艺流程图。
发明详述
本发明涉及处理水、废水或污泥以例如降低需氧量(例如生物需氧量(BOD))并使该水适于二次使用或排放到环境中的系统和方法。本发明的一个或多个方面涉及废水处理系统及其操作和使用的方法。其他方面能够属于产生或收集副产物(例如废气)和将该副产物利用作为用于该处理系统的一个或多个单元操作的燃料源。本发明并不将其应用限制于此处提出的组件、系统或子系统的构造和设置的细节，且能够以各种方式实施或实现。典型地，该待处理的水(例如废水或废水流)包含废物，其在一些情况中能够包括固体和可溶和不溶有机和无机物质。在排放到环境之前，可能需要对该流进行处理以净化该废水流或至少部分使其无危害或至少满足按照指定的规章要求或准则的排放。例如，能够将该水处理以将其BOD或其他特征(例如贾第鞭毛虫(Giardia)含量)降低到可接受的范围内。
本发明的一些方面能够包括通过促进该废水中至少一种组分的至少一部分的可生物降解物质的细菌消化来生物处理废水。本发明的其他方面能够涉及实现或至少促进将经转化的、经消化的生物降解的固体物质从该进入的液体中的分离。本发明的其他方面能够涉及实现或至少促进从该废水中降低固体含量。
本发明涉及用于处理水以例如降低需氧量(例如生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD))和使该水适于二次使用或排放到环境中的系统和方法。本发明的一个或多个方面涉及废水处理系统及其操作方法。本发明并不将其应用限制于此处提出的组件、系统或子系统的构造和设置的细节，其能够以各种方式实施或实现。
典型地，该待处理的水(例如废水或废水流)包含废物，其在一些情况中能够包括固体和可溶和不溶有机和无机物质。在排放到环境之前，可能需要对这种流进行处理以净化该废水流或至少部分使其无危害或至少满足按照指定的规章要求或准则的排放。例如，能够将该水处理以将其COD或BOD降低到可接受的范围内。
本发明的一些方面能够包括通过促进该废水中至少一种组分的可生物降解物质的细菌消化来生物处理废水。本发明的其他方面能够涉及实现或至少促进将经转化的、经消化的生物降解的固体物质从该进入的液体中的分离。本发明的其他方面能够涉及实现或至少促进从该废水中降低固体含量。
此处所用的术语“水”、“废水”和“废水流”表示待处理的水，例如来自家用的、商用的、或市政的、工业的和农业的来源及其混合物的水流或水体，其典型地包含至少一种不适合的组分或污染物，由可生物降解的无机或有机物质，能够通过生物方法分解或转化为环境友好的或至少较能采用的化合物。该待处理的水还能够包含生物固体、惰性物质、有机化合物，包括顽固物质或与其他有机化合物相比难于生物降解的一类化合物以及来自辅助处理操作的组分(例如但不局限于亚硝胺和内分泌干扰物质)。
“贫含固体的”部分典型地是在一个或多个沉降或分离操作之后与原始混合液体相比具有较少悬浮固体的水。相反，“富含固体的”污泥典型地是在一个或多个沉降或分离操作之后与原始混合液体相比具有较高固体浓度的水。例如，能够使具有悬浮固体的混合液体促进其中悬浮的固体的至少一部分的沉降；所得到的水体，作为人工诱导或天然重力的作用，将典型地具有下部的水层和上部的水层，其中该下部层与原始混合液体和上部的贫含固体的水层相比，具有较高的固体浓度。此外，该贫含固体的水层与原始混合液体相比将典型地具有较低的悬浮固体浓度。其他分离操作能够包括过滤以产生富含固体的污泥和贫含固体的部分。
“经处理的”部分典型地是在一个或多个处理阶段(例如一个或多个生物或分离操作)之后具有较少的不适宜的组分或污染物的水。能够将具有不适宜的组分(例如可溶的无机或有机化合物)的“贫含固体的”部分引入膜过滤装置或膜生物反应器中，其能够将该无机或有机化合物保留过滤器的第一侧作为“第二混合液体”，而使该“经处理的”部分通过该过滤器。
此处公开的一种或多种本发明的系统能够包括一个或多个基于生物或非基于生物的单元操作。本发明的系统和技术能够作为净化或处理系统或至少作为其一部分实现，该净化和处理系统典型地包括一个或多个预处理、一次处理、二次处理和后处理或精制(polishing)操作。此外，能够使用本发明的一个或多个方面的处理设备能够包括该预处理、一次处理、二次处理和后处理或精制操作的至少一种。
预处理系统和操作可以除去粗砂(grit)、砂子(sand)和砂砾(gravel)。一次处理操作或系统能够包括至少部分均衡化、中性化和/或除去该待处理的水中的大的不溶性物质，例如但不局限于脂肪、油和油脂。该预处理和一次处理操作可以相结合以除去这种物质以及可沉降的固体和漂浮物体，和不溶性物质，例如碎料(rag)和棒状物(stick)。可以使用初级澄清器(primary clarifier)来分离固体。
二次处理单元操作或系统能够包括生物处理，例如典型地利用具有细菌的生物质(biomass)或微生物的聚生体(consortium)以将可生物降解的物质(例如但不局限于糖、脂肪、有机分子和在该水中产生氧需求的化合物)至少部分水解或转化。事实上，本发明的一些有利的方面能够利用生物方法和系统除去或转化该待处理的水中有机物质的至少一部分。
后处理或精制操作或系统能够包括生物处理、化学处理和分离系统。该后处理操作可以包括包括生物硝化/脱硝(denitrification)和磷去除的方法。能够使用的化学处理可以包括化学氧化和化学沉淀。分离系统能够包括通过离子交换、超滤、反渗透或电渗析除去溶解的无机固体。其他处理方法能够包括通过化学或物理方式消毒、净化或失活任意残余的微生物的至少一部分。例如，消毒能够通过暴露于任意一种或多种氧化剂或光化辐射(actinic radiation)而实现。在本发明的一些实施方案中可以使用的商业上可获得的过滤系统包括使用来自Siemens WaterTechnologies Corp.的CMF-STM连续膜过滤模块以及
Figure BPA00001232084200061
CMF(Pressurized)XP、CP和XS膜过滤系统的那些。能够使用的其他分离器包括压滤机和离心机。
本发明的处理系统的一些实施方案能够包括待处理的废水源、具有与该废水源流体连接的吸附罐入口的生物吸附罐。本发明的处理系统还能够包括流体具有(fluidly having)流体连接到该生物吸附罐下游的分离器入口、污泥出口和贫含固体的出口的分离器。本发明的处理系统能够另外包括具有流体连接到该污泥出口下游的需氧罐入口和与该吸附罐入口流体连接的至少部分经需要处理的污泥出口的需氧处理罐。本发明的处理系统能够另外包括具有流体连接到该污泥出口下游的消化器入口和流体连接到该吸附罐入口上游的经消化的污泥出口的厌氧消化器。
能够用于本发明的处理系统的一个或多个构造中的澄清器或其组件的非限定性实例包括但不局限于来自Siemens Water TechnologiesCorp.的FLOC-CLARIFIER系统、SPIRACONETM上升(upflow)流污泥毯澄清器(sludge blanket clarifier)、
Figure BPA00001232084200072
循环澄清器和澄清器。
能够依照此处公开的一种或多种构造使用的膜生物反应器(MBR)系统包括但不局限于来自Siemens Water Technologies Corp.的MEMPULSETM膜生物反应器系统、PETROTM膜生物反应器系统、Immersed Membrane Bioreactor System和XPRESSTM MBR PackagedWastewater系统。
能够用于该废水系统的一种或多种构造中的该厌氧系统的组件或部分的非限定性实例包括但不局限于来自Siemens Water TechnologiesCorp.的
Figure BPA00001232084200074
消化器储气器(gas holder)系统、
Figure BPA00001232084200075
分解系统、
Figure BPA00001232084200076
消化器气体混合系统、
Figure BPA00001232084200077
螺旋导向消化器储气器、
Figure BPA00001232084200078
垂直导向消化器储存器、DUO-DECKTM漂浮消化器盖(cover)、
Figure BPA00001232084200079
加热器和热交换器系统。
涉及本发明的一些方面的一个或多个实施方案能够包括废水处理系统，其包括：待处理的废水源和具有具有可与该废水源流体连接的池入口的池、充气系统、具有污泥出口的污泥收集系统和具有上清液出口的倾析系统的顺序间歇反应器。该废水处理系统还能够包括具有可流体连接到该污泥出口的下游的消化器入口和可流体连接到该池入口的经消化的污泥出口的厌氧消化器，和经配置以产生在该池入口和该废水源之间提供流体连通的第一输出信号和在该污泥出口和该消化器入口之间提供流体连通的第二信号的控制器。
在本发明的其他实施方案中，本发明的方法和技术能够包括：提供待处理的废水和促进该待处理的废水的生物吸附以产生第一混合液体。本发明的方法和技术能够另外包括从该混合液体中产生富含固体的污泥和贫含固体的部分；和需氧处理该富含固体的污泥的第一部分以产生至少部分经需氧处理的污泥。能够厌氧消化该富含固体的污泥的第二部分以产生经厌氧消化的污泥。本发明的方法和技术甚至另外能够包括将该至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合；和将经厌氧消化的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合。
在本发明的其他实施方案中，本发明的方法和技术能够包括：提供待处理的废水流；和将该废水流引入生物吸附罐中以产生第一混合液体流。本发明的方法和技术还能够包括将该混合液体流引入分离器中以产生富含固体的流和贫含固体的流。本发明的方法和技术还另外可以包括将该富含固体的流的至少一部分引入需氧处理罐中以产生至少部分经需氧处理的流。甚至另外，本发明的方法和技术能够包括将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器以产生经厌氧消化的污泥流。另外，本发明的方法和技术能够包括将该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐；和将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐。
涉及本发明的一些方面的一个或多个实施方案能够包括废水处理系统，其包括：待处理的废水源和与该待处理的废水源流体连接的生物处理系列。该第一处理系列能够包括至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器。该废水处理系统还能够包括流体连接到该生物处理系列的富含固体的废物出口的下游的厌氧消化器和流体连接到该厌氧消化器的经消化的污泥出口和该至少一个生物反应器的入口的经消化的厌氧污泥循环管线。
在本发明的其他实施方案中，本发明的方法和技术能够包括在废水处理系统中促进废水处理的方法，该废水处理系统具有具有至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器的生物处理系列。该方法能够包括：将该生物处理系列的富含固体的出口流体连接到厌氧消化器的入口的上游；和将该厌氧消化器的经消化的污泥出口流体连接到该至少一个生物反应器的入口的上游。
本发明的系统和组件与其他废水处理系统相比通过将生物方法与厌氧消化结合使用也可以提供成本优点。本发明的废水处理方法通过使用包括生物方法和循环流的各种单元操作能够降低污泥的产量。该废水处理系统通过例如将引入该厌氧消化器的污泥的浓缩或浓化还克服了与使用厌氧废水处理方法相关的一些技术难题。此外，典型地降低了与使用常规需氧稳定单元相关的成本，因为典型地在需氧方法中将会由于使用了厌氧消化器和各种循环流而需要较少的充气。该方法也能够产生甲烷作为厌氧消化方法的产物，其能够用作能量源。在某些实施方案中，使用该厌氧消化器能够降低大部分的化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。这能够降低充气和氧的需求，并由此降低操作成本，并提高能够用作能量源的甲烷的产量。此外，因为将使用厌氧消化以降低污泥中的COD和BOD，因为也能够降低该系统的污泥产率。
与其中以几小时的保留时间(例如1～2小时)在需氧污泥稳定罐中进行的污泥稳定的传统接触稳定方法相比，本发明处理系统的一种或多种能够使用多个子系列和一个或多个促进对悬浮和/或溶解物质同化(assimilation)或生物吸附的吸附系统。例如，此处公开的各种系统和技术能够有利地通过使用多个具有不同水力负荷的子系列而提供废水处理。第一系列能够具有大部分的返回活性污泥，优选经过厌氧消化的，第二系列具有经需氧处理的活性污泥的部分，典型地仅通过暴露于少于所有需氧量全部转化或消化(所需)的需氧活性而部分需氧处理。本发明的系统的各种构造能够利用固/液分离器，其进一步降低资金需求。因此，在一些情况中，能够利用一个或多个分离器在一个或多个子系列中分离待处理的污泥或富含固体的流。
本发明的处理系统的一些其他实施方案能够包括收集和/或转化各种物质以产生污泥物质。该生物吸附方法能够包括吸附和吸收方法，其便于转化该水或废水中的溶解固体以及悬浮固体的至少一部分。在该吸附方法中，颗粒的离子和分子物理粘合或结合在另一分子或化合物的表面上。例如，吸附方法能够包括化合物或分子附着到该废水中的可溶和不溶颗粒的表面上以使其沉降在下游澄清器(downstream clarifier)中。在吸收方法中，能够发生化学和生化反应，其中一种状态的化合物或物质转化为另一种状态的另一种化合物或物质。例如，废水中的化合物转化为另一种化合物，或者被细菌加入或加入到细菌中用于新细菌的生长。能够在该生物吸附方法中提供充气以混合并提供需氧环境。在生物吸附罐中的保留时间能够为几分钟到几小时，例如约5分钟～2小时，更优选30分钟～1小时。其中的充气能够实现以提供混合和保持便于絮凝的需氧环境。在该使用充气处理罐的系统中能够实现进一步的絮凝或聚集。然而，在一些情况中，该充气处理罐将基本上所有该溶解氧提供到该生物吸附罐中。
在一些情况中，该处理系统能够包括具有各种微生物聚生体的单元操作，其促进在扰乱(upset)之后快速返回到稳定状态条件。例如，该处理系统能够循环提供或促进厌氧消化活性的微生物。在某些实施方案中，向该生物吸附罐中恒定提供消化细菌(例如氨氧化和亚硝酸盐氧化生物质)，其能够存活在该厌氧消化器中且能够将其循环回到该需氧环境中。例如，能够在该生物吸附罐中进行硝化和脱硝。在本发明的某些实施方案中，也可以将通过需氧处理和/或厌氧消化器处理的污泥作为循环流进入该生物吸附罐中以辅助该生物吸附方法。其他经处理的流，例如离开增稠器或澄清器的贫含固体的部分或贫含污泥的部分，或者由精制单元产生的混合液体，也能够作为循环流引入该生物吸附罐中以辅助该生物吸附方法。
在其他情况中，一些构造能够包括化学促进的吸附机制。
本发明的处理方法的一些实施方案能够包括对来自该待处理的废水的至少一部分污泥进行生物处理。生物处理方法能够用于除去和/或生物降解该待处理的水中不适宜的物质，例如有机污染物。在某些实施方案中，该生物处理方法能够是需氧生物处理方法。根据操作条件，该待处理的水或污泥中的至少一部分有机物质能够生物氧化并转化为二氧化碳和水。在某些实施方案中，需氧量的降低能够高达约80～90％。在一些实施方案中，通过使用小于足够的充气速率或少于足够的保留时间，能够仅部分降低该待处理的水或污泥中的该有机物质的一部分。例如，需氧量的降低能够小于70％，小于50％，小于30％，或小于10％。在特别优选的实施方案中，该需氧量的降低能够小于8％，更优选为约0.08％～约6％。能够使用空气扩散器或通风机在例如开口罐中对该待处理的水或污泥充气并混合一段时间。需氧生物处理方法能够进行以提供0.2mg/L～5mg/L，更优选1.5mg/L～2.5mg/L的溶解氧含量。在该需氧处理罐中的保留时间能够为几周，更优选在1～6小时范围内，甚至更优选在1～2小时范围内。
本发明的处理系统的一些实施方案能够包括能够分解和/或转化各种物质为其他的更有用的最终产物的系统。在该系统中，微生物能够在不存在氧气的情况下分解为可生物降解的物质。在该厌氧消化方法中，能够处理很多有机物质，例如废纸、草屑、食物、污水和动物废物。该方法具有提供引入到该系统中的污泥的体积和质量降低的优点。该方法产生富含甲烷和二氧化碳的沼气，其适用于产生能量。该厌氧消化方法能够包括引入到该消化器中的污泥的细菌水解。这能够将不溶的有机聚合物(例如碳水化合物)转化为糖、氨基酸和脂肪酸。在某些厌氧消化器中，产酸(acidogenic)细菌然后能够将这些物质转化为碳酸、醇、氢气、二氧化碳、氨和有机酸。由该产酸细菌转化的该化合物能够进一步被产乙酸微生物消化以产生乙酸、二氧化碳和其功能起。然后产甲烷细菌或甲烷微生物(methanogen)能够将该二氧化碳、氢气、氨气和有机酸转化为甲烷和二氧化碳。该厌氧消化方法产生的甲烷能够用作能量源。在某些实施方案中，用该处理方法的污泥内存在的甲烷微生物聚生体恒定供给该厌氧消化器。某些生长缓慢的厌氧细菌(例如嗜乙酸甲烷微生物(acetoclastic methanogen)和嗜氢甲烷微生物(hydrogentrophicmethanogen))能够存活在本发明的需氧环境中，且将返回到该厌氧消化器中，以对该厌氧消化器恒定供给显著量的甲烷微生物。这可用于更可靠的处理方法，且可允许如果在该系统中发生问题能够更平稳地转变回到稳定状态。
根据在消化过程中所用的细菌类型，该厌氧消化方法能够在20℃～75℃的温度操作。例如，嗜温细菌的使用典型地需要约20℃～45℃的操作温度，而嗜热细菌典型地需要约50℃～75℃的操作温度。在某些实施方案中，该优选的操作温度能够为约25℃～35℃以促进嗜温活性而非嗜热活性。根据其他操作参数，在厌氧消化器中的保留时间能够为7～50天的保留时间，更优选为15～30天的保留时间。在某些实施方案中，需氧量的降低能够为50％。
在某些实施方案中，将通过厌氧消化器处理的污泥循环回到生物吸附方法的入口。在将该经厌氧消化的污泥循环到该生物吸附方法中之前，可以将该厌氧污泥通过厌氧条件罐处理以改变该经厌氧消化的污泥的特性。在某些实施方案中，也可以将该经厌氧消化的污泥循环回到该需氧处理罐的入口以与进入该需氧处理罐的富含固体的污泥相混合。
本发明的系统的一些其他实施方案能够包括一个或多个能够进行分离方法的系统。该分离方法可以分离出待处理的水或污泥的某些部分。该分离方法可以能够从该废水中除去大的物质，例如粗纱、砂子和砂砾。其他分离方法能够除去该待处理的水中大的不溶物质，例如但不局限于脂肪、油和油脂。其他分离系统可以利用物质的沉降特征，例如可沉降的固体和漂浮物体。各种分离可以使用例如沉降罐、澄清器、增稠器和过滤系统的单元操作。
该处理系统的一些其他实施方案能够包括一个或多个循环流，其可以将第一单元操作的输出物释放到该第一单元操作上游的第二单元操作的入口。在某些实施方案中，能够将厌氧消化器、需氧消化器、污泥增稠器或需氧精制单元的输出物循环到初级澄清器或生物吸附罐的入口。在其他实施方案中，能够将厌氧消化器的输出物循环到该需氧处理罐的入口。
该处理系统的一些其他实施方案能够包括与待处理的废水源流体连接的顺序间歇反应器。该顺序生物反应器可以通过促进可生物降解物质的降解或转化然后将包括该经转化的物质的混合液体的沉降和/或倾析而对该废水进行生物处理。该顺序间歇反应器能够与位于该反应器下游的厌氧消化器流体连接。
图1示例性地描述了依照本发明的一些方面的实施方案。该处理系统10能够与待处理的水源110流体连接或可连接。依照本发明前述方面的任一种，处理系统10能够包括一个或多个处理单元操作，其可以包括一个或多个生物处理方法和一个或多个固体减少和固体收集系统或方法。
待处理的水源110能够是来自市政、居住区和工业或商用机构、上游预处理系统或其组合中的任一种或多种的水收集系统。例如，水源110能够是从污水系统接收水的沉降或沉淀池。
处理系统10能够包括一个或多个生物吸附罐112，其促进溶解和悬浮固体中至少一部分的聚集。生物吸附罐112能够包括或经构造以包含生物量(biomass)的微生物，其能够使该待处理的水中的可生物降解的物质发生代谢变化。例如，生物吸附罐112能够包括或经配置以包含生物量的微生物，其能够通过吸附可生物降解的物质来处理待处理的水中的可生物降解物质。生物吸附罐112还能够包括或经配置以包含用于促进该废水中的可溶和不溶物质(例如有机化合物)的吸附的物质或化合物。该生物吸附方法可以包括充气和混合以帮助在生物吸附罐112内保持需氧环境。
生物吸附罐112产生第一混合液体212，能够将其引入分离器例如澄清器114中以产生贫含固体的流214和富含固体的污泥216。能够对贫含固体的流214进行进一步处理以例如使该至少部分经处理的水适用于排放到精制单元118中以产生能够适用于其他用途的经处理的产物120和能够循环回到废水源110的第二混合液体222。
能够将富含固体的污泥216分开以使富含固体的污泥216的至少一部分在需氧处理罐116中进行需氧处理以产生至少部分经需氧处理的流224。能够将至少部分经需氧处理的流224循环回到待处理的废水源110，与其混合，或引入该处理系统的其他单元操作中。
能够将富含固体的污泥216的至少一部分引入厌氧消化器122中以产生经厌氧消化的污泥226。能够将该经厌氧消化的污泥226的一部分作为废污泥130丢弃掉。也能够将经厌氧消化的污泥226的一部分循环回到废水源110，与其混合，或引入该处理系统的其他单元操作中。
任选地，在将富含固体的污泥216的至少一部分引入厌氧消化器122中之前，能够将富含固体的污泥216的至少一部分引入增稠器124以产生经增稠的污泥228和贫含污泥的部分232。然后将该经增稠的污泥228引入厌氧消化器122中，能够将贫含污泥的部分232循环回到废水源110，与其混合，或引入该处理系统的其他单元操作中。
能够将富含固体的污泥216的0～100％的任意部分引入充气处理罐116，剩余部分引向厌氧消化器。在某些实例中，引入增稠器124或厌氧消化器122的部分能够为富含固体的污泥216的约2～20％。
在某些实例中，能够监控经处理的产物120的溶解固含量、COD/BOD、或其他鉴别特征。如果任意一种鉴别特征的水平不在所需的范围内或不是所需的水平，那么能够对该处理系统进行调节。例如，如果该经处理的产物的COD偏离了所需的水平，那么能够将更多或更少部分的经厌氧处理的污泥226作为废污泥130丢弃掉。
图2示例性地描述了依照本发明的一些方面的另一实施方案。该处理系统30能够与待处理的水源310流体连接。依照本发明的前述方面的任一种，处理系统30能够包括一个或多个处理单元操作，其可以包括一种或多种生物处理方法和一种或多种固体降低和固体收集系统和方法。
系统30能够具有一个或多个初级分离器。例如，与待处理的水源310流体连接的初级澄清器311能够用于使待处理的水源310的至少一部分组分沉降，使得能够产生贫含固体的废水411并将其引入生物吸附罐312中。初级澄清器311还能够产生富含固体的废水流413，其能够与富含固体的污泥416或经增稠的污泥428相混合以引入厌氧消化器322中，下面将对其更详细地讨论。能够使用的该系统的分离器包括但不局限于初级分离器，包括过滤器和溶解空气浮动型单元(dissolve airflotation type units)，其具有或不具有粗砂去除。
典型地将贫含固体的废水411引入生物吸附罐312以产生第一混合液体412，能够在分离例如澄清器314中将其分离，以产生贫含固体的流414和富含固体的污泥416。能够将贫含固体的流414进一步处理，例如具有例如膜生物反应器318的第三或后处理系列，以产生能够适用于其他用途的经处理的产物320。由膜生物反应器318产生的第二混合液体422能够循环回去以与贫含固体的废水411相混合，或与其混合或引入该处理系统的其他单元操作中。
能够将富含固体的污泥416分开以使富含固体的污泥416的至少一部分在需氧处理罐316中进行需氧处理以产生至少部分经需氧处理的流424。能够将至少部分经需氧处理的流424循环回去以与贫含固体的废水411相混合。
能够将富含固体的污泥416的至少一部分引入厌氧消化器322中以产生经厌氧消化的污泥426。能够将该经厌氧消化的污泥426的一部分作为废污泥330丢弃掉。也能够将经厌氧消化的污泥426的一部分循环回去以与富含固体的污泥416相混合以引入需氧处理罐316中。
在将富含固体的污泥416的至少一部分引入厌氧消化器322中之前，能够将富含固体的污泥416的至少一部分引入增稠器324以产生经增稠的污泥428和贫含污泥的部分432。然后将该经增稠的污泥428引入厌氧消化器322中，和能够将贫含污泥的部分432循环回去以与贫含固体的废水411相混合。
能够将富含固体的污泥416的0和包括100％之间的任意部分引入充气处理罐316，剩余部分引向厌氧消化器。在某些实例中，引入增稠器324或厌氧消化器322的部分能够为富含固体的污泥416的约2～20％。在一些情况下，富含固体的污泥416的一部分能够作为废污泥330丢弃掉。
在某些实例中，能够监控经处理的产物320的溶解固含量、COD/BOD、或其他鉴别特征。如果任意一种鉴别特征的水平不在所需的范围内或不是所需的水平，那么能够对该处理系统进行调节。例如，如果该经处理的产物的COD偏离了所需的水平，那么能够将更多或更少部分的经厌氧处理的污泥426作为废污泥330丢弃掉。
能够使用一个或多个硝化单元。例如，能够设置生物膜硝化单元(其能够是移动床生物反应器)以从该分离器中接收至少一部分的该贫含固体的流。能够将从该硝化单元的流出物与来自澄清器的污泥混合以实现至少部分脱硝。然后进行再充气以将氮气的至少一部分作为气体除去。这种改变能够减少或消除外部碳源的使用。
图3示例性地描述了依照本发明的一些方面的另一实施方案。该处理系统50能够流体连接或可连接到待处理的水源510。依照本发明的前述方面的任一种，处理系统50能够包括一个或多个处理单元操作，其可以包括一个或多个生物处理方法和一个或多个固体减少和固体收集系统或方法。
优选的初级澄清器511能够流体连接或可连接到待处理的水源510。初级澄清器511典型地产生贫含固体的废水611和富含固体的废水613。能够将贫含固体的废水611的至少一部分引入一个或多个顺序间歇反应器512中，其中能够进行一个或多个处理步骤。例如，顺序间歇反应器512能够在一个或多个阶段中操作以以所需的方式处理该待处理的水或废水。
顺序间歇反应器512能够操作或配置以在第一阶段中接收来自水源510的待处理的水，这典型地称作FILL阶段。该FILL阶段能够在充气的、缺氧的或充气和缺氧条件的组合中进行。优选地，将该待处理的流入(influent)水通过一个或多个流入分布歧管(manifold)进入顺序间歇反应器512的池中。该池的尺寸能够容纳或提供所需的水力保留时间并容纳该待处理的水的体积和进入流速。
当该顺序间歇反应器512的池至少部分充满时或之后，顺序间歇反应器512能够操作以有利于细菌代谢活动，其在第二阶段(其典型地称作REACT阶段)中将可生物降解的物质的至少一部分转化或处理。该REACT阶段能够在一个或多个离散的步骤或阶段中进行，其也能够操作以进行其他方法，例如生物吸附方法。然而，在一些情况中，生物吸附可以已经或在FILL阶段中完成。该REACT阶段能够通过从一个或多个空气源通过浸没在该液体中的充气歧管引入氧气(优选作为空气)在需氧状态下进行。能够在例如该FILL阶段之后和/或在该DECANT阶段之后进行的该一个或多个REACT阶段，能够进行足够促进至少部分生物降解或至少部分转化(例如通过生物吸附)的时间，进行足以促进悬浮的颗粒和可溶物质的吸附和吸收的时间。例如，能够通过该池中的充气系统进行充气以产生需氧状态以促进用硝化细菌将氨氧化为硝酸盐。空气源优选进一步提供通过该充气系统的充气歧管释放的空气作为气泡，其量足以诱发该液体在顺序间歇反应器512的池内的混合。可替代地或与该充气诱发现象相结合，也能够通过混合器(例如叶轮)实现混合，当需要混合而不将空气引入液体中时这可以是适合的。该一个或多个REACT阶段并不局限于使用空气，能够使用在该液体中提供目标溶解氧浓度的任意氧气源用于各个或任意该一个或多个REACT阶段。该一个或多个REACT阶段能够包括充气阶段和发生在该充气阶段之后一段时间的单独的再充气阶段。
SETTLE阶段典型地在至少一个充气、生物吸附和/或混合阶段之后，以产生可使该液体中生物质的至少一部分沉降以形成上清液、在该上清液之下的贫含固体的液体和富含固体的或污泥层的静止状态。该SETTLE阶段的持续时间可能不同，且取决于几个因素，包括但不局限于该混合液体的温度、该生物质的性质和组成。
然后能够在DECANT阶段中取出或倾析出贫含固体的液体614，且能够在例如精制单元518中进一步处理。能够通过歧管取出该经沉降的污泥的至少一部分并引向通过各种生物方法或消毒处理的进一步的处理。能够将该富含固体的流616的至少一部分取出并引导至各种其他的生物方法，例如需氧处理或厌氧消化522。该经处理的流出物或贫含固体的液体614的取出或倾析能够优选使用该池中的倾析系统进行，且典型地具有漂浮固体-排除倾析器或撇沫器(skimmer)，其优选经构造以具有开孔，该开孔消除或至少降低在去除该贫含固体的上清液的过程中扰动富含沉降固体的层的湍动状态的可能性。
IDLE阶段可以任选地包括在顺序间歇反应器612等待接收待处理的流入物的过程中。
在一些情况中，能够在多于一个阶段中进行任意功能或活动。例如，在沉降阶段过程中以及在空闲阶段过程中能够进行取出富含固体的污泥616。因此，本发明能够以此处出现的阶段顺序以外的其他方式实施。此外，能够将任意或更多阶段省略或组合。例如，在一些情况中，该REACT阶段能够在该FILL阶段过程中进行，由此结合或延长该REACT阶段的持续时间。
来自Siemens Water Technologies Corp.的
Figure BPA00001232084200171
顺序间歇反应器系统是在市场上可得到的处理系统的实例，其能够包括用于依照本发明的一些方面实现生物营养物质去除的生物系列。本发明的其他方面可以使用Calltharp和Calltharp等在美国专利号4,775,467、5,021,161和6,884,354的任意一个中公开的系统和方法，其各自通过参考引入此处。事实上，可以利用属于恒定水平的顺序间歇反应器系统的一些有利特征。这种恒定水平的生物转化系统可以通过减少在下游过滤操作过程中的任意操作波动或变化而有利地提供甚至进一步改进的该总处理系统的工艺控制。在一些情况中，其他优点能够降低任意平衡罐的尺寸，或甚至消除对这种单元操作的需求，其降低了总的处理系统占地和资金需求。
可以通过使用一个或多个控制器534实现对各阶段排序，该控制器与一个或多个顺序间歇反应器512、初级澄清器511、精制单元518、增稠单元524和厌氧消化器522有效连接。将一个或多个传感器典型地使用在顺序间歇反应器512的一个或多个单元操作中或与其一起使用以在该处理方法过程中提供该工艺情况或状态的指示或特征。例如，能够将一个或多个液面指示器(level indicators)(未示出)设置在顺序间歇反应器512的池中并经配置以将该池内包含的液面表示发送给一个或多个控制器534。根据从该一个或多个传感器接收到的信号，控制器534能够产生并发送控制信号到初级澄清器511、精制单元518、增稠单元524和厌氧消化器522或其他组件的任意组件。例如，在该池中高液面条件时，如该一个或多个液面指示器所测定，控制器534能够产生并发送控制信号到执行器，该执行器关闭将水源510和顺序间歇反应器512的池流体分开的入口阀。控制器534典型地进一步产生控制信号，其启动和终止该一个或多个顺序间歇反应器512的阶段。例如，控制器534能够产生并发送控制信号以启动或切断该用于顺序间歇反应器512的空气源。
能够在精制处理系统中对从顺序间歇反应器512中倾析出的贫含固体的流614进一步处理。例如，此处公开的处理系统的一种或多种构型能够包括一个或多个精制单元518，其使用包括但不局限于以下的处理方法：生物硝化/脱硝和磷去除、化学氧化、化学沉淀和包括通过离子交换、超滤、反渗透、紫外辐射和电渗析除去溶解的无机固体的分离系统。能够将经处理的产物520输送到储存或二次利用或排放到环境中。
能够在厌氧消化器522中进一步处理富含固体的污泥616以产生经厌氧消化的流626。
在该处理系统的操作过程中，能够利用一个或多个目标特征来调节该系统的任意单元操作的一个或多个操作参数。能够将经厌氧消化的流626的一部分循环以与该待处理的废水源510和贫含固体的废水611相混合。也能够将经厌氧消化的流626的一部分从系统50中作为废污泥丢弃掉。
任选地，在将富含固体的污泥616的至少一部分引入厌氧消化器522之前，能够将富含固体的污泥616的至少一部分引入增稠器524以产生经增稠的污泥628和贫含污泥的部分632。然后能够将经增稠的污泥628引入厌氧消化器522中，能够将贫含污泥的部分632循环回到废水源510、贫含污泥的废水611，与其混合，或引入该处理系统的其他单元操作中。
此处公开的各种系统和技术能够显著降低能量消耗或甚至提供能量，并还降低在废水处理过程中产生的污泥量。
也可以使用其他单元操作，例如过滤器和粗滤器。
此外，控制器能够便于或调节该处理系统的操作参数，例如，控制器能够经构造以调节一种或多种流的循环速率、一种或多种停留时间的持续时间、温度、该处理系统的任意单元操作中的流体中的溶解氧浓度。
该控制器可以响应于来自位于该处理系统内的任意特定位置处的计时器(未示出)和/或传感器(未示出)的信号。例如，位于厌氧反应器中的传感器可以显示其中低于最佳条件。此外，该一个或多个传感器可以监控一个或多个操作参数例如压力、温度、该液体的一个或多个特征和/或任意流出物流的一个或多个特征。类似地，位于任意循环流内或其他位置的传感器能够提供对等于、小于或大于所需或目标速率的其流速的表征。然后该控制器通过产生使该循环流速升高或降低的控制信号作出响应。来自该精制子系列的混合液体的目标循环流速可以取决于该处理系统的操作参数。例如，该目标循环流速可以是待处理的进入水的流入流速的几倍，例如至少两倍。在一些情况中，可以调节固体排放速度以实现该经处理的水的一个或多个目标特征。其他控制机制可以包括至少部分根据该流入物或待处理的水的需氧量按比例改变在该厌氧消化器和该需氧处理罐之间的相对流速。
本发明的一种或多种实施方案的系统和控制器提供了具有多个操作模式的多用单元，其能够响应于多个输入信号以提高该废水处理系统的效率。
该控制器可以使用一个或多个计算机系统实现，其例如可以是通用计算机，例如基于Intel
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型处理器、Motorola
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处理器、Hewlett-Packard
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处理器、Sun
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处理器或任何其它类型的处理器或其组合的那些。可替代地，该计算机系统可以包括特定程序化的特定用途硬件，例如特定用途集成电路(ASIC)或用于水处理系统的控制器。
该计算机系统能够包括一个或多个处理器，其典型地与一个或多个存储装置连接，该存储装置能够包括例如磁盘驱动内存(disk drivememory)、闪存器设备、RAM存储器设备或用于储存数据的其它设备中的任意一种或多种。该存储器典型地用于储存该系统操作过程中的程序和数据。例如，该存储器可以用于存储涉及一段时间的参数的历史数据以及操作数据。包括实施本发明实施方案的编程代码的软件能够存储在计算机可读和/或可写的非易失性记录介质上，并随后典型地被复制到存储器中，在其中能够将其随后被一个或多个处理器执行。这种程序代码可以用多种编程语言(例如Java、Visual Basic、C、C#、C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBAL中的任何一种或其多种任意组合)编写。
该计算机系统的组件可由一种或多种互连机理而连接，其可以包括一个或多个总线(busses)(例如集成在同一设备内的组件之间)和/或网络(例如在位于分离的个别设备上的组件之间)。该互连机理典型地能使该系统的组件之间交换信息(例如数据、指令)。
该计算机系统也能够包括一个或多个输入装置(例如键盘、鼠标、光标球、麦克风、触屏和其他人机界面装置)和一个或多个输出装置(例如印刷装置、显示屏或扬声器)。另外，该计算机系统可以包含一个或多个界面，其能够将该计算机系统连接至通信网络上(除了可以由该系统的一个或多个组件形成的网络之外或作为其替代)。
根据本发明的一种或多种实施方案，该一个或多个输入装置可以包括用于测定系统10和/或其组件的任意一个或多个参数的传感器。可替代地，可以将该计量阀和/或泵或所有这些组件连接至有效连接到该计算机系统的通信网络。上述任意一种或多种可以连接到另一计算机系统或组件以与该计算机系统通过一个或多个通信网络进行通信。这种构造可使任意传感器或信号发生装置位于距该计算机系统具有显著距离的地方和/或使任意传感器位于距任意子系统和/或该控制器具有显著距离的地方，同时仍在其间提供数据。这种通信机制可以通过使用任意适合的技术(包括但不局限于使用无线规程(protocol)的那些)实现。
该控制器能够包括一个或多个计算机存储介质，例如计算机可读和/或可写的非易失性记录介质，其中能够存储定义了待被一个或多个处理器执行的程序的信号。该介质例如可以是磁盘存储器或闪存器。在典型操作中，该一个或多个处理器能够使数据(例如实施本发明的一个或多个实施方案的代码)从该存储介质中被读取到存储器中，其与介质相比可以被一个或多个处理器更快速地获取信息。
尽管该计算机系统通过实施例的方式被描述为一种计算机系统，根据其可以实施本发明的各种方面，但应当认识到本发明并不局限于在所示例性显示的软件中或在所示例性显示的计算机系统中实施。事实上，不是在例如通用计算机系统上实施，而是该控制器或其组件或子部分可以可替代地作为专用系统或作为专用可编程序逻辑控制器(PLC)或在分配控制系统(distributed control system)中实施。此外，应当认识到本发明的一个或多个特征或方面可以在软件、硬件或固件(firmware)或其任意组合中实施。例如，可用控制器114执行的算法的一个或多个部分能够在单独的计算机中进行，其又能通过一个或多个网络通信。
在一些特定实施方案中，该控制器能够经配置以产生多个输出信号，其启动或终止该顺序间歇反应器的一个或多个循环或阶段。例如，该控制器能够产生启动将该至少一个顺序间歇反应器的一个或多个池流体连接到该待处理的水源的一个或多个入口阀的输出信号。然后该控制器能够产生第二输出信号，该第二输出信号优选但不必须关闭该阀并启动至少一个顺序间歇反应器的充气系统以提供氧来源到例如目标溶解氧水平，例如约0.5～2mg/L。因此该控制器能够经配置以促进将溶解和悬浮固体的至少一部分聚集的生物吸附现象。然后该控制器能够产生第三输出信号，其促进该池中的至少一个的静止状态，该池可提供沉降组分的至少一部分的沉降。在一些情况下，能够通过终止输出信号实现静止状态，该控制器能够产生该第三输出信号以促进在沉降之后任意的该上清液或富含固体的部分的取出(例如通过倾析)。然后能够产生另一输出信号，例如第五输出信号，其重新启动该充气系统。
本发明的另一方面能够包括或涉及计算机可读介质，或提供计算机可读介质，其促进此处所述的处理方法的各种特征。
例如，该计算机可读介质能够包括可在在废水处理系统中实施处理废水的方法的计算机系统或控制器上执行的指令，该方法包括以下一个或多个步骤：提供待处理的废水，促进该待处理的废水的生物吸附以产生第一混合液体，由该混合液体产生富含固体的污泥和贫含固体的部分，将该富含固体的污泥的第一部分需氧处理以产生至少部分经需氧处理的污泥，厌氧消化该富含固体的污泥的第二部分以产生经厌氧消化的污泥，将该至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合，和将该经厌氧消化的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合。该方法能够进一步包括将该富含固体的污泥增稠以产生经增稠的污泥和贫含污泥的部分，和将该贫含污泥的部分的至少一部分与该待处理的废水相混合，其中厌氧消化该富含固体的污泥的该第二部分包括厌氧消化该经增稠的污泥以产生该经厌氧消化的污泥的至少一部分。该方法能够进一步包括需氧处理该贫含固体的部分的至少一部分以产生经处理的产物和第二混合液体。该方法能够进一步包括将该第二混合液体的至少一部分与该待处理的废水相混合。该方法能够进一步包括用该富含固体的污泥的第一部分需氧处理该经厌氧消化的污泥的至少一部分以产生至少部分经需氧处理的污泥。该方法能够进一步包括由该待处理的废水产生富含固体的废水和贫含固体的废水，其中促进该待处理的废水的至少一部分的生物吸附包括促进该贫含固体的废水的生物吸附以产生该第一混合液体。该方法能够进一步包括将该贫含固体的部分引入膜生物反应器。该方法能够进一步包括将该待处理的废水分离成贫含固体的废水和富含固体的废水，促进该贫含固体的废水的生物吸附以产生该第一混合液体的至少一部分；和用该富含固体的污泥的第二部分厌氧消化该富含固体的废水以产生该经厌氧处理的污泥和包括甲烷的废气。
在其他构型中，该计算机可读介质能够包括可在在废水处理系统中实施处理废水的方法的计算机系统或控制器上执行的指令，该方法具有包括以下的一个或多个处理废水的步骤：提供待处理的废水流，将该废水流引入生物吸附罐中以产生第一混合液体流，将该第一混合液体流引入分离器中以产生富含固体的流和贫含固体的流，将该富含固体的流的至少一部分引入需氧处理罐以产生至少部分经需氧处理的污泥流，将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器以产生经厌氧消化的污泥流，将该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中，和将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中。在一些情况中，该方法能够进一步包括将该富含固体的流的至少一部分引入污泥增稠器中以产生经增稠的污泥流和贫含污泥的流。在一些情况中，将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器中包括将该在经增稠的污泥流引入该厌氧消化器以产生该经厌氧消化的污泥流。在其他情况中，将该废水流引入该生物吸附罐中包括将该待处理的废水流引入初级分离器中以产生富含固体的废水流和贫含固体的废水流，和将该贫含固体的废水流引入该生物吸附罐中以产生第一混合液体流。该方法能够进一步包括将该富含固体的废水流引入该厌氧消化器中以产生该经厌氧消化的污泥流的至少一部分。该方法能够进一步包括将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该需氧处理罐中以产生该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分。该方法能够进一步包括将该贫含固体的流从该分离器中引入膜生物反应器中。该方法能够进一步包括将该贫含固体的流的至少一部分引入需氧精制系统中以产生经处理的流和第二混合液体流，和将该第二混合液体流的至少一部分引入该生物吸附罐。该方法能够进一步包括从该厌氧消化器中收集废气，该废气包括甲烷。
从下面的实施例中，此处公开的系统和技术的这些和其他实施方案的作用和优点将得到更充分的理解。以下实施例意于描述所公开的处理方法的优点，而不意于举例说明其全部范围。
实施例1
通过对图9中所示的处理系统进行数值模拟估算了能量增益和污泥产率。如图所示，该提出的处理系统被认为具有与流入物或待处理的废水源流体连接的初级澄清器711。初级澄清器被认为产生贫含固体的废水流和富含固体的废水流。该贫含固体的废水被认为引入生物吸附罐712中以产生混合液体，该富含固体的废水流被认为引入厌氧消化器722中。来自生物吸附罐712的该混合液体被认为引入分离器714中以产生待进一步在膜生物反应器中处理的贫含固体的流和污泥流。将一部分污泥引入污泥增稠器724中以产生经增稠的污泥和贫含固体的污泥。另一部分污泥被认为引入需氧处理罐716以产生至少部分经需氧处理的污泥，将其循环并在生物吸附罐712中用该贫含固体的废水处理。该经增稠的污泥被认为引入厌氧消化器722以产生经生物消化的污泥，将其一部分循环以在处理罐716中至少部分需氧处理，并将该经消化的污泥的另一部分作为固体废物730排放掉。
使用BIOWIN模拟软件，EnviroSim Associates Ltd.，Ontario，Canada对该处理系统进行数值模拟。该模拟试验进行使得将离开该分离器或澄清器714的该富含固体的污泥816的2～20％引向增稠器724并最终引向厌氧消化器722。
该模拟使用典型的废水浓度；详细的原始废水化学计量列于表1中。
表1.原始废水浓度和化学计量
(用于BIOWIN模拟软件的相应参数)
Figure BPA00001232084200241
采用主单元操作(main unit processes)的以下操作参数。
●初级澄清器                去除60％TSS
●污泥增稠器                去除80％TSS
●总RAS流(flow)             流入流的100％
●生物吸附罐                500m3，DO设定值为2mg/L
●需氧稳定罐                600m3，DO设定值为2mg/L
●厌氧消化器                2900m3
进行以下假设用于能量衡算。
●CH4的能含量为35846kJ/m3(在0℃和1atm)
(Tchobanoglous等，Wastewater Engineering Treatment and Reuse，Metcalf & Eddy 2004)
●生物吸附罐和需氧处理罐中的充气能量效率将会为1.52kgO2/KWh(Tchobanoglous等，Wastewater Engineering Treatment andReuse，Metcalf & Eddy 2004)
●当厌氧消化器中的TSS浓度小于40克/L时，厌氧消化器的混合能量将会为0.008kW/m3(Tchobanoglous等，Wastewater EngineeringTreatment and Reuse，Metcalf & Eddy 2004)
●下游膜过滤空气冲洗和过滤能量将会为0.2kwh/m3的流出物，该MBR空气冲洗的O2转移量将会足够用于硝化
●进入该厌氧消化器的混合液体将会被从20℃加热到35℃，不进行热交换以回收能量。
当返回的活性污泥(RAS)的2％进入厌氧消化器722时，所有消化器流出物都将从该系统中作为废活性污泥730清洗出来，不将厌氧污泥循环回到生物吸附罐712。进入厌氧消化器722的最小RAS显示为约2％。
图4～8中显示了预期的来自甲烷产生的能量增益、充气能量降低、净能量增益、厌氧消化器去除的COD百分比和污泥产率。
当20％的RAS进入厌氧消化器722时，该模拟软件产生如下数据：
●进入初级澄清器711的流入物：6000kgCOD/天
●流出初级澄清器711的经沉降的物质：2273kgCOD/天
●流出二级澄清器714到MBR718的流出物：1022kgCOD/天
●流出污泥增稠器724的贫含固体的部分：2205kgCOD/天
●进入厌氧消化器722的经增稠的部分：8119kgCOD/天
●流出厌氧消化器722的流出物：7045kgCOD/天
●流出厌氧消化器722到WAS730的流出物：1110kgCOD/天
在厌氧消化器722中的污泥保留时间将会为约16.1天，厌氧消化器722中的TSS浓度将会为40763mg/L。
该需氧污泥保留时间或在生物吸附罐712和需氧处理罐716中的MLSS总量相对于20％RAS质量流速将会为0.7天。
总COD去除率将会为3868kgCOD/天(6000-1110-1022)。
通过该厌氧消化器722的COD去除率将会为3347kgCOD/天(2273+8119-7045)或预测去除率为87％(3347/3868)。
需氧COD去除率将会为13％，因此该充气能量消耗较低，但可能仍足够混合该罐。
当20％的RAS进入厌氧消化器时，将产生约87％的COD去除率。因此，能够将约20％或更少的RAS引入该厌氧消化器以提供显著的COD去除率。
当更多的污泥进入厌氧消化器722时，需氧活性会降低(参见图5)。当约20％的RAS进入厌氧消化器722时，该生物吸附罐712和需氧处理罐716中的氧利用速率(OUR)分别将会为21mg O2/L/小时和22mgO2/L/小时。尽管80％的RAS通过需氧处理罐，但该罐中的COD降低速率显示较低。图9中显示了在20％的返回活性污泥进入该厌氧消化器的情况下COD质量流程图，COD质量流速以kgCOD/天计。
此外，在提高甲烷和降低污泥产量方面，用约5％～约8％RAS厌氧消化可以实现潜在的优点，其能够避免与大厌氧消化工艺相关的资金成本。
该结果还显示能够对现有的废水处理设备进行改进或更新以加入此处公开的系统和技术的一个或多个各种方面以在降低的能量费用和降低的污泥量的情况下处理水。
本领域的技术人员将会容易认识到此处公开的各种参数和构造都表示示例性的，实际的参数和构造将取决于使用本发明的系统和方法的特定应用。本领域技术人员将认识到或能够使用不超过常规实验就能够确定此处所述的特定实施方案的很多等同物。例如，本领域技术人员可以认识到依照本发明的该系统及其组件可以进一步包括系统网络或是处理系统的组件。因此应当认识到前述实施方案仅是以实施例的方式出现的，在后附权利要求及其等同物的范围内，所公开的处理系统和技术可以以上面特别描述之外的方式实施。例如，尽管术语“上清液”此处已经用于表示分离产物，但该术语仅用于解释性的目的，其应用并不将权利要求的范围限制与特别的分离技术。本发明的处理系统和技术涉及此处公开的各种单独的特征、系统或方法。此如果这种特征、系统和方法不相互矛盾，那么两种或多种该特征、系统或方法的任意组合也包括在本发明的范围内。
此外，应当认识到对于本领域技术人员来讲可以容易地进行各种变化、改变和改进。这种变化、改变和改进将意于是本发明的一部分，且意于在本发明的精神和范围内。例如，能够将富含固体的流或该污泥流的一部分引入至上游的单元操作(例如初级澄清器或生物吸附罐或两者)中。在其他情况下，能够将该贫含固体的部分或该贫含污泥的部分引向另一分离器和/或精制单元。在其他情况下，可以对现有的处理设备改进以使用或加入本发明的任意一个或多个方面。因此，在一些情况下，该处理系统能够包括连接或配置现有的设备以包括任选地具有生物吸附罐的需氧消化器和需氧处理罐。因此，前述说明书和附图仅是示例性的。此外，该附图中的描述并不将本发明限制到特定的图示表示。例如，在该处理系统的一个或多个系列中可以使用一个或多个生物反应器。
在本说明书和权利要求中用于修饰要素的表示顺序的术语(例如“第一”、“第二”、“第三”等本身并不意味着一种要素与另一种相比的任意优先性、重要性或顺序或者其中实施方法行为的时间顺序，而是仅用于区分具有某一名称的一种要素与具有相同名称的另一要素的标记，而是使用了表示顺序的术语用于区分要素。

Claims (43)

1.用于处理废水的方法，包括：
提供待处理的废水；
促进该待处理的废水的生物吸附以产生第一混合液体；
从该混合液体中产生富含固体的污泥和贫含固体的部分；
需氧处理该富含固体的污泥的第一部分以产生至少部分经需氧处理的污泥；
厌氧消化该富含固体的污泥的第二部分以产生经厌氧消化的污泥；
将该至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合；和
将经厌氧消化的污泥的至少一部分与该待处理的废水相混合。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
将该富含固体的污泥增稠以产生经增稠的污泥和贫含污泥的部分；和
将该贫含污泥的部分的至少一部分与该待处理的废水相混合，
其中厌氧消化该富含固体的污泥的第二部分包括厌氧消化该经增稠的污泥以产生至少一部分的该经厌氧消化的污泥。
3.权利要求1的方法，进一步包括需氧处理该贫含固体的部分的至少一部分以产生经处理的产物和第二混合液体。
4.权利要求3的方法，进一步包括将该第二混合液体的至少一部分与该待处理的废水相混合。
5.权利要求1的方法，进一步包括用该富含固体的污泥的该第一部分需氧处理该经厌氧消化的污泥的至少一部分以产生该至少部分经需氧处理的污泥。
6.权利要求1的方法，进一步包括由该待处理的废水产生富含固体的废水和贫含固体的废水，以及其中促进该待处理的废水的至少一部分的生物吸附包括促进该贫含固体的废水的生物吸附以产生该第一混合液体。
7.权利要求1的方法，进一步包括将该贫含固体的部分引入膜生物反应器中。
8.权利要求1的方法，进一步包括：
将该待处理的废水分离成贫含固体的废水和富含固体的废水；
促进该贫含固体的废水的生物吸附以产生该第一混合液体的至少一部分；和
用该富含固体的污泥的第二部分厌氧消化该富含固体的废水以产生该经厌氧消化的污泥和包含甲烷的废气。
9.用于处理废水的方法，包括：
提供待处理的废水流；
将该废水流引入生物吸附罐中以产生第一混合液体流；
将该混合液体流引入分离器中以产生富含固体的流和贫含固体的流；
将该富含固体的流的至少一部分引入需氧处理罐中以产生至少部分经需氧处理的污泥流；
将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器中以产生经厌氧消化的污泥流；
将该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中；和
将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该生物吸附罐中。
10.权利要求9的方法，进一步包括将该富含固体的流的至少一部分引入污泥增稠器以产生经增稠的污泥流和贫含污泥的流。
11.权利要求10的方法，其中将该富含固体的流的至少一部分引入厌氧消化器包括将该经增稠的污泥流引入该厌氧消化器以产生该经厌氧消化的污泥流。
12.权利要求9的方法，其中将该废水流引入该生物吸附罐中包括将该待处理的废水流引入初级分离器中以产生富含固体的废水流和贫含固体的废水流和将该贫含固体的废水流引入该生物吸附罐以产生该第一混合液体流。
13.权利要求12的方法，进一步包括将该富含固体的废水流引入该厌氧消化器中以产生该经厌氧消化的污泥流的至少一部分。
14.权利要求13的方法，进一步包括将该经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入该需氧处理罐中以产生该至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分。
15.权利要求9的方法，进一步包括将来自该分离器的该贫含固体的流引入膜生物反应器中。
16.权利要求9的方法，进一步包括：
将该贫含固体的流的至少一部分引入需氧精制系统以产生经处理的流和第二混合液体流；和
将该第二混合液体流的至少一部分引入该生物吸附罐中。
17.权利要求9的方法，进一步包括收集来自该厌氧消化器的废气，该废气包括甲烷。
18.废水处理系统，包括：
待处理的废水源；
具有与该废水源流体连接的吸附罐入口的生物吸附罐；
流体具有(fluidly having)流体连接到该生物吸附罐的下游的分离器入口、污泥出口和贫含固体的出口的分离器；
具有流体连接到该污泥出口的下游的需氧罐入口和流体连接到该吸附罐入口的至少部分经需氧处理的污泥出口的需氧处理罐；和
具有流体连接到该污泥出口的下游的消化器入口和流体连接到该吸附罐入口的上游的经消化的污泥出口的厌氧消化器。
19.权利要求18的废水处理系统，进一步包括具有流体连接到该污泥出口下游的增稠器入口、流体连接到该消化器入口上游的经增稠的污泥出口和流体连接到该吸附罐入口上游的贫含污泥出口的污泥增稠器。
20.权利要求18的废水处理系统，其中该厌氧消化器通过该需氧处理罐流体连接到该吸附罐入口的上游。
21.权利要求18的废水处理系统，进一步包括具有与该待处理的废水源流体连接的初级分离器入口、流体连接到该吸附罐入口上游的贫含固体的废水出口的初级分离器。
22.权利要求21的废水处理系统，其中该初级分离器进一步包括流体连接到该消化器入口上游的富含固体的废水出口。
23.权利要求18的废水处理系统，进一步包括流体连接到该分离器的贫含固体的出口下游的需氧精制单元。
24.权利要求23的废水处理系统，进一步包括流体连接到该需氧精制单元的出口和该吸附罐入口的混合液体循环管线。
25.权利要求18的废水处理系统，进一步包括流体连接到该分离器下游的膜生物反应器。
26.废水处理系统，包括：
待处理的废水源；
具有具有可与该废水源流体连接的池入口的池、充气系统、具有污泥出口的污泥收集系统和具有上清液出口的倾析系统的顺序间歇反应器；
具有可流体连接到该污泥出口的下游的消化器入口和可流体连接到该池入口的经消化的污泥出口的厌氧消化器；和
经配置以产生在该池入口和该废水源之间提供流体连通的第一输出信号和在该污泥出口和该消化器入口之间提供流体连通的第二信号的控制器。
27.权利要求26的废水处理系统，其中该控制器进一步经配置以产生激活该充气系统的第三输出信号。
28.权利要求27的废水处理系统，其中该控制器进一步经配置以产生在该充气系统激活之后促进该顺序间歇反应器中的静态的第四输出信号。
29.权利要求28的废水处理系统，其中该控制器进一步经配置以产生在产生该第四输出信号之后激活该倾析系统的第五输出信号。
30.权利要求29的废水处理系统，其中该控制器进一步经配置以产生在产生该第五输出信号之后激活该充气系统的第六输出信号。
31.权利要求26的废水处理系统，进一步包括可流体连接到该上清液出口下游的膜生物反应器。
32.权利要求26的废水处理系统，进一步包括可流体连接到该上清液出口下游的需氧精制单元。
33.权利要求26的废水处理系统，进一步包括具有与废水源流体连接的分离器入口和可与该池入口流体连接的贫含固体的废水出口的初级分离器。
34.权利要求33的废水处理系统，其中该初级分离器进一步包括可与该消化器入口流体连接的富含固体的废水出口。
35.权利要求26的废水处理系统，进一步包括可流体连接到该污泥出口下游的污泥增稠器，该污泥增稠器具有可与该消化器入口流体连接的经增稠的污泥出口和可流体连接到该池入口上游的贫含污泥的出口。
36.废水处理系统，包括：
待处理的废水源；
与该待处理的废水源流体连接的生物处理系列，该第一处理系列包括至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器；
流体连接到该生物处理系列的富含固体的废物出口的下游的厌氧消化器；和
流体连接该厌氧消化器的经消化的污泥出口和该至少一个生物反应器的入口的经消化的厌氧污泥循环管线。
37.权利要求36的废水处理系统，进一步包括具有流体连接到该至少一个生物反应器下游的入口和流体连接到该厌氧消化器的入口上游的富含固体出口的分离器。
38.权利要求36的废水处理系统，其中该至少一个生物反应器包括至少一个顺序间歇反应器。
39.权利要求36的废水处理系统，进一步包括具有与该废水源流体连接的分离器入口和可与该池入口流体连接的贫含固体的废水出口的初级分离器。
40.在废水处理系统中促进(facilitating)废水处理的方法，该废水处理系统具有具有至少一个选自由厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器构成的组的生物反应器的生物处理系列，该方法包括：
将该生物处理系列的富含固体的出口流体连接到厌氧消化器的入口的上游；和
将该厌氧消化器的经消化的污泥出口流体连接到该至少一个生物反应器的入口的上游。
41.权利要求40的方法，其中该至少一个生物反应器包括顺序间歇反应器。
42.权利要求40的方法，其中该生物处理系列进一步包括可流体连接到该至少一个生物反应器下游的分离器，该分离器具有与该厌氧消化器的入口流体连接的富含固体的出口。
43.权利要求40的方法，进一步包括将初级澄清器的出口流体连接到该至少一个生物反应器的入口的上游。
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