CN103228577A - 废水处理装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于废水的生物处理的装置和系统。所述装置包括由网状材料制成的具有侧壁、封闭底部、可拆卸地附接的顶部的外壳和在所述外壳内限定的用于容纳多个载体的载体区。所述装置还包括混合区、附接到所述外壳以利于废水处理槽内所述外壳的移动和所述外壳的放置的至少一个把手以及可拆卸地附接到所述外壳的封闭底部的多个支柱。本发明提供包括多个所述装置的系统。

Description

废水处理装置和系统

技术领域

本发明涉及用于废水处理的装置和系统。更具体地，本发明涉及用于废水的生物处理的装置和系统。

背景技术

已知废水生物处理由以下组成：通过附着有微生物培养物的悬浮或固定载体材料的作用来分解废水中的有机杂质，以降低废水中的生化需氧量(biochemical oxygen demand，BOD)。

可以利用多种微生物和环境条件来处理不同类型的废水。为了使废水生物处理的效率最大化，必须选择适当的微生物用于与待处理的污染物相互作用并且必须提供合适的环境条件以增强微生物活性以及增加反应器内的微生物群体。

可以在有氧、缺氧或厌氧环境中进行废水生物处理。环境的选择对微生物群落的生态学和污染物的处理二者均具有深远的影响。

在常规的生物废水处理系统中，通常将选定的微生物附着到载体。载体可以以悬浮状态布置，其中具有附着的生长微生物的载体漂浮于反应槽中。或者，载体可以以固定状态布置，其中该载体固定在反应槽内。

在反应槽中使用悬浮载体可提供高速率系统，因为在系统内可以维持极其高浓度的生物质。这使得能够以较小的空间和时间完成处理，其极大地降低了装置和运营成本。

然而，与在反应槽中使用悬浮载体相关的一个问题是废水从反应槽的进料口朝出口的流动常常导致载体朝出口区逐渐运输。结果，在该过程期间，载体趋于堵塞或阻塞出口。另一个后果是反应槽的进口区具有相对小的载体浓度。在进口区，最期望的是高生物质浓度。

在反应槽中使用固定载体减少了反应期间的生物质损失问题并且维持了载体在反应槽中的均一分布。

然而，固定载体系统具有一系列不同的问题，包括由于微生物在废水中的过度生长引起的系统堵塞。该堵塞使得必须进行定期清洗。

因此，鉴于通过在废水处理系统中使用固定载体和悬浮载体而提供的优点和缺点，已经提出了如下系统：所述系统引入了在反应槽中使用固定载体和悬浮载体之组合以增强微生物在反应槽中的微生物活性。根据这些系统之一，将反应槽在空间上分割成数个串联连接的分区。各个分区适于容纳固定状态或悬浮状态的、具有附着的生长微生物的载体，以提供微生物在反应槽中生长的有效条件(2009年12月9日出版的公开号为CN201358188的题目为“Sewage Treatment Device with IntegratedFluidized Beds and Fixed Beds”的中国实用新型)。

然而，这样的槽常常难以清洗，因为该槽一般在尺寸上非常大。另外，这些槽也不易于安装和维修。特别地，如果一个分区不能运转，则必须在槽或系统可再次运转之前修理该分区，这导致系统的不可接受的停工时间。如果分区不能修理，则可能需要更换整个反应槽。这导致运营成本的增加和系统效率的降低。

发明内容

通过提供根据本发明的用于生物废水处理的装置和系统，解决了上述和其它问题并使本领域得到发展。根据本发明的装置和系统的第一优点是提供了可容易拆卸的载体滑块(skid)。根据本发明的装置和系统的第二优点是所述载体滑块可适于允许在厌氧、缺氧和有氧环境中处理废水。

根据本发明的一些实施方案，所述装置包括由网状材料制成的具有侧壁、封闭底部、可拆卸地附着的顶部的外壳的载体滑块、在所述外壳内限定的用于容纳多个载体的载体区、在靠近所述外壳的封闭底部提供的混合区以及附着到所述外壳以利于所述外壳的移动和所述外壳的放置的至少一个把手(lug)。还可将多个支柱可拆卸地附接到所述外壳的封闭底部。根据本发明的一些实施方案，将包括多个载体滑块的系统用于废水生物处理。

根据本发明的一些实施方案，所述装置还包括混合装置。根据这些实施方案中的一些实施方案，所述混合装置包括可拆卸地安装至所述外壳的穿孔管。根据这些实施方案中的其他实施方案，所述混合装置包括螺旋桨式搅拌器，并且所述搅拌器的螺旋桨端设置在混合区内。

根据本发明的一些实施方案，所述装置还包括设置在所述外壳内的用于将所述载体区与所述混合区分开的隔离装置。

根据本发明的一些实施方案，所述把手是附接到所述外壳的多个把手之一。

根据本发明的一些实施方案，所述外壳的网状材料由塑料、金属或玻璃纤维制成并且基本是矩形的，具有在所述外壳顶部的每个角上设置的一个把手。

根据本发明的一些实施方案，所述外壳适于容纳以固定状态、悬浮状态和/或固定和悬浮状态的组合布置的多个载体。

根据本发明的一些实施方案，所述装置包括用于容纳所述多个载体的多于一个的载体区。

根据本发明的一些实施方案，所述系统包括废水处理槽、分离单元和在所述废水处理槽内提供的本发明的多个所述装置。根据这些实施方案中的其他实施方案，所述系统还包括用于使从所述分离单元排放的废水的至少一部分再循环回到所述废水处理槽的再循环管线。提供可编程逻辑控制器用于控制将废水的至少一部分再循环回到所述废水处理槽。根据这些实施方案中的又一些实施方案，所述废水处理槽包括设置有盖的部分，所述盖具有用于收集在所述废水处理槽内所产生的生物气的气体收集口。

附图说明

本发明的上述和其它优点和特征在下面的详细描述中描述并且在以下附图中示出：

图1是本发明的一个实施方案的透视图，其示出装置的主要组件；

图2是本发明的另一个实施方案的透视图；

图3是根据本发明的一个实施方案的装置的透视图，所述装置包括固定状态的多个载体；

图4是根据本发明的一个实施方案的装置的透视图，所述装置包括悬浮状态的多个载体；

图5是根据本发明的一个实施方案的装置的透视图，所述装置包括固定状态和悬浮状态的多个载体；

图6是本发明的装置的另一个实施方案的透视图；以及

图7是包括本发明的多个装置的系统的示例性实施方案的示意图。

图8是包括本发明的多个装置和浸没式膜过滤单元的系统的一个示例性实施方案的示意图。

图9是包括本发明的多个装置和侧流膜过滤单元的系统的一个示例性实施方案的示意图。

具体实施方式

本发明涉及用于废水处理的装置和系统，其中可在系统中有效地移除包含在废水中的污染物(例如有机物)。为了举例说明本发明的目的，附图示出目前优选的形式。然而，应该理解，本发明并不限于所示的明确布置。

本文中使用的“废水”定义为来自具有污染物的住宅、商业或工业源的废弃物的流。污染物可以是，但不限于能够被细菌或其它微生物分解的生物可降解材料、无机化合物和/或有机化合物。本文中使用的“废水处理系统”是如下系统：该系统通常是生物处理系统，其具有用于消化生物可降解材料或其它材料的一种或更多种类型的微生物的生物质群体。值得注意的是，生物质需要提供适当生长条件的环境。本文中描述的废水处理装置和系统可用于处理低至高强度的废水。

现在参考附图，更具体地描述本发明的一些优选实施方案。

如图1所示，本发明的装置包括外壳10和在外壳10内限定的载体区16，外壳10具有侧壁、封闭底部12、可拆卸地附接的顶部14，所述载体区16用于容纳附着有微生物培养物的多个载体。外壳10可以是矩形、方形或圆柱形构造。然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下外壳10可具有其他形状。本文中外壳10也被称为载体滑块。

外壳10由具有可变尺寸的网状材料制得。网状材料优选具有1mm至50mm的网格尺寸。网格尺寸根据载体区16中提供的载体的尺寸和类型而变化。在所有情况下，网格尺寸应小至足以将载体保留在载体区内并且大至足以使脱落的生物质能够通过。优选地，外壳10由金属、玻璃纤维或塑料制成，例如由聚丙烯、聚氨酯、高密度聚乙烯、聚乙烯和聚酰胺制成。然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下可使用其他合适的材料。

载体滑块或外壳10还包括附接到外壳10的至少一个把手18以在安装期间有助于在废水处理槽或反应槽内的外壳10移动和外壳10放置。把手18可采用能够使载体滑块固定至废水处理槽或反应器的任何形式和尺寸。在本发明的一个优选实施方案中，把手18是图1中显示的环的形状。把手18可以是外壳的一体式部分或附接到外壳的分开部分。把手18可由任何合适的材料制成，该材料具有足够的强度以在载体滑块提升时承受载体滑块的重量。

把手18可以是附接到外壳10的多个把手中的一个。优选地，将至少两个把手附接到外壳10。更优选地，当外壳10是矩形或方形构造时提供四个把手，并且每个把手18均设置在外壳10的每个顶角上。另外，本领域技术人员会认识到，在不脱离本发明的情况下可沿着外壳的其他区域可拆卸地附接和/或放置把手。

在外壳10的下部处和载体区16下方形成混合区20。混合区20设置有在外壳10中设置的混合装置以用于在需要时混合外壳10中的废水。

在本发明的一个实施方案中，混合装置是图1所示的管22。管22可拆卸地附接到外壳，并且管的一端被穿孔24并且定位在混合区20内。优选地，使穿孔管的一端形成为环，使得管22在混合区20内具有更多的穿孔表面，以在通过管的另一端供应空气时在外壳10中提供更均一的废水混合。本领域技术人员应认识到，可使用其他形状或形式，只要在混合区20内提供足够的穿孔表面即可。供应至穿孔管的空气的量根据选择用于处理不同类型废水的环境和系统的类型而变化。另外，本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的情况下管22可用于提供可能需要用于利于微生物生长的特定气体或气体混合物。

在本发明的另一个实施方案中，混合装置是图2所示的搅拌机或螺旋桨式搅拌器26。搅拌机或搅拌器26可拆卸地附接到外壳，并且搅拌机或搅拌器的一端定位在混合区内。搅拌机或搅拌器26可以设计成例如从外壳的顶部延伸至混合区20的单一杆或缆。搅拌机或搅拌器的梢速根据选择用于处理不同类型废水的环境和系统的类型而变化。另外，搅拌器26在系统中的放置是留给本领域技术人员以使期望废水流量最大化的设计选择。

在载体区和混合区之间，提供了用于分开两个区的另一个网状材料28。网状材料28优选由如外壳10相同的材料制成。然而，在不脱离本发明的情况下可使用其他合适的材料。网状材料28的网格的尺寸根据在载体区16中提供的载体的类型而改变。在所有情况下，网格的尺寸应小至足以将载体保留在载体区16内并且大至足以能够使由混合装置产生的湍流流通至载体区16。网状材料28可以是外壳的一体式部分或可拆卸地提供在两个区之间的分开部分。当载体区16中提供的多个载体以如图3所示的固定状态布置时，在不需要混合废水的情况下，可移除网状材料28使得更多的载体可装填在外壳内。

根据本发明的另一个实施方案，本发明的载体滑块可设置有支柱30用于在竖直的构造中支撑外壳10。还可提供支柱以当在废水处理槽内组装外壳10时在外壳10的底部和废水处理槽的底部之间产生空间。支柱30可以可拆卸地附着到外壳的底部或它们可形成外壳的一体式部分。在本发明的一个优选实施方案中，如图1至6所示提供至少四个支柱。然而，本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的情况下可使用其他构造。

优选地，与本发明的装置结合使用的载体32是具有5mm至200mm直径的有机聚合物化合物的多孔颗粒。也可使用其他合适的载体，包括但不限于纺织布、球体载体、立方形载体、圆柱形载体、矩形载体。优选地，使用为微生物提供用于附着的大表面面积的载体。载体32优选由聚丙烯、聚氨酯、高密度聚乙烯、聚乙烯、聚酰胺或陶瓷制得。然而，本领域技术人员应认识到，载体32可由其他材料制成，只要载体满足所指出的条件即可。

在外壳的载体区中提供的载体32可以以固定状态(如图3所示)、悬浮状态(如图4所示)或固定和悬浮状态二者之组合(如图5所示)布置。

在本发明的一个替代实施方案中，外壳10还包括设置在外壳内的限定第二载体区34的第二组垂直壁，如图6所示。在该构造中，在外壳10内的两个载体区可各自容纳固定状态、悬浮状态或固定和悬浮状态二者之组合的载体。

由于使得混合和供应空气的载体滑块的结构根据特定需要而改变，所以本发明的载体滑块与选定的载体和微生物的选择一起使得能够在单个载体内同时发生氮和有机物质的厌氧、缺氧和有氧降解。通过改变供应至载体滑块(包含选定微生物的选择和以选定状态布置的选定载体的选择)的空气，可在载体滑块内产生不同的降解环境。例如，如果将较少空气供应至载体滑块，则将在载体内发生氮和有机物质的缺氧和厌氧降解。如果将较多空气供应至载体滑块中，则将在载体内主要发生有氧降解有机物质和氮。如果不将氧供应至载体滑块，则将在载体内发生厌氧降解有机物质和氮。如果将适量空气供应至载体滑块，则将在载体内同时发生氮和有机物质的厌氧、缺氧和有氧降解。本发明的载体滑块使得技术人员能够更好的控制载体滑块内的环境并在载体滑块内提供用于微生物活性的适合的环境条件。

本发明的载体滑块可用于系统中的三级或二级废水处理。本发明的载体滑块可适用于任意合适的废水处理槽、系统或反应器。

在图7所示的系统的一个示例性实施方案中，废水处理系统可设置有多个载体滑块。图7所示的废水处理系统包括顶部开放式废水处理槽40，其中多个载体滑块42以从上游侧到下游侧的方向在废水处理槽40内串联对齐。在废水处理槽40中的每个载体滑块42适于容纳在合适条件中可附着有微生物的多个载体。在每个载体滑块42中的多个载体可以以固定状态、悬浮状态或固定和悬浮状态二者之组合布置，取决于待处理废水的类型和系统的设计选择。例如，如果待处理高度浓缩的废水(例如，BOD为至少1000mg/l的废水)，则优选提供固定状态的载体以便在载体滑块内获得充足的溶解固体的微生物厌氧沉积。在废水处理系统中待使用的载体滑块的数目根据待处理的废水类型和在废水中存在的有机物质的量而改变。

如图7所示，在多个载体滑块42的下游提供从废水处理槽的底部向顶部延伸的挡板46以限定室44。在本发明的一个实施方案中，室44可容纳悬浮状态的微生物(未附着到任何载体)，如图7所示。可提供曝气装置48以将基本上纯的氧或空气供应至室44中以促进微生物在室44内的生长。

在本发明的一个实施方案中，系统还包括在废水处理槽40下游的分离单元50。分离单元50与废水处理槽40流体连通，借此将从废水处理槽40获得的处理水进料至分离单元50以从处理水中分离微生物。分离单元50包括用于将经分离的微生物和一部分废水循环回到废水处理槽40中以用于使废水处理槽40中新鲜引入的废水再接种(re-seeding)的再循环管线52。废水在反应器中的再循环可以是自动的。通过可编程逻辑控制器(或PLC)的方法进行控制。PLC使得废水和/或微生物间隔或连续地再循环回到废水处理槽中。PLC可选择性地预编合适的间歇式再循环模式的程序用于将废水和/或微生物间隔地再循环回到反应器。取决于待处理废水的类型，可对废水槽预编程用于进行5分钟或更长的再循环或者可预编程将再循环停止小于或约2小时。

在本发明的一个实施方案中，分离单元50是沉降槽、在本发明的另一个实施方案中，分离单元50是位于室44内的浸没式膜过滤单元54，如图8所示。在本发明的又一个实施方案中，分离单元是在废水处理槽40的下游提供的侧流膜过滤单元56，如图9所示。如图8和图9所示的本发明的系统的示例性实施方案可描述为移动床膜反应器(Moving BedMembrane Reactor，MBMR)，因为系统包括膜过滤单元和可描述为移动床反应器的多个载体滑块。然而，本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的情况下，可使用其他分离单元并且室44可用于其他目的。

在本发明的一个替代实施方案中，不提供分开的室并且废水处理槽主要包括多个载体滑块。

在本发明的系统的另一个示例性实施方案中，废水处理系统具有与图7所示系统相同的构造，只是槽的区段设置有盖。可以以自动方式或手动地操作盖。盖包括用于收集在处理过程期间产生的生物气的气体收集口。在适当的选定环境(例如厌氧环境)下，可触发盖关闭以使得在槽内产生的生物气能够通过气体收集口并从槽中离开，以收集在分离槽中。盖可提供为其中发生厌氧废水处理的废水槽的一部分。在图7所示的系统中，如果载体滑块待用于在厌氧环境中处理废水，则盖提供在载体滑块所在的区段之上，使得可通过气体收集口收集在槽内产生的任何生物气。该废水槽的构造允许在不同环境下处理废水。

在本发明的系统的一个示例性实施方案中，废水通过废水处理槽的开口顶端41进入废水处理槽40并将废水处理槽充注至足以完全浸没废水处理槽40内的多个载体滑块42的水平。之后，槽中的废水通过在多个载体滑块内提供的混合装置经历混合以在废水中提供较好混合的和均匀分布的有机物质。将废水保留在废水处理槽内直到到达预定时间，之后将废水处理槽中混合的液体进料至分离单元50以从处理水分离微生物。使经分离的微生物通过再循环管线52循环回到废水处理槽40中以用于使废水处理槽40中新鲜引入的废水再接种。处理水51从分离单元中排放。在该过程期间形成的过量泥状物53通过分离出口也从分离单元中排放。

本发明的载体滑块具有若干优点。其中之一是，使得载体滑块能够容易安装至废水处理槽并且容易从废水处理槽拆卸载体滑块。附接到载体滑块之外壳的把手能够使得载体滑块容易从废水处理槽中提升并帮助利于安装和拆卸载体滑块。便于从废水处理槽中拆卸载体滑块使得维护和清洗系统更加容易。

使用含有固定和/或悬浮状态布置之载体的多个载体滑块消除了对于将废水处理槽划分成许多不同部分用于产生针对微生物活性之不同环境的需要。如果系统中的多个载体滑块中的一个不能有效地操作，则为了修复目的可容易地拆卸整个载体滑块。之后，为了使系统再次运行，可安装新的载体滑块而不需要等待旧的载体滑块修理。在废水处理系统中使用多个载体滑块提供了更有效和经济的处理废水的方式。

本发明的载体滑块还提供了设计选择的灵活性，因为这使得技术人员依照顾客要求根据待处理废水的不同类型、在废水中有效移除有机物质和氮所需要的不同环境和废水处理槽中废水的不同流速而制造系统。本发明的载体滑块还经济地用于废水处理系统，其中载体滑块可容易地移动。因此，如果有需要由于按任何当局要求的处理水的规格的改变而改变废水处理系统的布局，则可通过拆卸载体滑块并将它们替换为期望构造的其他载体滑块来容易地改变布局。可用这样的结果容易地维修用于制作载体滑块的材料可，可简单并经济地制造整个系统。

在有机物质和氮移除的方面使用废水处理中的多个载体滑块来产生优质的水。具有在载体区下面设置的混合区的载体滑块使得将空气引入载体滑块以在载体滑块内产生湍流。该湍流帮助在载体滑块内维持载体和微生物的均一分布并防止生物质在载体滑块内沉积。本发明的载体滑块的构造还使得在外壳内发生连续空气洗涤，因为废水的空气混合将连续产生气泡以提供对载体滑块的擦洗清洁效果。

以上是本发明人关于本发明主题的描述并且认为其他人能够并且将设计包括基于上述公开的本发明的替代过程。

Claims (20)

1.一种用于废水的生物处理的装置，包括：

由网状材料制成的外壳，其具有侧壁、封闭底部、可拆卸地附接的顶部；

在所述外壳内限定的用于容纳多个载体的载体区；

靠近所述外壳的所述封闭底部提供的混合区；以及

附接到所述外壳以利于所述外壳的移动和所述外壳的放置的至少一个把手。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

可拆卸地附接到所述外壳的封闭底部的多个支柱。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：

设置在所述外壳内以将所述载体区与所述混合区隔离的隔离装置。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括：

在所述混合区内提供的混合装置。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述混合装置包括可拆卸地安装至所述外壳的穿孔管，其中通过所述穿孔管将空气供应到所述外壳中以在所述外壳内产生用于混合在所述外壳内的所述废水的湍流。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述混合装置包括：

螺旋桨式搅拌器，所述搅拌器的螺旋桨式末端设置在所述混合区内。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳还包括在所述外壳内限定的多个载体区。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳还包括设置在所述外壳内的限定第二载体区的第二组垂直壁。

9.根据权利要求1所述的装置，其中当在所述外壳内提供多个载体时，所述网状材料具有小于所述多个载体的尺寸的网格尺寸。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述网状材料是塑料、金属和玻璃纤维之一。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述把手是附接到所述外壳的多个把手之一。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述外壳基本是矩形的并且具有设置在所述外壳的开放顶部的每个角处的一个把手。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳适于容纳以固定状态、悬浮状态以及固定和悬浮状态的组合中的一种状态布置的多个载体。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述外壳包括用于容纳所述多个载体的多个载体区，其中在所述多个载体区之一中的所述多个载体以与在所述多个载体区中的其它载体区中的所述多个载体相同的状态布置。

15.根据权利要求13所述的装置，其中所述外壳包括用于容纳所述多个载体的多个载体区，其中在所述多个载体区之一中的所述多个载体以与在所述多个载体区中的其它载体区中的所述多个载体不同的状态布置。

16.一种生物废水处理系统，包括：

废水处理槽；

在所述废水处理槽的下游提供的分离单元；和

在所述废水处理槽内提供的多个装置，其中所述装置包括：

由网状材料制成的外壳，其具有侧壁、封闭底部、可拆卸地附接的顶部；

在所述外壳内限定的用于容纳多个载体的载体区；

靠近所述外壳的封闭底部提供的混合区；以及

附接到所述外壳以利于所述废水处理槽内所述外壳的移动和所述外壳的放置的至少一个把手。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述废水处理槽包括设置有盖的部分，从而形成封闭的废水处理槽，所述盖具有用于收集在所述废水处理槽内产生的生物气的气体收集口。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述废水处理槽包括在所述多个装置的下游的至少一个室，其适于在与所述多个装置不同的环境下处理废水。

19.根据权利要求16所述的系统，还包括：

用于使从所述分离单元排放的所述废水的至少一部分再循环回到所述废水处理槽的再循环管线。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括：

用于控制将所述废水的所述至少一部分再循环回到所述废水处理槽中的可编程逻辑控制器。

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