CN103619434A - 液体处理体系 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进的自动化方法，该方法控制了连续升流粒状介质过滤器（12、14）的过滤性能。所述过滤器（12、14）被设计用以处理包含杂质的流入液体（20、24）以生成处理的液体流出液（21、26）。粒状介质过滤器（12、14）包括介质滤床（70）和气升泵（76），所述气升泵（76）将粒状介质从介质滤床（70）中去除点（38）移动至介质滤床（70）的沉积点（36）。所述方法包括如下步骤：监测流入液（20、24）的杂质水平；将流入液（20、24）杂质水平转化成杂质信号输入至计算机（118），所述计算机使用了计算机软件以编译杂质信号输入；以及使用杂质信号以控制对于气升泵（76）的空气流入比以保持在粒状介质过滤器（12、14）的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器（12、14）的介质滤床（70）的尺寸之间的目标比率范围。

Description

液体处理体系
技术领域
本发明主要涉及一种液体处理体系。本发明特别适用于从水和废水中去除杂质和污染物质，并且其便于在下文关于示例性应用公开发明。但是，应理解为本发明不仅限于这一应用，而是可用于任何流入液体处理的操作。
背景技术
本发明背景技术的以下论述意在帮助理解本发明。但是，其应理解为这种论述不是承认或认可任何所提及的材料在本申请优先权日是公开的、已知的或者公知常识部分。
可以使用粒状介质过滤器，例如砂滤器作为水处理体系的部件以净化水或者废水。促凝剂（例如，聚氯化铝）可以与流入废料混合以提高砂滤床的过滤性能。所述促凝剂在作为从水中分离污染物的化学和物理过滤屏障的砂介质中形成过滤凝胶层。当水上升穿过滤床时，在通过所述滤床保持位置的促凝剂凝胶中捕集悬浮的固体。
必须清洗在这些类型的砂滤器中的砂以去除在所述砂滤器介质中捕集的固体杂质。在一些砂滤器中，在过滤器在运转的同时砂滤液被连续清洗。在这些过滤器中，脏砂被从滤床中去除，洗涤并且返回至所述滤床的洁净部分。这避免了对于关闭设备以进行滤液净化体系的需要。
在美国专利第5,454,959号中公开了包括连续净化体系的砂滤器设备的一个实例。这种设备使用移动砂滤床，其中使用气升泵将一部分滤床介质从在滤床基底下面的凹形腔中连续去除。这种砂通过气体的气升穿过提升管道运送至位于所述滤床上方的洗涤箱，并且通过滤液的反向流动来清洗。清洁的砂再循环回到所述砂滤床的顶部或者靠近所述砂滤床的顶部的位置。
可以通过计算机或者可编程逻辑控制器控制所述连续过滤体系。在美国专利第7,381,336号中，教导了连续反冲洗升流介质(CBUM)体系，其使用位于粒状介质过滤器的流入液进口的压头计以连续监控在流入液进口的压头。基于来自压头计的计算机信号输入通过控制引入到气升器的空气量，相对于捕集的固体物料的尺寸，自动增加或减少砂滤床的运动。
所述控制和/或过滤体系的进一步细化是值得关注的。因此，提供一种改进的或者替代的用于处理流入液的方法和设备（其生成了具有令人满意的净化水平的过滤流出液）将是令人满意的。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种改进的自动化方法，该方法控制连续升流粒状介质过滤器的过滤性能。所述过滤器设计用于处理包含杂质的流入液体以生成经处理的液体流出液。所述粒状介质过滤器包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从介质滤床中的去除点移动至介质滤床中的沉积点。所述方法包括如下步骤：
监测流入液的杂质水平；
将所述流入液杂质水平转化成杂质信号输入至计算机，所述计算机使用了计算机软件以编译杂质信号输入；以及
使用所述杂质信号以控制对于气升泵的空气流入比，从而保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
连续升流粒状介质过滤器的过滤性能可因此通过如下方式控制：监测杂质水平，其通常是流入液的固体污染物含量的函数；以及使用这一参数以控制气升泵的运转。所述气升泵的运转的速度改变了脏的过滤介质的去除速度，以及由此改变了介质的过滤效率。这转而影响了过滤介质中化学和物理过滤屏障的水平。在变化流入液质量条件的过程中，控制流入液的污染物值是有利的。
可以使用任何适当的装置测定所述杂质水平。在优选的实施方式中，使用流入液的混浊度的测定来确定流入液中的杂质水平。
优选调节对于气升泵的空气流入比的比率以将在系统中捕集的固体物料的尺寸与粒状介质床的尺寸之间的目标比率范围保持在大约10至大约30标准立方英尺/小时之间(SCFH)。
除了流入液的混浊度以外，可以监测和控制其它体系变量以控制粒状介质过滤器的过滤性能。例如，也可以使用介质过滤器的流出液的污染物值（其为流出液的混浊度的函数）作为对于粒状介质过滤器的控制变量，并且更优选地将其用作向流入液加入促凝剂的控制参数。
在这些实施方式中，所述方法进一步包括如下步骤：
监测流出液的杂质水平；
使流出液杂质水平转化成剂量信号输入至计算机，所述计算机使用计算机软件以编译所述剂量信号；以及
使用所述剂量信号以控制加入到流入液流中的促凝剂的量并且因此保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率。
所述杂质水平可以使用任何适当的装置测定。在优选实施方式中，使用流出液的混浊度测定以确定流出液中的杂质水平。
此外，优选调节对于气升泵的空气流入比的比率以将在系统中捕集的固体物料的尺寸与粒状介质床的尺寸之间的目标比率范围保持在大约10至大约30SCFH之间。在一些实施方式中，所述流出液混浊度值显示在计算机屏幕上。接着通过将计算机信号传送至剂量率泵上来调节促凝剂的量以改变喷射进流入液的聚合物的量。
也可以使用压力测量作为用于粒状介质过滤器的控制参数。在这些实施方式中，所述方法可以进一步包括如下步骤：
监测在第一连续升流粒状介质过滤器的第一流入液进口处的流入压头；
将所述压头转化成压力信号输入至计算机，所述计算机使用计算机软件以编译所述压力信号；以及
使用所述压力信号以控制对于气升泵的空气流入比以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
在每种这些方法中，连续升流粒状介质过滤器的最优运转参数可以在所述过滤器的试运转期间通过获得对于不同气升速率、预期流入、选择流入和其它运转参数的过滤器运转的原始测量来确定。
也应该理解，粒状介质过滤器的过滤性能可以使用任何上述步骤的组合来控制。在一些实施方式中，通过监测流入液的混浊度的控制是足够的。在另一些实施方式中，控制可以通过流入液混浊度、流出液混浊度和流入液的压头的监测和控制的组合来实现。
本发明的第二方面涉及一种用于处理包含杂质的液体的体系。这一体系可以包括许多体系器皿（process vessel）。在宽泛的形式下，所述体系包括：
第一连续升流粒状介质过滤器，其中液体被给料作为第一流入液，并且被处理以生成第一流出液和第一废料，所述第一粒状介质过滤器包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从所述介质滤床中的去除点移动至所述介质滤床中的沉积点；
流入液杂质测量计，其位于所述第一连续升流粒状介质过滤器的流入液的进口；以及
控制系统（优选计算机控制系统），其运转地连接至所述流入液杂质测量计，该流入液杂质测量计控制第一连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
本发明的这一方面提供了一种从水和废水中去除杂质和污染物的体系，所述体系包括自动化控制系统，其监测和控制所述体系中的体系变量。在这一宽泛的形式下，通过杂质水平测量，优选第一粒状介质过滤器的流入液的混浊度测量来控制所述气升泵的运转。正如能够被理解的，可以通过基线测量（其之后允许相对于这一基线数据控制气升泵的运转）在所述体系的试运行期间容易地确定这种关系。在一些实施方式中，所述气升泵通过空气压缩机运转并且控制系统控制空气压缩机的运转。
可以使用其他的体系参数以进一步控制液体处理体系的过滤性能。在第一流入液给料进第一连续升流粒状介质过滤器之前，大多数粒状介质过滤器具有一种或多种加入到第一流入液中的促凝剂以形成在过滤器中的粒状介质内的化学和物理过滤屏障。促凝化学品可以是任何适合的制剂。一个适合的促凝化学品为聚氯化铝。在这些实施方式中，所述体系可以进一步包括：
流出液杂质测量计，其位于第一连续升流粒状介质过滤器的流出液的出口处；以及
控制系统（优选计算机控制系统），其运转地连接至所述流出液杂质测量计，该流出液杂质测量计控制向第一连续升流粒状介质过滤器中添加促凝化学品的操作以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
由此监测第一粒状介质过滤器的流出液的杂质或污染物值，并且使用有关流入液质量的此信息以控制加入到第一粒状介质过滤器的促凝剂的量，并且因此控制第一粒状介质过滤器内化学和物理过滤屏障的性能。在流出液中的杂质的水平可以使用任何类型的杂质测量计测定。优选地，使用混浊度测量计。
此外，也可以使用压头监测作为进一步的控制参数。在一些实施方式中，所述方法可以进一步包括如下步骤：
压头检测器，其用于监测在第一连续升流粒状介质过滤器的流入液的进口处的流入压头；以及
控制系统（优选计算机控制系统），其运转地连接至所述压头检测器，该压头检测器控制第一连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
所述压头检测器可以包括任何适合的压力检测器，例如压力传感器等。在优选的实施方式中，所述压头检测器为位于第一连续升流粒状介质过滤器的第一流入液的进口处的液面传感器。所述控制系统优选对于基于所述体系的基线数据的背压变化做出反应。
对于每种上述控制系统的体系参数的相对测量的基线数据可以以实验获得，例如，在试运转期间。这些实验可以在连续升流粒状介质过滤器运转期间建立用于相对测量的合适的基线促凝剂流动速率。用于连续升流粒状介质过滤器的基线最优运转参数可以包括对于不同气升速率、预期流入、选择流入和其它运转参数的过滤器的运转的测量。
进一步的体系器皿可以用于所述体系中以改进流入液流体的处理体系。
一些实施方式包括生物反应器，其中第一流出液被给料作为第二流入液并且被处理以充分去除其氮含量来生成第二流出液。所述生物反应器优选包括具有低氧（缺氧）环境的单一的封闭器皿。所述第二流入液优选保持为有利于局部亚硝化/厌氧氨氧化（Partial Nitritation/Anammox）体系的低碳含量流入液，在所述局部亚硝化/厌氧氨氧化体系中，铵氮-通过亚硝化单胞菌(Nitrosomonas spp.)部分氧化为亚硝酸盐。所述厌氧氨氧化细菌使用亚硝酸盐作为电子受体而不需要有机材料，并且在缺氧下将铵和亚硝酸盐转化成氮气和水。低氧和磷水平不会使硝化杆菌（nitrobacter spp.）的种群增长为使亚硝酸盐氧化为硝酸盐的水平。
所述生物反应器也可以包括宿有氮去除细菌的柔性介质床（flexiblemedia bed）。所述柔性介质可以具有任何适合的形式，包括片、微粒、杆、线、海绵状物、针织织物等。在一个优选的实施方式中，所述柔性介质床包括球或者珠。相似的，所述柔性介质床可以由任何适合的材料构成。在优选的实施方式中，所述生物反应器的柔性介质床包括聚乙烯醇凝胶以宿有细菌。所述在柔性床中的氮去除细菌优选使用铵作为电子给体并且使用亚硝酸盐作为电子受体以去除氮化合物。铵氧化细菌(亚硝化单胞菌)和厌氧铵氧化(厌氧氨氧化(anammox))细菌均可以用在生物反应器中。在优选实施方式中，细菌培养物主要被厌氧氨氧化作为特定的铵，并且厌氧氨氧化细菌的亚硝酸盐去除速率通常是显著快于亚硝化单胞菌1（Nitrosomonas spp1）的速率。
也可以通过监测和控制生物反应器的体系参数来控制所述生物反应器的处理性能。例如，所述体系的一些实施方式包括：
溶解氧传感器，其用于监测生物反应器中的溶解氧水平，优选通常位于所述反应器的中心的附近；以及
控制系统，其运转地连接至所述溶解氧传感器；当溶解氧水平下降到低于期望的设定点时，所述控制系统将额外的氧、优选扩散空气引入到生物反应器中。
控制器优选将所述溶解氧水平保持在0.7至1.5mg/L之间。
所述生物反应器也可以包括一种或者多种氨传感器，其运转地连接至所述生物反应器的控制系统。
所述控制器优选为计算机控制器，所述计算机控制器使用计算机软件以编译来自溶解氧测量计信号的溶解氧的水平。所述计算机软件可以运转地连接至质量流动控制器，所述质量流动控制器控制空气压缩机的运转。所述控制器改变所述空气压缩机的阀位给定以通过连接流入液的管道将空气供应至生物反应器。优选地，一旦已经达到期望的氧水平，所述计算机软件指示控制器减小或切断来自空气压缩机的氧的供应。
可以在所述液体处理体系中使用进一步的粒状介质过滤器。在一些实施方式中，所述体系包括第二连续运转的粒状介质过滤器，其中，第二流出液被给料作为第三流入液并且被处理以生成第三流出液和第二废料。这种第二连续运转的粒状介质过滤器优选用作来自所述生物反应器的第二流出液的精炼过滤器。
所述第二粒状介质过滤器可以包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从介质滤床中的去除点移动至介质滤床中的沉积点。
所述第二连续运转的粒状介质过滤器优选包括与第一连续运转的粒状介质过滤器中所使用的相似的自动化控制系统。对于这些控制系统的可测定的体系参数包括：
流入液杂质水平，其通过在第二连续升流粒状介质过滤器的流入液的进口处使用流入液杂质测量计；
流出液杂质水平混浊度，其通过在第二连续升流粒状介质过滤器的流出液的出口处使用流出液杂质测量计；或者
流入压头（或背压），其通过在第二连续升流粒状介质过滤器的进口处使用压头检测器；
所述体系也可以包括控制系统（优选计算机控制系统），其运转地连接至以下的至少一个上：
流入液杂质测量计，其控制在第二连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第二粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸和第二粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围；
流出液杂质测量计，其控制向第二连续升流粒状介质过滤器中添加促凝化学品的操作以保持在第二粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸和第二粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围；或者
压头检测器，其控制第二连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第二粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸和第二粒状介质过滤器的粒状介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
在第二粒状介质过滤器的流入液和流出液中的杂质的水平可以使用任何类型的杂质测量计测定。优选地，使用混浊度测量计。相似地，所述压头检测器可以包括任何适合的压力检测器，例如压力传感器等。在优选的实施方式中，所述压头检测器为位于第二连续升流粒状介质过滤器的第一流入液的进口处的液面传感器。所述第一和第二连续升流粒状介质过滤器的每个可以使用任何适合的介质作为过滤介质。在优选的实施方式中，使用砂作为过滤介质。
为了增强处理，所述体系可以进一步包括至少一种固体分离装置，其中在给料进所述第一连续运转的粒状介质过滤器之前，液体经固体分离步骤以从其中选择性地去除悬浮的固体。
本发明在另一方面提供了一种用于处理在其中具有杂质的液体的系统，所述系统包括：
第一连续升流粒状介质过滤器，其中，所述液体被给料作为第一流入液并且被处理以生成第一流出液和第一废料；以及
生物反应器，其中，所述第一流出液被给料作为第二流入液并且被处理以充分去除其氮含量以生成第二流出液。
一些实施方式也可以包括第二连续运转的粒状介质过滤器，其中，第二流出液被给料作为第三流入液并且被处理以生成第三流出液和第二废料。
本发明的这一方面提供了一种使用具有集成的生物反应器的连续运转的粒状介质过滤体系的用于从水和废水中去除杂质和污染物的体系和装置。所述装置优选独立地使用上述用于监测和控制各体系变量的控制系统。
附图说明
现将参考显示本发明的特定优选实施方式的所附附图中的图描述本发明，其中：
图1为显示根据本发明的一个优选实施方式的水处理体系的图。
图2为在图1中所示的体系中使用的砂滤器的示意图。
图3为在图1中所示的体系中使用的生物反应器的示意图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的一个优选的水和废水处理体系。示出的处理体系10包括两个砂滤器12和14以及位于各砂滤器12和14之间的生物反应器16。可使用所述处理体系以从废水中去除污染物以生成适用于某种目的的再利用的经过滤的氧化流出液。
在通常的体系中，使用流入泵19将包含杂质的流入液（此情况下即废水20）从均衡槽17中泵送至第一砂滤器12的给料进口42。此废水20在此砂滤器12中处理以生成过滤的水流出液21和流入液废水20的杂质含量的主要量的第一废料22。过滤的水流出液21作为第二流入液23给料进所述生物反应器16，并且被处理以充分去除其氮含量。经处理的水24从出口89（图3）流出所述生物反应器，并且给料进第二砂滤器14的给料进口42A。所述第二砂滤器14为精炼过滤器，其用于充分去除在经处理的水24中的任何剩余的悬浮固体杂质。来自所述生物反应器16的经处理的水24在这一砂滤器14中被过滤以生成产物水流出液26和第二废料27。所述第一和第二废料流路22、27合并并且在污水或者其它废水流路（未示出）中处置。
如图1所示，所述生物反应器16的高度低于第一砂滤器12的高度，并且在垂直方向上高于第二砂滤器14以使流入液依重力从第一砂滤器12流至生物反应器16然后至砂滤器14。更具体地，在生物反应器16中的流入液进口部82的位置（图3）在水平方向上低于源自第一砂滤器12的流出液排出口部44，以便源自第一砂滤器12的流出液将通过重力流经连接管进入生物反应器16的进口部82。来自生物反应器16的流出液出口部89在高于第二（精炼）砂滤器14的进口部42A的水平面上。流出液将因此通过重力流至第二砂滤器14的进口部42A。
在图1所示的整个体系中，将在许多应用中处理的初始流入液42经预处理步骤（未示出）以选择性地去除悬浮固体。这一预处理体系提供了一种流入液，显示其导致生成适用于许多水再利用应用或者处理选择所需纯度的流出液。
图2显示了用作显示在图1中的废水处理体系10的部件的砂滤器12和14的常规构造和运转。各个砂滤器12和14为具有与美国专利第6,462,005中所述设计相似的设计的连续反冲洗升流介质(CBUM)过滤器皿，其内容通过此引用并入到本申请文件中。应该理解，在第一砂滤器12中的各特征与在第二砂滤器14中的特征对应。为了使图1清晰化，通过将字母A添加至附图标记中将在第二砂滤器14中的特征与在第一砂滤器12中相似的特征相区别。
通常，各砂滤器12、14一般为具有平坦顶端36和漏斗形底部38的圆柱形器皿32。用过滤介质（例如砂70）将所述器皿从漏斗形底部38填充至通常由附图标记72指示的平面。各砂滤器12、14包括将未处理水/废水（流入液）引入所述器皿32（由箭头48指示）的进口部42和将流出液排出（由箭头50指示）的出口部44。此外，如箭头52所示，废料从出口部46排出。
经进口部42引入的流入液流经给料管道54至从升降器60放射状延伸的分配臂62，并如箭头68所示排放进所述器皿32以获得在砂介质内的平均分配，并且在器皿32中通过砂床70向上提升。当流入液经砂床70提升时，发生流入液的过滤。在流入液中的绝大多数悬浮固体将在分配臂62附近分离。
使用聚合物泵45A和45B（图1）从聚合物槽43（图1）将化学促凝剂（例如聚氯化铝）在进口42引入至流入液。在砂床70内，促凝剂形成作为从水中分离污染物的化学和物理过滤屏障的过滤凝胶层。当水经过器皿32上升时，悬浮的固体被捕获在通过砂床保持位置的促凝剂凝胶中。
如箭头74所指示，砂滤器介质和化学屏障（也称作聚合物膜）在器皿32中缓慢向下移动。这导致连续向下的过滤介质的最脏部分不接触流入液。当介质向下移动时，砂介质继续捕集促凝剂和污染物。
通过使用在升降器60内延伸的气升泵76，砂连续从器皿的底部38移动至器皿的顶部36。这驱使砂介质缓慢向下移动。压缩空气从空气压缩器75A和75B（图1）提供至升降器60底部附近的气升泵76的76A处的气升腔以移动砂介质通过气升泵76的进口80（由箭头78指示）并上移升降器60。在气升泵76内的脏的过滤介质包含流入液液体、空气和过滤介质的混合物。此混合物在气升泵76中经机械搅拌导致从砂粒中分离污垢。
砂也可以在位于所述器皿32的顶部附近的清洗板单元82中洗涤。所述清洗板单元82搅拌并从促凝剂、污染物混合物中分离砂。洁净的砂介质具有较高的密度并且返回到器皿中至移动砂床70的顶部。来自清洗板单元82的废料流经排放管道84并且经出口部46排出（如箭头52所示）。处理的水作为漫流流出所述器皿32的顶部36附近的砂，并且作为流出液经出口部44排出（由箭头55所示）器皿32。
监测作为用于控制砂滤器12、14d的过滤性能和运转的控制参数的多个体系变量。
首先，使用位于进口42处的液面监测器115监测流入液的背压。背压测定是由砂、促凝剂和捕集的TSS组成的过滤凝胶层（或者化学和物理过滤屏障）的渗透性的测定。正如通过压头中的变化测定的，作为压头测定的渗透性变化是由于在限定流动（水力传导性）的砂粒之间填隙空间中的促凝剂和TSS的减少量的增大导致的水力传导性改变。
倘若在进口42测定背压，液面监测器115感应从进口42升起的垂直管中的水平面。来自水平监测器115的测定信号通过计算机118处理，并且随后通过计算机（其用于通过位于空气进口管线112中的空气流动速率控制器110调节对于气升泵76的空气流动速率）生成控制信号。当压头开始增大时，指示固体物料已经开始超过对于适当过滤结果所需的临界质量，并且压头减小指示临界质量低于所需的。对于气升泵76的空气流动控制器感应流动速率并且通过来自遥控器（未示出）的信号调节流动速率以保持适当水平。所述流动速率监测器仅需要限定的压力降以运行和提供关于运转速率的实时数据。
这提供了随着在器皿32中背压变化，砂介质中化学和物理过滤屏障的去除减慢或加快，增大或减小器皿的砂的移动能力。调节对于气升泵76的空气流动的速率以将在系统内的固体物料的尺寸与砂床70的尺寸之间的目标比率范围保持在10至30SCFH之间。
通过如下步骤提供对于砂滤器12、14的过滤性能的进一步控制：监测流入液20、24（图1）和在一些实施方式中砂滤器12、14的流出液21、26（图1）的污染物值，以及使用这些测定结果以控制器皿32内化学和物理过滤屏障的适当水平。这种类型的控制在流入液质量波动的情况下特别有用。
在所示的实施方式中，流入液20、24（图1）的混浊度可以使用位于各砂滤器12、14的进口42、42A附近的混浊度测量计（未示出）监测。来自混浊度测量计的测定信号通过计算机118处理，并且随后通过计算机118生成控制信号，其用于通过位于空气进口管线112内的空气流动速率控制器110来调节对于气升泵76的空气流动速率。如上所详述的，这提供了随着在器皿32中背压变化，减慢或加快砂介质中化学和物理过滤屏障的去除，增大或减小器皿的砂的移动能力。此外，调节对于气升泵76的空气流动速率以将在所述系统内固体物料的尺寸与砂床70的尺寸之间的目标比率范围保持在10至30SCFH之间。
也可以监测流出液21、26（图1）的混浊度且将其用作向砂滤器12、14的流入液中添加促凝剂的控制参数。在此，流出液的混浊度可以使用位于砂滤器12、14的出口44、44A附近的混浊度测量计（未示出）监测。来自所述混浊度测量计的测定信号通过计算机18处理，并且随后通过计算机生成控制信号用于调节向流入液添加的促凝剂的量。向流入液添加的促凝剂的量改变砂介质内化学和物理过滤屏障的性质，因此改变砂滤器12、14的过滤性能。在一些实施方式中，流出液混浊度测量也可以用作用于调节对于气升泵76的空气流动速率的控制参数。
将关于流入液背压（通过液面监测器115）、流入液浑浊度（通过流入液混浊度测量计）和在一些实施方式中的流出液混浊度（通过流出液混浊度测量计）的输入数据记录，并且与历史信息比较，包括压头、混浊度、流入液流动速率、促凝剂（化学聚合物）使用和空气流动速率的运转参数。随后，这些数据用于连续制造轮流增大或减小砂滤床移动的空气流动变化以产生可接受的流出液质量。
另外，在使器皿内的化学和物理过滤屏障的适当基线水平试运转期间，可以通过计算机控制改变所述促凝剂流动速率以建立。在一些实施方式中，流出液混浊度值可以显示在计算机屏幕上。随后可以通过将计算机信号传送至剂量率泵以改变注入流入液中聚合物的量来调节促凝和/或絮凝的量。
图3提供了图1所示的流入液处理体系的生物反应器16的更详细的视图。所图示说明的生物反应器16为圆柱形器皿81。在图1中，这个器皿由支架组件93支撑，所述支架组件93包括漏斗形底部94。所述支架组件93包括漏斗形底部94，其未在图3中示出。应该理解，器皿81可以具有其它形状，例如常规圆柱形。选择所述生物反应器16的体积以适用于某一时间段待处理材料的体积。所述器皿81构造有封闭顶部83，所述封闭顶部除了在需要释放氮气的器皿顶部的处理出口88以外对大气是密封的。提供封闭且锁定的人孔84以进入所述生物反应器16用于添加材料或维修的用途。
图示说明的生物反应器16包括生长有固定细菌的聚乙烯醇（PVA）水凝胶生物量载体珠或者球。应该理解，在其它实施方式中，用于所述体系的细菌可以位于所述反应器中除了PVA珠/球以外的其它结构上或其它结构内。铵氧化细菌（亚硝化单胞菌(Nitrosomonas spp.)）和厌氧铵氧化(厌氧氨氧化)细菌均可以用在所述生物反应器中。这些细菌使用铵作为电子给体，且使用亚硝酸盐作为电子受体而不生成硝酸盐。在图示说明的实施方式中，由于厌氧氨氧化细菌的特定的铵和亚硝酸盐去除率通常显著快于亚硝化单胞菌1(Nitrosomonas spp1.)的所述去除率，细菌培养主要是厌氧氨氧化作用。
包含PVA水凝胶珠/球的细菌具有负浮力，其导致每当球不在上向流涌流91内时，球沉入到所述反应器16的底部。通过流出液涌流91导致的水凝胶珠/球的移动增大了对于铵和亚硝酸盐去除的整个反应器中细菌的混合和可用性。在一些实施方式中，也可以在反应器中安装挡板（未示出）以隔离水凝胶珠/球进入各种尺寸的扇形体(quadrant)。合理配置所述珠/球的尺寸、构造和结构以用于各种特定的设备和/或流体处理应用。
在第一砂滤器12中处理后，流出液/过滤的水21输送至具有低碳含量的生物反应器12中。来自第一砂滤器13的流出液依重力流经管85至所述生物反应器16的底部，并且经可以呈多种体系形式的数个出口孔或喷嘴86排出。这提供了进入器皿81的过滤的水21的恒定升流。合理配置出口孔86的尺寸和位置以在使向上流流速91和流入液混合作用最大化的同时使背压最小化。
过滤的水21也保持在低氧（缺氧）区域内，典型的溶解氧水平在0.7至1.5mg/L之间。提供培养用于供养细菌的铵(NH4 +)和亚硝酸盐(NO2 -)的使用环境而非提供用于硝化作用的氧和用于脱硝作用的碳，设定溶解氧（DO）的减少水平以提供具有低浓度可利用碳的非补偿床（starved bed）条件。在此，水与细菌培养混合以将氨和其它氮成分分解为氮气和水。对于各种具体应用，基于从过滤的水中去除氮化合物所需的接触时间的限定来确定所述反应器尺寸。
控制图示的生物反应器16的运转。图示的生物反应器16的控制系统包括设置在所述生物反应器16中部附近的溶解氧感应器87。所述溶解氧感应器87用于监测生物反应器16中的氧水平。计算机18利用来自溶解氧感应器87的测定信号监测溶解氧水平。计算机18传送控制信号至质量流动控制器10从而在溶解氧水平下降低于0.7mg/L时，将扩散空气提供给所述生物反应器16。来自提供压缩空气给两个砂滤器12和14的空气压缩机的空气管92将此额外的氧提供给所述生物反应器。所述空气管92与进入所述生物反应器16的流入液部82附近的流入液管连接。提供单向阀以防止水进入空气供应管92。控制器将生物反应器的溶解氧水平保持在0.7至1.5mg/L之间。
本领域技术人员将理解在此所描述的本发明除了这些具体描述的内容以外易于变化和改进。应该理解，本发明包括所有落入本发明的实质和范围中的这种变化和改进。
其中，在本申请文件（包括权利要求书）中使用的术语“包括”、“包含”、“包括有”或者“包含有”可以用于应理解为特指所述的特征、整数、步骤或者组分的存在，而不是排除一种或多种其它特征、整数、步骤、组分或它们的组的存在。

Claims (24)

1.一种自动化方法，该方法控制连续升流粒状介质过滤器的过滤性能，其中，包含杂质的液体被给料作为流入液并且生成经处理的液体作为流出液，所述粒状介质过滤器包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从所述介质滤床中的去除点移动至介质滤床中的沉积点，所述方法包括如下步骤：
监测所述流入液的杂质水平；
将所述流入液的杂质水平转化成杂质信号输入至计算机，所述计算机使用了计算机软件以编译杂质信号输入；以及
使用所述杂质信号控制对于气升泵的空气流入比以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
2.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，通过混浊度的测定提供所述流入液的杂质水平。
3.根据权利要求1或2所述的自动化方法，其中，向所述流入液中加入至少一种促凝剂，并且其中所述方法进一步包括如下步骤：
监测所述流出液的杂质水平；
将所述流出液的杂质水平转化成剂量信号输入至计算机，所述计算机使用计算机软件以编译所述剂量信号；以及
使用所述剂量信号以控制加入到流入液流中的促凝剂的量并且因此保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率。
4.根据权利要求3所述的自动化方法，其中，通过混浊度的测定提供所述流出液的杂质水平。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动化方法，所述方法进一步包括如下步骤：
监测在连续升流粒状介质过滤器的流入液进口处的流入压头；
将所述压头转化成压力信号输入至计算机，所述计算机使用计算机软件以编译所述压力信号；以及
使用所述压力信号以控制对于气升泵的空气流入比以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
6.一种处理包含杂质的液体的体系，所述体系包括：
第一连续升流粒状介质过滤器，其中，所述液体被给料作为第一流入液，并且被处理以生成第一流出液和第一废料，第一粒状介质过滤器包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从所述介质滤床中的去除点移动至所述介质滤床中的沉积点；
流入液杂质测量计，其在第一连续升流粒状介质过滤器的流入液的进口处；以及
控制系统，其运转地连接至所述流入液杂质测量计，所述流入液杂质测量计控制第一连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
7.根据权利要求6所述的体系，其中，所述流入液杂质测量计为混浊度测量计。
8.根据权利要求6或7所述的体系，其中，在第一流入液被给料进第一连续升流粒状介质过滤器之前，向第一流入液加入至少一种促凝剂，并且所述体系进一步包括：
流出液杂质测量计，其在第一连续升流粒状介质过滤器的流出液的出口处；以及
控制系统，其运转地连接至所述流出液杂质测量计，所述流出液杂质测量计控制向第一粒状介质过滤器添加促凝化学品的操作以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
9.根据权利要求8所述的体系，其中，所述流出液杂质测量计为混浊度测量计。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的体系，所述体系进一步包括生物反应器，其中第一流出液被给料作为第二流入液，并且被处理以充分去除其氮含量以生成第二流出液。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的体系，其中，所述生物反应器包括具有低氧（缺氧）环境的封闭器皿和宿有氮去除细菌的柔性介质床。
12.根据权利要求10或11所述的体系，所述体系进一步包括：
溶解氧感应器，其用于监测生物反应器中的溶解氧水平；以及
控制系统，其运转地连接至所述溶解氧感应器，所述控制系统在所述溶解氧水平下降低于所需设定点时将额外的氧引入到所述生物反应器中。
13.根据权利要求12所述的体系，其中，控制器保持所述溶解氧水平在0.7至1.5mg/L之间。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的体系，所述体系进一步包括：
压头检测器，其用于监测在第一连续升流粒状介质过滤器的第一流入液进口处的流入压头；以及
控制系统，其运转地连接至所述压头检测器，所述压头检测器控制第一连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在第一粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第一粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的体系，其中，砂用作在第一连续升流粒状介质过滤器中的过滤介质。
16.根据权利要求6至15中任一项所述的体系，所述体系进一步包括：
第二连续运转的粒状介质过滤器，其中，第二流出液被给料作为第三流入液并且被处理以生成第三流出液和第二废料，第二粒状介质过滤器包括介质滤床和气升泵，所述气升泵将粒状介质从介质滤床中的去除点移动至介质滤床中的沉积点。
17.根据权利要求16所述的体系，所述体系进一步包括：
流入液杂质测量计，其在第二连续升流粒状介质过滤器的流入液进口处；以及
控制系统，其运转地连接至所述流入液杂质测量计，所述流入液杂质测量计控制第二连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
18.根据权利要求16或17所述的体系，其中，在第三流入液被给料进第二连续升流粒状介质过滤器之前，向第三流入液加入促凝剂，所述体系进一步包括：
流出液杂质测量计，其在第二连续升流粒状介质过滤器的流出液出口处；以及
控制系统，其运转地连接至所述流出液杂质测量计，所述流出液杂质测量计控制向第二连续升流粒状介质过滤器添加促凝化学品的操作以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第二粒状介质过滤器的介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
19.根据权利要求16、17或18所述的体系，该体系进一步包括：
压头检测器，其用于监测在第二连续升流粒状介质过滤器的流入液的进口处的流入压头；以及
控制系统，其运转地连接至所述压头检测器，所述压头检测器控制第二连续升流粒状介质过滤器中的气升泵的运转以保持在粒状介质过滤器的捕集的固体物料的尺寸与第二粒状介质过滤器的粒状介质滤床的尺寸之间的目标比率范围。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的体系，其中，使用砂作为第二连续升流粒状介质过滤器中的过滤介质。
21.根据权利要求6至20中任一项所述的体系，所述体系进一步包括至少一种固体分离装置，其中在给料进第一连续运转的粒状介质过滤器之前，液体经固体分离步骤以从其中选择性地去除悬浮的固体。
22.一种处理在其中具有杂质的液体的系统，所述系统包括：
第一连续升流粒状介质过滤器，其中，所述液体被给料作为第一流入液并且被处理以生成第一流出液和第一废料；以及
生物反应器，其中，所述第一流出液被给料作为第二流入液并且被处理以充分去除其氮含量以生成第二流出液。
23.根据权利要求22所述的系统，该系统进一步包括：
第二连续运转的粒状介质过滤器，其中，所述第二流出液被给料作为第三流入液并且被处理以生成第三流出液和第二废料。
24.根据权利要求22或23所述的处理液体的系统，该系统包括根据权利要求6至21中任一项所述的体系。
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