CN107108289A

CN107108289A - 改进的压载的净化系统

Info

Publication number: CN107108289A
Application number: CN201580063260.6A
Authority: CN
Inventors: 彼得·坦普尔·巴拉尔; 雷德·拉班
Original assignee: Suez Treatment Solutions Inc
Current assignee: Suez Engineering Solutions; Suez International SAS
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: EP3221269A1; CA2968513C; PT3221269T; CN107108289B; ES2775507T3; WO2016081873A1; CA2968513A1; EP3221269A4; EP3221269B1; US11807558B2; US20160145126A1; DK3221269T3

Abstract

一般地，本发明涉及提供改进的用于处理水或废水的压载的絮凝系统的系统和方法。根据一些实施方案，方法可以包括引入包含水或废水和凝结剂的流入物；将流入物搅动或混合，造成絮体发展；引入聚合物和压载物，其中压载物具有小于1.15的长径比；将流入物搅动或混合，造成压载物移动通过流入物并且进入絮体；将絮体搅动或混合，以通过絮体之中的较小絮体的碰撞造成更大絮体形成；将流入物提供到具有底部和顶部的净化槽中，其中絮体中的压载物粒子造成絮体沉降到净化器的底部，并且从净化槽的顶部输出流出物。

Description

改进的压载的净化系统

相关申请

本申请要求2014年11月21日提交的名为“改进的压载的(ballasted)净化系统”的美国临时专利申请序列号62/082,941的优先权，其通过引用以其全部内容结合在此。

背景

一般地，本发明涉及改进的用于处理水或废水的净化系统。更具体地，本发明涉及改进的提供压载的絮凝系统的系统和方法。

净化是一种处理水的方法，通过移除杂质使得它清澈。一种将水净化的方法是通过絮凝，即一种其中可以通过将悬浮的物质团聚成大到足以通过重力沉降的粒子来将它从水中移除的过程。通常，絮凝是可以将液体净化的过程。可以将水或废水(例如，饮用水、废水、组合的下水道溢流水等)引入到絮凝系统中，在所述絮凝系统中凝结的沉淀物可以由于胶态废水的失稳而形成。

可以使用的凝结剂包括金属和聚合物凝结剂。金属凝结剂通常基于铁或铝。铁凝结剂可以包括但不限于，硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁和氯化硫酸铁。铝凝结剂可以包括但不限于，硫酸铝、氯化铝(包括聚氯化铝)和铝酸钠。也可以使用其他化学品或材料，比如但不限于藻酸钠、可溶淀粉产品、熟石灰、碳酸镁、或合成聚合物。此外，可以插入凝结剂辅剂——包括例如再循环泥。

尽管在没有搅拌的情况下粒子或沉淀物可以彼此粘到并自发地形成不规则的粒子簇或絮体(floc)(即，异向聚集或絮凝)，但也可以将水或废水混合或搅拌，由此造成剪应力并快速生成簇或絮状沉淀(即，异向聚集或絮凝)。絮凝的程度通常由速度梯度和絮凝的时间决定。通过水力混合(例如但不限于，带挡板的室、螺旋流室)、机械混合(如但是不限于搅拌，旋转或往复的刀片、桨叶、或螺旋桨)、和可以例如利用扩散空气以在流动的水中造成湍流的扩散器或栅格系统，可以向絮凝系统提供剪应力。

当将水或废水混合或搅拌时，可以形成较大且较重的絮体，其可以从水或废水中沉降下来，并且可以作为污泥被移除。净化过的水可以退出系统的顶部。为了增加絮体沉降的速度，可以在压载的絮凝过程中使用压载物(ballast)材料。

压载的絮凝(也称为高速净化)将过程稍加改变，其中，团聚的粒子(或“絮体”)可以包含压载的粒子，造成絮体下沉得更快，从而将净化过程加速。

此外，现有的压载的净化系统经常具有比较高的压载物损失率。这样的压载物的损失不仅仅增加了运行压载的净化系统的成本，而且也造成对下游加工部件的过度的磨损和/或损伤(因为这样的部件可能在处理其中带有砂或其他这样的压载物的污泥)。因此，想要的是，在压载的净化系统的运行期间减少压载物损失。

还想要的是，减少压载的净化系统所必需的尺寸。这样的尺寸上的减少可以导致更小的占地(footprint)，以及更小的资本费用和/或运行费用。例如，增加压载的净化系统的增长量(rise rate)可以允许使用更小的系统。然而，目前使用的压载物(例如，砂)在流出物中没有过量压载物损失的情况下通常不允许高于40gpm/ft²的增长量。因此，想要的是，在大于40gpm/ft²的增长量以及可接受的压载物损失的情况下运行压载的净化系统。

因此，想要的是有一种压载的絮凝系统，其中压载物材料被选择或配置为产生有效的且高效的净化。

发明概述

根据本发明的一些实施方案的方面可以包括一种提供对水或废水的压载的净化的方法，所述方法包括：将流入物引入到第一区中，所述流入物包含水或废水和凝结剂；在第一区中将流入物搅动或混合，其中至少部分由凝结剂造成絮体在流入物中发展；将流入物从第一区提供到第二区；将聚合物和压载物引入到在第二区的流入物中，其中压载物具有小于1.15的长径比；在第二区中将流入物搅动或混合，其中在第二区中的搅动或混合造成压载物移动通过流入物并进入絮体；将流入物从第二区提供到第三区；在第三区中将流入物搅动或混合，其中在第三区中的搅动或混合通过絮体之中较小的絮体的碰撞造成较大的絮体形成；将流入物提供到具有底部和顶部的净化槽中，其中絮体中的压载物粒子造成絮体沉降到净化器的底部；从净化槽的顶部输出流出物，所述流出物包含清澈的或基本上清澈的水。

根据本发明的方面，方法可以还包括从净化器的底部移除包含沉降的絮体的污泥以及从污泥中移除至少一些的压载物。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中使用一个以上水力旋流器从污泥移除压载物的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中将从污泥中移除的压载物再循环以重新引入到第二区中的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中提供压载的净化的方法在具有大于四十(40)gpm/ft²的增长量的系统中运行的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括：从净化器的底部移除包含沉降的絮体的污泥以及从污泥中移除镇至少一些的重物，其中压载物损失小于10.8千克/百万加仑被处理的水。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中压载物粒子具有大于3.0g/cm³的密度的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中长径比在1.0至1.10之间的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中压载物材料具有大于3.5g/cm³的密度的方法。

根据本发明的方面，方法可以还包括其中压载物材料包含石榴石的方法。

根据本发明的一些实施方案的其他方面可以包括这样一种压载的絮凝系统，所述压载的絮凝系统包含：凝结槽，所述凝结槽接收水或废水和凝结剂的流入物，并且输出凝结槽流出物；与凝结槽流体连通并且接收凝结槽流出物的絮凝槽，所述絮凝槽还接收聚合物和压载物粒子的输入，并且输出絮凝槽流出物，其中压载物粒子具有小于1.15的长径比；与絮凝槽流体连通并且接收絮凝槽流出物的熟化槽，所述熟化槽输出熟化槽流出物；具有顶部和底部的净化器，所述净化器与熟化槽流体连通并且接收熟化槽流出物，所述净化器从净化器的顶部输出处理过的水并且从净化器的底部输出包含沉降的絮体的污泥；接收污泥并且将压载物粒子从污泥中分离的水力旋流器。

根据本发明的方面，系统可以还包含在凝结槽中的桨叶或混合装置；在絮凝槽中的桨叶或混合装置；和在熟化槽中的桨叶或混合装置；其中每个桨叶或混合装置将它所处的槽中的内容物搅动或混合。

根据本发明的方面，系统可以包含在凝结槽中的桨叶或混合装置，以造成絮体形成。

根据本发明的方面，系统可以还包含其中在絮凝槽中的桨叶或混合装置造成压载物粒子移动通过凝结槽流出物并进入絮体的系统。

根据本发明的方面，系统可以还包含其中在熟化槽中的桨叶或混合装置通过絮体的惯性撞击造成更大絮体形成的系统。

根据本发明的方面，系统可以还包含这样一种系统：该系统以大于40gpm/ft²的增长量运行。

根据本发明的方面，系统可以还包含其中压载物损失小于10.8kg/百万加仑被处理的水的系统。

根据本发明的方面，系统可以还包含其中压载物粒子具有大于3.0g/cm³的密度的系统。

根据本发明的方面，系统可以还包含其中压载物粒子包含石榴石的系统。

根据本发明的方面，系统可以包含利用密度大于3.0g/cm³且长径比小于1.15的压载物粒子的压载的絮凝系统，该压载的絮凝系统以大于1.0cm/s的絮体沉降速度运行。

附图描述

通过与附图一起阅读以下详细描述，可以更完整地理解本发明，在附图中，相似的参考标记用于指代相似的要素。附图描绘了某些说明性实施方案，并且可以帮助理解以下详细描述。在详细解释本发明的任何实施方案之前，应当理解的是，本发明并不将它的应用限制到在以下描述中陈述的或在图中图示的部件的构造和排布的细节。描绘的实施方案被理解为示例性的并且不以任何方式限制本发明的总体范围。而且，应当理解，本文所用的措辞和术语用于描述的目的，并且不应当被认为是限制。下面将参照以下图进行详细描述，其中：

图1图示了根据本发明的一些实施方案的示例性压载的净化系统。

图2描绘了用于根据本发明的一些实施方案的压载的净化系统的示例性管线图。

图3A-3F图示了根据本发明的一些实施方案的示例性压载的净化系统的多种视图。

图4图示了根据本发明的一些实施方案，对多种压载物类型和增长量来说的浊度结果。

详细描述

在详细解释本发明的任何实施方案之前，应当理解的是，本发明并不将它的应用限制到在以下描述中陈述的或在图中图示的部件的构造和排布的细节。本发明能够是其他的实施方案并且以多种方式实行或进行。而且，应当理解，本文所用的措辞和术语用于描述的目的，并且不应当被认为是限制。

在此描述中示例的内容被提供用于帮助综合理解参照附图所公开的多种示例性实施方案。因此，本领域技术人员将理解，可以在不脱离所要求保护的发明的精神和范围的情况下对本文描述的示例性实施方案作出多种改变和更改。为了清除和简明，省略了对公知的功能和构造的描述。此外，如本文所使用的单数可以解释为复数，并且备选地，任何复数形式的术语可以解释为单数形式的。

通常，压载的絮凝是一种物理-化学处理过程，它通常使用连续再循环的介质和多种添加剂以通过改进的絮体架桥改善悬浮的固体的沉降性质。凝结化学品(例如，硫酸铁)通常提供一种手段，小粒子可以借助该手段合并成较大的粒子，并且合并的量和速率是粒子间接触程度的函数。在引入凝结化学品之后，形成小的缓慢沉降的絮体。如果温和搅动液体物质，粒子之间的接触增加，并且它们尺寸增大。当絮凝在先前形成的絮体粒子的存在下发生时，大大改进絮凝。新形成的粒子通过在已经存在的那些粒子的表面上堆积而沉积，使得它们尺寸以高得多的速率增大，产生更重的、更快沉积的絮体。

更具体地，压载的净化是一种利用致密粒子增强聚集的悬浮固体的沉降速度的物理和化学处理过程。该过程的目的是增加絮体的整体密度，这可以导致迅速的絮体熟化和更快的净化。压载的净化器可以以比常规净化器更快地(达到快十(10)倍)加工流，并且溢流速率达到80gal/ft²min那么高，同时达到80％至95％的总悬浮固体(TSS)移除率。此溢流速率增强可以导致比常规净化器具有小得多的占地的系统。

压载的絮凝可以是利用再循环的介质改进悬浮的固体的沉降性质的高速净化过程。如果絮体或微絮体可以具有大于1.0的比重(在一些系统中，想要的是具有比重大于2.0的絮体或微絮体)，那么沉降时间可以比非压载的絮凝系统快至多若干倍。

然而，对压载的絮凝系统的作用存在着误解，导致选择低效的并且可能是无效的多种压载物材料。之前认为，压载物起到用于絮体形成的种子的作用，伴随着附接到压载物并且围绕压载物的固体和聚合物。事实上，此前的技术记载了“微砂作为压载物充当促进特别大且重的絮体的形成的种子”。参见美国专利号4,927,543。

基于这一不正确的理解，已经基于密度(以增加絮体的沉降速度)和电荷中性选择了压载物材料。电荷中性被认为对于允许围绕压载物的聚集来说是重要的。

然而，现在理解，压载物过程可能是基于动量的。压载物粒子可以通过惯性力戳入化学絮体中，并且可以变得结合在化学母体中。考虑到正确的理解，如流体动力学和密度等特性可以是重要的。

流体动力学，是压载物粒子在絮凝和熟化期间迅速径向移动通过水的能力，其可能是有关的特性，因为压载物粒子的流体动力学可以影响粒子可能运动通过水或废水的速度。更多流体动力的粒子可以具有更圆的形状和低的长径比。粒子的长径比可以定义为如在W.Pabst和E.Gregorova的“粒子和粒子系统的表征(Characterization of particlesand particle systems)”中描述的粒子的最短Feret直径和粒子的最长Feret直径之间的比率。ISO13322-1-2014描述了通过将粒子固定在成像装置的物平面来测量粒子的所述Feret直径的图像分析方法。例如，可以通过如本领域已知的光学显微方法获得图像。

在通过净化进行水处理的领域中所用的大部分压载材料具有包括在1.2至1.7之间的长径比。例如，二氧化硅砂(其可以用作压载材料)具有大约1.22的长径比。相对地，一些石榴石，可以具有比最常用的的压载材料如二氧化硅和砂的长径比小的长径比。石榴石的长径比可以小于1.15，并且可以具体地在1.0至1.15之间，或1.0至1.10之间，或1.05至1.11之间，或1.0至1.05之间，或这样的范围的任何组合。石榴石的具体长径比可以为大约1.06。石榴石的较小的长径比可以允许石榴石在水或废水中比砂更快地运动，并且进一步进入到絮体中。1.0至1.15范围内的长径比可以提供高效的絮体进入。1.0至1.10之间的长径比可以提供附加的益处。

密度可以是重要的，不仅是对于增加絮体的沉降速度来说，而且因为这样致密的粒子具有更大的质量(其可以在碰撞过程期间具有更多的能量)。这可以允许压载物粒子击中微絮体并且通过动量进入到絮体母体中。

已经发现，在3至5g/cm³之间、且更具体地高于3.2g/cm³的密度可以一般地提供有效的絮体进入和足够的絮体沉降速率。已经证实，3.2-4.5g/cm³、或具体地3.2-3.5g/cm³之间的范围，以及3.5-4.3g/cm³之间的范围，是有效的。

此外，与在2.5的砂的密度相比，石榴石具有4的密度。此较大的密度允许石榴石具有更高的沉降速度。最后，石榴石具有与石英砂相比不那么负的表面电势(ζ电势)。石榴石的ζ电势在大约16至-41的范围内，取决于pH。相反，石英砂在10至-60的范围内。这一特性可以允许石榴石在进入后增强它在絮体内的位置。

在更均匀的压载物材料的使用中，可以发现附加的优点。例如，已经发现砂(#80)的均匀系数为大约1.64。已经发现石榴石(#120)具有1.33的均匀系数。均匀系数越低，材料越均匀(良好分级的、良好分类的)。低的均匀系数可以改进系统的功能性。更小或更细的压载物材料更可能是溢流堰(lost over the weir)；更大的压载物材料更可能沉降到槽的底部，防碍均质的系统。

通常，本发明涉及利用特殊地配置或选择的压载物粒子使用压载的絮凝将水净化的系统和方法，以产生有效且高效的净化，如现在理解的过程。根据本发明的一些实施方案的系统和方法可以处理多种类型的水，并且可以一般地包括三(3)个槽和一个净化器。流入物水可以与凝结剂混合，随后进入第一混合槽，在那里凝结剂可以与可溶性污染物如含磷的污染物反应。随后可以将混合物前进到第二槽，在那里可以引入压载物。这样的压载物可以进入新形成的絮体。被压载的絮体随后可以在第三槽中与聚合物混合在一起，以通过惯性撞击增加絮体尺寸。随后可以将被压载的絮体移动到净化器，在那里絮体可以以高速率沉降，同时清澈的水可以越过堰流出。可以将沉降的污泥泵送到水力旋流器，其可以将压载物粒子从污泥和水混合物中分离。随后可以将污泥传输到增稠器，同时可以将压载物粒子再循环到系统中。

参照图1，系统100可以包含三(3)个槽120、130、140，和净化器150。通常，可以将水与金属凝结剂在线混合，随后进入第一混合槽120。在第一混合槽120中，凝结剂可以与水或废水中的可溶性污染物如磷反应，并且可以激起失稳以及悬浮的固体向微絮体的聚集。

随后可以将水或废水前进到第二混合槽130，在那里可以引入压载物材料，以及可以引入聚合物。压载物材料可以进入已经形成的微絮体。如上文提到的，可以利用多种基于包括但不限于密度和流体动力学的特性被配置和/或选择的材料作为压载物。例如，石榴石比许多常用的压载物材料(如但不限于，石英砂、二氧化硅砂、黑云母、干燥的污泥粒子等)具有更大的密度和更大的流体动力学。

在第三槽140中，被压载的絮体可以被进一步混合，以通过惯性撞击增强絮体的尺寸，并且可以加入附加的聚合物。

最后，可以将增强的被压载的絮体移动到净化器150，在那里絮体可以以高速度比率沉降，同时清澈的水越过堰151流出。可以将沉降在净化器150的底部的絮体泵送到水力旋流器160，该水力旋流器可以将重的压载物粒子从较轻的水和污泥混合物中分离。可以将污泥传输到增稠器，同时可以将压载物粒子再循环至第二混合槽130，使得可以在过程中将它再利用。

更具体地，并且继续参照图1，水或废水110可以作为流入物进入系统，并且可以在水或废水进入第一混合槽120之前在线加入金属凝结剂111。在第一混合槽120中，可能发生快速混合和/或凝结。为了辅助槽的混合，可以利用机械混合装置121。机械混合装置可以包括但不限于，刀片、螺旋桨、桨叶等，备选地(或附加地)可以利用扩散器的水力混合。

随后，水或废水可以进入第二混合槽130，在那里可以向槽130加入压载物材料。压载物材料可以在过程中再循环，并且可以是之前使用过的压载物材料。再一次地，第二混合槽130可以包含可以提供机械或水力混合的混合装置131。

根据本发明的一些实施方案，可以利用第三混合槽140。注意，预期也可以利用二(2)混合槽系统。第三混合槽140(如果利用的话)可以包含混合装置141。

水或废水可以进入净化器150，在那里絮体可以沉降到槽50的底部，而清澈的水可以上升并且越过堰151流出，并作为流出物112退出系统。槽150可以包含底部出口152，污泥可以进入其中退出系统。污泥可以流入水力旋流器160，其可以将压载物粒子从污泥分离。污泥161可以退出系统到增稠器，同时压载物粒子162可以退出水力旋流器160并且再循环回到第二混合槽130。

参照图2，现在将讨论根据本发明的一些实施方案的示例性压载的净化系统200的管线。原料水(即待处理的水或废水)可以在201处流入系统，并且可以通过泵202泵送。可以将原料水泵送到旋转刷筛203，该旋转刷筛可以用于进行固体收集(即，从水中移除大的固体)。在过筛后，可以通过流入物泵204将水泵送到第一絮凝池211中。

当将流入物提供到第一絮凝池211时，伴随着流入物，可以向流入物添加来自凝结剂槽205的凝结剂(通过计量泵206泵送)、来自苛性槽207的苛性剂(通过计量泵208泵送)、和来自氧化剂槽209的氧化剂(通过计量泵210泵送)。可以在第一絮凝池中通过第一混合器210将流入物和添加剂搅动或搅拌。

随后，可以将流体(现在包含过筛的原料水和添加剂(凝结剂、苛性剂、和氧化剂))提供到第二絮凝池213中。在第二絮凝池213中，可以加入来自聚合物槽218的聚合物(其可以通过计量泵219泵送)，以及压载物材料。压载物材料可以独立地加入，或者压载物材料可以作为水力旋流器223、224的输出物加入。

正如上文更详细地讨论的，压载物材料可以包含具有高流体动力学特性(比如但不限于低长径比，(例如，小于1.15))和大于3.0g/cm³的密度的材料。可以通过混合器214搅动或搅拌在第二絮凝池213中的混合物。这样的搅动或搅拌可以造成压载物粒子运动通过混合物并且进入絮体。

随后，可以将混合物提供到熟化槽216。可以向熟化区加入附加的聚合物。可以通过混合器217再次搅动或搅拌混合物。这样的搅动或搅拌可以由于惯性冲击造成絮体结合在一起并且尺寸增加。

随后，可以将混合物提供到净化器220中，在那里被压载的絮体可以以高速度比率沉降，同时清澈的水可以流出221(例如，越过堰)。注意，絮体可以沉降得相当快，例如，以大于1.0cm/s的沉降速度沉降。

沉降的絮体现在在净化器220的底部处变成污泥。可以经由污泥泵222将沉降的污泥泵送到水力旋流器223、224。注意，图2图示了主水力旋流器223和备用水力旋流器224。预期的是，可以在任何时间使用一个或多个水力旋流器。在水力旋流器中，可以将压载物粒子从水和污泥混合物分离。可以将压载物粒子提供回到如上文所讨论的第二絮凝池213。

可以将剩下的污泥传输到增稠器，用于晚些时候处理。注意，使得压载物能够运动通过水混合物冰进入絮体的压载物粒子的性质有助于将压载物粒子从污泥移除。对于以40gpm/ft²运行的系统来说，已发现压载物损失小于13kg/百万加仑被处理的水。根据测试，在40gpm/ft²的增长量，记录到压载物损失在10.8kg/百万加仑被处理的水。在45gpm/ft²，记录到压载物损失在9.5kg/百万加仑被处理的水，并且在57gpm/ft²，记录到压载物损失在7.6kg/百万加仑被处理的水。

这是特别想要的，因为减少的压载物损失(i)减少了系统的运行成本(因为要替换较少的压载物)；并且(ii)减少了对下游加工部件上的损伤(因为有较少的随着污泥一起被处理的压载物)。在污泥中剩余的压载物可以对加工部件造成过量的磨损。

参照图3A-3F，现在将讨论根据本发明的一些实施方案的用于提供压载的净化的系统。首先注意的是：(i)图3A提供了系统300的等距视图；(ii)图3B提供了系统300的顶视图；(iii)图3C图示了系统300的截面图——沿系统横向截取；(iv)图3D和3E各自图示系统300的垂直于图3C的截面图；并且(v)图3F图示了系统300的外部等距视图。下面将依次讨论每一张图。

参照图3A，可以看到，系统300一般地包含第一絮凝池310和第二絮凝池320。根据本发明的一些实施方案，第一和第二絮凝池310、320可以沿着一根轴彼此邻近地布置，而其他池和净化器可以沿垂直轴布置。以此方式，可以保持系统300的占地更小，从而降低成本(如建造和/或购买系统300的资本费用)，并且需要较少的用于安置和使用的空间。第一和第二絮凝池310、320两者可以包含用于将混合物搅动或搅拌的混合器。

系统300可以还包含熟化区330，其可以再一次包含用于将混合物搅动或搅拌的混合器331。系统300可以还包含净化器340，在其中被压载的絮体可以沉降并且这样沉降的絮体可以通过刮料机341被刮取用于加工(如但不限于输送到水力旋流器和/或增稠器)。在净化器340的顶部，清澈的水可以沿着流槽通道350前进，并且越过堰，同时退出系统300。

可以如上文关于图1和2讨论的，提供凝结剂、苛性剂、氧化剂、聚合物和压载物粒子的供应。

参照图3B，第一絮凝池310和第二絮凝池320的位置可以横向于熟化区330。参照图3C，可以看到第一和第二絮凝池310、320。可以从第二絮凝池320向熟化区330提供混合物。注意，混合物可以通过在池的底部的开口从第二絮凝池320运动到熟化区330，而混合物可以通过在池的顶部的开口从熟化区330流动到净化器。净化器340可以包含刮料机341，用于刮取沉降的絮体或污泥。清澈的水可以沿着流槽通道350前进，并且越过堰，同时在流出物通道360处退出系统300。

参照图3D，可以更清楚地看到具有第一混合器311的第一絮凝池310和具有第二混合器321的第二絮凝池320以及第一和第二絮凝池的排布。注意，尽管第一和第二絮凝池图示为在垂直于熟化区和净化器的方向上并排，但预期的是，这样的第一和第二絮凝池可以以任何排布方式被布置，包括以单线(例如，如在图1中图示的)或以任何可以显示高效或优点的其他排布方式。

参照图3E，可以更详细地看到净化器340。再一次地，净化器340可以包含刮料机341，所述刮料机可以刮掉底部的沉降的絮体/污泥。污泥可以经由管道342退出净化器。

图3F图示了系统300的外部等距视图。可以看到驱动混合器的装置。例如，发动机312可以驱动第一絮凝池310中的混合器311。发动机322可以驱动第二絮凝池320中的混合器321。发动机332可以驱动熟化区330中的混合器331。并且发动机342可以驱动净化器340中的刮料机341。图3F图示了，根据本发明的一些实施方案的压载的净化系统可以对于运输来说足够小，同时仍然获得显著的净化流量。

通常，如上讨论的压载物材料(例如，石榴石)与典型的压载物材料(例如，微砂)相比可以提供至少两(2)个优点。第一，系统和方法可以具有更高的生产量(或增长量)，且第二，可以具有较低的压载物材料损失率。在下文简述每一个优点。

参照图4，已经测试了并且已经成功地以57gpm/ft²那么高的生产量或增长量运行了根据本发明的一些实施方案的系统和方法。此外，在约3浊度测定浊度单位(nephelometric turbidity unit，NTU)的流入物浊度的情况下，确定流出物浊度为平均大约1.2NTU。测得流出物磷为小于0.1mg/l。

较大且较重的粒子可以由于它们的高沉降速度经历较低的在水力旋流器中的损失及溢流。然而，较小的压载物粒子在进入絮体时可以是更高效的。因此，确认将这两个相反的要求(更快的沉降和更好的絮体进入)最大化的理想的压载物尺寸。关于损失率，压载物材料的较高的密度和流体动力特性可以有助于在水力旋流器中从污泥移除更多的压载物。密度可以有助于从水力旋流器施加在压载物上的力，而压载物的流体动力学性质(低长径比等)可以有助于压载物进入污泥，从而被从系统移除。

将石榴石作为压载物材料的使用与砂(常用的压载物材料)作比较。在第三处理期间，对于所有受测的增长量，石榴石显示最低的压载物损失率。具体地，在40GPM/ft²的增长量时，石榴石的损失率为29％，低于砂的损失率。此外，石榴石通常具有比砂低的均匀系数。

参照以下表1和表2，显示了作为压载物材料的砂、磁铁矿(“mag.”)和石榴石的比较。注意，使用的石榴石(#120)的纯度为大约37％SiO2，33％Fe2O3，20.5％AL2O3，6％MgO和2％CaO。

表1

表2

如上文讨论的，具有一定特性的压载物粒子(如但不限于石榴石)的使用允许压载的净化系统在与使用砂作为压载物所允许的相比更高的增长量运行。增加的增长量可以导致需要较小的系统，从而减少这样的系统的资本费用和运行费用两者。

在测试中，记录了表3中所述的速率。

表3

因此，可以看到，通过使用具有大于3.0g/cm³的密度和小于1.15的长径比的压载物材料，可以获得大于40gpm/ft²的增长量，以及快的沉降絮体(大于1.0cm/s)，大于65％的浊度移除率和小于13kg/MG的压载物损失。

要理解的是，本文所示和所述的本发明的具体实施方案仅是示例性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员现在将可以进行多种变化、改变、替代和等效。类似地，可以在不偏离本发明中所要求的功能的情况下改变在附图中所示的和上文讨论的具体的形状。因此，意图是，本文描述的和在附图中所示的所有内容被当作仅是说明性的，并且没有限制的意义，并且本发明的范围将仅由后附的权利要求书决定。

Claims

1.一种提供水或废水的压载的净化的方法，所述方法包括：

将流入物引入到第一区中，所述流入物包含所述水或废水和凝结剂；

在所述第一区中将所述流入物搅动或混合，其中至少部分由所述凝结剂造成的絮体在所述流入物中发展；

将所述流入物从所述第一区提供到第二区；

在所述第二区中将聚合物和压载物引入到所述流入物中，其中所述压载物具有小于1.15的长径比；

在所述第二区中将所述流入物搅动或混合，其中在所述第二区中的所述搅动或混合造成所述压载物移动通过所述流入物并进入所述絮体；

将所述流入物从所述第二区提供到第三区；

在所述第三区中将所述流入物搅动或混合，其中在所述第三区中的所述搅动或混合通过所述絮体之中较小的絮体的碰撞造成较大的絮体形成；

将所述流入物提供到具有底部和顶部的净化槽中，其中絮体中的所述压载物粒子造成所述絮体沉降到净化器的底部；

从所述净化槽的所述顶部输出流出物，所述流出物包含清澈的或基本上清澈的水。

2.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

从所述净化器的所述底部移除包含沉降的絮体的污泥；以及

从所述污泥中移除所述压载物中的至少一些。

3.权利要求2所述的方法，其中使用一个或多个水力旋流器从所述污泥移除所述压载物。

4.权利要求2所述的方法，其中将从所述污泥中移除的所述压载物再循环以重新引入到所述第二区中。

5.权利要求1所述的方法，其中所述提供压载的净化的方法在具有大于四十(40)gpm/ft²的增长量的系统中运行。

6.权利要求5所述的方法，所述方法还包括：从所述净化器的所述底部移除包含沉降的絮体的污泥以及从所述污泥中移除所述压载物中的至少一些，其中压载物损失小于10.8千克/百万加仑被处理的水。

7.权利要求1所述的方法，其中所述压载物粒子具有大于3.0g/cm³的密度。

8.权利要求1所述的方法，其中所述长径比在1.0至1.10之间。

9.权利要求6所述的方法，其中所述压载物具有大于3.5g/cm³的密度。

10.权利要求1所述的方法，其中压载物材料包括石榴石。

11.一种压载的絮凝系统，所述压载的絮凝系统包含：

凝结槽，所述凝结槽接收水或废水和凝结剂的流入物，并且输出凝结槽流出物；

与所述凝结槽流体连通并且接收所述凝结槽流出物的絮凝槽，所述絮凝槽还接收聚合物和压载物粒子的输入，并且输出絮凝槽流出物，其中所述压载物粒子具有小于1.15的长径比；

与所述絮凝槽流体连通并且接收所述絮凝槽流出物的熟化槽，所述熟化槽输出熟化槽流出物；

具有顶部和底部的净化器，所述净化器与所述熟化槽流体连通并且接收所述熟化槽流出物，所述净化器从所述净化器的所述顶部输出处理过的水并且从所述净化器的所述底部输出包含沉降的絮体的污泥；

接收所述污泥并且将所述压载物粒子从所述污泥中分离的水力旋流器。

12.权利要求11所述的系统，所述系统还包含：

在所述凝结槽中的桨叶或混合装置；

在所述絮凝槽中的桨叶或混合装置；和

在所述熟化槽中的桨叶或混合装置；

其中每个桨叶或混合装置将它所处的槽中的内容物搅动或混合。

13.权利要求12所述的系统，其中在所述凝结槽中的所述桨叶或混合装置造成絮体形成。

14.权利要求13所述的系统，其中在所述絮凝槽中的所述桨叶或混合装置造成所述压载物粒子移动通过所述凝结槽流出物并进入絮体。

15.权利要求14所述的系统，其中在所述熟化槽中的所述桨叶或混合装置通过所述絮体的惯性撞击造成更大絮体形成。

16.权利要求11所述的系统，其中所述系统以大于40gpm/ft²的增长量运行。

17.权利要求16所述的系统，其中压载物损失小于10.8kg/百万加仑被处理的水。

18.权利要求11所述的系统，其中所述压载物粒子具有大于3.0g/cm³的密度。

19.权利要求11所述的系统，其中所述压载物粒子由石榴石组成。

20.一种压载的絮凝系统，所述压载的絮凝系统使用密度大于3.0g/cm³且长径比小于1.15的压载物粒子，所述压载的絮凝系统以大于1.0cm/s的絮体沉降速度运行。

21.权利要求20所述的压载的絮凝系统，其中当所述系统在四十(40)gpm/ft²的增长量运行时，压载物损失小于10.8kg/百万加仑被处理的水。

22.权利要求20所述的压载的絮凝系统，其中所述系统以大于40gpm/ft²的增长量运行。