CN108472594A - 抗阻塞生物膜基水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种抗阻塞生物膜基水处理系统，其包括膜封闭的水流动通道，所述通道包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着通道的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着另一个壁部分发生。

Description

抗阻塞生物膜基水处理系统

发明领域

本发明大体上涉及水处理方法和水处理系统。

发明背景

本领域中已知各种类型的水处理方法。

发明概述

本发明寻求提供用于水处理的改进的方法和系统。

因此，根据本发明的优选实施方案，提供了抗阻塞生物膜基水处理系统(cloggingresistant biofilm-based water treatment system)，该系统包括膜封闭的水流动通道(membrane-enclosed water flow pathway)，所述膜封闭的水流动通道包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着通道的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着另一个壁部分发生。

根据本发明的优选实施方案，所述至少另一个壁部分包括沿着通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻塞不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

优选地，所述至少另一个壁部分包括多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分散布有水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分并且沿着通道的至少一部分延伸，并且阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞通常不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与所述水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的生物膜接合，但是待处理的水能够沿着通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到生物膜中。

优选地，水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的表面积是所述通道的至少一部分的表面积的至少80％。

根据本发明的优选实施方案，所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分沿着通道的至少一部分连续地延伸。另外或可选择地，所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分包括多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分。另外或可选择地，所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分由覆盖有氧气不可渗透的层的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜形成。优选地，氧气不可渗透的层由粘合剂、可热层压的表面(heat laminatable surface)；和热塑性聚合物中的至少一种形成。

根据本发明的优选实施方案，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分和所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分沿着通道的至少一部分连续地延伸。另外或可选择地，氧气可渗透的膜壁部分的累积宽度(cumulative width)大于多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的累积宽度。

优选地，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的壁部分表面积在所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分的壁部分表面积的20％和50％之间。另外或可选择地，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分中的每个的宽度在10mm-50mm之间。另外或可选择地，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分由覆盖有氧气不可渗透的层的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜形成。

根据本发明的优选实施方案，膜封闭的水流动通道包括上游区域和下游区域，所述上游区域包括沿着通道延伸的多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分散布有沿着通道的至少一部分延伸的多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的生物膜接合，但是待处理的水能够沿着通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到生物膜中，所述下游区域包括水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分。

根据本发明的优选实施方案，膜封闭的水流动通道具有界定一对大致平行的相互隔开的侧面的横截面构造，所述一对大致平行的相互隔开的侧面被分开至少最小横向间距(minimum transverse separation)，并且所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分各自具有至少是最小横向间距的两倍大的宽度。

根据本发明的另一个优选实施方案，还提供了抗阻塞生物膜基水处理方法，该方法包括使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着通道的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着另一个壁部分发生。

根据本发明的又一个优选实施方案，还提供了抗阻塞生物膜基水处理方法，该方法包括使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且阻塞不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

优选地，使待处理的水流动包括使含有有机材料和铵化合物的水沿着通道流动。

根据本发明的优选实施方案，在初始工艺阶段，有机材料的大部分在通道的第一区域中被氧化(oxygenate)，在第二工艺阶段，生物膜生长阻塞在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的待处理的水穿过通道的第一区域行进到通道的第二区域，在第三工艺阶段，在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向生物膜的氧气供应，造成生物膜沿着在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞，并且在第四工艺阶段，生物膜生长阻塞在通道的第二区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的待处理的水沿着至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过通道的第二区域行进到通道的第三区域。

可选择地，在初始工艺阶段，有机材料的大部分在通道的第一区域中被氧化，在第二工艺阶段，生物膜生长阻塞在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分但是不阻塞在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的待处理的水沿着至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过通道的第一区域行进到通道的第二区域，在第三工艺阶段，在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向生物膜的氧气供应，造成生物膜沿着在通道的第一区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞，并且在第四工艺阶段，生物膜生长阻塞在通道的第二区域中的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分但是不阻塞在通道的第二区域中的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的待处理的水沿着至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过通道的第二区域行进到通道的第三区域。

另外，在第五工艺阶段，在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向所述生物膜的氧气供应，造成所述生物膜沿着在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞。

根据本发明的优选实施方案，铵化合物的大部分在通道的位于第一区域和第二区域的下游的区域中被氧化。

优选地，初始工艺阶段的持续时间少于六个月。另外或可选择地，第二工艺阶段的持续时间少于六个月。可选择地或另外，第三工艺阶段的持续时间少于六个月。

根据本发明的优选实施方案，第二工艺阶段和第三工艺阶段在时间上至少部分地重叠。另外或可选择地，初始工艺阶段、第二工艺阶段、第三工艺阶段和第四工艺阶段中的至少一些在时间上至少部分地重叠。

根据本发明的又一个优选实施方案，又进一步提供了抗阻塞生物膜基水处理方法，该方法包括使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着通道延伸的多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分散布有沿着通道的至少一部分延伸的多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的生物膜接合，但是待处理的水能够沿着通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到生物膜中。

优选地，使待处理的水流动包括使含有有机材料和铵化合物的水沿着通道流动。

根据本发明的优选实施方案，氧气可渗透的膜壁部分的累积宽度大于多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的累积宽度。

根据本发明的另一个优选实施方案，还进一步提供了水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，该膜系统包括水流动通道，该水流动通道包括沿着通道的至少一部分延伸并且具有内表面和外表面的第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分以及沿着通道的至少一部分延伸的第二水不可渗透的壁部分，所述第二壁部分在沿着第一壁部分的周边的一部分处被密封到第一壁部分的内表面，从而界定水流动通道的至少一部分，并且所述第二壁部分被构造成在第一壁部分的外表面与第二壁部分的相邻表面之间界定空气流动通道，并且被构造成在第一壁部分的内表面与第二壁部分的相邻表面之间界定水流动通道。

优选地，第二水不可渗透的壁部分包括氧气可渗透的膜。

根据本发明的优选实施方案，第二水不可渗透的壁部分包括具有比第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分更大的厚度和更大的刚度的壁部分。

优选地，第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和第二水不可渗透的壁部分以螺旋缠绕构造缠绕在一起。根据本发明的优选实施方案，第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和第二水不可渗透的壁部分堆叠在一起。

根据本发明的优选实施方案，第二水不可渗透的壁是氧气不可渗透的。

优选地，第二壁部分包括塑料网(plastic netting)和有凹陷的片(dimpledsheet)中的至少一种。另外，第二壁部分包括双平面的塑料网(bi-planar plasticnetting)和三平面的塑料网中的至少一种。根据本发明的优选实施方案，第二壁部分包括有凹陷的片，该有凹陷的片包括单侧凹陷或双侧凹陷。

根据本发明的优选实施方案，空气流动通道具有在第一壁部分的外表面与第二壁部分的相邻表面之间的在4mm-10mm之间的横向距离。另外或可选择地，水流动通道具有在第一壁部分的内表面与第二壁部分的相邻表面之间的2mm-8mm的横向距离。

根据本发明的又一个优选实施方案，还提供了水处理系统，该系统包括：膜封闭的水流动通道，其接收待处理的含污染物的水和至少一种污染物沉淀化学品，其中至少一种污染物沿着该水流动通道被沉淀；以及回流清洁子系统，其可操作以反冲洗膜封闭的水流动通道的至少一部分，从而从中除去至少一种沉淀的污染物。

优选地，含污染物的水包含磷酸盐，污染物沉淀化学品包括铁阳离子，并且沉淀的污染物包括磷酸铁。根据本发明的优选实施方案，含污染物的水包含硫化物，污染物沉淀化学品包括铁阳离子和铝阳离子中的至少一种，并且沉淀的污染物包括硫化铁和硫化铝中的至少一种。优选地，含污染物的水包含至少一种重金属，污染物沉淀化学品包括碱，并且沉淀的污染物包括金属氢氧化物。

根据本发明的优选实施方案，膜封闭的水流动通道形成需氧生物水处理系统(aerobic biological water treatment system)的一部分。另外或可选择地，回流清洁子系统包括沿着膜封闭的水流动通道的至少一部分可操作的空气冲刷子系统(air scouringsubsystem)。

根据本发明的又一个优选实施方案，还提供了水处理方法，该方法包括使待处理的含污染物的水和至少一种污染物沉淀化学品流过膜封闭的水流动通道，其中至少一种污染物沿着水流动通道沉淀并且反冲洗膜封闭的水流动通道的至少一部分，由此从中除去至少一种沉淀的污染物。

优选地，含污染物的水包含磷酸盐，污染物沉淀化学品包括铁阳离子，并且沉淀的污染物包括磷酸铁。根据本发明的优选实施方案，含污染物的水包含硫化物，污染物沉淀化学品包括铁阳离子和铝阳离子中的至少一种，并且沉淀的污染物包括硫化铁和硫化铝中的至少一种。优选地，含污染物的水包含至少一种重金属，污染物沉淀化学品包括碱，并且沉淀的污染物包括金属氢氧化物。

根据本发明的优选实施方案，膜封闭的水流动通道形成需氧生物水处理系统的一部分。另外或可选择地，反冲洗包括沿着膜封闭的水流动通道的至少一部分的空气冲刷。

根据本发明的又一个优选实施方案，又进一步提供了抗阻塞生物膜基水处理方法，该方法包括使含有溶解的有机材料和铵化合物两者的待处理的水与污泥混合，产生含有悬浮的生物质的第一混合物并且导致污泥吸附溶解的有机材料中的至少大部分，在吸附之后，将在其上已吸附有溶解的有机材料的污泥与含有铵化合物的液体分离，使待处理的液体沿着氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道流动，从而使液体中的铵化合物生物硝化(biologically nitrifying)，在硝化之后，将含有硝化的铵化合物的液体与在其上已吸附有溶解的有机材料的污泥混合以产生第二混合物，由此产生硝化的铵化合物的反硝化和已吸附到污泥上的有机材料的氧化，以及在反硝化之后，将污泥与水分离，其中水与待处理的水相比具有显著减少量的溶解的有机材料和铵化合物。

优选地，第一混合物具有以至少1000mg/升的浓度的悬浮的生物质。另外或可选择地，该方法还包括利用在反硝化之后与水分离的污泥来与含有溶解的有机材料和铵化合物两者的待处理的水混合。

根据本发明的优选实施方案，氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道包括用于水的长形的膜封闭的大致水平的流动路径，该流动路径包括在水平的流动路径的第一端处用于待处理的水的入口、在水平的流动路径的第二端上用于处理过的水的出口以及氧气可渗透的膜，所述氧气可渗透的膜界定管状水通道，所述管状水通道具有暴露于水的内表面和暴露于环境空气的外表面，所述氧气可渗透的膜在内表面上支撑生物膜，所述氧气可渗透的膜布置成界定与外表面连通的至少一个大致竖直的空气流通路。另外，水平的流动路径是螺旋缠绕的，并且至少一个大致竖直的空气流通路具有大致螺旋形的横截面。另外或可选择地，大致水平的流动路径和至少一个大致竖直的空气流通路被封闭在大致竖直的圆柱形外壳内。根据本发明的优选实施方案，大致水平的流动路径具有锥形的顶部表面区域。

根据本发明的优选实施方案，管状水通道的彼此相邻的内表面通过至少一个内部间隔件被分开。另外或可选择地，管状水通道的彼此相邻的外表面通过至少一个外部间隔件被分开。

根据本发明的优选实施方案，管状水通道的彼此相邻的外表面被分开4mm-20mm的横向距离。另外或可选择地，间隔件包括以下中的至少一种：排水网(drainage netting)、增强网(reinforcement mesh)、筛和三维塑料网格栅(three-dimensional plastic meshgrid)。

根据本发明的另一个优选实施方案，还提供了抗阻塞生物膜基水处理方法，该方法包括使待处理的水首先沿着第一上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着下游膜封闭的水流动通道部分流动，所述第一上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游膜封闭的水流动通道部分包括沿着下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，在第一上游膜封闭的水流动通道部分的阻塞之后，使待处理的水沿着至少一个第二上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着下游上游膜封闭的水流动通道部分流动，所述至少一个第二上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，在第一上游膜封闭的水流动通道部分的随后的去除阻塞之后，使待处理的水首先沿着第一上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着下游上游膜封闭的水流动通道部分流动，所述第一上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分。

优选地，该方法还包括使第一上游膜封闭的水流动通道部分至少部分地去除阻塞。另外，使第一上游膜封闭的水流动通道部分至少部分地去除阻塞包括以下中的至少一种：使待处理的水穿过第一上游膜封闭的水流动通道部分的流动终止足够的持续时间以通过需氧内源性分解(aerobic endogenous decay)提供可接受的部分去除阻塞，使气泡冲刷第一上游膜封闭的水流动通道部分，以及使流体穿过第一上游膜封闭的水流动通道部分循环，由此产生剪切力，所述剪切力使生物膜从第一上游膜封闭的水流动通道部分脱落。

根据本发明的优选实施方案，水处理方法还包括在没有过滤的情况下直接从膜封闭的水流动通道排出处理过的水。

根据本发明的优选实施方案，水处理方法还包括直接从膜封闭的水流动通道排出处理过的水，处理过的水具有小于50mg/升的悬浮固体浓度。优选地，水处理方法还包括直接从膜封闭的水流动通道排出处理过的水，处理过的水具有小于35mg/升的悬浮固体浓度。

根据本发明的还进一步的优选实施方案，还进一步提供了水处理系统，该系统包括接收待处理的水的至少一个沉降池、接收来自至少一个沉降池的水的至少一个氧化池以及膜封闭的水流动通道，该膜封闭的水流动通道接收来自至少一个氧化池的水并且将水排出回到至少一个沉降池和至少一个氧化池中的至少一个，并且包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，其中阻塞通常不沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生。

优选地，膜封闭的水流动通道还包括至少一个其他壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞不沿着所述至少一个其他壁部分发生。另外或可选择地，所述至少一个其他壁部分包括沿着通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻塞不沿着水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

根据本发明的优选实施方案，水处理系统还包括接收待处理的水的至少一个沉降池以及接收来自至少一个沉降池的水的至少一个氧化池，所述膜封闭的水流动通道接收来自至少一个氧化池的水并且将水排出回到至少一个沉降池和至少一个氧化池中的至少一个。

附图简述

从以下结合附图的详细描述中将更全面地理解和认识本发明，在附图中：

图1A和图1B各自是根据本发明的优选实施方案构造的和可操作的抗阻塞生物膜基水处理系统的不同示例的简化图示；

图2A和图2B分别是图1A和图1B的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示；

图3A和图3B是分别对应于图1A和图2A以及图1B和图2B的、示出沿着每个卷的长度的各个操作区域的简化绘画图示；

图4A和图4B是分别对应于图3A和图3B的、示出沿着每个卷的长度在一些但不是全部的操作区域中提供的条的简化绘画图示；

图5A是在图1A的系统的操作时间的各个阶段在沿着图4A的实施方案中每个卷的长度的各个操作区域中的生物膜积聚的简化图示；

图5B是在图1B的系统的操作时间的各个阶段在沿着图4B的实施方案中每个卷的长度的两个操作区域中的生物膜积聚的简化图示；

图6A是根据本发明的实施方案构造的和可操作的可选择的生物膜基水处理系统的简化图示；

图6B是在图6A的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示；

图7A和图7B各自是根据本发明的实施方案构造的和可操作的另一种抗阻塞生物膜基水处理系统的不同示例的简化图示；

图8A和图8B分别是图7A和图7B的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示；

图9是用于使用诸如图6A和图6B中图示的生物膜基水处理子系统来除去沉淀的化学品的系统的简化图；

图10是在图9的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示；

图11是根据本发明的实施方案构造的和可操作的另外可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示；

图12是根据本发明的实施方案构造的和可操作的其他可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示；并且

图13是根据本发明的实施方案并入沉降池和氧化池的又一种可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示。

优选实施方式的详细描述

现在参照图1A和图1B以及图2A和图2B，图1A和图1B各自是根据本发明的优选实施方案构造的和可操作的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示，并且图2A和图2B分别是图1A和图1B的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示。

在图1A和图1B中的每个中，提供了多于一个抗阻塞生物膜基水处理模块100，其优选地经由入口歧管102并行连接到待处理的水的源(未示出)并且优选地经由出口歧管104并行连接到处理过的水利用设施(未示出)。

如在图1A和图1B的每个中看出的，多于一个抗阻塞生物膜基水处理模块100中的每个优选地包括具有顶盖106和底部108以及圆柱形壁114的大致圆柱形的外壳。顶盖106优选地形成有至少一个用作空气入口的顶部孔116，并且底部108优选地形成有用作空气出口的沿周围分布的(circumferentially distributed)底部孔118。

根据本发明的优选实施方案，借助于将诸如鼓风机或风扇122的空气流发生器连接到顶部孔116的导管120通过模块100的内部来提供空气循环。空气被提供到顶部孔116，流过模块100的内部并且通过沿周围分布的底部孔118排出或放出。

本发明的特定的特征是可以借助于自然产生的空气流来提供循环而不需要导管120和空气流发生器122，所述自然产生的空气流由模块100内的正在处理的水的温度与环境空气的温度之间的温度差产生。应理解的是，在这种情况下，顶盖106中的顶部孔116可以被形成在圆柱形壁114中的沿周围分布的孔替代。例如，如果环境空气比正在被处理的水更热，则将发生从沿周围分布的顶部孔(未示出)到沿周围分布的底部孔118的向下的空气流，并且如果环境空气比正在被处理的水更冷，则将发生从沿周围分布的底部孔118到沿周围分布的顶部孔(未示出)的向上的空气流。

可选择地，如下文参照图7A和图7B所描述的，多于一个抗阻塞生物膜基水处理模块中的每个可以包括大致立方形的外壳。图7A和图7B中所示的实施方案的功能与图1A和图1B中所示的圆柱形实施方案的功能相似。

根据本发明的优选实施方案，模块100中的每个包括膜封闭的水流动通道130，所述通道130包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144和沿着通道130的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着另一个壁部分发生。水流动通道130的进口131联接到入口歧管102。水流动通道的出口133联接到出口歧管104。

具体转向图1A，可以看出，膜封闭的水流动通道130被成形为套筒并且被布置成封闭间隔件143的卷。卷绕的套筒由水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144的卷绕的对来界定，每个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144包括氧气不可渗透的条146。在间隔的大致直立的壁部分144上的条146大致对齐成彼此相对。壁部分144沿着其顶端和底端145彼此纵向密封。

优选地，水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144包括由第一聚合物形成的织物，该织物被挤压涂覆有第二聚合物。涂层优选地被应用到织物的面向水的一侧，并且通常具有在5微米和20微米之间的厚度。优选地，第一聚合物是致密聚烯烃(densepolyolefin)，例如聚乙烯或聚丙烯或聚酯。在水不可渗透的、氧气可渗透的膜的优选实施方案中，由第一聚合物形成的织物是无纺布，例如从Dupont可商购的在水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144的一个实施方案中，第二聚合物是烷基丙烯酸酯。第二聚合物涂层的功能是将由第一聚合物形成的织物大体上密封以防止水通过，并且对通过扩散穿过其的氧气通过具有小的另外的抗性。应注意的是，烷基丙烯酸酯与聚烯烃织物并且特别是用于通过挤压涂覆的聚乙烯织物是相容的。可选择地，第二聚合物是聚甲基-戊烯，其与用于通过挤压涂覆的聚酯织物是相容的。

条146优选地沿着水流动通道130的其中通常发生厚生物膜的积聚的至少那部分延伸。条146可以沿着水流动通道进一步延伸，以便能够逆转流动方向或增加进料速率或者以便处理穿过水流动通道的有机材料负载的意外增加。

优选地，条146的氧气渗透率(oxygen permeability)比氧气可渗透的膜壁部分144的氧气渗透率低大于一个数量级。例如可以通过用诸如接触型粘合剂、油墨、干燥粘合剂、热粘合剂(hot adhesive)的氧气不可渗透的材料涂覆水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144的对应的条来实现条146。可选择地，条146可以呈通常低渗透率的聚合物例如聚乙烯或聚丙烯的条的形式，其被热层压(heat laminate)到氧气可渗透的膜壁部分144上或布置在氧气可渗透的膜壁部分144上并且通过套筒的卷绕被保持在其上。

条146可以由诸如管带(duct tape)的压敏胶带(pressure sensitive tape)制成。应当注意的是，条146应当被选择为粘合于或附着于水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分144。

还注意到，氧气不可渗透的条146可以被应用在氧气可渗透的壁部分144的水侧和空气侧中的任一侧或两侧上。通常基于生产工艺考虑来选择在其上应用非渗透性材料的侧。

优选地，另外的间隔件147卷绕在通道130的外部并且与通道130卷绕在一起。卷绕的间隔件143通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道130的相邻内壁之间的间隔，从而允许水在卷绕的膜封闭的水流动通道130的相邻壁表面之间移动。类似地，卷绕的间隔件147通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道130的相邻外壁之间的间隔，从而允许空气在卷绕的膜封闭的水流动通道130的相邻外壁表面之间移动。

优选地，用于间隔件143和间隔件147中的任一个的网是双平面的或三平面的。用于间隔件143和间隔件147中的任一个的有凹陷的片可以包括单侧凹陷或双侧凹陷。间隔件143和间隔件147的厚度可以在约1mm-20mm之间，并且最优选地在5mm-10mm之间。间隔件143和间隔件147由具有大于2吨/m²，最优选地大于20吨/m²的抗压强度的耐水材料(waterdurable material)制成。优选地，该材料适合于以至少200mm的直径卷绕。用于间隔件的优选材料包括塑料材料，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚酰胺和聚缩醛。间隔件143和间隔件147可以是相同的、相似的或不相似的。

图1A的实施方案中的水入口流和水出口流在图2A中分别由箭头148A和箭头148B示出。图1A的实施方案中的空气入口流和空气出口流在图2A中分别由箭头149A和箭头149B示出。应理解的是，水或空气的流动方向可以与由箭头148A和箭头148B以及箭头149A和箭头149B所示的方向相反。

具体转向图1B，可以看出，膜封闭的水流动通道130被成形为套筒并且被布置在封闭间隔件153的卷中。卷绕的通道130主要由水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分154形成，并且包括多于一个大致平行的卷绕的、氧气不可渗透的条156，其在图2B中更清楚地示出。条156优选地沿着水流动通道130的至少一部分延伸，其中厚的生物膜生长通常会发生并且可以沿着水流动通道进一步延伸。

优选地，条156具有的氧气渗透率比氧气可渗透的膜壁部分154的氧气渗透率低大于一个数量级。例如可以通过用诸如接触型粘合剂、油墨、干燥粘合剂、热粘合剂的氧气不可渗透的材料涂覆水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分154的对应的条来实现条156。可选择地，条156可以呈通常低渗透率的聚合物例如聚乙烯或聚丙烯的条的形式，其被热层压到氧气可渗透的膜壁部分154上或布置在氧气可渗透的膜壁部分154上并且通过套筒的卷绕被保持在其上。

条156可以由诸如管带的压敏胶带制成。应当注意的是，条156应当被选择为粘合于或附着于水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分154。

还注意到，氧气不可渗透的条156可以被应用在氧气可渗透的壁部分154的水侧和空气侧中的任一侧或两侧上。通常基于生产工艺考虑来选择在其上应用非渗透性材料的侧。

优选地，另外的间隔件157卷绕在通道130的外部并且与通道130卷绕在一起。卷绕的间隔件153通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道130的相邻内壁之间的间隔，从而允许水在卷绕的膜封闭的水流动通道130的相邻壁表面之间移动。类似地，卷绕的间隔件157通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道130的相邻外壁之间的间隔，从而允许空气在卷绕的膜封闭的水流动通道130的相邻外壁表面之间移动。

优选地，用于间隔件153和间隔件157中的任一个的网是双平面的或三平面的。用于间隔件153和间隔件157中的任一个的有凹陷的片可以包括单侧凹陷或双侧凹陷。间隔件153和间隔件157的厚度可以在约1mm-20mm之间，并且最优选地在5mm-10mm之间。间隔件153和间隔件157由具有大于2吨/m²，最优选地大于20吨/m²的抗压强度的耐水材料制成。优选地，该材料适合于以至少200mm的直径卷绕。用于间隔件的优选材料包括塑料材料，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚酰胺和聚缩醛。间隔件153和间隔件157可以是相同的、相似的或不相似的。

图1B的实施方案中的水入口流和水出口流在图2B中由箭头158A和箭头158B示出。图1B的实施方案中的空气入口流和空气出口流在图2B中分别由箭头159A和箭头159B示出。应理解的是，水和空气中的任一种的流动方向可以与由箭头158A和箭头158B以及箭头159A和箭头159B所示的方向相反。

现在参照图3A和图3B，图3A和图3B是分别对应于图1A和图2A以及图1B和图2B的、示出沿着每个卷的长度的各个操作区域的简化绘画图示。从以下的描述中可以理解，每个卷绕的水流动通道的整个长度可以被认为分成具有不同生物膜生长特征的一系列操作区域。在图3A和图4A中所示的实施方案中，这些区域通过罗马数字I、II、III和IV表示。在图3B和图4B中所示的实施方案中，这些区域通过罗马数字I和II表示。

现在参照图4A和图4B，图4A和图4B是对应于图3A和图3B的、示出在沿着每个卷的长度的一些但不是全部的操作区域中提供的条的简化绘画图示。如将在下文详细描述的，根据本发明的优选实施方案，在图4A和图4B的实施方案中，氧气不可渗透的壁部分的条可以仅存在于上游区域中。更具体地，在图4A中所示的实施方案中，氧气不可渗透的壁部分的条可以存在于区域I、区域II和区域III中，但通常不存在于区域IV中，因为厚的生物膜生长通常不出现在区域IV中。

在图4B中所示的实施方案中，氧气不可渗透的壁部分的条156存在于区域I中，但通常不存在于区域II中，因为厚的生物膜生长通常将不出现在区域II中。应理解的是，在图4B中所示的实施方案中，区域I中的不可渗透的壁部分156可操作以阻止流动通道的阻塞，而在区域II中，通过提供不可渗透的壁部分不降低氧气渗透率。

现在参照图5A，图5A是在图1A的系统的操作的各个阶段在沿着图4A的实施方案中每个流动路径130的长度的各个操作区域中的生物膜积聚的简化图示。

图5A被组织如下：从左到右提供了编号为1-8的列，它们代表八个操作阶段，在此依次指定为阶段1-8，其在时间上连续但不一定具有相等的持续时间。在每一列中，生物膜积聚在沿着流动路径，例如沿着在图1A、图2A、图3A和图4A的实施方案中的每个卷的长度的被指定为I、II、III和IV的连续区域中被图示。在图3A和图4A中呈现的实施方案之间的区别在于指定为IV的区域，并且因此图5A将两个可选择的实施方案呈现为IV-3A和IV-4A。

应理解的是，图5A不代表事件的任何特定的顺序，而是被呈现以提供对通常发生在图1A、图2A和图3A的实施方案中的生物膜积聚和崩解机制的理解。应注意的是，这些图示没有按比例绘制。

下文的表I呈现了如上文参照图1A-图5B所述的本发明的全尺寸实施方案的尺寸的示例。

表I

从图5A的考虑中看出，最初，在指定为阶段1的阶段中，区域I、区域II、区域III和区域IV中的所有区域通常没有生物膜积聚。在指定为阶段2的阶段，在经由入口歧管102将待处理的水供应到膜封闭的水流动通道130之后，可以看出，在区域I中，除了沿着条146以外，沿着壁144的内表面存在生物膜的积聚。类似地，在区域II中，除了沿着条146以外，沿着壁144的内表面存在生物膜的积聚。然而，在区域II中的生物膜积聚较慢，因为水中的大部分有机材料被区域I中的生物膜消耗，并且因此到达区域II的水包含较低负载的有机材料。然而，在阶段2，在区域III和区域IV中，相对于区域I和区域II中的生物膜积聚，几乎没有任何生物膜积聚，因为维持生物膜积聚所需的相对少量的有机物质在阶段2到达区域III和区域IV，这是因为它们在区域I和区域II中被贫化。

对于在温和气候中的沉降的城市废水，典型地，阶段2从最初供应待处理的水到通道130延长了一个月至三个月。在区域III和区域IV中发生硝化作用，并且有机材料的除去通常是以小于或等于生物膜微生物群体的内源性分解速率的速率。

在指定为阶段3的阶段，生物膜生长使得在区域I中除了由通道130的氧气不可渗透的条146限定的部分以外的整个通道130被阻断。在这种情况出现之后，由于在水中的增加的量的有机材料到达区域II的事实，区域II中生物膜积聚的速率增加。因此，区域III还接收比在阶段2中类似于区域II在阶段2期间接收的有机材料负载更高的有机材料负载。

对于在温和气候中的沉降的城市废水，通常在从阶段2开始的2-4个月内达到阶段3。

在区域IV中，积聚显著慢于区域II和区域III中。其原因在于，在待处理的水中的大部分有机材料已经通过穿过上游区域II和区域III而被贫化，并且没有到达区域IV，其中剩余的有机材料负载仅足以支持薄的生物膜的内源性分解速率。

在阶段4，生物膜生长使得在区域II中除了由氧气不可渗透的条146限定的部分以外的整个通道130被生物膜阻断。

重要地，在阶段4，这种阻断阻止含有有机材料的水流动到达大部分的生物膜，并且因此足以支撑区域I中的生物膜的有机材料的缺乏引起区域I中的生物膜分解和崩解，而显著的生物膜积聚除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域II和区域III处继续。在温和气候中，崩解通常需要几个星期到一个月。待处理的水在条146之间穿过区域I，并且基本上所有的有机材料都到达区域II和区域III。

在除了通道130的由氧气不可渗透的条146界定的那部分以外沿着区域II的全部通道130被阻断之后，显著的生物膜积聚除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域III处开始，这是由于在水中的增加的量的有机材料到达区域III的事实。在区域IV中，积聚与阶段2和阶段3中的保持大致相同，这是通路130不被阻断的大致稳定状态水平。

在温和气候中，通常，阶段4从阶段3结束延长约一个月。在阶段4中，在区域IV中，生物膜积聚显著慢于区域II和区域III中的生物膜积聚。其原因在于，在待处理的水中的大部分有机材料已经在区域II和区域III中被贫化并且没有到达区域IV，其中剩余的有机材料负载仅足以支持薄的生物膜的内源性分解速率。

在指定为阶段5的阶段，区域I中有机材料的缺乏引起生物膜完全崩解，而支撑区域II中的生物膜生长的有机材料的缺乏引起区域II中的生物膜开始分解和崩解，同时在先前积聚的生物膜的崩解完成时，除了沿着氧气可渗透的条146那里以外，显著的生物膜生长在区域III处继续并且在区域I中被恢复。在温和气候中，崩解通常需要几个星期到一个月。待处理的水在条146之间绕过区域II，并且基本上所有的有机材料都到达区域III和区域IV。

通常，阶段5从阶段4结束涵盖多达约一个月。在区域IV中。在阶段5中，在区域IV中，生物膜积聚显著慢于区域I和区域III中的生物膜积聚。其原因在于，在待处理的水中的大部分有机材料已经在区域I和区域III中被贫化并且没有到达区域IV，其中剩余的有机材料负载仅足以支持薄的生物膜的内源性分解速率。

在指定为阶段6的阶段，可以看出，在区域I中，除了沿着条146以外，沿着壁144的内表面存在生物膜的增加的积聚，而在区域II中，由于缺乏有机材料，生物膜继续崩解。显著的生物膜生长除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域III处继续生长，这引起除了通道130的由氧气不可渗透的条146界定的那部分以外在区域III处的所有通道130被阻断。一旦除了通道130的由氧气不可渗透的条146界定的那部分以外在区域III中的全部通道130被阻断，除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域I和区域II处出现显著的生物膜生长。通常，阶段6从阶段5结束涵盖一至两个月。

在指定为阶段7的阶段，可以看出，在区域I中，除了沿着条146以外，沿着壁144的内表面存在生物膜的进一步的积聚。一旦除了通道130的由氧气不可渗透的条146所界定的那部分以外在区域I中的整个通道130被阻断，除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域II处出现显著的生物膜积聚。在区域III中，由于缺乏有机材料，可以看到生物膜崩解，并且在先前积聚的生物膜的崩解完成时，除了沿着氧气可渗透的条146那里之外，生物膜积聚被恢复。

通常，阶段7从阶段6结束涵盖一至两个月。

在指定为阶段8的阶段，可以看出，在区域II中，除了沿着条146以外，沿着壁144的内表面存在生物膜的进一步的积聚。一旦除了通道130的由氧气不可渗透的条146所界定的那部分以外在区域II中的整个通道130被阻断，除了沿着氧气不可渗透的条146以外在区域III处出现显著的生物膜积聚。在区域I中，由于缺乏有机材料，可以看到生物膜崩解，并且在先前积聚的生物膜的崩解完成时，除了沿着氧气不可渗透的条146以外，生物膜积聚被恢复，并且区域IV积聚的生物膜保持在稳态水平。通常，阶段8从阶段7结束涵盖一至两个月。

应理解的是，在系统的整个操作中重复上文一般描述的连续的阶段。

现在参照图5B，图5B是在图1B的系统的操作时间的各个阶段在沿着图4B的实施方案中每个流动通路130的长度的各个操作区域中的生物膜积聚的简化图示。

图5B被组织如下：从左到右提供了编号为1-3的列，它们代表三个操作阶段，其在时间上连续但不一定具有相等的持续时间。在每一列中，生物膜积聚在沿着流动路径，即沿着在图1B、图2B、图3B和图4B的实施方案中每个卷的长度的被指定为I和II的连续区域中被图示。在图3B和图4B中呈现的实施方案之间的区别在于指定为II的区域，并且因此图5B将两个可选择的实施方案呈现为II-3B和II-4B。

应理解的是，图5B不代表事件的任何特定的顺序，而是被呈现以提供对通常发生在图1B、图2B和图3B的实施方案中的生物膜积聚机制的理解。应注意的是，这些图示没有按比例绘制。

从图5B的考虑中看出，最初，在指定为阶段1的阶段中，区域I和区域II两者通常没有生物膜积聚。在指定为阶段2的阶段，在经由入口歧管102将待处理的水供应到膜封闭的水流动通道130时，可以看出，在区域I中，除了沿着条156以外，沿着壁154的内表面发生生物膜的积聚。类似地，但在较小程度上，由于较慢的生物膜生长，除了沿着氧气不可渗透的条156以外，沿着壁154的内表面，对于3B和4B两种情形在区域II中发生生物膜的积聚。

对于在温和气候中的沉降的城市废水，典型地，阶段2从最初供应待处理的水到通道130涵盖一个月至三个月。

在指定为阶段3的阶段，生物膜生长使得在区域I中除了由氧气不可渗透的条156限定的部分以外的整个通道130被阻断。

与图5A的实施方案中的情况不同，在区域I中维持阻塞的生物膜积聚的稳定状态。图5A中呈现的实施方案与图5B中呈现的实施方案之间的差异可以通过生物膜生长横截面的宽度来解释。本实施方案中的生物膜在窄的条中在氧气可渗透的膜壁部分154上产生，在所述窄的条之间维持多于一个水流动通道。因此，即使在区域I中存在显著的生物膜积聚时，有机材料也不被阻止到达大部分的生物膜，并且因此，生物膜继续作用并且消耗来自继续流入由氧气不可渗透的条156界定的部分的水的有机材料以及透过氧气可渗透的膜壁部分154的氧气两者。

相应地，在区域II中不发生较大的生物膜积聚，因为阻塞的区域I从穿过其中的水中除去大部分的有机材料的负载，因此限制了到达区域II的有机材料的量。

应理解的是，在系统的整个操作中重复上文一般描述的连续的阶段。

现在参照图6A和图6B，图6A是根据本发明的实施方案构造的和可操作的可选择的生物膜基水处理系统的简化图示，并且图6B是图6A的实施方案中的水流和空气流的简化绘画图示。

如图6A和图6B中所看到的，在图6A和图6B的实施方案中的膜封闭的水流动通道130包括如下构造的卷结构160：

第一层162呈具有内表面(未示出)和外表面166的水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的形式。第二层168呈具有内表面170和外表面171的水不可渗透的壁部分的形式，第二层168沿着第一层162的周边的至少一部分被密封到第一层162，从而界定对水流动通道130的至少一部分的间隔。

第二层168的外表面171被成形为界定在第一层162的外表面166与卷绕的第二层的相邻表面之间的空气流动通道，并且优选地包括相互平行的长形突出物172的阵列。第二层168的内表面170被成形为界定在第一层162的内表面166与卷绕的第二层的相邻内表面170之间的水流动通道，并且优选地包括多于一个分散的凹陷174。

图6A的实施方案中的水入口流和水出口流在图6B中由相应的箭头180A和箭头180B指示。图6A的实施方案中的空气入口流和空气出口流在图6B中分别由箭头182A和箭头182B指示。应理解的是，水流和空气流中的任一种或两者的流动方向可以与图6B中所示的方向相反。

相互平行的长形突出物172可以具有在约1mm-20mm之间厚的高度，并且最优选地在2mm-8mm之间。多于一个分散的凹陷174可以具有在约4mm-20mm之间厚的高度，并且最优选地在4mm-10mm之间。

优选地，第二层168由适合于以至少250mm的直径卷起的材料形成。用于第二层168的优选材料包括塑料材料，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚酰胺和聚缩醛。

现在参照图7A和图7B，图7A和图7B是根据本发明的实施方案构造的和可操作的其他可选择的生物膜基水处理系统的简化图示。

应当理解的是，图7A和图7B的实施方案大致类似于上文参照图1和图2所描述的实施方案，不同之处在于膜封闭的水流动通道的构造。在上文描述的图1A和图1B中，膜封闭的水流动通道130是螺旋缠绕的，而在图7A和图7B的实施方案中相应的膜封闭的水流动通道是波状的通道。在两个实施方案中膜封闭的水流动通道的功能是大致相同的，并且上文在图2A-图6B中描述的变化和操作在对于图7A和图7B的实施方案合适的情况下也是适用的。

如在图7A和图7B中可以看到的，提供了多于一个抗阻塞生物膜基水处理模块200，其优选地经由入口歧管202并行连接到待处理的水的源(未示出)并且优选地经由出口歧管204并行连接到处理过的水利用设施(未示出)。

如在图7A和图7B中的每个中看到的，多于一个抗阻塞生物膜基水处理模块200中的每个优选地包括具有顶盖206和底部208以及周围壁(circumferential wall)214的大致立方形的外壳210，该外壳210优选地形成有用作空气入口的顶部孔216和用作空气出口的沿周围分布的底部孔218。

根据本发明的优选实施方案，空气循环通过立方形的外壳210的内部借助于导管220来提供，导管220被联接到顶部孔216和沿周围分布的底部孔218并且从空气流发生器222，例如风扇，来提供空气的流动。

本发明的特定的特征是可以借助于自然产生的空气流来提供循环而不需要导管220和空气流发生器222，所述自然产生的空气流由模块200内的正在处理的水的温度与环境空气的温度之间的温度差产生。应理解的是，在这种情况下，顶盖206中的顶部孔216可以被形成在周围壁214中的沿周围分布的孔替代。例如，如果环境空气比正在被处理的水更热，则将发生从沿周围分布的顶部孔(未示出)到沿周围分布的底部孔218的向下的空气流，并且如果环境空气比正在被处理的水更冷，则将发生从沿周围分布的底部孔218到沿周围分布的顶部孔(未示出)的向上的空气流。

根据本发明的优选实施方案，模块200中的每个包括膜封闭的水流动通道230，所述通道230包括沿着通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着通道230的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着另一个壁部分发生。水流动通道230的进口231联接到入口歧管202并且水流动通道的出口233联接到出口歧管204。

具体转向图7A，可以看出，膜封闭的水流动通道230被成形为套筒并且被布置成来回折叠的构造。通道230封闭类似地来回折叠的间隔件243。水流动通道230优选地由一对来回折叠的水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分244来界定，每个膜壁部分244包括氧气不可渗透的条246。在间隔的大致直立的壁部分244上的条246大致对齐成彼此相对。壁部分244沿着其顶端和底端245彼此纵向密封。

条246优选地至少沿着水流动通道230的其中通常发生厚生物膜的积聚的部分延伸。条246可以沿着水流动通道进一步延伸，以便能够逆转流动方向或增加进料速率或者以便处理穿过水流动通道工艺性能的有机材料负载的意外增加。

优选地，条246具有的氧气渗透率比氧气可渗透的膜壁部分244的氧气渗透率低大于一个数量级。例如，可以通过用诸如接触型粘合剂、油墨、干燥粘合剂、热粘合剂的氧气不可渗透的材料涂覆水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分244的对应的条来实现条246。可选择地，条246可以呈通常低渗透率的聚合物例如聚乙烯或聚丙烯的条的形式，其被热层压到氧气可渗透的膜壁部分244上或布置在氧气可渗透的膜壁部分244上并且通过套筒的折叠被保持在其上。

条246可以由诸如管带的压敏胶带制成。应当注意的是，条246应当被选择为粘合于或附着于水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分244。

还注意到，氧气不可渗透的条246可以被应用在氧气可渗透的壁部分244的水侧和空气侧中的任一侧或两侧上。通常基于生产工艺考虑来选择在其上应用非渗透性材料的侧。

优选地，另外的间隔件247设置在通道230的外部并且与通道230折叠在一起。间隔件243通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道230的相邻内壁之间的间隔，从而允许水在膜封闭的水流动通道230的相邻壁表面之间移动。类似地，间隔件247通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道230的相邻外壁之间的间隔，从而允许空气在折叠的膜封闭的水流动通道230的相邻外壁表面之间移动。

优选地，用于间隔件243和间隔件247中的任一个的网是双平面的或三平面的。用于间隔件243和间隔件247中的任一个的有凹陷的片可以包括单侧凹陷或双侧凹陷。间隔件243和间隔件247的厚度可以在约1mm-20mm之间，并且最优选地在5mm-10mm之间。间隔件243和间隔件247由具有大于2吨/m²，最优选地大于20吨/m²的抗压强度的耐水材料制成。优选地，该材料适合于以至少2英寸的直径折叠。间隔件的优选的材料包括塑料材料，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚酰胺和聚缩醛。间隔件243和间隔件247可以是相同的、相似的或不相似的。

图7A的实施方案中的水入口流和水出口流在图8A中分别由箭头248A和箭头248B示出。图7A的实施方案中的空气入口流和空气出口流在图8A中分别由箭头249A和箭头249B示出。应理解的是，水或空气的流动方向可以与由箭头248A和箭头248B以及箭头249A和箭头249B所示的方向相反。

具体转向图7B，可以看出，膜封闭的水流动通道230被成形为套筒并且被布置成封闭间隔件253的来回折叠的布置。折叠的通道230主要由水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分254形成，并且包括多于一个大致平行的氧气不可渗透的条256，其在图8B中更清楚地示出。条256优选地沿着水流动通道230的至少一部分延伸，其中厚的生物膜生长通常会发生并且可以沿着水流动通道进一步延伸。

优选地，条256具有的氧气渗透率比氧气可渗透的膜壁部分254的氧气渗透率低大于一个数量级。例如，可以通过用诸如接触型粘合剂、油墨、干燥粘合剂、热粘合剂的氧气不可渗透的材料涂覆水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分254的对应的条来实现条256。可选择地，条256可以呈通常低渗透率的聚合物例如聚乙烯或聚丙烯的条的形式，其被热层压到氧气可渗透的膜壁部分254上或布置在氧气可渗透的膜壁部分254上并且通过套筒的折叠被保持在其上。

条256可以由诸如管带的压敏胶带制成。应当注意的是，条256应当被选择为粘合于或附着于水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分254。

还注意到，氧气不可渗透的条256可以被应用在氧气可渗透的壁部分254的水侧和空气侧中的任一侧或两侧上。通常基于生产工艺考虑来选择在其上应用非渗透性材料的侧。

优选地，另外的间隔件257在通道230的外部折叠并且与通道230一起折叠。间隔件253通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道230的相邻内壁之间的间隔，从而允许水在膜封闭的水流动通道230的相邻壁表面之间移动。类似地，间隔件257通常是塑料网或有凹陷的片，其保持通道230的相邻外壁之间的间隔，从而允许空气在膜封闭的水流动通道230的相邻外壁表面之间移动。

优选地，用于间隔件253和间隔件257中的任一个的网是双平面的或三平面的。用于间隔件253和间隔件257中的任一个的有凹陷的片可以包括单侧凹陷或双侧凹陷。间隔件253和间隔件257的厚度可以在约1mm-20mm之间，并且最优选地在5mm-10mm之间。间隔件253和间隔件257优选地由具有大于2吨/m²，最优选地大于20吨/m²的抗压强度的耐水材料形成。优选地，该材料适合于以至少2英寸的直径折叠。间隔件的优选的材料包括塑料材料，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚酰胺和聚缩醛。间隔件253和间隔件257可以是相同的、相似的或不相似的。

图7B的实施方案中的水入口流和水出口流在图8B中由箭头258A和箭头258B示出。图7B的实施方案中的空气入口流和空气出口流在图8B中分别由箭头259A和箭头259B示出。应理解的是，水和空气中的任一种的流动方向可以与由箭头258A和箭头258B以及箭头259A和箭头259B所示的方向相反。

现在参照图9和图10，图9是根据本发明的实施方案构造的和可操作的可选择的生物膜基水处理系统的简化图示，并且图10是图9的实施方案的水流和空气流以及结构细节的简化绘画图示。

图9和图10的水处理系统可操作以通过沉淀从水中除去一些溶解的污染物，并且还进行水的生物处理。至少部分地从水中沉淀出来的溶解的污染物可以包括磷、硫化物和重金属中的任一种或更多种。

图9和图10的系统优选地接收待处理的水，该待处理的水在入口260处与沉淀化学品混合在一起。混合的待处理的水和沉淀化学品被供应到生物膜基水处理子系统262，该子系统262包括通常是根据本发明的实施方案构造的和可操作的多于一个水流动通道270，例如上文参照图6A和图6B描述的那些或例如现有技术中描述的那些，例如在WO2011073977中，其描述通过引用据此并入。

一些合适的沉淀化学品(在本领域中还被称为凝结剂)的示例是：氯化铁、硫酸铝、铝酸钠。硫化钠是可用于使重金属沉淀的沉淀化学品的示例。将沉淀化学品混入水中可以以任何合适的已知方式进行。

可以看出，与沉淀化学品混合的待处理的水从入口275穿过每个水流动通道270到达处理过的水出口276。水流动通道270的处理过的水出口276优选地经由管道277和阀278联接至具有流出物出口280的流出物罐279。

另外转向图10，可以看出，水在由箭头A所示的方向从入口275到出口276流过每个水流动通道270，同时空气在由箭头B所示的方向在通道的绕组(winding)之间经过。

沿着水流动通道270的至少一部分设置有穿孔导管272。穿孔导管272的作用是在周期性反冲洗之前和周期性反冲洗期间中的任一种或两者使空气扩散到水流动通道270中。加压空气穿过穿孔导管272的孔扩散到水流动通道270中，使沉淀的固体流化，从而使它们能够在反冲洗期间被冲掉。

周期性地进行反冲洗以便将在流动通道中和沿着流动通道随时间积聚的固体排出，优选地通过控制器284，控制器284基于沿着流动通道270的感测压力和/或根据预设时间间隔来启动反冲洗。控制器284操作反冲洗泵285；反冲洗出口阀286，其联接到反冲洗出口287；加压空气阀288，其将加压空气的源274联接到穿孔导管282和阀261和阀278。

周期性地进行反冲洗以便将在流动通道中和沿着流动通道随时间积聚的固体排出。反冲洗可以由控制器284根据压力测量或恒定的时间间隔或两者来启动。在反冲洗期间，关闭废水入口阀261和处理过的水出口阀278，同时打开排水阀286，并且操作反冲洗泵280。优选地，加压空气阀292在反冲洗之前打开，并且更优选地加压空气阀292保持打开以在反冲洗的至少一部分期间提供水中固体的混合和流化。根据预设时间或测量的排水的量或排水浊度(draining water turbidity)中的任何一种来终止反冲洗。在反冲洗终止时，反冲洗泵280停止，排水阀286关闭，加压空气阀292关闭，并且处理过的水出口阀278与废水进口阀261一起打开。在启动后的预设时间或基于感测的到达反冲洗出口292的反冲洗的材料的量或感测的反冲洗的液体的浊度，由控制器284来终止反冲洗。来自排水管的反冲洗出口优选地被导向后续的处理，例如增稠、脱水和排出。

现在参照图11，图11是根据本发明的实施方案构造的和可操作的另外可选择的生物膜基抗阻塞水处理系统的简化图示。

图11的水处理系统优选地在入口300处接收含有溶解的有机材料和铵化合物两者的待处理的水。待处理的水在混合和吸附罐302中与活性污泥混合。然后将含有溶解的铵化合物的水转移到污泥-液体分离器304，该分离器304将被供应到反硝化罐306的、含有被吸附的且大部分未被氧化的有机材料的污泥与被供应到生物膜基水处理子系统310的、含有溶解的铵化合物的水分离，所述生物膜基水处理子系统310通常是根据本发明的实施方案构造的和可操作的，例如上文参照图6A和图6B描述的那些或例如在现有技术中描述的那些，例如在WO 2011073977中，其描述通过引用据此并入。

应理解的是，在生物膜基水处理子系统310处接收的含有溶解的铵化合物的水通过入口歧管312被供应到多于一个膜封闭的水流动通道314，并且如箭头A所示通过其流动到硝化水出口歧管316，从而减少了水中铵化合物的量并且从而使水硝化。

在生物膜基水处理子系统310中，消耗铵化合物的生物膜在膜封闭的水流动通道314的内壁上积聚，并因此将包含在通过其流动的水中的铵化合物氧化成硝酸盐。在到达生物膜基水处理子系统310的水中的有机材料负载由于其通过与活性污泥接触的早期吸附而相对较低。因此，在封闭的水流动通道314的内壁上的生物膜积聚相对较薄，并且水流动通道314不被阻塞。

来自硝化水出口316的水优选地与来自分离器304的污泥一起被供应到反硝化罐306。在反硝化罐306中，硝化水与含有吸附的未被氧化的有机材料的活性污泥混合。因此，活性污泥使用硝酸盐氧化有机材料以完成反硝化和有机材料氧化的两个过程。

任选地，如果有机材料的氧化受到硝酸盐浓度的限制，则可以提供另外的曝气(aeration)。在一些实施方案中，间歇地通过放置在反硝化罐中的扩散器。在其他实施方案中，连续地通过在反硝化罐下游并且在污泥-液体分离器上游的另外的曝气罐。

优选地，将来自反硝化罐306的反硝化水供应到污泥-液体分离器322。优选地，来自分离器322的处理过的水被用作通过流出物出口324的流出物。来自分离器322的大部分污泥(该污泥消耗大部分有机材料)返回混合和吸附罐302，同时经由污泥出口328从系统中除去小部分的污泥。调节从分离器322的底部除去的该部分污泥以在罐302和罐306中保持期望的恒定浓度的污泥。

现在参照图12，图12是根据本发明的实施方案构造的和可操作的又一个可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示。

优选地，图12的可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统包括入口400，入口400可以与泵402相关联，泵402将待处理的水供应到上游子系统403并且其后供应到下游子系统405，所述上游子系统403包括两个或更多个生物膜基水处理单元404，所述生物膜基水处理单元404中仅有一些在任何给定时间是可操作的，并且所述下游子系统405包括至少一个生物膜基水处理单元406。优选地，生物膜基水处理单元404和生物膜基水处理单元406中的每个包括提供生物膜基水处理的氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道。优选地，氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道被卷绕。更优选地，氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道根据图6A和图6B中所示的实施方案或根据现有技术中描述的实施方案来设计，所述现有技术例如WO 2011073977，其描述通过引用据此并入。

下游子系统405通常不会通过厚的生物膜沿着其中的单元406的流动通道的至少一部分的生长而被阻塞。通过由上游子系统403中的操作单元404减少水中含有的有机材料的大部分负载而阻止了阻塞，因此上游子系统403中的操作单元404通过其中的生物膜的生长而被阻塞。

在阻塞上游子系统403的一个或更多个操作单元404之后，典型地在2-4个月以后，将待处理的水的流动重定向到上游子系统403的非操作单元(non-operating unit)404，优选地通过阀组件410自动地重定向。在上游子系统403的阻塞的单元404非操作的时间段期间，它们由于内源性分解而变得去除阻塞。

该分解所需的时间可以任选地通过各种手段缩短，所述手段包括，例如：添加化学品，例如次氯酸盐溶液、苛性钠溶液或特定的酶。水可以循环通过非操作单元404以提供混合和湍流。作为另外的选项，空气可以被周期性地喷射到单元404中以便提供剪切和湍流并且因此缩短分解时间。

优选地，阀组件410由控制器420控制，该控制器420以固定的时间表来操作或者以基于来自一个或更多个压力传感器422的输入的感测的阻塞为基础来操作，以将待处理的水的流动从一个或更多个当前操作单元404重定向为一个或更多个当前非操作单元404。

生物膜基水处理上游子系统403的单元404中的每个优选地包括其长度是整个水处理流动路径的组合长度的20％-40％的通道，包括并入上游单元404中和下游子系统单元406中的一个的通道。最优选地，在上游单元404中的每个中的流动路径的长度是10米-30米，并且下游单元406的流动路径的长度是40米-70米。

从上游子系统403的上游操作的生物膜基水处理单元404输出的处理过的、部分地纯化的水优选地经由一个或更多个止回阀430供应至下游生物膜基水处理子系统405以完成水处理过程。

在优选实施方案中，来自上游子系统403的部分地处理过的水440被供应到操作罐442，水440通过泵444从操作罐442泵送到下游子系统405以用于其进一步处理。

现在参照图13，图13是根据本发明的实施方案并入沉降池和氧化池的又一种可选择的抗阻塞生物膜基水处理系统的简化图示。

在一个实施方案中，如在图13中看到的，待处理的水被供应到一个或更多个常规沉降池502。如果提供多个沉降池，它们可以并行地或顺次地操作。在一个或更多个沉降池502中，大部分的无机材料和悬浮固体下沉到底部。将含有铵化合物和溶解的有机材料的水从一个或更多个沉降池502供应到一个或更多个常规的氧化池504，在该氧化池504处进行至少部分地除去有机材料的过程。来自一个或更多个氧化池504的流出物经由泵508循环穿过膜支撑的生物膜基水处理子系统510，以便从流出物中除去氮。

在不同的实施方案中，不提供沉降池，或可选择地，在氧化池上游使用不同的常规预处理。

子系统510优选地如上文参照图6A和图6B所述构造的和可操作的，或可选择地可以根据现有技术的教导构造和可操作，例如WO2011073977。子系统510的操作主要通过将铵化合物氧化成硝酸盐来产生流出物的硝化作用。应注意的是，在子系统510中可能在一定程度上发生另外的过程，例如有机材料的氧化和采用存在于水中的溶解的有机材料对所产生的硝酸盐的反硝化。

在这样的硝化作用之后，来自膜支撑的生物膜基水处理子系统510的硝化水循环回到一个或更多个氧化池504或另一个上游或下游的氧化池(未示出)用于其反硝化。

上述工艺的第一个优点是由通过生物膜基水处理子系统510增加的曝气而产生的比在常规工艺中获得的更高的流出物品质。该工艺的另一个优点是使用溶解在水中的硝酸盐作为氧化剂，该硝酸盐循环到氧化池504，由此增强在一个或更多个氧化池504中的氧化过程。

应注意的是，通常不发生由生物膜积聚造成的子系统510的阻塞，这是由于在供应到系统510的氧化池504的流出物中的有机材料的相对低的负载，该相对低的负载是因为发生在一个或更多个氧化池504中的有机材料的部分除去。

子系统510可以任选地用来自氧化池504或来自其下游的点的流出物来反冲洗。子系统510的反冲洗通常被需要，以便处置沿着流动通道沉降的悬浮固体或从其中的生物膜脱落的多余固体。通常通过逆转穿过子系统510的单元520的流动通道的流动方向来进行反冲洗。在正常操作期间，阀506和阀512打开，而阀516和阀518关闭。在反冲洗子系统510的单元520的至少一部分期间，阀506和阀512关闭，而阀516和阀518打开。优选地，在常开阀506和常开阀512与常闭阀516和常闭阀518之间的切换根据入口压力或预设时间间隔中的任何一个、由控制器(未示出)来控制。优选地，反冲洗水出口522被排出到沉降池502，或者排出到氧化池504上游的不同的点。

本领域的技术人员应当理解，本发明不限于已在上文被特别示出和说明的内容。相反，本发明的范围包括上述特征的组合和子组合以及不属于现有技术的其修改和改进。

Claims (75)

1.一种抗阻塞生物膜基水处理系统，包括：

膜封闭的水流动通道，所述膜封闭的水流动通道包括沿着所述通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着所述通道的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着所述另一个壁部分发生。

2.根据权利要求1所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述至少另一个壁部分包括沿着所述通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻塞不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

3.根据权利要求1所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中：

所述至少另一个壁部分包括多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分散布有水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分并且沿着所述通道的至少一部分延伸；并且

阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞通常不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与所述水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的所述生物膜接合，但是待处理的水能够沿着所述通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到所述生物膜中。

4.根据权利要求2所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分沿着所述通道的至少一部分连续地延伸。

5.根据权利要求2或权利要求4所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分包括多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的表面积是所述通道的所述至少一部分的表面积的至少80％。

7.根据权利要求2和4-5中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分由覆盖有氧气不可渗透的层的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜形成。

8.根据权利要求2和4-7中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述氧气不可渗透的层由粘合剂、可热层压的表面；以及热塑性聚合物中的至少一种形成。

9.根据权利要求3所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分和所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分沿着所述通道的至少一部分连续地延伸。

10.根据权利要求3或权利要求9所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述氧气可渗透的膜壁部分的累积宽度大于所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的累积宽度。

11.根据权利要求3和9-10中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的壁部分表面积在所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分的壁部分表面积的20％和50％之间。

12.根据权利要求3和9-11中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分中的每个的宽度在10mm-50mm之间。

13.根据权利要求3和9-12中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分由覆盖有氧气不可渗透的层的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜形成。

14.根据前述权利要求3和9-13中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述氧气不可渗透的层选自粘合剂、可热层压的表面；以及热塑性聚合物。

15.根据前述权利要求3和9-14中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中所述膜封闭的水流动通道包括：

上游区域，所述上游区域包括沿着所述通道延伸的多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分散布有沿着所述通道的至少一部分延伸的多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与所述水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的所述生物膜接合，但是待处理的水能够沿着所述通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到所述生物膜中；以及

下游区域，所述下游区域包括水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分。

16.根据前述权利要求3和9-15中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理系统，并且其中：

所述膜封闭的水流动通道具有界定一对大致平行的相互隔开的侧面的横截面构造，所述一对大致平行的相互隔开的侧面被分开至少最小横向间距；并且

所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分各自具有至少是所述最小横向间距的两倍大的宽度。

17.一种抗阻塞生物膜基水处理方法，包括：

使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着所述通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着所述通道的至少一部分延伸的至少另一个壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且生物膜生长和阻塞不沿着所述另一个壁部分发生。

18.一种抗阻塞生物膜基水处理方法，包括：

使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着所述通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和沿着所述通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且阻塞不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中使待处理的水流动包括使含有有机材料和铵化合物的水沿着所述通道流动。

20.根据权利要求19所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中：

在初始工艺阶段，所述有机材料中的大部分在所述通道的第一区域中被氧化；

在第二工艺阶段，生物膜生长阻塞在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的所述待处理的水穿过所述通道的所述第一区域行进到所述通道的第二区域；

在第三工艺阶段，在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向所述生物膜的氧气供应，造成所述生物膜沿着在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞；以及

在第四工艺阶段，生物膜生长阻塞在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的所述待处理的水沿着所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过所述通道的所述第二区域行进到所述通道的第三区域。

21.根据权利要求19所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中：

在初始工艺阶段，所述有机材料中的大部分在所述通道的第一区域中被氧化；

在第二工艺阶段，生物膜生长阻塞在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，但是不阻塞在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的所述待处理的水沿着所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过所述通道的所述第一区域行进到所述通道的第二区域；

在第三工艺阶段，在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向所述生物膜的氧气供应，造成所述生物膜沿着在所述通道的所述第一区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞；以及

在第四工艺阶段，生物膜生长阻塞在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分，但是不阻塞在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分的至少大部分，使得含有有机材料的所述待处理的水沿着所述至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的膜壁部分穿过所述通道的所述第二区域行进到所述通道的第三区域。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中在第五工艺阶段，在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的至少大部分的阻塞通常阻断沿着在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分向所述生物膜的氧气供应，造成所述生物膜沿着在所述通道的所述第二区域中的所述至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分至少部分地崩解并且导致其至少部分地去除阻塞。

23.根据权利要求20-22中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述铵化合物的大部分在所述通道的位于所述第一区域和所述第二区域的下游的区域中被氧化。

24.根据权利要求20-23中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述初始工艺阶段的持续时间少于六个月。

25.根据权利要求20-24中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述第二工艺阶段的持续时间少于六个月。

26.根据权利要求20-25中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述第三工艺阶段的持续时间少于六个月。

27.根据权利要求20-27中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述第二工艺阶段和所述第三工艺阶段在时间上至少部分地重叠。

28.根据权利要求20-27中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述初始工艺阶段、所述第二工艺阶段、所述第三工艺阶段和所述第四工艺阶段中的至少某些工艺阶段在时间上至少部分地重叠。

29.一种抗阻塞生物膜基水处理方法，包括：

使待处理的水沿着膜封闭的水流动通道流动，所述膜封闭的水流动通道包括沿着所述通道延伸的多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分散布有沿着所述通道的至少一部分延伸的多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中阻止水流动但不阻止氧气渗透的生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生，并且阻止水流动的阻塞不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生，使得尽管所述多于一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分的生物膜阻塞成与所述水不可渗透的、氧气可渗透的壁部分上的所述生物膜接合，但是待处理的水能够沿着所述通道的大致整个长度流动，并且氧气扩散到所述生物膜中。

30.根据权利要求29所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中使待处理的水流动包括使含有有机材料和铵化合物的水沿着所述通道流动。

31.根据权利要求29或权利要求30所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述氧气可渗透的膜壁部分的累积宽度大于所述多于一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分的累积宽度。

32.一种水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，包括：

水流动通道，所述水流动通道包括：

第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分沿着所述通道的至少一部分延伸并且具有内表面和外表面；以及

第二水不可渗透的壁部分，所述第二水不可渗透的壁部分沿着所述通道的至少一部分延伸，所述第二壁部分在沿着所述第一壁部分的周边的一部分处被密封到所述第一壁部分的所述内表面，从而界定所述水流动通道的至少一部分，并且所述第二壁部分被构造成在所述第一壁部分的所述外表面与所述第二壁部分的相邻表面之间界定空气流动通道并且被构造成在所述第一壁部分的所述内表面与所述第二壁部分的相邻表面之间界定水流动通道。

33.根据权利要求32所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二水不可渗透的壁部分包括氧气可渗透的膜。

34.根据权利要求32所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二水不可渗透的壁部分包括具有比所述第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分更大的厚度和更大的刚度的壁部分。

35.根据权利要求32-34中任一项所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和所述第二水不可渗透的壁部分以螺旋缠绕构造缠绕在一起。

36.根据权利要求32-34中任一项所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第一水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分和所述第二水不可渗透的壁部分堆叠在一起。

37.根据权利要求32所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二水不可渗透的壁是氧气不可渗透的。

38.根据权利要求32-37中任一项所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二壁部分包括塑料网和有凹陷的片中的至少一种。

39.根据权利要求38所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二壁部分包括双平面的塑料网和三平面的塑料网中的至少一种。

40.根据权利要求38所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述第二壁部分包括含有单侧凹陷或双侧凹陷的有凹陷的片。

41.根据权利要求32-40中任一项所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述空气流动通道具有在所述第一壁部分的所述外表面与所述第二壁部分的所述相邻表面之间的在4mm-10mm之间的横向距离。

42.根据权利要求32-41中任一项所述的水不可渗透的、氧气可渗透的膜系统，并且其中所述水流动通道具有在所述第一壁部分的所述内表面与所述第二壁部分的所述相邻表面之间的2mm-8mm的横向距离。

43.一种水处理系统，包括：

膜封闭的水流动通道，所述膜封闭的水流动通道接收待处理的含污染物的水和至少一种污染物沉淀化学品，其中至少一种污染物沿着所述水流动通道被沉淀；以及

回流清洁子系统，所述回流清洁子系统可操作以反冲洗所述膜封闭的水流动通道的至少一部分，从而从中除去所述至少一种沉淀的污染物。

44.根据权利要求43所述的水处理系统，并且其中所述含污染物的水包含磷酸盐，所述污染物沉淀化学品包括铁阳离子，并且所述沉淀的污染物包括磷酸铁。

45.根据权利要求43所述的水处理系统，并且其中所述含污染物的水包含硫化物，所述污染物沉淀化学品包括铁阳离子和铝阳离子中的至少一种，并且所述沉淀的污染物包括硫化铁和硫化铝中的至少一种。

46.根据权利要求43所述的水处理系统，并且其中所述含污染物的水包含至少一种重金属，所述污染物沉淀化学品包括碱，并且所述沉淀的污染物包括金属氢氧化物。

47.根据权利要求43所述的水处理系统，并且其中所述膜封闭的水流动通道形成需氧生物水处理系统的一部分。

48.根据权利要求43所述的水处理系统，并且其中所述回流清洁子系统包括沿着所述膜封闭的水流动通道的至少一部分可操作的空气冲刷子系统。

49.一种水处理方法，包括：

使待处理的含污染物的水和至少一种污染物沉淀化学品流过膜封闭的水流动通道，其中至少一种污染物沿着所述水流动通道被沉淀；以及

反冲洗所述膜封闭的水流动通道的至少一部分，从而从中除去所述至少一种沉淀的污染物。

50.根据权利要求49所述的水处理方法，并且其中所述含污染物的水包含磷酸盐，所述污染物沉淀化学品包括铁阳离子，并且所述沉淀的污染物包括磷酸铁。

51.根据权利要求49所述的水处理方法，并且其中所述含污染物的水包含硫化物，所述污染物沉淀化学品包括铁阳离子和铝阳离子中的至少一种，并且所述沉淀的污染物包括硫化铁和硫化铝中的至少一种。

52.根据权利要求49所述的水处理方法，并且其中所述含污染物的水包含至少一种重金属，所述污染物沉淀化学品包括碱，并且所述沉淀的污染物包括金属氢氧化物。

53.根据权利要求49所述的水处理方法，并且其中所述膜封闭的水流动通道形成需氧生物水处理系统的一部分。

54.根据权利要求49-53中任一项所述的水处理方法，并且其中所述反冲洗包括沿着所述膜封闭的水流动通道的至少一部分的空气冲刷。

55.一种抗阻塞生物膜基水处理方法，包括：

使含有溶解的有机材料和铵化合物两者的待处理的水与污泥混合，产生含有悬浮的生物质的第一混合物并且导致所述污泥吸附所述溶解的有机材料中的至少大部分；

在所述吸附之后，将在其上已吸附有所述溶解的有机材料的所述污泥与含有所述铵化合物的液体分离；

使待处理的所述液体沿着氧气可渗透的膜封闭的、水不可渗透的水流动通道流动，从而使所述液体中的所述铵化合物生物硝化；

在所述硝化之后，将含有硝化的铵化合物的所述液体与在其上已吸附有所述溶解的有机材料的所述污泥混合以产生第二混合物，由此产生所述硝化的铵化合物的反硝化和已吸附到所述污泥上的所述有机材料的氧化；以及

在所述反硝化之后，将所述污泥与水分离，其中所述水与所述待处理的水相比具有显著减少量的溶解的有机材料和铵化合物。

56.根据权利要求55所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，其中已经被吸附到所述污泥上的所述有机材料的所述氧化部分地通过曝气来进行。

57.根据权利要求56所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，其中所述曝气是间歇地进行的。

58.根据权利要求56所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，其中所述曝气在所述反硝化的下游和所述将所述污泥与水分离的上游进行。

59.根据权利要求55-59所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述第一混合物具有以至少1000mg/升的浓度的悬浮的生物质。

60.根据权利要求55-59所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且还包括利用在所述反硝化之后与所述水分离的所述污泥来与含有溶解的有机材料和铵化合物两者的所述待处理的水混合。

61.根据权利要求55-57中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述膜封闭的氧气可渗透的、水不可渗透的水流动通道包括用于水的长形的膜封闭的大致水平的流动路径，所述流动路径包括：

在所述水平的流动路径的第一端处用于待处理的水的入口；

在所述水平的流动路径的第二端上用于处理过的水的出口；以及

氧气可渗透的膜，所述氧气可渗透的膜界定管状水通道，所述管状水通道具有暴露于水的内表面和暴露于环境空气的外表面，所述氧气可渗透的膜在所述内表面上支撑生物膜，所述氧气可渗透的膜布置成界定与所述外表面连通的至少一个大致竖直的空气流通路。

62.根据权利要求58所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述水平的流动路径是螺旋缠绕的，并且所述至少一个大致竖直的空气流通路具有大致螺旋形的横截面。

63.根据权利要求58-61中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述管状水通道的彼此相邻的内表面由至少一个内部间隔件分开。

64.根据权利要求58-63中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述管状水通道的彼此相邻的外表面由至少一个外部间隔件分开。

65.根据权利要求58-64中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述间隔件包括以下中的至少一种：排水网、增强网、筛和三维塑料网格栅。

66.一种抗阻塞生物膜基水处理方法，包括：

使待处理的水首先沿着第一上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着下游膜封闭的水流动通道部分流动，所述第一上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分；

在所述第一上游膜封闭的水流动通道部分的阻塞之后，使待处理的水沿着至少一个第二上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着所述下游上游膜封闭的水流动通道部分流动，所述至少一个第二上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分；

在所述第一上游膜封闭的水流动通道部分的随后的去除阻塞之后，使待处理的水首先沿着第一上游膜封闭的水流动通道部分流动并且然后沿着下游上游膜封闭的水流动通道部分流动，所述第一上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述第一上游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个上游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，所述下游上游膜封闭的水流动通道部分包括沿着所述下游膜封闭的水流动通道延伸的至少一个下游水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分。

67.根据权利要求66所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且还包括将所述第一上游膜封闭的水流动通道部分至少部分地去除阻塞。

68.根据权利要求67所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且其中所述将所述第一上游膜封闭的水流动通道部分至少部分地去除阻塞包括以下中的至少一种：

使待处理的水穿过所述第一上游膜封闭的水流动通道部分的流动终止足够的持续时间以通过需氧内源性分解提供可接受的部分去除阻塞；

使气泡冲刷所述第一上游膜封闭的水流动通道部分；以及

使流体穿过所述第一上游膜封闭的水流动通道部分循环，由此产生剪切力，所述剪切力使生物膜从所述第一上游膜封闭的水流动通道部分脱落。

69.根据权利要求17-31和49-68中任一项所述的水处理方法，并且还包括：

在没有过滤的情况下直接从所述膜封闭的水流动通道排出处理过的水。

70.根据权利要求17-31和49-68中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且还包括：

直接从所述膜封闭的水流动通道排出处理过的水，所述处理过的水具有小于50mg/升的悬浮固体浓度。

71.根据权利要求17-31和49-68中任一项所述的抗阻塞生物膜基水处理方法，并且还包括：

直接从所述膜封闭的水流动通道排出处理过的水，所述处理过的水具有小于35mg/升的悬浮固体浓度。

72.一种水处理系统，包括：

至少一个氧化池，所述至少一个氧化池接收来自所述至少一个沉降池的水；以及

膜封闭的水流动通道，所述膜封闭的水流动通道包括沿着所述通道延伸的至少一个水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分，接收来自所述至少一个氧化池的水并且将水排出回到所述至少一个氧化池和所述至少一个氧化池的上游中的任一个，其中阻塞通常不沿着所述膜封闭的水流动通道发生。

73.根据权利要求72所述的水处理系统，并且还包括在所述至少一个氧化池的上游的至少一个沉降池和至少一个厌氧池中的任何一个。

74.根据权利要求73所述的水处理系统，并且其中所述膜封闭的水流动通道还包括至少一个其他壁部分，所述至少一个其他壁部分包括沿着所述通道的至少一部分延伸的至少一个水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分，其中生物膜生长和由此造成的阻塞通常沿着所述水不可渗透的、氧气可渗透的膜壁部分发生并且阻塞不沿着所述水不可渗透的、氧气不可渗透的壁部分发生。

75.根据权利要求1-16和43-48中任一项所述的水处理系统，并且还包括：

至少一个沉降池，所述至少一个沉降池接收待处理的水；以及

至少一个氧化池，所述至少一个氧化池接收来自所述至少一个沉降池的水，

所述膜封闭的水流动通道接收来自所述至少一个氧化池的水并且将水排出回到所述至少一个沉降池和所述至少一个氧化池中的至少一个。