CN109205926A - 一种用于分散式污水处理设备有效除磷的装置 - Google Patents

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Abstract

用于处理含磷污水的现场分散式污水处理系统，其包含沉降室和厌氧处理系统和/或需氧处理系统，以及再循环系统，该再循环系统将经处理的污水在该处理系统内再循环。该系统进一步包含用于将化学试剂引入到该再循环系统的系统，以使该污水中存在的含磷化合物络合。

Description

一种用于分散式污水处理设备有效除磷的装置
对相关申请的交叉参考
本申请要求2017年7月6日提交的临时申请序列号62/529,159的优先权。
背景技术
污水处理是从污水中除去杂质的过程。污水处理的目标是生成适于排放回到环境中的经处理的污水的料流。污水处理可以包括一次处理、二次处理和/或三次处理。一次处理可以包括使用腐化池(septic tank)来分离固体、脂肪、油、油脂，并生成经一次处理的污水。二次处理可以用来实质性降解一次处理后污水中所含的杂质，并且尤其可以包括生化需氧量(“BOD”)和总混悬固体(“TSS”)除去和减少的功能。三次处理经常用来除去含磷和含氮杂质。
市政污水处理系统使用多种处理系统来处理污水。需要现代市政污水处理系统来充分地处理污水，然后排放所述经处理的污水。市政污水处理系统通常与一次、二次和三次处理系统一起使用集中式收集系统，其包括物理、生物和化学处理。这些数百万美元的污水处理系统在将已处理水从污水系统中排放之前使用许多不同类型的污水处理。作为例子，参见“Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems”EPA 832-R-04-001(2004年9月)。
所有家庭都没有连接到这种市政污水处理系统，所以经常采用分散式现场系统来处理污水。过去，许多这些系统仅采用一次处理系统如腐化池，然后将经一次处理的污水排放到环境中。
Jokaso型污水处理系统代表了污水处理的一种形式，其在过去三十(30)年间提出，适用于分散式污水处理系统，而且优于仅使用腐化池的污水处理。典型的Jokaso装置包括多达五个功能室。在一个实例中，第一室充当厌氧条件下的废物槽，很像腐化池。第二室典型地填充有用于厌氧生物膜过滤过程的过滤介质。第三室也填充有过滤介质，但通过引入压缩空气来保持需氧。第四室可以用作已处理水的缓冲储槽。第五室可以用作消毒目的，有时被称为三次处理。
用于小型住宅和商业污水处理的Jokaso污水处理系统的一个具体类型是ZoellerPump Company,LLC的系列处理系统。如在用于小型商业型号ZFL1120-ZFL2400的系列处理系统业主手册中所示，系统是采用以下的处理系统：沉降室、厌氧过滤室、需氧接触过滤室和用于储存经处理的污水的储存容器，该经处理的污水可以排放，或者在系统内再循环以进一步处理。
一些污水处理系统还采用UV处理装置来减少污水处理系统内形成的有机物质的生成。这种装置的一个例子显示在美国专利8,795,600中。
经常由市政集中式处理系统处理的污水中的常见污染物是磷化合物。在这些市政污水处理系统中，磷化合物的除去可以通过多种技术来实现，包括过滤、化学络合、吸附和生物处理。大型污水处理设施经常在三次处理系统中处理磷。在处理的一种形式中，这些系统使磷化合物经受电化学处理来使络合的磷化合物从污水中沉淀，经常使用铁离子。在这种处理后，经处理的污水经过吸附床排放，络合的磷化合物被捕集在此。
已经有了多种附加系统，其经设计来从污水中除去磷化合物，可以与分散式系统如Jokaso型系统组合使用。例如，在三次处理阶段中，磷化合物可以经过铁电解来除去，如在富士清洁处理技术中所用，如在Otowa等人：PERSPECTIVES OF UPDATED JOKASO(ONSITEWASTEWATER TREATMENT UNIT)SYSTEM IN AUSTRALIA(2014)中所述。其他系统使用了天然材料如沸石或砂滤器来除去磷化合物。还采用了含铁材料如炉渣。用于除去磷的另一种方法是使用沉淀的二次处理后系统，其中将Zn、Fe和Al化合物添加到经处理的污水中。
发明内容
本发明的一个实施方案是分散式现场污水处理系统，其包括在污水处理系统内再循环周期中用于从污水中络合和除去磷化合物的独特的装置和方法。
附图说明
图1是分散式现场污水处理系统，用于使用片剂加料器向再循环系统中引入化学试剂以从污水中除去磷化合物。
图2是图1的分散式现场污水处理系统的替代实施方案，其利用二次处理系统，其中使用片剂加料器向再循环系统中引入化学试剂以从污水中除去磷化合物。
图3是图1的分散式现场污水处理系统的替代实施方案，显示了位于再循环系统的排放部分附近的片剂加料器。
图4a是图1中所示的再循环系统内的片剂加料器系统的截取侧视图。
图4b是图1中所示的片剂加料器系统的俯视图，与具有挡板的静态混合器和再循环系统磷传感器一起使用，全都位于再循环系统内。
图5是分散式现场污水处理系统，用于使用液体加料器向再循环系统中引入化学试剂以从污水中除去磷化合物。
图6是图5的替代实施方案，显示了位于再循环系统的排放部分附近的液体加料器。
图7a是图6的液体加料器系统的截取侧视图，显示了向再循环系统中引入液体化学试剂。
图7b是图6的再循环系统的部分的俯视图，显示了再循环系统液体加料器开口、具有挡板的静态混合器和磷传感器，全都位于再循环系统内。
图8是图2的替代实施方案，显示了在分散式现场污水处理内使用图5的液体加料器系统。
具体实施方式
图1中公开了现场或分散式污水处理系统(10)的一个实施方案，其在再循环周期中从污水中除去磷化合物。
在该实施方案中，污水进入系统(10)的入口(12)，并流入沉降室(20)中。该沉降室经设计为物理地将固体(污泥)(22)和漂浮物(浮渣)与进入的污水分离。污泥落到该室的底部用于以后除去。浮渣留在该室中，分解或者除去。对于除去该污泥和浮渣来说，连接到沉降室是重要的，通过在该室顶部的对流开口来实现。
为了监测沉降室中存在的污泥的水平，优选在该室中安装传感器(未示出)来警示其使用者该沉降室内已积累过多的污泥。该传感器使用例如应用声纳技术的超声换能器、压力传感器和/或红外LED来读取沉降室中存在的污泥的水平。将该传感器置于沉降室(20)中以使它位于系统(10)内的大部分污泥沉降之处。并且，该传感器优选具有附接的警报系统(未示出)，当污泥的水平过量时警示使用者。
在用于从污水中除去污泥和浮渣的一次处理之后，在一个实施方案中，经处理的污水进入厌氧处理室(30)，其可以包括过滤介质，如图1中所示。这种过滤介质的一个例子是球形-骨架型过滤介质。过滤介质表面上的固定膜过程促进生物厌氧反应，这使得悬浮的固体被捕获。并且，厌氧微生物在该室中生长，并将污水中的硝酸盐转化为氮气，其释放到环境中。由于流体流经的污泥层的三维方位，介质中的厌氧过程是有效的。益处包括废物强度减小、脱氮、TSS捕获。
在厌氧处理室(30)中的厌氧处理之后，经处理的污水流入需氧处理室(40)，如图1中所示。该室填充有过滤介质，需氧微生物在其上生长以对污水中存在的需氧物质进行生物处理。在一个实施方案中，需氧过滤介质室含有上部通风段和下部过滤介质段。该下部过滤介质段填充有过滤介质如中空圆柱形过滤介质。生物处理在过滤介质表面上的固定膜生长的帮助下进行。通风是连续的，以促进需氧微生物生长。剩余的悬浮固体将介质丢弃到需氧室的底部，并通过再循环系统(50)返回到沉降室(20)。为了改进通风过程，通过位于该室底部的回洗系统对该室中的过滤介质进行定时回洗。
分散式污水处理系统(10)可以含有厌氧处理室和需氧处理室之一或者二者。另外，污水流过这些各个室的顺序可以依照使用者的需要调整。
在另一实施方案中，如图2中所示，二次污水处理系统(110)包括厌氧或需氧处理系统，利用例如砾石过滤器(130)，初始处理之后污水泵入其中。根据该砾石过滤器内的材料布置，二次处理可以是需氧的或厌氧的或二者。
在一个优选的实施方案中，使用再循环系统(50)将经处理的污水的部分或全部再循环，如图1中所示。在一个实施方案中，再循环系统利用具有再循环管线(52)的气举泵，用于将污水送回到沉降室(20)以进一步处理。再循环过程可以重复多次。
已经发现，在再循环系统(50)中使用对使污水中存在的磷化合物络合有用的化学试剂处理污水，对于从进入污水处理系统(10)的污水中除去磷化合物令人惊奇地有效。这种化学试剂的例子包括金属盐试剂如预水解的金属盐试剂，其可以包括多种金属、金属盐、金属化合物或其组合，其中该金属选自铁、铝、锰、锌、铜、镁和钙，优选铁、锌和铝。尽管化学试剂可以以多种形式引入，不过优选的实施方案以固体、片剂形式或溶解的液体形式进行引入。
将这些化学试剂引入到再循环系统中可以使用多种系统，如片剂加料器、固体物质加料器、液体化学品加料器、文丘里加料器和用于将固体或液体化合物引入到再循环污水同时存在于再循环系统中的其他类型的引入装置。使用这些系统来控制引入再循环系统中的这些试剂的量和状态。
在如图1、2、3和4a中所示的一个实施方案中，使用固体化学片剂(72)来将化学试剂引入到再循环系统(50)中。可以调节用于引入固体化学片剂的系统，以使要引入的金属盐化合物的量可以根据污水中磷的水平而增大或减小。
在一个实施方案中，如图1、3和4a中所示，用于引入固体化学试剂的装置是片剂加料器(70)。在该实施方案中，含有化学试剂的片剂(72)储存在片剂加料器内，底部片剂安置在片剂加料器(70)的片剂横档(74)上。如图4a中所示，污水进入片剂加料器室(76)，并围绕片剂流动来缓慢地溶解该片剂。该片剂中存在的化学试剂释放到再循环系统中存在的污水中。
为了有助于化学试剂混合遍布再循环系统中存在的污水，已经令人惊奇地发现，采用一些形式的混合装置如具有挡板(59)的静态混合物(58)来在再循环系统中制造污水的湍流是有用的，如图4a和4b中所示。本质上，该具有挡板的静态混合器(58)增大化学试剂与再循环系统中的污水之间的界面，由此增加该化学试剂在使磷化合物络合中的有效性。
还优选存在位于再循环系统中静态混合器(58)之后的再循环系统磷传感器(56)，来检测再循环系统中存在的化学试剂的水平，如图4b中所示。当该化学试剂的水平下降时，这指示了应当通过片剂加料器(70)来添加另外的化学试剂片剂。
虽然在一个实施方案中，图1显示了存在位于朝向再循环系统中间的片剂加料器(70)、静态混合器(58)和再循环系统磷传感器(56)，但是这些部件也可以位于再循环系统内的任何位置，包括再循环系统的排放口附近，如图3中所示。再循环系统内的位置不特别重要，通常关系到易于连接到污水处理系统(10)内的片剂加料器(70)。
在如图5、6和8中所示的替代实施方案中，不使用固体片剂加料器(70)来将化学试剂引入到再循环系统中，替代实施方案是使用液体加料器(80)来将化学试剂引入到再循环系统中。图5显示了再循环系统的中间附近的再循环系统液体加料器开口(54)，而图6显示了再循环系统的排放口附近的再循环系统液体加料器开口(54)。
液体加料器的具体部件取决于要添加的化学试剂和系统使用者的需要。在一个实施方案中，如图7a中所示，液体加料器(80)包括储存容器(82)，其储存液体化学试剂(83)。吸入管(84)从储存容器(82)中抽出液体化学试剂(83)，以通过再循环系统加料器开口(54)注入到再循环系统中。可以将常规装置用于该吸入程序，如蠕动泵、电池和计时器(85)，其使液体化学试剂(83)穿过排放管(86)来引入到再循环系统中。可以使用常规动力系统来操作系统，以引入液体化学试剂。在一个实施方案中，使用太阳能电池板(87)来产生用于其操作所需的电力。并且，储存容器(82)包括再注入通道(88)来根据需要引入另外的液体化学试剂。储存容器(82)内还可以存在传感器(未示出)，来检测储存容器中存在的液体化学试剂的水平。
液体化学试剂通过再循环系统液体加料器开口(54)引入，如图5和7a中所示。如同片剂加料器系统，可以使用具有挡板(59)的静态混合器(58)来将液体化学试剂与再循环系统内存在的污水共混，如图7b中所示。而且，如图5、6和7b中所示，可以存在再循环系统磷传感器(56)来检测再循环系统中磷的水平，这有助于当液体化学试剂的水平下降时通知使用者。如同使用片剂加料器，再循环系统开口(54)、静态混合器(58)和再循环系统磷传感器(56)可以位于再循环系统上的任何位置，如再循环系统的中间，如图5中所示，或者在再循环系统的排放口附近，如图6中所示。
再循环管线(52)将经处理的污水送回到沉降室，在这里络合的磷化合物脱离污水，被合并到存在于沉降室底部的污泥中。污泥，包括络合的磷物质，被定期从沉降室除去。通过使用引入到再循环系统中的该磷络合化学试剂，将磷物质有效地从污水中除去，而无需单独的除磷系统。
在之前经处理的污水已经再循环到沉降室中之后，它与该室中存在的污水混合，以根据需要通过沉降室、厌氧室和需氧过滤介质室进一步处理。在处理系统的不同部分中处理之后，经处理的污水可以储存在污水处理系统中存在的已处理水储存室(60)中，然后排放。
最终，在已经过充分的污水处理之后，经处理的污水通过系统的出口(14)从系统中排放。各周期中排放的经处理的污水的最终量可以通过对系统进行调节来控制，如工业中已知的。
为了监测进入污水处理系统的磷化合物的水平，入口(12)附近优选存在入口磷传感器(16)。为了确定从系统中除去磷化合物的总体有效性，优选还在出口(14)附近利用出口磷传感器(18)。通过比较这些传感器显示的磷化合物的水平，可以评价和调整系统除去磷化合物的总体有效性。
在一个替代实施方案中，如图2和8中所示，二次污水处理系统(110)包括充当腐化池的沉降室(120)的入口(112)。该沉降室含有污泥传感器(124)，由此使用者可以监测沉降室内污泥的水平。来自该沉降室的污水然后流到独立泵室(126)，并被泵至二次处理系统如砾石过滤器(130)。该砾石过滤器根据需要布置为需氧的或厌氧的系统或者二者。在通过该二次处理系统处理之后，经处理的污水的某部分或全部穿过再循环系统(150)，在这里它通过固体或液体加料器系统来触及，如上所述。例如，在一个实施方案中，如图2中所示，将片剂加料器(170)与静态混合器(158)和磷传感器(156)一起引入具有污水的再循环系统，该污水经过用由片剂加料器(170)的片剂提供的化学试剂处理。经处理的污水然后流回到沉降室以进一步处理。通过二次处理系统进一步处理之后，该经处理的污水的某部分可以通过出口(114)排放，剩余部分再次穿过再循环系统。磷传感器(116，118)可以存在于入口(112)和出口(114)各自的附近，来将进入系统(110)的磷的水平与处理后的水平进行比较。根据磷水平的差别，可以调整化学试剂的分配量。
在一个替代实施方案中，如图8中所示，利用如上所述的液体加料器系统(180)作为用于处理穿过再循环系统的流出物的系统。离开系统之后，经处理的污水可以根据用户的需要，排放到环境中，或者转移用于进一步处理。在一个优选的实施方案中，经处理的污水流至土壤吸附场以对经处理的污水进行最后处置。
可选地，一些系统还包括在污水处理系统之前使用常规的腐化池。
并且，可以依次采用二次污水处理系统来在最后排放到环境中之前进一步处理污水。现场分散式污水处理系统所采用的二次污水处理系统中，包括填料床过滤器、再循环砂滤器、砾石过滤器(优选砾石过滤器)、需氧处理系统或厌氧处理系统。
可以利用其他方法和沉降室和二次和三次处理系统的其他布置来处理污水。
本领域的技术人员公知，本文公开的实施方案的替代技术方案(其是可预见的替代)也被本公开覆盖。前述公开不意在解读为限制实施方案，或者以其他方式排除这样的其他实施方案、改编、变化、修改和等价布置。
部件列表
10-污水处理系统
12-入口
14-出口
16-入口磷传感器
18-出口磷传感器
20-沉降室
22-污泥
30-厌氧处理室
40-需氧处理室
50-再循环系统
52-再循环管线
54-再循环系统液体加料器开口
56-再循环系统磷传感器
58-静态混合器
59-挡板
60-已处理水储存室
70-片剂加料器
72-片剂
74-片剂横档
76-片剂加料器室
80-液体加料器
82-储存容器
83-液体化学试剂
84-吸入管
85-蠕动泵、电池和计时器
86-排放管
87-太阳能电池板
88-再注入通道
110-二次污水处理系统
112-入口
114-出口
116-磷传感器
118-磷传感器
120-独立沉降室
124-污泥传感器
126-独立泵室
130-砾石过滤器
150-再循环系统
156-再循环系统磷传感器
158-静态混合器
170-片剂加料器
180-液体加料器

Claims (20)

1.用于处理含磷污水的现场分散式污水处理系统，其包含：
入口，其用于接收该污水，
沉降室，其用于从该入口接收污水，
厌氧处理系统和/或需氧处理系统，其用于接收和处理污水，
再循环系统，其将经处理的污水再循环回到该沉降室，
用于将化学试剂引入到该再循环系统的系统，其用于处理该污水中存在的含磷化合物，和
出口，以将经处理的污水从该污水处理系统排放。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其中用于将化学试剂引入到该再循环系统的系统选自：文丘里装置、液体泵、虹吸或重力滴落结构和用于容纳固体片剂或者含有金属或金属盐的其他固体的结构。
3.根据权利要求1所述的再循环系统，其中用于使该含磷化合物络合的该化学试剂选自铵化合物、铁化合物、铝化合物和钙化合物。
4.根据权利要求1所述的污水处理系统，其中该化学试剂包含在含有含金属或金属盐的化合物的可溶解片剂中，该金属选自铝、铁和钙。
5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其中用于将化学试剂引入到该再循环系统的系统包含用于容纳固体化学试剂片剂的片剂加料器。
6.根据权利要求5所述的污水处理系统，其进一步在该再循环系统中包含静态混合器，该静态混合器包含湍流区，用于来自该片剂的该化学试剂与该污水的共混。
7.根据权利要求6所述的污水处理系统，其进一步包含存在于该静态混合器中的挡板。
8.根据权利要求5所述的污水处理系统，其中该再循环系统进一步包含传感器，用于检测该再循环系统内该污水中存在的含磷化合物的水平。
9.根据权利要求1所述的污水处理系统，其进一步包含传感器，用于检测通过该出口排放之前该污水中含磷化合物的水平。
10.根据权利要求1所述的污水处理系统，其中用于将化学试剂引入到该再循环系统的系统包含含有溶解在液体中的该化学试剂的液体加料器，其中该液体加料器将溶解在该液体中的所述化学试剂从储存容器输送到该再循环系统中。
11.根据权利要求10所述的污水处理系统，其进一步包含静态混合器，该静态混合器包含湍流区，用于来自该液体加料器的溶解在该液体中的化学试剂与来自该再循环系统的污水的共混。
12.根据权利要求11所述的污水处理系统，其进一步包含存在于该静态混合器中的挡板。
13.根据权利要求10所述的污水处理系统，其中该再循环系统进一步包含传感器，用于检测该再循环系统中的该污水中存在的含磷化合物的水平。
14.用于在现场污水处理系统中处理含磷污水的方法，其包括：
将污水引入到该污水处理系统的入口，
将该污水从该入口送至沉降室以从该污水中除去污泥和浮渣，
将污水从该沉降室引入到厌氧和/或需氧污水处理室中，和
将污水通过再循环系统再循环回到该沉降室，
其中将用于使该污水中存在的含磷化合物络合的化学试剂引入到该再循环系统中的该污水中，然后再将该污水引入到该沉降室中，和
将经处理的污水通过该污水处理系统的出口排放。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过将该再循环系统中存在的污水通过容纳含有化学试剂的固体片剂的片剂加料器，来将该化学试剂引入到所述污水中，以用于处理该污水中存在的含磷化合物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中通过将该化学试剂以液体形式从液体加料器引入，来将该化学试剂引入到该再循环系统中存在的污水中。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括在将该化学试剂通过含有挡板的静态混合器引入之后，将该污水送入该再循环系统，该挡板在该再循环系统中制造该污水的湍流。
18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过使用传感器来检测该再循环系统中存在的含磷化合物的水平。
19.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括在将该化学试剂通过含有挡板的静态混合器引入之后，将该污水送入该再循环系统，该挡板在该再循环系统中制造该污水的湍流。
20.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括通过使用传感器来检测该再循环系统中存在的含磷化合物的水平。
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