CN112020479A - 序批式反应器系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用序批式反应器处理废水的方法。该方法包括确定废水的预期流量，以及响应于该预期流量以连续流动模式独立地操作一个或更多个反应器。还公开了序批式反应器系统。该系统包括多个并行操作的反应器、加载子系统、测量子系统和控制器。控制器可以被配置成响应于预期流量以间歇流动模式或以连续流动模式独立地操作每个反应器。还公开了改造现有的序批式反应器系统的方法和用序批式反应器系统促进废水的处理的方法。

Description

序批式反应器系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2018年4月24日提交的、标题为“SBR System”的美国专利申请第62/661,946号的权益，该美国专利申请为了所有目的通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本文公开的方面和实施方案涉及用于处理废水的系统和方法。

概述

根据一个方面，提供了一种用序批式反应器系统(sequencing batch reactorsystem)处理废水的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的多个反应器。该方法可以包括以间歇流动模式操作多个反应器。该方法可以包括确定对于第一时间段在反应器的入口处的废水的预期流量(anticipated flow rate)大于由反应器的设计水力加载速率(hydraulic loading rate)所容许的流量。该方法可以包括将一个或更多个反应器选择为处于能够以连续流动模式接收废水的状态。该方法可以包括以连续流动模式操作所选择的一个或更多个反应器，使得在第二时间段之后，多个反应器全部以连续流动模式操作。

在一些实施方案中，连续流动模式可以与与间歇流动模式相关联的水力加载速率的约25％至约50％的水力加载速率相关联。

该方法可以包括基于反应器的当前循环周期(current cycle period)来选择一个或更多个反应器。该方法可以包括当当前循环周期是填充、倾析和闲置中的一种时，选择一个或更多个反应器。

该方法可以包括测量用于每个反应器的一个或更多个参数，所述参数选自可用填充体积、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率。该方法可以包括响应于所测量的反应器参数来选择一个或更多个反应器。

在某些实施方案中，在多个反应器全部以连续流动模式操作之后，该方法还可以包括确定对于第三时间段在反应器的入口处的废水的预期流量在由反应器的设计水力加载速率所容许的流量内。该方法可以包括将一个或更多个反应器选择为处于能够以间歇流动模式接收废水的状态。该方法可以包括以间歇流动模式操作所选择的一个或更多个反应器，使得在第四时间段之后，多个反应器全部以间歇流动模式操作。

在一些实施方案中，连续流动模式可以包括在连续流动模式开始时的转换期，所述转换期包括反应循环周期和沉降循环周期。转换期的时间量可以足以使有效量的污染物沉降。预期流量可以是在转换期的时间量之后预计的流量。

在一些实施方案中，在连续流动模式期间可以将有效量的曝气(aeration)引入到一个或更多个反应器中。

该方法可以包括确定选自预期的降雨量、实际的降雨量、预期的污水流量(expected sewerage flow rate)和实际的污水流量的至少一个流量参数。该方法可以包括响应于至少一个流量参数来确定预期的流量。在一些实施方案中，可以响应于预测的天气事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定预期的降雨量。在一些实施方案中，可以响应于预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定预期的污水流量。

根据另一个方面，提供了一种序批式反应器系统。该系统可以包括并行布置的多个反应器，所述反应器中的每一个具有入口和出口，所述入口可流体地连接至废水源。该系统可以包括加载子系统，所述加载子系统被配置成控制废水通过入口进入每个反应器中的水力加载速率。该系统可以包括测量子系统，所述测量子系统被配置成测量每个反应器的参数，并且传输对应于所测量的参数的输入信号。该系统可以包括控制器，所述控制器被可操作地连接至加载子系统和测量子系统。在一些实施方案中，控制器可以被配置成接收和分析所述输入信号并且确定每个反应器的状态。控制器还可以被配置成将输出信号传输至加载子系统，所述加载子系统被配置成分析输出信号，以响应于每个反应器的状态和废水的预期流量，以间歇流动模式或以连续流动模式独立地操作每个反应器。

根据某些实施方案，控制器可以被配置成响应于废水的预期流量大于多个反应器的设计水力加载速率并且一个或更多个反应器处于能够以连续流动模式接收废水的状态，来传输所述输出信号以使一个或更多个反应器以连续流动模式操作。

控制器可以被配置成响应于选自预期的降雨量、实际的降雨量、预期的污水流量和实际的污水流量的至少一个流量参数来确定预期流量。在一些实施方案中，控制器可以被可操作地连接至雨水传感器，所述雨水传感器被配置成将实际降雨量的测量值传输至控制器。控制器可以被配置成响应于预测的天气事件、预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定预期流量。控制器可以是可编程的，以识别按预定计划的(on a schedule)预期流量的趋势并且响应于所识别的趋势传输输出信号。

根据某些实施方案，测量子系统可以包括流量计、压力传感器、氧化还原电位传感器、溶解氧传感器和液位传感器中的一种或更多种。控制器可以被配置成基于可用填充体积、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率中的至少一个来确定每个反应器的状态。

该系统还可以包括均衡罐(equalization tank)，所述均衡罐具有流体地连接至每个反应器的出口的入口。

该系统还可以包括至少一个缓冲罐(surge tank)，所述缓冲罐具有可流体地连接至废水源的入口和流体地连接至每个反应器的入口的出口。

在一些实施方案中，每个反应器可以具有可流体地连接至氧气源的第二入口。控制器可以被配置成在连续流动模式期间引入有效量的曝气。

根据另一个方面，提供了一种改造序批式反应器系统的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的并且被配置成以间歇流动模式操作的多个反应器。该方法可以包括提供控制器，所述控制器被配置成响应于废水的预期流量大于多个反应器的设计水力加载速率并且一个或更多个反应器处于能够以连续流动模式接收废水的状态，来传输输出信号以使一个或更多个反应器以连续流动模式操作。该方法可以包括将控制器可操作地连接至序批式反应器系统的加载子系统，所述加载子系统被配置成独立地控制进入每个反应器中的废水的水力加载速率。

在某些实施方案中，该方法可以包括将控制器可操作地连接至序批式反应器系统的测量子系统，所述测量子系统被配置成测量每个反应器的参数，并且将第一输入信号传输至控制器以确定每个反应器的状态。

该方法还可以包括将控制器可操作地连接至预期流量分析器，所述预期流量分析器被配置成将第二输入信号传输至控制器以确定预期的流量。

在一些实施方案中，将控制器可操作地连接至加载子系统包括将控制器可操作地连接至每个反应器的输入阀和输出阀。控制器可以被配置成响应于第一输入信号独立地控制进入每个反应器中的废水的加载速率和从每个反应器离开的水的倾析速率，其中所述参数是工艺水组成。

根据又一个方面，提供了一种用序批式反应器系统促进废水的处理的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的并且被配置成以间歇流动模式操作的多个反应器。该方法可以包括提供序批式反应器系统。该方法可以包括提供控制器，所述控制器被配置成以间歇流动模式操作多个反应器；确定对于第一时间段在反应器的入口处的废水的预期流量大于由反应器的设计水力加载速率所容许的流量；将一个或更多个反应器选择为处于能够以连续流动模式接收废水的状态；以及以连续流动模式操作所选择的一个或更多个反应器，使得在第二时间段之后，所述多个反应器全部以连续流动模式操作。该方法可以包括将控制器可操作地连接至序批式反应器系统，以确定每个反应器的状态并且独立地控制进入每个反应器中的废水的水力加载速率。该方法可以包括将序批式反应器系统的入口流体地连接至废水源。该方法可以包括指示使用者操作序批式反应器系统来处理废水。

根据某些实施方案，该方法还可以包括提供被配置成确定预期流量的预期流量分析器，以及将控制器可操作地连接至预期流量分析器。

本公开内容预期前述方面和/或实施方案中的任何一个或更多个的所有组合，以及与详细描述中阐述的任何一个或更多个实施方案和任何实例的组合。

附图简述

附图并不意图是按比例绘制。在附图中，在各个图中图示出的每个相同的部件或近似相同的部件由类似的数字表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：

图1是根据一个或更多个实施方案的废水处理系统的俯视图；

图2是图1的废水处理系统的剖视图；

图3是沿着图1的剖面线3-3截取的横截面侧视图；

图4是示出了根据一个或更多个实施方案的可以由控制器实现的控制方案的流程图；以及

图5是对于间歇流动模式反应器和连续流动模式反应器的所容许的水力加载速率的图。

详细描述

典型地，来自市政来源和工业来源的废水流包含废物，例如固体以及可溶和不可溶的有机材料和无机材料。这些废水流在它们进入环境之前需要净化以满足法规要求。在废水处理系统中的净化通常包括预处理、初级处理和次级处理。预处理可以涉及均衡(equalization)、中和以及不溶性有机污染物去除。初级处理可以涉及筛选或沉淀系统以及去除细颗粒、中尺寸颗粒和大尺寸颗粒的其他方法。

在一些废水处理系统中，次级处理涉及生物消化或生物处理。具体地，在常规的序批式流动处理系统中，生物废水处理系统通常使用带有细菌的生物质来消化可生物降解的材料。这些系统通常在存在细菌的情况下对废水进行曝气，并且随后在排放至环境中之前对液体进行澄清化。

本文公开的系统和方法可以被用于使用反应器或一系列反应器来处理废料。流入物可以通过控制微生物的代谢活性来处理，例如，通过监测生物质的氧气利用率或潜在氧气利用率，以便确定待供应给生物质的所需氧气的量。

在某些实施方案中，可以采用在间歇活化的污泥系统(batch-activated sludgesystem)中具有污泥膨胀控制(sludge-bulking control)的生物营养物去除系统。活化的污泥污水处理工艺可以被接收到第一区域中的污水处理池(sewage treating basin)中，在所述第一区域中，活化的污泥被混合并且被保留持续足以形成非膨胀污泥并且吸收可生物降解的溶解化合物的时间段。污泥可以被曝气并且经历静止条件，以允许污泥在具有小于原始污水的生化需氧量的约20％的区域中沉降。

在大多数情况下，这些系统可以被用于处理正常流动的进入的废水。然而，在进入的废水流(通常被称为流入物或流入物流)中的流动条件和污染物浓度的变化周期性地发生。在正常情况下，废水流量由于家庭用水和排放的普通波动而变化。然而，在许多情况下，暴风雨和排入废水收集系统中的其他潮湿天气事件产生高于正常的废水流量。例如，风暴潮(storm surge)可以与在40MGD和100MGD之间的废水流量相关联。常规的系统可能无法被装备成处理大于约50MGD的浪涌(surge)持续一段持续时间。虽然这些高流量的情况很少发生，每年有约10％至25％的时间，但废水处理设施必须灵活，并且能够容纳这样的溢流。

高流量情况的发生率可能每天、季节性地和/或因地理区域而变化。例如，一天中的某些时间或一年中的某些季节通常可能与高流量情况的较大的发生率相关联。发生率还可能取决于地理位置而变化，其中某些地区比其他地区更容易出现高流量情况。本文公开的系统和方法可以利用这些高流量模式来充分地响应于所估计的或所察觉的高流量情况。

响应于高流量的废水处理系统可以包括曝气反应器，该曝气反应器具有与澄清器串行连接的两个或更多个单元(cell)。当进入的废水的流量超过选定的水平时，进入的废水可以流入到第二单元中，直到浪涌已经消退。本文公开的系统可以包括定位在序批式反应器上游的缓冲罐。

本文公开的用于生物处理废水的系统可以在水力地串行连接的至少两个处理单元中具有修改的活化污泥工艺。第一单元可以是用于进入的未处理的废水的进料单元，并且最后单元可以是用于悬浮的固体的沉降的排放单元。最后单元可以具有被配置成将混合液悬浮固体和部分处理的废水传输回到在前的处理单元的元件。公开了方法，其包括将废水进料通过多个水力串行连接的处理单元，在至少一个单元中曝气，从至少一个处理排放单元中沉降悬浮的固体，以及将混合液悬浮固体传输回到至少一个先前的单元。

本文公开的系统和方法可以包括序批式反应器的处理，其中可以对超过预先选择的最小量的量的废水按比例进行曝气。例如，序批式反应器可以具有按体积控制的抽取部(volumetrically controlled withdrawals)。暴风雨控制程序可以用于根据速率的大小缩短循环时间。

先前描述的一些系统不同于常规的序批式流动处理系统，并且因此与常规的序批式流动处理系统相比，可能需要大量的资本成本。

根据某些实施方案，本文公开的系统和方法可以涉及具有如在美国专利第6,383,389号中所描述的流量控制的废水处理系统，该美国专利出于所有目的通过引用以其整体并入本文。废水处理系统可以包括流体地连接至流入物系统的废水处理设备，并且具有泵和阀。废水处理系统还可以包括控制泵和阀中的一个的调节设备，并且包括控制器和用于提供输入信号的输入设备。控制器可以分析输入信号并且产生输出信号，该输出信号被配置成用于间歇流动模式和连续流动模式中的一种。

本文公开的系统和方法可以包括用于调节废水处理系统的控制器。控制器可以被可操作地连接至废水处理系统中的用于接收输入信号的传感器。控制器还可以包括微处理器，该微处理器用于根据逻辑程序代码接收和分析输入信号并且产生对应于间歇流动模式和连续流动模式中的一种的输出信号。控制器还可以被可操作地连接至输出设备，该输出设备用于传输输出信号并且致动阀以间歇流动模式和连续流动模式中的一种调节废水系统中的流量。

在另一个实施方案中，用于处理废水流的方法可以包括将废水流引入到废水处理系统中并且测量参数。该方法还可以包括根据所测量的参数以间歇流动模式和连续流动模式中的一种来控制废水处理系统。

在又一个实施方案中，用于控制废水处理系统的方法可以包括将废水流引入到废水处理系统中，并且传输对应于废水处理系统中的操作条件的工艺信号。该方法还可以包括分析工艺信号，并且根据一组预定的条件来提供对应于间歇流动操作模式和连续流动操作模式中的一种的输出信号。该方法还可以包括基于输出信号来致动阀。

还公开了一种用于控制废水处理系统的方法，该方法包括传输来自废水处理系统的工艺信号。该方法还可以包括在操作期间以间歇流动模式对废水处理系统的处理时段进行排序，以及在修改的操作(revised operation)期间以连续流动模式对废水处理系统的处理时段进行排序。在该实施方案中，所述修改的操作可以响应于较大的预期流量来致动。特别地，所述修改的操作可以响应于大于由反应器所容许的流量的预期流量来致动。在一些实施方案中，预期的流量可以与风暴潮相关联。

本文公开的废水处理系统可以是使用生物质来消化或降解流入物流中的可生物降解的材料的需氧生物处理系统。此外，废水处理系统可以包括至少一个控制器，用于控制具有相关联的管道和泵送部件的至少一个反应器。

在操作中，处理系统通常在包括一系列步骤或时段的处理循环中净化流入物。这些处理步骤可以根据许多因素而变化，所述因素包括例如流入物流量、污染物浓度和类型、生物质浓度和多样性(diversity)或类型、环境温度、空气流量(air flow)、可用反应器的数目以及其他条件，例如下游容量和可用性。

如本文中所使用的，“流入物”定义了来自市政来源或工业来源的“废水”流，其具有流入废水处理系统的污染物或“可生物降解的材料”，能够被细菌分解的无机化合物或有机化合物。“废水处理设备”是具有“生物质”的系统，通常是生物处理系统，所述生物质是用于消化可生物降解的材料的细菌微生物群体或多种类型的细菌。值得注意地，生物质需要提供包括营养物的适当的用于生长条件的环境。

“消化”指的是生物降解过程，其中生物质消耗可生物降解的材料，并且将可生物降解的材料还原成(reduce)固体材料，该固体材料可以通过重力沉淀或沉降成污泥而絮凝并去除。例如，在生物降解过程中，细菌可以使用酶以将复杂的有机化合物例如碳水化合物水解或分解成简单的有机分子，例如二氧化碳和水。在消化期间，细菌还可以繁殖，这导致另外的生物质。沉降过程还可以在沉降的污泥层上产生基本上透明的液体层。值得注意地，污泥可以包含消化的无机材料和有机材料以及生物质。

此外，消化可以在有氧条件下进行，其中生物质和废水液体与氧气混合。可选择地，消化可以在“缺氧”或厌氧条件下进行，其中氧气或空气未被添加至反应器中。后者被用于促进诸如硝酸盐的含氮化合物的生物降解。

在使用中，废水处理系统主要作为间歇流动处理系统操作和净化，该间歇流动处理系统通常具有至少一个间歇式反应器(BRT)或序批式反应器(SBR)。在高流量发生期间，废水处理系统可以作为连续流入物流动处理系统操作和净化，该连续流入物流动处理系统通常作为连续流动间歇式反应器(CFBRT)。

间歇流动操作模式通常包括填充、反应或曝气、沉降、倾析和闲置的循环。连续流动操作模式通常包括在曝气、混合、沉降和倾析中的至少一种时的填充。当废水处理系统以间歇流动模式操作或处理废水时，废水处理系统中的反应器在排放之前对反应器中包含的分批量的流入物执行处理步骤或处理时段。相比之下，当废水处理系统以连续流动模式操作时，流入物的连续流进入反应器，同时反应器循环通过处理步骤。

专门以间歇流动模式操作的系统的一个缺点是处理增加的流入物流量的能力。间歇流动系统通常与雨水排放口(storm water drain)具有连接。当暴风雨事件发生时，废物处理设施的流量可以急剧增加。该增加通常可以是正常流入物流量的2至5倍。如果处理系统不能处理增加的流量，则多余的流量通常未经处理就被排放至环境中。这是不期望的情况。本文公开的系统和方法涉及能够响应于高流量事件来调整系统的操作参数的序批式反应器系统。特别地，该系统和方法可以能够响应于预期的高流量事件来调整操作参数，在增加的流量到达处理系统之前有足够的时间来完成转换周期(transition cycle)。增加的流量事件可能与降雨或增加的污水流量相关联。

如本文所公开的，连续流动模式可以与与间歇流动模式相关联的水力加载速率的在约25％和约50％之间的水力加载速率相关联。在连续流动模式期间，废水可以在所有以连续模式同时操作的反应器中被驱散。对于具有在2个和4个之间的以连续流动模式操作的反应器的系统，废水到每个反应器的水力流量可以分别减少到常规间歇模式反应器流量的约50％、约33％或约25％。因此，以连续流动模式操作的反应器可以能够处理高流量事件。

根据某些实施方案，控制器可以调节废水处理系统，监测废水流量，监测反应器的至少一个参数，以及确定操作模式。在某些实施方案中，控制器可以确定是否将废水处理系统的操作从间歇流动模式切换至连续流动模式以及任选地回到间歇流动模式。在某些实施方案中，公开了以最小的显著资本支出来修改或改造现有的间歇流动处理系统的方法。这些方法可以为其中这样的现有系统具有不足的处理能力的情况提供成本有效的升级解决方案。

先前的系统被装备成响应于在入口处或在系统内的所测量的流量而从间歇流动模式切换至连续流动模式。在低转换流量下，这样的设计在常规的短暂高流量时段期间例如在早晨高峰期间有激活的风险。在高转换流量下，这样的设计可能不允许系统有足够的容量或时间转换至连续流动模式而不排放未充分处理的水。为了提供充分的处理，该设计要求另外20％-30％的反应器容积，这与高成本相关并且使得改造现有系统具有挑战性并且昂贵。

本文公开的系统和方法涉及响应于在入口处或在系统内的预期流量而从间歇流动模式切换至连续流动模式。在某些实施方案中，该系统和方法将转换的激活分配给设备操作者(plant operator)，使得触发器仅在适当时被激活。在其他方法中，控制器可以并入学习到的控制(learned control)以确定预期的流量是否将需要转换至连续流动模式。

本文公开的系统和方法还并入了对每个反应器的独立控制。该方法可以采用逐个反应器的转换判定(reactor-by-reactor transition decision)，该转换判定解决了每个反应器中的独特条件，并且视情况而定和在适当的时候控制模式之间的转换。这些特征可以允许操作模式切换仅在预期增加的流量事件例如暴风雨时被激活。一个好处是，因此可以在流入物流量仍然相对低并且反应器具有增加其备用容量的时间时，提早开始转换。该转换还可以不经常地进行，使得不丧失间歇模式操作的工艺优势。本文公开的系统和方法可以另外减少或消除由于废水的突然流入而排放未充分处理的水的发生率。

根据某些实施方案，废水处理系统10在图1中示出，其中反应器12和具有泵14的泵送系统连接至管道歧管16。在图1中示出了两个反应器，然而，本文公开的系统可以包括更多的反应器。系统可以包括例如2个、3个、4个、5个或6个反应器。废水处理系统10可以是序批式反应器系统。在一些实施方案中，每个反应器可以包括位于反应器的满容量液位(fullcapacity liquid level)附近的紧急浮动开关(emergency float switch)。例如，反应器可以具有位于离反应器的顶部约1英尺处的紧急浮动开关。反应器可以具有位于大体上对应于约95％填充体积、约90％填充体积、约85％填充体积或约80％填充体积的高度处的紧急浮动开关。控制器可以被配置成响应于到达紧急浮动开关的流入物流量而关闭流入物阀。

图1示出了与倾析系统18、具有导管20的曝气系统、空气源22、分配结构24和污泥导管26相关联的每个反应器。反应器可以是与废水源28(如图2中所示)可流体连接的。例如，来自市政来源或工业来源的废水通过管道歧管16和位于反应器12的底部附近的分配导管30(在图2中示出)通过填充系统流入反应器中。在图2的剖视图中，管道歧管16包括用于节流和调节流入物流量的至少一个流入物阀32、流体地连接至阀32和分配导管30的导管34和36。填充系统可以包括至少一个挡板壁(baffle wall)以驱散任何入口湍流。流入物阀32可以提供流量控制以减少或防止回流。例如，流入物阀32可以是止回阀。在一些实施方案中，管道歧管16可以包括泵或流量计以提供流量控制。泵或流量计可以被配置成相等地或基本上相等地控制到每个罐的流入物流量。

如图3的截面图中所示，分配导管30通过下降管(downcomer)或上升管(riser)38连接至废水源28。每个分配导管30可以具有沿其长度间隔开的多个孔40，流入物通过这些孔40进入反应器12并且与液体42结合。

在另一个实施方案中，流入物系统可以包括至少一个挡板壁。此外，流入物系统可以包括具有至少一个挡板壁的分配系统，该挡板壁允许流入物进入反应器12而基本上不干扰液体42或至少防止液体42中破坏缺氧条件的任何显著湍流。例如，湍流的防止可以在连续流动模式期间被采用。在某些实施方案中，分配系统可以包括流体地连接至多个反应器的集管(header)。分配系统可以包括流体地连接至多个反应器的分流器(flow splitter)。集管或分流器可以包括挡板壁，并且被配置成将流入物相等地分配至反应器和/或防止从反应器的回流。集管或分流器可以被配置成防止流入物排放到倾析器中。在实践中，流入的废水可以向上流动并越过反应器壁，并且流入挡板中。

本文公开的废水处理系统还可以具有向液体42供应空气或氧气的曝气系统。如图1中所示，曝气系统可以具有至少一个通过导管20连接到至少一个空气源22的分配结构24。此外，如图2中所示，分配结构24具有许多围绕其周边定位的喷嘴44，空气穿过该喷嘴44并且接触液体42。

通过以足以产生湍流并实现液体42的混合的速率引入空气或液体，曝气系统可以被用作混合系统。因此，在一个实施方案中，空气从空气源22经过分配结构24的喷嘴44以促进液体42混合的速率进入反应器12。在另一个实施方案中，液体42的混合可以通过以下来实现：沿着导管30通过例如孔40抽取液体42的至少一部分，并且通过分配结构24的喷嘴44以足以产生液体42的湍流和混合的速率引入液体42的所抽取的部分。

如图2中所示，泵送系统通常包括流体地连接至歧管16的至少一个泵14，以循环、传输或移动流体。在图2的实施方案中特别图示的，泵14通过阀48、50、52、54和56连接至歧管16的导管26、34和46。歧管16中的另外的连接可以包括：导管60，其将阀50下游的导管46连接至泵14和阀48之间的导管34；以及导管62，其将阀48和导管36之间的导管34连接至阀56之前的导管26。歧管16中的其他类似的连接可以被包括，以提供废水处理系统的灵活操作和控制。例如，可以向其他反应器提供另外的连接，使得流体可以从一个反应器被传输至另一个反应器。

在另一个实施方案中，废水处理系统还包括污泥去除或抽取系统，该污泥去除或抽取系统用于将在反应器的底部附近收集的污泥或固体抽取或去除到污泥处理设施64。例如，参照图2中图示的实施方案，导管34通过阀48将分配导管30连接至泵14的入口或吸入侧。并且，导管26和46通过阀56将泵排放口(pump discharge)连接至污泥处理系统64。以这种方式，泵送系统可以与适当的阀对准一起操作，以从反应器12中去除污泥。

在又一个实施方案中，废水处理系统可以包括至少一个倾析系统18，该倾析系统18用于在液体42的顶部附近抽取基本上透明的层，并且排放至流出物处置部66。图1中所示的倾析系统18的实施方案包括在图2中标识的至少一个接收器设备68，其具有至少一个漂浮设备70。漂浮设备70为倾析系统提供足够的浮力，使得接收器设备68保持在液体42的顶表面附近。通常，接收器设备68抽取基本上透明的液体层80，如图3中所示。在接收器设备中，作为流出物的液体流过导管72、74和76，并且通过流出物阀78排放至流出物处置部66。在操作中，倾析系统可以在没有泵送辅助(pumping assistance)的情况下传输液体42的顶层。

可选择地，倾析系统可以连接至管道歧管16和泵送系统。在这种布置中，泵14的吸入侧通过导管72、74和76中的至少一个连接至倾析系统。泵14的排放侧然后通过导管46和流出物阀78连接至流出物处置部66。因此，可以操作泵送系统以帮助倾析系统传输或移除液体42的顶层。

用于监督处理设施的控制器可以被用于最佳操作。控制器通常接收与废水处理系统中的每个反应器的工艺条件相关联的输入信号，并且确定和分析输入信号以控制反应器。控制器通常产生至少一个输出信号以引导、提供和实现这样的控制。在一个实施方案中，控制器确定预期的流量，将该预期的流量与与反应器的设计水力加载速率相关联的设定点进行比较，并且然后根据间歇流动模式或连续流动模式引导废水处理系统的操作。当选择一个或更多个反应器以在间歇流动模式和连续流动模式之间转换时，控制器可以另外确定反应器的状态。此外，控制器可以被配置成是足够灵活的和自适应的，以忽略处理系统中的瞬态或断续的操作条件。例如，控制器可以是足够自适应的以忽略流入物流量测量中的瞬态尖峰，该瞬态尖峰不需要立即改变操作模式。

反应器的设计水力加载速率可以指的是反应器为产生有效处理过的流出物可容许的最大水力加载速率。设计水力加载速率可以考虑废水进入反应器的流量和流出物离开反应器的流量。

如在图2中示出的系统包括控制器82，该控制器82可以是自动的，向加载子系统提供至少一个输出信号，该加载子系统通常包括至少一个输出设备或装置。例如，输出设备或装置可以选自阀32、48、50、52、54、56和78中的一个。加载子系统可以被配置成控制废水通过入口进入每个反应器中的水力加载速率。加载子系统可以被配置成控制反应器的加载和倾析。控制器82还可以向泵14和空气源38提供输出信号。在另一个实施方案中，控制器可以包括或被可操作地连接至无线电设备或其他类型的无线接口、对等输入和输出(peerinput and output)串行和/或并行端口(I/O端口)、内部实时时钟和能够描绘和/或打印或记录废水处理系统的操作状况的过程显示器(process display)中的至少一个。这些外围部件通常被包括以提供系统的灵活操作，并且可以提供后续的修改。

控制器可以以自动模式与一个或更多个反应器自动地操作，并且可以允许维护、设备故障或操作者控制。特别地，控制器可以被可操作地连接至操作者控制模块。操作者控制模块可以被用于传输关于预期的流量或反应器的状态的输入信号。在实践中，操作者控制模块可以是移动装置或其他电子装置，其向控制器发信号以在当前时间或在预定的未来时间在间歇模式和连续模式之间转换至少一个反应器。控制器另外可以向操作者控制模块传输一个或更多个输出信号，用于通知系统的状况。这样的实施方案可以允许从远程位置监测和控制系统。在某些实施方案中，控制器可以被配置成检测关键设备的故障，所述关键设备例如流入物阀、空气源、空气阀或倾析系统。在这样的情况期间，控制器可以通知操作者并且任选地自动地操作，以将故障的反应器或与故障的设备相关联的反应器从服务中移除，并且相应地提供警报或警告。

在某些实施方案中，该系统包括测量子系统，该测量子系统包括被可操作地连接至控制器82的至少一个输入设备84。测量子系统可以被配置成测量每个反应器的参数。在图2中图示的示例性的实施方案描绘了向控制器82提供输入信号的液位传感器或指示器。液位指示器通常传输对应于反应器12中液体42的高度或液位的4毫安至20毫安(mA)模拟信号。模数转换器(A/D转换器)可以将该传输的模拟信号转换成数字信号，并且将数字信号传输至控制器82。然而，其他类型的输入设备，例如流量计、压力传感器、组成分析器(composition analyzer)和温度指示器或开/关指示水平传感器，可以被连接以单独地或组合地向A/D转换器和控制器82中的一个提供类似的输入信号。例如，输入设备可以包括在导管36中的测量流入物流量的流量计、在导管76中的测量流出物流量的另一个流量计、在导管20中的测量空气流量的另一个流量计以及在导管76中的测量流出物的组成的组成分析器，例如色谱仪。在可选择的实施方案中，输入设备可以是小键盘(keypad)或其他人机界面，例如具有键盘和图形界面的计算机，其为处理设施的操作者提供监测、操作和控制处理系统的各个部件的能力。输入设备可以是如本文所描述的具有图形界面的操作者控制模块。例如，该界面可以显示每个反应器的处理循环中的特定步骤和处理系统中每个阀的状况以及经过的循环时间、经过的步骤时间(elapsed step time)以及甚至设定点。

来自控制器82的一个或更多个输出信号可以是引导阀32、48、50、52、54、56、78、泵14和空气源38中的至少一个的数字信号或模拟信号。可选择地，控制器82可以向数模转换器(D/A转换器)发送一个或更多个数字输出信号，以控制任何输出设备。例如，控制器82可以产生数字输出信号，该数字输出信号然后可以被D/A转换器转换成4mA至20mA的模拟信号或3lbf/in²至15lbf/in²的气动模拟信号。该模拟信号可以被发送至任何阀或阀致动器或控制中心，以使阀节流或给泵或空气源供能(energize)。值得注意地，控制器82和任何输入或输出设备之间的连接可以是通过导线，或者可以是无线的。在某些实施方案中，控制器82和任何输入或输出设备可以通过一个或更多个服务器和/或基于云的系统可操作地连接。

控制器82可以包括具有计算能力的至少一个微处理器例如PC、定时器/开关系统、可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)，至少一个存储元件，至少一个显示元件，人机界面，程序代码和设定点或要求，如本领域普通技术人员已知的。本文描述的程序代码或程序可以包括诸如梯形逻辑的逻辑元件，并且可以包括触发废水处理系统的操作变化的设定点。

废水处理系统还可以包括预期流量分析器或被可操作地连接至预期流量分析器。预期流量分析器可以被配置成测量可能对预期的流量具有影响的流量参数。根据某些实施方案，流量分析器可以包括流量计或雨水传感器。流量分析器可以被配置成将预期的流量信息传输至控制器。例如，雨水传感器可以被配置成将实际的降雨量信息传输至控制器。控制器可以接收实际降雨量的输入信号，并且确定废水的浪涌将很快到达废水处理系统。根据某些实施方案，雨水传感器可以是控制器，可以被配置成响应于大于约2英寸/小时的降雨量而从间歇流动模式转换至连续流动模式。在确定预期的流量时，控制器可以另外考虑预测的天气事件、预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间和地理位置中的一个或更多个。

废水处理系统可以另外或可选择地流体地连接至预处理子系统或后处理子系统。预处理子系统和后处理子系统可以利用本领域中常规已知的任何水处理方法。根据某些非限制性的实施方案，预处理子系统和/或后处理子系统可以包括以下中的一个或更多个：筛过滤器、膜过滤器、反渗透单元、离子交换单元、紫外线处理单元、氯定量给料单元(chlorine dosing unit)、砂过滤器以及初级处理单元或次级处理单元例如澄清器或沉降池。在序批式反应器系统中的处理之前，废水可以被处理以去除大块固体(bulk solid)。如本领域技术人员已知的，流出物可以被处理以产生任何期望品质的水，例如饮用水、去离子水或超纯水。废水处理系统可以另外流体地连接至反应器上游或下游的一个或更多个均衡罐。废水处理系统可以另外或可选择地流体地连接至反应器上游的一个或更多个缓冲罐。

在操作中，废水处理系统可以以间歇流动模式或以连续流动模式净化流入物。具体地，间歇流动操作模式分批处理流入物，使得每个反应器对分批量的废水进行处理步骤。相比之下，连续流动操作模式处理连续流动的废水流，使得反应器在进行处理步骤的同时，单独地、串行地或并行地连续地接收流入物。对废水处理系统的具体控制，包括以间歇流动模式或连续流动模式对废水处理系统中的反应器的具体控制，取决于若干因素，包括例如液位、流入物流量、污染物浓度、环境条件和流出物流量。

因此，根据某些方面，控制器82可以基于与预期的流量和时间段相关联的至少一个转换设定点来操作，使得在操作中，当预期的流量下降低于转换设定点时，控制器82以间歇流动模式对反应器进行排序。当预期的流量被确定为约为转换设定点或高于转换设定点持续预定的时间段时，控制器82根据若干因素独立地选择一个或更多个反应器以开始向连续流动模式的转换，所述因素包括例如在切换瞬间(switching instant)时的特定处理步骤。相反，当预期的流量被确定为下降低于转换设定点持续预定的时间段或者不再需要高流量(high flow capacity)的其他条件变得明显时，控制器82根据相同或相似的因素独立地选择一个或更多个反应器，以开始从连续流动模式向间歇流动模式的转换。可以考虑时间因素以避免假阳性设定点。也就是说，可以考虑时间因素以避免瞬态事件的转换。

控制器可以另外地或可选择地独立地为每个反应器选择水力加载速率，包括例如填充速率和/或倾析速率。水力加载速率可以与反应器中的可用填充体积成比例。在一些实施方案中，控制器可以独立地为每个反应器选择对应于废水流量和可用填充体积的填充速率。在一些实施方案中，控制器可以独立地为每个反应器选择对应于废水流量、可用填充体积和剩余的填充倾析时间(remaining filled decant time)的倾析速率。可以选择倾析速率，以便在剩余的填充倾析时间内满足期望的底部水位。

如所提及的，间歇流动模式可以包括处理步骤，例如，填充、曝气、混合、反应、静态沉降、倾析或闲置。这些间歇流动步骤的排序和持续时间可以通过编程的控制算法经由程序来改变，所述编程的控制算法包括例如模糊逻辑或人工智能。连续流动模式可以包括处理步骤，例如缺氧填充、曝气的填充(aerated fill)、填充的沉降(filled settle)和填充的倾析。如同间歇流动模式，这些连续流动步骤的排序和持续时间可以通过预编程的控制算法来改变，所述预编程的控制算法包括例如模糊逻辑或人工智能。此外，控制器可以基于一系列设定点进行操作，所述设定点对应于例如增量流入物条件，所述增量流入物条件在间歇流动模式或连续流动模式下触发每个处理步骤的逐步或连续的修改，使得一个或更多个处理步骤的持续时间可以根据例如流入物流量和流出的污染物浓度而相应地缩短或延长。

此外，控制器可以考虑控制或监督废水处理系统的部件或子系统的控制回路。具体地，单独的控制回路可以涉及比例控制、积分控制或微分控制中的任何一种或组合。这些控制回路可以独立于程序存在和操作，或者可以驻留在程序中。例如，控制器可以基于控制回路来操作，所述控制回路在间歇流动模式或连续流动模式中的每一种中控制每个反应器或每个阀、泵或者甚至步骤。这些单独的回路通常需要根据控制回路的性能、阀的性能和致动器的性能中的任何一种进行特定的协调或调整。

在确定预期的流量时，控制器可以实现编程的控制算法，包括例如模糊逻辑或人工智能。根据某些实施方案，控制器可以是可编程的，以识别按预定计划的预期流量的趋势。在确定预期的流量时，控制器可以考虑诸如预测的天气事件、预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间和地理位置的参数。控制器因此可以能够响应于所识别的趋势来操作废水处理系统。

测量子系统可以包括至少一个输入设备，例如传感器。根据某些实施方案，输入设备可以发送对应于反应器中液体42的液位的模拟输入信号或数字输入信号。A/D转换器根据预定的转换因素将该模拟信号改变成数字信号。控制器82接收输入信号并计算液位，并且同时将该液位与一个或更多个设定点进行比较。控制器82可以转换液位输入信号以确定可用的反应器体积。在一些实施方案中，控制器82可以通过至少一个I/O端口接收输入信号。

在间歇流动模式期间，如果例如液位处于或高于设定点(更特别地，如果可用的体积处于或低于设定点)，则控制器82可以终止该填充反应器的填充循环，并且将流入物流转向到下一个可用的反应器。具体地，控制器82发送输出信号，通常是对应于致动至少阀32的数字输出信号。该输出信号可以通过I/O端口被发送至D/A转换器。D/A转换器可以将数字输出信号改变成在12伏或24伏模拟电路中的4mA至20mA的电流，或者改变成3lbf/in²至15lbf/in²的气动致动信号(pneumatic actuation signal)。在该实例中，输出设备、阀或阀32的致动器接收模拟输出信号并且相应地做出反应。对于其他输出设备，类似的输出信号可以通过控制器82产生。在填充步骤结束时，控制器82可以为下一步骤准备好反应器。

在转换至连续流动模式期间，或者在接收到预期的流量高于设定点的指示时，控制器82可以从测量子系统接收对应于在一个或更多个反应器中的液体42的液位的输入信号。控制器82可以确定液位和可用体积，并且将这些值与一个或更多个设定点进行比较。如果液位处于或低于设定点(更特别地，如果可用体积处于或高于设定点)，则控制器82可以对于给定的反应器开始从间歇流动模式到连续流动模式的转换。控制器可以响应于为每个反应器进行的独立转换演算来独立地选择反应器用于转换。可以开始转换期，该转换期在那时为反应器内的液体42提供充分的处理。在转换期完成后，或者在对液体42的充分处理后，控制器82可以发送对应于至少一个流出物阀的输出信号，以开始连续流动模式处理。在选择一个或更多个反应器以转换为连续流动模式时，控制器82可以发送输出信号，以将废水基本上均匀地分配给所有转换为连续流动模式的反应器。

如果任何一个或更多个反应器具有处于或高于设定点的液位(更特别地，如果可用体积低于设定点)，则控制器82可以继续以间歇流动模式的处理，并且选择未来的时间点以重新评估给定反应器的液位。控制器82通常可以继续评估反应器向连续流动模式的转换，直到所有反应器都已经符合设定点并且被指示进行转换。值得注意地，控制器82或A/D转换器可以以预定的固定间隔或可变间隔进行采样或以其他方式确定液位。例如，液位可以每毫秒一次或每秒一次，或者仅在预定的填充时间已经经过之后进行采样或计算。以这种方式，控制器82可以被如此优化以减少其计算任务。

当选择反应器以在间歇流动模式和连续流动模式之间转换时，除了或代替填充水平，还可以考虑一种或更多种其他测量。例如，如先前所描述，控制器82可以从测量子系统中的任何输入设备接收输入信号。测量子系统可以包括流量计、压力传感器、氧化还原电位传感器和溶解氧传感器中的一种或更多种。控制器82可以考虑反应器填充水平和/或反应器可用体积，连同当前反应器处理循环、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率。如本文所描述的，反应器处理循环指的是间歇流动模式处理步骤。控制器82可以选择处于填充、倾析或闲置的当前处理循环周期的一个或更多个反应器。如本文所描述的，水力加载速率可以指的是反应器的填充流量和/或倾析流量。

在某些实施方案中，如在间歇流动模式的填充步骤中并且返回参照图1，流入物通常通过导管36、下降管38以及通过分配导管30的孔40流入到至少一个反应器中。在可选择的布置中，泵14抽取流入物并且将流入物驱动至分配导管30或分配结构24。参照图2，用于这样的流动配置的特定阀布置要求阀32、48和50打开，同时所有其他阀关闭。如所提及的，废水处理系统可以根据预定的或编程的指令来控制。在实施方案中，控制器82向阀或阀32、48和50的致动器发送至少一个输出信号，以打开这些阀或允许期望的流量通过这些阀。同时，控制器82还向阀或阀52、54、56和78的致动器发送输出信号，以关闭这些阀并且阻止流体流动。值得注意地，填充可以在液体中有或没有混合或湍流的情况下进行。特别地，缺氧填充通常可以被采用，使得操作促进流入物的分配而不破坏沉降的固体并且有助于控制生物质群体的多样性或选择性。

间歇流动模式中的另一个下一步骤可以包括在填充的反应器中混合液体。该步骤不一定需要在填充步骤之后，并且在一些循环中，可以与其他步骤重叠或者可以被排除。例如，该步骤可以与曝气步骤一起发生。该步骤可以包括通过分配导管30抽取一部分液体。在一个实施方案中，液体通过管道歧管16和分配结构24流入反应器中。在这样的配置中，例如，阀48和50打开，并且阀32、52、54、56和78关闭。因此，控制器82发送输出信号以允许期望的流量通过阀48和50并且到达控制中心以给泵14供能。控制器82还可以发送输出信号以关闭阀32、52、54、56和78。

间歇流动模式中的另一个步骤可以包括液体42的曝气以促进生物消化或降解。在曝气步骤中，氧气源可以为液体和生物质充氧，以促进生物活性和可生物降解的材料的消化。氧气源可以提供空气、氧气或臭氧。氧气源，例如空气源22，向分配结构24供应空气。空气通过喷嘴44离开分配结构24，并且接触液体42中的生物质。曝气通常向生物质提供氧气以促进生物活性，并且在一些情况下，可以促进液体和生物质的混合。曝气可以早在填充步骤的后一阶段开始，但不一定需要紧接着填充步骤。在另一个实施方案中，曝气可以继续污泥去除步骤或与污泥去除步骤重叠，使得从导管30抽取的液体与来自源22的空气混合。在另一个实施方案中，控制器82通过激活空气源22来调节曝气，使得空气变得被充分地加压，以克服由液体42施加在分配结构24上的水头压力(head pressure)，从而迫使空气通过喷嘴44流出和起泡。空气阀(未示出)也可以由控制器82控制，使得流过导管20的空气可以被调节。

在沉降步骤或间歇流动模式的静态沉降中，可以终止曝气，并且允许生物质、消化的材料和固体沉降。沉降步骤通常包括进入或离开反应器的最小液体流动或没有液体流动。沉降步骤通常使液体分层，使得固体在底部附近沉降，并且在沉降的固体上方形成接近液体42的顶部的基本上透明的层。

倾析步骤通过倾析系统从反应器中液体的上部部分抽取基本上透明的液体层80，或几乎不含固体的液体层。基本上透明的液体通过导管72、74和76流入到接收器设备68中，并且通过流出物阀78排放至流出物处置部66。如果泵送系统也连接至倾析系统，则泵14的吸入侧从接收器设备68并且经过导管72、74和76中的至少一个来接收流体。泵14的排放侧排放至流出物处置部66。在一些实施方案中，控制器82打开阀78和泵14中的至少一个，并且关闭阀32、48、50、52、54和56中的至少一个。

如同倾析步骤，间歇流动模式的污泥去除步骤通常但不是必须在沉降之后。值得注意地，污泥去除可以在沉降之后继续进入处理步骤，或者可以继续进行倾析步骤。在污泥去除步骤中，当泵14通过导管30的孔40吸入反应器的底部附近的污泥时，可以从反应器中抽取一定量的污泥，基本上是沉降的固体。泵14通过导管26将污泥排放至污泥处理部64。在一些实施方案中，控制器82产生输出信号以打开阀48和56并且关闭阀32、50、52和54。

间歇流动模式还可以包括闲置步骤，其中明显地所有系统保持闲置。通常，该步骤的持续时间根据流入物条件而变化，使得随着流入物速率增加，闲置时间减少。然而，该步骤不需要必须专门根据流入物条件而变化。例如，任何其他间歇流动模式步骤可以根据操作条件或如由操作者所确定的成比例地变化。

在连续流动模式开始时，反应器可以经历转换期。典型地，在从间歇流动模式向连续流动模式的转换期间，进行一个或更多个处理步骤来为连续流动模式操作准备反应器。例如，如果反应器部分地充满来自间歇流动模式的处理流体(treatment fluid)，则填充体积可能没有被充分地处理以用于排放。在倾析任何处理过的流体之前，反应器可以经历选自例如反应循环和沉降循环的一个或更多个处理步骤。反应循环可以包括混合步骤和曝气步骤中的一个或更多个。另外的处理步骤可以在反应器正在填充或闲置时但在倾析之前进行。根据某些实施方案，用于转换期处理步骤的时间可以对应于当前填充体积，类似于可变的时间周期。

在某些实施方案中，向连续流动模式的转换期可能花费约30分钟和90分钟之间。转换期可能花费例如约30分钟、约45分钟、约60分钟、约75分钟或约90分钟。转换期的时间可以取决于在转换时间的工艺水组成和反应器的填充体积。通常，转换期可以足以沉降有效量的污染物，使得在连续流动模式期间的操作产生充分处理过的流出物。在某些实施方案中，预期的流量可以是在转换期的时间量之后预期的流量。控制器82可以确定用于每个反应器的转换期的时间量，并且相应地开始转换，使得在转换期已经被完成后，预期的流量变成实际流量。

在转换期之后，控制器82可以监测如由输入设备84测量的流入物流量，并且通常根据对应的处理步骤对废水处理系统的阀和泵进行排序。具体地，如同间歇流动模式那样，控制器82可以在连续流动模式的每个步骤期间产生输出信号，以致动、节流或关闭任何阀、泵和空气源，以调节通过废水处理系统的流体。在连续流动模式中，废水处理系统可以包括在曝气时的填充(曝气的填充)、混合、沉降(填充的沉降)和倾析(填充的倾析)中的至少一种。曝气可以在连续流动模式期间以有效的量引入到一个或更多个反应器中以处理废水。通常，在连续流动模式期间的有效曝气量可以小于在间歇流动模式期间的曝气。另外，与连续流动模式相关联的降低的流量可以允许基本上同时的填充和倾析，同时保持充分的处理。特别地，在填充期间或在缺氧填充期间，其在填充的沉降和填充的倾析步骤期间可以继续，流入物可以流过管道歧管36并且通过导管30的孔40流出。在另一个实施方案中，控制器82可以致动阀(未示出)，这控制通过导管30的每个臂的流量以防止旁路的短路，其中没有发生或发生最小的流入物的消化，因为流入物几乎直接流入到倾析系统中。

曝气填充步骤允许生物消化。在填充期间的曝气可以从缺氧填充继续，直到液位达到最高液位。在那时，可以开始填充的沉降。在该步骤中，控制器82通常通过液位指示器84继续监测液体42的液位，同时控制和发送输出信号。另外，控制器82可以向空气源22或导管20中的空气阀(未示出)发送输出信号，以节流或调节通过分配结构24的气流。控制器82还可以发送输出信号以关闭阀48、50、52、54、56中的至少一个，并且使泵14断电。

填充的沉降步骤通常在曝气的填充步骤之后。填充的沉降步骤允许生物质固体在填充倾析步骤之前沉降，并且基本上类似于间歇流动模式的沉降步骤。具体而言，控制器82可以发送输出信号以关闭除流入物阀32之外的所有阀，所述流入物阀32可以被节流以降低流入物流量，以便最小化沉降过程的湍流和干扰。

填充的倾析步骤可以包括通过倾析系统抽取液体的上部部分。该步骤也类似于对应的间歇流动模式倾析步骤。因此，控制器82可以产生对应的输出信号以打开或关闭对应的阀，以允许去除液体42上方的基本上透明的液体。在其他实施方案中，连续流动模式还包括在填充期间的污泥去除步骤。该步骤通常但非必要地在填充的沉降步骤之后。该步骤也类似于对应的间歇流动模式污泥去除步骤，并且因此，控制器82将产生对应的输出信号以致动对应的阀，以允许污泥去除至污泥处理部64。

在连续流动模式和间歇流动模式之间的转换期期间，反应器可以如先前所描述的为间歇流动模式操作做准备，以转换至连续流动模式。典型地，在从连续流动模式向间歇流动模式的转换期间，进行一个或更多个处理步骤来为间歇流动模式操作准备反应器。向间歇流动模式的转换期通常可以比上文关于连续流动模式所描述的短。例如，向间歇流动模式的转换可能花费约10分钟和约60分钟之间。特别地，由于间歇流动模式的增加的流量，当选择一个或更多个反应器处于能够转换至间歇流动模式的状态时，控制器82可以考虑反应器的填充体积。当选择一个或更多个反应器处于能够转换至间歇流动模式的状态时，控制器82可以考虑处理步骤。例如，在一些实施方案中，控制器82可以转换当前处于填充的沉降步骤或填充的倾析步骤中的一个或更多个反应器。在开始间歇流动模式的填充步骤之前，可以倾析有效量的流出物。

根据一个方面，一个或更多个反应器可以以类似于本文描述的用于转换至连续流动模式的任何方法的方式，从间歇流动模式转换至修改的间歇流动模式。修改的间歇流动模式可以并入来自间歇流动模式的一个或更多个循环，同时操作基本上连续的流动模式。例如，该系统可以将废水基本上均匀地分配至以修改的分批模式操作的所有反应器。降低的流量可以允许曝气的填充和/或混合。沉降和倾析中的一种或更多种可以在没有填充的情况下进行，如在间歇流动模式中那样。修改的间歇操作可以避免通过多于一个反应器的同时倾析。修改的间歇模式可以容许较大的总流量，并且产生与间歇流动模式操作类似的品质的流出物。

图4是示出了可以由控制器82实现的控制方案的流程图。如图4中所示，废水处理通常以间歇流动模式操作。控制器82可以考虑输入信号以确定预期的流量是否在反应器的水力加载速率的容限(tolerance)内。控制器可以考虑选自预期的降雨量、实际的降雨量、预期的污水流量和实际的污水流量的流量参数以确定预期的流量。如果预期的流量在容限内，该系统继续以间歇流动模式操作。

如果控制器82确定预期的流量大于反应器的容限，则控制器82可以向一个或更多个反应器传输输出信号。控制器82可以考虑每个反应器是否独立地处于能够以连续流动模式接收废水的状态。为了确定反应器的状态，控制器82可以接收选自反应器的可用填充体积、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率的输入信号。控制器82可以另外地或可选择地考虑反应器的当前循环周期和/或当前循环周期的剩余时间。控制器82可以另外地考虑循环的类型，例如，固定的时间周期或可变的时间周期。如果控制器82确定反应器处于能够以连续流动模式接收废水的状态，则控制器82可以传输指示反应器转换至连续流动模式的输出信号。如果控制器82确定反应器不处于能够以连续流动模式接收废水的状态，则控制器82可以等待一段时间并且重新评估反应器。控制器82通常可以独立地对每个反应器进行确定，并且独立地转换每个反应器。

如先前所描述的，一旦反应器以连续流动模式操作，控制器82就可以周期性地重新评估预期的流量。如果预期的流量落在容限内，则控制器82可以将反应器转换至间歇流动模式。根据某些实施方案，如果预期的流量落在容限内，则控制器82可以独立地评估每个反应器，以确定反应器是否处于能够以间歇流动模式接收废水的状态，并且独立地转换每个反应器，如先前所描述的。如果预期的流量大于容限，则控制器82可以继续以连续流动模式操作系统。

当以任何流动模式操作时，本文公开的系统和方法可以采用固定的时间周期或可变的时间周期。固定的时间周期通常独立于反应器填充水平运行。例如，在低流入物流量时，可以使用完全操作时间(full operating time)。可变的时间周期通常与反应器填充水平一致地运行。在这样的实施方案中，循环操作时间可以被修改以对应于填充体积。例如，在低流入物流量时，一个或更多个操作循环可以运行持续对应于流入物流量和/或填充体积的一部分时间。在某些实施方案中，曝气的量可以类似地被修改以对应于填充体积。根据一个示例性的实施方案，间歇流动模式和转换期可以根据可变的时间周期操作，并且连续流动模式可以根据固定的时间周期操作。控制器可以被配置成接收用于流入物流量和/或填充体积的输入信号，并且传输用于循环操作时间的输出信号。

本文公开的方法可以另外包括提供系统的一个或更多个部件，并且任选地，使部件互连成可操作的，如先前所描述的。根据某些实施方案，改造现有的废水处理系统的方法可以包括提供控制器以操作该废水处理系统，如本文所公开的。改造的方法可以另外包括提供测量子系统的部件并且将该部件可操作地连接至控制器。在一些实施方案中，改造的方法可以包括提供部件以减少或防止在以连续流动模式操作时从一个或更多个反应器的回流。例如，改造的方法可以包括提供和/或安装被配置成如前所述减少或防止回流的止回阀、流量控制阀、流量计、入口泵、分配系统、集管、分流器和/或入口挡板中的一个或更多个。

促进废水的处理的方法可以另外包括提供废水处理系统。该方法还可以包括指示使用者操作废水处理系统来处理废水，如先前所描述的。

控制废水处理的方法可以包括将废水引入到废水处理系统中。所述方法可以包括分析用于每个反应器的操作条件并且传输多个输入信号，每个输入信号对应于多个反应器的操作条件。所述方法还可以包括确定预期的流量和传输对应于预期的流量的输入信号。所述方法可以包括分析对应于反应器操作条件的多个输入信号和对应于预期的流量的输入信号。所述方法还可以包括响应于输入信号的分析，提供对应于间歇流动模式和连续流动模式中的一种的输出信号。所述方法可以包括响应于输出信号将一个或更多个反应器转换至替代模式。本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且应当不被认为是限制性的。如本文中所使用的，术语“多个(plurality)”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，以及另外的项目。关于权利要求，仅过渡性措辞“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡性措辞。在权利要求中修饰权利要求要素的序数术语诸如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或者其中方法的行动被执行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但为了使用序数术语)的另一个要素以区分权利要求要素。

实施例

参考以下的实施例，实施方案可以被进一步理解。这些实施例意图用作说明并且不是限制性的。

简单化的操作控制

传统上，应理解，由于所涉及的工艺动力学(process kinetics)和水力学，间歇模式操作比连续填充系统产生更好的流出物品质、营养物去除和微生物的沉降，除了在暴风雨所典型的更高的流量时(例如，在22MGD和60MGD之间)。本文公开的系统允许间歇模式的系统在高流量下将模式切换至连续填充操作，然后当雨水消退时切换回到间歇模式。

然而，本文公开的系统并入了对每个反应器的独立控制。对特定输入的简单化工艺操作响应(即所有反应器在正常流量时以间歇模式操作并且对于高暴风雨流量完全切换至连续填充模式操作，然后在流量消退后再次返回)，将需要较大的罐容积。与专用的间歇系统相比，简单化的操作必然对整个间歇式反应器处理系统提出了显著的另外的体积容量的要求，以便避免工艺处理失败。

如在表1中总结的示例性的四反应器间歇式反应器系统以简单化的模型操作。

表1：市政废水处理系统设计标准

平均流量	11MGD
		峰值流量	44MGD
峰值瞬时流量	60MGD
		流入物BOD	234mg/l
流入物悬浮固体	234mg/l
		流出物悬浮固体	30mg/l
流入物磷	6.0mg/l
		废水温度	12℃-23℃

另外，该系统在以下条件下具有21小时的水力停留时间：1100万加仑的平均日流量(MGD)，9.6MG的反应器总容积，或每个反应器2.4MG，以及对于20英尺的壁高度，14英尺的底部水位，18英尺的顶部水深，和2英尺的出水高度(freeboard)(在顶部水位和反应器壁的顶部之间的距离)。每个罐包括紧急浮动开关，其位于19英尺处的壁顶部以下一英尺处。这是避免罐溢流的措施，如果浮子上升，则罐自动地打开流出物排放系统(倾析器)。

图5的图示出了对于4个反应器的间歇填充系统、2个反应器的间歇填充系统和连续填充系统的水力加载速率，即以平均设计速率的给定倍数流入到反应器中的流入废水的量，其以加仑每天每平方英尺反应器底板(reactor floor)的典型单位表示。该水力加载速率值给出了在水流入到反应器中和流过反应器时水的向上速度的大致概念。向上的速度越大，其越有可能将沉降的固体携带直至流出物倾析器并且携带出反应器，这是一种不期望的情况。

在示例性的实施方案中，11MGD的平均日流量在图5的图的水平轴线上指示为设计的100％的峰值流入物流量。44MGD的峰值流量对应于约400％。1000gpd/ft²的水力加载速率用虚线表示。该加载速率通常与生物固体(biosolid)从澄清化的流出水(effluentwater)中的差的分离相关联。因此，通常可以说以低于图5中虚线的速率操作是安全的，并且高于该线的操作是有问题的。如果四罐的实例以间歇填充模式操作，则在设计流量的150％(对应于16.5MGD)时，超过1000gpd/ft²的水力加载速率。到系统接收44MGD(平均值的400％)的峰值流入物流量时，水力加载速率是1000gpd/ft²的安全操作极限的250％，并且可以预期严重下降的流出物品质。这些条件通常导致间歇式反应器排放令人不满意的含有悬浮的固体的流出物，这些悬浮的固体被流入到该一个反应器中的大量(sheer volume)的雨水携带直至流出物倾析器。在2500gpd/ft²时，一个反应器中流入物的标称向上速度是14ft/h，而典型的生物固体的沉降速度小于该速度的33％。

相比之下，在这些相同条件下的连续填充操作中，系统在小于1000gpd/ft²的范围内操作，即使在60MGD(对应于平均值的545％)的峰值瞬时流量时，因为流量被分配至所有四个反应器，其中所得的向上流动速度完全在大多数生物固体的范围内。

在示例性的简单化模型系统中，专门以连续填充模式操作的200％平均值的流量，或22MGD，导致所有四个罐具有1.9ft/h的填充速率。在示例性的操作中，在从间歇模式切换至连续模式时，一个罐处于倾析或填充的倾析中，并且其余三个罐是满的(例如，两个处于反应中，并且一个处于沉降中)。控制器触发模式切换并且打开所有流入物阀，使得每个罐中的水位开始以1.9ft/h上升。仅在30分钟内，罐中的至少两个将碰到紧急高水位浮子(位于典型的最高水位上方一英尺处)，并且将排放非常差的流出物。处于沉降中的第三罐也将碰到紧急浮子，但可能不会排放差的流出物，因为已经经过了一段沉降时间，加上至紧急浮子液位的另外的30分钟填充。如果净化过滤器(polishing filter)在系统的下游，则脏的排放物将用混合的液体固体堵塞过滤器。

在可选择的实施方案中，如果流入物流量上升至300％，则罐具有20分钟来填充至紧急液位，这对于实现充分的沉降是不够的时间。在400％的设计峰值流量时，从18ft至19ft的填充在15分钟内发生。因此，在任何高于设计的约150％的流量时，该系统将以允许流出物品质的100倍的浓度排放混合的液体固体。排放将持续直到暴风雨流量消退。

因此，为了确保足够的容量以允许系统在倾析之前提供足够的沉降时间，反应器必须更大。足够的容量是由约20％至30％的另外的容积提供的，具有伴随的成本。由另外的容积提供的另外的45分钟填充时间将允许第二反应器完成沉降并且开始倾析。

本文公开的系统认识到容积限制，并且响应于预期的流量来实施操作控制。预期通常在流量事件到达反应器之前提供足够的时间来开始转换。这确保了操作模式切换将仅在预计有暴风雨时被激活，并且因此可以在流入物流量仍然相对较低时提早启动，但不经常启动，使得不丧失间歇模式操作的工艺优势。

此外，本文公开的系统摒弃了简单化的“所有罐处于间歇状态或所有罐处于连续填充状态”策略，而支持逐个反应器的转换判定，该转换判定解决了每个反应器中的独特条件，并且当适合于每个反应器时行动以转换模式。这种独立的转换提供了充分的处理，而不需要较大的罐。认识到的是，可用的时间并不总是有利于满罐的立即转换以接收更多的流量。在一些情况下，一个或两个罐必须在工艺功能被完成后才能接收另外的流量。其他的罐将操作以吸收另外的流量。

因此，本文公开的系统提供了有效的处理，而不需要更大的容积。本文公开的方法在诸如暴风雨的增加的流量事件期间有效地处理废水。

Claims (33)

1.一种用序批式反应器系统处理废水的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的多个反应器，所述方法包括：

以间歇流动模式操作所述多个反应器；

确定对于第一时间段在所述反应器的入口处的废水的预期流量大于由所述反应器的设计水力加载速率所容许的流量；

将一个或更多个反应器选择为处于能够以连续流动模式接收废水的状态；以及

以所述连续流动模式操作所选择的所述一个或更多个反应器，使得在第二时间段之后，所述多个反应器全部以所述连续流动模式操作。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述连续流动模式与与所述间歇流动模式相关联的水力加载速率的约25％至约50％的水力加载速率相关联。

3.如权利要求1所述的方法，包括基于所述反应器的当前循环周期选择所述一个或更多个反应器。

4.如权利要求3所述的方法，包括当所述当前循环周期是填充、倾析和闲置中的一种时，选择所述一个或更多个反应器。

5.如权利要求1所述的方法，还包括测量用于每个反应器的一个或更多个参数，所述参数选自可用填充体积、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率。

6.如权利要求5所述的方法，包括响应于所测量的反应器参数来选择所述一个或更多个反应器。

7.如权利要求1所述的方法，在所述多个反应器全部以所述连续流动模式操作之后，

确定对于第三时间段在所述反应器的所述入口处的废水的所述预期流量在由所述反应器的所述设计水力加载速率所容许的流量内；

将一个或更多个反应器选择为处于能够以所述间歇流动模式接收废水的状态；以及

以所述间歇流动模式操作所选择的所述一个或更多个反应器，使得在第四时间段之后，所述多个反应器全部以所述间歇流动模式操作。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述连续流动模式包括在所述连续流动模式开始时的转换期，所述转换期包括反应循环周期和沉降循环周期。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述转换期的时间量足以使有效量的污染物沉降。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述预期流量是在所述转换期的时间量之后预期的流量。

11.如权利要求1所述的方法，其中在所述连续流动模式期间将有效量的曝气引入到所述一个或更多个反应器中。

12.如权利要求1所述的方法，还包括确定选自预期的降雨量、实际的降雨量、预期的污水流量和实际的污水流量的至少一个流量参数。

13.如权利要求12所述的方法，包括响应于所述至少一个流量参数来确定所述预期流量。

14.如权利要求12所述的方法，其中响应于预测的天气事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定所述预期的降雨量。

15.如权利要求12所述的方法，其中响应于预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定所述预期的污水流量。

16.一种序批式反应器系统，包括：

并行布置的多个反应器，所述反应器中的每一个具有入口和出口，所述入口可流体地连接至废水源；

加载子系统，所述加载子系统被配置成控制废水通过所述入口进入所述反应器中的每一个中的水力加载速率；

测量子系统，所述测量子系统被配置成测量所述反应器中的每一个的参数，并且传输对应于所测量的参数的输入信号；以及

控制器，所述控制器被可操作地连接至所述加载子系统和所述测量子系统，

所述控制器被配置成接收和分析所述输入信号并且确定所述反应器中的每一个的状态，

所述控制器还被配置成将输出信号传输至所述加载子系统，所述加载子系统被配置成分析所述输出信号，以响应于所述反应器中的每一个的所述状态和所述废水的预期流量，以间歇流动模式或以连续流动模式独立地操作所述反应器中的每一个。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置成响应于所述废水的所述预期流量大于所述多个反应器的设计水力加载速率并且所述一个或更多个反应器处于能够以所述连续流动模式接收所述废水的状态，来传输所述输出信号以使一个或更多个反应器以所述连续流动模式操作。

18.如权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置成响应于选自预期的降雨量、实际的降雨量、预期的污水流量和实际的污水流量的至少一个流量参数来确定所述预期流量。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述控制器被可操作地连接至雨水传感器，所述雨水传感器被配置成将所述实际的降雨量的测量值传输至所述控制器。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述控制器被配置成响应于预测的天气事件、预测的污水事件、一天中的时间、一年中的时间以及地理位置中的至少一个来确定所述预期流量。

21.如权利要求20所述的系统，其中所述控制器是可编程的，以识别按预定计划的所述预期流量的趋势并且响应于所识别的趋势来传输所述输出信号。

22.如权利要求16所述的系统，其中所述测量子系统包括流量计、压力传感器、氧化还原电位传感器、溶解氧传感器和液位传感器中的一种或更多种。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述控制器被配置成基于可用填充体积、流入水组成、工艺水组成和水力加载速率中的至少一个来确定所述反应器中的每一个的所述状态。

24.如权利要求16所述的系统，还包括均衡罐，所述均衡罐具有流体地连接至所述反应器中的每一个的所述出口的入口。

25.如权利要求16所述的系统，还包括至少一个缓冲罐，所述缓冲罐具有可流体地连接至所述废水源的入口和流体地连接至所述反应器中的每一个的所述入口的出口。

26.如权利要求16所述的系统，其中所述反应器中的每一个具有可流体地连接至氧气源的第二入口。

27.如权利要求26所述的系统，其中所述控制器还被配置成在所述连续流动模式期间引入有效量的曝气。

28.一种改造序批式反应器系统的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的并且被配置成以间歇流动模式操作的多个反应器，所述方法包括：

提供控制器，所述控制器被配置成响应于废水的预期流量大于所述多个反应器的设计水力加载速率并且一个或更多个反应器处于能够以连续流动模式接收所述废水的状态，来传输输出信号以使所述一个或更多个反应器以所述连续流动模式操作；以及

将所述控制器可操作地连接至所述序批式反应器系统的加载子系统，所述加载子系统被配置成独立地控制进入所述反应器中的每一个中的废水的水力加载速率。

29.如权利要求28所述的方法，还包括将所述控制器可操作地连接至所述序批式反应器系统的测量子系统，所述测量子系统被配置成测量所述反应器中的每一个的参数，并且将第一输入信号传输至所述控制器以确定所述反应器中的每一个的所述状态。

30.如权利要求28所述的方法，还包括将所述控制器可操作地连接至预期流量分析器，所述预期流量分析器被配置成将第二输入信号传输至所述控制器以确定所述预期流量。

31.如权利要求28所述的方法，其中将所述控制器可操作地连接至所述加载子系统包括将所述控制器可操作地连接至所述反应器中的每一个的输入阀和输出阀，

所述控制器被配置成响应于所述第一输入信号独立地控制进入所述反应器中的每一个中的废水的加载速率和从所述反应器中的每一个离开的水的倾析速率，其中参数是工艺水组成。

32.一种用序批式反应器系统促进废水的处理的方法，所述序批式反应器系统具有并行布置的并且被配置成以间歇流动模式操作的多个反应器，所述方法包括：

提供所述序批式反应器系统；

提供控制器，所述控制器被配置成：

以间歇流动模式操作所述多个反应器；

确定对于第一时间段在所述反应器的入口处的废水的预期流量大于由所述反应器的设计水力加载速率所容许的流量；

将一个或更多个反应器选择为处于能够以连续流动模式接收所述废水的状态；以及

以所述连续流动模式操作所选择的所述一个或更多个反应器，使得在第二时间段之后，所述多个反应器全部以所述连续流动模式操作；

将所述控制器可操作地连接至所述序批式反应器系统，以确定所述反应器中的每一个的所述状态并且独立地控制进入所述反应器中的每一个中的废水的水力加载速率；

将所述序批式反应器系统的入口流体地连接至废水源；以及

指示使用者操作所述序批式反应器系统来处理所述废水。

33.如权利要求32所述的方法，还包括提供被配置成确定所述预期流量的预期流量分析器，以及将所述控制器可操作地连接至所述预期流量分析器。

Images