CN112154033A - 过滤系统中进行固体调理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于调理废水过滤池底部中的沉淀固体以降低污泥酸化并防止不良生物过度生长的方法和装置。

Description

过滤系统中进行固体调理的系统和方法
技术领域
本发明涉及布介质(cloth media)过滤在废水处理的初级过滤阶段中的使用。更具体地，本发明涉及用于初级或潮湿天气废水处理的布介质过滤装置中固体的调理(conditioning)系统和方法。
背景技术
图1A中示出典型的废水处理过程的流程图。该过程中包括初级处理、二级处理和可选的三级处理。初级处理包括对废水流入物进行筛选或预处理，然后将其送入初级澄清器。初级澄清器通过沉淀去除废水中的大块固体，并撇去浮在上面的油脂。
来自初级澄清器的流出物被输送到二级处理过程，二级处理过程包括使用生物手段和二级澄清器进行的进一步处理。在一些系统中，水经过消毒后排出。在另一些系统中，在消毒和排出之前增加三级处理步骤。三级过滤中使用的一种流行装置是布介质过滤。优选的布介质过滤系统的一个示例是已知的
Figure BDA0002776165740000011
系统，该系统由本专利的受让方(伊利诺斯州的罗克福德市的阿卡-艾尔洛比克系统公司)制造和销售。多种典型的初级、二级和三级废水处理系统是本领域技术人员所熟知的。
由于其操作的性质，澄清器需要非常大的池或盆，这些池或盆在废水处理设施中占据相对较大的空间。此外，特别是在老旧的车间中，在风暴或其它高流量或潮湿的天气条件下，初级澄清器能够过载。在这种情况下，老旧车间会绕过初级澄清器，简单地将未经处理的溢流排出至河流等。这在图1A中称为潮湿天气旁路。出于明显的原因，这是不可接受的。
为了解决空间和溢流问题，阿卡-艾尔洛比克系统公司率先将通常用于三级处理应用中的布介质过滤用于废水处理的初级处理阶段。如图1B中示意性所示，布介质过滤装置用于代替标准的初级澄清器(参见图1A)。用于初级处理中代替初级澄清器的布介质过滤系统的一个优选示例是已知的
Figure BDA0002776165740000021
系统，该系统由本专利的受让方(伊利诺斯州的罗克福德市的阿卡-艾尔洛比克系统公司)制造和销售。该系统在初级过滤中使用时，可节省车间的空间，并且比典型的初级澄清器具有更高、更快的固体去除率。事实上，已经确定用于初级过滤的布介质过滤装置只需要传统初级澄清器所需空间的10％至15％。此外，由于其高的固体去除率，通过使用布介质过滤对废水进行初级处理，可节省大量的能源和操作费用。
此外，如图1C中示意性地列出的那样，优选的
Figure BDA0002776165740000025
系统也可用作三级过滤系统(代替例如
Figure BDA0002776165740000022
系统)，并且用作潮湿天气的备用初级处理系统。在那些情况下，三级处理的优选布介质过滤系统是
Figure BDA0002776165740000023
系统。在高流量和/或暴风雨条件下，流入物可以被全部或部分转移到
Figure BDA0002776165740000024
布介质过滤系统，然后再回到初级澄清器。
采用布介质过滤进行初级和潮湿天气废水处理时，发现了某些特有的问题。例如，由于污泥在布介质过滤池底部的污泥斗中滞留时间过长而堆积，污泥会变得厌氧。这能够导致污泥的酸化(发酵)，从而会降低过滤池下部或污泥斗中的pH值。这反过来又会导致不良细菌和其它生物体(如真菌)的发展。如果不加以控制，不良生物的生长会干扰布过滤介质的正常操作和系统的整体性能。这些生物体一旦积聚，就很难去除。此外，含有砂砾、碎屑和其它有机物的固体容易压实(compaction)，并可能使用于其它过程的去除和/或收集变得困难。而且，虽然可以借助固体收集歧管从污泥斗中去除多余的污泥，但必须中断过滤才能进行。这是不期望的。
此外，微生物引起的腐蚀是过滤系统中长期厌氧活动引起的不良生物生长的另一示例。硫酸盐还原菌可以产生局部的强酸，使混凝土和钢池结构退化。这也是不期望的。
本发明解决了这些问题和其它与在废水的初级处理以及潮湿天气条件中使用布介质过滤有关的问题。例如，本发明提供混合(或调理)过滤池底部的污泥(固体)的装置和方法，其通常使用可以中和污泥和整个池的pH值(即增加pH值)的散装液体和/或进流，以防止真菌和不良细菌的生长和/或积聚。本发明还可将氧分布在整个池中，以防止长时间的厌氧活动腐蚀池的表面或混凝土。此外，对池的底部处的固体的调理可以防止过度压实，并且改善固体收集歧管对固体的去除。本发明还可减少污泥去除频率并且在废水处理厂占用较小的面积。
发明内容
本发明保留已知的布介质过滤系统和方法的优点，并且还提供新的特点和优点，特别是针对用于初级废水处理的布介质过滤的特点和优点。
因此，本发明的一目的是提供与初级废水处理中布介质过滤一起使用的固体调理装置和方法。
本发明的另一目的是通过周期性地调理污泥来中和(或提高)用于初级过滤的布过滤介质过滤池中内容物的pH值。
本发明的一额外目的是提供控制布介质过滤池中的固体的调理、堆积和压实的方法和系统。
本发明的又一目的是混合或松动沉淀的固体，以辅助固体去除。
本发明的再一目的是提供用于固体调理的方法和装置，帮助消除用于初级废水处理的布介质过滤装置中不良生物的生长或堆积，并减少固体去除或收集的频率。
本发明的还有一目的是提供靠近布过滤介质池底部的喷射混合系统，潜在地使用现有的回洗或固体废物设备(如阀、泵和管道)以进行固体调理。
本发明的还有一目的是提供方法和系统，该方法和系统控制用于初级过滤的布介质过滤中固体调理的频率、持续时间和强度。
本发明的还有一目的是通过消除由于鼠洞(短路)或污泥毯过滤而优先抽出液体来改善废弃的固体的整体特性，从而改善固体去除效率。
本发明的还有一目的是在整个池中分配氧，以防止在池或混凝土表面形成的厌氧菌生物膜引起的微生物诱发性腐蚀。
根据本发明的陈述了的和未陈述的目的、特征和优点，提供一种用于调理来自废水处理过滤池底部的沉淀固体或污泥堆积的系统。该系统包括：污泥斗，其位于池的底部上，用于收集污泥；高速喷射嘴，其与污泥斗邻近，该喷射嘴与固体调理阀流体连通；以及泵，其与喷射嘴流体连通，并与来自池的流体源的流体流体连通，其中，流体由泵泵送穿过固体调理阀并穿过喷射嘴，以借助喷射嘴的输出使污泥斗中的污泥流体化。该系统还可包括这样的实施例，其中流体源来自污泥斗的底部上的污泥收集歧管，污泥收集歧管与固体废物阀和所述泵流体连通。备选地，流体源可来自池中的回洗鞋(backwash shoe)，回洗鞋与回洗阀和泵流体连通。在一个优选实施例中，喷射嘴产生的流速大于每秒十五英尺。
还提供一种调理沉淀在布介质过滤池的底部上的污泥斗中的污泥的方法，该池具有用于在污泥废物模式期间去除污泥的歧管，并且具有用于进行回洗模式的回洗鞋。该调理污泥的方法的一个优选实施例包括以下步骤：感测固体调理模式触发事件；等待污泥废物模式的完成；在感测到触发事件并完成污泥废物模式后，启动固体调理模式；选择针对所述固体调理模式的流体源；利用与污泥斗邻近的高速喷嘴进行所述固体调理模式；以及在经过预定的时间后终止所述固体调理模式。在一个实施例中，用于固体调理模式的流体源来自所述歧管。在另一优选实施例中，用于固体调理模式的流体源来自回洗鞋。该方法提供触发事件，触发事件之一是经过预定的时间量。另一触发事件是污泥中的低pH值读数。又一触发事件是进行预定量的回洗模式。并且最后，第四触发事件可以是污泥中的低ORP读数。在另一实施例中，固体调理模式可基于感测到池中的高水位而中止，该高水位表明需要进行回洗模式。
发明人对术语的定义
本专利的权利要求中使用的术语意图具有符合法律要求的最宽泛的含义。在可能有另外含义的情况下，意图具有最宽泛的含义。权利要求中使用的所有词语都意图在以语法、行业和英语的常规习惯用法来使用。
附图说明
本发明的陈述了的和未陈述的目的、特征和优点(有时用单数，但不排除复数)将从下面的描述和附图中变得显而易见，其中在各个视图中，相同的附图标记表示相同要素，在附图中：
图1A是示出典型废水处理过程的流程图。
图1B是示出使用布介质过滤代替初级澄清器作为初级处理过程的一部分的典型的废水处理过程的流程图。
图1C是将布介质过滤用于三级处理以及在湿流或溢流条件下用于初级处理的典型废水处理过程的流程图。
图1D是配置成用于废水初级处理以及溢流或潮湿天气条件的优选布介质过滤系统的主要部件的截面示意侧视图。
图2是本发明的一个优选实施例的截面示意侧视图，该优选实施例具有能够结合优选布介质过滤系统实践本发明的优选方法的固体调理设备。
图2A是本发明的一个优选实施例的截面示意侧视图，其示出与控制本系统的PLC连接的代表性阀、泵和探头，包括固体调理模式。
图3是本发明的固体调理方法和系统的优选实施例的流程图。
图3A是图3中标记为3A的流程图的详细部分。
图3B是图3中标记为3B的流程图的详细部分。
具体实施方式
以下叙述目前相信是请求保护的发明的优选实施例或最佳代表示例的描述。预期对实施例和优选实施例的未来和当前变型和修改。任何在功能、目的、结构或结果上作出的非实质性改变的变型和修改都意图被本专利的权利要求涵盖。
如上所述，阿卡-艾尔洛比克系统公司率先在废水的初级处理中使用布介质过滤。此种系统的一个优选实施例被称为
Figure BDA0002776165740000051
系统。在图1D中，
Figure BDA0002776165740000052
初级布介质过滤装置的主要部件的图示被示意性地示出为10。布介质过滤系统10包括池11。本领域的技术人员将理解的是，池10可以用钢构建，或者可以采用传统的混凝土盆的形式。
池11包括底部12和顶部13。顶部13包括入口(未示出)和溢流口14。还提供有浮渣排除堰(scum weir)15以及相关联的浮渣排除管线(scum line)16和浮渣排除阀17。如本领域的技术人员将理解的，浮渣排除堰15用于去除浮到池顶部的油脂。池11通常具有高水位18和低水位19，对高低水位的感测可触发回洗操作。如本领域的技术人员将理解的，使用与中空中心管20a流体连通的一个或多个盘式过滤构件20进行过滤，中空中心管20a将过滤后的流入物排出，以做进一步处理。这方面通常被称为过滤模式50(参见图3A)。
通过利用抽吸的回洗周期性地清洁布介质过滤材料。典型的布介质过滤回洗系统包括：回洗鞋21，其与具有回洗阀23的回洗管线22连通；以及相关联的泵24。设置有排出管线25。相关联的排出阀26也可提供来用于过滤，但对于下文所述的本发明的固体调理模式是需要的。过滤和回洗操作是本领域的技术人员所理解的，并且可以根据时间的流逝或对高水位的感测来进行。回洗通常被称为回洗模式60(参见图3A)。还可以参考
Figure BDA0002776165740000061
(三级布介质过滤)和/或
Figure BDA0002776165740000062
(初级布介质过滤)，两者均由阿卡-艾尔洛比克系统公司提供。布介质过滤通常具有多个盘式过滤构件20。在一个优选的实施例中，每一对盘式过滤构件均具有相关联的回洗鞋21、回洗管线22、回洗阀23和泵24。
在初级处理配置中，池11的底部12包括形成污泥斗32的倾斜壁27，在过滤过程中，污泥30和其它颗粒沉淀到污泥斗32中。还设置有污泥收集歧管28、固体废物管线29和固体废物阀31，所有这些都可由控制器39(图2A)控制。如本领域的技术人员将理解的，随着污泥30在过滤过程中积累，污泥斗32通过污泥收集歧管28周期性地排空污泥30。这方面被称为固体废物模式70，即当从系统中去除沉淀的固体时(图3B)。泵24(或多个泵)用作回洗模式60中的回洗用的泵以及固体废物模式70用的泵。并且，如下面所讨论的，它还用于固体调理模式100。
可参照图2和图2A看到本发明的固体调理系统40的优选实施例。如本文参照优选实施例所描述的固体调理方法被称为固体调理模式或SCM。在本发明添加到优选的初级布介质过滤系统(即，如图1D中示意性地所示的
Figure BDA0002776165740000071
系统)的情况下，结合该优选的初级布介质过滤系统描述本发明。本领域的技术人员将理解，本发明的固体调理系统40和方法100可与配置用于初级废水处理中的其它布介质过滤系统一起使用。还将理解，本发明也适用于布介质过滤系统的非初级废水处理操作。
在图2和图2A中，本发明的优选固体调理系统被一般性地示为40。主要部件包括高速喷射嘴42、固体调理管线44和固体调理阀46。喷射嘴42位于池11的底部12中，并在污泥斗32内或邻近。与回洗部件20、20a、21、22和23类似，固体调理系统40通常与每一对盘式过滤构件20相关联。这是因为，在优选的实施例中，固体调理系统40可以在如下文中所描述的SCM操作期间优选使用回洗或污泥去除部件。这增加污泥调理的灵活性并节省成本。然而，本领域的技术人员将理解，固体调理系统40可构造有其自身的泵24和其它选定的部件。在一个优选的实施例中，喷射嘴42设计成产生至少每秒十英尺的速度(并且优选大于每秒十五英尺的速度)，以充分诱导对沉淀的污泥30的期望搅拌和流体化。
一个或多个探头35位于污泥斗32内。在一个优选实施例中，一个探头35是pH传感器，一个探头35是ORP传感器。如下文所述，这两个传感器不是必需的，并且可以包括其它传感器。探头35与PLC 38电连接36，PLC 38是控制器39的一部分。类似地，固体调理泵24、阀46、排出阀26、回洗阀23和固体废物阀31也与PLC 38电连接36。以这种方式，可以如下描述的那样对包括固体调理模式在内的多个过程进行电控制。本领域的技术人员将理解，多个部件与PLC 38的电连接36可以是有线、无线、WiFi和/或蓝牙等。
如图3A中所示，过滤模式50是布过滤介质过滤系统10的标准或默认操作模式。如本领域的技术人员将理解的，过滤模式50是主模式，并且在操作中占据大约95％的时间。在过滤50期间，布过滤介质逐渐被沉积的固体堵塞。结果，池11中的液面达到其高水位18。此时，进行回洗模式或操作60。除了在高水位18情况下启动回洗模式60之外，还可以根据使用作为控制器39的一部分的定时器37的时间流逝而发生回洗模式60。回洗模式60的启动和操作对于本领域普通技术人员来说是熟知的。
另一操作模式是固体废物模式70。当较重的固体30沉淀在污泥斗32中时，定期地将这些固体去除。一般来说，正如本领域的技术人员将理解的，为了进行固体废物模式70，打开固体废物阀31和废物排出或排出阀26。泵24被激活，污泥30通过污泥收集歧管28被去除，并经由排出管线25排出到废物处理设施或以其它方式处理。与其它操作模式类似，可以由控制器39电子控制固体废物模式70。
在过滤模式50期间，固体30有沉淀和压实的倾向。这可能导致差的或不完全的固体去除，并且还可能导致污泥30的酸化或不良生物体的生长。本发明的固体调理模式或SCM100提供使固体或污泥30流体化所需的能量，以优化固体废物模式70，并有助于防止污泥30的酸化和不良生物体的积聚。SCM 100结合固体调理系统40一起使用。
在一个优选实施例中，可在发生四种触发事件之一时启动SCM 100。具体而言，SCM100可由SCM定时器37的时间102流逝而启动。在典型的车间和操作中，这个时间可在两到四个小时之间。本领域的技术人员将理解，SCM模式100之前的时间量可基于特定车间和装载要求。如图3A中所示，如果超过了设定的时间长度，则在如下文所述的SCM待定模式110的下一个固体废物模式70之后启动SCM模式100。同样，优选由控制器39控制触发事件的感测和阀等的操作。
如果没有超过时间102，则可当由位于污泥斗32中的探头35感测到污泥30中的厌氧条件或低pH值时启动SCM模式100。如果感测到低pH值条件104，则系统进入SCM待定模式110。如本领域的技术人员将理解的，典型的低pH值设定是当污泥30的pH值小于6.0或6.5时。其它设定点可由车间操作者选择。
可用于触发固体条件模式100的第三个条件是当自上次进行SCM模式100以来的回洗计数106时。这是因为固体装载(即，污泥斗32中固体30的沉积)与回洗操作60的频率直接相关。如果固体水平30下降，回洗60的频率降低。如果固体水平30升高，则回洗操作60的频率增加。因此，在一个优选实施例中，SCM模式100可由回洗模式60的频率触发。在偶尔经历非常重的固体装载、但系统不包括pH 35或ORP 35传感器的应用中，这种类型的触发可能是合意的。如图3A中所示，如果已经超过回洗计数106，则系统进入SCM待定模式110。
启动SCM模式100的第四触发是达到污泥30中的低氧还原电位108或ORP。污泥30的ORP水平由探头35感测并发送到控制器39。例如，低ORP水平可以是负100至负200。如果达到设定的ORP水平，则系统进入SCM待定模式110。
SCM待定模式110用于将SCM模式100延迟到最合适的阶段。特别是，当发生上述四种触发之一(即102、104、106或108)时，系统等待进行SCM模式100，直到固体废物去除模式70之后。例如，每三到四个回洗模式60发生一个固体废物模式(类似于上面讨论的回洗计数触发)。而且，在典型的车间中，每个过滤构件20大约每十到十五分钟就被回洗一次，尽管本领域的技术人员将理解，回洗模式60和固体废物模式70可以更多或更少地发生。在完成固体废物模式70后，启动固体调理模式100。
参照图2、图2A和图3能最佳看到固体调理模式100的一个优选实施例的步骤和操作。当进行SCM模式100时，固体调理阀46被打开112，使得流体可流经固体调理管线44并穿过高速喷射嘴42。而且，废物排出阀26被关闭114。此时，根据条件，固体调理模式100的流体源116可以来自两个源之一。这种选择流体源116的能力增强了系统的灵活性。两个源可同时用于SCM模式100，这是可能的，但不是正常的操作模式。例如，如果过滤器20变得被固体堵塞，以至于不能被适当地进行回洗，并且固体调理歧管30部分或全部堵塞，则操作者可使用两个源来使系统恢复正常。
在主要操作模式下，用于SCM 100的流体源116是固体废物收集歧管28。固体废物阀31被打开118。因此，流体可借助泵24的激活120而吸入污泥收集歧管28，穿过固体废物管线29，穿过固体调理管线44，并流出高速喷射嘴42。
备选地，在一个优选实施例中，主要流体源116可以来自回洗管线22。系统中存在大量的碎屑的情况下，通常选择这种流体源116方案。在此操作中，流体进入回洗阀23，该阀被打开117，中心管20a被旋转119。然后，流体借助泵24的激活，流经回洗鞋21进入回洗管线22中。然后，该流体流经固体调理管线44，并流出高速喷射嘴42。
在该优选实施例中，存在检查122，以确定在流入布过滤介质系统10的流入物的流量过大的情况下，SCM 100是否应该中止。当池10中达到高水位18时，就会发生这种情况，使得有必要进行回洗模式60，以便系统10可正常运行。如果不存在这种情况，则在预定时间124到期后完成SCM 100。如本领域的技术人员将理解的，SCM 100时间由根据处理设施的条件和试错的操作确定。典型的SCM 100时间为一分钟至两分钟。
SCM 100完成后，泵24停止220。然后，根据流体源216，关闭适当的阀。如果固体废物歧管28是流体源216，则固体废物阀31被关闭218。如果流体源216是回洗管线22，则中心管209被停止219，并且回洗阀23被关闭。无论流体源216如何，固体调理阀46被关闭212，并且SCM 100结束或完成200。
上述描述并不意图限制定义本发明的随附权利要求的范围及其中使用的词语的含义。而是预期未来在结构、功能或结果上将存在非实质性改变的修改，并且预期针对请求保护的发明的所有这些非实质性改变都意图被随附权利要求所涵盖。因此，虽然已经例示和描述了本系统和方法发明的优选实施例，但将理解，在不脱离请求保护的发明的情况下，可进行改变和变型。此外，尽管术语″请求保护的发明″或″本发明″在本文中有时是以单数形式使用的，但将理解的是，本文描述并请求保护多个发明。
本发明的多个特征在随附的权利要求中叙述。

Claims (12)

1.一种用于调理来自废水处理过滤池底部的沉淀固体或污泥堆积的系统，包括：
污泥斗，所述污泥斗位于所述池的底部上，用于收集所述污泥；
与所述污泥斗邻近的高速喷射嘴，所述喷射嘴与固体调理阀流体连通；以及
泵，所述泵与所述喷射嘴流体连通并且与来自所述池的流体源的流体流体连通，其中，所述流体由所述泵泵送穿过所述固体调理阀并穿过所述喷射嘴，以通过所述喷射嘴的输出使所述污泥斗中的污泥流体化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体源来自所述污泥斗的底部上的污泥收集歧管，所述歧管与固体废物阀和所述泵流体连通。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体源来自所述池中的回洗鞋，所述回洗鞋与回洗阀和所述泵流体连通。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述喷射嘴产生的流速大于每秒十五英尺。
5.一种用于调理沉淀在布介质过滤池的底部上的污泥斗中的污泥的方法，所述池具有用于在污泥废物模式期间去除污泥的歧管，并且具有用于进行回洗模式的回洗鞋，调理污泥的所述方法包括以下步骤：
感测固体调理模式触发事件；
等待污泥废物模式的完成；
在感测到触发事件并完成污泥废物模式后，启动固体调理模式；
选择所述固体调理模式的流体源；
利用与污泥斗邻近的高速喷嘴进行所述固体调理模式；以及
在经过预定的时间后终止所述固体调理模式。
6.根据权利要求5所述的调理污泥的方法，其中，用于所述固体调理模式的流体源来自所述歧管。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，用于所述固体调理模式的流体源来自所述回洗鞋。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述触发事件是经过预定的时间量。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述触发事件是污泥中的低pH值读数。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述触发事件是进行预定量的回洗模式。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，所述触发事件是污泥中的低0RP读数。
12.根据权利要求5所述的方法，其中，所述固体调理模式能基于感测到所述池中的高水位而中止，所述高水位指示需要进行回洗模式。
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