CN114929633A - 用于供应回流活性污泥的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种处理废水以产生滤液的方法。所述方法包括以下步骤：将未处理废水(200)引入到生物反应器(303)的入口区(202b)；将具有至少10,000mg/L总悬浮固体的经处理废水浓缩物(206)引入到所述生物反应器的所述入口区中，以形成生物活性混合物；在所述生物反应器的曝气区(203)中对所述生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；对所述经处理废水进行过滤，以产生滤液(205)和所述浓缩物(206)，其中所述过滤产生的所述滤液(205)的总悬浮固体小于10mg/L；将所述浓缩物(206)的至少一部分输送到所述生物反应器的所述入口区(202b)；以及将滤所述液作为清洁水输送到生物反应器外部。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月19日提交的英国专利申请号1913515.1的优先权，该专利的公开内容特此通过引用以其整体并入。
发明背景
技术领域
本发明涉及一种用于废水处理的系统和一种用于处理废水的方法。
技术
污水处理或废水处理过程和相关联的设备(plant)使未处理水进入该过程，这种未处理水包含有机物、氮化合物、磷化合物、脂肪、油和油脂。处理设备应对未处理流入水进行处理以输出经处理水，这种经处理水适合排放到河流中或用于其他用途，诸如洗涤灌溉或饮用水。
水处理过程和相关联的过程设备很复杂，其需要土地、处理设备(包括大量土木工程)方面的大量资源以及操作成本。另外，处理过程必须能够应付一系列原水输入(诸如，雨水)，这会将未处理水的输入流量从正常操作条件增加5倍或更多。许多处理设备及其相关联的过程疲于应付更高的雨水流入量，这可能需要使用附加的储罐和/或未处理或处理不良的水离开设备到河流或其他目的地。
许多处理设备具有某种生物反应器，这些生物反应器具有缺氧/反硝化区和硝化区的组合。生物反应器处理原水以消耗有机物质。然而，生物反应器的尺寸很大以使得能够完成该过程。
许多这些处理设备在全球范围内使用成熟的过程操作，诸如常规活性污泥(CAS)或更昂贵的膜生物反应器(MBR)处理过程。US 6,783,671 B2示出了一种增强的CAS系统。US6,743,362 B1示出了一种基于MBR的过程。
在CAS处理设备的硝化区中以4g/L生物量运行的典型的常规活性污泥过程在图1中示出。图1图示了典型的CAS处理设备(301)的主要部件，这些主要部件包括主罐或生物反应器(208)和澄清器(209)。
未处理废水(200)(也称为废水、流入物和流入水)在废水输入(201)处流入、进入厌氧(AN)区域(202)，该未处理废水的近似总悬浮固体(TSS)(本文中所叙述的所有TTS测量值均根据ISO 11923:1997测得)含量为250mg/L，且该AN区域的标称流速为Q＝1,500m3/天，溶解氧(DO)为零，且负氧化还原电位(ORP)大约为-200mV。在该过程的各个点处的流速(Q)在图1中示出。此处，厌氧细菌释放磷(ORP下降到大约-300mV)。在生物反应器(208)中具有液位(253)的液体流入反硝化(DN)区域(202a)中，在该DN区域处，低DO状态有利于发生导致流入水(200)的反硝化(硝酸盐转变成氮气)的生物反应。此处，液体与来自澄清器(209)的低氧、高TSS回流活性污泥(RAS)混合。
泵(212)从DN区(202a)将存在的富污泥液的一部分馈送回给AN区(202)，以防止AN区(202)中的生物量由于在废水输入(201)处进入的涌入水(200)(也称为未处理废水)所致而稀释。(202a)的输出物进入到曝气区域(203)(称为生物反应器的硝化区)中，该曝气区域的TSS＝4,000mg/L，并且其中曝气系统(254)将流体中的DO增加到2mg/L并使ORP饱和达到100mV，从而为需氧细菌消化BOD并将氨转变成硝酸盐创造了有利的环境以及允许磷过量吸收。附加的泵(211)将存在于区域(203)中的富污泥液(称为硝酸盐RAS)输送到区域(202a)。
包含絮凝性细菌的污泥被馈送到澄清器(209)中。在澄清器底部处活性污泥的沉淀将TSS提高到8000mg/L。由于缺乏曝气所致，DO下降。这种分歧(增加TSS和减小DO)是处理过程的关键，因为它允许低DO、增稠的活性污泥通过泵(210)回流到过程的前部，进入反硝化罐(202a)中。泵(210)是设备的昂贵部分，因为它必须长距离泵送TSS污泥并且具有高扬程，通常为10至15m。泵(210)的功耗也很大。对低DO回流污泥的要求并不限制于CAS，而是出于上文所解释的原因，限制于具有RAS再循环的所有过程。
高硝酸盐含量不允许RAS回流到AN区域。这是CAS过程的一个局限性，因为AN区域将受益于高TSS以减轻来自流入物(200)的稀释效应。清洁(TSS～20mg/L；DO＝0)流出物(205a)从澄清器的顶部倾析出。澄清器底部处的部分高固含量污泥被单独收集(207a)并被废弃以维持设备中的稳定条件。
由于流入水的稀释所致，在AN区域中RAS的TSS降低到<2000mg/L。考虑到该区域中所需的工作生物量通常为～760kg，这种稀释迫使AN罐的体积为～400m3(即，整个罐(208)的几乎50％用以容纳所需量的工作生物量)。
图1的CAS设备的总悬浮固体质量平衡在下表1中示出。
表1
CAS过程遭受两个重大局限性。反硝化罐(203)端部处的最大TSS被限制于小于4000mg/L的值。考虑到处理平均日流量(ADF)所需的生物量的所需总量，这规定了硝化罐的大小。较高的TSS将需要在澄清器(209)中较长的沉降时间，且因此在给定流速下澄清器是不切实际地较大。否则将期望在较高的TSS下操作反硝化罐，因为这将允许较小的处理设备用于相同总量的悬浮固体。
CAS的另一个局限性是，澄清器中絮凝性细菌的正确沉降要求进入澄清器中的含污泥的液体的流量在高峰小时流量下垂直上升流速不应超过1.5m/h的最大设计值。如果流量相对于ADF太大，就像在暴雨的情况下可能发生的那样，则仅发生部分沉淀，并且流出物(205a)将超过最大可允许的TSS许可(例如，20mg/L BOD和20mg/L TSS)。通常，澄清器的极限是水力极限而不是沉降极限，因为垂直速度可超过1.5m/h，因此导致所谓的污泥夹带。
本领域已知的另一种过程和系统(MBR)使用膜生物反应器来实现增稠和过滤，该膜生物反应器代替CAS过程中的澄清器。典型的MBR设备(302)在图2中示出。与CAS类似，MBR包括生物反应器(208)。MBR反应器(213)和脱氧(DeOX)罐(214)代替等效的CAS澄清器。
在废水输入(201)处进入的流入水(200)(也称为未处理废水)进入厌氧(AN)区域(202)(在该AN区域处，厌氧细菌释放磷)、接着是反硝化/缺氧(DN)区域(202a)，该流入水可包括挥发性脂肪酸(VFA)并且具有约250mg/L的TSS且DO＝0mg/L。液体在生物反应器(208)中具有液位(253)。在区域(202a)中，低DO状态有利于发生导致流入水(200)的反硝化(硝酸盐转变成氮气)的生物反应。泵(212)从区域(202a)将那里存在的富污泥液(DO＝0)的一部分馈送回给区域(202)，以防止区域(202)中的生物量由于涌入水(200)所致而稀释。
(202a)的输出物进入到曝气区域(203)中，在该曝气区域处，曝气系统(254)将流体中的DO增加到2mg/L，从而为需氧细菌消化BOD并将氨转变成硝酸盐创造了有利的环境以及允许磷过量吸收。在曝气区域(203)处，输出物可具有8,000mg/L的TSS。ORP、TSS和DO轮廓反映了CAS系统在区域(202)、(202a)和(203)中的轮廓。
活性污泥被馈送到MBR(213)，在MBR中，发生增稠和过滤。这借助于多孔聚合物膜来完成，多孔聚合物膜具有直径通常小于40nm的孔隙大小。
MBR需要在(213)处进行剧烈的空气冲刷以避免堵塞孔隙和膜基材，从而导致污泥饱和而使DO处于5至10mg/L(取决于过程温度)且ORP>100mV。该膜回流活性污泥(MRAS)必须回流到曝气区(203)以补充氧或者回流到前端缺氧的无氧区(202a)。回流到202a的MRAS需要在DeOX罐(214)中进行附加处理以降低DO，否则会抑制缺氧或厌氧处理。MBR中需要高空气含量以便保持清洁，因此需要DeOX罐(214)降低DO水平。离开DeOX罐(214)的输出物可具有10,000mg/L的TSS且DO＝0mg/L。
高硝酸盐含量不允许RAS回流到AN区域。与CAS类似，这是MBR过程的一个局限性，因为AN区域将受益于高TSS以减轻来自流入物(200)的稀释效应。
膜罐底部处的部分高固含量污泥被单独收集(207a)并被废弃以维持设备中的稳定条件。从膜过滤系统的顶部收集清洁的流出物(205a)。清洁的流出物(205a)具有0mg/L的TSS且DO＝0mg/L。
图2的MBR设备的TSS质量平衡在下表2中示出。
表2
MBR的一个常见问题是MRAS被限制于12,000mg/L的TSS浓度，以避免堵塞膜。MBR的另一个常见问题是跨越膜的通量率被限制于小于25L/(m2h)的值。因此，为了达到实用的过滤率，膜的表面积必须很大。MBR的进一步的常见问题是膜材料的成本，其有限的寿命(通常少于5年)加剧了这一问题。
当考虑增加的流入流量时(例如，在暴雨条件期间)，MBR处理设备的另一个局限性变得显而易见。MBR区域中的TSS增加到14,000mg/L的值，这接近由使用的专有膜所管控的可允许固体极限，从而降低了其预期寿命并降低了所需的通量率。AN区域中的稀释引起TSS从4,000mg/L减小到2,000mg/L，从而以与CAS类似的方式通过增加实施生物反应所需的罐体积来影响该区域中的生物过程。
发明内容
鉴于前述内容，期望一种废水处理设备、系统和/或过程，其降低了系统的成本、空间和复杂性，同时维持高通量率和过滤具有高TSS含量的流入物的能力。
在本发明的一个非限制性示例中，一种处理废水以产生滤液的方法包括以下步骤：将未处理废水引入到生物反应器的入口区；将具有至少10,000mg/L总悬浮固体的经处理废水浓缩物引入到生物反应器的入口区中，以形成生物活性混合物；在生物反应器的曝气区中对生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；对经处理废水进行过滤，以产生滤液和浓缩物，其中过滤产生的滤液的总悬浮固体小于10mg/L；将浓缩物的至少一部分输送到生物反应器的入口区；以及将滤液作为清洁水输送到生物反应器外部。
在本发明的另一个非限制性示例中，一种处理废水以产生滤液的方法；这些步骤包括：将未处理废水和作废弃处理(treated wasted)的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成生物活性混合物；将生物活性混合物输送到生物反应器的入口区中；在生物反应器的曝气区中对生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；对经处理废水进行过滤，以产生滤液和浓缩物，其中过滤产生的滤液的总悬浮固体小于10mg/L；将浓缩物的至少一部分输送到生物反应器的入口区；以及将滤液作为清洁水输送到生物反应器外部。组合步骤可进一步包括：将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体主动混合，以形成生物活性混合物。组合步骤可进一步包括：在输送管中将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成生物活性混合物。该方法可进一步包括：将未处理废水引入到生物反应器的入口区中。
以上两种方法都可进一步定义如下。生物活性混合物可包括未处理废水和经处理废水浓缩物。该方法可进一步包括：将生物活性混合物保持在入口区中历时预定时间，以使得能够在缺氧区和/或反硝化区中实现缺氧过程。该方法可进一步包括：在将浓缩物输送到入口区的管的至少一部分中至少部分地混合未处理废水和浓缩物的至少一部分。入口区可在缺氧区内或在与缺氧区相邻处。接触器可在入口区中混合未处理废水和浓缩物，其中该混合是高度湍流的。输送浓缩物的至少一部分的步骤可进一步包括：泵送浓缩物和/或维持浓缩物的来源和入口区之间的差动液体扬程。过滤可由具有可渗透基材的过滤器执行，并且可进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤可由具有可渗透基材的过滤器执行，并且可进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤可由具有可渗透基材的过滤器执行，并且可进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤可由具有可渗透基材的过滤器执行，并且可进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。生物反应器可包括单个罐。生物反应器可包括互连的多个罐。入口区可以是非曝气的。该方法可进一步包括：监测浓缩物的总悬浮固体；以及控制对经处理废水的过滤，以维持具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。该方法可进一步包括：将经处理废水的至少一部分喷洒在可渗透基材上，以取出沉积的悬浮固体层的至少一部分。过滤可由具有第一面以及与第一面相对的第二面的液体可渗透过滤元件执行，其中过滤元件的第一面的至少某个区域经受压力下的经处理废水，并且所述区域上的压力大于0且小于或等于5.9kPa，其中浓缩物积聚在过滤元件的第一面上。过滤可由过滤机器执行，该过滤机器包括液体可渗透过滤元件并且可进一步包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到过滤元件的第二面处、穿过过滤元件并朝向过滤元件的第一面，以取出和/或帮助取出沉积的固体层。该方法可进一步包括：将气泡从至少一个气体馈送器引入到经处理废水中。输送浓缩物的至少一部分的步骤可包括：将由过滤生成的浓缩物泵送到生物反应器的入口区。该方法可进一步包括：对未处理废水进行生物处理；其中生物处理步骤包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。浓缩物中的溶解氧水平可不超过0.5mg/L。浓缩物中的溶解氧水平可不超过0.1mg/L。浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平可不超过3mg/L。生物反应器中浓缩物的目的地高度和浓缩物的来源高度可布置成减小来源和目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程(pumping head)要求。在本发明的另一个非限制性示例中，一种用于处理废水的废水处理设备包括：生物反应器，其包括：用于容纳未处理废水和浓缩物的入口区以及具有气体馈送器的曝气区、用于生成滤液和浓缩物的过滤器、以及用以将浓缩物从过滤器输送到入口区的机构。
该机构可包括泵、以及在过滤机器和入口区之间的至少一个输送管。输送管可包括未处理废水入口。该机构可包括入口区和为过滤器提供的外部罐之间的高度差。废水处理设备可进一步包括接触器，该接触器具有来自废水入口的入口和来自输送管的入口。过滤器可为具有可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤器可为具有可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤器可为具有可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。过滤器可为具有可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。生物反应器可包括单个罐。生物反应器可包括互连的多个罐。过滤器可为过滤机器。过滤机器可包括液体可渗透过滤元件，该液体可渗透过滤元件包括第一面以及与第一面相对的第二面，其中该液体可渗透过滤元件至少部分地浸没在液体中。液体可渗透过滤元件可布置成循环通过液体，使得：在第一位置中，过滤元件的第一面的某个区域经受压力下的液体，并且过滤元件上的压力大于0且小于或等于5.9kPa；以及在第二位置中，该区域不经受压力下的液体或经受较低压力下的液体。过滤机器可包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到过滤元件的第二面处、穿过过滤元件并朝向过滤元件的第一面，以取出和/或帮助取出积聚在过滤元件的第一面上的固体。过滤机器可被配置成过滤总悬浮固体在1,000mg/L和50,000mg/L之间的液体，以便产生总悬浮固体不超过10mg/L的过滤后的液体。过滤元件可被配置成以一定速度循环，使得渗透通量在200L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间，并且当过滤元件到达第二位置时所积聚的固体层的厚度在0和6cm之间。过滤元件的孔隙大小可在2和40μm之间。废水处理设备可进一步包括：至少一个气体馈送器，其用以将气泡引入到经处理废水中。浓缩物的总悬浮固体可在10,000mg/L到50,000mg/L的范围内。浓缩物的总悬浮固体可在15,000mg/L到25,000mg/L的范围内。废水处理设备可进一步包括：至少一个泵，其被配置成将浓缩物输送到生物反应器。过滤元件的渗透通量可在500L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间。废水处理设备可进一步包括对未处理废水的生物处理；其中该生物处理包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。浓缩物中的溶解氧水平可不超过0.5mg/L、优选地不超过0.1mg/L。浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平可不超过3mg/L。生物反应器中浓缩物的目的地高度和浓缩物的来源高度可布置成减小来源和目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程要求。
一种系统，其可包括：根据上文所描述的任何实施方式的废水处理设备；一组一个或多个传感器，其被配置成监测废水处理设备；一组一个或多个致动器、一组一个或多个马达和泵或它们的组合，其被配置成控制废水处理设备；一组一个或多个计算机系统，其被配置成从该组一个或多个传感器接收信号并提供控制信号来控制该组一个或多个致动器、该组一个或多个马达和泵或它们的组合
现在将在以下编号的条款中描述和阐述本发明的各种优选和非限制性示例或方面：
条款1：一种处理废水以产生滤液的方法；步骤包括：将未处理废水引入到生物反应器的入口区；将具有至少10,000mg/L总悬浮固体的经处理废水浓缩物引入到生物反应器的入口区中，以形成生物活性混合物；在生物反应器的曝气区中对生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；对经处理废水进行过滤，以产生滤液和浓缩物，其中过滤产生的滤液的总悬浮固体小于10mg/L；将浓缩物的至少一部分输送到生物反应器的入口区；以及将滤液作为清洁水输送到生物反应器外部。条款2：一种处理废水以产生滤液的方法；步骤包括：将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成生物活性混合物；将生物活性混合物输送到生物反应器的入口区中；在生物反应器的曝气区中对生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；对经处理废水进行过滤，以产生滤液和浓缩物，其中过滤产生的滤液的总悬浮固体小于10mg/L；将浓缩物的至少一部分输送到生物反应器的入口区；以及将滤液作为清洁水输送到生物反应器外部。
条款3：如条款1或2所述的方法，其中生物活性混合物包括未处理废水和经处理废水浓缩物。
条款4：如条款1至3中任一项所述的方法，进一步包括：将生物活性混合物保持在入口区中历时预定时间，以使得能够在缺氧区和/或反硝化区中实现缺氧过程。
条款5：如条款1至4中任一项所述的方法，进一步包括：在将浓缩物输送到入口区的管的至少一部分中至少部分地混合未处理废水和浓缩物的至少一部分。
条款6：如条款1至5中任一项所述的方法，其中入口区在缺氧区内或在与缺氧区相邻处。
条款7：如条款1至6中任一项所述的方法，其中接触器在入口区中混合未处理废水和浓缩物，其中该混合是高度湍流的。
条款8：如条款1至7中任一项所述的方法，其中输送浓缩物的至少一部分的步骤进一步包括：泵送浓缩物和/或维持浓缩物的来源和入口区之间的差动液体扬程。
条款9：如条款1至8中任一项所述的方法，其中过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款10：如条款1至8中任一项所述的方法，其中过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款11：如条款1至8中任一项所述的方法，其中过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款12：如条款1至8中任一项所述的方法，过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使可渗透基材积垢，以在可渗透基材上由经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出该层的至少一部分；以及将该层的取出部分与经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款13：如条款1至12中任一项所述的方法，其中生物反应器包括单个罐。
条款14：如条款1至12中任一项所述的方法，其中生物反应器包括互连的多个罐。
条款15：如条款1至14中任一项所述的方法，其中入口区是非曝气的。
条款16：如条款1至15中任一项所述的方法，进一步包括：监测浓缩物的总悬浮固体；以及控制对经处理废水的过滤，以维持具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款17：如条款9至12中任一项所述的方法，进一步包括：将经处理废水的至少一部分喷洒在可渗透基材上，以取出沉积的悬浮固体层的至少一部分。
条款18：如条款1至17中任一项所述的方法，其中过滤由具有第一面以及与第一面相对的第二面的液体可渗透过滤元件执行，其中过滤元件的第一面的至少某个区域经受压力下的经处理废水，并且所述区域上的压力大于0且小于或等于5.9kPa，其中浓缩物积聚在过滤元件的第一面上。
条款19：如条款18所述的方法，其中过滤由过滤机器执行，该过滤机器包括液体可渗透过滤元件并且进一步包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到过滤元件的第二面处、穿过过滤元件并朝向过滤元件的第一面，以取出和/或帮助取出沉积的固体层。
条款20：如条款1至19中任一项所述的方法，进一步包括：将气泡从至少一个气体馈送器引入到经处理废水中。
条款21：如条款1至20中任一项所述的方法，其中输送浓缩物的至少一部分的步骤包括：将由过滤生成的浓缩物泵送到生物反应器的入口区。
条款22：如条款1至21中任一项所述的方法，进一步包括：对未处理废水进行生物处理；其中生物处理步骤包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。
条款23：如条款1至22中任一项所述的方法，其中浓缩物中的溶解氧水平不超过0.5mg/L。
条款24：如条款1至23中任一项所述的方法，其中浓缩物中的溶解氧水平不超过0.1mg/L。
条款25：如条款1至24中任一项所述的方法，其中浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平不超过3mg/L。
条款26：如条款1至25中任一项所述的方法，其中生物反应器中浓缩物的目的地高度和浓缩物的来源高度布置成减小来源和目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程要求。
条款27：如条款18所述的方法，其中过滤元件的渗透通量在200L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间，并且过滤元件两端的压差小于5900Pa。
条款28：如条款1至27中任一项所述的方法，其中至少一个泵排放到生物反应器中。
条款29：如条款18所述的方法：其中过滤元件的渗透通量大于500L/(m2h)，诸如大于1,000L/(m2h)、诸如大于2,500L/(m2h)、诸如大于5,000L/(m2h)。
条款30：如条款1至29中任一项所述的方法，其中过滤步骤将相邻体积中的总悬浮固体增加到高于直接来自生物反应器的流入物的来源的总悬浮固体。
条款31：如条款1至30中任一项所述的方法，其中过滤步骤将相邻体积中的总悬浮固体增加到大于或等于10g/L，诸如大于或等于12g/L、诸如大于或等于15g/L、诸如大于或等于20g/L、诸如大于或等于50g/L。
条款32：如条款26所述的方法，其中总扬程小于或等于2m，诸如小于或等于1m、诸如小于或等于0.5m、诸如小于或等于0.2m。
条款33：如条款1至32中任一项所述的方法，其中至少一个泵的扬程小于或等于2m，诸如小于或等于1m、诸如小于或等于0.5m、诸如小于或等于0.2m。
条款34：如条款1至33中任一项所述的方法，其中未处理废水由单个泵泵送。
条款35：如条款1至34中任一项所述的方法，其中浓缩物的目的地是生物反应器的缺氧区。
条款36：如条款1至34中任一项所述的方法，其中浓缩物的目的地是组合的缺氧和反硝化区。
条款37：如条款1至34中任一项所述的方法，其中浓缩物的目的地是不将未处理废水供应给过滤机器的生物反应器。
条款38：如条款1至37中任一项所述的方法，其中过滤机器位于生物反应器中。
条款39：如条款1至37中任一项所述的方法，其中过滤机器位于与生物反应器分开的罐中。
条款40：如条款18所述的方法，其中过滤元件至少部分地浸没在经处理废水中。
条款41：如条款1至40中任一项所述的方法，其中未处理废水被供应给与生物反应器罐分开的罐，并且浓缩物来源于与过滤机器相邻处并被泵送到组合的缺氧区和反硝化区中的缺氧区。
条款42：如条款41所述的方法，其中被供应给单独的罐的未处理废水是借助于重力或泵送从生物反应器供应的。
条款43：如条款19所述的方法，其中过滤机器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥处理设备集成，该常规活性污泥处理设备具有生物反应器罐和澄清器。
条款44：如条款19所述的方法，其中过滤机器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥处理设备集成，该常规活性污泥处理设备具有生物反应器和澄清器，并且浓缩物来源于与过滤机器相邻处并被泵送到目的地。
条款45：如条款19所述的方法，其中过滤机器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥处理设备集成，该常规活性污泥处理设备具有生物反应器和澄清器，并且浓缩物来源于与过滤机器相邻处并被泵送到目的地，并且未处理废水被供应给澄清器和单独的罐。
条款46：如条款19所述的方法，其中来源于与过滤机器相邻处的浓缩物的目的地是缺氧区或组合的缺氧和反硝化区。
条款47：如条款43至45中任一项所述的方法，其中常规活性污泥处理设备的附接到澄清器的现有泵将浓缩物泵送到反硝化区。
条款48：如条款43至45所述的方法，其中常规活性污泥处理设备的硝化区在总悬浮固体方面被维持在其最初设计的操作点，诸如在3.5g/L到4g/L之间。
条款49：如条款19所述的方法，其中过滤机器至少部分地浸没在单独的罐中并且用于处理高于正常输入流速的水。
条款50：如条款19所述的方法，其中浓缩物的总悬浮固体在与过滤机器相邻处被调整。
条款51：如条款19所述的方法，其中当到生物反应器的流入物增加时，浓缩物的总悬浮固体在与过滤机器相邻处增加。
条款52：如条款19所述的方法，其中在与过滤机器相邻处测得的较高流入量的总悬浮固体水平和正常总悬浮固体水平之间的比率大于或等于1.05，诸如大于或等于1.1、诸如大于或等于1.2、诸如大于或等于1.5、诸如大于或等于2。
条款53：如条款1至52中任一项所述的方法，其中在较高流入量期间和/或为较高流入量作准备，缺氧区或缺氧和反硝化区中的总悬浮固体增加。
条款54：如条款1至53中任一项所述的方法，其中在缺氧区或缺氧和反硝化区处高流入量的总悬浮固体与正常流入量的总悬浮固体的比率大于或等于1.05，诸如大于或等于1.1、诸如大于或等于1.2、诸如大于或等于1.5、诸如大于或等于2。
条款55：如条款1至54中任一项所述的方法，其中到生物反应器的未处理废水流入物的流量从正常水平增加大于或等于1.5倍，诸如大于或等于2倍、诸如大于或等于4倍、诸如大于或等于6倍。
条款56：如条款1至55中任一项所述的方法，其中离开过滤机器的滤液流量从正常水平增加大于或等于1.5倍，诸如大于或等于2倍、诸如大于或等于4倍、诸如大于或等于6倍。
条款57：如条款1至56中任一项所述的方法，其中使用降雨预报来预测未处理废水的较高流入量。
条款58：如条款1至57中任一项所述的方法，其中使用降雨预报和降雨量对流入量的影响的模型来预测未处理废水的较高流入量。
条款59：如条款1至58中任一项所述的方法，其中在具有计算与数据处理和控制的合适平台上以软件来应用天气预报和/或模型。
条款60：如条款59所述的方法，其中模型的输出用于建议操作员为降雨作准备和/或在降雨期间并且为较高流入量结束作准备来调整过程的操作，以切换回正常操作模式。
条款61：如条款59所述的方法，其中模型的输出用于为降雨作准备和/或在降雨期间并且为较高流入量结束作准备来自动调整操作进度，以切换回正常操作模式。
条款62：如条款19所述的方法，其中过滤机器是在单独的罐中，并且在正常流入量的操作条件期间不操作，而是在出现较高流量时操作。
条款63：如条款1至62中任一项所述的方法，其中过滤机器和生物反应器构成的网络用管连接在一起。
条款64：如条款1至63中任一项所述的方法，其中到生物反应器的流入物是来自部分地浸没在预处理罐中的预处理过滤机器的预处理滤液。
条款65：如条款19所述的方法，其中过滤机器是在生物反应器内，并且浓缩物被泵送到与到生物反应器的后预处理流入物相邻处。
条款66：如条款64所述的方法，其中预处理罐和生物反应器布置成使得馈送物或预处理流入物和滤液位于一端处和/或罐布置成U形。
条款67：一种计算机程序，当由计算机执行时，该计算机程序造成计算机执行如条款1至66中任一项所述的方法。
条款68：一种计算机程序产品，其包括可为非暂时性的计算机可读介质、以及存储在计算机可读介质上的如条款6所述的计算机程序。
条款69：一种用于处理废水的废水处理设备，其包括：生物反应器，其包括：用于容纳未处理废水和浓缩物的入口区以及具有气体馈送器的曝气区、用于生成滤液和浓缩物的过滤器、以及用以将浓缩物从过滤器输送到入口区的机构。
条款70：如条款69所述的废水处理设备，其中机构包括泵、以及在过滤器和入口区之间的至少一个输送管。
条款71：如条款69至70中任一项所述的废水处理设备，其中输送管包括未处理废水入口。
条款72：如条款69至71中任一项所述的废水处理设备，其中机构是入口区和为过滤器提供的外部罐之间的高度差。
条款73：如条款69至72中任一项所述的废水处理设备，进一步包括接触器，该接触器具有来自废水入口的入口和来自输送管的入口。
条款74：如条款69至73中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款75：如条款69至73中所述的废水处理设备，其中过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款76：如条款69至73中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款77：如条款69至73中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中可渗透基材被故意积垢以由经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
条款78：如条款69至77中任一项所述的废水处理设备，其中生物反应器包括单个罐。
条款79：如条款69至77中任一项所述的废水处理设备，其中生物反应器包括互连的多个罐。
条款80：如条款69所述的废水处理设备，其中过滤器是过滤机器。
条款81：如条款80所述的废水处理设备，其中过滤机器包括液体可渗透过滤元件，该液体可渗透过滤元件包括第一面以及与第一面相对的第二面，其中该液体可渗透过滤元件至少部分地浸没在液体中。
条款82：如条款81所述的废水处理设备，其中液体可渗透过滤元件布置成循环通过液体，使得：在第一位置中，过滤元件的第一面的某个区域经受压力下的液体，并且过滤元件上的压力大于0且小于或等于5.9kPa；以及在第二位置中，该区域不经受压力下的液体或经受较低压力下的液体。
条款83：如条款80或81所述的废水处理设备，其中过滤机器包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到过滤元件的第二面处、穿过过滤元件并朝向过滤元件的第一面，以取出和/或帮助取出积聚在过滤元件的第一面上的固体。
条款84：如条款80至83中任一项所述的废水处理设备，其中过滤机器被配置成过滤总悬浮固体在1,000mg/L和50,000mg/L之间的液体，以便产生总悬浮固体不超过10mg/L的过滤后的液体。
条款85：如条款81所述的废水处理设备，其中过滤元件被配置成以一定速度循环，使得渗透通量在200L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间，并且当过滤元件到达第二位置时所积聚的固体层的厚度在0和6cm之间。
条款86：如条款81所述的废水处理设备，其中过滤元件的孔隙大小在2和40μm之间。
条款87：如条款69至86中任一项所述的废水处理设备，进一步包括：至少一个气体馈送器，其用以将气泡引入到经处理废水中。
条款88：如条款69至87中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的总悬浮固体在10,000mg/L到50,000mg/L的范围内。
条款89：如条款69至88中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的总悬浮固体在15,000mg/L到25,000mg/L的范围内。
条款90：如条款69至89中任一项所述的废水处理设备，进一步包括：至少一个泵，其被配置成将浓缩物输送到生物反应器。
条款91：如条款85所述的废水处理设备，其中过滤元件的渗透通量在500L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间。
条款92：如条款69至91中任一项所述的废水处理设备，进一步包括对未处理废水的生物处理；其中该生物处理包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。
条款93：如条款69至92中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物中的溶解氧水平不超过0.5mg/L、优选地不超过0.1mg/L。
条款94：如条款69至93中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平不超过3mg/L。
条款95：如条款69至94中任一项所述的废水处理设备，其中生物反应器中浓缩物的目的地高度和浓缩物的来源高度布置成减小来源和目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程要求。
条款96：如条款69至95中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器是包括过滤器材料的过滤/增稠机器，或者是包括过滤器材料的替代性机器，其中过滤器的渗透通量在200L/(m2h)到5000L/(m2h)之间，过滤器材料两端的压差小于5900Pa。
条款97：如条款96所述的废水处理设备，其中过滤器材料的渗透通量等于或大于500L/(m2h)、等于或大于1000L/(m2h)、等于或大于2500L/(m2h)、等于或大于5000L/(m2h)。
条款98：如条款69至97中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物中的溶解氧水平等于0mg/L。
条款99：如条款69至98中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物中的硝酸盐水平小于或等于8mg/L。
条款100：如条款96所述的废水处理设备，其中过滤/增稠机器将到机器的相邻体积中的总悬浮固体增加到高于未处理废水的来源的总悬浮固体。
条款101：如条款100所述的废水处理设备，其中过滤/增稠机器将相邻体积中的总悬浮固体增加到大于或等于10g/L、大于或等于12g/L、大于或等于15g/L，大于或等于20g/L，大于或等于50g/L。
条款102：如条款69至101中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的来源和目的地之间的高度差小于或等于2m、小于或等于1m、小于或等于0.5m、小于或等于0.2m。
条款103：如条款69至102中任一项所述的废水处理设备，其中至少一个泵的扬程小于或等于2m、小于或等于1m、小于或等于0.5m、小于或等于0.2m。
条款104：如条款69至103中任一项所述的废水处理设备，其中未处理废水由单个泵泵送。
条款105：如条款69至104中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的目的地是生物反应器的缺氧区(AN)。
条款106：如条款69至104中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的目的地是生物反应器罐的组合的缺氧和反硝化区(AN/DN)。
条款107：如条款69至104中任一项所述的废水处理设备，其中浓缩物的目的地是不将未处理废水供应给过滤器的生物反应器。
条款108：如条款81所述的废水处理设备，其中过滤元件至少部分地浸入于生物反应器的流入物中。
条款109：如条款69至108中任一项所述的废水处理设备，其中被供应给单独的罐的未处理废水是从生物反应器罐供应的，并且来源于与过滤器相邻处的浓缩物被泵送到生物反应器的缺氧区或生物反应器的组合的缺氧和反硝化区。
条款110：如条款69至109中任一项所述的废水处理设备，其中被供应给单独的罐的未处理废水是借助于重力或泵送从生物反应器供应的。
条款111：如条款69至110中任一项所述的废水处理设备，进一步包括常规活性污泥(CAS)处理设备，其中过滤器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥(CAS)处理设备集成，该CAS处理设备具有生物反应器和澄清器。
条款112：如条款69至110中任一项所述的废水处理设备，进一步包括常规活性污泥(CAS)处理设备，其中过滤器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥(CAS)处理设备集成，该CAS处理设备具有生物反应器和澄清器，并且来源于与过滤机器相邻处的浓缩物被泵送到目的地。
条款113：如条款69至110中任一项所述的废水处理设备，进一步包括常规活性污泥(CAS)处理设备，其中过滤器位于与生物反应器分开的罐中，并且与现有的常规活性污泥(CAS)处理设备集成，该CAS处理设备具有生物反应器和澄清器，并且来源于与过滤机器相邻处的浓缩物被泵送到目的地，且未处理废水被供应给澄清器和单独的罐。
条款114：如条款111至113中任一项所述的废水处理设备，其中来源于与过滤器相邻处的浓缩物的目的地是生物反应器的缺氧区或生物反应器的组合的缺氧和反硝化区(AN/DN)。
条款115：如条款69至114中任一项所述的废水处理设备，进一步包括常规活性污泥(CAS)处理设备，其中CAS处理设备的附接到沉淀系统或澄清器的现有泵将浓缩物泵送到反硝化区DN。
条款116：如条款69至114中任一项所述的废水处理设备，进一步包括常规活性污泥(CAS)处理设备，其中生物反应器的CAS系统硝化区在TSS方面被维持在其最初设计的操作点3.5到4g/L之间或者3和5g/L之间。
条款117：如条款69至116中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器至少部分地浸入于单独的罐或生物反应器罐中并且用于处理高于正常输入流速的原水。
条款118：如条款69至117中任一项所述的废水处理设备，总悬浮固体在与过滤器相邻处被调整。
条款119：如条款69至118中任一项所述的废水处理设备，其中当到生物反应器的流入物增加时，总悬浮固体在与过滤器相邻处被调整。
条款120：如条款69至119中任一项所述的废水处理设备，其中在与过滤器相邻处测得的较高流入量的总悬浮固体水平和正常总悬浮固体水平之间的比率大于或等于1.05、大于或等于1.1、大于或等于1.2、大于或等于1.5、大于或等于2。
条款121：如条款69至120中任一项所述的废水处理设备，其中在较高流入量期间和/或为较高流入量作准备，缺氧区或缺氧/反硝化区中的总悬浮固体增加。
条款122：如条款69至121中任一项所述的废水处理设备，其中在缺氧区或缺氧/反硝化区中高流入量的总悬浮固体与正常流入量的总悬浮固体的比率大于或等于1.05、大于或等于1.1、大于或等于1.2、大于或等于1.5、大于或等于2。
条款123：如条款69至122中任一项所述的废水处理设备，其中到生物反应器的未处理废水流入物的流量从正常水平增加大于或等于1.5倍、大于或等于2倍、大于或等于4倍、大于或等于6倍。
条款124：如条款69至123中任一项所述的废水处理设备，其中离开过滤器的滤液从正常水平增加大于或等于1.5倍、大于或等于2倍、大于或等于4倍、大于或等于6倍。
条款125：如条款69至124中任一项所述的废水处理设备，其中使用基于历史天气数据和/或日流入量模式的降雨预报和/或模型来预测较高流入量。
条款126：如条款69至125中任一项所述的废水处理设备，其中使用降雨预报和/或历史天气数据和/或日流入量模式来预测较高流入量，并且使用对流入量的影响的模型。
条款127：如条款69至126中任一项所述的废水处理设备，其中可在具有计算与数据处理和/或控制的合适平台上以软件来应天气预报和/或历史天气数据和/或日流入量模式以及模型。
条款128：如条款127所述的废水处理设备，其中模型的输出用于建议操作员为降雨作准备和/或在降雨期间并且为较高流入量结束作准备来调整过程的操作，以切换回正常操作模式。
条款129：如条款128所述的废水处理设备，其中模型的输出用于为降雨作准备和/或在降雨期间并且为较高流入量结束作准备来自动调整过程的操作，以切换回正常操作模式和/或使用历史天气数据和/或日流入量模式。
条款130：如条款69至129中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器是在单独的罐中，并且在正常流入量的操作条件期间不操作，而是在出现高于ADF时操作。
条款131：如条款69至130中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器和生物反应器构成的网络用管连接在一起。
条款132：如条款69至131中任一项所述的废水处理设备，其中到生物反应器的流入物是来自至少部分地浸入于预处理罐中的预处理过滤器的预处理滤液。
条款133：如条款69至132中任一项所述的废水处理设备，其中过滤器至少部分地浸入于生物反应器内，并且浓缩物通过至少一个泵被泵送到与到生物反应器的流入物相邻处。
条款134：一种系统，其包括：如权利要求68至132中任一项所述的废水处理设备；一组一个或多个传感器，其被配置成监测废水处理设备；一组一个或多个致动器、一组一个或多个马达和泵或它们的组合，其被配置成控制废水处理设备；一组一个或多个计算机系统，所述一组一个或多个计算机系统被配置成从该组一个或多个传感器接收信号并提供控制信号来控制该组一个或多个致动器、该组一个或多个马达和泵或它们的组合。
条款135：如条款134所述的系统，其中(多个)计算机系统布置成控制处理设备的过程。
条款136：如条款134或135所述的系统，其中(多个)计算机系统布置成控制处理设备和/或从与过滤器相邻处泵送浓缩物的至少一个泵的过程，其中浓缩物具有受控制和/或监测的溶解氧(DO)浓度、硝酸盐(NO3)浓度、总悬浮固体水平、和/或总悬浮固体的浓度和/或水平。
条款137：如条款2所述的方法，其中组合步骤进一步包括：将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体主动混合，以形成生物活性混合物。
条款138：如条款2所述的方法，其中组合步骤进一步包括：在输送管中将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成生物活性混合物。
条款139：如条款2所述的方法，进一步包括：将未处理废水引入到生物反应器的入口区中。
附图说明
图1是本领域已知的CAS处理设备的示意图；
图2是本领域已知的MBR处理设备的示意图；
图3是根据本发明的一个方面的集成式FTM处理设备的示意图；
图4是示出根据本发明的另一个方面的TSS、DO和ORP的集成式FTM系统过程轮廓的图表；
图5是Gunder曲线的图表；
图6是根据本发明的另一个方面的CAS设备、MBR设备和FTM设备的尺寸比较的示意图，每个设备在硝化罐中具有相同的流入物和流出物流量以及相同的固体量；
图7是根据本发明的另一个方面的集成式FTM系统在暴雨条件下的示意图；
图8是根据本发明的另一个方面的外部FTM处理设备的示意图；
图9是根据本发明的另一个方面的混合CAS/FTM处理设备的示意图；
图10是根据本发明的另一个方面的混合CAS/FTM处理设备在暴雨状态下的示意图；
图11是根据本发明的另一个方面的CAS处理设备和混合CAS/FTM处理设备之间的示意图和质量平衡比较；
图12是根据本发明的另一个方面的用于处理设备的计算机系统/控制系统的示意图。
具体实施方式
为了下文描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右侧”、“左侧”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与本发明在附图中的朝向有关。然而，将理解，除非明确相反地规定，否则本发明可采取替代性的变化和步骤顺序。还将理解，附图中图示的以及以下说明书中描述的特定装置和过程仅是本发明的示例性实施方式。因此，与本文中所公开的实施方式有关的特定尺寸和其他物理特性将不被认为是限制性的。
同样，应理解，本文中所叙述的任何数值范围均旨在包括其中包含的所有子范围。例如，范围“1”到“10”旨在包括在所叙述的最小值1和所叙述的最大值10之间(并且包括端值)的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。
在本申请中，除非另有具体陈述，否则单数的使用包括复数，并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另有具体陈述，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可明确地使用“和/或”。进一步地，在本申请中，除非另有具体陈述，否则“一个”或“一种”的使用意指“至少一个”。
根据本发明的某些非限制性实施方式，提供了一种用于处理废水的过程和/或系统，其中所述过程和/或系统可包括用于过滤液体的机器，诸如过滤/增稠机器(FTM)。过滤/增稠机器(FTM)在本文中也可简称为“过滤机器”(204)。FTM的一种可能版本在以下各者中进行了大量描述：2018年11月12日提交的意大利专利申请号102018000010259；2018年11月19日提交的意大利专利申请号102018000010430；2019年7月5日提交的意大利专利申请号102019000011046；以及2019年7月5日提交的意大利专利申请号102019000011058。
FTM的优选的非限制性示例可以在2019年9月17日提交的PCT申请号PCT/EP2019/074913中找到，该申请特此以其整体并入。在本文中所公开的过程和系统中使用的FTM可包括旋转盘式过滤机器，诸如在PCT/EP2019/074913中所公开的。FTM使用筛网、基材或过滤材料来促进生物悬浮固体与流入物的分离，从而向过滤后的液体或流出物提供悬浮固体。来自FTM的流出物或过滤后的液体的质量与MBR的质量几乎相当。FTM能够将细菌和病毒显著去除至可接受的水平以满足所需的再使用质量，诸如用于灌溉和洗涤。尽管FTM的基材或过滤材料具有2到40微米的无筛网通道，但FTM提供了与在0.04和0.4微米之间的等效标称孔隙大小相关联的流出物或过滤后的液体或滤液(205)的质量。因此，FTM能够提供卓越的通量率。对水的过滤可由具有第一面以及与第一面相对的第二面的可渗透过滤元件执行，其中过滤元件的第一面的至少某个区域经受压力下的经处理废水，并且所述区域上的压力大于0且小于或等于5.9kPa，其中沉积的固体层或浓缩物积聚在过滤元件的第一面上。
FTM依赖于基材(也称为过滤器基材或过滤器材料)的有效的故意积垢，以形成临时动态层，该临时动态层由来自到过滤机器的流入物(或称为经处理废水)(250)的沉积的悬浮固体制成。FTM控制来自“到过滤机器的流入物”(250)的固体沉积到FTM的过滤器材料上、所述固体压实在FTM的过滤器材料上、以及固体回流到与FTM相邻的区域中的液体(252)中之间的平衡，以形成压缩物，一部分被用作RAS(251)。RAS(251)是输送到生物反应器(208)的入口区的那部分浓缩物。浓缩物也称为经处理废水的浓缩物。固体的回流向FTM提供了使到过滤机器的流入物或使经处理废水增稠的能力。与任何目前工艺水平的处理系统相比，可以经济地产生高质量的流出物(也称为滤液)。
集成式FTM处理设备
参考图3，提供了集成式FTM处理设备(303)。集成式FTM处理设备(303)包括直接集成在生物反应器(208)中的FTM(也称为过滤机器)(204)，该生物反应器可由混凝土或其他材料制成。本文中所描述的生物反应器(208)可为单个罐；或替代性地，可包括互连的多个罐。所述多个罐可通过多个管材或管道(未示出)互连。FTM(204)定位在硝化罐(203)中、在生物反应器(208)的与废水输入(201)相对的端部处。在废水输入(201)处进入的未处理废水(200)(也称为废水)可具有250mg/L的TSS和0mg/L的DO。在处理中的各个点处依据(Q)的液体流速在图3中示出。这使得在FTM(204)之前的生物反应器过程能够在具有液位(253)的经处理液体或(经处理废水)(250)到达FTM(204)之前执行反硝化过程(DN)、硝化过程(N)和/或处理磷酸盐去除(AN)。来自与FTM(204)相邻的区域的增稠的活性污泥或浓缩物(252)利用泵(206)被泵送到入口区(诸如，与废水输入(201)相邻的缺氧/厌氧区(202b))，并且与未处理废水(200)混合以形成生物活性混合物。生物反应器内与废水输入(201)相邻的区域称为入口区。本文中所描述的任何处理设备的入口区均可被配置成对包含在其中的液体曝气或被配置成与曝气区相邻。替代性地，入口区可在非曝气区内或与非曝气区相邻处。非曝气区可为缺氧区。在缺氧/厌氧区(202b)中，增稠的活性污泥的DO含量为0mg/L。可使用特定的接触器，该接触器促进RAS或经处理废水浓缩物(251)与在废水入口(201)处进入的未处理废水(200)的高度湍流混合，以形成生物活性混合物。替代性地或另外，未处理废水(200)和浓缩物(251)可在入口区上游的某个区域处至少部分地混合，诸如在将浓缩物输送到生物反应器的入口的管中。除了未处理废水(200)和浓缩物(251)之外，生物活性混合物还可包含其他液体。
RAS(251)可称为“浓缩物”，它是在对经处理废水进行过滤期间聚集的悬浮固体。在过滤期间，经处理废水被分成悬浮固体浓缩物(251)和流出物(205)或“滤液”。因而，废水作为未处理废水(200)进入系统，在曝气区和/或其他生物处理中进行处理以产生经处理废水，且然后进行过滤以产生浓缩物(251)和滤液(205)。
FTM过滤器材料上的固体脱水产生14,000至25,000mg/L或10,000至70,000mg/L的(TSS)固体含量，并且与FTM(204)相邻的液体(即，浓缩物)(252)中的DO＝0mg/L或低于0.1mg/L，这显著大于利用CAS和MBR可以实现的情况。与FTM(204)相邻的液体(252)中的高TSS水平是通过以下方式实现的：将由过滤机器(204)从流入物(250)中取出的固体与少量流出物(205)(未示出)混合，且然后将所述混合物重新引入到与跟过滤机器相邻的液体(252)混合的液体中。FTM(204)提供具有小于10mg/L TSS和大约0mg/L DO的清洁的流出物(也称为流出物、滤液和清洁水)(205)。如本文中所使用的，“流出物”是指清洁水(诸如，清洁废水)或总悬浮固体含量小于25mg/L的其他液体。流出物也可称为“滤液”。部分高固含量污泥被单独收集(207)并被废弃以维持设备中的稳定条件。取出过程可能为或可能非为连续过程。
与CAS的4,000mg/L和MBR的8,000mg/L相比，新系统在硝化区中能够对超过12,000mg/L的固体浓度有效构成了与现有目前工艺水平相比的巨大优势。硝化区的DO含量也增加到2mg/L。为了实现相同总量的悬浮固体，本发明需要相对于相同MBR硝化区体积大约为60％或者相对于相同CAS硝化区体积大约为33％的硝化区。
令人惊讶的是，在FTM(204)附近以在14,000至25,000mg/L范围内的甚至更高的固体含量工作提供了附加的益处，这些益处使本发明相对于其他已知技术甚至更有竞争力。为了借助于曝气系统(254)在生物反应器(208)的曝气区(例如，硝化区(203))中实现有效的曝气，常用的方法将是保持TSS浓度低于10,000mg/L，因为众所周知的是，在较高的固体含量下，气泡和水之间的氧输送变得不太有效，如图5的Gunder曲线中所示的。Gunder曲线示出了所绘制的α(输送到过程水中的氧与输送到清洁水中的氧的比率)与MLSS(混合液悬浮固体)(g/L)的关系。流入物(200)或未处理废水或部分经处理废水在曝气区中(诸如，在硝化区(203))中进行曝气，以去除溶解的气体和挥发性有机化合物。在曝气区中进行曝气之后到过滤机器的流入物可称为“经处理”废水(250)，且然后可进行过滤以产生滤液(流出物)(205)和浓缩物(251)。
图3的FTM设备的TSS质量平衡在下表3中示出。
表3
本发明的目的是公开一种在相反状态下工作的处理过程，其在被集合于该过程中的FTM(204)附近实现大于10,000mg/L(诸如，在14,000至25,000mg/L的范围内)的高固体含量。
由于在FTM(204)附近的高TSS所致，RAS(也称为经处理废水浓缩物)(251)即使在存在曝气的情况下也由于从气泡到高TSS下的流体的无效氧输送所致而被耗尽DO(见图5)，哪怕FTM(204)的正确操作需要曝气也如此。因此，浓缩物能够维持浓缩物中的溶解氧水平不超过0.5mg/L(诸如，不超过0.1mg/L)，因为如本文中所描述的浓缩物的TSS是天然地高的，使得氧不会输送到浓缩物中。如在图5的Gunder曲线上所示，α因子随着悬浮固体的增加而降低。α因子的降低意味着输送到浓缩物中的氧减少。对于本文中所描述的任何处理设备实施方式，浓缩物均能够维持这种低的溶解氧水平。因此，本发明在DO和TSS轮廓之间实现了非常好的发散(见图4)，与CAS类似，但是具有甚至更高的TSS显著更小的体积。进一步地，浓缩物中的硝酸盐水平不超过3mg/L，诸如不超过2mg/L。由于上文中所讨论的因低溶解氧水平而不存在氧所致，浓缩物中的细菌寻找另一种氧源(即，存在于浓缩物中的硝酸盐(NO3))，且因此硝酸盐水平可以被维持在先前描述的水平。这种低的硝酸盐水平可通过与用于本文中所讨论的任何处理过程的相同手段来实现。
有利地对于CAS和MBR，不需要进一步的处理步骤就实现了DO和NO3的耗尽。这使得能够将RAS直接回流到过程的前面，并给出更快的AN/DN反应时间。
该设备的另一个优点是RAS(251)具有大的TSS浓度，并且它在去往入口区和/或接触器以及去往缺氧/厌氧区(202)的途中变得进一步被耗尽DO和NO3。方便地，该特征允许将RAS回流到生物磷释放系统，该生物磷释放系统联接到单个罐中的反硝化中。明显地，该AN/DN区(202b)需要的体积不到CAS或MBR中的AN和DN区域总和的一半。
FTM处理设备的另一个独特的特征是，RAS泵(206)可以将活性污泥(RAS)(251)回流到生物反应器(208)的与收集RAS的区域处于大约相同的静水位的区域。因此，泵(206)可以是低扬程泵(例如，需要20cm扬程)，它比CAS设备(301)中的等效泵(210)更便宜并且需要更少的电力。另外，低扬程大容量RAS泵促进大的再循环，但维持通过生物反应器(208)的塞流式(即，反应以随时间呈线性的方式发生的状态)轮廓。该泵(206)可用于向FTM(204)提供附加的控制，因为它经由流量调步(flow pacing)来控制到FTM(204)的流入物(250)。如果馈送物为Q，则关于浓缩物流量的流量调步是因子x Q，因此3:1的流量步距相当于Qx3＝浓缩物流量。该比率可以是0到10。比率越低，浓缩物中的TSS越高。
FTM处理设备(303)的另一个优点是RAS可以直接按路线输送到生物反应器的AN/DN区(202b)。因此，不需要CAS设备(301)的泵(211)和(212)或者MBR设备(302)的泵(212)。
因此，本文中所描述的新处理设备的成本显著低于CAS和MBR处理系统。基础设施需要50％的MBR表面积和30％的CAS表面积，从而使结构非常具有成本效益(图6中出示了尺寸比较)，同时产生的流出物质量基本上与MBR相当。如图6中所示，该图上示出了每个设备的尺寸。
大多数先进的生物设备或CAS设备使用追溯到1960年代的MLE(改良Ludack-Ettinger)、UCT(开普敦大学)或Bardenpho过程设计。这些过程设计的描述至少可以在Metcalf&Eddy的“废水工程”(McGraw Hill Higher Education，第4版，2002年5月1日，第1至1408页)中找到。由有效地稀释接收罐的RAS循环来分开和限制每个过程步骤。
当考虑暴雨状态时，相对于已知技术的另一个主要改进变得明显。典型的流速和预期的质量平衡在图7中示出。在这种情况下，FTM(204)可以应付在FTM(204)附近可能局部超过20,000mg/L的TSS水平，而不影响流出物质量，同时保持低的DO RAS。可在硝化区(203)中看到大约12,000mg/L的TSS水平。
参考图7，未处理废水(200)通过废水输入(201)以3Q的流速进入生物反应器(208)，该未处理废水的TSS＝250mg/L且DO＝0mg/L。未处理废水然后进入入口区，该入口区任选地可以正在进行曝气，并且可包括缺氧、厌氧和/或反硝化区(202b)。可在入口区处看到大约0的DO水平。在入口区中，未处理废水(200)与从泵(206)提供的浓缩物(251)混合。存在于生物反应器中的液体在生物反应器(208)中具有液位(253)。未处理废水(200)和浓缩物(251)的混合物然后进入曝气区(诸如，硝化区(203))，在该曝气区处，使用曝气系统(254)对混合物进行曝气以产生经处理废水(250)。曝气系统(254)将混合物的DO水平提高到2mg/L，并且上述对浓缩物(251)的添加使硝化区(203)处的TSS增加到超过12,000mg/L。然后，由过滤机器(204)过滤经处理废水(250)，以产生：流出物(本文中也称为滤液或清洁水)(205)，其具有TSS＝0mg/L且DO＝0mg/L；以及浓缩物(251)，其具有14,000至25,000mg/L、或10,000至70,000mg/L的TSS且DO＝0mg/L。一些浓缩物(例如，浓缩物(252))可被单独收集(207)并从生物反应器(208)中取出以维持稳定的操作条件。浓缩物(251)可经由泵(206)回流到入口区，在入口区处，浓缩物与未处理废水(200)混合以形成生物活性混合物。替代性地或另外，浓缩物(251)的至少一部分可在管内部与未处理废水(200)的至少一部分混合，该管连接在泵(206)的压力侧和生物反应器(208)的入口区之间。
图7的FTM设备的TSS质量平衡在下表4中示出。
表4
外部FTM处理设备
在本发明的另一个实施方式中，提供了外部FTM处理设备(304)并在图8中示出。FTM安装在单独的罐(255)中。该实施方式的操作和质量平衡与集成式FTM处理设备(303)的操作和质量平衡相当，并且在暴雨质量平衡的情况下也是如此。经处理废水(250)优先地通过重力从罐(208)的与废水输入(201)相对的端部馈送到单独的罐(255)中，FTM罐中的液体液位低于硝化区域中的液体液位(253)。RAS(251)借助于合适的低扬程泵(206)回流到过程的前部并且与未处理废水(200)混合，以形成生物活性混合物。FTM提供具有小于10mg/LTSS的清洁的流出物(205)。替代性地，FTM(204)可升高到生物反应器(208)上方，使得重力将RAS输送到生物反应器(208)。
与过滤机器(204)相邻和/或在单独的罐(255)底部处的部分高固体含量污泥(252)被单独收集(207)并被废弃以维持设备中的稳定条件。
来自FTM(204)下方和/或与其相邻处的增稠的活性污泥(252)优先地利用泵(206)被泵送到与流入物(201)相邻的缺氧/厌氧区(202)。可使用接触器，该接触器用以促进对废水(200)和浓缩物(251)进行高度湍流混合，以在入口区处形成生物活性混合物。替代性地或另外，未处理废水(200)和浓缩物可在入口区上游至少部分地混合，诸如在将浓缩物输送到生物反应器的入口的管中。
外部FTM处理设备的另一个新颖特征是，RAS泵(206)可以将活性污泥回流到处理罐(208)的与收集RAS的区域处于大约相同的静水位的区域。因此，泵(206)可以是低扬程泵，它比CAS设备中的等效泵(210)更便宜并且需要更少的电力。另外，低扬程大容量RAS泵(206)促进大的再循环，但维持通过储罐容量(tankage)的塞流式(即，反应以随时间呈线性的方式发生的状态)轮廓。该泵(206)可用于向FTM(204)提供附加的控制，因为它经由流量调步来控制到FTM的流入物。
FTM处理设备的另一个优点是RAS可以直接按路线输送到生物反应器罐的AN/DN区(202b)。因此，不需要CAS设备(304)的泵(211)和(212)或者MBR设备的泵(212)。在本发明的另一个实施方式中，泵(未示出)将经处理废水流(250)从生物反应器(208)的端部(与流入端相对)驱动到FTM(204)。RAS(251)借助于合适的低扬程泵(206)回流到过程的前部。
在本发明的另一个实施方式中，泵(未示出)将经处理废水流(250)从生物反应器(208)的端部(与流入端相对)驱动到FTM(204)。然而，RAS(251)通过重力回流到过程的前部(202b)，并且将不再需要泵(206)。
当考虑暴雨状态时，相对于已知技术的另一个主要改进变得明显。典型的流速和预期的质量平衡与图7中针对集成式FTM设备(303)所示的流速和质量平衡类似。与集成式FTM设备(303)类似，外部FTM设备(304)也可以应付在FTM(204)附近可能局部超过20,000mg/L的TSS水平，而不影响流出物质量，同时在RAS中保持低的DO。
混合CAS/FTM处理设备
参考图9，提供了本发明的进一步的实施方式(305)，其由CAS设备(301)与至少一个FTM(204)的杂混组成。特别令人感兴趣的是，该新设备(305)几乎可以通过以最低成本改装现有的废水处理设备(WWTP)来实施。
未处理废水(200)在废水输入(201)处流入(废水的TSS＝大约250mg/L)，从而进入AN区域(202)，该AN区域的标称流速为Q＝1,500m3/天，DO接近零，且ORP为～-200mV。在此处，厌氧细菌释放磷。具有液位(253)的液体流入DN区域(202a)中，在该DN区域处，低DO状态有利于发生导致液体的反硝化(硝酸盐转变成氮气)的生物反应。
关于CAS系统，混合CAS/FTM处理设备(305)包括在单独的罐(255)中的FTM(204)，该罐可以任选地或替代性地位于硝化罐内部。FTM(204)和澄清器(209)共同承担使污泥增稠和脱水以及提供清洁的流出物(205、205a)的任务。在ADF下，优先地，单一流(Q)从硝化罐和/或区(203)的端部被馈送到FTM(204)中，并且等效流(Q)被馈送到澄清器(209)中。在这种配置中，澄清器接收到的流减少，大约为等效CAS设备中的流的55％。
本发明的优点是澄清器(209)中流的减少允许以显著更有利的状态操作澄清器，其中保留时间增加了80％。这种极长的时间使得氧和硝酸盐能够完全耗尽，且因此允许RAS通过泵(210)直接回流到AN区(参见图9中的实粗线而不是虚粗线)。经由泵(210)回流的RAS的TSS含量为8,000mg/L。
图9的FTM/CAS混合设备的TSS质量平衡在下表5中示出。
表5
表5中所示的质量平衡强调了AN区中的TSS从CAS设备(301)中的1.9g/L增加到混合CAS/FTM(305)中的5g/L。这对应于在过程开始时悬浮固体浓度增加2.6x倍，其中由流入物(200)引起的TSS稀释在这种情况下具有不太显著的效果，从而提供了增加的生物活性。
相对于已知技术的附加优点是混合CAS/FTM设备(305)不需要AN RAS泵(图1中的212)。
流速为0.25Q的清洁(TSS～20mg/L)流出物(205a)从澄清器(209)的顶部倾析出。被馈送到FTM(204)中的活性污泥的单一流IQ在那里进行增稠和脱水，从而实现16,000mg/L的TSS。从FTM(204)中提取流速为0.75Q的清洁(即，TSS～0mg/L)流出物(205)。
在本发明的实施方式中，通过重力将活性污泥流从硝化区域驱动到FTM(204)，FTM罐中的液体液位低于硝化区域中的液体液位。RAS借助于合适的泵回流到过程的前部。
在本发明的另一个实施方式中，泵将活性污泥流从硝化区域驱动到FTM。RAS借助于合适的泵回流到过程的前部。
在本发明的进一步的实施方式中，泵将活性污泥流从硝化区域驱动到FTM。RAS通过重力回流到过程的前部，FTM中滤液的液位高于AN区域中液体的液位。
这种杂混的一个主要附加优点是可以16,000mg/L从FTM(204)中吸取废活性污泥，这除去了对重力污泥增稠的需要。
如针对FTM处理设备所讨论的，即使在存在空气冲刷的情况下，FTM罐中的高TSS也会抑制水中氧的溶解(见图5)。在这种状态下，RAS变得被耗尽DO和NO3，并且可以利用泵(206)直接回流到AN区域(202)。
AN和DN罐中增加的TSS浓度使设备中的总污泥从4,710增加到6,000kg(即，在4g/L的相同操作MLSS(混合液悬浮固体)浓度下相同体积中污泥增加30％)。更多的污泥质量导致处理能力增强，并且随着污泥已移动到过程的前部，系统的抗雨水和峰值水力负荷性更稳定多了。有趣的是，这种增强的操作状态不需要从原始CAS实施方式改变硝化区中的曝气条件和/或曝气系统(254)。
如果将更多FTM添加到设计，则最终FTM将把WWTP转变成集成式FTM设备，并且所有水力容量都将输送到FTM而使澄清器变得多余，从而降低运行和维护成本。
当考虑暴雨状态时，本发明相对于目前工艺水平的进一步显著优点变得显而易见。作为示例，流入流量为3Q的流速和预期的质量平衡在图10中示出。图10的质量平衡在下表6中示出。
表6
FTM的存在减小了澄清器(209)上的负荷，它可以2.5Q的流量馈送，这为在等效的设备负荷中CAS中的流量的50％。在典型的处理设备中，澄清器被设计和指定为处理甚至大于3Q的流入流量。因此，在2.5Q下，它们将仍然在其规格内，并且将能够在1.5Q下提供TSS≤20mg/L且DO＝0mg/L的合规流出物。
同样在本文中所描述的暴雨状态下，来自澄清器(209)的RAS将被耗尽DO和硝酸盐，其中TSS含量为10,000mg/L，因此适合使用泵(206)回流到AN罐。
来自硝化区或罐(208)的2Q流向FTM(204)进行馈送。FTM过滤器材料上的固体脱水产生了悬浮固体含量大约为16,000mg/L的活性污泥。如上文所讨论的，即使在存在空气冲刷的情况下，FTM罐中的高TSS也会抑制水中氧的溶解(见图5)。在这种状态下，RAS被耗尽DO和NO3，并且可以直接回流到AN区域(202)。
当考虑AN区域(202)中的质量平衡时，进一步强调了在暴雨状态下将FTM(204)添加到CAS设备(301)带来的益处。尽管3Q的流入流量很大，但AN中的TSS将仍保持在～4,000mg/L(即，在暴雨状态下是等效CAS设备的300％大，且甚至在ADF下是等效CAS的100％大)，从而提供增加的生物活性。
一种用以从将FTM(204)改装到现有的CAS处理设备中受益的优选方法在于如设计的那样操作CAS设备，其中当流量接近ADF时，FTM处于备用状态。在预测流入流量增加的情况下(例如，由于风暴接近现场所致)，FTM(204)启动并且如上文所描述的那样操作，从而为在流量增加时将发生的附加稀释作准备来增加在过程设备前部处的TSS。
方便地，将FTM(204)结合到现有的CAS设备需要最小的空间，如图11中所示，其中在底部图中澄清器(C)和硝化罐(N)之间的矩形表示FTM罐。如图11中所示，提供了每个设备的尺寸和每个设备的区。
计算机控制系统
如果可以改变操作参数以将它们调适成针对任何给定的流入物含量和流速实现最佳操作条件，则可以大大改进上文所描述的任何实施方式的性能。
在该实施方式中，将任何先前描述的实施方式与控制系统(502)和控制过程组合，如图12中所描绘的。
一组至少一个计算机系统(501)中的每一个都用于控制设备子集或整个设备的作用部分，包括设备中的马达(547)、泵(548)和致动器。每个计算机系统(501)由一个或多个处理器(542)以及易失性和非易失性存储器(543)或后两者中的任一者、板载或外部存储器(544)、用以运行控制算法(优先地，连接到互联网(546))的软件(545)组成。计算机从传感器(549)和其他外部源接收外部数据，优先地包括天气预报、天气观测、历史数据和日流入量轮廓。计算机系统(541)还设置有模型(560)或设置有来自在别处运行的模型的结果，这些模型基于例如行为模式或季节模式来提供流入物预测。计算机系统还包括一种或多种算法，所述一种或多种算法用以为预期的流入物作准备来分析来自所述来源的数据并计算设备的最佳工作参数和/或处理设备接收到的特定流入物。计算机系统(501)可以是自主的或相互连接的。在优选实施方式中，计算机系统(501)连接到控制面板或控制室，该控制面板或控制室提供对设备操作条件、模型结果的访问并提供控制设备操作的手段。
对设备的控制可以是全自动的、半自动的和/或手动的或任何这些的组合。
实施例
比较了三种不同类型的废水处理设备系统。用于生成表8中的数据的MBR系统是巴西圣保罗的Aquapolo和来自SANASA的Capivari2。用于生成表8中的数据的CAS系统是来自Xylem有限公司的bioLoop和ICEAS。用于生成表8中的数据的FTM系统是意大利罗马的Idrica STP和宾夕法尼亚州齐利诺普尔的Zeli Pilot。针对CAS、MBR和FTM系统中的每一者，对成本、操作成本、空间、每立方米水的能量和流出物质量的值求平均值并在下表8中制成表。
表8
对于表8中的以上系统中的每一者，每个设备具有完全生物营养物去除(BNR)和完全生物磷去除(完全BioP)，总悬浮固体为4800kg，且平均日流量(ADF)为1500m3/天。如表8中所示，与CAS和MBR系统相比，FTM系统的成本更少(既对于系统而言又在操作期间)，占用的空间更少，并且每立方米水所需的能量更少。进一步地，FTM系统的流出物质量堪比更昂贵、更大且能效更低的MBR系统，并且与CAS系统相比质量更好。
将理解，在明确相反地规定的情况下除外，本发明可采取各种替代性变化。还将理解，附图中图示的以及以下说明书中描述的特定装置仅是本发明的示例性实施方式。尽管已基于当前被认为是最实用和优选的实施方式出于图示的目的详细描述了本发明，但将理解，此类细节仅用于该目的，并且本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，旨在涵盖在其精神和范围内的修改和等效布置。例如，将理解，本发明预期任何实施方式的一个或多个特征可以在可能的范围内与任何其他实施方式的一个或多个特征进行组合。上文在优选实施方式的上下文中描述的本发明的实施方式将不被视为将本发明的实施方式限制于所提供的其所有细节，因为可在不背离本发明的实施方式的精神和范围的情况下对其作出变化。
Claims (57)
1.一种处理废水以产生滤液的方法；步骤包括：
将未处理废水引入到生物反应器的入口区；
将具有至少10,000mg/L总悬浮固体的经处理废水浓缩物引入到所述生物反应器的所述入口区中，以形成生物活性混合物；
在所述生物反应器的曝气区中对所述生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；
对所述经处理废水进行过滤，以产生滤液和所述浓缩物，其中所述过滤产生的所述滤液的总悬浮固体小于10mg/L；
将所述浓缩物的至少一部分输送到所述生物反应器的所述入口区；以及
将所述滤液作为清洁水输送到所述生物反应器外部。
2.一种处理废水以产生滤液的方法；步骤包括：
将未处理废水和作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成生物活性混合物；
将所述生物活性混合物输送到生物反应器的入口区中；
在所述生物反应器的曝气区中对所述生物活性混合物进行曝气，以产生经处理废水；
对所述经处理废水进行过滤，以产生滤液和所述浓缩物，其中所述过滤产生的所述滤液的总悬浮固体小于10mg/L；
将所述浓缩物的至少一部分输送到所述生物反应器的所述入口区；以及
将所述滤液作为清洁水输送到所述生物反应器外部。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述生物活性混合物包括未处理废水和所述经处理废水浓缩物。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：将所述生物活性混合物保持在所述入口区中历时预定时间，以使得能够在缺氧区和/或反硝化区中实现缺氧过程。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在将所述浓缩物输送到所述入口区的管的至少一部分中至少部分地混合所述未处理废水和所述浓缩物的至少一部分。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述入口区在缺氧区内或在与缺氧区相邻处。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中接触器在所述入口区中混合所述未处理废水和所述浓缩物，其中所述混合是高度湍流的。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中输送所述浓缩物的至少一部分的所述步骤进一步包括：泵送所述浓缩物和/或维持所述浓缩物的来源和所述入口区之间的差动液体扬程。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使所述可渗透基材积垢，以在所述可渗透基材上由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出所述层的至少一部分；以及将所述层的所述取出部分与所述经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
10.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使所述可渗透基材积垢，以在所述可渗透基材上由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出所述层的至少一部分；以及将所述层的所述取出部分与所述经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
11.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使所述可渗透基材积垢，以在所述可渗透基材上由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出所述层的至少一部分；以及将所述层的所述取出部分与所述经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
12.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述过滤由具有可渗透基材的过滤器执行，并且进一步包括：故意使所述可渗透基材积垢，以在所述可渗透基材上由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层；取出所述层的至少一部分；以及将所述层的所述取出部分与所述经处理废水的至少一部分混合，以形成具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述生物反应器包括单个罐。
14.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述生物反应器包括互连的多个罐。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述入口区是非曝气的。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，进一步包括：
监测所述浓缩物的所述总悬浮固体；以及
控制对所述经处理废水的过滤，以维持具有至少10,000mg/L总悬浮固体的浓缩物。
17.如权利要求9至12中任一项所述的方法，进一步包括：将所述经处理废水的至少一部分喷洒在所述可渗透基材上，以取出所述沉积的悬浮固体层的至少一部分。
18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述过滤由具有第一面以及与所述第一面相对的第二面的液体可渗透过滤元件执行，
其中所述过滤元件的所述第一面的至少某个区域经受压力下的经处理废水，并且所述区域上的压力大于0且小于或等于5.9kPa，其中所述浓缩物积聚在所述过滤元件的所述第一面上。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述过滤由过滤机器执行，所述过滤机器包括所述液体可渗透过滤元件并且进一步包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到所述过滤元件的所述第二面处、穿过所述过滤元件并朝向所述过滤元件的所述第一面，以取出和/或帮助取出所述沉积的固体层。
20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，进一步包括：
将气泡从至少一个气体馈送器引入到所述经处理废水中。
21.如权利要求1至20中任一项所述的方法，其中输送浓缩物的至少一部分的所述步骤包括：
将由所述过滤生成的所述浓缩物泵送到所述生物反应器的所述入口区。
22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，进一步包括：对所述未处理废水进行生物处理；其中所述生物处理步骤包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。
23.如权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述浓缩物中的溶解氧水平不超过0.5mg/L。
24.如权利要求1至23中任一项所述的方法，其中所述浓缩物中的溶解氧水平不超过0.1mg/L。
25.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平不超过3mg/L。
26.如权利要求1至25中任一项所述的方法，其中所述生物反应器中所述浓缩物的目的地高度和所述浓缩物的来源高度布置成减小所述来源和所述目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程要求。
27.如权利要求2所述的方法，其中所述组合步骤进一步包括：将所述未处理废水和所述作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体主动混合，以形成所述生物活性混合物。
28.如权利要求2所述的方法，其中所述组合步骤进一步包括：在输送管中将所述未处理废水和所述作废弃处理的废水浓缩物与至少10,000mg/L总悬浮固体组合，以形成所述生物活性混合物。
29.如权利要求2所述的方法，进一步包括：将未处理废水引入到所述生物反应器的所述入口区中。
30.一种用于处理废水的废水处理设备，包括：
生物反应器，所述生物反应器包括：
用于容纳未处理废水和浓缩物的入口区以及具有气体馈送器的曝气区，用于生成滤液和浓缩物的过滤器，以及
用以将所述浓缩物从所述过滤器输送到所述入口区的机构。
31.如权利要求30所述的废水处理设备，其中所述机构包括泵、以及在所述过滤器和所述入口区之间的至少一个输送管。
32.如权利要求31所述的废水处理设备，其中所述输送管包括未处理废水入口。
33.如权利要求30至32中任一项所述的废水处理设备，其中所述机构是所述入口区和为所述过滤器提供的外部罐之间的高度差。
34.如权利要求30至33中任一项所述的废水处理设备，进一步包括接触器，所述接触器具有来自废水入口的入口和来自输送管的入口。
35.如权利要求30至34中任一项所述的废水处理设备，其中所述过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中所述可渗透基材被故意积垢以由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
36.如权利要求30至34中任一项所述的废水处理设备，其中所述过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中所述可渗透基材被故意积垢以由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于70,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
37.如权利要求30至34中任一项所述的废水处理设备，其中所述过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中所述可渗透基材被故意积垢以由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少10,000mg/L且低于50,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
38.如权利要求30至34中任一项所述的废水处理设备，其中所述过滤器是包括可渗透基材的过滤机器，并且其中所述可渗透基材被故意积垢以由所述经处理废水形成沉积的悬浮固体层，以便实现具有至少15,000mg/L且低于25,000mg/L总悬浮固体的所述浓缩物。
39.如权利要求30至38中任一项所述的废水处理设备，其中所述生物反应器包括单个罐。
40.如权利要求30至38中任一项所述的废水处理设备，其中所述生物反应器包括互连的多个罐。
41.如权利要求30所述的废水处理设备，其中所述过滤器是过滤机器。
42.如权利要求41所述的废水处理设备，其中所述过滤机器包括液体可渗透过滤元件，所述液体可渗透过滤元件包括第一面以及与所述第一面相对的第二面，其中所述液体可渗透过滤元件至少部分地浸没在液体中。
43.如权利要求42所述的废水处理设备，其中所述液体可渗透过滤元件布置成循环通过所述液体，使得：
在第一位置中，所述过滤元件的所述第一面的某个区域经受压力下的液体，并且所述过滤元件上的压力大于0且小于或等于5.9kPa；以及
在第二位置中，所述区域不经受压力下的液体或经受较低压力下的液体。
44.如权利要求42或43所述的废水处理设备，其中所述过滤机器包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将至少一个射流引导到所述过滤元件的所述第二面处、穿过所述过滤元件并朝向所述过滤元件的所述第一面，以取出和/或帮助取出积聚在所述过滤元件的所述第一面上的固体。
45.如权利要求41至44中任一项所述的废水处理设备，其中所述过滤机器被配置成过滤总悬浮固体在1,000mg/L和50,000mg/L之间的液体，以便产生总悬浮固体不超过10mg/L的过滤后的液体。
46.如权利要求43所述的废水处理设备，其中所述过滤元件被配置成以一定速度循环，使得渗透通量在200L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间，并且当所述过滤元件到达所述第二位置时所积聚的固体层的厚度在0和6cm之间。
47.如权利要求42所述的废水处理设备，其中所述过滤元件的孔隙大小在2和40μm之间。
48.如权利要求30至47中任一项所述的废水处理设备，进一步包括：
至少一个气体馈送器，其用以将气泡引入到所述经处理废水中。
49.如权利要求30至48中任一项所述的废水处理设备，其中所述浓缩物的总悬浮固体在10,000mg/L到50,000mg/L的范围内。
50.如权利要求30至49中任一项所述的废水处理设备，其中所述浓缩物的总悬浮固体在15,000mg/L到25,000mg/L的范围内。
51.如权利要求30至50中任一项所述的废水处理设备，进一步包括：
至少一个泵，其被配置成将所述浓缩物输送到所述生物反应器。
52.如权利要求46所述的废水处理设备，其中所述过滤元件的所述渗透通量在500L/(m2h)到5,000L/(m2h)之间。
53.如权利要求30至52中任一项所述的废水处理设备，进一步包括对所述未处理废水的生物处理；其中所述生物处理包括：流入物的絮凝、硝化、缺氧区、反硝化或它们的组合。
54.如权利要求30至53中任一项所述的废水处理设备，其中所述浓缩物中的溶解氧水平不超过0.5mg/L、优选地不超过0.1mg/L。
55.如权利要求30至54中任一项所述的废水处理设备，其中所述浓缩物中的硝酸盐(NO3)水平不超过3mg/L。
56.如权利要求30至55中任一项所述的废水处理设备，其中所述生物反应器中所述浓缩物的目的地高度和所述浓缩物的来源高度布置成减小所述来源和所述目的地之间的高度差、和/或降低至少一个泵的总扬程要求。
57.一种系统，包括：
如权利要求30至56中任一项所述的废水处理设备；
一组一个或多个传感器，所述一组一个或多个传感器被配置成监测所述废水处理设备；
一组一个或多个致动器、一组一个或多个马达和泵或它们的组合，其被配置成控制所述废水处理设备；
一组一个或多个计算机系统，所述一组一个或多个计算机系统被配置成从所述一组一个或多个传感器接收信号并提供控制信号来控制所述一组一个或多个致动器、所述一组一个或多个马达和泵或它们的组合。
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