CN115066285A - 具有更高调节能力的高速沉降澄清部 - Google Patents

Abstract

总的来说，本发明涉及一种用于水或废水处理的系统，其中，该系统设计用于最大流速，所述系统包括：两个或更多个反应罐，所述两个或更多个反应罐各自具有小于最大流速的承载力，并且具有达到或超过最大流速的组合承载力，各反应罐与澄清罐流体连接，所述反应罐接收流入物，并输出流出物；和设计用于达到或超过最大流速的澄清罐，澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物。

Description

具有更高调节能力的高速沉降澄清部

发明领域

总的来说，本发明涉及具有更高调节能力的高速沉降澄清部。更具体地说，本发明涉及高速沉降澄清处理系统，该系统可利用与单个澄清/浓缩罐流体连通的多个反应罐。

背景技术

高速沉降澄清部已使用多年。该澄清部通常结合固体接触和固体再循环，以增强固体的高速沉降。该系统也可称为使用内部和外部污泥再循环系统的优化絮凝，其通常包括凝结罐、絮凝/熟化反应器和澄清部/浓缩部。

这些系统中的每一个都能提供高速固体接触澄清。该系统的应用可包括但不限于：合流式污水管或生活污水管溢流、减少生物或化学氧需求、减少总悬浮固体、除磷、废水再利用、澄清和软化、有机物去除、二氧化硅去除、金属沉淀、来自烟气脱硫的废水处理等。对于各种应用，该系统的灵活性尤其令人满意。

然而，该系统可能存在多个缺陷。首先，系统通常设计用于最大流量条件。在一些应用如合流式污水管溢流/生活污水管溢流中，该最大流量(虽然在性能上需要)可能不代表典型的运行参数。此外，存在安装系统或设施以全面提高处理能力的情况。在这些情况下，系统同样可以设计用于未来预期达到的最大流量，但也可能无法实现——或在一段时间内无法实现。

调节能力——即高效运行范围，或可处理的水或废水的最大量与最小量之间的比率——通常是最大流量的函数。由于活塞式反应器中所需的速度是实现高效处理所需要或理想的，调节能力通常限制在最大设计流量的约50％。该速度通常使固体保持悬浮直至流体到达澄清/浓缩区。因此，当系统设计用于高最大流量环境时，系统的调节能力可能会受到很大限制。此外，由于该最大流量条件可能很少发生或周期性发生，因此在典型使用期间，整个系统的性能和效能可能低于预期。

在解决该缺陷时，已知要安装多个系统。例如，如果最大期望流量为X，则可安装两(2)个系统，各系统具有0.5(X)最大流量。然而，这两个系统都需要常规使用，以避免因污泥而导致腐败或堵塞。在这种情况下，必须注意在各系统之间定期且一致地交替流动。然而，两个不同系统的额外资本支出和运行支出加上运行期间所需的额外维护通常会抵消该多个系统所提供的任何优势。

因此，希望提供具有更大调节范围的高速固体接触澄清系统。此外，希望提供高速固体接触澄清系统，其可以在未来需要时提供额外的承载力(capacity)，而不会影响系统的当前运行。

发明内容

根据本发明一些实施方式的一些方面可以包括用于处理水或废水的系统，所述系统包括：两个或更多个反应罐，各反应罐与澄清罐流体连接，反应罐各自进行接收流入物和在水或废水中诱导絮凝以及输出流出物的相同功能；以及澄清罐，所述澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物，其中，水或废水中的絮体沉到澄清罐底部，从系统中取出浓缩污泥(thickened sludge)和澄清水。

根据本发明的非限制性实施方式，系统可以包括以下特征中的一个或多个：

-凝结罐与两个或更多个反应罐流体连通，所述凝结罐向水或废水中引入凝结剂并进行混合；

-两个或更多个反应罐包括用于将湍流引入各反应罐中水或废水的装置；

-澄清罐包括地板刮板(floor scraper)以将沉降到澄清罐底部的絮体浓缩成污泥；

-至少一些污泥再循环至两个或更多个反应罐中；

-澄清罐包括倾斜薄层(sloping lamellae)；并且/或者

-两个或更多个反应罐中的每一个通过过渡斜槽(transition chute)与澄清槽流体连接。

根据本发明一些实施方式的一些方面可以包括一种用于水或废水处理的系统，其中，该系统设计用于最大流速，所述系统包括：两个或更多个反应罐，所述两个或更多个反应罐各自具有小于最大流速的承载力，并且具有达到或超过最大流速的组合能力，各反应罐与澄清罐流体连接，所述反应罐接收流入物，并输出流出物；和设计用于达到或超过最大流速的澄清罐，澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物。

根据本发明的非限制性实施方式，系统可以包括以下特征中的一个或多个：

-两个或更多个反应罐各自进行诱导水中或废水中絮凝的相同功能，其中，在澄清罐中，水中或废水中的絮体沉降到澄清罐底部，并且从系统中取出澄清水和浓缩污泥。

根据本发明一些实施方式的一些方面可以包括一种用于水或废水处理的系统，其中，该系统设计用于最大流速，所述系统包括：与两个或更多个反应罐流体连通的凝结罐，所述凝结罐向水或废水中引入凝结剂并进行混合；两个或更多个反应罐，向两个或更多个反应罐提供絮凝剂引入，所述两个或更多个反应罐各自具有小于最大流速的承载力(capability)，并且具有达到或超过最大流速的组合承载力，各反应罐通过过渡斜槽与澄清罐流体连接，并且各反应罐包括用于将湍流引入水或废水的装置，反应罐各自进行接收流入物和在水或废水中诱导絮凝以及输出流出物的相同功能；具有能以最大流速或高于最大流速处理水或废水的承载力的澄清罐，所述澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物，其中，水或废水中的絮体沉降到澄清罐底部，并从系统中取出澄清水，所述澄清罐包括：倾斜薄层，和地板刮板以将沉降到澄清罐底部的絮体浓缩成污泥；以及污泥再循环管道，其构造成使至少一些污泥从澄清罐再循环至两个或更多个反应罐。

根据本发明一些实施方式的一些方面可以包括一种控制设计用于最大流速的水或废水处理系统的方法，所述系统包括各自承载力小于最大流速且组合承载力达到或超过最大流速的两个反应罐；以及具有以最大流速或高于最大流速处理水或废水的承载力的澄清罐，所述方法包括：确定提供至系统的流入物的进入流速；在确定进入流速小于最大流速的50％时，向一个反应罐提供流入物；在确定进入流速大于最大流速的50％时，使流入物分流并向各反应罐提供流入物；将来自所使用的一个或多个反应罐的流出物输出至澄清罐；以及在澄清罐处接收来自所使用的一个或多个反应罐的流出物，并从系统输出经处理的水或废水。

通过本发明以下描述以及后续附图，这些和其他方面将变得显而易见，尽管可以影响变化和修改而不背离本发明新颖概念范围。

附图说明

通过阅读以下详细描述以及附图，可以更充分地理解本发明，附图中使用相似附图标记来表示相似的元件。附图描绘了某些说明性实施方式，并且可以帮助理解以下详细描述。在对本发明的任意实施方式进行详细说明之前，应理解的是本发明在其应用中不局限于以下说明中所列或所附附图中显示的构造细节和各组分/部件的设置。所描述的实施方式应理解为示例性的，而不是对本发明整体范围进行限制。另外，应理解的是本文中使用的词语和术语是为了是说明性目的而不应被认为是限制性的。详细说明参考所附附图，其中：

图1显示了现有技术中已知的高速沉降澄清系统。

图2描绘了现有技术中已知的高速沉降澄清系统。

图3描绘了现有技术中已知的高速沉降澄清系统。

图4显示了根据本发明的一些实施方式的示例性高速调节处理系统。

图5显示了根据本发明的一些实施方式的示例性高速调节处理系统。

图6显示了根据本发明的一些实施方式的示例性高速调节处理系统。

图7显示了根据本发明的一些实施方式的示例性高速调节处理系统。

图8显示了根据本发明的一些实施方式的包括多个反应器的高速调节处理系统的示例性控制序列。

图9显示了根据本发明的一些实施方式的包括多个反应器的高速调节处理系统的示例性控制序列。

图10A和图10B显示了与传统系统相比，根据本发明一些实施方式的包括多个反应器的示例性高速调节处理系统的空间节约优势。

在对本发明的任意实施方式进行详细说明之前，应理解的是本发明在其应用中不局限于以下说明中所列或所附附图中显示的构造细节和各组分/部件的设置。本发明能够具有其它实施方式并且能够以各种方式予以实施或执行。另外，应理解的是本文中使用的词语和术语是为了是说明性目的而不应被认为是限制性的。

具体实施方式

提供本说明书中例示的事项是为了帮助全面理解参考附图公开的各种示例性实施方式。因此，本领域普通技术人员将认识到，可以对本文描述的示例性实施方式进行各种更改和修改而不背离所要求保护发明的精神和范围。为了清晰和简洁，省略了已知功能和结构的描述。此外，如本文所用，单数可解释为复数，或者，任何复数术语可解释为单数。

如上所述，本发明涉及具有更高调节能力的高速沉降澄清部。更具体地说，本发明涉及高速沉降澄清处理系统，该系统可利用与单个澄清/浓缩容器流体连通的多个反应容器。

在深入研究本发明的优点之前，可以首先讨论当前系统。参见图1，如现有技术中一般所知，该系统100可包括：快速混合区110，其可通过混合器111进行混合；絮凝反应器120，其可通过混合器121进行混合；以及澄清/沉降区130。沉降区中的污泥可使用例如地板刮板131进行浓缩(thicken)。澄清可通过层状模块132协助。多余污泥141可离开该系统，而至少一些污泥可进行再循环142。该系统100通常可以接收流入物101并且输出处理的流出物102。

运行时，原水可进入快速混合区110，其中可添加凝结剂，从而导致原水内的胶体颗粒聚集。可通过使用混合器111实现湍流或搅拌。然后，流体可进入絮凝反应器120，其中凝结水可与絮凝剂和来自澄清/沉降区130的浓缩再循环污泥接触。该再循环污泥可加速絮凝过程，并有助于产生致密均匀的絮体。

流体随后可以转移到澄清/沉降区130。在一些系统中，絮凝反应器120和澄清/沉淀区130之间的转移可通过具有上升流的活塞反应器完成。在澄清/沉淀区130中，由于絮体的大小和密度，絮体可能会沉降在罐底部。澄清的水可与下降的污泥分离，并可通过层状模块132上升。层状模块132通常可包括构造为蜂窝状图案或其他几何形状的小板材，其可用作精制阶段，捕获未沉降的较轻的较低密度固体。

沉降的污泥可使用地板刮板131在沉降罐底部逐渐浓缩。部分浓缩污泥可回收至142处的凝结和絮凝区，而任何剩余污泥可在141处作为多余污泥取出。

图2显示了如图1所示的系统200的外部视图，通常包括凝结区或罐210、反应区或罐220以及澄清/浓缩区或罐230。图3以图形形式描绘了从上方可以看到的该系统300，所述系统通常包括凝结罐310、反应罐320和澄清/浓缩罐330。

如上所述，该系统可能存在缺陷，因为其通常设计用于最大流量条件。然而，在设计用于最大流量的系统时，控制因素可能是反应罐。在流入物和凝结剂之间提供快速混合以导致胶体颗粒聚集的凝结区并未大幅受限于最小或最大流量。类似地，澄清/浓缩区在各种流速范围内是高效的。

因此，为了在该系统中提供增加的调节率以及提供可随时间进行修改以达到预期(但非必要)最大流速的系统，发明人创建了一种利用多个反应区和单个澄清/浓缩区的系统。由于澄清/浓缩区可能会连续使用，因此具有单个澄清/浓缩区可以防止系统因污泥而导致腐败或堵塞或积垢。此外，由于反应区或反应罐可能与澄清/浓缩区独立流体流通，因此仅使用一(1)个反应器不应对整个系统的任何功能产生负面影响。

然而，安装和/或随后添加多个反应器存在问题。通常，反应容器和澄清/浓缩容器与传送溜槽(transfer chute)配合在一起。水或废水从反应容器底部离开，被带至容器顶部，然后通过斜槽(chute)引入澄清/浓缩容器。多个斜槽的安装涉及澄清/浓缩罐的刚度和结构完整性。在随后可添加额外反应容器的情况下，冲孔(punchout)可位于澄清/浓缩容器内，以提供快速安装而不会对罐结构造成不可预见的影响。

图4-9显示根据本发明的一些实施方式的系统的可能设置，如俯视图所示。注意，这些附图并未描绘图1-3所示的凝结区。

图4显示了具有与反应器420和430流体连通的澄清/浓缩罐410的系统400。在该设置中，反应器420、430可以彼此相邻放置，或者可以间隔开。

参见图5，根据本发明一些实施方式的系统500可包括超过两(2)个的反应器。系统500可以包括澄清/浓缩罐510和三(3)个反应器520、530、540。注意，虽然这些反应器被图示为具有相同尺寸，但本发明预期反应器可以具有不同尺寸并且具有不同处理能力。

图6显示了系统600，其中，澄清/浓缩容器610可以与四(4)个反应器620、630、640和650流体连通。反应器620、630的尺寸和处理能力可能比反应器640、650更大。包含多个不同尺寸的反应器可允许操作员在处理期间具有更大的灵活性。此外，随着对更大处理能力的需求增加，可以将该多个反应器620、630、640、650依续添加到系统600中。

图7显示了系统700，其可以包括澄清/浓缩罐710和两(2)个现有反应器720、730。然而，在这种情况下，可能需要额外的反应器，因此可以为未来的反应器740、750保留空间。此外，澄清/浓缩罐中可能包括填涵洞(knock-outs)，以帮助快速高效系统扩展。

注意，本发明为操作员在多个区域提供了更大的灵活性。首先，如上所述，通过允许系统在较低的流速下运行，额外的反应罐可提供增大的调节。在运行流速之间存在较大偏差的情况下，可使用不同尺寸的反应罐。例如，在生活污水管溢流或合流式污水管溢流的应用中，气候条件可能从几乎没有降雨到无降雨，到雨季的大量降雨。在该应用中，系统可能需要达到最大流量“X”，但在一年中的九(9)个月中，可能只需要0.25(X)最大流速。在该情况下，可安装两(2)个反应器，一个能够处理0.75(X)，第二个能够处理0.25(X)最大流速。在该情况下，在旱季期间，较小的反应器可以处理较低流速，而较大反应器可以在可能需要接近最大流量的雨季期间使用。

该灵活性不限于两(2)个反应器。本发明设想，可能发生两(2)、三(3)、四(4)个或更多个反应器可能是有利的情况。同样，该反应器将与单个澄清/浓缩罐进行连通。使用这样的反应罐可根据流入流的量进行平衡。

例如，参见图8，可以存在系统，所述系统包括第一反应罐801和第二反应罐802，其各自与澄清/浓缩罐803流体连通。各反应罐801、802的尺寸可以相同，并且各自构造成对系统设计的最大流量的约百分之五十(50％)进行处理。

在运行期间，在810处可确定进入流速(或所需处理流速)。在820处，可以确定进入流速是否大于系统设计的最大流速的百分之五十(50％)。如果821处的回答为否定，则在830处，可向单个反应器(反应器801或反应器802)提供全部进入流量(小于系统最大流速的百分之五十(50％))。另一个反应器可能仍不工作。

如果在822处确定进入流速大于系统设计的最大流速的百分之五十(50％)，可以存在至少两(2)个选项。在840处，可以确定进入流速是否小于系统设计的最大流速的百分之七十五(75％)。如果是，则在841处，可以确定进入流量应由两个反应器801、802分摊。这是因为各反应器不能高效处理低于其自身最大流速50％(由于上述湍流问题)。因此，系统可在860处向第一反应器801提供百分之五十(50％)的流入流量，在870处向第二反应器802提供百分之五十(50％)的流入流量。

如果在842处确定输入流速大于系统设计的最大流量的百分之七十五(75％)，则在850处可确定输入流量是否由反应器801、802平均分摊，或者是否一个反应器应以最大承载力运行，而第二反应器处理剩余流量。如果在851处确定两个反应器应平均分摊进入流量，则系统可在860处向第一反应器801提供进入流量的百分之五十(50％)，在870处向第二反应器802提供进入流量的百分之五十(50％)。

如果在852处确定一个反应器应以最大承载力运行，则在880处，一(1)个反应器(401或402)可接收大约等于系统设计流速(或该反应器设计的最大流速)的百分之五十(50％)的流入流量。剩余反应器可以处理任意多余流量。

操作员能够控制各反应器的流速，允许在处理过程中实现更大的灵活性和可变性。

参见图9，现在将讨论包括三(3)个反应罐901、902、903与一个澄清/浓缩罐900连通的系统的控制过程。在这种情况下，有一个反应器902构造成对整个系统设计的最大流量的大约百分之五十(50％)进行处理。还具有两(2)个小反应器901、903，其各自设计成对系统设计的最大流量的约百分之二十五(25％)进行处理。

在运行期间，在905处可确定进入流速(或所需处理流速)。在910处，可以确定进入流速是否小于最大流速的百分之二十五(25％)。如果915处确定是，则在920处可将进入流送至反应器901。(注意，也可将其送至反应器903)。

如果925处确定进入流速大于最大流速的百分之二十五(25％)，则在930处可以确定进入流速是否大于最大流速的百分之二十五(25％)，但小于最大流速的百分之五十(50％)。如果935处确定是，则在940处，进入流可以送至反应器902。

如果945处确定进入流速并未处于最大流速的百分之二十五至百分之五十之间(25-50％)，则在950处可以确定进入流速是否大于最大流速的百分之五十(50％)，但小于最大流速的百分之七十五(75％)。如果955处确定是，则在960处，进入流速可以送至反应器902并且送至反应器901或903。

如果965处确定流速并未处于最大流速的百分之五十至百分之七十五之间(50-75％)，则可以确定进入流速是否大于最大流速的百分之七十五(75％)。如果975处确定是，则进入流量可在三个反应器901、902、903之间进行划分，较大的反应器902接收约百分之五十(50％)的进入流量，剩余流量在反应器901、903之间进行划分。

如果在985处确定进入流量并未大于最大流速的百分之七十五(75％)，则990处可以确定错误，并且过程可以返回步骤905。

这些示例是假设的，旨在说明使用多个反应器进行系统加工和处理的灵活性，所述多个反应器与单个流入流和单个澄清/浓缩罐连接。

除了处理灵活性之外，本发明还可允许该处理系统的占地面积具有更大灵活性。仅在该处理系统中使用层状模块通常对操作员有吸引力，因为该模块可减少澄清/浓缩区或罐的总占地面积。将系统轮廓化为有限或不规则占地面积的能力也是有利的。

图10A和10B显示了使用本发明一些实施方式的可能空间节约。图10A显示了使用澄清/浓缩容器1010和单个反应器1020的系统1001。图10B显示了使用澄清/浓缩容器1011和两(2)个反应器1030、1040的系统1002。图10B的两个反应器和图10A的单个反应器可提供相同的处理承载力和最大流速。然而，系统1002的占地面积小于系统1001的占地面积。这种减少的占地面积在需要增加承载力但没有增加的空间来支持该承载力的改装情况下可能特别有用。

除了上述优点外，本发明还可以减少该水处理系统的运行费用。将澄清/浓缩容器与单个反应器的第一情况与澄清/浓缩容器与两个较小的反应器的第二情况进行比较，在低流量时间期间，运行单个较小反应器所需的能量可能小于运行单个大型反应器所需的能量。这可能是因为反应器涡轮机驱动装置的尺寸减小，所述反应器涡轮机驱动装置可用于搅动流体以进行搅拌并使之引起湍流。然后，系统的最大能量消耗可能对应于系统的最大流量。换言之，当运行流速较低时，运行能量花费也可能较低。

应理解，本文所示和描述的本发明具体实施方式只是示例性的。本领域技术人员在不背离本发明的情况下可以发现多种改变、变化、替代物和等同物。因此，本文所描述和附图中所示的所有主题旨在仅被视为说明性的，而不是限制性的。

Claims (11)

1.一种用于水或废水处理的系统，所述系统包括：

两个或更多个反应罐，各反应罐与澄清罐流体连接，反应罐各自进行接收流入物和在水或废水中诱导絮凝以及输出流出物的相同功能；

澄清罐，所述澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物，其中，水或废水中的絮体沉降到澄清罐底部，并从系统中取出浓缩污泥和澄清水。

2.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括与两个或更多个反应罐流体连通的凝结罐，所述凝结罐向水或废水中引入凝结剂并进行混合。

3.如权利要求1所述的系统，其中，两个或更多个反应罐中的每一个包括用于将湍流引入各反应罐中的水或废水中的装置。

4.如权利要求1所述的系统，其中，澄清罐包括地板刮板以将沉降到澄清罐底部的絮体浓缩成污泥。

5.如权利要求4所述的系统，其中，至少一些污泥再循环至两个或更多个反应罐。

6.如权利要求1所述的系统，其中，澄清罐包括倾斜薄层。

7.如权利要求1所述的系统，其中，两个或更多个反应罐中的每一个通过过渡斜槽与澄清槽流体连接。

8.一种用于水或废水处理的系统，其中，该系统设计用于最大流速，所述系统包括：

两个或更多个反应罐，所述两个或更多个反应罐各自具有小于最大流速的承载力，并且具有达到或超过最大流速的组合承载力，各反应罐与澄清罐流体连接，所述反应罐接收流入物，并输出流出物；

设计用于达到或超过最大流速的澄清罐，所述澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物。

9.如权利要求8所述的系统，其中，两个或更多个反应罐各自进行诱导水中或废水中絮凝的相同功能，其中，在澄清罐中，水中或废水中的絮体沉降到澄清罐底部，并且从系统中取出澄清水和浓缩污泥。

10.一种用于水或废水处理的系统，其中，该系统设计用于最大流速，所述系统包括：

与两个或更多个反应罐流体连通的凝结罐，所述凝结罐向水或废水中引入凝结剂并进行混合；

两个或更多个反应罐，所述两个或更多个反应罐各自具有小于最大流速的承载力，并且具有达到或超过最大流速的组合承载力，各反应罐通过过渡斜槽与澄清罐流体连接，并且各反应罐包括用于将湍流引入水或废水的装置，反应罐各自进行接收流入物和在水或废水中诱导絮凝以及输出流出物的相同功能；

具有以最大流速或高于最大流速处理水或废水的承载力的澄清罐，所述澄清罐接收来自两个或更多个反应罐的流出物，其中，水或废水中的絮体沉降到澄清罐底部，并从系统中取出澄清水，所述澄清罐包括：倾斜薄层，和地板刮板以将沉降到澄清罐底部的絮体浓缩成污泥；

污泥再循环管道，其构造成使至少一些污泥从澄清罐再循环至两个或更多个反应罐。

11.一种控制设计用于最大流速的水或废水处理系统的方法，所述系统包括各自承载力小于最大流速且组合承载力达到或超过最大流速的两个反应罐；以及具有以最大流速或高于最大流速处理水或废水的承载力的澄清罐，所述方法包括：

确定提供至系统的流入物的进入流速；

在确定进入流速小于最大流速的50％时，向反应罐提供流入物；

在确定进入流速大于最大流速的50％时，使流入物分流并向各反应罐提供流入物；

将来自所使用的一个或多个反应罐的流出物输出至澄清罐；

在澄清罐处接收来自所使用的一个或多个反应罐的流出物，并从系统输出经处理的水或废水以及浓缩污泥。

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