CN1496337A - 固体减少量提高的废水处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种废水处理方法，其提供通过内生呼吸而改善的总固体量减少，同时减少了生化需氧量且利用了生物养分还原。该废水处理工艺使用有效曝气输送系统从而使氧化有机物质所需要的时间显著减少，还循环、粉碎和均化有机物质和微生物，并且较传统系统氧化整个物质更多次，结果生物固体消化速率更高。

Description

固体减少量提高的废水处理设备和方法

相关申请交叉参考

本申请要求美国临时申请系列号No 60/238,878的35 USC 119(e)下的优先权，其全部公开内容引入本文供作参考。

技术领域

本发明涉及一种含水废料处理方法和设备，其提供含水废料的改进了的处理，更具体地说，所涉及的是使用改进的功能性、操作简易性和曝气工艺的方法和设备，以提供含水废料处理的改进。

背景技术

近来，废水处理装置所使用的工艺均遵循传统的方法，这些方法耗费较高比率的能量、材料和劳动力，并且伴随着使用大量的土地。与废水处理传统方法相关的高成本的原因在于：采用诸如下述设备的所有废水分流的处理、输送和监测，例如：泵、鼓风机、空气压缩机、刮料机、过滤器、化学药品、热、压榨机、促凝剂、絮凝剂、沉淀剂及脱水，等等。在传统废水处理系统中，采用高能耗的方法处理废水。这些方法包括，但不限于，需氧消化、厌氧消化、污泥增稠以及固体脱水工艺。与这些处理相关的成本占装置操作能量预算的约85％。

在典型的经受处理的流入液废水流中，整个废水流的99.9％是水，而约0.1％是有机、无机和溶解的固体。典型流入液废水流还含有不同浓度的养分。需要除去的在废水流中的养分要求分解必须满足的需氧量。在工业中，将该需氧量称作生化需氧量(BOD)。在约0.1％固体中，约10％至20％是含有约35％BOD的可沉降固体。其余65％BOD含在市政废水溶解的有机物质部分中。见图13。

在传统废水处理系统的固体(污泥)处理系统中，操作能量耗费于通过消化将有机物质的体积含量减少约50％，而其余50％体积有机物质通过各种手段处置，包括，但不限于，埋填于地下、焚烧和土地应用。这导致支出额外的处理固体的能量和费用。具有一种不需要处置大多数有机物质的设备和方法是有益的。

发明内容

本发明的目的在于提供处理含有有机物质和化学药品的含水废料的设备和方法。

本发明的另一个目的是应用具有处理区循环和较大曝气器效率的活化污泥工艺，以减少分解有机物质所必须的时间和能量。

本发明的还有的另一个目的是显著减少从系统中有意除去有机沉降固体而造成的消耗废活性污泥(WAS)形式的有机物质，这样就减少了固体处理设备的动力和成本。

本发明的另一个目的是提供处理含有高浓度工业型养分的水性废水的设备和方法。

本发明的还有的再一个目的是处理具有典型含量的化学需氧量(COD)、BOD、氨和磷的市政废料。

本发明还有的再一个目的是处理具有高浓度水平的、一般在动物类废料中出现的COD、BOD、氨和磷的工业强度废料。

本发明的还有的另一个目的是提供预处理厂区设备产生的废水的设备和方法，例如，废水可以发生自工业制造厂或动物废料设备。

本发明的另一个目的是利用有效的循环曝气体统(RCAS)，该系统提供曝气、混合、均化和粉碎的组合，其比传统曝气系统优越，并且更有利。

本发明的还有的另一个目的是提供比传统处理系统更容易设计、操作、制造、起动、管理、扩大和维修的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供比传统处理系统更容易适应工艺和流程条件的变化的、更易于自动化、监测和控制的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理装置总占地面积小的设备和方法，在相似的废水处理技术要求条件下进行比较。

本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理系统操作更经济的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供比传统废水处理系统在建设和操作方面花费更少的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供就传递激烈曝气的能力而言工艺容器能力增加的设备和方法，其能够在曝气槽中处理更大量的废水，而不受限于布置洗料器所用的容器底面积。

本发明的还有的另一个目的是提供衰变系数(Kd)显著增加的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供超过传统处理系统的增加平均槽停留时间(MCRT)的设备和方法，借此为增加挥发性固体破坏创造了条件，因之减少了固体处理的负担。

本发明的还有的另一个目的是提供适应高柔性的食品与微生物比例(F/M)范围，即高于和低于传统处理系统比例范围的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供减少起动成本的设备和方法，所述包括，但不限于，较快增加混合液体悬浮固体(MLSS)浓度，较低的初始起动动力成本，降低了的种子污泥的运输成本，借此以增加的效率达到设计流程能力。

本发明的还有的另一个目的是提供在起动状态过程中使用用于顺序间歇反应系统类型的锥形底形状的容器的设备和方法，其目的在于初始装置起动较快。

本发明的还有的另一个目的是提供使用用于顺序间歇反应类型的锥形底形状的容器的设备和方法，其能够使微生物菌落在工艺失常的条件出现之后快速繁殖，以便使从失常条件下回收的微生物快速繁殖。

本发明的还有的另一个目的是提供一种处理装置，其包含比传统废水处理系统少的设备和工艺来把废水处理至所要求的流出液质量。

本发明的还有的另一个目的是提供一种从液体经澄清分离固体的、而在澄清器中不需要刮削、搜集或刷扫设备的设备。

本发明的还有的另一个目的是提供一种起固体俘获区作用的设备，其包括，但不限于，澄清器、过滤设备和任选第三级处理系统，后者进一步浮获有机物质，并把有机物质转回到需氧区以便继续固体消化。

本发明的还有的另一个目的是提供一种减少废料流中总氮的设备，其方法包括：将有机氮氧化成更稳定的硝酸盐化合物，然后在废料流中通过脱氮过程将其减少。

本发明的还有的另一个目的是提供一种在废料流中经微生物消化减少磷的设备，用来在有机物质分解中繁殖新细胞。

本发明的还有的另一个目的是提供一种区特定而非容器特定的处理方法。

本发明的还有的另一个目的是提供一种适应特定流程和特定处理工艺的系统设计。

本发明的还有的另一个目的是使用RCAS系统的环形涡流作用，以减少在废水中的致病生物体的数目。

本发明的还有的另一个目的是提供为水溶液的化学氧化作用创造条件的设备和方法。

本发明的还有的另一个目的是提供一种均化微生物菌落和菌落所食基质的措施。

本发明的还有的另一个目的是为将微生物大絮凝物分配成微生物较小絮凝物创造条件。

本发明的还有的另一个目的是使包括中心部分在内的整个微生物絮凝物保持需氧状态。

本发明的还有的另一个目的是提供在需氧工艺中的高浓度溶解氧。

本发明的还有的另一个目的是提供关于废水污泥储留池的花费和要求的代替物。

本发明的还有的进一步的目的是克服已知废水处理系统和方法的不足之处。

为了描述本发明的应用和本发明的作用，以市政废水的原料流入液为例作为待处理含水废料。但是，本发明的设备和方法的实施方案能够完成各种废料的处理。

本发明所涉及的术语曝气意指将第二流体流(液体或气体)加入到第一流体流(液体或气体)中。

本发明能够借助于RCAS(循环曝气系统)提供激烈的曝气来处理废水有机物质，这样赋于了增加的氧传递效率，其导致增加的微生物氧吸收速率，以及，有机物质的官能化、粉碎和均化使有机物质实际上100％消化。与应用传统曝气如扩散曝气的传统处理方法相比较，这样做使加工能量得到有重要意义的更有效的应用。本发明还减少了或消除了许多传统耗能设备，例如：第一澄清设备、厌氧消化设备、需氧消化设备、主处理污泥储留池、焚烧炉和相关设备、污泥增稠设备和污泥输送设备。

本发明能够更有效并完全消化废水中的有机物质。废水总BOD的有机物质部分被处理于通过使用曝气的第一需氧反应器区和第二需氧反应器区，以及，厌氧调理池区和缺氧选择器区，在后两个区废水所处的条件是，在该条件中水生环境不含使微生物易于呼吸的足够的溶解的分子氧，这也能称作缺氧条件。这种缺氧条件一般指存在化学方式束缚的氧(例如硝酸盐)的环境。有机物质的侵蚀性的消化完成于厌氧调理池区、第一需氧反应器区、缺氧选择区和第二需氧反应器区。

按照本发明的一种形式，处理含废料的水溶液的方法包括以下步骤：

将流入液废水流提供给厌氧调理池区，其中含水总固体被循环、混合和以悬浮体形式保持；

将低氧含量混合液体悬浮固体从缺氧选择器区提供给厌氧调理池区以便在厌氧调理池区中维持低的溶解氧含量；

将自厌氧调理池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与来自澄清区的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气，以及借此存在于第一需氧反应器区的内容物中的可沉降固体被分级，借此使固体和其它有机物质分解和氧化并且积累惰性固体；

自第一需氧反应器区排出所积累的惰性固体；

将自第一需氧反应器区的水溶液的流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环并被混合；

将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧反应器区；

循环和曝气在第二需氧反应器区的水溶液，借此可沉降的固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化；

将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区，以便从其中装有的水溶液中沉降或分离固体；

将自澄清区沉降或分离的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区；

将澄清区的水溶液提供给过滤区以便从向其提供的水溶液沉降或分离固体；和

将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，和将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输入到流入液废水流中以再处理。

按照本发明的另一种形式，生物处理含废料的水溶液以减少有机物质、氮和磷的方法，包括以下步骤：

将含有微生物的流入液废水流提供给厌氧调理池区，在该区中含水总固体被循环、混合和保持悬浮体状态，其中通过调节自缺氧选择器区到厌氧调理池区的低氧含量混合液体悬浮固体流，以维持在厌氧调节池区中的低溶解氧含量，完成第一步富磷摄取，

将自厌氧调节池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与自澄清区接收的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和曝气并借此发生硝酸化作用，和存在于第一需氧反应器的内容物中的可沉降固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化，同时增加第二步富磷摄取和积累惰性固体；

自第一需氧反应器区排出积累的惰性固体；

将自第一需氧反应器区的水溶液流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环和被混合，和使缺氧选择器区存在低氧环境，以致脱氮作用和生物磷的释放与在水溶液中含有的有机物质的消耗一起发生；

将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧区，至少缺氧选择器区水溶液的第二部分是富微生物和养分的；

循环和曝气装在第二需氧反应器区的水溶液，借此发生硝酸化作用和将可沉降的固体分级并粉碎，借此分解和氧化所悬浮的固体和其它有机物质，和进一步增加第二步富磷摄取导致微生物消耗大量磷；

将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区以从所提供的水溶液沉降或分离固体；

将来自澄清区的沉降的或分离的固体提供给第一需氧反应器区作为回流活性污泥；

将澄清区的水溶液提供给过滤区以自所提供的水溶液沉降或分离固体；和

将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，以及将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输送到流入液废水流中以再处理。

按照本发明的另一种形式，处理含有废料的水溶液的设备，包括：

厌氧调理池区，其以流体方式连接到入口，厌氧调理池区接受经入口的流入液废水流，厌氧调理池区循环其中的废水使得含水总固体维持悬浮状态，厌氧调理池区接受来自需氧选择器区的低氧含量混合液悬浮的固体以维持在厌氧调理池区中的低溶解氧含量；

第一需氧反应器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区，第一需氧反应器区接受与自澄清区接受的回流活性污泥混合的厌氧调理池区的流出物，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气和借此可沉降的固体被分级，借此分解和氧化悬浮的固体和其它有机物质，第一需氧反应器区积累惰性固体，所积累的惰性固体自第一需氧反应器区排出；

缺氧选择器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区和第一需氧反应器区，缺氧选择器区接受来自第一需氧反应器区的水溶液流出物，在缺氧选择器区中的水溶液被循环和混合，缺氧选择器区水溶液的第一部分，相当于低氧含量/混合液悬浮的固体，被提供给厌氧调理池区；

第二需氧反应器区，其以流体方式连接到缺氧选择器区和第一需氧反应器区，第二需氧反应器区接受缺氧反应器区水溶液的第二部分，其中在第二需氧区中的水溶液被循环和被曝气借此可沉降的固体被分级，第二需氧反应器区的水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

澄清区，其以流体方式连接到第二需氧区和第一需氧区，澄清区接受第二需氧反应器区水溶液的第二部分，借此发生自水溶液的固体的沉降或分离和俘获，和沉降的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区；和

过滤区，其以流体方式连接到澄清区，入口，和出口，过滤区接受自澄清区的流出物以自澄清区的内容物的液体部分分离固体，过滤区的内容物的第一部分，相当于流出液，被提供给出口，和过滤区的内容物的第二部分，相当于分离的固体，被提供给入口和与流入液废水流混合以便再处理。

本发明的这些和其它目的、特征和优点自优选实施方案的如下详述可显而易见，请与附图相结合阅读。

                      附图简述

图1是各种废水处理工艺的生物体、可溶有机食物和总氧摄取与时间的函数关系图；

图2是废水处理工艺的代谢速率与F/M(食物比微生物)比率的函数关系图；

图3是各种废水处理系统的比较数据表；

图4是按照本发明的优选实施方案的八容器装置示意图，表示挠曲流动(flex-flow)、硝酸化作用、脱氮作用和磷减少。

图5是按照本发明的另一个实施方案的八容器装置布置示意图；

图6是按照本发明的另一个实施方案的七容器装置布置示意图，表示塞式流动、硝酸化作用、脱氮作用的流程特征；

图7是按照本发明的另一个实施方案的六容器装置布置示意图，表示塞式流动和硝酸化作用的流程特征；

图8是按照本发明的另一个实施方案的八容器装置布置示意图，表示阶式进料、硝酸化作用、脱氮作用和磷减少的流程特征；

图9是按照本发明的另一个实施方案的七容器装置布置示意图，表示阶式进料、硝酸化作用和脱氮作用的流程特征；

图10是按照本发明的另一个实施方案的七容器装置布置示意图，表示阶式进料和硝酸化作用的流程特征；

图11由许多处理区构成的废水处理系统的示意图，其中每个区包括许多容器；

图12是本发明的容器结构示意图，包括区域流向图；

图13表示在典型市政废水中原料流入液的固体组成；

图14表示废水氮循环；

图15是具有任选曝气器旁路的循环曝气系统(RCAS)的示意图；

图16是与MCRT相关的30分钟固体沉降；

图17表示对于MCRT和F/M比例来说如何计算衰变系数Kd；

图18是图5所示工艺的简化图，其具有的过滤区连接到澄清区以回流俘获的固体进行再处理。

                  优选实施方案详述

化学和生物含水废料的处理能够通过利用和实施本发明的方法和设备来进行。本发明净化在水溶液中的含水废料借助于各种严格的需氧处理方法及诸如需氧生物分解、生物氧化、化学氧化和固体物理分离等处理方法的组合来进行。本发明在应用需氧处理方法方面是有效的，因为对化学药品除去养分的依赖下降。这些方法存在于处理方法中的各步稳定作用中。

本发明处理方法中的近似性能水平(流入液对流性液)如下：

通过氧化和随后的重力沉降，流入液总BOD(生化需氧量)含量减少90至99.5％。

通过氧化成为第一氨、第二亚硝酸盐和第三硝酸盐，有机氮减少。

通过硝酸化作用，流入液氨氮含量减少95％至99.5％。

通过脱氮作用，将通过上述硝酸化作用形成的亚硝酸盐和硝酸盐氮含量减少50％至99.5％。

通过富“磷”的摄取，流入液磷含量减少90％至99.5％。

通过剧烈氧化，总有机悬浮固体含量破坏至多99.5％。

下文叙述解释了本发明的方法，该工艺随着水溶液从一个工艺区到另一个工艺区而进行处理达到了这些性能水平。本发明设计推荐为了养分在工艺区中氧化约4～8hr需要的总水力滞留时间。

工艺性能

以含水废料形式存在的化学物质和有机物质的处理通过或者氧化或者生物手段来进行稳定处理。稳定作用实际上是一组工艺。例如，在市政废水处理中，氨的稳定作用，因为其转化为氮，是几步工艺。氨(NH₃)以生物学方式氧化成亚硝酸盐(NO₂)和然后其以有机方式稳定成硝酸盐(NO₃)。下面的且最终的步骤称作脱氮作用。一旦这一步聚完成，所存在的氧就降低于很低的水平，和以NO₃形式结合的元素氧因呼吸而被利用，同时氮气，N₂，释放到大气中。

处理的另一种形式是通过曝气完成的化合物的氧化作用。自氧化作用发生的反应使化学元素或化合物失去电子。这种电子的失去使元素或化合物更稳定。

生物处理是处理市政废水中最重要的步骤之一，这种处理的简要解释有助于理解本发明以及其设备和工艺。在生物处理期间，微生物吃了、转化或消耗了废水中的养分(BOD)。这些养分能够是实质上可生物降解的有机物或化学物质。对于传统系统，通过沉积和废弃进行原状废水的物理处理除去仅仅约35％BOD，因为高百分比(约65％BOD)BOD含在包含在废料中的不能沉降的和溶解的固体中。本发明使用通过悬浮的增殖处理法进行的需氧消化处理从而处理在水溶液中的总BOD至除去95％或95％以上的水平。

在液体废料中有两类固体，1)有机物，和2)无机物。无机固体通过生物处理不破坏或不分解。所以，因为无机固体或惰性固体在处理系统中积累，而应当进行惰性固体的去除或废弃。这种废弃确定了惰性固体对有机固体的预定含量比。鉴于与进入系统的整个固体负荷相比较，在大多数市政类废水中的无机固体或惰性固体的百分含量是小的，所以惰性废弃的时间间隔(time frame)能够大致在90天～360天或者更长。典型市政废料流的有机固体含量占废水中固体的约70％～85％。这些固体的约80％～85％一般是溶解的固体并是不能沉降的，但是这些固体的15％～20％是可沉降的。然而，这些可沉降固体在本发明使用的每个需氧处理区的循环过程中被粉碎，这样为被微生物更容易地进行消耗创造了条件。

这样粉碎通过使微生物菌落和可沉降固体均化而增强本发明的需氧消化处理过程。可沉降固体的这种均化作用使所有食物基质几乎成为溶解固体，为通过微生物菌落更容易地进行消耗创造了条件。

因为微生物菌落的絮凝物通过本发明的RCAS系统，大的絮凝物部分分配成较小的絮凝物颗粒。絮凝物尺寸的减小有助于通过微生物菌落消耗基质，这是通过增加絮凝物的表面面积以及导致与所需要的食物和氧更密切的接触达到的。

当微生物菌落在其整个内容物中保持需氧状态时，基质和微生物菌落的消化以增加的速度进行。通过维持微生物菌落在分配的小絮凝颗粒中，RCAS系统增加基质的消化，结果是在絮凝颗粒中心维持需氧状态。因为絮凝颗粒较小，需氧区中溶解氧的浓度是絮凝物颗粒的中心容易达到的。这也为在需氧区中维持高浓度溶解氧创造了条件。

通过依靠混合生物培养破坏有机废料的活性系统，提供了本发明的工艺和需氧消化处理系统。本发明的需氧消化处理系统以悬浮体的形式增加和维持非光合微生物即生物体的高密度，这些微生物消耗有机废料。在需氧消化条件下，简化的有机化合物被氧化成最终产品二氧化碳和水。

非光合微生物的增殖和生存取决于微生物通过代谢有机物质获得能量的能力。传统的需氧处理工艺导致有机物质的完全代谢和合成，产生大量生物增殖，这必须从系统中除去，以使工艺免于在生物体方面过载而损害流出液质量。本发明采用生物体的完全需氧消化处理，采用这种处理微生物环境维持在图2所示的“内生呼吸阶段”的最右方，这是通过控制和平衡F/M(食物比微生物)比例(在0.05～0.80范围中)和氧的输送实现的。这导致不仅有机物质完全代谢和合成而且在过程结束时生物固体显著减少。

本发明的另一特征是使用了硝酸化作用循环以便将大量有机氮转化成氨、氨转化成亚硝酸盐、亚硝酸盐转化成硝酸盐。然后硝酸盐脱氮释放出氮到大气中，从而导致在废料流中总氮的减少。

本发明的还有的另一方面是进入系统的磷的消耗是通过微生物，在高氧含量时期如在需氧反应器区所出现的情况下，作为细胞壁产生和新细胞增殖的食物源的形式来进行的。

现参见图1，该图示出微生物的特有增殖模式，其中以生物体相对含量(纵轴)作为时间的函数(横轴)作图。在适应新环境短时间之后，微生物消耗有机物质并按二元裂变繁殖，从而以指数规律增加在培养皿中的能生存的细胞个数和生物体。这是“log增殖阶段”，示在图1中曲线的最左方。在“log增殖阶段”中的代谢速度受两个因素的限制，一个是微生物处理有机物质的能力，另一个是可供微生物呼吸的溶解氧的量。

在图1中所示的“衰落增殖阶段”是由微生物增殖所必须的有机物质的不足程度增加所引起的。在“衰落增殖阶段”中，微生物繁殖速度减小。在“衰落增殖阶段”中的微生物的增殖是微生物含量和限制增殖的有机物质含量两者的函数。

在“衰落增殖阶段”之后是“稳态阶段”。在“稳态阶段”中，生物体含量达到最大值，以及低含量的剩余有机物质大大限制了生物体增殖速度，其成为较恒定的值。

“内生呼吸阶段”在“稳态阶段”之后。在“内生呼吸阶段”中，能生存的微生物争夺仍然在经受处理的废水中的少量有机物质。最后，发生了微生物缺乏，以致于死亡速度超过了繁殖速度。因此，在水溶液中的生物体含量在内生呼吸阶段期间减少。在本发明中，内生呼吸(ER)被控制，以致于微生物的死亡速度等于微生物的增殖速度，正如通过混合液体悬浮固体(MLSS)含量所检验的，该含量维持在相当于处理标准的恒定含量。

现详述按照本发明的废水处理。在本发明中，废水处理工艺按三步进行：

(1)大量生物需氧消化，消耗有机废料，包括但不限于总有机氮和总磷减少；

(2)固体俘获区澄清/沉积；和

(3)通过把固体回流到需氧反应器工位，重新处理固体俘获区沉降的固体。

在本发明的工艺方法中，有机废料的消耗通过保持下述的环境来完成，包括高平均槽停留时间(MCRT)、中等食物与微生物比(F/M)和激烈曝气，其中迫使微生物在内生呼吸阶段中生活。

本工艺的澄清/沉积步骤用于经重力沉降从上层清液(其余液体)中分离固体。含悬浮固体的水溶液一旦自曝气反应器区#2(图4的容器20)进入澄清区(容器76、80、84和88，相当于图4的澄清器#1、2、3和4)，该区特征下文详述，上层清液的速度就减缓使固体重力沉降。因为沉降的固体少量集结在澄清容器底部，其频繁地迅速地被除去，送回到曝气反应器#1区的容器(容器18)以进一步处理。上层清液(较清洁的水溶液)继续经过下述工艺，在那里其可以采用任选第三级处理进行进一步处理，例如第三级澄清或过滤以便在排出之前近于完全地除去生物或惰性物质。接受河、蒸发池、地表浇灌、作物灌溉或一些其它类型处置均可以作为这些排出的可接受的途径。

需氧消化处理系统，如本发明的，必须在悬浮体中增长和维持微生物的总个数以便消耗有机废料。虽然，如图1所示，各个微生物增殖很快，但是起动需花费时间或者发生较大的负荷变化，从而使原来的微生物低含量增加到足以快速分解有机废料的高水平。所以重要的是采用快速增加MLSS的含量的方法。对于传统系统，MLSS含量达到可接受的运转水平，装置起动时间长达30～45天。采用本发明，装置起动时间下降到14天或更少。与传统装置的时间技术要求相比，装置重新起动需要较少时间，因为微生物的毒性冲击负荷减少。这些方法下文讨论。

需氧消化系统的普通设计概念是平均槽停留时间(MCRT)，其是微生物在系统中度过的平均时间。传统处理系统的MCRT与在活性污泥工艺中的微生物固体的量有关，和流出液中的失去的固体的量和自工艺循环中以废料污泥形式排出的过量固体有关。对于本发明，MCRT与需氧处理工艺中的微生物固体的量有关，仅和在流出液中失去的固体的量有关，不故意废弃，因为实际上没有以废活性污泥形式排出的挥发性固体。传统系统的典型MCRT值为15～30天。但是本发明的MCRT值开始在30天，达到150～250天或者更高(参见图3)。惯用曝气处理系统的MCRT值大于30天会产生操作问题。通过不适当的废弃固体引起的在系统中的固体过量聚集，是流出液质量差的常见原因，其原因在于保留着较高含量的悬浮固体、混浊等。流出液质量差的其它原因包括极老的缓慢沉降的固体、固体的过氧化和固体的抗絮凝。因此，对于传统的需氧处理系统，需要有意地一次又一次地废弃过量固体，以维持MCRT在图3所示的范围中。在本发明中，不必除去过量固体，原因在于它能够近于完全地消化所有有机固体。

固体的量表示为MLSS(混合液体悬浮固体)的含量，关于惯用系统的值表示在图3中。关于惯用系统的典型的MLSS值的范围为：自接触稳定系统的该范围的最低值1,000mg/L至完全混合系统和延时曝气系统的6,000mg/L。在本发明的厌氧调理池区、缺氧选择器区和需厌反应器区(参见，例如图4，下文详述)的微生物固体(MLSS)的量为2,000～8,000mg/L或更高。本发明的设备和方法，对于典型市政类废料的有机物质的近于完全的消化而言，能够维持在图3中所示的MLSS含量；对于非典型工业类废料的有机物质的近于完全的消化而言，通过使用诸如本发明中所使用的设备的有效曝气输送系统设备(再循环曝气系统或“RCAS”)，能够维持到在图3中所示的高MLSS含量。在本发明中使用的曝气设备是USP 5,893,641(Garcia)中所述的一种。

本发明所实施的工艺也达到了总有机固体消化的结果，其通过应用上述有效曝气输送系统(RCAS)输送为氧传递、循环、均化和深度混合所必须的大气空气来进行。应用上述类型的曝气系统所实施工艺的另外优点是，存在于需氧反应器区中的MLSS的混合和二次氧合作用。

这种混合和二次氧合作用通过以下所述来完成，即，在需氧反应器区的最低处从需氧反应器区排出MLSS内容物，以及，将再氧合的MLSS在侧水深表面之下高度在约2/3处排回到各个容器中。MLSS的二次氧合通过以下所述来完成，即，使由RCAS喷射的、与曝气MLSS一起传输的过量夹杂空气经导管流入和流经曝气反应器区的内容物。曝气反应器区的MLSS的一次和二次氧合使溶解氧(DO)含量达到大致为3.0～5.0mg/L。在需氧反应器区的溶解氧的含量维持在操作水平，即超过传统需氧消化的上限2.0mg/L。因此，特别是，本发明通过其有效氧合处理工艺达到了较高程度的有机固体消化。

鉴于采用本发明达到的溶解氧含量高于通常值以及密切混合，与传统曝气系统所达到的相比，出现有机物质的较高速率衰变系数。词“衰变”是用于表示挥发性(有机)悬浮固体破坏(消化)的术语，它以说明F/M与MCRT关系的式子来表示。传统曝气系统Kd值为0.04～0.06，平均0.05，而在本发明中，Kd值大致为0.10，两倍于传统曝气系数，因此得到较高的消化速度。关于计算衰变系数所用的公式，参见图17。

传统的氧传递效率以达到生物细胞的氧质量与供给反应器的气体氧的应用质量之比的百分数来表示。由RCAS供给的空气泡的氧传递速率是按照废水特性变化的几个因素的函数，包括，但不限于，在导管中的废水的氧传递系数和在容器中的氧传递系数、废水的氧饱和系数，和当时的溶解氧含量和在水溶液中的氧的饱和含量。

在传统需氧生物处理系统中，有机物质的代谢导致在系统中的微生物质量增加(繁殖)。过量微生物从系统中除去或废弃掉，以维持食物供给和微生物的质量之间的合适平衡，所述微生物的质量存在于输送氧的曝气槽中。这种平衡称作食物与微生物之比(F/M)。本领域中的技术人员已知，在传统曝气槽中维持的F/M比0.05～0.20，限定了延时曝气系统的运行。图2表示增加F/M比如何影响代谢速率。虽然图2所表示的“指数增殖阶段”对于以最大速率除去有机物质是希望的，但是在该阶段中微生物处于分散增殖状态，难以在重力作用下从溶液中出来。而且，在溶液中有过量没消耗的有机物质，其不能通过传统曝气系统的分散增殖微生物菌落除去，因此以流出液形式从系统中流出。因此，传统曝气处理系统在高F/M比下运行导致BOD除去效率低且不充分。

在低F/M比下，在曝气槽中的总代谢活性是内生的。在该阶段中，有机物质的代谢近于完全，微生物迅速絮凝并且在重力作用下从溶液中沉降出。内生阶段运行是希望的，其中有理想的高BOD除去效率。

典型传统曝气处理系统F/M比，对延时曝气所需要的低速率而言为0.05～0.2，对处理的惯用速率而言为0.2～0.4，对高速处理而言为较高范围0.4～1.5。但是在本发明中，F/M比维持在0.05～0.8，包含了全部低速率、全部惯用速率和部分高速率处理工艺，为在单一处理装置中的高度灵活性创造了条件。这种灵活性是显然的，因为处理系统流量增加而有机物质含量保持相同水平，循环速度能够通过简单地调节曝气器增加循环泵的速度而增加，这样转而增加了曝气输送速率。所以，采用足量供给的氧，这可通过应用诸如本文和USP 5,893,641所述的曝气输送系统实现，本发明上文所列的F/M比的范围不仅使微生物能完全代谢有机物质，而且通过激烈曝气使食物源减少，食物源减少的原因在于微生物消耗它，以及，因此对食物的竞争增加。微生物在内生呼吸处理工艺中自身消耗并且彼此消耗以便生存，甚至在较高F/M比0.8下也是如此。内生呼吸的长期拆用状态保证了与本发明的需氧消化过程一起发生的固体积累质量减少。维持F/M比，例如使用本发明，以及维持大量溶解氧，因为采用上述曝气设备和输送系统在经济上是可能的，结果有机物质的氧化迅速完成。

随着微生物的MCRT增加，促使微生物快速沉降增加，因而有利于循环工艺，如图2和16所示。

为了更好理解本发明中所用的术语“废弃”，现解释如下。随着惰性固体的含量增加，应该进行这些固体的除去或废弃，以便使足够体积的生物微生物生存在生物工艺区中。为此，为从如图4、5、6、7、8、9、10和18所示的需氧反应器#1除去无机或惰性固体，制定了一些措施。当惰性含量达到除去水平时，就除去预定量固体。在这种废弃之前惰性固体的含量从在流入流中极低含量(如图13所示，可沉降固体的约0.001％)平稳增加到在生物工艺区中存在的总固体含量的约50％的水平。虽然存在与惰性固体相混合的有机固体，但是从生物工艺区排出的废弃的有机固体的总重量基本上占进入生物工艺区的有机固体总重量的0.01％～0.5％。惰性和有机固体的这种废弃应该间歇地进行，直至在生物工艺区中的惰性固体含量降到可接受的工艺水平。

澄清可以定义为从处理的水溶液中分离生物体。传统需氧处理和固体分离系统力图通过聚结和絮凝在系统中保留大部分微生物，然而，由于传统工艺和设备的本质以及运行能量成本的限制需要进行废弃。然后生物固体沉降到澄清器底部。然后大部分生物固体返回到曝气槽，同时从系统有意废弃(除去)一部分生物固体(活性污泥)，所除去的这部分的量是超过系统的设计消化处理能力的活性污泥的量。本发明在系统中保留微生物所采用的手段如下：在澄清区(图4的澄清器#1、2、3和4)使生物固体与所有无机固体一道沉降，将它们返回到曝气反应器#1区(图4的容器18)，以便进一步处理。务必调节层深(blanketdepth)(在澄清器底部积累的污泥)至最小，所采用的手段是排出并返回到需氧反应器#1区的返回活性污泥(RAS)的次数和加仑数。RAS排出的次数排除了生物固体在澄清区中长的滞留时间，换句话说，消除了生物体腐败、气化和浮到澄清区表面的现象。观察和调节RAS流的排出，以便减小在澄清区的水力速度。较高的水力速度能在澄清区中引起无效沉降，导致在其流出液中夹带出生物固体。

对于本发明，在曝气循环中的水力滞留时间在完全混合工艺和塞式流动工艺的范围内，和部分地在高纯氧工艺范围内，同时获得延时曝气工艺的优点。延时曝气工艺一般应用18～36hr来完全氧化(处理)有机物质，如图3所示(参见该图最右一栏)。本发明以大致4～8hr的时间得到关于有机物质的相同结果。通过采用有效的曝气输送系统，本发明使氧化有机物质所需要的时间急剧下降。这一目的是通过下述手段达到的，即，位于每个需氧反应器区(图4的容器18，20)、厌氧调理池区(图4的容器8)和缺氧选择器区(图4的容器58)的曝气输送系统，按体积计，其各个的内容物每两小时大致100％循环。当将厌氧调理池区与需氧反应器区和缺氧选择器区循环百分率合并时，在24hr内，总处理循环百分率等于或大于进入处理工艺的流入液的200％。曝气系统循环、粉碎和均化有机物质和微生物，氧合整个物质，比传统系统多许多倍，结果与传统系统相比，导致在更短的时间内更大的生物固体消化速率。惯用处理系统中典型循环速率范围是，对于完全混合系统为每天流入流的25～100％，对于塞式流动系统为每天流入流的25～50％，对于延时曝气系统为每天流入流的75～150％。关于传统活性污泥处理系统的循环百分率比率仅仅指回流活性污泥(RAS)与流入流相比的循环百分率。当本发明使用这一相同类型的RAS循环百分率时，本发明也利用前述的工艺循环百分率，得到比采用传统活性污泥处理系统可能的更大的固体消化速率。

按照本发明的生物处理工艺现叙述如下。微生物池的组成由70～90％水和10～30％干物质组成，按重量计。在该干物质中，70～95％是有机物，5～30％是无机物。有机干物质的95％分别由碳、氧、氮、氢和磷，以及其它微量物质组成。本发明的优点有，供给微生物的大百分比的有机物通过维持极长的MCRT以便不仅有机化合物完全氧化，而且也消耗含有这些相同元素的生物体(大量有机物质由以废水中的废料为食的活的生物体、死的生物体和其它有机物残渣组成)。在活性污泥工艺中，碳、氧、氮和氢作为细胞物质的主要成份，磷作为核酸、磷脂和核苷酸的成份。通过微生物自其环境吸收化合物以便实现两种基本的主要代谢活性：通过生物能量学产生能量，和通过生物合成合成新细胞物质。微生物自光、有机化合物和无机化合物为其本身产生能量。微生物应用的主要无机化合物，作为能源，是铵(NH₄)、亚硝酸盐(NO₂)、溶解的硫化物(H₂S)和元素硫。这些化合物被氧化，所释放的能量用于细胞维持、新细胞物质的合成和微生物的运动，如果其是活动的。有两种类型微生物：生物合成使用无机碳的自养微生物和生物合成使用有机碳的异养微生物。

碳占微生物细胞的干质量的约50％。所以，碳在生物合成中是所应用的主要元素。微生物或者把诸如脂肪酸、氨基酸、糖、有机酸等有机化合物或者把二氧化碳(CO₂)作为新细胞生长的能源之一。通过生物工艺，有机碳转化成微生物合成物质和诸如二氧化碳等气体，后者能够逸入大气。通过由本发明的RCAS使曝气反应器的内容物进行按体积计200％循环，与传统系统相比，微生物能够与其碳源更多次并更有效地进行接触。

氧和氢是应用在细胞物质中的主要气体元素。微生物细胞物质的氧源以分子氧、有机化合物或者甚至二氧化碳形式存在。本发明通过需氧反应器的曝气输送系统(RCAS)输送氧直接到养分和微生物的水溶液。这样以最容易的方式给微生物提供呼吸的机会，以及生物能量学和生物合成的最可得的氧源。微生物的细胞物质的氢源以分子氢和有机化合物形式存在。氧作为电子接受体应用在微生物分类中。应用氧的微生物称作需氧微生物，不应用氧的微生物称作厌氧微生物。本发明将需氧微生物用于有机化合物在需氧反应器中的稳定和分解。

氮是微生物的蛋白质和核酸的主要来源，占细胞物质的14％。微生物能够利用氮气(N₂)、氨氮(NH₃+NH₄)、亚硝酸盐(NO₂)和硝酸盐(NO₃)形式的无机氮。待应用的氮气首先必须转化或铵(NH₄)，然后转化成有机氮，如固定在土中的氮的形式，但是，能认为氨氮(NH₃)被微生物100％简便地可得地用于养料用途。氨(NH₃)转化为亚硝酸盐(NO₂)和硝酸盐(NO₃)，使微生物应用NO₂和NO₃作为它们本身的氮源成为可能。但是，微生物应用这种氮作为增殖源需要大量的能量。这些微生物必须使较大量的有机化合物氧化，以具有使用NO₂和NO₃作为其氮源所需要的能量。这导致微生物增殖速率低于应用NH₃作为氮源。本发明在保持极长的MCRT和变化的F/M比以减少微生物增殖量时应用这种较低增殖速率。综合地，微生物必须消耗较大量有机化合物并且不能迅速再生。有三种用于除氮的生物去除工艺，它们是氨化作用，继之以硝酸化作用和脱氮作用。氨化作用和硝酸化作用发生在需氧反应器中，而脱氮作用发生在缺氧选择器。氨化作用由异养微生物进行，其以蛋白质和肽的形式摄取有机氮并分解其成氮和铵。将氨转化成NO₂和然后成NO₃的自养微生物进行硝酸化作用。该工艺的第三步是脱氮作用，其中，另一组异养微生物将NO₃还原成NO₂，然后还原成NO，最后成N₂，释放到大气中。

微生物在细胞合成、细胞保养期间使用磷作为能量输送。因此，大约10～30％流入液磷被微生物消化并用于其代谢过程。但是有三种具有以比增殖条件所要求的高的量贮存磷的能力的微生物。这称之为富磷摄取。这三种微生物，不动细菌属、例单胞菌属和莫拉克斯氐菌属，集合称作多磷细菌，因为它们有以多磷酸盐颗粒的形式贮存磷的能力。在紧张状态下多磷细菌能够应用多磷酸盐作为能源。因为这些细菌在需氧条件时仅仅能够贮存过量磷，所以本发明保持足量的溶解氧以保证在需氧反应器区中的富磷摄取。本发明应用厌氧调理池区作为微生物达到使这些多磷细菌能够应用多磷酸盐作能量所必须的紧张状态的区域，如此降低了在流出流中的磷量。

总之，碳、氮和磷通过由微生物进行的生物能量学和生物合成而减少。除去这些养分的量与养分含量和这些养分暴露在微生物的时间长短有关。正如本发明所关注的，增加养分与经均化的微生物和氧的接触时间，能够促进有机消化过程。通过下述手段为微生物提供了促进生物消化过程的环境，即，所设计的区基本满足水力滞留时间为2hr，以及，需氧反应器区的全部内容物在流出这些区之前每2hr 100％(按体积计)循环和再曝气。自固体俘获区除去的并返回处理区的所有生物固体也经该加速生物消化。如前所述，本发明产生了这样的效果，并且因此在实施时能够利用较传统处理系统小的占地面积设计，而性能就象有较大的水力滞留能力似的。

通过使用延长的MCRT、灵活的F/M比和增加上文所述的循环，也发生生物体消耗，从而实现了在工艺中经消化使有机固体减少量提高。只有在达到预定的无机固体含量之后，才开始有意识地废弃具有可能的高含量磷的基本上仅有的那些无机固体。

本发明的“固体减少量提高”(ESR)的废水处理系统的另一个组成部分是若干区(容器)，它们是作为整个系统的一部分。这些区由一个容器或容器组组成，其中含有用于处理的废水。优选这些容器是由具有锥形底的竖直圆筒组成的特殊形状。但是，对于本发明而言，处理所述废水并不限于所优选的容器。在正方形或矩形容器中，其具有平的或倾斜的底，采用本发明工艺能获得有效处理。这些区对为那个区设计的工艺是独有的。容器结构和工艺区结构是ESR废水处理系统的组成部分，其允许系统模块化。图4所示区，其为优选设备实施方案，是每区装置一个容器。另一设备实施方案类似具有一个或多个容器的区，其执行该区的特有工艺功能。一种替代方案，作为高能力ESR废水处理系统的实例，图11中所示的许多容器能分类为一个区，以及，能追加类似图11中许多容器的附加模件，用于所需要的每个附加处理区，直至大容量处理装置的设计指标得到满足。另一种设计能够并入利用本文所述那样的相同的处理工艺技术的各种尺寸的容器。

容器结构采用具有凹下形状的底的竖直圆筒，但优选锥形底(见图12)，以便产生提高在处理期间废水流的所要求的通路的环境。应用锥形底容器对在澄清区中沉降和浓缩固体是必需的，这有效地应用在沉降和浓缩富磷无机固体以间歇除去的工艺区中。RCAS系统实现了维持固体为悬浮状态，因为其从需氧反应器区的底部接受物流进入泵中。需氧反应器区的内容物然后被泵送、曝气和循环，在RCAS管道排回到需氧反应器期间产生速度，以使需氧反应器区内容物充分混合。

借助于在澄清期间使用圆筒形，以及借助于促使物流经由流入方向及其设置的参考点，以及循环排出方向及其设置的参考点，废水以特定方向(优选旋转)、以特定速度通过，并经过特定距离，从而使沉降固体到达容器的较低部分，并在容器中保留特定时间，以便积累、浓缩和处理，而使所需的处理更容易进行。锥形底以及通过的废水的流动特征促使沉降固体积累在锥形底中最低点处的基准中心点(称作固体浓缩器)。然后这些积累的沉降固体可以被排出，这借助于位于最低点的孔口进行。

图4的实施方案用于说明，在流入液含有正常的BOD、TSS(总悬浮固体)和NH₃负荷，以及需要正常硝酸化作用、脱氮作用和磷减少时，优选的流程特征，正如市政废水处理装置的流入液含量所说明的那样。在图4中，含有悬浮固体和可生物降解的有机物质的、经预过筛的废水流入液经过流入液进料器管线，流入到流入液分流器箱，其后有输出进料器至每个容器。这使图4能够代表一种普遍的设备布置，这种布置能够作为探求各种处理技术条件的所有可能的流程特性的代表。

流程和工艺

现参见图4，其表明了按照本发明的固体减少量提高(ESR)的废水处理系统的优选实施方案，该方案提供了在硝酸化作用、脱氮作用和磷减少等加工处理方面的完全的运行灵活性以及塞式流动型流程特性(优选的工艺实施方案)。由于本发明的，特别是RCAS系统的优选实施方案的效率，得到了超过传统废水处理工艺的废水处理的经济方面和可处理性方面的改进。优选的实施方案相当于四区生物处理和固体俘获区。生物处理区由下述四区组成，但不限于，1)厌氧区，2)需氧区，3)缺氧区和4)另一个需氧区。固体俘获区由第二澄清、第三澄清、过滤和加入化学药品组成，但不限于这些。但是，通过借助阀门改变流程特性，能够实施和应用任何另外的处理实施方案(下文叙述)。本发明的优选处理实施方案是一种区特定而非容器特定的处理方法。

对于优选的塞式流动特征而言，在该实施方案中，预定流入液为典型市政废水，流入液经管线2流入物流分流器箱4，该箱调节和/或分流流入流至处理容器。在该实施方案中，流入液总流经管线6流入容器8(V#1)，V#1用作厌氧调理池区，借此该区的内容物采用泵10和上述RCAS每2hr基本循环一次，按体系计。容器8的尺寸取决于处理流入液的体积。

容器8(厌氧调理池区)开始第一步富磷摄取，这步是生物磷(Bio-P)释放。该第一步富磷摄取通过在容器中维持缺氧状态完成的。厌氧调理池区的溶解氧含量维持在或低于0.10mg/L，以形成在Bio-P释放中微生物使用的挥发性脂肪酸(VFA′S)。在这种Bio-P释放造成磷的暂时增加时，这也迫使微生物在以后的过程中代谢更大量的磷。该区内容物能够保持低溶解氧含量，其措施是从容器58(缺氧选择器区V#3)自管线11经泵12再经管线14将低氧含量混合液体悬浮固体(MLSS)受控加入到容器8(厌氧调理池区)。

含水总固体(TS)自容器8(V#1)经管线16流入容器18(V#2)，其是动力需氧反应器#1区。容器18也接受其它流，自容器20(V#4)的MLSS循环，容器20是动力需氧反应器#2区。自容器20的物流自管线22经泵24最后经管线26。另一流以回流活性污泥(RAS)的形式分别自4个澄清器(容器76、80、84、88)-(V#5、V#6、V#7和V#8)的每一个流入容器18，其中分别经过RAS泵28、30、32和34，然后经过管线36、38、40和42和最后经管线44、46、48和50进入容器18。容器18的内容物，采用循环管路曝气系统(RCAS)每2hr基本循环一次，按体积计，动力为泵52，其解释见下文。在循环步骤中，容器18的内容物可沉降固体，随着经过RCAS系统泵52，因粉碎而溶解。在水溶液中的固体通过RCAS系统的环形蜗流作用经过RCAS系统被处理而发生粉碎，从而更容易被微生物群消耗。在循环步骤期间还施加激烈的曝气贯穿RCAS系统，这样溶解氧水平基本保持在含量为3.5mg/L或更高。保持溶解氧浓度在这种水平下使存在于微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别氧化氨(NH₃)成亚硝酸盐(NO₂)和最后成为硝酸盐(NO₃)。由于该区的溶解氧含量保持在或高于3.5mg/L，悬浮固体和其它有机物质被分解并氧化成更稳定的化合物。

通过使用由RCAS输入的大量空气，以及，保持溶解氧水平在比由传统曝气系统所能维持的水平(2.0mg/L～3.0mg/L)高的水平(大大高于3.5mg/L)下，伴随着长的MCRT，微生物菌落进入了生物生命周期状态，称作内生呼吸(ER)。在这种ER状态下，生存的微生物开始代谢一些它们本身的细胞物质以及任何新的它们从其环境吸收或吸附的有机物质。这样有助于固体减少量提高，同时通过调节食物与微生物比例(F/M)维持微生物菌落，以便通过内生呼吸过程使微生物菌落死亡速率等于微生物菌落增殖速率。

在该反应器中激烈曝气输送的另一个优点是微生物消耗大量磷的提高。微生物摄取的磷量大于如前所述的在容器8中微生物释出的磷量。然后，微生物应用这些新获得的磷用于新细胞壁生长和其它能量需求。

在惰性固体聚集物含量达到预定水平时，其经管线5从容器18(曝气反应器#1)除去。这适用于本发明的所有实施方案。该预定水平可以是含量为在容器18中总固体的约50％，或者，工艺过程开始使养分通过至工艺流出液中的水平。

物流经管线54离开容器18，供给分流器箱56，然后经管线60供给容器58进一步处理。

容器58(缺氧选择器区#3)的内容物借助于泵62基本上每2hr循环一次，按体积计。容器58接受固定于硝酸盐氮(NO₃)和亚硝酸盐氮形式的分子氮的元素氧，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮主要获自称作硝酸化作用的、在容器18中发生的氨转化过程。在容器58中溶解氧的量维持在0.3mg/L至0.5mg/L。在容器58的废水中含有的微生物寻求氧以进行呼吸。鉴于可得的溶解氧非常少，迫使微生物使用在NO₃中的、与氮结合的元素氧。这一过程一般称为脱氮作用。氮氧键一旦断裂，微生物就消耗元素氧进行呼吸，使氮释放到大气。微生物应用这种氧于必要的呼吸，以便继续消耗仍在废水中的有机物质。

在该缺氧条件下，发生通过微生物的磷的正常释放，这是在低溶解氧供应时期贮存能量的一种途径，但是其数量少于在容器8(厌氧调理池区V#1)中所发生的情况。虽然这样导致磷的暂时增加，但是也迫使微生物在以后的工艺中代谢更大量的磷。从该工艺的流出液经管线64提供给容器20(需氧反应器#2区-V#4)进一步处理。

容器20用作动力需氧反应器。容器20的内容物，采用由泵66驱动的循环管道曝气系统(RCAS)，每两小时循环并激烈曝气约一次，按体积计。在容器中通过维持溶解氧至少3.0mg/L发生溶解的和悬浮的有机物质两者的氧化作用。存在于微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别会将有机氮氧化成氨(NH₃)，然后成亚硝酸盐(NO₂)，和最后成硝酸盐(NO₃)。因为容器20(动力需氧反应器#2区)的含有微生物的水溶液经曝气，以及，溶解的氧增加，微生物开始以多于它们持续生命所必须的量消耗磷。所消耗的磷的量远远超过在厌氧调理池区和缺氧选择器区(容器8和58)中进行处理时微生物释放到水溶液中的磷的量。这种作用称作“富磷摄取”。自容器20的部分混合液体悬浮固体(MLSS)，经管线22，采用泵24，和最后经管线26排出，循环到容器18(动力需氧反应器#1区)以进一步消化，同时，流出液自容器20经管线68进入管线70，然后进入澄清区物流分流器箱72(SB Clar Inf)。

随着自管线70的流入液进入澄清区流分流器箱72(SB Clar Inf)，物流优选分成4等分，并经下述管线送入四个澄清器的每一个，即，容器76(相当于澄清器#1)的管线74，容器80(相当于澄清器#2)的管线78，容器84(相当于澄清器#2)的管线82，容器88(相当澄清器#4)的管线86。物流速度随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器的底部。然后沉降的固体通过使用下述导流片(inducer)从澄清器的壁移动，即容器76(澄清器#1)的以水力方式操作的固体提浓导流片90，容器80(澄清器#2)的以水力方式操作的固体提浓导流片92，容器84(澄清器#3)的以水力方式操作的固体提浓导流片94，和容器88(澄清器#4)的以水力方式操作的固体提浓导流片96，使固体进一步变稠，然后经澄清器RAS泵(28、30、32和34)和RAS管线(36、38、40和42)的每一个除去，并送至容器18(动力需氧反应器#1)以进一步处理。使自澄清工艺分离的液体经管线98排出容器76、经管线100排出容器80、经管线102排出容器84、和经管线104排出容器88，在收集箱106(CB Clar eff)中合起来。该澄清器经管线108提供流出液作为最后的处理流出液。

本发明的优选实施方案与传统需氧处理系统相比，为改进运行灵活性提供了条件。

本发明的第一个替代实施方案示在图5中，其中除去了图4优选设备实施方案中未利用的管线和设备。但是，示出了应用优选工艺实施方案处理废水流所需要的全部利用的管线和设备。当思考装置特定流程布置时以及在不需要图4提出的灵活性之处，利用图5所示的替代实施方案。典型市政废水流入液经管线2进入容器8，容器8用作厌氧调理池区(V#1)，由此该区内容物使用泵10每2hr基本循环一次。与优选实施方案相似，该容器内容物能够维持低溶解氧水平，所借助的手段是受控加入低氧水平MLSS，MLSS自容器58(缺氧选择器区)自管线10经泵12经管线14喂入容器8。

自容器8(厌氧调理池区)的含水总固体流经管线16进入容器18，容器18是动力需氧反应器#1区(V#2)。容器18也接受另外的流，MLSS循环，其来自容器20，容器20用作动力需氧反应器#2区。从容器20的物流来自管线22，经泵24，最后经管线26。另一流自四个澄清器(容器76、80、84、88，下文叙述)的每一个以回流活性污泥(RAS)的形式进入容器18，其分别经过RAS泵28、30、32和34，然后分别经过管线36、38、40和42，和最后分别经过管线44、46、48和50进入容器18。容器18的内容物，采用循环管线曝气系统(RCAS)，下文解释，其由泵52驱动，每两小时循环约一次，按体积计。在循环步骤中，容器18的内容物，即可沉降固体，借助于随着其通过该区的RCAS系统被粉碎而溶解。因为在水溶液中的固体经过RCAS系统通过环形蜗流作用而被处理，发生了粉碎，如此其更容易被微生物群消耗。在循环期间经由RCAS系统也施加激烈曝气，如此溶解氧的水平基本维持含量为3.5mg/l或更高。

流经管线110流出容器18(需氧反应器#1区)至容器58(缺氧选择器区-V#3)。容器58的内容物通过泵62每2hr基本循环一次。容器58的操作与关于图4所述的相似。自容器58的流出液经管线64供容器20进一步处理。

容器20是动力需氧反应器(V#4)。容器20的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，其用泵66驱动，每2hr循环和激烈曝气约一次。容器20的操作与关于图4所叙述的相似。如上所解释，自容器20的部分MLSS循环至容器18进一步处理，其所经过的是管线22，采用泵24和最后经管线26排出，同时容器20的流出液经管线68排出进入管线70，然后进入澄清区流分流器箱72(SB Clar Inf)。

随着自管线70的流入液进入澄清区流分流器箱72，优选将物流分成4等份并经过下述送入4个澄清器(V#5、V#6、V#7和V#8)的每一个，即，经过容器76(相当澄清器#1)的管线74、容器80(相当澄清器#2)的管线78、容器84(相当澄清器#3)的管线82、容器88(相当澄清器#4)的管线86。流动速度随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器底部。然后这些沉降固体通过下述导流片自容器壁移动，即，容器76的以水力方式操作的固体提浓导流片90，容器80的以水力方式操作的固体提浓导流片92，容器84的以水力方式操作的固体提浓导流片94和容器88的以水力方式操作的固体提浓导流片96，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(28、30、32和34)和RAS管线(36、38、40和42)除去，并经管线44、46、48和50至容器18进行进一步处理。使从澄清工艺的分离液经管线98排出容器76、经管线100排出容器80、经管线102排出容器84、经管线104排出容器88，并在收集箱106(CB Clar Eff)合并。澄清器流出液经管线108作为最后处理流出液排出。。

图18是图5中所示工艺的简化表示，该工艺还包含连接到澄清器出口(管线108)的过滤区89。该过滤区借助管线108接受水溶液(在图4中流出液)进一步加工。水溶液进入过滤区，在那里固体从水溶液的液体部分分离并沉降。从液体部分沉降和分离的固体经管线109供给流入液管线2以便通过系统再加工和再处理。在图18中所示的过滤区也能包括在图4所示的系统中，或任何下文所解释的本发明的其它实施方案中。

图6所示的本发明的第二个替代实施方案使用了本发明的替代工艺实施方案，以提供硝酸化作用、脱氮作用等工艺特征以及塞式流动型流动特征。替代设备实施方案#2与替代工艺实施方案#1一起使用。本发明的替代工艺实施方案#1是一种区特定而非容器特定的工艺方法。

对于替代工艺实施方案#1而言，流入液，代表典型市政废水，经管线120流入用作缺氧选择器区(V#1)的容器122，借此该容器的内容物采用泵124每2hr循环约一次，按体积计。进入容器122的其它物流经管线128来自容器126(需氧反应器#1区-V#2)和经管线132来自容器130(需氧反应器#2区-V#3)，其形式为MLSS循环，用于补充在容器122中缺少的氧。进入容器122的其它物流来自四个澄清区(容器134、136、138和140)的每一个，其形式为回流活性污泥(RAS)，分别经过RAS泵142、144、146和148，然后最后经过管线150、152、154和156。容器122接受以硝酸盐氮(NO₃)和亚硝盐氮(NO₂)形式连接于氮分子的元素氧，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮大多数得自称作硝酸化作用的、发生在容器126和130(需氧反应器#1区和需氧反应器#2区)的氨转化工艺。在容器122中的溶解氧的量维持在0.3mg/l至0.5mg/l。通过自容器126(需氧反应器#1区)采用泵158和泵经管线128，以及，自容器130(需氧反应器#2区)采用泵160和泵经管线132循环MLSS，能够作到这点。

含在容器122(缺氧选择器区)的废水中的微生物寻求氧以呼吸。鉴于可得溶解氧非常少，迫使微生物使用与氮气一起束缚在NO₃中的元素氧。该工艺一般称作脱氮作用。一旦氮氧键断裂，微生物就消耗元素氧用于呼吸，使氮释放到大气。

在氧的消耗期间，通过在容器122(缺氧选择器区)的脱氮作用过程中的呼吸，微生物也消耗完全悬浮固体形式的部分有机物质，所述悬浮固体在容器126、130(需氧反应器区#1和#2)的循环过程中已被粉碎和溶解，因而更容易被微生物群消耗。

自容器122(缺氧选择器区)的含水总固体(TS)借重力流经管线162至容器126(需氧反应器#1区)继续处理。容器126的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵164驱动，每2hr基本循环一次，按体积计。在循环步骤中，容器126的内容物，可沉降固体，借助于经过容器的RCAS系统进行的粉碎而溶解。发生粉碎的原因在于，水溶液中的固体通过RCAS系统受到RCAS系统的环形蜗流的作用而被处理，从而更易于被微生物群所消耗。在循环期间通过RCAS系统还施加了激烈的曝气，从而使溶解氧的水平基本维持在含量为3.5mg/l或更高。维持溶解氧含量在这样的水平，使生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别将氨(NH₃)氧化成亚硝酸盐(NO₂)和最后成硝酸盐(NO₃)。本领域中技术人员称这一过程为硝酸化作用。鉴于本区溶解氧含量维持在或高于3.5mg/l，悬浮固体和其它有机物质被分解和氧化成更稳定的化合物。

通过使用由RCAS系统输送的大量空气和维持溶解氧在高于通过传统系统所维持的水平(2.0mg/l至3.0mg/l)的较高水平(远远大于3.5mg/l)，加之长的MCRT，微生物菌落进入了称作内生呼吸(ER)的生物生命周期状态。在该ER状态中，生存的微生物开始氧化一些它们本身的细胞物质以及它们从其环境吸收或吸附的任何新的有机物质。这有助于固体减少量提高，同时通过调节食物与微生物比例(F/M)维持微生物菌落，以便通过ER过程使微生物死亡速率等于微生物增殖速率。

在该反应器中激烈曝气输送的另一个优点是微生物消耗一些磷。

排出容器126(需氧反应器#1区)的物流经管线166排到容器130。容器130用作需氧反应器#2区(V#3)，借此，该容器的内容物，采用由泵168驱动的循环管道曝气系统(RCAS)，每2hr循环和激烈曝气约一次。在该容器中通过维持DO水平至少3.0mg/l致使发生溶解有机物质和悬浮有机物质两者的氧化作用。在该容器中生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别氧化有机氮成氨(NH₃)然后成亚硝酸盐(NO₂)最后成硝酸盐。部分富硝酸盐MLSS采用泵160经过管线132循环到容器122(缺氧选择器区)以经脱氮过程减少氮。

物流也借重力经管线170排入到172，然后进入循环区流分流器174(CB Clar Inf)以从废水的液体部分沉降固体。

注意，这个替代实施方案不包括在优选实施方案中存在的容器(V#4)。该容器不使用直到物流增加使需要附加的曝气反应器成为必要。

随着自管线172的流入液进入澄清区分流箱174(SB Clar Inf)，物流被分成四等分，并送到四个澄清器容器(134、136、138、140)的每一个，其所经过的管线是，容器134(澄清器#1)的管线176、容器136(澄清器#2)的管线178、容器138(澄清器#3)的管线180和容器140(澄清器#4)的管线182。物流速度随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器容器的底部。然后这些沉降固体通过使用下述导流片自锥体壁移动，即，容器134的以水力方式操作的固体提浓导流片184，容器136的以水力方式操作的固体提浓导流片186，容器138的以水力方式操作的固体提浓导流片188，以及容器140的以水力方式操作的固体提浓导流片190，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(142、144、146和148)和RAS管线(150、152、154和156)除去并送到容器122(缺氧选择器区)进行进一步处理。使自澄清工艺的分离液经管线192排出容器134(澄清器#1)、经管线194排出容器136(澄清器#2)、经管线196排出容器138(澄清器#3)以及经管线198排出容器140(澄清器#4)，并在收集箱200(CBClar Eff)合并。澄清器流出液经管线202作为最后处理流出液排出。

参见图7，示出了本发明的另一个替代设备实施方案，其使用替代工艺实施方案#2，提供硝酸化作用工艺特征以及塞式流动型流程特征。该替代设备实施方案与替代工艺实施方案#2一起应用。本发明的替代工艺实施方案#2是一种区特定而非容器特定的工艺方法。

按照图7中所示的本方法，流入液，代表典型市政废水，经管线210流入容器212，后者是需氧反应器#1区。进入容器212的另外的物流以回流活性污泥(RAS)的形式分别来自4个澄清器(214、216、218、220)经RAS泵(222、224、226和228)，经管线230、232、234和236输送到容器212。

容器212(需氧反应器#1区)的内容物，采用循环管道曝气系统，用泵238驱动，每2hr循环约1次，按体积计。在循环步骤期间，容器212的内容物，可沉降固体，借助于通过RCAS系统进行的粉碎被溶解。因为在水溶液中的固体经过RCAS系统被RCAS系统的环形蜗流作用处理而发生粉碎，从而更容易被微生物群消耗。在循环期间通过RCAS系统也施加了激烈曝气，从而使溶解氧的水平基本维持在含量为3.5mg/l或更高。维持溶解氧含量在这样的水平，使生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别将氨(NH₃)氧化成亚硝酸盐(NO₂)和最后成硝酸盐(NO₃)。本领域中技术人员将这一过程称为硝酸化作用。鉴于本区溶解氧含量维持在或高于3.5mg/l，悬浮固体和其它有机物质被分解和氧化成更稳定的化合物。

通过使用由RCAS系统输送的大量空气和维持溶解氧在高于通过传统系统所维持的水平(2.0mg/l至3.0mg/l)的较高水平(远远大于3.5mg/l)，加之长的MCRT，微生物菌落进入了称作内生呼吸(ER)的生物生命周期状态。在该ER状态中，生存的微生物开始氧化一些它们本身的细胞物质以及它们从其环境吸收或吸附的任何新的有机物质。这有助于固体减少量增加，同时通过调节食物与微生物比例(F/M)维持微生物菌落，以便通过ER过程使微生物死亡速率等于微生物增殖速率。

在该反应器中激烈曝气输送的另一个优点是微生物体消耗一些磷。

物流经管线239进入容器212(需氧反应器#1区)进入容器240(需氧反应器#2区-V#2)进行进一步需氧处理。容器240的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵242驱动，每2hr循环约1次，按体积计。在循环容器240的内容物期间，实施另外的激烈曝气，溶解氧的水平基本保持在含量为3.0mg/l或更高。维持溶解氧含量在这样的水平使微生物能够转化有机物质，包括但不限于总BOD，和其它有机氮，先成为氨、然后成为亚硝酸盐和最后成为硝酸盐。该工艺使总氮含量减少成为较无害的化合物。

物流，优选借助于重力，经管线243排出容器240进入管线244，然后进入澄清区物流分流箱246(SB Clar Inf)以便从废水的液体部分沉降固体。

注意，在前述实施方案中叙述的附加的需氧反应器容器在本实施方案中不使用，除非物流增加使需要附加的需氧反应器成为必要。

随着自管线244的流入液进入澄清区分流器箱246(SB Clar Inf)，优选将物流分成4等分，并送到四个澄清器(容器214、216、218、220)的每一个，其所经过的管线是，容器214(澄清器#1)的管线248、容器216(澄清器#2)的管线250、容器218(澄清器#3)的管线252以及容器220(澄清器#4)的管线254。物流速度随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器的底部。然后这些沉降固体通过使用下述导流片自壁移动，即，容器214的以水力方式操作的固体提浓导流片256，容器216的以水力方式操作的固体提浓导流片258，容器218的以水力方式操作的固体提浓导流片260，以及，容器220的以水力方式操作的固体提浓导流片262，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(222、224、226和228)和RAS管线(230、232、234和236)除去并送到容器212(需氧反应器#1区)进行进一步处理。使自澄清工艺的分离液经管线264排出容器214、经管线266排出容器216、经管线268排出容器218以及经管线270排出容器220，并在收集箱272(CB Clar Eff)合并。澄清器流出液经管线274作为最后处理流出液排出。

现参见图8，示出本发明的另一个替代实施方案，其利用本发明的替代工艺实施方案#3，提供硝酸化作用、脱氮作用和磷减少工艺特性以及应用阶式进料流动型流程特性，给出了改进的运行灵活性。当存在进料选择方面的变化或参数变化以及待改进的流出液质量需求时，应当优选使用与替代工艺实施方案#3相结合的本替代实施方案。在流入流流动特征相同时，这也适用于流入液养分负荷变化。本发明的替代工艺实施方案#3是一种区特定而非容器特定的工艺方法。

对于替代工艺方案#3而言，流入液是高浓度废料，其可能含有高含量NH₃，具有高TSS含量和高的总BOD含量，同时需要硝酸化作用，脱氮作用和磷减少，正如工业浓度废料流的流入液含量所要求的那样。

在图8所示的替代实施方案中，含有悬浮固体和可生物降解的有机物质的流入液经管线280进入分流器箱282(SB PLT Inf)，在该箱处流入液被转移，将总流入流的60％经管线286送到容器284(厌氧调理池区-V#1)，总流入流的30％经管线288送到容器290(需氧反应器#区-V#2)，将5％经管线292转移到容器294(缺氧选择器区-V#3)，而另外5％经管线296转移到容器298(需氧反应器#2区-V#4)。

容器284接受60％装置流入流和自容器294的经管线300、采用泵302和管线304的物流。容器284的内容物，采用泵306，每2hr循环约1次，按体积计。容器284(厌氧调理池区)开始第一步骤富磷摄取，这是生物磷释放过程。富磷摄取通过在容器284中维持缺氧状态来完成。溶解氧水平维持在或低于0.10mg/L，以便引起通过微生物的Bio-P释放。虽然这种Bio-P释放产生磷的暂时增加，但是它也迫使在以后的工艺过程中微生物代谢更大量的磷。该区的内容物能够维持低溶解氧水平，其手段包括，将低氧水平MLSS自容器294(缺氧选择器区)自管线300经泵302经管线304受控引入到容器284中。然后物流继续经管线308到容器290(需氧反应器#1区)进行处理。

如上所述，容器290经管线288接受30％装置流入流，并用作需氧反应器#1区。进入该容器的其它物流来自容器298，其经管线310，采用泵312，然后经管线314，排到容器290，自容器298(需氧反应器#2区)的物流处于MLSS循环形式。还有的进入容器290的另外的物流来自四个澄清器容器(316、318、320、322)的每一个，其以回流活性污泥(RAS)形式分别经RAS泵324、326、328和330，然后最后经管线332、334、336和338。容器290的内容物，采用循环管道曝气系统(RLAS)，以泵340驱动，每2hr循环约1次，按体积计。在循环步骤中，容器284的内容物，可沉降固体，借助它们通过容器的RCAS系统发生的粉碎而溶解。发生粉碎的原因在于，在水溶液中的固体经RCAS系统通过RCAS系统的环形蜗流的作用受到处理，如此固体更易被微生物群所消耗。在循环步骤中也实施激烈曝气，这样溶解氧的水平基本维持在含量为3.5mg/L或其以上。维持溶解氧含量在此水平上使生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别将氨(NH₃)氧化成亚硝酸盐(NO₂)和最后成硝酸盐(NO₃)。鉴于在该区的溶解氧含量在或高于3.5mg/l，悬浮固体和其它有机物质被分解和氧化成更稳定的化合物。通过使用由RCAS系统输送的大量空气和维持溶解氧在高于通过传统曝气系统所维持的水平的较高水平(大于3.0mg/l)，加之长的MCRT，微生物菌落进入了称作内生呼吸(ER)的生物生命周期状态。在该ER状态中，生存的微生物开始氧化一些它们本身的细胞物质和它们从其环境中吸收或吸附的任何新有机物质。这有助于固体减少量增加，同时通过调节食物与微生物比例(F/M)维持微生物菌落，以便通过ER过程使微生物菌落的死亡速率等于微生物增殖速率。

在该反应器中激烈曝气输送的另一个好处是进一步提高了由微生物消耗的大量磷量。微生物所摄取的磷的量比如上所述的在容器284(厌氧调理池区)中微生物释放的磷的量多。然后微生物应用这些新获得的磷用于新细胞壁生长和其它能量需要。

然后物流经管线342排出容器290(需氧反应器#1区)进入容器294(缺氧选择器区)进行进一步处理。除了自容器290经管线342的物流之外，容器292也接受另外的物流，即，经管线292的5％装置流入液。该容器的内容物，采用泵344，每两小时基本循环一次，按体积计。该缺氧选择器区接受以硝酸盐氮(NO₃)和亚硝酸盐氮(NO₂)形式连接于氮分子的元素氧，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮大多数得自在容器290(需氧反应器#1区)中发生的称作硝酸化作用的氨转化过程。在容器294中的溶解氧(DO)的量维持在0.3mg/l至0.5mg/l。在容器294的废水中含有的微生物寻求氧进行呼吸。鉴于可得的DO非常少，迫使微生物应用在NO₃中的、与氮结合在一起的元素氧。该过程一般称作为脱氮作用。氮氧键一旦断裂，微生物就消耗元素氧进行呼吸，使氮释放到大气中。微生物把这些氧用于必要的呼吸，以便继续消耗仍在废水中的有机物质。

在缺氧条件下，发生了通过微生物的正常磷释放，这是在低溶解氧供给时期贮存能量的一种途径，但是比在容器284(厌氧调理池区)中发生的量少。虽然这种情况产生了暂时的但稍微的磷的增加，它也迫使微生物在以后的工艺中代谢更大量的磷。从该工艺的流出液经管线346至容器298(需氧反应器#2区)进一步处理。

除了经管线346进入容器298(需氧反应器#2区)的流之外，还有5％装置流入流经管线296提供给容器298。该区的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵348驱动，每2hr循环并激烈曝气约1次，按体积计。在该溶器中通过维持溶解氧至少3.5mg/l发生溶解的和悬浮的有机物质两者的氧化。在该容器中，生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别使有机氮氧化成氨(NH₃)，然后成亚硝酸盐(NO₂)最后成硝酸盐(NO₃)。随着容器298的含微生物菌落的水溶液被曝气和溶解氧增加，微生物也开始以比它们维持生命所必须的量多的量消耗磷。所消耗的磷的量远远超过在容器284和294(厌氧调理池区和缺氧选择器区)中进行处理时微生物释放到水溶液中的磷的量。这在工业中称作富磷摄取。从容器298的部分MLSS经管线310、采用泵312和最后排经314循环到容器290(需氧反应器#1区)，同时流出液经管线350进入管线352，然后进入澄清区物流分流器箱354(SB Clar Inf)。

随着自管线352的流入液进入澄清区分流器箱354，优选将物流分成4等分，并经下述管线送入四个澄清器(316、318、320、322)的每一个，即，经容器316(澄清器#1)的管线356，经容器318(澄清器#2)的管线358、经容器320(澄清器#3)的管线360和经容器322(澄清器#4)的管线362。流速随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器底部。然后沉降固体通过使用下述导流片自每个澄清器容器的壁移动，即，容器316(澄清器#1)的以水力方式操作的固体提浓导流片364，容器318(澄清器#2)的以水力方式操作的固体提浓导流366，容器320(澄清器#3)的以水力方式操作的固体提浓导流片368，以及，容器322(澄清器#4)的以水力方式操作的固体提浓导流片370，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(324、326、308和330和RAS管线(332、334、336和338)除去并送到容器290(需氧反应器#1区)进行进一步处理。使自澄清工艺的分离液经管线372排出容器316(澄清器#1)经营线374排出容器318(澄清器#2)，经管线376排出容器320(澄清器#3)和经管线378排出容器322(澄清器#4)，并在收集箱380(CB Clar Eff)合并。澄清器流出液经管线382作为最后处理流出液排出。

现参见图9，示出了本发明的另一个替代实施方案，其利用了替代工艺实施方案#4，提供硝酸化作用和脱氮作用的工艺特性，以及采用阶式喂料流动型流程特征。本发明的替代工艺实施方案是一种区特定而非容器特定的工艺方法。

对于替代工艺实施方案#4，流入液是高浓度废水，其可能含有高NH₃含量，具有高TSS含量和高总BOD含量，为减少总氮，需要硝酸化作用和脱氮作用，正如由工业浓度废料流的流入液含量说明的那样。

现参见图9，示出了本发明的替代实施方案，其中含有悬浮固体和可生物降解有机物质的流入液经管线390进入分流器箱392(SB PLTInf)，在此处流入液被转移，将75％总流入流经管线394送入容器396(缺氧选择器区-V#1)；15％总流入流被分流器箱392经管线398转移至容器400(需氧反应器#1区V#2)，而剩余的10％总流入流被分流器箱392经管线402转移至容器404(需氧反应器#2区V#3)。

容器396(V#1)用作缺氧选择器区，接受经管线394的75％流入流。另外的物流以MLSS循环形式接受自容器404(V#3)，经管线400、泵408和管线410。在容器396中的溶解氧维持在0.5mg/l以下的水平。容器396中需氧微生物和自容器404接受的硝酸盐形式的结合氧是丰富的。鉴于溶解氧水平为0.5mg/l幅度，迫使需氧微生物用硝酸盐呼吸，因此用于废水脱氮作用，然后继续进一步处理。

经管线390所接受的流入流在养分方面丰富，而自容器404经管线410接受的流在硝酸盐和微生物方面丰富。所以，在阶式进料中，一部分流入流流入该容器，进入装置的有机负荷能够增加，而没有对本发明的优选设备实施方案的现有设计作任何替代。容器396的内容物采用泵412每2hr循环一次，按体积计。物流经管线414流出396进入容器400，进行进一步处理。

容器400(V#2)用作需氧反应器#1区，经管线398接受15％总流入流和经管线414自容器396接受物流。另外的物流以回流活性污泥形式来自每个澄清器(416、418、420、422)。该容器的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，采用泵“424”驱动，基本每2hr循环一次，按体积计。在循环步骤期间，容器400的内容物，可沉降固体，因在通过该区RCAS系统时受到粉碎而被溶解。因为水溶液中的固体经RCAS系统受到RCAS系统的环形蜗流的作用而被处理，所以发生了粉碎，因而较易被微生物群消耗。在循环步骤中也施加激烈曝气，如此使溶解氧水平基本维持在含量3.5mg/l或其以上。维持溶解氧含量在该水平上，使生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别使氨(NH₃)氧化成亚硝酸盐(NO₂)最后成硝酸盐(NO₃)。本领域技术人员称这个过程为硝酸化作用。

鉴于在该区中的溶解氧含量在或高于3.5mg/l，悬浮固体和其它有机物质被分解和氧化成更稳定的化合物。有机物质的这种初始分解，即，有机物质自复杂形式破坏成较简单的形式，主要通过需氧细菌的消化作用进行。

通过采用由RCAS系统输送的大量空气和维持溶解氧在高于通过传统系统所维持的水平的较高水平(大于3.5mg/l)，加之长的MCRT，微生物菌落进入了称作内生呼吸(ER)的生物生命周期状态。在该ER状态中，生存的微生物开始氧化一些它们本身的细胞物质以及它们从其环境吸收或吸附的任何新的有机物质。这有助于固体减少量增加，同时通过调节食物与微生物比例(F/M)维持微生物菌落，以便通过ER过程使微生物菌落死亡速率等于微生物菌落增殖速率。物流排出容器400(需氧反应器#1区)经过管线426进入容器404(需氧反应器#2区V#3)。另外的10％流入流自分流器箱392(SB PLT Inf)经管线402进入容器404(V#3)。

容器404的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵428驱动，每2hr循环和激烈曝气约1次，按体积计。在容器404的内容物循环期间，可沉降固体借助于通过该区的循环泵送而粉碎进一步被溶解，从而进一步被微生物群所消耗。在循环期间也施加激烈曝气，使溶解氧的水平基本维持在含量3.0mg/l或其以上。在该区中，生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别使有机氨氧化成氨(NH₃)然后成亚硝酸盐(NO₂)最后成硝酸盐(NO₃)。

维持溶解氧含量在3.5mg/l以上的水平，使微生物菌落能够将有机物质，包括但不限于另外的总BOD以及另外的有机氮，首先转化成氨，然后亚硝酸盐和最后成硝酸盐和其它较无害的物质。该过程通过脱氮作用减少释放到水环境中的总氮含量。在容器404(需氧反应器#2区)中的溶解氧维持含量为至少3.5mg/l，以保证在废料中的有机养分完全分解和氧化。

部分容器404的内容物，以MLSS循环的形式，经管线406，采用泵408，最后经管线410，循环到容器396(缺氧选择器区)。需氧微生物和结合氧丰富的MLSS在容器396脱氮。然后返回到容器400，404，以继续处理剩余的养分。

自该工艺的流出液经管线430排出容器404进入管线432实施澄清工艺。随着自管线432的流入液进入澄清区分流器箱434(SB ClarInf)，优选将物流分成4等份，和送入四个澄清器(416、418、420、422)的每一个，所经过的管线是：容器416(澄清器#1)的管线436，容器418(澄清器#2)的管线438，容器420(澄清器#3)的管线440以及容器422(澄清器#4)的管线442。流速随着物流进入每个澄清器而减小，使固体沉降到每个澄清器底部。然后沉降固体通过使用下述导流片自锥形壁外移动，即，容器416的以水力方式操作的固体提浓导流片444，容器418的以水力方式操作的固体提浓导流片446，容器420的以水力方式操作的固体提浓导流片448，容器422的以水力方式操作的固体提浓导流片450，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(452、454、456、458)和RAS管线(460、462、464、466)除去并送到容器400(需氧反应器#1区)进行进一步处理。自澄清工艺的分离液经管线468排出容器416、经管线470排出容器418，经管线472排出容器420以及经管线474排出容器422，并在收集箱476(CBClar Eff)合并。该澄清器流出液作为最后处理流出液经管线478排出。

图10示出的替代方案说明，除去了优选设备实施方案的未利用的管线、容器和设备。但是，示出了采用替代工艺实施方案#4处理废水流所需要的所有利用的管线、容器和设备。

参见图10，示出了本发明的替代设备实施方案，其利用了本发明的替代工艺实施方案#5，提供了硝酸化的工艺特性，以及采用阶式进料流动型流程特征。本发明的替代工艺实施方案#5是一种区特定而非容器特定的工艺方法。

对于替代工艺实施方案#5而言，流入液代表高浓度废料，能够含有高NH₃含量、具有高TSS含量和高总BOD含量，同时需要硝酸化作用，正如由工业浓度废流的流入液含量说明的那样。

在图10的本发明替代实施方案中，含有悬浮固体和可生物降解的有机物的流入液经过管线500进入分流器箱502(SB PLT Inf)，在此处转移。50％总流入流经管线506提供给容器504(需氧反应器#1区-V#1)，30％总流入流经分流器箱502(SB PLT Inf)经管线508转移到容器510(需氧反应器#2区-V#2)，以及其余20％流入液经分流器箱502(SB PLT Inf)经管线512转移到容器532(需氧反应器#3区-V#3)。

如上所述，容器504用作需氧反应器#1区，接受50％总流入流。另外的物流以回流活性污泥(RAS)形式来自每个澄清器(516、518、520、522)。容器504的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵524驱动，每2hr循环约1次，按体积计。在循环步骤期间，容器504的内容物，可沉降固体，借助于因其通过容器的RCAS系统被粉碎而溶解。因为水溶液中的固体经RCAS系统受到RCAS系统的环形蜗流的作用而被处理，所以发生了粉碎，因而较易被微生物群消耗。在循环步骤中也施加激烈曝气，如此使溶解氧水平基本维持在含量3.5mg/l或其以上。维持溶解氧含量在该水平上使生存在微生物菌落中的亚硝酸化菌和硝化细菌等细菌分别使氨(NH₃)氧化成亚硝酸盐(NO₂)最后成硝酸盐(NO₃)。本领域技术人员称这个过程为硝酸化作用。

鉴于在该区中的溶解氧含量水平在或高于3.5mg/l，悬浮固体和其它有机物质，包括但不限于含碳BOD，被分解和氧化成更稳定的化合物。有机物质的这种初始分解，即有机物质自复杂形式破坏成较简单的形式，主要通过需氧细菌的消化作用来进行。

通过采用由RCAS系统输送的大量空气和维持溶解氧在高于通过传统曝气系统所维持的水平的较高水平(大于3.5mg/l)，加之长的MCRT，微生物菌落进入了称作内生呼吸(ER)的生物生命周期状态。在该ER状态中，生存的微生物开始氧化一些它们本身的细胞物质以及它们从其环境吸收或吸附的任何新的有机物质。这有助于固体减少量增加，同时通过调节食物与微生物比例维持菌落，以便通过ER过程使微生物死亡速率等于微生物增殖速率。

在该容器中激烈曝气的另一个优点是通过微生物消耗一些磷。

物流经管线526排出容器504(曝气反应器#1区)，并提供给510进行进一步的曝气处理。

自容器504的物流以及由管线508提供的30％装置流入流，进入容器510。容器510用作曝气反应器#2区。该容器的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵528驱动，每2hr基本循环1次。在循环步骤中，容器510(曝气反应器#2区)的内容物，可沉降固体，借助于因其通过RCAS被粉碎而溶解。容器510(需氧反应器#2区)的RCAS系统的另外的优点是施加附加的激烈曝气，以及溶解氧的水平基本维持在3.5mg/L或其以上。维持溶解氧含量在这一水平上，使微生物菌落能够转变有机物质，包括但不限于总BOD。有机氮也被转变，首先成为氨，然后成亚硝酸盐和最后成为硝酸盐。这一过程处理总氮含量和总BOD成为较无害的化合物。再者，微生物消耗附加量的磷，以减少在系统中的磷含量。

物流经管线530排出容器510(需氧反应器#2区)并提供给容器532(需氧反应器#3区)。流还自分流器箱502进入容器532(10％装置流入液，经管线512)。容器532的内容物，采用循环管道曝气系统(RCAS)，用泵534驱动，每2hr基本循环1次，按体积计。在循环步骤中，容器532的内容物，可沉降固体，借助于因其通过RCAS系统被粉碎而溶解。容器532的RCAS系统的另外的优点是施加附加的激烈曝气，以及溶解氧的水平基本维持在3.5mg/l或其以上。维持溶解氧含量在这一水平上，使微生物菌落能够转变有机物质，包括但不限于总BOD。这一过程处理总BOD含量成为较无害的化合物。再者，不可避免地，微生物消耗附加量的磷。

物流借重力经管线536排出容器532进入管线538，然后进入澄清区流分流器箱540(SB Clar Inf)以从废水的液体部分沉降固体部分。

随着自管线538的流入液进入澄清区分流器箱540(SB Clar Inf)，优选将物流分成四等分并经下述管线送入四个澄清器(516、518、520、522)的每一个，即，容器516(澄清器#1)的管线542，容器518(澄清器#2)的管线544、容器520(澄清器#3)的管线546以及容器522(澄清器#4)的管线548。流速随着物流进入每个澄清器容器而减小，使固体沉降到每个澄清器容器的底部。然后，沉降固体自锥体壁通过上述导流片移动，即，容器516(澄清器#1)的以水力方式操作的固体提浓导流片550，容器518(澄清器#2)的以水力方式操作的固体提浓导流片552，容器520(澄清器#3)的以水力方式操作的固体提浓导流片554，容器522(澄清器#4)的以水力方式操作的固体提浓导流片556，使固体进一步变稠，然后经每个澄清器RAS泵(558、560、562、564)和RAS管线(566、568、570、572)除去并送到容器504(需氧选择器#1区)进行进一步处理。自澄清工艺分离的液体经管线574排出容器516，经管线576排出容器518，经管线578排出容器520以及经管线580排出容器522，并在收集箱582(CB Clar Eff)合并。澄清器流出液经管线584作为最终处理流出液排出。

循环曝气系统(RCAS)

现参见图15，示出了本发明的固体减少量提高的废水处理工艺的主要部分之一。对于上述使用的每个方案，因为工艺的要求，RCAS是粉碎、混合、搅拌、循环、曝气、均化和饱合废水的一种有效手段。RCAS是一种管道输送系统，它使容器的内容物通过机械泵，形成容器内容物经过微分喷射器的高速流，优选后者位于每个容器的外部以便于维修。通过微分喷射器的空气喷射到然后返回容器的废水处理流中。随着容器内容物通过RCAS系统，发生了有机固体的粉碎，使有机固体被溶解和均化以便更容易被微生物消化。RCAS系统的另一个优点是，通过在设备的排出口(在线喷射器/混合器/曝气器)的环形蜗流作用产生搅拌，破坏病原微生物。

RCAS包括连接到泵602的吸入侧管道600、排出侧管道604，其中装有在线喷射器/混合器/曝气器606，例如在USP 5,893,641(其全部公开内容并入本文供作参考)中所述，空气/氧供应源管道608和输送管道610。泵602自装有水溶液的容器612抽废水，经过管道600输送废水到曝气器606进行混合、曝气和搅拌。然后废水经管道610返回到容器612中，其中在与管道610中的废水一起流动的气泡中包含的过量空气被释放出，引起对在容器612中的废水的第二次曝气、搅拌和混合作用。在废水流动期间，废水通过如图15所示的曝气器606，在其中借助真空吸入空气(文丘里效应)。废水和空气于在线曝气器608的排出口混合，它们装在导管610中，用氧饱和该废水。曝气器606可以是USP 5,893,641所示曝气器或者具有相似性能的其它曝气设备，例如末决的PCT申请系列号PCT/US01/11936或美国申请系列号09/547,447所述的任何曝气器，其全部公开内容并入本文供作参考。

氧饱和的混合废水经过管道610，然后排回到容器612中。注入废水流中的过量空气气泡，与在管道610中的饱和废水一道输送，其量多于在管道610中流动的废水完全饱和所需要的量。当过量空气自管道610与饱和废水一道排到容器中时，该过量空气成为输送到容器612的内容物的附加空气源，借此，通过提供由尚未循环的容器内容物所吸收的附加氧，促进了容器的整个内容物的曝气过程。

通过管道614的一些或全部废水的替代流能够提供附加控制，以减少曝气，同时维持系统的混合能力。

在某些条件下，通过采用节流或摩擦损耗(即，管道尺寸减小)、连接件、阀门、喷咀等使输送管道增加阻力，能够产生诱导压力。

对于管道610的某些状况而言，例如在要求特定管道尺寸的技术条件、特定管道长度的技术条件的情况下，当RCAS系统的设备被限于不能满足曝气或混合工艺的设计要求的限定参数时，能够在管道610中诱导压力，以对管道610中的环境提供补偿。管道610设计的这些补偿等同于具有不同直径和长度特征的管道或者等同于在这些管道中所要求具有的压力，以便提供所需要的特定曝气指标。应该考虑的补偿通过在管道610中增加阀门、连接件、在线混合器、减小或增大管道直径，或者包括诸如喷咀的节流来提供。

借助于RCAS系统的循环、输送氧的能力以及产生微气泡，与应用鼓风机和压缩机的传统曝气系统相比，减少了动力消耗。RCAS的这些性能使本发明的总装置平面占用更小的面积。

气泡

水溶液的曝气对于生物养分的需氧消化是很重要的。气泡越小，细菌和其它微生物的需氧消化活性越大，因为容易接受溶解氧进行呼吸。鉴于所注意的这两个因素，气泡最好的可能的形式是微泡。本发明的RCAS系统提供了这样的气泡。

水环境中的生物和化学氧化过程受限于氧在水中的低溶解度。由享利定律所限定的这种物理限制叙述了在温度保持恒定时溶解在液体中的气体的量与气体施加到液体上的压力成正比。在应用RCAS系统中，气体对液体的压力增加而超过大气压，以致于能够使溶解在废水中的气体氧的量增加。

在常温下，在一个大气压下，氧在纯水中的溶解度仅为约10ppm。

对于大多数需氧生物过程，溶解氧迅速被消耗，以致于补充氧成为了限制所述过程速率的因素。所以，大多数的生物过程设计的决定性组成部分都是将氧传质到过程液相的手段。对于细菌的活性呼吸繁殖而言，必须按照需要以足够的速率补充液体介质中的氧，以保证细菌对氧的需要。对于本发明使用的RCAS系统，以超过细菌需要氧的速率补充溶解氧。

水一般通过提供气相和液相之间的表面接触来曝气。其实施方法能够包括：或者把氧源加到大量液相中，或者使分散状态的水流过大量气(空气)相。与气相还是液相支配氧合过程无关，均采用将气泡引入液相中完成氧或其它气体的传质。气液传质的效率在很大程度上取决于气泡的特性。气泡性能强烈影响下述情况的传质参数：

a)氧从气泡内部传到气液界面；

b)氧穿过气液界面的运动；

c)氧通过围绕气泡的相对滞留的液体膜的扩散。

一般认为正确的是，在生物过程中空气泡的最重要性质是其尺寸。对于给定的气体体积而言，如果气体分散成许多小气泡而不是几个大气泡，那末在气相和液相之间就提供较大的界面面积。1～3mm的小气泡显示如下有益性能，而较大气泡没有。

小气泡比大气泡上升得慢，使气体有更多的时间溶解在液相中。这种性能称作气体滞留，氧在水中的含量能够大于享利定律溶解度极值的叁倍。例如，在达到氧的饱和极限10ppm后，为补充氧至少可供应在小气泡中的另外10ppm氧。

气泡一旦形成，将氧传递到液相的主要阻挡层是围绕气泡的液膜。生物化学工程师的研究得出结论：通过该薄膜的传递成为整个工艺中限制速率的步骤，并控制总传质速率。但是，随着气泡变小，该液膜厚度也减小，从而气体向大量液相中的传递不再受阻。

当借助真空引入空气时，就象RCAS系统的场合，在相当于通过泵的水溶液速度和体积下，形成微气泡。这些微气泡具有通过气体滞留保持悬浮状态所必要的尺寸，因此使溶解氧的含量增加并超过细菌的需求。

本发明的独特性

1)本发明在生物工艺领域中实施，区别于传统废水处理系统。

本发明使用的平均槽停留时间为30天至150天以上，而传统系统不能实现这么长的停留。

本发明维持的食物与微生物的比(F/M)基本为0.05～0.80，该值维持着本发明的效率，与各种传统系统所记录的有限的比例范围形成对照。

本发明使用具有独特设计的废水处理装置，因而，采用较少的能量，通过装置的工艺操作，处理废水的总BOD部分。这种处理旨在大大减小而不是除去所有的可生物降解固体。该独特工艺能够以这样有效的水平实施，原因在于引入整个处理循环过程的曝气和循环工艺的有效性。

传统废水处理装置的设计目的在于无前提地以物理方式从流入流除去尽可能多的固体材料，最终处置或废弃从处理系统除去的固体。权衡废水情况，以不同措施进行处理，以便改变洁静程度，适当地满足排放要求的条件。

2)本发明使用澄清容器装置，其中具有锥形容器底，以收集沉降的固体，而没有使用机械装置提浓澄清固体。

在容器中的废水以足够慢的速度旋转，以便使污泥沉降，而没有提供污泥粘附到锥形底侧壁的机会。旋转固体的速度维持慢速水平以使其足以沉降而不维持悬浮状态。通过使用在澄清器中的固体积累器导流设备，使容器液体受控地旋转行进，来完成这一过程。

传统澄清器具有机械设备，以将污泥送到污泥泵的贮槽区而除去。机械设备由马达、齿轮减速器、长柄耙、刮刀和刮板器，以及长柄撇除器。

3)本发明(优选设备实施方案)主要利用典型容器结构和附属装置。这为适应不同工艺改变容器用途创造了条件。所有容器的尺寸和形状基本相同，以使容器用作单一工艺区。用作单一工艺区的实例是应用所有容器作为起动步骤中的需氧反应器。所用容器基本上以相同方式竖起安装(plumb)并具有基本相同的能力(如果需要的话)。该系统具有固有过剩能力，因为每个容器均有相同尺寸和形状，这为任何一个容器用于任何工艺创造了条件，在维修期间这可能是需要的。容器及竖直布置，使得任何工艺区都具有按需要的那样简单地复制工艺容器和垂直安装，以逐渐扩展的能力，满足性能和/或允许排出的技术条件。竖直安装和容器布置，为选择利用很少停止运转或不停止运转的工艺容器，提供了可能。

4)本发明利用RCAS系统在其进入容器的排出位置的物流速度、体积和流向，来调节旋转速度和行进时间，以获得固体在每个区中的混合和沉降。例如，需氧反应器能转换成需氧消化器，所用的方法包括，

将需氧反应器与系统隔离，并将内容物曝气，同时保留内容物以便使固体完全消化。

使缺氧选择器中的旋转速度变慢，以便使固体沉降输送到厌氧调理池中。

使厌氧调理池中的旋转速度变慢，以便使固体沉降输送到需氧消化器中。

保留需氧消化器的内容物同时曝气，以便近于完全消化有机物质。

停止需氧消化作用，使任何无机物质沉降到锥形底部，然后除去任何无机物质进行处置。

再次起动工艺以便继续进行有机固体的消化。

鉴于完成了所有有机消化，需氧消化器能够转而用作需氧反应器。

5)本发明通过应用RCAS系统使废水中的许多病菌减少。之所以发生这种现象是因为：在RCAS装置的环形蜗流中的湍流和搅拌作用产生一种猛烈的作用，结果使细菌的细胞膜转向(Sheering)，例如，e coli和fecal Coliform，使细菌的电子受体被氧利用，然后氧化细菌而杀死它们。

虽然本文参照附图已经叙述了本发明的说明性的实施方案，但是应当理解，本发明并不限于过些具体的实施方案，本领域的技术人员，在不偏离本发明的范围或精神的条件下，可以对其进行各种其它变更和改进。例如，应用和传统处理容器一样的、有扁平底或倾斜底的正方形或矩形处理容器，能够与由RCAS系统产生的效能一起实施。本发明的生物过程，在不考虑RCAS系统的情况下，与充分的循环、搅拌、曝气和均化一起起作用。

Claims (3)

1.一种处理含废料的水溶液的方法，其包括以下步骤：

将流入液废水流提供给厌氧调理池区，其中含水总固体被循环、混合和以悬浮体形式保持；

将低氧含量混合液体悬浮固体从缺氧选择器区提供给厌氧调理池区以便在厌氧调理池区中维持低的溶解氧含量；

将自厌氧调理池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与来自澄清区的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气，以及借此存在于第一需氧反应器区的内容物中的可沉降固体被分级，借此使固体和其它有机物质分解和氧化并且积累惰性固体；

自第一需氧反应器区排出所积累的惰性固体；

将自第一需氧反应器区的水溶液的流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环并被混合；

将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧反应器区；

循环和曝气在第二需氧反应器区的水溶液，借此可沉降的固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化；

将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区，以便从其中装有的水溶液中沉降或分离固体；

将自澄清区沉降或分离的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区；

将澄清区的水溶液提供给过滤区以便从向其提供的水溶液沉降或分离固体；和

将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，和将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输入到流入液废水流中以再处理。

2.一种生物处理含废料的水溶液以减少有机物质、氮和磷的方法，包括以下步骤：

将含有微生物的流入液废水流提供给厌氧调理池区，在该区中含水总固体被循环、混合和保持悬浮体状态，其中通过调节自缺氧选择器区到厌氧调理池区的低氧含量混合液体悬浮固体流，以维持在厌氧调节池区中的低溶解氧含量，完成第一步富磷摄取，

将自厌氧调节池区的流出液提供给第一需氧反应器区，厌氧调理池区流出液在第一需氧反应器区与自澄清区接收的回流活性污泥混合，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和曝气并借此发生硝酸化作用，和存在于第一需氧反应器的内容物中的可沉降固体被分级，借此使悬浮的固体和其它有机物质分解和氧化，同时增加第二步富磷摄取和积累惰性固体；

自第一需氧反应器区排出积累的惰性固体；

将自第一需氧反应器区的水溶液流出液提供给缺氧选择器区，其中在缺氧选择器区中的水溶液被循环和被混合，和使缺氧选择器区存在低氧环境，以致脱氮作用和生物磷的释放与在水溶液中含有的有机物质的消耗一起发生；

将缺氧选择器区水溶液的相当于低氧含量/混合液体悬浮固体的第一部分输送到厌氧调理池区，和将缺氧选择器区水溶液的第二部分输送到第二需氧区，至少缺氧选择器区水溶液的第二部分是富微生物和养分的；

循环和曝气装在第二需氧反应器区的水溶液，借此发生硝酸化作用和将可沉降的固体分级，借此分解和氧化所悬浮的固体和其它有机物质，和进一步增加第二步富磷摄取导致微生物消耗大量磷；

将第二需氧反应器区水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

将第二需氧反应器区水溶液的第二部分提供给澄清区以从所提供的水溶液沉降或分离固体；

将来自澄清区的沉降的或分离的固体提供给第一需氧反应器区作为回流活性污泥；

将澄清区的水溶液提供给过滤区以自所提供的水溶液沉降或分离固体；和

将过滤区的流出物的液体部分输送到排出贮器中，以及将过滤区的流出物的沉降的或分离的固体部分输送到流入液废水流中以再处理。

3.处理含有废料的水溶液的设备，其包括：

厌氧调理池区，其以流体方式连接到入口，厌氧调理池区接受经入口的流入液废水流，厌氧调理池区循环其中的废水使得含水总固体维持悬浮状态，厌氧调理池区接受来自需氧选择器区的低氧含量混合液悬浮的固体以维持在厌氧调理池区中的低溶解氧含量；

第一需氧反应器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区，第一需氧反应器区接受与自澄清区接受的回流活性污泥混合的厌氧调理池区的流出物，借此第一需氧反应器区的内容物被循环和被曝气和借此可沉降的固体被分级，借此分解和氧化悬浮的固体和其它有机物质，第一需氧反应器区积累惰性固体，所积累的惰性固体自第一需氧反应器区排出；

缺氧选择器区，其以流体方式连接到厌氧调理池区和第一需氧反应器区，缺氧选择器区接受来自第一需氧反应器区的水溶液流出物，在缺氧选择器区中的水溶液被循环和混合，缺氧选择器区水溶液的第一部分，相当于低氧含量/混合液悬浮的固体，被提供给厌氧调理池区；

第二需氧反应器区，其以流体方式连接到缺氧选择器区和第一需氧反应器区，第二需氧反应器区接受缺氧反应器区水溶液的第二部分，其中在第二需氧区中的水溶液被循环和被曝气借此可沉降的固体被分级，第二需氧反应器区的水溶液的第一部分提供给第一需氧反应器区；

澄清区，其以流体方式连接到第二需氧区和第一需氧区，澄清区接受第二需氧反应器区水溶液的第二部分，借此发生自水溶液的固体的沉降或分离和俘获，和沉降的固体，相当于回流活性污泥，提供给第一需氧反应器区；和

过滤区，其以流体方式连接到澄清区，入口，和出口，过滤区接受自澄清区的流出物以自澄清区的内容物的液体部分分离固体，过滤区的内容物的第一部分，相当于流出液，被提供给出口，和过滤区的内容物的第二部分，相当于分离的固体，被提供给入口和与流入液废水流混合以便再处理。

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