CN1789165A

CN1789165A - 废水处理系统和废水处理方法

Info

Publication number: CN1789165A
Application number: CNA2005101285733A
Authority: CN
Inventors: B·R·约翰逊; G·T·戴格尔; G·V·克劳福德
Original assignee: CH2M Hill Canada Ltd; CH2M Hill Inc
Current assignee: CH2M Hill Canada Ltd; CH2M Hill Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-06-21
Also published as: US7279102B2; US20080047896A1; US20060113244A1; US7435340B2

Abstract

本发明描述了废水处理系统和废水处理方法。在一例举的方法中，废水被分流为第一和第二废水部分。第一部分被送到膜生物反应器并在此生产出污染物浓度低的流出物，第二部分被送到生物废水处理系统并在此以更短固体停留时间生产出更高浓度污染物。本发明的一些实例可以在普通操作过程中非常经济地常规满足甚至超过污染排放标准，并且能够保持处理废水向系统中的流速的季节性或突然波动的显著灵活性。在选择的改进方案中，将含异养生物、自养生物、和(任选的)多磷酸盐积累生物的废活化淤泥从膜生物反应器传送到生物废水处理系统。

Description

废水处理系统和废水处理方法

技术领域

本发明主要涉及废水处理系统和方法。本发明的方面能够在宽范围的流入物流量和污染物负载率内以合理成本由废水流入物生产出高质量流出物。

背景技术

近年来，有关由市政废水处理系统排放的污染物的法规日益严苛。作为应对措施，很多市政当局采用了新的废水处理系统或对现有系统进行改造以减少污染物排放。污染物可以是很多种形式，最常见的形式有：生化需氧物(Biochemical Oxygen Demand，简称BOD)、化学需氧物(ChemicalOxygen Demand(COD))、总悬浮固体(Total Suspended Solids，简称TSS)、氨、总氮、硝酸盐、亚硝酸盐和磷。

生物处理系统如传统的活化淤泥系统和膜生物反应器是减少废水流入物中污染物的方法之一。生物处理系统的设计和运行需能够保留足够量的活化淤泥以使得能够充分降低由系统处理的水中所含的污染物负载量。活化淤泥量与系统的固体停留时间(SRT)有关，而在各种条件下处理各种污染物所需的最小SRT通常是众所周知的。传统活化淤泥系统能够借助于沉降或澄清设备保留活化淤泥并且能够保持足够的SRT来处理污染物，前提是向沉降池或澄清器的流动和活化淤泥浓度都在合理的限度内，这取决于沉降池或澄清器的面积以及活化淤泥的特性。膜生物反应器系统能够借助于膜过滤设备保留活化淤泥并且能够以明显高于传统活化淤泥系统的典型浓度的活化淤泥浓度成功地运行，但是在处理不时出现的高流速方面的能力受到更大限制。

市政废水系统处理的流体的流速和污染物负载量可以随时间而显著变化，所述的流体包括工业废水、居民废水、和沉淀流失物。除了通常的每日变化外，明显的降雨也能够引起废水流体流速和污染物负载量中的短期高峰。已经开发出能够有效地适应不断变化的流速和污染物负载量的几种系统，包括与流动平衡储存罐联用的膜生物反应器、带有用于洪峰流量处理的附加膜的膜生物反应器、带有平行的化学处理系统的传统活化淤泥系统、以及带有尺寸加大的罐和澄清器的传统活化淤泥系统。每种所述的能够有效适应变化的流速和污染物负载量的系统都显著增加废水处理厂操作成本和占地面积，并且那些利用平行化学处理系统的系统不能生产出高质量的流体。

变化的流速和污染物负载量正是设计废水处理系统时必须考虑的两个因素。废水的特性包括其温度和其所含的污染物的种类是另外一个必须考虑的因素。很多生物处理系统采用两种生物材料来减少废水的氨、有机物质、和硝酸盐浓度：自养生物(也称为“硝化菌”)，用于将氨转化为硝酸盐；异养生物，用于除去有机物质和硝酸盐。“硝化菌”的生长速度通常远低于异养生物。另外，废水温度也显著影响硝化菌的生长速度。例如参见，Grady等人，Biological Wastewater Treatment，第2版，Marcel Dekker，N.Y.(1999)。

在北方气候条件下，冬季废水温度有时为10℃以下。为了确保在冬季满足排放要求的有效硝化，通常将在这种气候条件下的废水处理系统的固体停留时间设计为8天以上。固体停留时间越长，系统所需要的流体容量越高。传统生物处理系统中固体停留时间的增加也增大了混合液悬浮固体浓度、要求更大容量的通风系统和二次澄清器，由于诸如应答和运行成本更高以及需要占地面积更大等因素而往往会增加废水处理厂的成本。

作为大通风系统和二次澄清器的替代方案，一些系统通过硝化菌生物积累法以低固体停留时间取得了良好的除氮效果，在该方法中加入了来自独立种源的硝化菌。例如，包括某些滴滤器/活化淤泥方法在内的废水处理系统可以在滴滤器中将氨部分硝化。例如参见Daigger等人的“Processand Kinetic Analysis of Nitrification in Coupled Trickling Filter/ActivatedSludge Processess”，Water Environment Research，第65卷，第679-685页(1993)。在滴滤器中生长的硝化菌能够脱离滴滤器而在活化淤泥方法中“播种”，能够在悬浮生长的生物反应器中以降低的固体停留时间稳定硝化。

在题目为“Bioaugmentation to Achieve Nitrification in ActivatedSludge Systems”的McMasters University的1996年硕士论文中，Constantine描述了硝化菌生物积累的另一个例子。两个平行定序间歇反应器以两个不同的固体停留时间运行。其中一个定序间歇反应器的固体停留时间的长度足以彻底硝化，该反应器称为“供体”反应器。另一个定序间歇反应器的固体停留时间短到不足以进行显著的硝化，该反应器称为“受体”反应器。来自供体反应器的废活化淤泥被送到受体反应器中，导致硝化菌从供体反应器到受体反应器的恒定供应。这使得与不需要生物积累时相比，在受体反应器中能够发生的显著硝化的固体停留时间要短。(也参见Constantine的美国专利6723244号)。

在Tendai-Xavier在1983年于Royal Technical University所作的题为“Biological Treatment of Sludge Water from Centrifugation of DigestedSludge”的论文中，提出了一种两步废水处理法。该论文概略地教导：在废水厂内生产的脱水离心物上生长硝化细菌并将硝化细菌接种到初级废水物流中。但是，Tendaj-Xavier观察到，该系统高的初始投资成本和/或大的空间需求将使其无法实际应用。

美国专利5811009(Kos)中描述的方法也依赖于生物积累。也参见P.Kos的“Short SRT(Solids Retention Time)Nitrification Process/Flowsheet”，Wat.Sci.Tech.，第38卷第1期第23-29页(1998)。Kos方法的结构减轻了Constantine提议的方法(1996)的某些缺点。Kos的系统增加了一个不同于主要废处理物流的侧流反应器以处理来自厌氧消化池的循环物流。这些循环物流富含厌氧消化期间释放的氨，并且支持硝化菌在侧流反应器中的富集培养。通常要升高循环物流的温度以促进硝化。Kos的稳态模拟教导了所描述的方法能够以短固体停留时间进行主要废处理物流的硝化。

Kos方法的结构具有潜在的问题，特别是与侧流装置操作有关的问题。例如：

●该系统可能需要高补充碱度以维持工艺稳定。

●该工艺中基质和产品抑制使得该方法不稳定，正如Anthonisen等人在“Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid”，Journal of the Water Pollution Control Federation，第48卷，第835-852页(1976)中描述的那样。

●强化硝化菌培养物的差沉降性能可能与维持侧流反应器中一致的固体停留时间发生冲突。例如参见“U.S.Environmental ProtectionAgency，Process Design Manual for Nitrogen Control，”EPA/625/R-93/010，U.S.Environmental Protection Agency，Cincinnati，Ohio(1993)。

这些专利和其他出版物以及下面提到的任何专利或其他出版物的每个的全文都引入本发明中作为参考。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方案的废水处理系统的示意性概略图。

图2是根据本发明另一个实施方案的废水处理系统的示意性概略图。类似于图1。

具体实施方式

A.概要

本发明的各种实施方案提供了处理废水的系统和方法。本发明的很多实施方案能够接收超过一个以上环境标准的流入物并且排放出满足当前环境标准(包括对BOD、COD、TSS、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、和磷含量的限制)的流出物。可以选定本发明的这些方面将“通常”操作中的处理能力最大化，而即使在高输入量期间也仍然能够用相同的系统得到可接受的排放质量。

根据本发明一个实施方案的废水处理方法包括：将具有污染物浓度的废水分成具有超过污染物允许排放标准的第一污染物浓度的第一废水部分和具有超过污染物允许排放标准的第二污染物浓度的第二废水部分。所述污染物的第一和第二浓度可以相同。可以将大致含有第一浓度的第一废水部分送到膜生物反应器中。膜生物反应器生产出流出物。该流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准。大致含有第二浓度的第二废水部分可以被送到生物废水处理系统。生物废水处理系统生产出流出物。该流出物的污染物浓度高于允许的排放标准。至少一部分来自膜生物反应器的流出物与至少一部分来自生物废水处理系统的流出物混合以产生污染物浓度不高于允许排放标准的混合流出物。

本发明的另外一个备选实施方案提供了废水处理系统，其包括流入物分流器、第一废水处理器、第二废水处理器、和流出物路径。流入物分流器的结构能够接收污染物浓度超过污染物允许排放标准的流入物，并且能够将第一部分流入物送到第一入口并将第二部分流入物送到第二入口。第一废水处理器与第一入口流体连通，包括第一出口和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器。第一废水处理器的构造能够生产污染物浓度低于允许排放标准的第一流出物。第二废水处理器与第二入口流体连通，包括第二出口和位于从第二入口到第二出口的第二废水路径中的生物废水处理系统。第二废水处理器的构造能够生产污染物浓度高于允许排放标准的第二流出物。流出物路径的构造能够接收至少一部分所述第一流出物和至少一部分所述第二流出物并且能够传送污染物浓度不高于允许排放标准的混合流出物。

本发明的另外一个实施方案提供了废水处理方法，其包括：将污染物负载量超过污染物允许排放标准的废水流分成具有第一污染物负载量的第一废水部分和具有第二污染物负载量的第二废水部分。当负载量不大于膜生物反应器(其具有第一固体停留时间)的负载能力时，第一负载量是该负载的至少约35％；当负载量大于膜生物反应器的负载能力时，第一负载量不低于膜生物反应器的负载能力的约50％，例如75％以上。大致含有第一负载量的第一废水部分被送到膜生物反应器。由膜生物反应器生产出流出物；该流出物的污染物负载量低于污染物的允许排放标准。大致含有第二负载量的第二废水部分被送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统。第二固体停留时间不大于第一固体停留时间并且最好显著短于第一固体停留时间。

本发明的再一个实施方案提供的废水处理方法包括：将具有流速并且污染物浓度超过污染物允许排放标准的废水流分成具有流速的第一废水部分和具有流速的第二废水部分。当废水流的流速不大于膜生物反应器(其具有第一固体停留时间)的流速能力时，第一废水部分的流速是该流速能力的至少约50％；当废水流的流速大于膜生物反应器的流速能力时，第一废水部分的流速不低于膜生物反应器的流速能力的约50％，例如75％以上。第一废水部分被送到膜生物反应器并且由膜生物反应器生产出流出物。该流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准。第二废水部分被送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统。第二固体停留时间不大于并且最好显著短于第一固体停留时间。

另外一个备选实施方案提供了废水处理系统，其包括：第一废水处理器、第二废水处理器、流入物分流器、和程序控制器。第一废水处理器包括第一入口、第一出口、和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器。膜生物反应器具有第一固体停留时间和流速能力。第二废水处理器包括第二入口、第二出口和位于从第二入口到第二出口的第二废水路径中的生物废水处理系统。该生物废水处理系统具有短于第一固体停留时间的第二固体停留时间。流入物分流器的结构能够将具有流速的第一部分流入物送到第一入口并将第二部分流入物送到第二入口。程序控制器被操作性地连接到流入物分流器中以控制第一和第二废水部分的流速参数使得：当流入物流速不大于膜生物反应器流速能力时，第一流速是流入物流速的至少约65％；并且当流入物流速大于生物反应器流速能力时，第一流速不低于膜生物反应器流速能力的约75％。

再一个实施方案提供了处理废水的方法，该方法采用包括具有生物反应器目标流速的膜生物反应器的系统以及具有最小流速的生物废水处理系统。具有流速并且污染物浓度超过污染物排放标准的废水流被分流成具有第一流速的第一废水部分和具有第二流速的第二废水部分。当废水流速不大于流速限制点(其等于生物反应器目标流速和最小流速之和)时，第二流速大致为最小流速并且第一流速包括废水流速减去第二流速。当废水流速大于流速限制点时，第一流速大致为生物反应器目标流速并且第二流速包括废水流速减去第一流速。第一废水部分被送到膜生物反应器并且由该膜生物反应器生产出流出物。该生物反应器流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准。第二废水部分被送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统，所述第二固体停留时间不高于、最好低于第一固体停留时间。

根据再一个实施方案的处理废水的方法包括：将第一废水物流送到一步生物处理系统，该系统含有生产第一流出物的膜生物反应器。第一废水物流包括高于允许BOD排放标准的生化需氧物(BOD)浓度并且第一流出物的BOD浓度不大于允许BOD排放标准。将含有废水污染物浓度的第二废水物流送到生物废水处理系统以生产第二流出物，该流出物的流出物污染物浓度低于废水污染物。一部分来自一步生物处理系统的废活化淤泥被送到生物废水处理系统中。废活化淤泥可能包括至少约35重量％的异养物，不高于约8重量％，如3重量％以下，的自养物。任选地，废活化淤泥可能包括至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

另外一个备选实施方案提供的废水处理系统包括：第一废水处理器、第二废水处理器、流入物分流器、和程序控制器。第一废水处理器包括第一入口、第一出口、和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器。膜生物反应器具有第一固体停留时间和负载能力。第二废水处理器包括第二入口、第二出口和位于从第二入口到第二出口的第二废水路径中的生物废水处理系统。该生物废水处理系统具有短于第一固体停留时间的第二固体停留时间。流入物分流器的结构能够将第一部分流入物送到第一入口并将第二部分流入物送到第二入口。程序控制器被操作性地连接到流入物分流器中以控制第一和第二废水部分的流速参数，使得：当系统流入物的负载量不大于膜生物反应器负载能力时，第一部分的负载量是流入物负载量的至少约35％；并且当流入物负载量大于生物反应器负载能力时，第一部分的负载量不低于膜生物反应器负载能力的约50％。

便于理解起见，将下面的讨论用带下划线的标题分为两部分。第一部分描述了根据本发明某些实施方案的废水处理系统。第二部分描述了根据本发明其他实施方案的废水处理方法。

B. 废水处理系统

图1和图2分别示意性地描述了根据本发明实施方案的废水处理系统10和100。图1的系统10主要包括一对平行的处理废水的生物系统。废水被送到系统10的流入物分流器20，流入物分流器20将来自入口管22的流入物物流I分成两个独立的流入物物流I_a和I_b。流入物物流I和两个独立的流入物物流I_a和I_b可以含有其含量超过该特定污染物的允许排放标准的一种以上污染物。

不同的污染物具有不同的允许排放标准，这些排放标准通常是由政府机构或规章制定部门规定的并且可以基于浓度、负载量、或既基于浓度又基于负载量。基于浓度的标准通常表示为每体积水的污染物质量；基于负载量的标准通常表示为每时间段的污染物质量。例如，基于浓度的允许排放标准可以表示为：对于磷为2mg P/L；对于总氮为10mg N/L；对于氨为7mg N/L。基于负载量的允许排放标准可以表示为：例如，对于磷为200lbsP/天；对于总氮为1000lbs N/天；对于氨为700lbs N/天。当允许排放标准既基于浓度又基于负载量时，氨排放标准可以表示为：对于氨为700lbs N/天并且氨的日平均最大允许浓度为2mg N/L以保证没有一天出现过高的氨浓度。

认识到工厂排放废水的流速允许将基于负载量的允许排放标准转换为基于浓度的排放标准，反之亦然。例如，如果对于氨而言基于负载量的允许排放标准为700lbs N/天且被排放废水的流速为1000万加仑每天(10MGD)，那么氨的目标排放浓度将为平均8.4mg N/L。注意，基于负载量的排放标准不随工厂排放的废水的流速的波动而变化，但是基于浓度的排放标准会随工厂排放的废水的流速的波动而变化。例如，如果氨的允许排放标准为700lbs N/天(基于负载量的排放标准)，并且废水的流速是1000万加仑每天(10MGD)，那么氨的目标流出物浓度将为平均8.4mg N/L。但是，如果流速增大到30MGD流量，那么基于负载量的氨允许排放标准(为初始标准)将保持为700lbs N/天，但氨的目标排放浓度将降低到2.8mgN/L。

将第一流入物物流I_a经第一输送管24a送到第一废水处理器28。将第二流入物物流I_b经第二流入管24b送到第二废水处理器58。如下所述，可以通过程序控制器90或操作者选择性控制流入物分流器20以控制第一流入物物流I_a和第二流入物物流I_b的相对流速或污染物负载量。

在某些实施方案中为一步生物系统的图1所示第一废水处理器包括膜生物反应器30。膜生物反应器30可以具有污染物负载能力、流速能力、或污染物负载能力和流速能力。在某些实施方案中，膜生物反应器30具有等于或超过大多数预期污染物负载量条件的污染物负载能力，但是它的流速能力不能充分地处理例如可以由于沉淀、季节性条件、或每日流量变化而产生的预期高流量事件。膜生物反应器通常包括收集罐32以及过滤器34，过滤器34包括一个以上的膜(未分开说明)。合适的膜生物反应器是本领域公知的，因此无须在此详细描述。PCT国际公开号WO00/37369描述了一种膜生物反应器设计，膜过滤器可以从各种途径商购，这些途径包括位于加拿大安大略省Oakville的Zenon Environmental Inc.以及位于美国宾夕法尼亚Warrendale的US Filter Corporation。

膜生物反应器30中使用的微生物的浓度和种类可以根据第一流入物物流I_a的性质而变化。例如，膜生物反应器30可以包括一种以上的下列微生物：将氨氧化的“硝化菌”或自养生物；主要氧化有机物质并将硝酸盐还原成氮的异养生物；以及多磷酸盐积累生物(PAO)。图1的膜生物反应器30可以是一步生物反应器，其采用一个共用生物量(commonbiomass)来减少氨以及BOD含量。添加剂供应36可以用于传送改善或优化膜生物反应器30性能所需的任何微生物或化学物质。

在一个实施方案中，膜生物反应器30还包括一群多磷酸盐积累生物(PAO)以及足够大的厌氧区以促进PAO的有效生长。传统强化生物除磷法采用PAO除去见于流入物I_a中的可溶磷酸盐。一个替代性实施方案也采用PAO除去磷酸盐，但是在去除时没有采用厌氧区。为保持生物反应器30的最佳性能而除去一部分膜滞留物的传统方法可将磷从流入物废水中净脱除。

通过过滤器34的流体定义了膜生物反应器流出物E_a。该流出物E_a可以通过流出管38送至流出物分流器40。流出物分流器40适于控制第一系统流出物E₁和转移的流出物E_c的相对比例。在很多实施方案中，流出物E_a、第一系统流出物E₁、和转移的流出物E_c是高质量流出物，即一种以上污染物的浓度低于该特定污染物的允许排放标准的流出物。第一系统流出物E₁可以经过排放管45排放到环境中或再次使用。转移的流出物E_c可以传送到用于和如下所述的生物处理流出物E_b的混合物的流出物混合站70。

如上所述，第二流入物物流I_b被送到第二废水处理器58，第二废水处理器58可包括生物废水处理系统如传统活化淤泥系统60。各种活化淤泥工艺是本领域公知的，因此不再赘述。

在图1所示实施方案中，活化淤泥系统60包括池62(具有一系列不同的功能区(通过虚线示出))。美国专利5480548(Daigger等人)公开了可以用于池62中的一种合适的活化淤泥处理系统。

添加剂供应器66可以供应优化池62中废水处理所需的微生物或化学物质。在描述的实施方案中，氧供应器65(可以为传统起泡器)将含氧气体如空气送到池62的一个以上的功能区。这使得能够在废水处理方法的一个以上阶段控制氧含量。

活化淤泥系统60也可以包括澄清器64。本领域公知，澄清器可以简单地包括收集器，在收集器中，使混合的液体悬浮固体从悬浮液中沉降出来。也可以用本领域公知的任何澄清系统如化学澄清器代替。

活化淤泥系统60接收第二废水流出物物流I_b，处理废水，并将生物处理系统流出物E_b送到第二流出管68。第二流出管68可以将流出物E_b排放到环境中。因此，图1中，管68将生物处理系统流出物E_b送到流出物混合站70并在此处与来自流出物分流器40的转移的流出物E_c混合。转移的流出物E_c的质量通常高于生物处理系统流出物E_b。在某些实施方案中，生物处理系统流出物E_b所含的一种以上污染物的浓度高于该特定污染物的允许浓度排放标准，但是膜生物反应器流出物E_a的这些污染物的浓度可以低于其允许浓度排放标准。将流出物物流E_b和E_c混合，得到混合流出物E₂。控制流出物分流器40可以选择两个引入的流出物物流E_b和E_c的比例，生产污染物浓度不大于相关的允许浓度排放标准的混合流出物E₂。该混合流出物E₂可以经出口管75送到环境中或再次使用。

在一个实施方案中，流出物混合站70包含收集器，例如贮留池(lagoon)，在收集器中，两种流出物物流被动混合。在其他实施方案中，流出物混合站70可以利用混合器或其他机械系统在排放前将两种流出物物流主动混合。

图2示意性说明了根据本发明另一个实施方案的废水处理系统100。该系统100的很多元件基本上与图1中显示的那些相同，图1和图2中使用的相同附图标记表示相同的元件。

图2的系统100采用膜生物反应器30的过滤器34的部分滞留物以供应在活化淤泥系统60中使用的废活化淤泥(WAS)的部分或全部。本领域已知，WAS能以变化的速率从过滤器34中移出，从而维持膜生物反应器30的可接受性能。用于将第一淤浆管54a和第二淤浆管54b之间的WAS物流分流的WAS分流器50可以接收除去的WAS。第一淤浆管54a将来自膜生物反应器30的WAS的受控制部分(其可以选择性地在约0-约100％之间变化)送到第二废水处理器，通常送到池62的第一功能区。第二淤浆管54可以将余下的WAS送到WAS处理单元52。

来自膜生物反应器30的WAS包括自养生物和异养生物，允许图2的活化淤泥系统60有效氧化有机物质并还原硝酸盐和将氨硝化。在一个实施方案中，WAS的生物群落包括约15-50重量％，最好至少约35重量％的氧化剂(如异养生物)，以及不高于约8重量％(如约2-8重量％)，优选不高于约3重量％的硝化剂(如自养生物)。

尤其是，送到池62的WAS量即使在通常不促进有效硝化的条件(如短固体停留时间)下也足以提供有效的硝化。举例来说，可以选择送到池中的WAS以降低氨浓度到允许的氨排放标准的25％以内。如上所述，本发明的一个实施方案包括膜生物反应器30中的PAO以降低膜生物反应器流出物E_a的磷酸盐含量。在这样的实施方案中，转移到图2活化淤泥系统60的WAS也将包括PAO，这可以降低生物处理流出物E_b的磷酸盐含量。WAS中PAO的重量百分比以及WAS的选定转移率可以有效地降低生物处理流出物E_b的磷含量到允许的磷排放标准的25％以内，最好不大于该排放标准。在选择的实施方案中，WAS包括至少约10重量的PAO。

根据下面概述的一个以上实施方案，程序控制器90可以用于控制废水处理系统10的运行。程序控制器90可包括程序计算机如个人计算机或ASIC基系统。程序控制器90被操作性地连接到流入物分流器20、流出物分流器40上，并且，在图2的实施方案中，连接到用于控制被每个分流器传送的流体物流的相对流速的WAS分流器50。程序控制器90也可以连接到系统10的其他元件(这些元件在图1或2未示出)上以控制系统运行的其他方面，例如，膜生物反应器30和/或活化淤泥系统60的氧含量。

因此，废水处理系统10可以包括与至少一个另外的生物废水处理器58(例如活化淤泥系统60)平行安置的至少一个一步生物废水处理器28。该一步生物废水处理器28包括膜生物反应器30，膜生物反应器30可以相当有效地处理废水从而送出高质量流出物E_a，但是其固体停留时间可能相当长。在某些实施方案中，膜生物反应器30优选用于处理相当大部分的流入物物流I。相反，活化淤泥系统60可能在处理废水尤其是在氮和磷脱除方面不够有效，但是其固体停留时间明显短。活化淤泥系统60可以有效处理偶尔过量的流速或污染物负载量，而不增加大量附加膜的膜生物反应器30对偶尔过量的流速或污染物负载量是无法有效处理的。在一个实施方案中，膜生物反应器30的固体停留时间通常至少约6-8天，如6-30天，活化淤泥系统60的固体停留时间通常为5天以下，如0.1-5天。在一个实施方案中，膜生物反应器30的固体停留时间通常至少为活化淤泥系统60的固体停留时间的约20倍。

C. 废水处理方法

本发明的其他实施方案提供了废水处理方法。这些实施方案中很多都利用了两种平行的生物废水处理器的独特优点。换句话说，利用了膜生物反应器流出物E_a的高质量和活化淤泥系统60的高处理速度。为便于理解，下面概述的方法参照图1-2中废水处理系统10和100进行讨论。但是，该方法并不限于附图中描述的任何具体系统，也不限于上面的详述；而是可以采用能够进行本发明方法的任何装置代替。

在各种实施方案中，系统流入物物流I的进入流速或污染物负载量可以测定并输送到程序控制器90或操作者。使用流入物分流器20可以将流入物分成具有第一流速或污染物负载量的第一废水部分I_a和具有第二流速或污染物负载量的第二废水部分I_b。第一废水部分I_a以大致第一流速或污染物负载量送到用于处理的膜生物反应器30，第二废水部分I_b以大致第二流速或污染物负载量送到用于处理的活化淤泥系统60。

第一流速和第二流速之和可以大致等于进入流速。但在某些实施方案中，第一和第二流速的总和可以低于进入流速。例如，本发明的方面通过增加一个以上另外的废水处理器(未示出)扩增了系统10或100，所述另外的废水处理器可以包括一个以上的生物处理器和/或一个以上化学处理器。在这样的系统中，一部分进入流速可以转移到所述一个以上另外的废水处理器中。

在某些实施方案中，可以基于系统流入物物流I的进入流速和膜生物反应器30的流速能力选择第一和第二流速。在一个实施方案中，第一废水部分I_a的流速可以保持在恰好等于或在生物反应器流速能力附近的操作范围内。维持相对恒定的条件可以提高膜生物反应器30的效能。当系统流入物物流I的进入流速低于膜生物反应器30的流速能力时，第一流速选择为不低于系统流入物物流I的进入流速的显著大部分，优选至少大部分。例如，第一流速可以至少为系统流入物流速的约65％，如约80％以上。

如果系统流入物物流I的进入流速高于膜生物反应器30的流速能力，第一流速选择为不低于膜生物反应器30的流速能力的显著大部分。例如，第一流速可以包含至少为生物反应器流速能力的约75％，如80％以上，优选至少约90％。

有时，送到活化淤泥系统60的第二流速可以为零。但是，活化淤泥系统60可能需要最小流速和/或污染负载量以维持生物活性。在这样的实施方案中，第二流速可以维持在或高于该最小淤浆系统流速和/或污染负载量，即使这需要将低于需要量的系统流入物I送到膜生物反应器30中。

在一个实际执行的方案中，废水处理系统(如系统10)可具有流入物流速极限点，所述极限点为最小淤浆系统流速和生物反应器目标流速之和。可以选择生物反应器目标流速以优化膜生物反应器30的质量和生产量；在很多应用中，生物反应器目标流速可以是生物反应器流速能力。如果系统流入物物流I的流速处于或低于该极限点，则可以将最小淤浆系统流速送到活化淤泥系统60，该系统流入物流速的余量可以送到膜生物反应器30。如果系统流入物物流I的流速高于该流入物流速极限点，则传送到膜生物反应器30的第一废水部分I_a的流速占生物反应器流速能力的绝大部分(如75％，80％，甚至90％以上)，并且可将系统流入物流速的余量传送到活化淤泥系统60。

在一些实施方案中，传送到膜生物反应器30的流入物的第一流速被基本恒定选定的时间，如12小时以上，而传送到活化淤泥系统60的流入物的第二流速可在所述选定的时间内变化。第二流速的变化可以与系统流入物物流I的进入流速的变化成正比。如果活化淤泥系统60具有稳定运行的最小所需流速，则第二流速应选定为不低于所述最小流速。

在一些实施方案中，污染物的第一和第二负载量可以根据系统流入物物流I的进入污染物负载量和膜生物反应器30的污染物负载能力进行选择。如果系统流入物物流I的进入污染物负载量低于膜生物反应器30的污染物负载能力，那么第一污染物负载量选定为不低于系统流入物物流I的进入污染物负载量的相当大部分(significant portion)。例如，第一污染物负载量可以为进入污染物负载量的至少约35％，优选为65％。如果系统流入物物流I的进入污染物负载量高于膜生物反应器30的污染物负载能力，那么第一污染物负载量选定为不低于膜生物反应器30的污染物负载量的基本大部分(substantial portion)。例如，第一污染物负载量可以为膜生物反应器30的污染物负载量的至少约50％，优选至少75％。

第一污染物负载量和第二污染物负载量之和可以大致等于进入污染物负载量。但在某些实施方案中，第一和第二污染物负载量的总和可以低于引入污染物负载量。如上所述，本发明的一些方面通过增加一个以上其他废水处理器而扩增了系统10或100。在这样的系统中，可以将一部分进入污染物负载量送到一个以上其他处理器中。

一旦选定了第一和第二流速或污染物负载量，则程序控制器90或操作者可以调节流入物分流器20，以得到用于第一废水部分的所要求的第一流速或污染物负载量以及用于第二废水部分的第二流速或污染物负载量。

淤浆系统60的流出物E_b可超过一种以上污染物(如总氮、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、或磷)的允许从系统10排放的最大浓度。在一个实施方案中，生物反应器流出物E_a通常具有低于该最大值的一种以上污染物浓度，例如，总氮、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、或磷含量。通过将劣质淤浆系统流出物E_b与优质生物反应器流出物E_a以适当比例混合，系统10的第二流出物E₂可满足排放要求并从系统10排出。在一个实际执行的方案中，控制器90可控制流出物分流器40以控制送到流出物混合站70的生物反应器流出物E_a的量，以保证第二流出物E₂满足排放要求。如果需要，控制器可以向流出物混合站70传送的量不超过生产刚好满足排放要求或具有超过排放要求(超过量不高于选择的安全范围)质量的第二流出物E₂所需的最小量。这将增加优质第一流出物E₁的体积，而第一流出物E₁可以比第二流出物E₂多出重新使用的有益选择。

在本发明的再一些实施方案中，可以调节淤浆系统流出物E_b的组成以进一步改善总系统流出物(E₁+E₂)的质量。在一个实施方案中，控制器90调节活化淤泥系统60中的条件以影响所得流出物E_b的组成。特别是，控制器90可以接收有关淤浆系统流出物E_b的磷或氮含量的信息并且可以调节淤浆系统60的一个以上操作参数。在一个实施方案中，控制器90可通过控制WAS分流器50控制WAS向活化淤泥系统60的流速。如果磷或氮含量太高但是混合液体悬浮固体含量可接受，则可以将更多的WAS传送到活化淤泥系统60；如果混合液体悬浮固体含量太高，则WAS的传送可以更慢些。

在另一个实施方案中，控制器90控制通过氧供应65传送到池62的氧的流速以影响硝化。本领域已知，有效硝化通常需要池62中的水具有最小的氧含量。控制器90可将池62中水的氧含量限制到通常不能支持硝化的水平；这可以降低某些实施方案中的操作成本。通过增加WAS的传送速度从而增大硝化菌的初始群落，活化淤泥系统60仍然能够实现流入物I_b的可接受水平的硝化。活化淤泥系统60可能不能独自支持足够的硝化菌群，但是加入来自WAS的更多硝化菌可以促进硝化，其硝化程度高于该活化淤泥系统的其他支持方式。

上面详述的实施方案和实施例用于说明，但不是穷举。本领域普通技术人员应当认识到，各种等同的改进都可能在本发明范围内。例如，以给定顺序描述的步骤可以在其它实施方案中以不同的顺序进行。本发明描述的各种实施方案都可以组合成其它实施方案。

总体上，所附权利要求中使用的术语的解释不应当将本发明限制到说明书公开的具体实施方案，除非这些术语在说明书中有明确定义。发明人保留提交申请后增加其它权利要求以要求保护本发明的其他方面的权利。

Claims

1.一种废水处理方法，包括：

将具有污染物浓度的废水分成具有超过污染物允许排放标准的第一污染物浓度的第一废水部分和具有超过污染物允许排放标准的第二污染物浓度的第二废水部分；

将大致含有第一浓度的第一废水部分传送到膜生物反应器中并由膜生物反应器生产出流出物，该流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准；

将大致含有第二浓度的第二废水部分传送到生物废水处理系统并由该生物废水处理系统生产出流出物，该流出物的污染物浓度高于允许的排放标准；和

将至少一部分来自膜生物反应器的流出物与至少一部分来自生物废水处理系统的流出物混合以产生污染物浓度不高于允许排放标准的混合流出物。

2.根据权利要求1的方法，其中第一废水部分的传送和第二废水部分的传送包括在维持第一废水部分的基本恒定流速的同时变化第二废水部分的流速。

3.根据权利要求1的方法，其中所述污染物是选自生化需氧物、化学需氧物、总悬浮固体、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、和磷的至少一种污染物。

4.根据权利要求1的方法，其中膜生物反应器产生废活化淤泥，该方法还包括将一部分废活化淤泥传送到生物废水处理系统的步骤。

5.根据权利要求4的方法，其中废活化淤泥包括至少约35重量％的异养生物和不超过约3重量％的自养生物。

6.根据权利要求4的方法，其中废活化淤泥包括至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

7.一种废水处理系统，其包括：

流入物分流器，该流入物分流器的结构能够接收污染物浓度超过污染物允许排放标准的流入物，并且能够将第一部分流入物传送到第一入口并将第二部分流入物传送到第二入口；

第一废水处理器，该第一废水处理器与第一入口流体连通，包括第一出口和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器，第一废水处理器的构造能够生产污染物浓度低于允许排放标准的第一流出物；

第二废水处理器，该第二废水处理器与第二入口流体连通，包括第二出口和位于从第二入口到第二出口的第二废水路径中的生物废水处理系统，第二废水处理器的构造能够生产污染物浓度高于允许排放标准的第二流出物；和

流出物路径，该流出物路径的构造能够接收至少一部分所述第一流出物和至少一部分所述第二流出物并且能够传送污染物浓度不高于允许排放标准的混合流出物。

8.权利要求7的系统，其中第一废水处理器的构造能够以第一固体停留时间生产第一流出物，并且第二废水处理器的构造能够以比第一固体停留时间短的第二固体停留时间生产第二流出物。

9.权利要求7的系统，还包括：

流出物分流器，其构造能够接收至少一部分第一流出物；和

程序控制器，操作性地连接到流出物分流器上并且其构造能够控制流出物分流器以将一些第一流出物传送到流出物路径，第一流出物和流出物路径中的部分第二流出物混合时，足以生成污染物浓度不高于允许排放标准的混合流出物。

10.权利要求7的系统，还包括：

废活化淤泥路径，其适于将废活化淤泥从第一废水处理器传送到第二废水处理器，所述废活化淤泥包含异养生物、自养生物、以及多磷酸盐积累生物。

11.一种废水处理方法，其包括：

将污染物负载量超过污染物允许排放标准的废水流分成具有第一污染物负载量的第一废水部分和具有第二污染物负载量的第二废水部分，其中，当负载量不大于具有第一固体停留时间的膜生物反应器的负载能力时，第一负载量是该负载量的至少约35％，当负载量大于膜生物反应器的负载能力时，第一负载量不低于膜生物反应器的负载能力的约50％；

将大致含有第一负载量的第一废水部分传送到膜生物反应器，并由膜生物反应器生产出流出物，该流出物的污染物负载量低于污染物的允许排放标准；和

将大致含有第二负载量的第二废水部分传送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统，第二固体停留时间不大于第一固体停留时间。

12.根据权利要求11的方法，其中，当负载量大于膜生物反应器的负载能力时，第一负载量不低于膜生物反应器的负载能力的约75％。

13.根据权利要求11的方法，其中，来自生物废水处理系统的流出物的污染物浓度大于污染物的允许排放标准。

14.根据权利要求13的方法，还包括：将一部分来自膜生物反应器的流出物与一部分来自生物废水处理系统的流出物混合得到污染物浓度不高于污染物的允许排放标准的混合流出物。

15.根据权利要求14的方法，其中所述污染物是选自生化需氧物、化学需氧物、总悬浮固体、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、和磷的至少一种污染物。

16.根据权利要求11的方法，其中第一废水部分的传送和第二废水部分的传送包括在维持第一废水部分的基本恒定流速的同时变化第二废水部分的流速。

17.根据权利要求11的方法，其中所述膜生物反应器产生废活化淤泥，该方法还包括将一部分废活化淤泥传送到生物废水处理系统的步骤。

18.根据权利要求17的方法，其中废活化淤泥包括至少约35重量％的异养生物和不超过约3重量％的自养生物。

19.根据权利要求17的方法，其中废活化淤泥包括至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

20.一种废水处理方法，包括：

将具有流速并且污染物浓度超过污染物允许排放标准的废水流分成具有流速的第一废水部分和具有流速的第二废水部分，其中，当废水流的流速不大于具有第一固体停留时间的膜生物反应器的流速能力时，第一废水部分的流速是该废水流速的至少约50％，当废水流的流速大于膜生物反应器的流速能力时，第一废水部分的流速不低于膜生物反应器的流速能力的约50％；

将第一废水部分传送到膜生物反应器并且由膜生物反应器生产出流出物，该流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准；和

将第二废水部分传送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统，第二固体停留时间不大于第一固体停留时间。

21.权利要求20的方法，其中当废水流的流速大于膜生物反应器的流速能力时，第一废水部分的流速不低于膜生物反应器的流速能力的约75％。

22.根据权利要求20的方法，其中，来自生物废水处理系统的流出物的污染物浓度大于污染物的允许排放标准。

23.根据权利要求22的方法，还包括：将一部分来自膜生物反应器的流出物与一部分来自生物废水处理系统的流出物混合得到污染物浓度不高于污染物的允许排放标准的混合流出物。

24.根据权利要求23的方法，其中所述污染物是选自生化需氧物、化学需氧物、总悬浮固体、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、和磷的至少一种污染物。

25.根据权利要求20的方法，还包含在维持第一废水部分的基本恒定流速的同时变化第二废水部分的流速。

26.根据权利要求20的方法，其中所述膜生物反应器的污染物负载量处理能力大于大多数时间内废水中存在的预期污染物最大负载量。

27.根据权利要求20的方法，其中第二废水部分的流速不低于维持生物废水处理系统的稳定运行所需的最小流速。

28.根据权利要求20的方法，其中所述膜生物反应器产生废活化淤泥，该方法还包括将一部分废活化淤泥传送到生物废水处理系统的步骤。

29.根据权利要求28的方法，其中废活化淤泥包括至少约35重量％的异养生物和不超过约3重量％的自养生物。

30.根据权利要求28的方法，其中废活化淤泥包括至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

31.一种废水处理系统，其包括：

第一废水处理器，该第一废水处理器包括第一入口、第一出口、和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器，膜生物反应器具有第一固体停留时间和流速能力；

第二废水处理器，该第二废水处理器包括第二入口、第二出口和位于从第二入口到第二出口的第二废水路径中的生物废水处理系统，该生物废水处理系统具有短于第一固体停留时间的第二固体停留时间；

流入物分流器，该流入物分流器的结构能够将具有流速的第一部分流入物传送到第一入口并将第二部分流入物传送到第二入口；和

程序控制器，该程序控制器被操作性连接到流入物分流器中以控制第一和第二废水部分的流速参数，使得：当流入物流速不大于膜生物反应器流速能力时，第一流速是流入物流速的至少约65％，并且当具有流速的流速大于生物反应器流速能力时，第一流速不低于膜生物反应器流速能力的约75％。

32.一种废水处理方法，该方法采用包括具有生物反应器目标流速和第一固体停留时间的膜生物反应器的系统以及具有最小流速的生物废水处理系统，该方法包括：

将具有废水流速并且污染物浓度超过污染物允许排放标准的废水流分流成具有第一流速的第一废水部分和具有第二流速的第二废水部分，其中，当废水流速不大于流速限制点时，其中所述流速限制点等于生物反应器目标流速和最小流速之和，第二流速大致为最小流速并且第一流速包括废水流速减去第二流速；当废水流速大于流速限制点时，第一流速大致为生物反应器目标流速并且第二流速包括废水流速减去第一流速；

将第一废水部分传送到膜生物反应器并且由该膜生物反应器生产出流出物，该生物反应器流出物的污染物浓度低于污染物的允许排放标准；和

将第二废水部分传送到具有第二固体停留时间的生物废水处理系统，所述第二固体停留时间不高于第一固体停留时间。

33.根据权利要求32的方法，其中所述生物反应器目标流速包括膜生物反应器的流速能力。

34.一种废水处理方法，包括：

将第一废水物流传送到一步生物处理系统，该系统含有生产第一流出物的膜生物反应器，其中第一废水物流包括高于允许BOD排放标准的生化需氧物(BOD)浓度并且第一流出物的BOD浓度不大于允许BOD排放标准；

将含有废水污染物浓度的第二废水物流传送到生物废水处理系统以生产第二流出物，该流出物的流出物污染物浓度低于废水污染物浓度；和

将一部分来自一步膜生物反应器的废活化淤泥传送到生物废水处理系统中。

35.权利要求34的方法，其中废活化淤泥包含至少约35重量％的异养生物，和不高于约3重量％的自养生物。

36.权利要求34的方法，其中废活化淤泥包含至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

37.根据权利要求34的方法，其中，第二流出物的流出物污染物浓度大于污染物的允许排放标准。

38.根据权利要求37的方法，其中所述污染物是选自生化需氧物、化学需氧物、总悬浮固体、氨、硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、和磷的至少一种污染物。

39.根据权利要求37的方法，其中污染物为总氮。

40.权利要求39的方法，还包括将一部分第一流出物与一部分第二流出物混合得到总氮浓度低于允许的总氮排放标准的混合流出物。

41.权利要求37的方法，其中污染物为磷。

42.权利要求41的方法，还包括将一部分第一流出物与一部分第二流出物混合得到磷浓度低于允许的磷排放标准的混合流出物。

43.权利要求42的方法，其中废活化淤泥包含至少约10重量％的多磷酸盐积累生物。

44.权利要求37的方法，其中污染物为氨。

45.权利要求44的方法，还包括将一部分第一流出物与一部分第二流出物混合得到氨浓度低于允许的氨排放标准的混合流出物。

46.一种废水处理系统，包括：

第一废水处理器，该第一废水处理器包括第一入口、第一出口、和位于从第一入口到第一出口的第一废水路径中的膜生物反应器，该膜生物反应器具有第一固体停留时间和负载能力；

流入物分流器，该流入物分流器的结构能够将第一部分流入物传送到第一入口并将第二部分流入物传送到第二入口；和

程序控制器，该程序控制器被操作性连接到流入物分流器中以控制第一和第二废水部分，使得：当流入物的负载量不大于膜生物反应器负载能力时，第一部分的负载量是流入物负载量的至少约35％；并且当流入物负载量大于膜生物反应器负载能力时，第一部分的负载量不低于膜生物反应器负载能力的约50％。