專利名稱：混合需氧和厭氧廢水和污泥處理系統(tǒng)和方法
混合需氧和厭氧廢水和污泥處理系統(tǒng)和方法相關(guān)申請的交叉參考本申請要求美國臨時申請No. 61/308. 297 (于2010年2月25日提交，題目為“RECYCLE METHANOGEN AND NITRIFICATION BACTERIA IN ABIO-SORPTION ANDANAEROBIC DIGESTION PROCESS ANDNUTRIENT RE⑶VERY IN A BIO-S ORPTION ANDANAER0BI⑶IGESTI0N PROCESS”)的優(yōu)先權(quán)，其引用在此作為參考用于所有目的。
背景技術(shù)：
I.本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及廢水處理的系統(tǒng)和方法，尤其涉及利用生物吸著、需氧處理、厭氧污泥消化以及具有膜過濾系統(tǒng)的序批式間歇反應(yīng)器(sequencing batchreator)的處理廢水的系統(tǒng)和方法。 2.相關(guān)技術(shù)的說明Pilgram等人的美國專利No. 6，383，389引用在此作為參考用于所有目的，其包括但不局限于可以用于分批式或連續(xù)反應(yīng)器中的各次序或階段，教導了控制處理系統(tǒng)的廢水處理系統(tǒng)和方法?？刂葡到y(tǒng)可以分批式操作流動模式或連續(xù)流動模式排序和管理處理步驟。Sutton的美國專利申請No. 2008/0223783教導了廢水處理系統(tǒng)和處理廢水的方法。該系統(tǒng)包括需氧薄膜生物反應(yīng)器和連接用于連續(xù)接收來自需氧薄膜生物反應(yīng)器的廢固體的厭氧消化器系統(tǒng)。該系統(tǒng)也將來自厭氧消化器系統(tǒng)的流出物連續(xù)地返回至需氧薄膜生物反應(yīng)器。發(fā)明概述本公開文的ー個或多個方面包括涉及處理廢水和污泥的方法的實施方式。該方法可以包括提供待處理的廢水、促進待處理的廢水的生物吸著以生成第一混合液、從混合液生成富固體污泥和貧固體部分、需氧處理富固體污泥的第一部分以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥、厭氧消化富固體污泥的第二部分以生成經(jīng)厭氧消化的污泥、混合至少部分經(jīng)需氧處理的污泥的至少一部分和所述待處理的廢水以及混合經(jīng)厭氧消化的污泥的至少一部分和待處理的廢水。本公開文的ー個或多個其他方面涉及用于處理廢水的方法，其包括提供待處理的廢水流、將廢水流引入生物吸著罐(tank)中以生成第一混合液流、將混合液流引入分離器中以生成富固體流和貧固體流、將富固體流的至少一部分引入需氧處理罐中以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥流、將富固體流的至少一部分引入?yún)捬跸髦幸陨山?jīng)厭氧消化的污泥流、將至少部分經(jīng)需氧處理的污泥流的至少一部分引入生物吸著罐中以及將經(jīng)厭氧消化的污泥流的至少一部分引入生物吸著罐中。本公開文的ー個或多個其他方面涉及廢水處理系統(tǒng)，其包括待處理的廢水源、具有流體連接廢水源的吸著罐入口的生物吸著罐、具有流體連接生物吸著罐的下游(downstream from)的分離器入口的分離器、污泥出口和貧固體出口、具有流體連接污泥出ロ的下游的需氧罐入ロ的需氧處理罐以及流體連接吸著罐入ロ的至少部分經(jīng)需氧處理的污泥出口、具有流體連接污泥出口的下游的消化器入口的厭氧消化器以及流體連接吸著罐入ロ的上游的經(jīng)消化污泥的出ロ。本公開文的ー個或多個其他方面涉及廢水處理系統(tǒng)，其包括待處理的廢水源、具有凹槽的序批式間歇反應(yīng)器(其中凹槽入口流體連接廢水源)、曝氣系統(tǒng)、具有污泥出口的污泥收集系統(tǒng)以及具有上清液出口的傾析系統(tǒng)、具有流體連接污泥出口的下游的消化器入ロ的厭氧消化器以及流體連接凹槽入ロ的經(jīng)消化污泥的出ロ以及控制器，配置該控制器以產(chǎn)生第一輸出信號以及第二信號，所述第一輸出信號提供凹槽入口和廢水源之間的流體通信(fIuidcommunication),所述第二信號提供污泥出口和消化器入口之間的流體通信。本公開文的ー個或多個其他方面涉及廢水處理系統(tǒng)，其包括待處理的廢水源；流體連接待處理的廢水源的生物處理系(train)，主要處理系包括選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器的至少ー種生物反應(yīng)器；流體連接生物處理系的富固體廢物出口的下游的厭氧消化器；以及流體連接厭氧消化器的經(jīng)消化的污泥出口和至少ー種生物反應(yīng)器的入口的經(jīng)消化的厭氧污泥的循環(huán)管線。
本公開文的ー個或多個方面涉及在廢水處理系統(tǒng)中促進廢水處理的方法，所述廢水處理系統(tǒng)具有包括選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器中的至少ー種生物反應(yīng)器的生物處理系。該方法可以包括將生物處理系的富固體出ロ流體連接在厭氧消化器的入口的上游，以及將厭氧消化器的經(jīng)消化的污泥出ロ流體連接在至少ー種生物反應(yīng)器的入口的上游。本公開文的ー個或多個方面涉及用于處理廢水的方法。該方法可以包括提供包括溶解固體和懸浮固體的廢水、促進溶解固體和懸浮固體的至少一部分的聚集以生成第一混合液、將第一混合液分離為第一貧固體部分和第一富固體污泥、厭氧消化第一富固體污泥的第一部分以生成經(jīng)厭氧消化的污泥、將經(jīng)厭氧消化的污泥分離為第二貧固體部分和第二富固體污泥、從第二貧固體部分沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一種以及混合部分第二富固體污泥和廢水。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括需氧處理第一富固體污泥的第二部分以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括混合至少部分經(jīng)需氧處理的污泥的至少一部分和廢水。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括在厭氧消化第一富固體污泥的第一部分之前增稠第一富固體污泥的第一部分。根據(jù)ー些實施方式，增稠第一富固體污泥的第一部分包括生成具有第一濃度的產(chǎn)甲烷細菌的富固體污泥，厭氧消化第一富固體污泥的第一部分包括生成具有第二濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)厭氧消化的污泥，以及第一濃度占第二濃度的顯著部分(significantfraction) 第一濃度可以占第二濃度的至少約10%。第一濃度可以占第二濃度的至少約25%。第一濃度可以占第二濃度的至少約50%。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括在混合部分第二富固體污泥和廢水之前需氧處理部分第二富固體污泥。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括混合第一富固體污泥的第二部分和部分第二富固體污泥。
根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括在厭氧消化第一富固體污泥的第一部分之前從第一富固體污泥中分離貧固體流體。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括混合貧固體流體的至少一部分和第一富固體污泥的第二部分以及部分第二富固體污泥。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括需氧處理貧固體流體的至少一部分、第一富固體污泥的第二部分以及部分第二富固體污泥的組合以形成至少部分經(jīng)需氧處理的組合。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括混合至少部分經(jīng)需氧處理的組合和廢水。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括缺氧處理廢水和至少部分經(jīng)需氧處理的組合以生成經(jīng)缺氧處理的廢水，其中促進聚集包括將產(chǎn)甲烷細菌從經(jīng)厭氧消化的污泥引入第一混合液中。根據(jù)ー些實施方式，從第二貧固體部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー種 包括調(diào)節(jié)第二貧固體部分的pH。根據(jù)ー些實施方式，從第二貧固體部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー種包括使貧固體部分和堿土金屬鹽接觸。堿土金屬鹽可以包括鎂。堿土金屬鹽可以包括氯化鎂。根據(jù)ー些實施方式，從第二貧固體部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー種包括從第二貧固體部分中沉淀鳥糞石。本公開文的ー個或多個方面涉及廢水處理系統(tǒng)。該廢水處理系統(tǒng)包括主要處理單元、第一分離器、厭氧消化器、第二分離器和沉淀容器，該主要處理單元包括生物吸著罐、需氧處理罐、缺氧處理罐和厭氧消化器中的ー種，所述主要處理單元具有處理單元入口和混合液出口，所述第一分離器具有流體通信混合液出口、第一貧固體流體出口和第一污泥出ロ的第一分離器入ロ，所述厭氧消化器具有流體通信第一污泥出ロ的消化器入ロ、和第一消化器出ロ，所述第二分離器具有流體通信第一消化器出ロ的第二分離器入ロ、第二貧固體流體出口和第二污泥出口，所述第二污泥出ロ流體通信處理單元入口，以及所述沉淀容器流體通信第二貧固體流體出ロ。根據(jù)ー些實施方式，廢水處理系統(tǒng)另外包括第三分離器，其流體連接第一污泥出ロ的下游和消化器入ロ的上游，并具有第三貧固體流體出口和經(jīng)增稠污泥的出ロ。根據(jù)ー些實施方式，廢水處理系統(tǒng)另外包括需氧處理單元，其具有流體通信第一污泥出口、厭氧消化器的第二消化器出口和第三貧固體流體出口的需氧入口，以及具有流體通信處理單元入ロ的需氧出ロ。根據(jù)ー些實施方式，配置主要處理單元、第一分離器和第三分離器以生成具有第ー濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)增稠污泥，并配置厭氧消化器以生成具有第二濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)消化厭氧污泥，第一濃度占第二濃度的顯著部分。第一濃度可以占第二濃度的至少約10%O第一濃度可以占第二濃度的至少約25%。第一濃度可以占第二濃度的至少約50%。根據(jù)ー些實施方式，第三分離器包含細菌的第一聚生體，該細菌第一聚生體具有的產(chǎn)甲烷微生物濃度占厭氧消化器中所含的細菌第二聚生體中的產(chǎn)甲烷微生物濃度的顯著部分。顯著部分可以占至少約10%。顯著部分可以占至少約25%。顯著部分可以占至少約 50%ο本公開文的ー個或多個方面涉及增加廢水處理系統(tǒng)的容量的方法，所述系統(tǒng)具有包含選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器中至少ー種生物反應(yīng)器的生物處理系、流體連接厭氧消化器的入口的上游的生物處理系的富固體出ロ以及將厭氧消化器的出ロ流體連接至生物處理系的入口的循環(huán)管線。該方法包括將導向至所述厭氧消化器的入口的在所述生物處理系中生成的富固體污泥的一小部分調(diào)節(jié)至以下水平，在該水平，存在于所述生物處理系中所生成的富固體污泥中的產(chǎn)甲烷細菌的濃度占存在于所述厭氧消化器中的混合液中的產(chǎn)甲烷細菌的濃度的顯著部分。
根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括減小所述至少ー種生物反應(yīng)器和所述厭氧消化器中的一種的水力停留時間(hydraulic retention time)。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括在所述至少ー種生物反應(yīng)器中生成生物絮凝物，其具有需氧外層和選自缺氧核和厭氧核中的ー種。根據(jù)ー些實施方式，在至少ー種生物反應(yīng)器中生成生物絮凝物包括増加至少ー種生物反應(yīng)器的有機負荷(organic loading)。根據(jù)ー些實施方式，在至少ー種生物反應(yīng)器中生成生物絮凝物包括減小供應(yīng)給至少ー種生物反應(yīng)器的氧量。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括増加厭氧消化器中甲烷產(chǎn)率。根據(jù)ー些實施方式，該方法另外包括將產(chǎn)甲烷細菌從厭氧消化器的出口經(jīng)過需氧處理操作導向至厭氧反應(yīng)器的入ロ。


附圖非按比例繪制。不同附圖中的相同的或幾乎相同的構(gòu)成或特征通過類似的數(shù)字表示。出于清楚的目的，未標注每個附圖中的每個構(gòu)成，也未示出本發(fā)明的各實施方式中的每個構(gòu)成，在這里這些說明對于本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員理解本發(fā)明不是必要的。在附圖中圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的代表性處理系統(tǒng)的流程圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的流程圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的處理系統(tǒng)，相對進入?yún)捬跸鞯幕钚晕勰嗔?百分比)的甲烷產(chǎn)物的能量増益的圖示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的處理系統(tǒng)，曝氣能量減小對進入?yún)捬跸鞯幕钚晕勰喟俜直鹊膱D示；圖6是根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的處理系統(tǒng)，凈能量増益對進入?yún)捬跸鞯幕钚晕勰喟俜直鹊膱D示；圖7是根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的處理系統(tǒng)，減去厭氧消化器能量的COD的百分比對進入?yún)捬跸鞯幕钚晕勰喟俜直鹊膱D示；圖8根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的處理系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量對進入?yún)捬跸鞯幕钚晕勰喟俜直鹊膱D示；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的方法流程圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的方法流程圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的方法流程圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的方法流程圖；圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個或多個方面的另一代表性處理系統(tǒng)的方法流程圖圖14是示出了在對比處理系統(tǒng)中各種物質(zhì)的濃度的圖表；圖15是示出了在代表性處理系統(tǒng)中各種物質(zhì)的濃度的圖表；

圖16是示出了在另一代表性處理中各種物質(zhì)的濃度的圖表；圖17是示出了在對比處理系統(tǒng)和兩個代表性處理系統(tǒng)中各種物質(zhì)的濃度的圖表;圖18示出了在兩個代表性測試系統(tǒng)和對比系統(tǒng)的測試期間每天的生物氣體產(chǎn)量;圖19示出了在假設(shè)的城市廢水處理廠中在一天的時間內(nèi)廢水流入物的假定變化；圖20示出了在根據(jù)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)中的厭氧消化器中去除的總廢水流入物化
學需氧量的百分比；圖21示出了在根據(jù)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)中的需氧消化器中去除的總廢水流入物化學需氧量的百分比；圖22示出了在根據(jù)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)中用于處理廢水的比能量消耗；以及圖23示出了在根據(jù)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)中的廢污泥產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面和各實施方式涉及處理水、廢水或污泥的系統(tǒng)和方法以例如減小需氧量例如生物需氧量(BOD)，以及使水適用于二次使用或排放至環(huán)境中。本發(fā)明的ー個或多個方面涉及廢水處理系統(tǒng)和運行和促進該廢水處理系統(tǒng)的方法。本發(fā)明的另外方面涉及產(chǎn)生或收集副產(chǎn)物例如廢氣，或?qū)⒏碑a(chǎn)物用作燃料源用于處理系統(tǒng)的ー個或多個單元操作。本發(fā)明的另外方面涉及從廢水中再回收含磷化合物和/或含氮化合物用作例如肥料。本發(fā)明不限于本文所述的結(jié)構(gòu)的細節(jié)和構(gòu)成、系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設(shè)置而限制其應(yīng)用，以及可以不同的方式實踐或?qū)嵤Ｍǔ?，待處理的水例如廢水或廢水流包含廢物質(zhì)，其在一些情況中可以包括固體和可溶的和不可溶的有機和無機材料。排放進入環(huán)境之前，廢水流需要這樣處理以去污或至少部分地處理廢水流，使其針對所設(shè)立的監(jiān)管要求或方針可以良好地或至少滿足要求地進行排放。例如，可以處理水以減小其COD、BOD和/或其他特征例如賈第蟲屬(Giardia)含量使其在可接受限度內(nèi)。本發(fā)明的ー些方面可以包括通過促進細菌消化廢水中至少ー個種類的至少一部分的生物可降解材料進行生物處理廢水。本發(fā)明的其他方面可以涉及影響或至少促進經(jīng)轉(zhuǎn)化的、經(jīng)消化的經(jīng)生物降解的固體材料從夾帶液體中的分離。本發(fā)明的又另外方面可以涉及影響或至少促進從待處理的廢水或水中減小固體量。
本發(fā)明的ー些方面可以包括從廢水中回收ー種或多種所需的礦物或化合物例如含磷化合物和/或含氮化合物。如此處所用的，術(shù)語“水”、“廢水”和“廢水流”可以涉及待處理的水，例如來自住宅、商業(yè)或城市、エ業(yè)和農(nóng)業(yè)來源的水流或水體以及它們的混合，其通常包含至少ー種不期望的物質(zhì)或污染物，其包括生物可降解的、無機或有機的材料，其可以通過生物過程分解或轉(zhuǎn)化為對環(huán)境呈良性的或至少危害性較小的化合物。待處理的水也可包含生物固體、惰性材料、有機化合物，其包括頑固化合物或相對于其他有機化合物較難生物降解的ー類化合物以及來自輔助處理操作的成分，例如但不限于亞硝胺和內(nèi)分泌干擾素的成分?！柏毠腆w”或“貧污泥”污泥、部分、流或流體通常是液體例如至少已經(jīng)部分處理的水，其在一個或多個沉降或分離操作之后相對于起始混合液或污泥包含更少的懸浮固體。反過來，“富固體”或“富污泥”污泥、部分、流或流體通常是液體，例如已經(jīng)至少部 分處理的水，其在一個或多個沉降或分離操作之后相對于起始混合液或污泥具有更高的固 體濃度。例如，具有懸浮固體的混合液可以促進其中懸浮的固體的至少一部分的沉降；所得的水體由于人工促使或天然重力而通常具有下部水層和上部水層，其中下部水層相對于起始混合液和較上部貧固體水層具有更高濃度的固體。另外，貧固體水層相對于起始混合液通常具有更小濃度的懸浮固體?？梢杂脕碛绊懟蚍奖惚景l(fā)明的ー些方面的分離操作可以利用重力，生成富固體、貧固體、富污泥和貧污泥的部分(portion)或流的任意項。其他分離操作可以包括過濾?！敖?jīng)處理的”部分通常是相對開始貧固體部分在一個或多個處理階段之后例如一個或多個生物或分離操作之后包含更少不期望的物質(zhì)或污染物的水?？梢詫⒕哂胁黄谕奈镔|(zhì)例如無機或有機化合物的貧固體部分引入一個或多個分離操作例如膜過濾裝置或薄膜生物反應(yīng)器，其可使無機或有機化合物保留在過濾器的第一側(cè)上作為“第二混合液”，而使“經(jīng)處理的”部分經(jīng)過過濾器。本文所公開的本發(fā)明系統(tǒng)的ー個或多個系統(tǒng)可以包括ー個或多個生物基或非生物基的単元操作。本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)可以實現(xiàn)作為去污或處理系統(tǒng)或至少作為去污或處理系統(tǒng)的部分，其通常包括預處理、主要處理、次要處理以及后處理或最終精制操作的ー個或多個?？梢允褂帽景l(fā)明的ー個或多個方面的處理設(shè)備可以包括預處理、主要處理、次要處理以及后處理或最終精制操作的至少ー個。預處理系統(tǒng)和操作可以去除粗砂、砂和砂礫。主要處理操作和系統(tǒng)可以涉及至少部分地均化、中和和/或去除待處理水中的大的不溶材料，所述大的不溶材料包括但不限于脂肪、油和油脂。預處理和主要處理操作可以進行混合以去除例如材料以及可沉降固體和漂浮體以及不溶物體，例如碎屑和棍棒。例如，可以利用主要澄清器分離固體。次要處理單元操作或系統(tǒng)可以包括生物處理例如通常使用具有細菌或微生物聚生體的生物質(zhì)的那些以至少部分水解或轉(zhuǎn)化生物可降解材料例如但不限于糖、脂肪、有機分子和在水中產(chǎn)生氧需求的化合物。實際上，本發(fā)明的ー些有利方面可以利用生物過程和系統(tǒng)以去除或轉(zhuǎn)化待處理的水中的至少一部分有機材料。后處理或最終精制操作或系統(tǒng)可以包括生物處理、化學處理和分離系統(tǒng)。后處理操作可以包括以下過程，該過程包括生物硝化/反硝化和除磷?？梢允褂玫幕瘜W處理可以包括化學氧化和化學沉淀。分離系統(tǒng)可以包括通過離子交換、超濾、反滲透或電滲析去除溶解的無機固體。另外的處理過程可以包括通過化學或物理手段對任意殘留的微生物的至少一部分進行消毒、浄化或滅活。例如，消毒可以通過暴露在任意ー個或多個氧化劑或光化輻射中實現(xiàn)?？梢栽诒景l(fā)明的一些實施方式中使用的商業(yè)可獲得的分離系統(tǒng)包括使用 CMF-S 連續(xù)膜過濾模塊以及 Siemens Water Technologies Corp.的MEMCOR CMF (Pressurized) XP、CP和XS膜過濾系統(tǒng)的那些。可以使用的其他的分離器包括壓濾機和離心機。本發(fā)明的處理系統(tǒng)的ー些實施方式可以包括待處理的廢水源，具有流體連接至廢水源的吸著罐入口的生物吸著罐。本發(fā)明的處理系統(tǒng)也可以包括分離器，其流體(fluidly)具有分離器入口、污泥出口和貧固體出口，該分離器入口流體連接在生物吸著罐的下游。本發(fā)明的處理系統(tǒng)可以另外包括需氧處理罐，其具有流體連接污泥出口下游的需氧罐入口以及流體連接至吸著罐入口的至少部分經(jīng)需氧處理的污泥出口。本發(fā)明的處理系統(tǒng)此外還可以包括厭氧消化器，其具有流體連接污泥出口的下游的消化器入口以及流體連接吸著罐入 ロ的上游的經(jīng)消化的污泥出ロ?？梢栽诒景l(fā)明處理系統(tǒng)的ー個或多個配置中使用的澄清器或其構(gòu)件的非-限制性實例包括但不限于ENVIREX l_'LOC-CLARIFIER系統(tǒng)、SPIRAC0NE 上流式污泥床澄清器、RIM-FLO 圓形澄清器和TRANS-FLO 澄清器，其來自Siemens Wateriechnologies Corp.。根據(jù)本文公開的ー個或多個配置可以使用的薄膜生物反應(yīng)器(MBR)系統(tǒng)包括但不限于MEMPULS 薄膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)、PETR0 薄膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)、浸沒式薄膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)以及XPRESSTM MBR成套廢水系統(tǒng)，其來自Siemens Water Technologies Corp.?？梢杂糜趶U水系統(tǒng)的ー個或多個配置中的厭氧系統(tǒng)的構(gòu)成或部分的非限制性實例包括但不限于DYSTOR 消化器氣架系統(tǒng)(digester gas holdersystem) >CROWN 分解系統(tǒng)(disintegration system)、PEARTH 消化器氣混系統(tǒng)(digester gas mixingsystem)、PFT 螺旋引導氣架系統(tǒng)(spiral guideddigester gas holder)、PFT 垂直引導消化器架(vertical guided digester holder)、DUO-DECK 浮動消化器蓋(floatingdigester cover)以及PFT 加熱器和熱交換系統(tǒng)，其來自 Siemens Water TechnologiesCorp. o根據(jù)本發(fā)明的ー些方面的一個或多個實施方式可以包括廢水處理系統(tǒng)，其包括待處理的廢水源和具有凹槽的序批式間歇反應(yīng)器(其中凹槽入口流體連接廢水源)、曝氣系統(tǒng)、具有污泥出ロ的污泥收集系統(tǒng)以及具有上清液出ロ的傾析系統(tǒng)。廢水處理系統(tǒng)也可以包括具有流體連接污泥出口下游的消化器入口的厭氧消化器以及流體連接凹槽入口的經(jīng)消化污泥的出口以及控制器，配置該控制器以產(chǎn)生第一輸出信號以及第二信號，其中第一輸出信號提供凹槽入口和廢水源之間的流體通信，第二信號提供污泥出口和消化器入口之間的流體通信。在本發(fā)明的又ー實施方式中，本發(fā)明的方法和技術(shù)可以包括提供待處理的廢水、促進待處理的廢水的生物吸著以生成第一混合液。本發(fā)明的方法和技術(shù)可以另外包括從混合液生成富固體污泥和貧固體部分、需氧處理富固體污泥的第一部分以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥。富固體污泥的第二部分可以厭氧消化以生成經(jīng)厭氧消化的污泥。本發(fā)明的方法和技術(shù)可以另外包括混合至少部分經(jīng)需氧處理的污泥的至少一部分和所述待處理的廢水，以及混合經(jīng)厭氧消化的污泥的至少一部分和待處理的廢水。在本發(fā)明的又ー實施方式中，本發(fā)明的方法和技術(shù)可以包括提供待處理的廢水流，以及將廢水流引入生物吸著罐中以生成第一混合液流。本發(fā)明的方法和技術(shù)可以也包括將混合液流引入分離器中以生成富固體流和貧固體流。本發(fā)明的方法和技術(shù)可以另外包括將富固體流的至少一部分引入需氧處理罐中以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥流。進ー步地，本發(fā)明的方法和技術(shù)可以包括將富固體流的至少一部分引入?yún)捬跸髦幸陨山?jīng)厭氧消化的污泥流。進ー步地，本發(fā)明的方法和技術(shù)可以包括將至少部分經(jīng)需氧處理的污泥流的至少一部分引入生物吸著罐中以及將經(jīng)厭氧消化的污泥流的至少一部分引入生物吸著罐中。根據(jù)本發(fā)明的ー些方面的一個或多個實施方式可以包括廢水處理系統(tǒng)，其包括待處理的廢水源和流體連接至待處理的廢水源的生物處理系。第一處理系包括選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器中的至少ー種生物反應(yīng)器。廢水處理系統(tǒng)也可以包括流體連接生物處理系的富固體出口下游的厭氧消化器、以及經(jīng)消化的厭氧污泥的循環(huán)管線，該循 環(huán)管線流體連接厭氧消化器的經(jīng)消化的污泥出口和至少ー種生物反應(yīng)器的入ロ。在本發(fā)明的又ー實施方式中，本發(fā)明的方法和技術(shù)可以包括或涉及促進在廢水處理系統(tǒng)中的廢水處理，所述廢水處理系統(tǒng)具有包括選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器中的至少ー種生物反應(yīng)器的生物處理系。該方法可以包括將生物處理系的富固體出ロ流體連接在厭氧消化器的入口的上游，以及將厭氧消化器的經(jīng)消化的污泥出ロ流體連接在至少ー種生物反應(yīng)器的入ロ的上游。本發(fā)明的系統(tǒng)和構(gòu)成也可以通過使用生物過程和厭氧消化的組合提供相對于其他廢水處理系統(tǒng)的成本優(yōu)勢。本發(fā)明的廢水處理過程通過利用多種單元操作減小污泥產(chǎn)量，其中所述多種単元操作包括生物過程和循環(huán)流。廢水處理過程也克服了ー些和使用厭氧廢水處理過程相關(guān)的技術(shù)難題，所述厭氧廢水處理過程通過例如濃縮或強化引入?yún)捬跸髦械奈勰?。此外，通?？梢詼p小由于使用常規(guī)需氧穩(wěn)定單元而引起的相關(guān)成本，這是因為通?；趨捬跸骱投喾N循環(huán)流的使用，在需氧過程中需要更少的曝氣。多種過程也可以產(chǎn)生甲烷作為厭氧消化過程的產(chǎn)物，其可以利用作為能量來源。在一些實施方式中，利用厭氧消化器可以減小大部分化學需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。這可以減小曝氣和氧需求，從而減小操作成本，以及增加可以用作能量來源的甲烷量。此外，由于厭氧消化可以用于降低污泥中的COD和B0D，污泥產(chǎn)量也得以減小。不同于常規(guī)接觸穩(wěn)定過程，其中污泥穩(wěn)定在需氧污泥穩(wěn)定罐中進行，停留時間為幾個小時例如一個小時和兩個小時之間，本發(fā)明的一個或多個處理系統(tǒng)可以利用多個子系(sub-train)和ー個或多個促進懸浮材料和/或溶解材料的同化或生物吸著的吸著系統(tǒng)。例如，本文所公開的多種系統(tǒng)和技術(shù)可以有利地通過利用多種具有變化的水力負荷的子系提供廢水處理。第一系可以處理污泥流的主要部分，優(yōu)選通過厭氧消化，第二系可以厭氧處理污泥流的一部分，通常通過暴露于需氧活性中(小于所有需氧量的完全轉(zhuǎn)化或消耗)來進行僅部分需氧處理。本發(fā)明系統(tǒng)的多種配置可以利用能夠進一歩降低資本需求的固體/液體分離器。因此，在一些情況中，可以在ー個或多個子系中利用一個或多個分離器以分離待處理的污泥或富固體流。本發(fā)明的處理系統(tǒng)的ー些其他實施方式可以包括收集和/或轉(zhuǎn)化多種材料以生成污泥材料。例如，可以使用生物吸著過程以促進吸附和吸收過程兩者，其中吸附和吸收過程兩者促進水或廢水中的溶解固體以及懸浮固體的至少一部分的轉(zhuǎn)化。在吸附過程中，顆粒的離子和分子物理粘附或連接在另外分子或化合物的表面上。例如，吸附過程可以包括使化合物或分子附貼至廢水中的可溶顆粒和不溶顆粒的表面以引起它們在下游澄清器中的沉淀沉降。在吸收過程中，可以發(fā)生化學和生物化學反應(yīng)，其中處于ー種狀態(tài)中的化合物或物質(zhì)轉(zhuǎn)化成處于不同狀態(tài)中的另外化合物或物質(zhì)。例如，廢水中的化合物可以轉(zhuǎn)化至另外化合物，或可以通過細菌進行結(jié)合或結(jié)合入細菌中用于生長新型細菌的目的。可以向生物吸著過程提供曝氣以混合和提供需氧環(huán)境。生物吸著罐中的停留時間可以為幾分鐘和幾個小時之間，例如，約5分鐘和兩個小時之間，更優(yōu)選30分鐘和I小時之間。其中可以影響曝氣以提供混合和保持促進絮凝的需氧環(huán)境?？梢栽诶眯柩跆幚砉薜南到y(tǒng)中影響進一歩的絮凝或聚集。在一些情況中，需氧處理罐基本上將所有的溶解氧提供進入生物吸著罐中。在一些情況中，處理系統(tǒng)可以包括具有促進在混亂之后快速恢復至穩(wěn)態(tài)條件的微生物的多種聚生體的単元操作。例如，處理系統(tǒng)可以對提供或促進厭氧消化活性例如產(chǎn)甲燒活性(methogenic activity)的微生物進行循環(huán)。 在一些先前已知的處理系統(tǒng)中，厭氧消化過程的失敗可能是由產(chǎn)甲烷活性缺失而導致，其中產(chǎn)甲烷活性將生物質(zhì)酸和氫轉(zhuǎn)化成甲烷。在這些先前已知的處理系統(tǒng)中，厭氧消化器的水力停留時間或固體停留時間有時設(shè)計為大于本發(fā)明所公開的處理系統(tǒng)的ー些實施方式的那些(在這些先前已知的系統(tǒng)中的厭氧消化器的尺寸有時大于本發(fā)明所公開的處理系統(tǒng)的ー些實施方式的那些。對于給定流速，更大的厭氧消化器尺寸導致厭氧消化器中的更大的水力停留時間或固體停留時間)。在先前已知的系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)厭氧消化器的尺寸使得可以至少保持穩(wěn)態(tài)細菌聚生體，其中要考慮生長更慢的細菌，如こ酸分解產(chǎn)甲烷生物(acetoclastic methanogen)的生長速率,其最大比生長速率為大于O. 3天Λ和氫營養(yǎng)產(chǎn)甲燒生物(hydrogenotrophic methanogen)的生長速率,其最大比生長速率為約^天—1。先前相信產(chǎn)甲烷生物是嚴格的厭氧細菌，其在需氧環(huán)境中會迅速死亡。然而，本發(fā)明的多個方面包括處理系統(tǒng)和子系統(tǒng)、単元操作以及其構(gòu)件，其適應(yīng)或増加產(chǎn)甲烷生物有機體的可存活性。本申請的處理系統(tǒng)的一有利特征包括通過厭氧循環(huán)向通過獨特的內(nèi)部厭氧污泥循環(huán)路徑的接觸穩(wěn)定過程提供大量產(chǎn)甲烷生物。產(chǎn)甲烷細菌的至少一部分返回至厭氧消化器，從而向厭氧消化器接種產(chǎn)甲烷細菌，從而加入?yún)捬跸髦械幕町a(chǎn)甲烷生物的現(xiàn)有聚生體中。這減小了對厭氧消化器具有的尺寸以及所得的水力停留時間或固體停留時間的需求，如先前已知的過程中，以便在無細菌接種時保持穩(wěn)定的產(chǎn)甲烷細菌聚生體。在厭氧消化器的入口處提供的接種產(chǎn)甲烷細菌的濃度(基于微生物的量)，在一些實施方式中可以至少是離開厭氧消化器的經(jīng)厭氧消化的污泥流中存在的產(chǎn)甲烷細菌的濃度的目標百分比，例如約10%或更大。在一些實施方式中，該百分比可以是例如25%或更大，33%或更大，50%或更大，或75或更大。在一些實施方式中，在厭氧消化器的入口提供的產(chǎn)甲烷細菌的濃度可以占離開厭氧消化器的經(jīng)厭氧消化的污泥流中存在的產(chǎn)甲烷細菌濃度的顯著部分，例如，約10%或更大，約30%或更大，約40%或更大，或約50%或更大。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的厭氧消化器的尺寸可以小于先前已知系統(tǒng)中的厭氧消化器的尺寸。厭氧消化器的產(chǎn)甲烷細菌接種也提供了安全系數(shù)(safetyfactor)以對抗厭氧消化過程的中斷。當厭氧消化過程被打亂或發(fā)生故障時，本發(fā)明所公開的系統(tǒng)的厭氧消化器比先前已知的系統(tǒng)中的厭氧消化器恢復地更快，因為向厭氧消化器接種產(chǎn)甲烷細菌將由于這些細菌在其中的生長而增加厭氧反應(yīng)器中的產(chǎn)甲烷細菌的補給速率，減小厭氧消化器實現(xiàn)所需產(chǎn)甲烷細菌濃度所需要的時間。產(chǎn)甲烷生物再循環(huán)的優(yōu)勢可以如下進行評估
權(quán)利要求
1.處理廢水的方法，其包括 提供包括溶解固體和懸浮固體的廢水； 促進至少一部分的所述溶解固體和懸浮固體的聚集以生成第一混合液； 將所述第一混合液分離為第一貧固體部分和第一富固體污泥； 厭氧消化所述第一富固體污泥的第一部分以生成經(jīng)厭氧消化的污泥； 將所述經(jīng)厭氧消化的污泥分離為第二貧固體部分和第二富固體污泥； 從所述第二貧固體部分沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一種；以及 混合部分所述第二富固體污泥和所述廢水。
2.權(quán)利要求I的方法，另外包括需氧處理所述第一富固體污泥的第二部分以生成至少部分經(jīng)需氧處理的污泥。
3.權(quán)利要求2的方法，另外包括混合所述至少部分經(jīng)需氧處理的污泥的至少一部分和所述廢水。
4.權(quán)利要求I的方法，另外包括在厭氧消化所述第一富固體污泥的第一部分之前增稠所述第一富固體污泥的第一部分。
5.權(quán)利要求4的方法，其中增稠所述第一富固體污泥的第一部分包括生成具有第一濃度的產(chǎn)甲烷細菌的富固體污泥，以及 其中厭氧消化所述第一富固體污泥的第一部分包括生成具有第二濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)厭氧消化的污泥，所述第一濃度占所述第二濃度的顯著部分。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約10%。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約25%。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約50%。
9.權(quán)利要求I的方法，其另外包括在混合部分所述第二富固體污泥和所述廢水之前需氧處理部分所述第二富固體污泥。
10.權(quán)利要求I的方法，其另外包括混合所述第一富固體污泥的第二部分和部分所述第二富固體污泥。
11.權(quán)利要求10的方法，其另外包括在厭氧消化所述第一富固體污泥的第一部分之前從所述第一富固體污泥中分離貧固體流體。
12.權(quán)利要求11的方法，其另外包括混合所述貧固體流體的至少一部分和所述第一富固體污泥的第二部分以及部分所述第二富固體污泥。
13.權(quán)利要求12的方法，其另外包括需氧處理所述貧固體流體的至少一部分、所述第一富固體污泥的第二部分以及部分所述第二富固體污泥的組合以形成至少部分經(jīng)需氧處理的組合。
14.權(quán)利要求13的方法，其另外包括混合所述至少部分經(jīng)需氧處理的組合和所述廢水。
15.權(quán)利要求14的方法，其另外包括缺氧處理所述廢水和所述至少部分經(jīng)需氧處理的組合以生成經(jīng)缺氧處理的廢水，以及其中促進聚集包括將來自所述經(jīng)厭氧消化的污泥中的產(chǎn)甲烷細菌引入所述第一混合液中。
16.權(quán)利要求I的方法，其中從所述第二貧固體部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一種包括調(diào)節(jié)所述第二貧固體部分的pH。
17.權(quán)利要求I的方法，其中從所述第二貧固體部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一種包括使所述貧固體部分接觸堿土金屬鹽。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述堿土金屬鹽包括鎂。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述堿土金屬鹽包括氯化鎂。
20.權(quán)利要求18的方法，其中從所述第二貧固體部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一種包括從所述第二貧固體部分沉淀鳥糞石。
21.廢水處理系統(tǒng),其包括 主要處理單元，其包括生物吸著罐、需氧處理罐、缺氧處理罐和厭氧消化器中的一種，所述主要處理單元具有處理單元入口和混合液出口； 第一分離器，其具有與所述混合液出口、第一貧固體流體出口和第一污泥出口流體通信的第一分離器入口； 厭氧消化器，其具有與所述第一污泥出口和第一消化器出口流體通信的消化器入口 ； 第二分離器，其具有和所述第一消化器出口、第二貧固體流體出口和第二污泥出口流體通信的第二分離器入口，其中所述第二污泥出口流體通信所述處理單元入口 ；以及 沉淀容器，其流體通信所述第二貧固體流體出口。
22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其另外包括第三分離器，其流體連接在所述第一污泥出口的下游以及所述消化器入口的上游，并具有第三貧固體流體出口和經(jīng)增稠污泥的出口。
23.權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其另外包括需氧處理單元，其具有流體通信所述第一污泥出口、所述厭氧消化器的第二消化器出口和所述第三貧固體流體出口的需氧入口以及流體通信所述處理單元入口的需氧出口。
24.權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中配置所述主要處理單元、所述第一分離器以及所述第三分離器以生成具有第一濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)增稠污泥，以及配置所述厭氧消化器以生成具有所述第二濃度的產(chǎn)甲烷細菌的經(jīng)消化厭氧污泥，其中所述第一濃度占所述第二濃度的顯著部分。
25.權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約10%。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約25%。
27.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述第一濃度占所述第二濃度的至少約50%。
28.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中所述第三分離器包含第一細菌聚生體，該第一聚生體具有的產(chǎn)甲烷微生物濃度占包含在所述厭氧消化器中的細菌第二聚生體中的產(chǎn)甲烷微生物濃度的顯著部分。
29.權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述顯著部分是至少約10%。
30.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述顯著部分是至少約25%。
31.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中所述顯著部分是至少約50%。
32.增加廢水處理系統(tǒng)的容量的方法，所述廢水處理系統(tǒng)具有生物處理系,該生物處理系具有選自厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器和需氧反應(yīng)器中的至少一種生物反應(yīng)器，所述生物處理系的富固體出口流體連接厭氧消化器的入口的上游，以及循環(huán)管線將所述厭氧消化器的出口流體連接至所述生物處理系的入口，所述方法包括 將導向至所述厭氧消化器的入口的在所述生物處理系中生成的部分富固體污泥調(diào)節(jié)至以下水平，在該水平存在于所述生物處理系中所生成的富固體污泥中的產(chǎn)甲烷細菌的濃度占存在于所述厭氧消化器中的混合液中的產(chǎn)甲烷細菌的濃度的顯著部分。
33.權(quán)利要求32的方法，其另外包括減小所述至少一種生物反應(yīng)器和所述厭氧消化器中的一個的水力停留時間。
34.權(quán)利要求32的方法，其另外包括在所述至少一種生物反應(yīng)器中生成生物絮凝物，所述生物絮凝物具有需氧外層和選自缺氧核和厭氧核中的一種。
35.權(quán)利要求34的方法，其中在所述至少一種生物反應(yīng)器中生成所述生物絮凝物包括增加所述至少一種生物反應(yīng)器的有機負荷。
36.權(quán)利要求34的方法，其中在所述至少一種生物反應(yīng)器中生成所述生物絮凝物包括減小供應(yīng)給所述至少一種生物反應(yīng)器的氧量。
37.權(quán)利要求32的方法，其另外包括增加在所述厭氧消化器中甲烷的產(chǎn)率。
38.權(quán)利要求32的方法，其另外包括將產(chǎn)甲烷細菌從所述厭氧消化器的出口經(jīng)過需氧處理操作導向至所述厭氧反應(yīng)器的入口。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有低能消耗的處理廢水的混合方法和系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)具有吸著系統(tǒng)、消化或轉(zhuǎn)化至少一部分來自吸著系統(tǒng)的固體或污泥的厭氧消化器以及部分地減小來自吸著罐的部分污泥的需氧量的需氧處理。
文檔編號C02F3/28GK102858696SQ201180020928
公開日2013年1月2日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者劉文軍, E.J.喬丹, G.W.史密斯 申請人:西門子工業(yè)公司