專利名稱：廢水的處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水的處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
下降的地下水位，人口增長(zhǎng)，越來(lái)越多的工業(yè)化，灌溉農(nóng)業(yè)的擴(kuò)大使用，以及淡水的污染使得在全世界的淡水供給日趨緊張。再生的廢水能用作補(bǔ)充水源，特別是用于非飲用水用途。農(nóng)作物和園林綠化的灌溉，是回收水的一種合適的非-飲用水用途；其構(gòu)成了總水需要量的約70％并且還從存在于廢水中的一些養(yǎng)分中受益。再生廢水的其他適當(dāng)?shù)姆?飲用水應(yīng)用包括洗滌，冷卻，火災(zāi)的預(yù)防和控制，小溪的增多，噴泉，娛樂(lè)池塘，水泥調(diào)制，粉塵控制，和廁所沖洗。盡管非飲用水有多種用途，但通常只以很小的規(guī)模進(jìn)行廢水回收。從回收位置至使用位置回收水的運(yùn)輸以及有限的生產(chǎn)方法可以代表回收水更廣泛應(yīng)用的障礙。
廢水的有效和高效的處理在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上都是很重要的。廢水處理系統(tǒng)可包括焚燒系統(tǒng)，化學(xué)處理系統(tǒng)，電解系統(tǒng)，核輻射系統(tǒng)，和物理處理系統(tǒng)。這些不同的系統(tǒng)能提供質(zhì)量各不相同的水。這些系統(tǒng)中有許多是成本高的并且相對(duì)難以運(yùn)行和維持。物理處理系統(tǒng)例如過(guò)濾由于污垢問(wèn)題和受阻的流動(dòng)而難以發(fā)展。除化學(xué)和病原體雜質(zhì)之外，引入的廢水能包括可沉降固體，例如能破壞處理系統(tǒng)零件的硬的和研磨的物質(zhì)，和可漂浮物質(zhì)，如能弄臟物理處理系統(tǒng)的脂肪，油類，潤(rùn)脂油和纖維。有用的廢水處理系統(tǒng)能提供穩(wěn)定的排出物，能夠自動(dòng)控制，尺寸相對(duì)較小，提供可用的流體和固體副產(chǎn)品，以及成本相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及一種利用膜分離或者空氣浮選分離，或兩者作為主要處理手段、將廢水流處理成有益的水和固體組分的方法和裝置。在處理方法之前，除去并分離出對(duì)膜分離器或者空氣浮選分離器有負(fù)面影響的物質(zhì)能夠改進(jìn)水的處理量，水質(zhì)和系統(tǒng)部件的壽命。在用膜分離器或者氣體浮選分離系統(tǒng)進(jìn)行處理前，從廢水中物理分離可沉降固體和可漂浮物質(zhì)可達(dá)到更高的流速。
一方面，本發(fā)明涉及一種對(duì)含可沉降固體的廢水進(jìn)行處理以形成可再用流體部分的方法。該方法包括在第一保留區(qū)(containment zone)中將廢水流分離成第一組分和第二組分。第二組分能輸入包括氣體浮選分離系統(tǒng)的第二保留區(qū)，以便形成泡沫部分和可再用的流體部分。另外，第二組分能施加至對(duì)于第二組分的選擇成分是可滲透的膜上，并且第二組分可在該膜的表面上濃縮，以形成固體濃縮物和可再用的流體部分。第一組分包括一定量的可沉降固體，其量大于第二組分中可沉降固體的量。該方法可包括在分離第一組分和第二組分之前對(duì)廢水流進(jìn)行粉碎。在第二組分和膜之間可產(chǎn)生高剪切力。
在某些實(shí)施方案中，分離還可以包括通過(guò)廢水流注入分離槽所產(chǎn)生的力，通過(guò)重力，或通過(guò)其組合使可沉降固體沉降。
當(dāng)可應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明的方法可包括將氣體的氣泡引入氣體浮選分離系統(tǒng)中的第二組分中；將第二組分保留在第二保留區(qū)中，其時(shí)間間隔足以使氣泡上升并且通過(guò)第二組分以形成泡沫部分；以及從第二保留區(qū)中除去該泡沫部分以便留下可再用的流體部分。上升的氣泡可吸附懸浮顆粒和溶解的有機(jī)化合物，并且能夠使其漂浮至第二保留區(qū)的表面并形成泡沫部分。該方法還可以包括將第一組分和泡沫部分混合以形成淤漿流，并且在某些實(shí)施方案中，對(duì)該淤漿流進(jìn)行處理。所述氣體可包括臭氧。
可以對(duì)可再用的流體部分進(jìn)行消毒。這可例如通過(guò)使可再用的流體部分暴露至紫外線輻射而完成。在某些實(shí)施方案中，消毒可包括將化學(xué)氧化劑，例如臭氧與可再用的流體部分混合。
可再用的流體部分可施加至不飽和土壤。該土壤可幫助除去和生產(chǎn)性的再使用包含在可再用的流體部分中的植物營(yíng)養(yǎng)物，并使凈化水返回至下層含水層(underlying aquifers)。
該方法可包括從膜中以淤漿部分的形式除去固體濃縮物并將淤漿部分返回至廢水流中。該方法可包括在膜分離之前或之后，使可再用的流體部分通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)。過(guò)濾系統(tǒng)例如可以反沖以產(chǎn)生一定量反沖物質(zhì)，并且其可以與淤漿部分結(jié)合。過(guò)濾系統(tǒng)可包括固定-膜生物過(guò)濾器。過(guò)濾系統(tǒng)可包括在第三保留區(qū)內(nèi)、涂有生物薄膜的過(guò)濾介質(zhì)。與生物過(guò)濾器的薄膜接觸能夠除去剩余的懸浮固體，硝化溶解且懸浮的氮化合物，并且使生化需氧量的其它源頭減少。生物過(guò)濾器可以是可反沖的。
廢水可以從下水道獲得。第一組分和泡沫部分可以合并以形成能夠返回至獲取廢水位置下游的下水道的淤漿流。在某些實(shí)施方案中，淤漿流可以輸入第三保留區(qū)中，以便將其分離成上清液部分和沉降部分。在第三保留區(qū)中足夠的停留時(shí)間能夠使可沉降固體真正地沉降至該區(qū)的底部。在第三保留區(qū)中，固體顆?？梢酝ㄟ^(guò)主要是缺氧性的生物學(xué)方法來(lái)分解。上清液部分可以返回至第一保留區(qū)或者第二保留區(qū)或者輸送至地下浸濾場(chǎng)(leach field)。
另一方面，本發(fā)明涉及處理含可沉降固體廢水的裝置。該裝置包括可沉降固體分離器，所述分離器包括具有上端，下端，以及連接上端和下端的外壁的容器。可沉降固體分離器還包括部分成切線地穿過(guò)容器外壁的入口，鄰近容器上端的第一出口，和鄰近容器下端的第二出口。該裝置還包括一分離系統(tǒng)。該分離系統(tǒng)可以是具有入口和滲透物出口的膜分離系統(tǒng)。入口和滲透物出口被膜分開。流體管道與可沉降固體分離器的第一出口和膜分離系統(tǒng)的入口流體連接。該膜分離系統(tǒng)還可以包括濃縮物端口。施加于膜分離系統(tǒng)入口的運(yùn)動(dòng)壓力可以由與入口流體連通的進(jìn)料泵提供。另外，分離系統(tǒng)可以是氣體浮選分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括入口和可再用的流體部分的出口，以及與可沉降固體分離器的第一出口和氣體浮選分離系統(tǒng)的入口流體連接的流體管道。
可沉降固體分離器可以是渦流分離器。可沉降固體分離器還可以包括設(shè)置在容器第一出口和上端之間的通風(fēng)和溢流口?？沙两倒腆w分離器的第二出口可以是與用于清除固體、在容器底部的開口相連的沉降固體的出口；所述固體通過(guò)渦流被掃向開口。氣體浮選分離系統(tǒng)可以分離并除去剩余的可沉淀和懸浮的固體，以及在可沉降固體分離器上清液中的某些溶解固體。
氣體浮選分離系統(tǒng)可包括氣體浮選分離容器，所述分離容器包括具有上端，下端，以及連接上端和下端的外壁。入口可以鄰近容器的上端，并且可再用的流體部分的出口可以在入口和下端之間。所述容器還可以包括在入口和上端之間的浮渣溢流和排氣孔，以及在浮渣溢流和排氣孔和下端之間的注氣口(gas injection port)。注氣口可以是流體循環(huán)線路的一部分，所述線路包括在氣體浮選分離容器中低標(biāo)高的端口，泵送入口管道，泵，文丘里噴嘴，和與注氣口連通的回流管。循環(huán)通過(guò)噴嘴的流體將氣體以小氣泡形式引入液流中，所述氣泡通過(guò)注氣口引入氣體浮選分離器中。
在某些實(shí)施方案中，在可沉降固體分離器的第一出口和膜分離系統(tǒng)的入口之間可包括平衡容器，該容器可以具有上端，下端，和連接上端和下端的外壁。該容器還可以包括在容器正常液位和上端之間的浮渣溢流和排氣孔。平衡容器的入口可以在分離器第一出口的下面。平衡容器的出口可以處于下端處。
膜分離器系統(tǒng)進(jìn)料泵可以接收如輸入的澄清的廢水，所述廢水或者直接來(lái)自可沉降固體分離器的第一出口，或者在某些實(shí)施方案中來(lái)自平衡容器的出口。該裝置還可以包括過(guò)濾系統(tǒng)，所述系統(tǒng)有入口和濾液出口，其中該入口與進(jìn)料泵流體連通，并且濾液出口與膜分離系統(tǒng)進(jìn)料入口流體連通。過(guò)濾系統(tǒng)可以是可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)，固定膜生物過(guò)濾器系統(tǒng)，或可反沖的固定-膜生物過(guò)濾器系統(tǒng)?？煞礇_的過(guò)濾器可以包括過(guò)濾盤。
滲透物管道可以使膜分離系統(tǒng)的滲透物出口與消毒系統(tǒng)流體連接，所述消毒系統(tǒng)可以包括紫外消毒系統(tǒng)或者臭氧處理系統(tǒng)，或者兩者。臭氧處理系統(tǒng)可以包括封閉的臭氧處理容器，該容器具有與滲透流動(dòng)區(qū)域流體連通的臭氧注射區(qū)域。臭氧輸送管道可以流體連接可沉降固體分離器的封閉氣氛和封閉的臭氧處理容器。
澄清的流體管道可以使氣體浮選分離容器的可再用的流體部分出口與消毒系統(tǒng)流體連接，所述消毒系統(tǒng)可以包括紫外消毒系統(tǒng)或者臭氧處理系統(tǒng)，或者兩者。紫外消毒系統(tǒng)可以包括對(duì)紫外線輻射是透明的并且可再用的流體部分通過(guò)的一個(gè)或多個(gè)透明塑料管，包圍塑料管的紫外線燈，和包含管和燈的組件的外殼。紫外線燈裝置可以在包圍燈的空間中產(chǎn)生臭氧。臭氧可以從外殼提取，所述外殼可以用作臭氧發(fā)生器。臭氧輸送管道可以流體連接可沉降固體分離器的封閉氣氛和臭氧處理系統(tǒng)的封閉的臭氧處理容器。暴露至紫外線輻射可以直接殺死生物體，并且如果溶解的臭氧包含在流體中的話，它可以產(chǎn)生進(jìn)一步消毒、除去氣味和顏色、減少生化需氧量，和氧化流體中有害的化合物的強(qiáng)力的氧化劑。
該裝置可以包括廢水泵，如與可沉降固體分離器的入口流體連通的粉碎廢水泵。
該裝置還可以包括與膜分離系統(tǒng)的濃縮物出口流體連通的限流器。限流器可用于調(diào)節(jié)處理的流量。該限流器可周期地用于阻滯流動(dòng)，以便使可沉降固體分離器的容器和平衡容器兩者的液位上升超過(guò)兩容器的溢流口，借此使容器表面上積累的浮渣層及其他漂浮物通過(guò)浮渣溢流口和與淤漿部分管道流體連通的排氣孔排入淤漿部分中。淤漿部分管道可以與可沉降固體分離器的第二出口流體連通。限流器的出口可以與可沉降固體分離器容器或者平衡容器流體連通。
在特定的實(shí)施方案中，該裝置可以包括固體處理系統(tǒng)。固體處理系統(tǒng)可以包括一入口和一出口。所述入口可以與淤漿部分管道流體連通。固體處理系統(tǒng)可以包括具有與淤漿流連接的入口，和出口的容器。固體處理系統(tǒng)的體積足以例如通過(guò)主要是缺氧性的生物方法使淤漿流中的可沉降固體沉降和分解。固體處理系統(tǒng)的出口可以與可沉降固體分離器的入口流體連通。固體處理系統(tǒng)的出口可以與可重力沉降分離容器的入口流體連通。
另一方面，本發(fā)明涉及處理含可沉降固體的廢水的裝置。該裝置包括渦流分離器和臭氧處理系統(tǒng)。渦流分離器包括具有上端、下端、和連接上端和下端的外壁的、封閉的分離器容器，在容器上端附近部分成切向地通過(guò)外壁的入口，在容器上端附近的第一出口，以及在容器下端附近的第二出口。臭氧處理系統(tǒng)包括封閉的臭氧處理容器，所述容器具有流體入口和與流體流動(dòng)區(qū)域流體連通的臭氧注射區(qū)域。流體管道流體地將渦流分離器的第一出口連接至臭氧處理系統(tǒng)的流體入口，并且封閉的分離器容器和封閉的臭氧處理容器通過(guò)臭氧輸送管道流體地連通。
所述方法提供了一種獲得可再用水的簡(jiǎn)單、可靠、迅速、緊湊并且便宜的方法，該方法克服了傳統(tǒng)廢水生物處理方法的許多不足。例如，所述裝置和方法與紙過(guò)濾器，膜，或者生物系統(tǒng)單獨(dú)相比，將更可靠并且更有效地進(jìn)行。該裝置是完整的廢水回收系統(tǒng)，尤其是，該系統(tǒng)能夠使運(yùn)輸費(fèi)用最小化，能夠避免利用內(nèi)在地不可靠的并且維護(hù)密集(maintenance-intensive)的廢水處理，能夠克服過(guò)去物理或化學(xué)系統(tǒng)的某些限制，能夠產(chǎn)生可再用的或者容易地處理的殘留副產(chǎn)品，能夠是緊湊、經(jīng)濟(jì)、可靠、且無(wú)味的，并且能夠產(chǎn)生適于各種再使用用途的高質(zhì)量徹底地消毒的水，如灌溉及其他非苛刻的再使用用途，洗滌，冷卻及其他工業(yè)用途，或者水產(chǎn)業(yè)以及排放至地表水體中。所述方法和裝置還可以在裝置的周圍產(chǎn)生無(wú)味的環(huán)境。因此，廢水回收系統(tǒng)特別適于其中所產(chǎn)生的水高效地再用于處理廠附近的就地應(yīng)用或局部應(yīng)用。
本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)闡明在下面的附圖和說(shuō)明中。本發(fā)明的其它特征、目的、和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)所述說(shuō)明和附圖，以及根據(jù)權(quán)利要求書將是顯而易見的。


圖1是包括固體處理系統(tǒng)的水回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖2是包括將固體殘留物返回至下水道的水回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖3是分離槽的平面圖。
圖4是包括臭氧處理系統(tǒng)的水回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖5是滲透物處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖6是固體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖7是包括固體處理系統(tǒng)的水回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖8是包括將固體殘留物返回至下水道的水回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖9是水回收系統(tǒng)的過(guò)濾部分和消毒部分的簡(jiǎn)圖，其中過(guò)濾部分是膜分離系統(tǒng)。
圖10是水回收系統(tǒng)的過(guò)濾部分和消毒部分的簡(jiǎn)圖，其中過(guò)濾部分包括可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)。
圖11是固體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
在不同的附圖中同樣的參考符號(hào)表示同樣的元件。
詳細(xì)說(shuō)明參考圖1-2，水回收系統(tǒng)包括可沉降固體分離器32，如渦流分離器，平衡且在適當(dāng)位置清洗的容器52，過(guò)濾系統(tǒng)78，如可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)，膜分離系統(tǒng)100，滲透處理系統(tǒng)62，和固體處理系統(tǒng)92(圖1)或下水道20(圖2)。廢水21收集在地下儲(chǔ)罐22(圖1)或濕井96(圖2)；所述廢水可以包含衛(wèi)生及其他的廢物。地下儲(chǔ)罐22或者濕井96包含可浸沒(méi)的污水泵24。優(yōu)選的是，泵24是粉碎泵，例如由Vaughan Chopper Pumps(Montesano，Washington)制造的切碎泵，該泵將同時(shí)將廢水21中較大的固體切碎，或者粉碎成淤漿。淤漿由管道26泵送通過(guò)止回閥28并通過(guò)可沉降固體分離器32的入口30進(jìn)入可沉降固體分離器32。
可沉降固體分離器32包括容器10，該容器10具有由外壁14連接到下端13的上端12。第一出口42位于靠近上端12的外壁14中。入口30部分成切向地穿過(guò)靠近上端12的外壁14。第二出口46鄰近下端13。分離器32的封閉氣氛40與連接到通風(fēng)和浮渣溢流管45上的通風(fēng)和浮渣溢流口44流體連接。下端13包括第二出口46，該出口連接到包括固體泵48的管道49。固體泵48可以是例如得自Monyo Inc.(Springfield，Ohio)的漸進(jìn)腔式泵(progressing cavity pump)。參考圖1，固體泵48和排水閥47通過(guò)管道45將固體排入固體處理系統(tǒng)92，所述系統(tǒng)通過(guò)輸出口94排放處理過(guò)的物質(zhì)。參考圖2，固體泵48和排水閥47通過(guò)管道45將固體排放入下水道20。
參考圖3，使分離器32的入口30定向，以產(chǎn)生圍繞環(huán)形插入板(dipplate)34、溢流道36，和折流板38的頂端運(yùn)行的離心式流動(dòng)圖案98。溢流道36連接至插入板34的內(nèi)壁上。第一出口42從溢流道36引出流體。通風(fēng)和浮渣溢流口44位于分離器32的一側(cè)。第二出口46在容器10的中央。環(huán)形的內(nèi)部折流板38接近第二出口46，所述折流板38呈圓錐形狀向外張開。
參考圖1-3，第一出口42通過(guò)流體管道51將溢流道36的內(nèi)含物輸送至氣體浮選分離系統(tǒng)52。參考圖1-2和4，平衡并在適當(dāng)位置清洗的容器52通過(guò)入口54接收可沉降固體分離器32的排出物。入口54鄰近容器52的上端55。容器52具有在入口54之下并且鄰近下端57的、可再用的流體部分出口56。浮渣溢流和排氣孔60設(shè)置在容器52正常液位之上、容器52的上端55，并排放至管道50中。外壁61連接下端57和上端55。
出口56流體連接到進(jìn)料泵66。出口56是通過(guò)管道110至過(guò)濾系統(tǒng)78，和通過(guò)進(jìn)料管道102至膜分離系統(tǒng)100的線路的一部分。合適的膜分離系統(tǒng)得自Komline-Sanderson(Peapack，New Jersey)和New Logic International(Emeryville，California)并描述于例如US6,027,656；4,952,317；5,014,564和5,837,142中；在此將其引入作為參考。來(lái)自膜分離系統(tǒng)100的濃縮物輸出物通過(guò)濃縮物管道106，流量控制閥82，回流管道58，和可沉降固體分離器32的入口30。來(lái)自膜分離系統(tǒng)100的滲透物出口的滲透物通過(guò)管道104至滲透物處理系統(tǒng)62。來(lái)自進(jìn)料泵66的支流通過(guò)排水閥105和管道111至連接管道80。必要時(shí)，洗滌液可以通過(guò)管道113供應(yīng)到平衡和在適當(dāng)位置清洗的容器52。可再用的流體部分從出口108排出。由于廢水中大多數(shù)沉降和浮選的固體已經(jīng)被可沉降固體分離器32除去，因此，膜分離系統(tǒng)100的分離特性能夠被更有效地利用。
參考圖2，殘存固體返回至下水道20。來(lái)自下水道20的廢水21排入濕井96，所述濕井的標(biāo)高低于下水道20。不使用分離固體處理系統(tǒng)，而將來(lái)自泵48的沉降固體，來(lái)自管道45和50的泡沫、氣體和可漂浮的固體以及來(lái)自管道80的過(guò)濾器反沖物在濕井96入口的下游位置返回至下水道20。
參考圖4和5，膜分離系統(tǒng)100的滲透物出口管道104通過(guò)入口85將滲透物輸送至臭氧接觸容器86中。容器86是封閉的，其中滲透物入口85鄰近上端89，而可再用的流體部分出口108鄰近下端91。容器86包括位于稍低于入口85的循環(huán)出口93，稍微高于可再用的流體部分出口108的循環(huán)入口95，和鄰近上端97并在容器正常的操作液位上面的泡沫和臭氧出口97。循環(huán)出口93是通過(guò)管道74，循環(huán)泵111，氣體注射器噴嘴70，紫外消毒系統(tǒng)84和管道74返回至循環(huán)入口95的一部分管道。臭氧氣體由臭氧發(fā)生器76提供給氣體注射器噴嘴70。參考圖4，來(lái)自出口97的泡沫和剩余的臭氧氣體可通過(guò)管道114傳送至可沉降固體分離器32的空間40中。參考圖5，系統(tǒng)62包括能夠插在滲透物管道104和臭氧接觸容器86之間的、可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)112。當(dāng)存在生物過(guò)濾器系統(tǒng)112時(shí)，可再用的流體部分可用于各種用途，如水產(chǎn)業(yè)，或者排放至其中水中的氮化合物被硝化是重要的并且具有低的生化需氧量的地表水體中。對(duì)于水產(chǎn)業(yè)用途，迅速的處理方法可以保存水中的熱量。合適的可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)描述于US5,232,586和5,445,740中，在此將其引入作為參考，并且包括由AquacultureSystems Technologies Systems Technologies L.L.C.(Jefferson，Louisiana)制造的Bubble Washed Bead Filters和Propeller Washed Bead Filters。生物過(guò)濾器系統(tǒng)112可以通過(guò)管道107反沖進(jìn)入下水道20或者處理系統(tǒng)92中。生物過(guò)濾器系統(tǒng)的反沖可以用重力來(lái)完成，其中利用壓縮空氣或機(jī)動(dòng)的推進(jìn)器對(duì)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行攪拌并釋放積累的物質(zhì)。生物過(guò)濾器系統(tǒng)的反沖頻率可以常規(guī)操作間隔進(jìn)行，或者可以通過(guò)增加進(jìn)料反壓力來(lái)啟動(dòng)。
參考圖7-8，水回收系統(tǒng)包括可沉降固體分離器32，如渦流分離器，氣體浮選分離系統(tǒng)52，例如泡沫分離罐，過(guò)濾系統(tǒng)78，如可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)，消毒系統(tǒng)65，和固體處理系統(tǒng)92(圖7)或下水道20(圖8)。消毒系統(tǒng)65包括臭氧處理系統(tǒng)76和紫外消毒系統(tǒng)84。廢水21收集在地下儲(chǔ)罐22(圖7)或濕井96(圖8)中；所述廢水可以包含衛(wèi)生及其他的廢物。地下儲(chǔ)罐22包含可浸沒(méi)的污水泵24。優(yōu)選的是，泵24是粉碎泵，例如由Vaughan ChopperPumps(Montesano，Washington)制造的切碎泵，該泵將同時(shí)將廢水21中較大的固體切碎，或者粉碎成淤漿。淤漿由管道26泵送通過(guò)止回閥28并通過(guò)可沉降固體分離器32的入口30進(jìn)入可沉降固體分離器32中。
參考圖3，7-8，第一出口42通過(guò)流體管道51將溢流道36的內(nèi)含物輸送至氣體浮選分離系統(tǒng)52。參考圖7-8和9-10，氣體浮選分離系統(tǒng)52包括通過(guò)入口54接收可沉降固體分離器32的排出物的容器53。入口54鄰近容器53的上端55。容器53具有在入口54之下并且鄰近下端57的、可再用的流體部分出口56。注氣口58設(shè)置在稍高于端口56并且鄰近下端57，并且浮渣溢流和排氣孔60向著容器53的上端55，排放至管道50。外壁61連接下端57和上端55。
出口56流體連接到消毒系統(tǒng)65。消毒系統(tǒng)65可以包括其中流體能夠接觸臭氧的臭氧處理區(qū)，例如作為包括臭氧的加壓氣氛中的噴霧。加壓氣氛可以通入其他的臭氧系統(tǒng)中。出口56是通過(guò)循環(huán)泵66，管道68，氣體注射器噴嘴70，和管道74返回至注氣口58的線路的一部分。管道68給臭氧處理系統(tǒng)69進(jìn)料。用于浮選分離系統(tǒng)的氣體，如來(lái)自臭氧發(fā)生器76的臭氧和空氣的混合物供至注射器70。來(lái)自管道68的側(cè)流管道72通過(guò)過(guò)濾器78，流量控制閥82，和紫外消毒系統(tǒng)84將來(lái)自泵66的一部分排出物通過(guò)入口88輸送至輸出平衡罐86，所述過(guò)濾器78可以是可反沖的過(guò)濾器?？稍儆玫牧黧w部分從出口90排出。
參考圖9，過(guò)濾系統(tǒng)65可包括膜分離系統(tǒng)100。合適的膜分離系統(tǒng)得自Komline-Sanderson(Peapack，New Jersey)和New Logic International(Emeryville，California)并描述于例如US6,027,656；4,952,317；5,014,564和5,837,142中；在此將其引入作為參考。包含膜分離系統(tǒng)的系統(tǒng)可以產(chǎn)生主要用于工業(yè)應(yīng)用如洗滌和冷卻的、不含水的顆粒材料，其中殘留物返回至下水道。氣體浮選分離系統(tǒng)52的出口56流體連接到泵66，所述泵輸出至膜分離系統(tǒng)100。旁通閥108控制臭氧處理系統(tǒng)69的流量，流量控制閥82控制膜分離系統(tǒng)100的流量，而排泄閥109控制下水道20的流量。膜分離系統(tǒng)100不僅有濃縮排出物106而且有滲透排出物104。管道106和110合并以對(duì)氣體注射器噴嘴70供料，所述氣體注射器噴嘴通過(guò)管道74流體連接到容器53的氣體入口58。通過(guò)管道104，滲透排出物流體地連接到紫外消毒系統(tǒng)84和輸出平衡罐86的入口88。管道104還連接到排泄閥105。排泄閥105和109分別通過(guò)管道107和111排空至下水道20。必要時(shí)，洗滌液可以通過(guò)管道113供應(yīng)到氣體浮選分離系統(tǒng)52。
在圖1-3的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入地下儲(chǔ)罐22或者井96的廢水21由泵24經(jīng)止回閥28通過(guò)端口30泵入可沉降固體分離器32中，其中流動(dòng)以切線方向?qū)虮?4，借此使分離器的內(nèi)含物慢慢地循環(huán)。當(dāng)分離器的內(nèi)含物循環(huán)時(shí)，在廢水中的可漂浮的物質(zhì)，例如脂肪，油類和潤(rùn)脂油沿罐周邊迅速地上升，使其主要地截留在插入板34和壁14之間的環(huán)形空間中。廢水中可沉降固體，例如砂礫，沙，石頭，刀片，塑料，及其他外來(lái)的固體物質(zhì)通過(guò)沿分離器外周邊進(jìn)行循環(huán)而落至分離器32的底部。當(dāng)可沉降固體到達(dá)分離器底部時(shí)，它們將由折流板之外的循環(huán)流體和對(duì)于中心相對(duì)靜態(tài)的流體的速度差所產(chǎn)生的向心力向內(nèi)清掃。到達(dá)折流板38外傾斜面的固體逐漸地向下滑動(dòng)并落至罐的錐形底表面上。由折流板38下相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)所產(chǎn)生的向心力向內(nèi)清掃沉降固體并將其截留在折流板下面。一旦截留在折流板內(nèi)，懸浮固體將慢慢地聚集并下沉至底部。沉降固體通過(guò)出口46排出分離器。相對(duì)不含可沉降和可漂浮的固體并主要包含溶解和懸浮的固體的流體在環(huán)形插入板36之內(nèi)朝分離器頂端上升，并通過(guò)溢流道36和端口42排出分離器。通過(guò)端口46排出的組分，與通過(guò)端口42排出的組分相比包含更多的可沉降固體。
排出端口42的流體組分在入口54處進(jìn)入平衡且在適當(dāng)位置清洗的容器52中，并且通過(guò)泵66經(jīng)出口56泵送出容器52，經(jīng)管道110進(jìn)入過(guò)濾系統(tǒng)78。在過(guò)濾系統(tǒng)78之后，流體通過(guò)管道102進(jìn)入膜分離系統(tǒng)100。在膜分離系統(tǒng)100之內(nèi)，一部分流體通過(guò)膜并以滲透物的形式輸出至管道104，而其余流體以濃縮物形式通過(guò)管道106排出系統(tǒng)100。
流量控制閥82，污水泵24，循環(huán)泵66，和沉降固體泵48協(xié)調(diào)工作，以控制整個(gè)系統(tǒng)中的流量。在通常的操作條件下，閥82通常以與通過(guò)泵24進(jìn)入系統(tǒng)的流量相匹配的方式進(jìn)行設(shè)置，以致使，容器10和52中的液位保持穩(wěn)定。通過(guò)閥82控制流量的一種方法是將閥82與容器52中的漂浮導(dǎo)閥互連，所述漂浮導(dǎo)閥例如由700-60型漂浮-控制的閥系統(tǒng)提供，該閥系統(tǒng)得自Bermad Control Valves(Anaheim，California)。通過(guò)增加進(jìn)料壓力而使通過(guò)膜分離系統(tǒng)的流量增加，所述壓力可以通過(guò)限制流過(guò)閥82的流量而改變。
滲透部分排出管道104，其基本上不含懸浮的、可沉降的和可漂浮的固體。不同的后處理可由滲透處理系統(tǒng)62提供，所述處理系統(tǒng)將根據(jù)所產(chǎn)生的可再用的流體部分預(yù)定的最終用途而有所不同。
在圖7-9的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入地下儲(chǔ)罐22或者井96的廢水21由泵24經(jīng)止回閥28通過(guò)端口30泵入可沉降固體分離器32中，其中流動(dòng)與壁14成切線定向，借此使分離器的內(nèi)含物慢慢地循環(huán)。當(dāng)分離器的內(nèi)含物循環(huán)時(shí)，在廢水中的可漂浮的物質(zhì)，例如脂肪，油類和潤(rùn)脂油沿罐周邊迅速地上升，使其主要地截留在插入板34和壁14之間的環(huán)形空間中。廢水中可沉降固體，例如砂礫，沙，石頭，刀片，塑料，及其他外來(lái)的固體材料通過(guò)沿分離器外周邊進(jìn)行循環(huán)而落至分離器32的底部。當(dāng)可沉降固體到達(dá)分離器底部時(shí)，它們將由折流板之外的循環(huán)流體和對(duì)于中心相對(duì)靜態(tài)的流體的速度差所產(chǎn)生的向心力向內(nèi)清掃。到達(dá)折流板38外傾斜面的固體逐漸地向下滑動(dòng)并落至罐的錐形底表面上。由折流板38下相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)所產(chǎn)生的向心力向內(nèi)清掃沉降固體并將其截留在折流板下面。一旦截留在折流板內(nèi)，懸浮固體將慢慢地聚集并下沉至底部。沉降固體通過(guò)出口46排出分離器。相對(duì)不含可沉降和可漂浮的固體并主要包含溶解和懸浮的固體的流體在環(huán)形插入板36之內(nèi)朝分離器頂端上升，并通過(guò)溢流道36和端口42排出分離器。通過(guò)端口46排出的組分，與通過(guò)端口42排出的組分相比包含更多的可沉降固體。
排出端口42的流體組分可以在入口54處進(jìn)入氣體浮選分離系統(tǒng)52，其中流體組分將遇到在分離器52的流體中上升的、在端口58處注入的、小氣泡62的連續(xù)上升流，如空氣-臭氧混合物。氣泡62使固體和可漂浮物質(zhì)上升至液面。空氣-臭氧氣泡使流體中的懸浮固體，蛋白質(zhì)，油類，洗滌劑及其他表面活性劑上升該表面并形成泡沫的泡沫部分64和由泡沫分離得到的浮渣。將臭氧添加至由噴嘴70注射的空氣中，可以幫助消毒，除去氣味和顏色，以及使流體的化學(xué)需氧量減少。流體自入口54至出口56的向下流動(dòng)將對(duì)抗氣泡的向上流動(dòng)，這將增加流體-氣泡的接觸時(shí)間和接觸程度。
可再用的流體部分以凈化狀態(tài)排出出口56?？稍儆玫牧黧w部分基本上不含懸浮的、可沉降的和可漂浮的固體，并且可以是除臭、消毒、和無(wú)色的。在泵66的壓力下，一部分可再用的部分由管道72轉(zhuǎn)向通過(guò)可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)78，所述過(guò)濾系統(tǒng)截留可能殘留的任何更大的懸浮固體。來(lái)自過(guò)濾系統(tǒng)78的濾液通過(guò)流量控制閥82，然后通過(guò)紫外消毒系統(tǒng)84，所述系統(tǒng)將殺死可再用的流體部分中的、通過(guò)給予直接殺菌照射可能仍活著的生物。來(lái)自系統(tǒng)84的紫外線輻射也破環(huán)可再用部分中的殘余臭氧，例如通過(guò)將溶解的臭氧轉(zhuǎn)化成過(guò)氧化氫和高度活性的游離基，所述轉(zhuǎn)化物質(zhì)還將對(duì)水進(jìn)行消毒，除去顏色和氣味，并氧化不希望的物質(zhì)。來(lái)自過(guò)濾器78的反沖物通過(guò)管道80輸送至固體處理系統(tǒng)92，在該系統(tǒng)中，使沉降的和可漂浮的固體，以及來(lái)自在前處理階段的泡沫和氣體結(jié)合。
過(guò)濾系統(tǒng)78除去可能破壞膜分離系統(tǒng)100的膜，或者減小由該系統(tǒng)可完成的流量的大顆粒。對(duì)于過(guò)濾系統(tǒng)78，可以選擇幾種類型的過(guò)濾系統(tǒng)。一個(gè)優(yōu)選的系統(tǒng)是使用多個(gè)盤形過(guò)濾器的、可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)，如由ArkalFiltration Systems(Kibbutz Bet Zera，Jordan Valley，Israel)制造的圓盤過(guò)濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠過(guò)濾出小至10微米的材料，利用多個(gè)過(guò)濾器組件提供連續(xù)流動(dòng)。合適的過(guò)濾系統(tǒng)描述于US4,655,911中，在此將其引入作為參考。在圖1所述的系統(tǒng)中，希望過(guò)濾器的孔為200微米或更小，或者20微米或更小，以便除去有關(guān)的顆粒材料?？煞礇_的過(guò)濾系統(tǒng)可以使用每次反沖一個(gè)過(guò)濾器組件的簡(jiǎn)單和可靠的反沖方法，而沒(méi)有進(jìn)行反沖的組件對(duì)于過(guò)濾水繼續(xù)有效?？諝?輔助的反沖步驟可以產(chǎn)生小量的反沖物，這將減少系統(tǒng)的反沖排出物?？煞礇_的過(guò)濾系統(tǒng)可以使用當(dāng)組分過(guò)濾器的壓差超過(guò)預(yù)定值時(shí)將啟動(dòng)的、自動(dòng)反沖循環(huán)。
在可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)之前進(jìn)行的固體沉降和氣體浮選分離除去了廢水中大部分可沉降的、漂浮和懸浮的固體，借此使過(guò)濾器的工作負(fù)荷減至最少，并相應(yīng)地使所需的反沖時(shí)間和次數(shù)減至最少。此外，當(dāng)臭氧用于氣體浮選分離系統(tǒng)時(shí)，能夠減少或消除過(guò)濾系統(tǒng)78中的生物生長(zhǎng)。
流量控制閥82，污水泵24，循環(huán)泵66，和沉降固體泵48協(xié)調(diào)工作，以控制整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)首次啟動(dòng)操作時(shí)，使泵66運(yùn)行，以便對(duì)氣體浮選分離系統(tǒng)52充空氣和臭氧，借此在容器53中使水凈化，而泵24保持關(guān)閉狀態(tài)，閥82關(guān)閉，以阻止任何排出物。在足以于容器53的底部使水凈化的間歇之后，啟動(dòng)污水泵24并打開閥82。對(duì)流量進(jìn)行設(shè)置，以便維持通過(guò)該系統(tǒng)的希望流量。在通常的操作條件下，閥82通常以與通過(guò)泵24進(jìn)入系統(tǒng)的流量相匹配的方式進(jìn)行設(shè)置，以致使容器10和53中的液位保持穩(wěn)定。通過(guò)閥82控制流量的一種方法是將閥82與容器53中的漂浮導(dǎo)閥連通，所述漂浮導(dǎo)閥例如由Bermad 700-60型漂浮-控制的閥系統(tǒng)提供，該閥系統(tǒng)得自BermadControl Valves(Anaheim，California)。
隨著時(shí)間的推移，容器52中懸浮和溶解的固體將日益變濃，這將堵塞系統(tǒng)100的膜。當(dāng)保持滲透物流量時(shí)，膜的堵塞可導(dǎo)致更高的輸送壓力。當(dāng)由外部控制系統(tǒng)檢測(cè)到更高的壓力時(shí)，在預(yù)定壓力限度達(dá)到之后，可啟動(dòng)清洗循環(huán)。在清洗循環(huán)期間，可按照下列順序(1)通過(guò)關(guān)閉泵24而停止經(jīng)入口54向容器52的流動(dòng)；(2)通過(guò)打開排泄閥105，和關(guān)閉閥82而對(duì)容器52進(jìn)行凈化；(3)對(duì)容器52填充洗滌液，例如通過(guò)輸入端113填充熱水和堿液的混合物；(4)打開閥82并關(guān)閉閥105；(5)使洗滌液通過(guò)膜分離系統(tǒng)100一段時(shí)間，其中一部分以滲透物和處理物的形式排出；和(6)關(guān)閉閥82并打開閥105，通過(guò)閥105，管道111將洗滌液泵出罐52并進(jìn)入下水道20。在清洗循環(huán)之后，可通過(guò)關(guān)閉閥105和打開泵24而開始啟動(dòng)頁(yè)序，以使新的流體能夠通過(guò)入口54進(jìn)入罐52。
在該系統(tǒng)操作期間，浮渣層將在容器10，32，52或53中流體的表面上發(fā)展。在離開輸入泵24運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)周期地關(guān)閉閥82一時(shí)間間隔可從系統(tǒng)中清除浮渣層。這將使容器10，32，52或53中的液位上升，并最終通過(guò)端口44和60、通過(guò)管道45和50溢入固體處理系統(tǒng)92(圖1或7)或下水道20(圖2和8)中。一旦浮渣層清除，可以再次打開閥82，以便通過(guò)閥82調(diào)整流量，以將液位返回至目標(biāo)液位。
與通過(guò)系統(tǒng)的總流量配合，周期性地打開和關(guān)閉沉降固體泵48，以便將受控量的固體殘留物計(jì)量輸送至固體處理系統(tǒng)92(圖1或7)或下水道20(圖2或8)。對(duì)于實(shí)施方案圖1或7，在處理之前使固體高度濃縮至5％重量固體的范圍內(nèi)，以便使所需后處理的體積最小化。通過(guò)用泵48計(jì)量固體殘留物，能夠取得更高的固含量。通常，排泄閥47是關(guān)閉的，但它也能夠打開以迅速地使罐32排空。
濃縮物向可沉降固體分離器32的返回可利用保留在濃縮物流中的動(dòng)能，以有助于在容器10中保持流動(dòng)，如離心式流動(dòng)，并借此改善分離效率。甚至在污水泵24關(guān)閉之后也能夠保持所述離心作用，借此，在容器52和10排空時(shí)，有助于將容器10中的固體限制在圓錐形-底的中央截面。
參考圖9，該系統(tǒng)可以這樣來(lái)操作首先打開閥108一段時(shí)間，以使氣體如空氣和臭氧填充容器53，借此凈化排出端口56的水。此時(shí)閥82和109可以關(guān)閉，以便阻止來(lái)自系統(tǒng)的任何排出物。在保證水充分凈化的時(shí)間間隔之后，可以關(guān)閉閥108并且可以打開閥82，以便調(diào)節(jié)流量，從而如上所述與輸入泵的流量匹配。隨后，使所有流量沿線路流經(jīng)膜分離系統(tǒng)100，其中以滲透物排出該系統(tǒng)的側(cè)流通過(guò)管道104并通過(guò)紫外消毒系統(tǒng)84。隨著時(shí)間的推移，容器53中懸浮和溶解的固體將日益變濃，這將淤塞系統(tǒng)100的膜。當(dāng)保持滲透物流量時(shí)，膜的堵塞可導(dǎo)致更高的輸送壓力。當(dāng)由外部控制系統(tǒng)檢測(cè)到更高的壓力時(shí)，在預(yù)定壓力限度達(dá)到之后，可啟動(dòng)清洗循環(huán)。在清洗循環(huán)期間，可按照下列順序(1)通過(guò)關(guān)閉泵24而停止經(jīng)入口54向容器53的流量；(2)通過(guò)打開排泄閥109并關(guān)閉閥108和82而凈化容器53；(3)通過(guò)輸入端113用洗滌液填充容器53，所述洗滌液例如熱水和堿液的混合物；(4)打開閥82和105；(5)使洗滌液循環(huán)通過(guò)膜分離系統(tǒng)100一段時(shí)間，其中以滲透物排出的部分經(jīng)閥105返回至下水道20；和(6)關(guān)閉閥82并打開閥109，以使洗滌液通過(guò)閥109，管道111泵送出罐52，并排入下水道20。在清洗循環(huán)之后，可通過(guò)打開閥108，關(guān)閉閥105和109，并打開泵24而開始啟動(dòng)順序，以使新的流體能夠通過(guò)入口54進(jìn)入罐52。
由于已經(jīng)由可沉降固體分離器32和氣體浮選分離系統(tǒng)52除去廢水中的大多數(shù)沉降和浮選的固體，因此，能夠更有效地利用膜分離系統(tǒng)100的分離特性。此外，在膜分離前將臭氧引入流動(dòng)流中可減少能在系統(tǒng)100中發(fā)生并能對(duì)其效率產(chǎn)生副作用的生物生長(zhǎng)的形成。
參考圖10，過(guò)濾系統(tǒng)65可包括與紫外消毒系統(tǒng)84結(jié)合、作為過(guò)濾元件的、可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)112。當(dāng)存在生物過(guò)濾器系統(tǒng)112時(shí)，可再用的流體部分可用于各種用途，如水產(chǎn)業(yè)，或者排放至其中水中的氮化合物被硝化是重要的并且具有低的生化需氧量的地表水體中。對(duì)于水產(chǎn)業(yè)用途，迅速的處理方法可以保存水中的熱量。通常，過(guò)濾器78被可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)112取代。由于臭氧可破壞生物過(guò)濾器介質(zhì)上的生物薄膜，因此只允許空氣通過(guò)注射器噴嘴70進(jìn)入管道74的流動(dòng)流?？諝饨o系統(tǒng)52中的浮選分離提供氣體并驅(qū)除出惡臭氣體，另外，還給生物過(guò)濾器的好氣微生物提供所需的氧。生物過(guò)濾器系統(tǒng)通常與臭氧不相容。合適的可反沖的生物過(guò)濾器系統(tǒng)描述于US5,232,586和5,445,740中，在此將其引入作為參考，并且包括由Aquaculture Systems Technologies Systems Technologies L.L.C.(Jefferson，Louisiana)制造的Bubble Washed Bead Filters和Propeller Washed Bead Filters。因?yàn)槌粞醪蛔⑸淙肓鲃?dòng)流中，因此消毒由紫外消毒系統(tǒng)84提供。生物過(guò)濾器系統(tǒng)的反沖可以用重力來(lái)完成，其中利用壓縮空氣或機(jī)動(dòng)的推進(jìn)器對(duì)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行攪拌并松散積累的物質(zhì)。生物過(guò)濾器系統(tǒng)的反沖頻率可以常規(guī)操作間隔進(jìn)行，或者可以通過(guò)增加進(jìn)料反壓力來(lái)啟動(dòng)。
在圖4和5的滲透處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，包括在臭氧接觸容器86中的滲透物通過(guò)注氣口70和紫外消毒系統(tǒng)84進(jìn)行循環(huán)，在此期間，滲透物和臭氧一起注入并經(jīng)受紫外線輻射。臭氧氣體由循環(huán)流攜帶入接觸容器86中，在容器中，臭氧氣體上升，與從入口85至出口108的相反方向慢慢運(yùn)行的新滲透物接觸。流體自入口85至出口108的向下流動(dòng)將對(duì)抗氣泡的向上流動(dòng)，這將增加流體-氣泡的接觸時(shí)間和接觸程度。接觸滲透物的小臭氧氣泡可氧化滲透物中的物質(zhì)，借此對(duì)其進(jìn)行消毒，同時(shí)還除去氣味和顏色。利用直接殺菌照射，紫外線輻射還對(duì)滲透物進(jìn)行消毒，同時(shí)，照射與溶解臭氧的相互作用將產(chǎn)生過(guò)氧化氫和游離基，其進(jìn)一步消毒、除去氣味和顏色、并氧化不希望的溶解有機(jī)物質(zhì)如在除草劑和殺蟲劑中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)物質(zhì)。
可沉降固體分離器32，和平衡且在適當(dāng)位置進(jìn)行清洗的容器或者氣體浮選分離系統(tǒng)52可具有封閉氣氛。這將防止有氣味的氣體釋放至系統(tǒng)周圍的環(huán)境中。另外的氣味控制可由罐中上升的注入氣泡62在壓力下釋放至容器10的空間40或容器53的空間41中的剩余臭氧提供。所述臭氧也可以滲透過(guò)容器10的空間40。該臭氧還可以滲透過(guò)連通管道和固體處理系統(tǒng)92。該包含臭氧的氣氛能夠進(jìn)一步減少氣味，通過(guò)例如氧化空間中的硫化氫，硫醇，及其他惡臭的或者有害的氣體。與臭氧的化學(xué)反應(yīng)不僅除臭和破壞這些物質(zhì)，而且還消耗了過(guò)量的臭氧。
由該系統(tǒng)產(chǎn)生的可再用的流體部分基本上是清澈、無(wú)味、無(wú)色、消毒、且不含懸浮固體的。利用描述于圖1或7中的系統(tǒng)回收的可再用水可具有用于灌溉、洗滌和冷卻用途的有益屬性。例如，所述可再用水包含有機(jī)形態(tài)的所希望的植物營(yíng)養(yǎng)物，包括例如呈氨或者尿素形式的微量無(wú)機(jī)物和氮，所述植物營(yíng)養(yǎng)物能夠被土壤顆粒截留并慢慢地轉(zhuǎn)化成植物可用的硝酸鹽。此外，可再用水可包含洗滌劑，它可使重粘性土壤更為多孔；和由臭氧注入產(chǎn)生過(guò)氧化氫，它能夠改善植物根部的健康和活性。
該處理方法可以是相對(duì)迅速的。該系統(tǒng)的大小部分地可由容器10，52和53的尺寸來(lái)確定，所述容器與其寬度相比可以是更高的，并且具有相對(duì)小的體積。在容器10中，通常水的保留時(shí)間約為15分鐘，而在容器52或53中通常為10分鐘。比較起來(lái)，生物處理系統(tǒng)的水力保留時(shí)間在4小時(shí)和幾天之間。在表面罐中廢水可處理大約30分鐘，這將保持廢水的熱值，這可通過(guò)設(shè)備附加的泵送能來(lái)補(bǔ)充。因?yàn)槌鞘袕U水通常的溫度為65-70°F，因此，在寒冷的月份可將熱量釋放入溫室中。此外，由于圖1-2，4和7-9的系統(tǒng)使用物理分離方法，因此該體系的間歇應(yīng)用更為方便，例如當(dāng)需要水時(shí)。與物理系統(tǒng)相比較，使用生物凈化方法的系統(tǒng)要求更穩(wěn)定的操作條件。
描述于圖2或8中的系統(tǒng)可以是緊湊的、具有很小的覆蓋區(qū)(footprint)，使其在土地缺乏并且地價(jià)昂貴的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)潛在的發(fā)展是很實(shí)用的。此外，由于固體返回至下水道，因此，減少了將固體高度濃縮的需要。因此，與圖1或7的系統(tǒng)中的泵相比，泵48能夠以更高的工作循環(huán)運(yùn)行。
該系統(tǒng)的緊湊特性，以及該系統(tǒng)低的氣味和噪聲發(fā)射，使之能夠靠近居住區(qū)。只要在附近有下水道，該系統(tǒng)就可以坐落在需要循環(huán)水的位置附近，例如坐落在市區(qū)公園或者高爾夫球場(chǎng)附近。該系統(tǒng)的屬性使之能夠?qū)崿F(xiàn)更低成本和更實(shí)用的廢水回收。
參考圖6或11，固體處理系統(tǒng)92包括地下儲(chǔ)罐114，其可以與處理住宅廢水的化糞池類似。罐114有一入口116，折流板118和在該罐的兩個(gè)保留區(qū)之間的管道120，以及出口122。入口116接收來(lái)自管道45和50的系統(tǒng)的其它部分中收集的自落沉降固體，氣體，泡沫，和可漂浮的固體和來(lái)自管道80的過(guò)濾反沖物。罐114的排出物通過(guò)端口122送回到罐22中。
固體處理系統(tǒng)92或94的操作可類似于化糞池的操作。該系統(tǒng)可作為未受熱的、未混合的厭氧消化池來(lái)操作。通過(guò)設(shè)計(jì)，支流的固體含量與單一家庭住宅一般的化糞池相比，可高出50-100倍。因此，在罐中的保留時(shí)間可以增加至使懸浮固體能夠有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行聚集和沉降。如果例如利用1000加侖保持力的一般單一家庭化糞池來(lái)處理20家的污水，那么，停留時(shí)間大約為8-16天。在沉降和浮渣層之間不受阻礙空間中，罐114的流體可返回至系統(tǒng)的罐22中，而不是浸濾場(chǎng)。這樣的流體可能已經(jīng)進(jìn)行了通過(guò)兼性的和缺氧性的過(guò)程的部分分解。殘留在由罐114返回至罐22的流體中的某些已溶物質(zhì)的命運(yùn)，取決于概述于表1中的系統(tǒng)中使用的過(guò)濾的種類而有所不同。
表1

來(lái)自容器10的空間40或41的臭氧氣體可進(jìn)入固體處理系統(tǒng)92的空間，以破壞硫化氫，甲烷并去除氣味。正如傳統(tǒng)的化糞池情況一樣，如通過(guò)泵車可周期性地除去和處理砂礫及其他惰性的殘存固體。
至此已描述了本發(fā)明的許多實(shí)施方案。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下可進(jìn)行各種改進(jìn)。例如，盡管可將市政污水和衛(wèi)生污水用作廢水的主要來(lái)源，但其它來(lái)源也是合適的，它們包括魚池和魚塘，家畜飼育場(chǎng)，食品加工廠，湖泊，河流與溪流。此外，如果想要最高純度的水，那么可將反滲透用作膜分離系統(tǒng)的后處理。在實(shí)施方案中，研磨機(jī)組件可與沉降固體泵一起使用。此外，可以使用其他的固體處理系統(tǒng)，如加熱和混合的厭氧消化池或自動(dòng)加熱嗜熱的厭氧消化池(ATAD)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)含可沉降固體的廢水進(jìn)行處理以形成可再用流體部分的方法，該方法包括將廢水流分離成第一組分和第二組分，所述第一組分包括一定量的可沉降固體，其量大于第二組分中可沉降固體的量；并且或者使第二組分輸入包括氣體浮選分離系統(tǒng)的第二保留區(qū)，以便形成泡沫部分和可再用的流體部分；或者將第二組分施加至對(duì)于第二組分的選擇成分是可滲透的膜上，并且第二組分在該膜的表面上濃縮，以形成固體濃縮物和可再用的流體部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，第二組分施加至對(duì)第二組分的選擇成分是可滲透的膜上，并且第二組分在膜的表面上濃縮以形成固體濃縮物和可再用的流體部分。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，將第二組分輸入包括氣體浮選分離系統(tǒng)的第二保留區(qū)，以便形成泡沫部分和可再用的流體部分。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中，分離包括通過(guò)重力沉降可沉降固體。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，分離還包括借助使廢水流流入分離槽所產(chǎn)生的力而沉降可沉降固體。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括從膜中以淤漿部分的形式除去固體濃縮物并將淤漿部分返回至廢水流中。
7.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，還包含對(duì)可再用的流體部分消毒。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，消毒包括將可再用的流體部分暴露至紫外線輻射中。
9.權(quán)利要求7的方法，其中，消毒包括將化學(xué)氧化劑與可再用的流體部分混合。
10.權(quán)利要求9的方法，其中化學(xué)氧化劑包括臭氧。
11.權(quán)利要求9的方法，其中，消毒還包括將可再用的流體部分暴露至紫外線輻射中。
12.權(quán)利要求2的方法，還包括在分離第一組分和第二組分之前對(duì)廢水進(jìn)行粉碎。
13.權(quán)利要求2的方法，還包括在第二組分和膜之間產(chǎn)生高剪切力。
14.權(quán)利要求2的方法，還包括在將第二組分施加至膜上之前，通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)第二組分進(jìn)行篩選。
15.權(quán)利要求14的方法，還包括反沖該過(guò)濾系統(tǒng)。
16.權(quán)利要求2的方法，還包括將可再用的流體部分暴露至固定-膜生物過(guò)濾器中。
17.權(quán)利要求3的方法，還包括將氣體的氣泡引入氣體浮選分離系統(tǒng)中的第二組分中；將第二組分保留在第二保留區(qū)中，其保留時(shí)間間隔足以使氣泡上升并通過(guò)第二組分以形成泡沫部分；和從第二保留區(qū)中除去泡沫部分以便留下可再用的流體部分。
18.權(quán)利要求3的方法，還包括將第一組分和泡沫部分混合，以形成淤漿流。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括處理該淤漿流。
20.權(quán)利要求3的方法，還包括將可再用的流體部分施加至不飽和土壤中。
21.權(quán)利要求3的方法，還包括使可再用的流體部分通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)。
22.權(quán)利要求21的方法，還包括反沖該過(guò)濾系統(tǒng)。
23.權(quán)利要求18的方法，還包括對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖，以產(chǎn)生一定量經(jīng)反沖的物質(zhì)并將該經(jīng)反沖物質(zhì)與淤漿流混合。
24.權(quán)利要求21的方法，其中過(guò)濾系統(tǒng)包括在第三保留區(qū)內(nèi)、涂有生物薄膜的過(guò)濾介質(zhì)。
25.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，還包含從下水道獲得廢水。
26.權(quán)利要求3的方法，還包括從下水道的某一位置獲得廢水；將第一組分和泡沫部分混合以形成淤漿流；以及將淤漿流返回至獲得廢水位置下游的下水道中。
27.權(quán)利要求18的方法，還包括使淤漿流輸入第三保留區(qū)中，以便將淤漿流分離成上清液部分和沉降部分。
28.權(quán)利要求27的方法，還包括使上清液部分返回至第一保留區(qū)或者第二保留區(qū)中。
29.權(quán)利要求27的方法，還包括將上清液部分通至地下浸濾場(chǎng)。
30.權(quán)利要求17的方法，其中氣體包括臭氧。
31.一種處理含可沉降固體的廢水的裝置，包括可沉降固體分離器，所述分離器包括具有上端、下端以及連接上端和下端的外壁的容器；部分成切向地穿過(guò)靠近容器上端的外壁的入口；鄰近容器上端的第一出口；和鄰近容器下端的第二出口；具有一入口和一出口的分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)包括或者其中出口是滲透物出口并且入口和滲透物出口被膜分離的膜分離系統(tǒng)；或者其中出口是可再用的流體部分出口部分的氣體浮選分離系統(tǒng)；以及流體連接可沉降固體分離器的第一出口和該分離系統(tǒng)入口的流體管道。
32.權(quán)利要求31的裝置，其中，分離系統(tǒng)是膜分離系統(tǒng)。
33.權(quán)利要求31的裝置，其中，分離系統(tǒng)是氣體浮選分離系統(tǒng)。
34.權(quán)利要求31-33任一項(xiàng)的裝置，其中可沉降固體分離器是渦流分離器。
35.權(quán)利要求32的裝置，還包括流體連接膜分離系統(tǒng)的滲透物出口至臭氧處理系統(tǒng)的滲透物管道。
36.權(quán)利要求35的裝置，其中，臭氧處理系統(tǒng)包括封閉的臭氧處理容器，所述容器具有與滲透物流動(dòng)區(qū)域流體連通的臭氧注射區(qū)域。
37.權(quán)利要求36的裝置，還包括流體連接可沉降固體分離器的封閉氣氛和封閉的臭氧處理容器的臭氧輸送管道。
38.權(quán)利要求32的裝置，還包括流體連接膜分離系統(tǒng)的滲透物出口至紫外消毒系統(tǒng)的滲透物管道。
39.權(quán)利要求35的裝置，其中，臭氧處理系統(tǒng)包括紫外消毒系統(tǒng)。
40.權(quán)利要求32的裝置，還包括與膜分離系統(tǒng)的第一出口流體連通的限流器。
41.權(quán)利要求32的裝置，還包括在分離器容器的第一出口和膜分離系統(tǒng)的入口之間的平衡容器。
42.權(quán)利要求31-33的裝置，還包括與可沉降固體分離器的入口流體連通的廢水泵。
43.權(quán)利要求42的裝置，其中，廢水泵是粉碎廢水泵。
44.權(quán)利要求32的裝置，還包括固定-膜生物過(guò)濾器系統(tǒng)和流體連接膜分離系統(tǒng)的滲透物出口至固定-膜生物過(guò)濾器系統(tǒng)的滲透物管道。
45.權(quán)利要求32的裝置，還包括與分離器的第一出口和膜分離系統(tǒng)的入口流體連通的可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)。
46.權(quán)利要求45的裝置，其中，可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)包括過(guò)濾盤。
47.權(quán)利要求33的裝置，其中，可沉降固體分離器還包括設(shè)置在容器的第一出口和上端之間的通風(fēng)和溢流口。
48.權(quán)利要求33的裝置，其中，氣體浮選分離系統(tǒng)包括包含上端，下端，和連接上端和下端的外壁的氣體浮選分離容器，其中入口鄰近容器的上端，可再用的流體部分出口在入口和下端之間，該容器還包括在入口和上端之間的浮渣溢流和排氣孔；和在浮渣溢流和排氣孔和下端之間的注氣口。
49.權(quán)利要求33的裝置，還包括流體連接氣體浮選分離容器的可再用的流體部分出口與消毒系統(tǒng)的澄清的流體管道。
50.權(quán)利要求49的裝置，其中，消毒系統(tǒng)包括紫外消毒系統(tǒng)。
51.權(quán)利要求49的裝置，其中，消毒系統(tǒng)包括臭氧處理系統(tǒng)。
52.權(quán)利要求50的裝置，其中，消毒系統(tǒng)還包括臭氧處理系統(tǒng)。
53.權(quán)利要求51的裝置，還包括流體連接可沉降固體分離器的封閉氣氛和臭氧處理系統(tǒng)的封閉的臭氧處理容器。
54.權(quán)利要求33的裝置，還包括與氣體浮選分離系統(tǒng)的可再用的流體部分出口流體連通的限流器。
55.權(quán)利要求33的裝置，還包括與氣體浮選分離系統(tǒng)的可再用的流體部分出口流體連通的過(guò)濾系統(tǒng)。
56.權(quán)利要求55的裝置，其中，過(guò)濾系統(tǒng)是可反沖的過(guò)濾系統(tǒng)。
57.權(quán)利要求48的裝置，其中，浮渣溢流和排氣孔與淤漿部分管道流體連通，淤漿部分管道與可沉降固體分離器的第二出口流體連通。
58.權(quán)利要求57的裝置，還包括包含入口和出口的固體處理系統(tǒng)，所述入口與淤漿部分管道流體連通。
59.權(quán)利要求58的裝置，其中，固體處理系統(tǒng)的出口與可沉降固體分離器的入口流體連通。
60.權(quán)利要求59的裝置，其中，固體處理系統(tǒng)的出口與氣體分離器容器或者氣體浮選分離系統(tǒng)的入口流體連通。
61.權(quán)利要求33的裝置，還包括與可再用的流體部分出口流體連通的膜分離系統(tǒng)。
62.一種減少包含廢水的容器中氣味的方法，包括將臭氧引入該容器的空間中。
63.權(quán)利要求62的方法，其中，臭氧是來(lái)自廢水處理的臭氧處理階段的過(guò)剩臭氧。
64.權(quán)利要求62的方法，其中，該容器是下水道或者下水道的一部分。
65.一種處理含可沉降固體的廢水的裝置，包括渦流分離器，所述分離器包括具有上端、下端以及連接上端和下端的外壁的封閉分離器容器；部分成切向地穿過(guò)靠近容器上端的外壁的入口；鄰近容器上端的第一出口；和和鄰近容器下端的第二出口；包括封閉的臭氧處理容器的臭氧處理系統(tǒng)，所述容器具有與流體流動(dòng)區(qū)域流體連通的流體入口和臭氧注入?yún)^(qū)域；以及流體連接渦流分離器的第一出口至臭氧處理系統(tǒng)的流體入口的流體管道，其中，封閉的分離器容器和封閉的臭氧處理容器由臭氧輸送管道流體連接。
全文摘要
廢水可以利用可沉降的固體分離器如，渦流分離器，膜分離系統(tǒng)以及氣體浮選分離系統(tǒng)的組合進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)C02F1/44GK1478059SQ01820024
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2001年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者史蒂文·B·馬勒海姆, 史蒂文 B 馬勒海姆 申請(qǐng)人:格里特循環(huán)技術(shù)公司