使用外部選擇處理廢水的方法和設(shè)備與流程
在先申請的交叉引用
本申請要求2014年6月30日提交的題為“methodandapparatusforwastewatertreatmentusingexternalgravimetricselection”的美國臨時專利申請no.62/019,210的優(yōu)先權(quán)及其權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文，并因此在本文中充分闡述。
本公開內(nèi)容一般地涉及用于廢水處理的方法和設(shè)備，更具體地涉及用于通過尺寸或重量選擇進(jìn)行廢水處理的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
需氧顆粒狀污泥工藝
用于廢水處理的顆粒狀生物質(zhì)工藝最初限于厭氧處理，例如升流式厭氧污泥床法(upflowanaerobicsludgeblanket，uasb)；其依賴于利用專業(yè)建造的升流式反應(yīng)器建立的顆粒狀生物質(zhì)，以允許幾種不同類型的微生物的共生生長，包括發(fā)酵、產(chǎn)酸、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷(methogenic)微生物。另外的發(fā)展導(dǎo)致了需氧顆粒狀污泥工藝早在1997年在文獻(xiàn)中報道(morgenrothe,sherdent,vanloosdrechtmcm,heijnenjj,wildererpa.aerobicgranularsludgeinasequencingbatchreactor.waterres1997；31:3191-4)。這些工藝的特征在于具有比絮狀生物質(zhì)更高的密度和顆粒尺寸的生物質(zhì)，并且迄今為止，全部在專業(yè)建造的反應(yīng)器中完成，其主要與序批式反應(yīng)器和升流式柱反應(yīng)器或提供高剪切條件的反應(yīng)器相關(guān)。顆粒狀生物質(zhì)具有約0.1至5mm的顆粒尺寸和小于35至50ml/g的污泥體積指數(shù)(svi30分鐘)以及類似于svi30分鐘的svi5分鐘。類似地，需氧顆粒具有>10m/小時的沉降速度，相比而言絮狀生物質(zhì)的沉降速度大約為1m/小時。顆粒狀污泥相對于絮狀生物質(zhì)的改善的沉降性是根據(jù)本公開內(nèi)容的方法和設(shè)備的重要益處之一。
需氧顆粒狀污泥的一個關(guān)鍵優(yōu)點是，它可以在顆粒內(nèi)產(chǎn)生微條件(nichecondition)以用于分離的物理池體積中可能需要的任何條件。絮狀物和常規(guī)活性污泥受到擴(kuò)散阻力的作用(shaw等人)，并且需氧顆粒狀污泥可以利用顆粒內(nèi)部和外部的相對擴(kuò)散阻力來同時發(fā)育和生長不同的種群，而不是提升物理池構(gòu)造內(nèi)的這些條件。需氧顆粒狀污泥所聲稱的益處是顆粒的尺寸導(dǎo)致產(chǎn)生顆粒內(nèi)的底物和電子受體梯度，其允許聚磷積累性生物體(polyphosphorusaccumulatingorganism，pao)、糖原累積生物體(glycogenaccumulatingorganism，gao)、厭氧氨氧化細(xì)菌(anaerobicammoniaoxidizingbacteria，anammox)和反硝化異養(yǎng)菌在顆粒中心附近的積聚，而需氧生物體在顆粒外部積聚，其包括硝化細(xì)菌和需氧異養(yǎng)菌。
下面進(jìn)一步解釋用于除磷的該方法的實例。
除磷
從廢水中除磷通常通過使用鐵或鋁鹽的化學(xué)沉淀或通過應(yīng)用厭氧選擇器以允許提供生物除磷的聚磷酸鹽累積性生物體的積聚來實現(xiàn)。與本文公開的方法和系統(tǒng)相比，這兩種方法都具有缺點，本文公開的方法和系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)定和可靠的除去磷和氮，而不需要正式的厭氧選擇器并且不需要化學(xué)沉淀。
化學(xué)除磷
用于通過形成沉淀物除去磷的化學(xué)品通常包括鋁、三價鐵和二價鐵的硫酸鹽或氯化物鹽。這些化學(xué)品可以在初級澄清之前添加到生物過程本身(通常是活性污泥)中，或者在三級澄清或過濾過程之前添加到初級澄清過程中。然后將沉淀的磷分別與以下一起從廢水流中除去：離開初級澄清器的固體流、廢生物質(zhì)、三級澄清器固體、或過濾器反沖洗廢物(backwashwaste)。這種方法的問題包括需要購買化學(xué)品，由于添加這些化學(xué)品潛在地需要添加堿性物(alkalinity)所造成的堿性物的消耗和購買更多化學(xué)品，產(chǎn)生需要進(jìn)一步處理和處置的額外污泥。
生物除磷
生物除磷(biologicalphosphorusremoval，biop)在廢水處理領(lǐng)域是眾所周知的，并且與化學(xué)除磷相比具有降低的化學(xué)成本、堿性物需求和污泥產(chǎn)生的優(yōu)點，但遭受以下問題：需要確定的和正規(guī)的厭氧區(qū)或階段且沒有溶解氧或氧化形式的氮(亞硝酸鹽和硝酸鹽)的污染、就揮發(fā)性脂肪酸(vfa)濃度而言需要適當(dāng)?shù)膹U水特性，以及通常較差的工藝可靠性和干擾(upset)。biop通常通過累積磷酸鹽累積性生物體(phosphateaccumulatingorganism，pao)來實現(xiàn)，磷酸鹽累積性生物體存儲作為聚磷酸鹽(聚-p)的磷以當(dāng)作能量來源。在厭氧條件下，pao從聚-p中切割磷酸基團(tuán)，將磷酸鹽釋放到大量液體中，并從中獲得攝取vfa所需的能量。vfa作為細(xì)胞內(nèi)大分子如聚羥基丁酸酯(polyhydroxybutyrate，phb)儲存。在厭氧條件下pao還從糖原降解中獲得還原等價物。在有氧條件下，pao攝取磷酸鹽以重新形成細(xì)胞內(nèi)聚-p庫，并通過正常分解代謝和合成代謝途徑降解儲存的phb用于生長和提供能量。糖原也在有氧條件下重新形成。因此，biop的過程通過使通常絮狀的生物質(zhì)經(jīng)歷根據(jù)圖1所示的示意圖的厭氧或有氧條件來實現(xiàn)，該示意圖表示通常稱為a2/o或phoredox的工藝，并且其能夠進(jìn)行biop、硝化和反硝化。對該工藝的要求是具有充分的可降解有機(jī)材料的正式厭氧選擇器區(qū)域，所述有機(jī)材料為乙酸酯形式，或者更通常為vfa。
在vfa與磷的適當(dāng)比例的情況下，pao能夠攝取厭氧區(qū)中釋放的所有磷酸鹽和廢水中存在的另外的磷酸鹽，從而通過生物質(zhì)廢棄來實現(xiàn)磷酸鹽的凈去除。與如圖1所示的a2/o工藝相關(guān)的一個挑戰(zhàn)是存在于返回活性污泥(returnactivatedsludge，ras)流中的硝酸鹽可以進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，并且眾所周知這破壞biop過程。與本公開相關(guān)的另一方面是一些pao反硝化(dpao)的能力，其中硝酸鹽而不是氧可以用作電子受體，允許在缺氧區(qū)中吸收磷。雖然已知dpao的磷酸鹽吸收明顯慢于有氧條件下的吸收，但是使該代謝最大化的重要益處是在進(jìn)入的廢水中有效使用同一有機(jī)碳庫以進(jìn)行biop和除氮。biop工藝的局限性包括在符合低流出物總磷限度的一致性方面的可靠性差，以及嚴(yán)格依賴在進(jìn)入的廢水中適當(dāng)量的vfa的可用性。
需氧顆粒狀生物質(zhì)的反應(yīng)器構(gòu)造
一種這樣的反應(yīng)器公開在美國專利5,985,150中，其似乎轉(zhuǎn)讓給biothanesystemsinternationalb.v.。在該專利中，公開了一種提供增強(qiáng)剪切的氣升式反應(yīng)器，其中顆粒狀污泥用于處理廢水。用向上流動的氣體將顆粒狀污泥攜帶到沉降區(qū)域中，所述沉淀區(qū)域施加相對溢流速率以輔助顆粒狀生物質(zhì)選擇過程，同時底流返回反應(yīng)器的經(jīng)曝氣部分。
美國專利no.us6,566,119b1描述了在序批式反應(yīng)器中完成的需氧顆粒狀污泥工藝，其以非常短的沉降和傾析時間操作，以選擇具有優(yōu)異沉降性質(zhì)的顆粒狀生物質(zhì)。
美國專利no.us6,793,822b2描述了一種需氧顆粒狀污泥工藝，其中顆?？梢栽谛蚺椒磻?yīng)器中通過例如us6,566,119b1的方法產(chǎn)生，并且通過由擴(kuò)散的氣泡曝氣系統(tǒng)的高表層氣體速度提供的剪切而增強(qiáng)。
美國專利申請公開no.us2006/0032815a1公開了一種需氧顆粒狀污泥工藝，其似乎已經(jīng)作為royalhaskoningdhv的全規(guī)模
pct申請公開no.wo2013/151434a1，其似乎轉(zhuǎn)讓給royalhaskoningdhv，其公開了將來自顆粒狀污泥工藝(例如在us2006/0032815a1中公開的)的廢生物質(zhì)轉(zhuǎn)移到絮狀生物質(zhì)工藝，例如常規(guī)的活性污泥工藝中，以便在活性污泥工藝中的沉降性和氮和磷去除方面獲得益處。
盡管與us2006/0032815a1類似，但是pct申請wo2012/175489a1似乎通過在厭氧條件下使顆粒床流化來改善這一工藝，并且在曝氣之前的厭氧階段期間提供進(jìn)一步的混合。
pct申請公開no.wo2008/141413a1描述了一種序批式反應(yīng)器，可以對其進(jìn)行操作以促進(jìn)成粒以及去除磷和氮，其具有以下附加特征：在厭氧磷釋放階段之后，可以將一部分反應(yīng)器內(nèi)容物從反應(yīng)器中排出以進(jìn)行磷酸鹽的化學(xué)沉淀。
厭氧氨氧化(anammox)顆粒形成和積累的外部重量選擇
美國專利申請公開no.us2011/0198284a1描述了在該工藝中應(yīng)用外部重量選擇器用于形成和積累含有厭氧氨氧化細(xì)菌(anammox)的顆粒。在本公開內(nèi)容中，似乎選擇裝置可以是水力旋流器(hydrocyclone)、離心機(jī)或高溢流速率重量沉降裝置。本公開內(nèi)容似乎證明了使用外部重量沉降裝置在主流或側(cè)流過程中選擇厭氧氨氧化細(xì)菌生物質(zhì)的有效性。
用于沉降性改進(jìn)的外部重量選擇
美國專利申請公開no.us2014/0144836a1描述了在懸浮生長生物廢水處理工藝中使用外部重量選擇器來選擇顆粒狀生物質(zhì)，以獲得改善生物質(zhì)沉降性的益處。在本公開中，似乎選擇裝置可以是水力旋流器、離心機(jī)或高溢流速率重量沉降裝置。這一公開內(nèi)容似乎證明了使用外部重量沉降裝置選擇具有優(yōu)良沉降特性的生物質(zhì)的有效性。
通過鳥糞石沉淀去除氮和磷
由于高水平的磷酸鹽和氨以及有限但足夠的鎂含量，通常在厭氧消化階段和在污泥管道、脫水設(shè)備和污泥脫水液體管道中形成鳥糞石。低ph通常也會限制鳥糞石沉淀?？梢允褂螟B糞石沉淀和回收來實現(xiàn)氮和磷的去除，并且這已經(jīng)使用具有鎂和堿添加的升流式流化反應(yīng)器完成，如例如美國專利no.us7622047b2中所公開的。此外，通過添加堿性物或通過曝氣以除去過量的二氧化碳和增加ph來從厭氧消化的污泥中除去過量的鎂和磷，并隨后回收沉淀的鳥糞石，可以降低無意識的下游鳥糞石規(guī)模放大的風(fēng)險和程度并降低相關(guān)維護(hù)需求。
該選擇裝置或方法還可以是基于尺寸而不是重量選擇來進(jìn)行選擇的過濾器或篩(screen)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)本公開內(nèi)容的一些方面，已知可以在專門目的建造的反應(yīng)器中實施顆粒狀污泥工藝以實現(xiàn)有效的生物除磷，并且外部重量選擇器可以應(yīng)用于懸浮的生長活性污泥工藝以實現(xiàn)生物質(zhì)的致密化和/或造粒，因此，外部重量選擇器的應(yīng)用可以通過在活性污泥工藝中的致密化或造粒來實現(xiàn)或增強(qiáng)生物除磷。重量選擇器可以是水力旋流器、離心機(jī)、重力沉降裝置或可基于密度選擇的任何重量法裝置。尺寸選擇器可以是篩、過濾器或膜。此外，外部選擇器可以提供致密化生物質(zhì)聚集體和顆粒狀污泥的積聚，其實現(xiàn)底物和電子受體的濃度梯度，這允許在顆粒中心附近積累用于諸如pao和dpao的生物體的厭氧空間，從而允許有效地實現(xiàn)例如生物除磷的過程，而無需故意地構(gòu)造具有厭氧和有氧選擇器區(qū)或時間次序的池。正式厭氧區(qū)的含義是存在最小量的溶解氧和氧化形式的氮，但是存在高濃度的vfa。然而，顆粒和致密化生物質(zhì)聚集體的形成很好地與厭氧反應(yīng)器隔室的應(yīng)用相結(jié)合，因為需要厭氧環(huán)境的增強(qiáng)工藝變得不易受通過返回活性污泥(ras)或內(nèi)部混合的液體循環(huán)(mixedliquorrecycle，mlr)流引入該區(qū)域的氧或硝酸鹽的影響。
根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，公開了一種用于生物廢水處理的設(shè)備。該設(shè)備包含生物選擇器和物理選擇器。該設(shè)備包含：內(nèi)部生物反應(yīng)器，在此處將廢水和再循環(huán)生物質(zhì)組合以提供高底物和高電子受體梯度，以產(chǎn)生相比于絮狀物和絲狀物形成有利于顆粒形成的形態(tài)學(xué)生物質(zhì)特征；以及外部重量或尺寸選擇器，其對生物質(zhì)廢物流進(jìn)行操作，以用于包括致密或較大顆粒選擇的致密或較大生物質(zhì)聚集體的收集和保留，并用于廢棄較小或較輕的絲狀物和絮狀物。
重量選擇器可以包括水力旋流器、離心機(jī)、外部重力沉降裝置或用于分離致密污泥聚集體的任何重量法設(shè)施。
尺寸選擇器可以包括用于分離大污泥聚集體的篩、過濾器或膜裝置。
外部物理選擇促進(jìn)收集和去除經(jīng)沉淀磷或如在聚磷酸鹽累積性生物體情況下的細(xì)胞內(nèi)聚磷酸鹽。
重量選擇器可促進(jìn)致密化生物質(zhì)中的電子受體和底物梯度，以便產(chǎn)生厭氧或缺氧核心以發(fā)展用于生長特定生物體的微環(huán)境(nicheenvironment)。
環(huán)境可以選擇生物體用于生物除磷、包括需氧和反硝化聚磷酸鹽累積性生物體，糖原累積，反硝化缺氧甲烷氧化劑，反硝化生物硫或硫化物氧化，以及產(chǎn)甲烷。
由于所述致密化聚集體提供的生物選擇，不需要正式的厭氧選擇器來實現(xiàn)除磷，但是包含正式的厭氧選擇器將進(jìn)一步提高除磷性能和可靠性。
前置缺氧(pre-anoxic)選擇器或區(qū)域足以實現(xiàn)除磷，并且生物質(zhì)的致密化聚集體結(jié)構(gòu)為硝酸鹽滲透到核心提供傳質(zhì)阻力(masstransferresistance)。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，公開了一種使用重量選擇在有或沒有補(bǔ)充添加鎂或鈣或堿性物的情況下用于從厭氧消化后或消化中固體分離呈鳥糞石或磷酸鈣固體形式的沉淀磷的設(shè)備，該設(shè)備包含重量選擇器。重量選擇器可以包括水力旋流器、離心機(jī)、外部重量沉降裝置或用于分離稠密污泥聚集體的任何重量設(shè)施。尺寸選擇器可包括篩、過濾器或膜裝置，或任何用于分離大聚集體的其它尺寸選擇方法。
外部重量選擇器可以用于優(yōu)先回收聚羥基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate)、聚磷酸鹽、無機(jī)含磷礦物質(zhì)或藻酸鹽。
外部尺寸選擇器可以用于優(yōu)先回收聚羥基烷酸酯、聚磷酸鹽、無機(jī)含磷礦物質(zhì)或藻酸鹽。
該設(shè)備還可以包括沉降器和曝氣池，其中內(nèi)部生物選擇器配置在位于沉降器和曝氣池之間的隔室中，并且沉降的污泥例如通過在池底部的排水管從沉降器再循環(huán)到在其中引入廢水的選擇器隔室，并且從該接觸區(qū)域?qū)⒒旌系囊后w例如通過在池底部的分配管道分配到活性污泥池。
根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，公開了一種將生物和物理選擇器組合的用于生物廢水處理的方法，所述方法包括：在內(nèi)部生物反應(yīng)器中將廢水和再循環(huán)生物質(zhì)組合以提供高底物和高電子受體梯度，以產(chǎn)生相比于絮狀物和絲狀物形成有利于顆粒形成的形態(tài)學(xué)生物質(zhì)特征；和對生物質(zhì)廢物流進(jìn)行外部重量或尺寸選擇器操作，以用于收集和保留致密化生物質(zhì)聚集體或大生物質(zhì)聚集體包括致密顆粒選擇，并用于廢棄較輕的絲狀物和絮狀物。
該方法還可以包括實施外部物理選擇以促進(jìn)對沉淀的磷或細(xì)胞內(nèi)多磷酸鹽的收集和去除，如在聚磷酸鹽積累性生物體的情況下。
該方法還可以包括實施重量或尺寸選擇方法以促進(jìn)致密生物質(zhì)或大生物質(zhì)中的電子受體和底物梯度，以便產(chǎn)生厭氧或缺氧核心以發(fā)展用于生長特定生物體的微環(huán)境。
環(huán)境可以選擇生物體用于生物除磷、包括需氧和反硝化聚磷酸鹽累積性生物體，糖原累積，反硝化缺氧甲烷氧化劑，反硝化生物硫或硫化物氧化，以及產(chǎn)甲烷。
還根據(jù)另一方面，公開了一種使用重量選擇，在有或沒有補(bǔ)充添加鎂或鈣或堿性物的情況下，從厭氧消化后或消化中固體分離呈鳥糞石或磷酸鈣固體形式的沉淀磷的方法。
還根據(jù)另一方面，公開了一種用于生物廢水處理的設(shè)備，其包含生物選擇器和物理選擇器，其中所述設(shè)備包含：內(nèi)部生物反應(yīng)器，其中將廢水和再循環(huán)生物質(zhì)組合以提供高底物和高電子受體梯度，以產(chǎn)生相比于絮狀物和絲狀物形成有利于顆粒形成的形態(tài)學(xué)生物質(zhì)特征；以及外部篩選選擇器(externalscreenselector)，其對生物質(zhì)廢物流進(jìn)行操作以從廢物流中收集和保留較大尺寸的污泥聚集體，其有利于不可壓縮顆粒選擇；以及廢棄可壓縮的絲狀物和絮狀物。
該形態(tài)促進(jìn)電子受體和底物梯度，以便產(chǎn)生厭氧或缺氧核心以發(fā)展用于生長特定生物體的微環(huán)境。
該形態(tài)促進(jìn)電子受體和底物梯度，以便允許鄰近底物或代謝物跨越微環(huán)境轉(zhuǎn)移。
該選擇促進(jìn)經(jīng)沉淀磷的收集和去除。
根據(jù)本公開內(nèi)容的又一方面，公開了一種用于在添加或不添加鎂或鈣或堿性物的情況下，通過外部篩選選擇器從厭氧消化后或消化中固體分離呈鳥糞石或磷酸鈣固體形式的經(jīng)沉淀磷的設(shè)備，所述設(shè)備包括：外部篩選選擇器，其從廢物流中收集和保留較大尺寸的污泥聚集體，其有利于不可壓縮顆粒選擇；以及其廢棄可壓縮的絲狀物和絮狀物。
環(huán)境選擇用于生物除磷、反硝化甲烷氧化劑、生物硫或硫化物氧化、和甲烷產(chǎn)生的生物體。
附圖說明
圖1示出了對于已知的a2/o系統(tǒng)的工藝流程圖的一個實例。
圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面的具有水力旋流器形式的外部重量選擇器的a2/o系統(tǒng)的一個實例。
圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面的具有水力旋流器形式的外部重量選擇器的mle系統(tǒng)的一個實例。
圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的又一方面的具有水力旋流器形式的替代性外部重量選擇器的mle系統(tǒng)的一個實例。
圖5示出了具有厭氧選擇器和水力旋流器形式的外部重量選擇器之組合的整合澄清器-生物活性污泥系統(tǒng)的一個實例。
圖6示出了根據(jù)本公開內(nèi)容之原理的水力旋流器操作對biop的影響以及從主要化學(xué)p沉淀到生物除磷的轉(zhuǎn)變的一個實例。
圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容之原理的水力旋流器操作對biop的影響和逐步減少金屬添加以將化學(xué)除磷降低至零給料速率的一個實例。
圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容之原理的水力旋流器操作對biop的影響的實例，其中，在主流(mainstream)中的活性污泥生物質(zhì)中的p含量占到混合的液體揮發(fā)性懸浮固體(mixedliquorvolatilesuspendedsolid，mlvss)的2.8至4.5％，其在側(cè)流法(sidestreamprocess)中占到1.3至2.3％。
圖9a至9c示出了可包括用于尺寸選擇的篩選設(shè)備以代替本公開內(nèi)容的外部重量選擇器的一個示例性實施方案的三個透視圖。
具體實施方式
參考在附圖中描述和/或示出的并且在下面的描述和附文中詳細(xì)描述的非限制性實施方案和實例，更充分地解釋本公開內(nèi)容及其多種特征和有利細(xì)節(jié)。應(yīng)當(dāng)注意，附圖和附文中所示的特征不一定按比例繪制，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，一個實施方案的特征可以與其他實施方案一起使用，即使在本文中沒有明確說明?？墒÷詫Ρ娝苤慕M件和處理技術(shù)的描述，以免不必要地模糊本公開內(nèi)容的實施方案。本文使用的實例僅旨在便于理解可以實踐本公開內(nèi)容的方式，以及進(jìn)一步使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開內(nèi)容的實施方案。因此，本文的實例和實施方案不應(yīng)被解釋為限制本公開內(nèi)容的范圍。此外，應(yīng)注意，在附圖的幾個視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
除非另有明確說明，如在本公開內(nèi)容中使用的術(shù)語“包括”、“包含”及其變型意味著“包括但不限于”。
除非另有明確說明，否則在本公開內(nèi)容中無量詞修飾的名詞意指“一種/個或更多種/個”。
除非另有明確說明，彼此連通的設(shè)備不需要彼此連續(xù)連通。另外，彼此連通的設(shè)備可以直接或間接地通過一個或更多個中介進(jìn)行連通。
盡管可以以順序次序描述工藝步驟、方法步驟、算法等，但是這樣的工藝、方法和算法可以被配置為以交替的順序工作。換句話說，可以描述的步驟的任何順序或次序不一定指示以該次序執(zhí)行步驟的要求。本文所描述的工藝、方法或算法的步驟可以以實際的任何次序執(zhí)行。此外，可以同時執(zhí)行一些步驟。
當(dāng)在本文中描述單個裝置或制品時，將顯而易見的是，可使用多于一個裝置或制品來代替單個裝置或制品。類似地，在本文描述多于一個裝置或制品的情況下，將顯而易見的是，可使用單個裝置或制品來代替多于一個裝置或制品。裝置的功能或特征可以替代地由未明確描述為具有這樣的功能或特征的一個或更多個其他裝置體現(xiàn)。
圖1示出了已知的a2/o活性污泥處理系統(tǒng)100(和工藝)的一個實例。系統(tǒng)100包括初級澄清器110、厭氧區(qū)120、缺氧區(qū)130、需氧區(qū)140、分離器或二級澄清器150和多個泵160、170、180。
系統(tǒng)100可以包括預(yù)處理(未示出)，其可以包括棒條篩(barscreen)(未示出)、砂礫去除器(gritremover)(未示出)、預(yù)處理室(未示出)和流入泵(未示出)。系統(tǒng)100可以從外部源(未示出)(例如，污水系統(tǒng))接收廢水105，并且在預(yù)處理階段處理廢水105以從廢水105中去除較大的物體，例如罐、破布、棒、塑料袋等。預(yù)處理階段還可以包括預(yù)處理室(未示出)，其可以包含例如砂或砂礫室，以調(diào)節(jié)進(jìn)入的廢水105的速度，從而允許例如砂、砂礫、石頭、碎玻璃等的沉降。預(yù)處理階段還可以包括用于去除例如脂肪、油脂等的池(未示出)。
在預(yù)處理階段(未示出)之后，剩余的固-液混合物105(其包括含有累積固體的過量廢水)可以被送到初級澄清器110用于重力沉降。初級澄清器110可以包括池(例如，澄清池、沉淀池等)，其可以具有多種形狀之一，例如矩形、錐形、圓形、橢圓形等。初級澄清器110可以具有添加的化學(xué)或壓載物質(zhì)(ballastmaterial)以改善固體去除。初級澄清器110從固液混合物105中沉降較重的固體。所得到的底流(未示出)可以從初級澄清器110輸出，并且被送至固體處理以用于進(jìn)一步處理，例如增稠、穩(wěn)定化、調(diào)節(jié)、脫水、污泥處理等，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的。來自初級澄清器的所得輸出物115可以在作為流145進(jìn)料到分離器150之前進(jìn)料到厭氧區(qū)120，缺氧區(qū)130和需氧區(qū)140用于進(jìn)一步處理。來自需氧區(qū)的輸出端145可以由mlr泵160經(jīng)由mlr泵輸出端165泵送到缺氧區(qū)130。來自分離器150的底流可以由ras泵170經(jīng)由ras泵輸出管線175反饋到厭氧區(qū)的輸入端。底流還可以是分離器150的輸出，由was泵180進(jìn)料和送出至例如用于進(jìn)一步處理的固體處理，例如增稠、穩(wěn)定化、調(diào)節(jié)、脫水、污泥處理等，如同本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的。
系統(tǒng)100能夠進(jìn)行生物除磷、硝化和反硝化。由于將存在于返回活性污泥流175(ras)中的硝酸鹽轉(zhuǎn)移到厭氧區(qū)120，該系統(tǒng)(和工藝)中的biop可靠性可能是有問題的。
圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容之原理的a2o活性污泥處理系統(tǒng)200(和工藝)的實例。除了圖1所示的系統(tǒng)100之外，系統(tǒng)200包括重力選擇器260，重力選擇器260經(jīng)由泵250和管線245、265與需氧區(qū)140流體連通。重量選擇器的輸出285可以連接到其他處理部件(未示出)，用于進(jìn)一步處理，例如固體處理，包括例如增稠、穩(wěn)定化、調(diào)節(jié)、脫水、污泥處理等。
如圖2所示，廢物流245可以直接從需氧區(qū)140(例如，直接從反應(yīng)器池(未示出))取出并且經(jīng)由泵250施加到外部重量選擇器260，用于顆粒狀致密化生物質(zhì)的生產(chǎn)。重量選擇器260可以包括例如水力旋流器等。更致密且更大的顆粒265可以從重量選擇器285返回到需氧區(qū)(例如，反應(yīng)器(未示出))，并且代表廢棄固體的較輕成分285可以從系統(tǒng)200中取出。包括并實施重量選擇器260增強(qiáng)了biop性能并且提高了系統(tǒng)100(圖1所示)的可靠性。
圖9a至9c示出了作為外部尺寸選擇器并且可以包括在本公開內(nèi)容的外部重量選擇器260中的篩、過濾器或膜裝置10的一個示例性實施方案的三個透視圖。
參考圖9a至9c，重量選擇器260可以包括例如配置成接收廢物流1(或圖2中的廢水流245)的篩、過濾器或膜裝置10，并通過內(nèi)部顆粒/固體分離器2將流分離成待輸出到廢物流3的廢物成分(或圖2中的was285)和待保留的那些廢物成分4(或圖2中的265)。篩、過濾器或膜裝置10可以基于尺寸和相對于致密化的可壓縮性來分離流。
可以添加使用氣體、液體或物質(zhì)的一些組合的任選的篩洗滌5，以進(jìn)一步輔助篩選過程。該篩洗滌5可以以多種不同的方式朝向篩2，其不同地影響固體保留時間，所述朝向包括但不限于沿著垂直軸(圖9a)、直接垂直于篩的角度(圖9b)，或沿著水平軸(圖9c)。
在系統(tǒng)100(圖1所示)或系統(tǒng)200(圖2所示)中，可以添加微粒以提供核心以促進(jìn)包封所接種微粒之聚集體的形成。例如，在生物反應(yīng)器中微?？梢砸远喾N材料加入，以起始或引發(fā)顆粒的形成，然后可以通過外部重量或外部篩分離或整合。
此外，可以在系統(tǒng)100(或200)中選擇生物用于生物除磷、反硝化甲烷氧化劑、生物硫或硫化物氧化、和產(chǎn)甲烷。
美國專利申請公開no.us2014/013273(其通過引用整體并入本文)公開了用于在活性污泥工藝中選擇和保留固體以使用篩改善廢水處理的方法和設(shè)備的實例，其可以用在本公開內(nèi)容的重量選擇器260中。
圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的原理的mle活性污泥處理系統(tǒng)300(和工藝)的示例。除了圖2所示的系統(tǒng)200之外，系統(tǒng)300不包括厭氧區(qū)120。因此，來自初級澄清池110的輸出流115直接進(jìn)料到缺氧區(qū)130。在沒有重量選擇器260的情況下，系統(tǒng)300僅能夠進(jìn)行硝化和反硝化，并且biop活性可能有限或不存在。利用系統(tǒng)300中的重量選擇器260(例如，在圖3所示的配置中)，該系統(tǒng)提供顆粒狀生物質(zhì)生產(chǎn)，其中將更致密和更大的顆粒265返回到需氧區(qū)140(例如反應(yīng)器(未示出))，并且較輕部分285代表取自系統(tǒng)300的廢棄固體。系統(tǒng)300通過例如在顆?；镔|(zhì)顆粒的中心附近提供微生態(tài)位(ecologicalniche)(其中pao和dpao能夠被積累)來提供可靠和一致的biop活性。
圖4示出了與圖3所示的系統(tǒng)300類似的具有所有相同優(yōu)點的系統(tǒng)400的一個實例，但是與需氧區(qū)140(例如，需氧區(qū)140中的曝氣池生物質(zhì)(未示出))相反，外部重量選擇器260應(yīng)用于返回活性污泥流175。
圖5顯示了具有厭氧選擇器和水力旋流器形式的外部重量選擇器之組合的整合澄清器-生物活性污泥工藝的一個實例。所添加的外部重量選擇器通過將經(jīng)由使用標(biāo)準(zhǔn)厭氧選擇器的生物選擇與經(jīng)由外部重量選擇器的新穎應(yīng)用的物理選擇相結(jié)合來提高biop性能。
圖6示出了例如在系統(tǒng)300(或200或400)中的外部重量選擇器的影響的一個實例。特別地，圖6示出了水力旋流器重量選擇器對strass廢水處理廠的biop的影響，其使用如圖3所示的mle工藝，包括水力旋流器生物質(zhì)廢棄系統(tǒng)(biomasswastingsystem)。數(shù)據(jù)顯示，隨著生物除磷效率和可靠性的逐漸增加，對化學(xué)除磷的依賴性降低。完全消除了用于化學(xué)除磷的鋁酸鈉的添加。
圖7示出了使用用于生物質(zhì)廢棄的系統(tǒng)200(或300或400)在strass廢水處理廠中減少鋁酸鈉給料的一個實例。
圖8示出了使用例如系統(tǒng)200(或300或400)的strass廢水處理廠的水力旋流器操作對biop的影響的一個實例。在實驗期間，所收集的生物質(zhì)樣品中的p含量增加到常規(guī)biop廠的通常值。這是重要的，因為strass廠沒有安裝厭氧選擇器。常規(guī)的非biop生物質(zhì)預(yù)期含有約1.5至2.0％的p/mlvss。圖8中的數(shù)據(jù)顯示在側(cè)流工藝中在主流中的活性污泥生物質(zhì)中的p含量在2.8至4.5％p/mlvss的范圍內(nèi)。
因此，從上述顯而易見的是，對于沒有厭氧選擇器的廠，外部重量選擇器可以導(dǎo)致產(chǎn)生biop。然而，對于已經(jīng)具有厭氧選擇器并且設(shè)計用于biop(具有生物選擇)的廠，添加外部重量選擇器可以提高biop的可靠性和效率。
本公開內(nèi)容提供了可以將生物(具有厭氧選擇器)和物理選擇(具有外部選擇器)組合的系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容的原理，由于外部重量選擇器導(dǎo)致的更致密顆粒的選擇為dpao和pao提供了良好的微環(huán)境，其本身由于聚磷酸鹽顆粒而更致密，因此通過外部重量選擇器形成顆粒提供了另一種積累和物理選擇pao和dpao的能力，并且pao和dpao由于聚磷酸鹽顆粒而具有更高的密度，因此重量選擇器(例如，水力旋流器)可以更有效地選擇這些生物體。
與例如圖1所示的系統(tǒng)100相比，外部重量選擇器提供了比pao更好的dpao選擇，因為在曝氣期間或在曝氣區(qū)域中，顆粒的內(nèi)部受到保護(hù)而免于大體積do，但硝酸鹽可作為通過硝化生產(chǎn)并擴(kuò)散到顆粒內(nèi)部的結(jié)果存在。這使得硝酸鹽可用于dpao，提供了vfa用于去除氮和磷的益處，這導(dǎo)致比常規(guī)方法更有效地使用廢水碳來去除氮和磷，常規(guī)方法中dpao活性通常為pao活性的小部分。
在根據(jù)本公開內(nèi)容的原理在wwtpstrass廠進(jìn)行的實驗中，主要生物處理以低污泥保留時間(sludgeretentiontime，srt)在上游a階段(未示出)中提供高速碳去除，并且主要在下游低srt系統(tǒng)(b階段，未示出)中除氮。b階段由2個處理通道組成，每個具有2個串聯(lián)的旋轉(zhuǎn)式池，這些池都裝有擴(kuò)散器。根據(jù)在活性污泥池中的流出物處在線測量的氨和硝酸鹽濃度，控制曝氣以實現(xiàn)一定的do-設(shè)定點和硝化效率。串聯(lián)的第二池(未示出)主要經(jīng)曝氣以便向正在硝化的生物質(zhì)供應(yīng)氧氣，并且串聯(lián)的第一池(未示出)大部分未曝氣以向異養(yǎng)生物質(zhì)提供缺氧環(huán)境，以反硝化再循環(huán)的硝酸鹽(mle模式)。當(dāng)氨濃度增加接近極限值時，第一池可以曝氣并用作具有額外硝化能力的擺動區(qū)。
在wwtpstrass廠的初始設(shè)計依賴于通過金屬給料的化學(xué)除磷并且未打算生物除磷，因為沒有實施厭氧區(qū)，并且大多數(shù)有機(jī)酸已經(jīng)在a階段中被去除，因此缺乏任何生物除磷活性。最近，為了提高除氮工藝的效率，已經(jīng)從用于污泥液體的側(cè)流處理系統(tǒng)(
根據(jù)本公開內(nèi)容的原理，即使沒有任何專用的厭氧反應(yīng)器區(qū)域，通過重量選擇器(例如，水力旋流器)選擇的更致密的污泥聚集體的生物除磷活性也可以顯著提高。此外，重量選擇器與厭氧區(qū)的組合(用作生物選擇器)進(jìn)一步增強(qiáng)了生物除磷活性，其中例如更致密的生物質(zhì)聚集體可以直接與來自下水道或者來自于預(yù)處理過程的濃縮廢水接觸。厭氧vfa攝取和儲存促進(jìn)更致密生物質(zhì)的產(chǎn)生，其還允許這些聚集體通過物理選擇過程從廢物流中累積。這種厭氧區(qū)可以上游實施，例如在生物處理的前端，在那里廢水被進(jìn)料到活性污泥系統(tǒng)中(例如，如圖2所示)。
或者，例如，如圖5所示，可將厭氧區(qū)配置在例如位于沉降器和一個或更多個曝氣池之間的隔室中。沉降的污泥可以從沉降器再循環(huán)，例如通過設(shè)置在池底部的排水管。沉降的污泥可以通過例如排水管供給到厭氧隔室，在那里可以引入廢水，并且可以從該接觸區(qū)域?qū)⒒旌系囊后w例如最終通過在箱底部的分配管(例如，如圖5所示)分配到活性污泥池。該實施可以與例如pct/at00/00322和/或pct/at2011/000001中所描述的biocos工藝兼容，這兩個申請通過引用并入本文，其已經(jīng)包括配置的交替沉降池，所述交替沉降池具有在沉降器的污泥循環(huán)管和向這些排水管提供吸入壓力的氣升泵(大型泵(mammothpump))。
另外，該系統(tǒng)可以包括沉降器和曝氣池之間的多個壁(例如，雙壁)，以便提供單獨的隔室，在那里增稠的污泥可以與進(jìn)料和例如氣升泵(未示出)的壓力頭(未示出)接觸，所述氣升泵其可以用于將混合的液體分配到曝氣池的底部。在不運(yùn)行氣升式泵的循環(huán)階段期間，可以將連續(xù)進(jìn)料流引入到接觸隔室并將底物供應(yīng)到高固體液。
雖然已經(jīng)根據(jù)示例性實施方案描述了本公開內(nèi)容，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)對本公開內(nèi)容進(jìn)行修改。這些示例僅僅是說明性的，并且不意味著是本公開內(nèi)容的所有可能的設(shè)計、實施方案、應(yīng)用或修改的詳盡列表。
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