相關(guān)申請

本申請要求2014年11月21日提交的名為“改進(jìn)的壓載的(ballasted)凈化系統(tǒng)”的美國臨時專利申請序列號62/082,941的優(yōu)先權(quán)，其通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。

背景

一般地，本發(fā)明涉及改進(jìn)的用于處理水或廢水的凈化系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及改進(jìn)的提供壓載的絮凝系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。

凈化是一種處理水的方法，通過移除雜質(zhì)使得它清澈。一種將水凈化的方法是通過絮凝，即一種其中可以通過將懸浮的物質(zhì)團(tuán)聚成大到足以通過重力沉降的粒子來將它從水中移除的過程。通常，絮凝是可以將液體凈化的過程。可以將水或廢水(例如，飲用水、廢水、組合的下水道溢流水等)引入到絮凝系統(tǒng)中，在所述絮凝系統(tǒng)中凝結(jié)的沉淀物可以由于膠態(tài)廢水的失穩(wěn)而形成。

可以使用的凝結(jié)劑包括金屬和聚合物凝結(jié)劑。金屬凝結(jié)劑通?；阼F或鋁。鐵凝結(jié)劑可以包括但不限于，硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵和氯化硫酸鐵。鋁凝結(jié)劑可以包括但不限于，硫酸鋁、氯化鋁(包括聚氯化鋁)和鋁酸鈉。也可以使用其他化學(xué)品或材料，比如但不限于藻酸鈉、可溶淀粉產(chǎn)品、熟石灰、碳酸鎂、或合成聚合物。此外，可以插入凝結(jié)劑輔劑——包括例如再循環(huán)泥。

盡管在沒有攪拌的情況下粒子或沉淀物可以彼此粘到并自發(fā)地形成不規(guī)則的粒子簇或絮體(floc)(即，異向聚集或絮凝)，但也可以將水或廢水混合或攪拌，由此造成剪應(yīng)力并快速生成簇或絮狀沉淀(即，異向聚集或絮凝)。絮凝的程度通常由速度梯度和絮凝的時間決定。通過水力混合(例如但不限于，帶擋板的室、螺旋流室)、機械混合(如但是不限于攪拌，旋轉(zhuǎn)或往復(fù)的刀片、槳葉、或螺旋槳)、和可以例如利用擴(kuò)散空氣以在流動的水中造成湍流的擴(kuò)散器或柵格系統(tǒng)，可以向絮凝系統(tǒng)提供剪應(yīng)力。

當(dāng)將水或廢水混合或攪拌時，可以形成較大且較重的絮體，其可以從水或廢水中沉降下來，并且可以作為污泥被移除。凈化過的水可以退出系統(tǒng)的頂部。為了增加絮體沉降的速度，可以在壓載的絮凝過程中使用壓載物(ballast)材料。

壓載的絮凝(也稱為高速凈化)將過程稍加改變，其中，團(tuán)聚的粒子(或“絮體”)可以包含壓載的粒子，造成絮體下沉得更快，從而將凈化過程加速。

此外，現(xiàn)有的壓載的凈化系統(tǒng)經(jīng)常具有比較高的壓載物損失率。這樣的壓載物的損失不僅僅增加了運行壓載的凈化系統(tǒng)的成本，而且也造成對下游加工部件的過度的磨損和/或損傷(因為這樣的部件可能在處理其中帶有砂或其他這樣的壓載物的污泥)。因此，想要的是，在壓載的凈化系統(tǒng)的運行期間減少壓載物損失。

還想要的是，減少壓載的凈化系統(tǒng)所必需的尺寸。這樣的尺寸上的減少可以導(dǎo)致更小的占地(footprint)，以及更小的資本費用和/或運行費用。例如，增加壓載的凈化系統(tǒng)的增長量(riserate)可以允許使用更小的系統(tǒng)。然而，目前使用的壓載物(例如，砂)在流出物中沒有過量壓載物損失的情況下通常不允許高于40gpm/ft²的增長量。因此，想要的是，在大于40gpm/ft²的增長量以及可接受的壓載物損失的情況下運行壓載的凈化系統(tǒng)。

因此，想要的是有一種壓載的絮凝系統(tǒng)，其中壓載物材料被選擇或配置為產(chǎn)生有效的且高效的凈化。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的方面可以包括一種提供對水或廢水的壓載的凈化的方法，所述方法包括：將流入物引入到第一區(qū)中，所述流入物包含水或廢水和凝結(jié)劑；在第一區(qū)中將流入物攪動或混合，其中至少部分由凝結(jié)劑造成絮體在流入物中發(fā)展；將流入物從第一區(qū)提供到第二區(qū)；將聚合物和壓載物引入到在第二區(qū)的流入物中，其中壓載物具有小于1.15的長徑比；在第二區(qū)中將流入物攪動或混合，其中在第二區(qū)中的攪動或混合造成壓載物移動通過流入物并進(jìn)入絮體；將流入物從第二區(qū)提供到第三區(qū)；在第三區(qū)中將流入物攪動或混合，其中在第三區(qū)中的攪動或混合通過絮體之中較小的絮體的碰撞造成較大的絮體形成；將流入物提供到具有底部和頂部的凈化槽中，其中絮體中的壓載物粒子造成絮體沉降到凈化器的底部；從凈化槽的頂部輸出流出物，所述流出物包含清澈的或基本上清澈的水。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括從凈化器的底部移除包含沉降的絮體的污泥以及從污泥中移除至少一些的壓載物。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中使用一個以上水力旋流器從污泥移除壓載物的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中將從污泥中移除的壓載物再循環(huán)以重新引入到第二區(qū)中的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中提供壓載的凈化的方法在具有大于四十(40)gpm/ft²的增長量的系統(tǒng)中運行的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括：從凈化器的底部移除包含沉降的絮體的污泥以及從污泥中移除鎮(zhèn)至少一些的重物，其中壓載物損失小于10.8千克/百萬加侖被處理的水。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中壓載物粒子具有大于3.0g/cm³的密度的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中長徑比在1.0至1.10之間的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中壓載物材料具有大于3.5g/cm³的密度的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方面，方法可以還包括其中壓載物材料包含石榴石的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的其他方面可以包括這樣一種壓載的絮凝系統(tǒng)，所述壓載的絮凝系統(tǒng)包含：凝結(jié)槽，所述凝結(jié)槽接收水或廢水和凝結(jié)劑的流入物，并且輸出凝結(jié)槽流出物；與凝結(jié)槽流體連通并且接收凝結(jié)槽流出物的絮凝槽，所述絮凝槽還接收聚合物和壓載物粒子的輸入，并且輸出絮凝槽流出物，其中壓載物粒子具有小于1.15的長徑比；與絮凝槽流體連通并且接收絮凝槽流出物的熟化槽，所述熟化槽輸出熟化槽流出物；具有頂部和底部的凈化器，所述凈化器與熟化槽流體連通并且接收熟化槽流出物，所述凈化器從凈化器的頂部輸出處理過的水并且從凈化器的底部輸出包含沉降的絮體的污泥；接收污泥并且將壓載物粒子從污泥中分離的水力旋流器。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含在凝結(jié)槽中的槳葉或混合裝置；在絮凝槽中的槳葉或混合裝置；和在熟化槽中的槳葉或混合裝置；其中每個槳葉或混合裝置將它所處的槽中的內(nèi)容物攪動或混合。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以包含在凝結(jié)槽中的槳葉或混合裝置，以造成絮體形成。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含其中在絮凝槽中的槳葉或混合裝置造成壓載物粒子移動通過凝結(jié)槽流出物并進(jìn)入絮體的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含其中在熟化槽中的槳葉或混合裝置通過絮體的慣性撞擊造成更大絮體形成的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含這樣一種系統(tǒng)：該系統(tǒng)以大于40gpm/ft²的增長量運行。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含其中壓載物損失小于10.8kg/百萬加侖被處理的水的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含其中壓載物粒子具有大于3.0g/cm³的密度的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以還包含其中壓載物粒子包含石榴石的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，系統(tǒng)可以包含利用密度大于3.0g/cm³且長徑比小于1.15的壓載物粒子的壓載的絮凝系統(tǒng)，該壓載的絮凝系統(tǒng)以大于1.0cm/s的絮體沉降速度運行。

附圖描述

通過與附圖一起閱讀以下詳細(xì)描述，可以更完整地理解本發(fā)明，在附圖中，相似的參考標(biāo)記用于指代相似的要素。附圖描繪了某些說明性實施方案，并且可以幫助理解以下詳細(xì)描述。在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實施方案之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不將它的應(yīng)用限制到在以下描述中陳述的或在圖中圖示的部件的構(gòu)造和排布的細(xì)節(jié)。描繪的實施方案被理解為示例性的并且不以任何方式限制本發(fā)明的總體范圍。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所用的措辭和術(shù)語用于描述的目的，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。下面將參照以下圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中：

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的示例性壓載的凈化系統(tǒng)。

圖2描繪了用于根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的壓載的凈化系統(tǒng)的示例性管線圖。

圖3a-3f圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的示例性壓載的凈化系統(tǒng)的多種視圖。

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，對多種壓載物類型和增長量來說的濁度結(jié)果。

詳細(xì)描述

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實施方案之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不將它的應(yīng)用限制到在以下描述中陳述的或在圖中圖示的部件的構(gòu)造和排布的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠是其他的實施方案并且以多種方式實行或進(jìn)行。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所用的措辭和術(shù)語用于描述的目的，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。

在此描述中示例的內(nèi)容被提供用于幫助綜合理解參照附圖所公開的多種示例性實施方案。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不脫離所要求保護(hù)的發(fā)明的精神和范圍的情況下對本文描述的示例性實施方案作出多種改變和更改。為了清除和簡明，省略了對公知的功能和構(gòu)造的描述。此外，如本文所使用的單數(shù)可以解釋為復(fù)數(shù)，并且備選地，任何復(fù)數(shù)形式的術(shù)語可以解釋為單數(shù)形式的。

通常，壓載的絮凝是一種物理-化學(xué)處理過程，它通常使用連續(xù)再循環(huán)的介質(zhì)和多種添加劑以通過改進(jìn)的絮體架橋改善懸浮的固體的沉降性質(zhì)。凝結(jié)化學(xué)品(例如，硫酸鐵)通常提供一種手段，小粒子可以借助該手段合并成較大的粒子，并且合并的量和速率是粒子間接觸程度的函數(shù)。在引入凝結(jié)化學(xué)品之后，形成小的緩慢沉降的絮體。如果溫和攪動液體物質(zhì)，粒子之間的接觸增加，并且它們尺寸增大。當(dāng)絮凝在先前形成的絮體粒子的存在下發(fā)生時，大大改進(jìn)絮凝。新形成的粒子通過在已經(jīng)存在的那些粒子的表面上堆積而沉積，使得它們尺寸以高得多的速率增大，產(chǎn)生更重的、更快沉積的絮體。

更具體地，壓載的凈化是一種利用致密粒子增強聚集的懸浮固體的沉降速度的物理和化學(xué)處理過程。該過程的目的是增加絮體的整體密度，這可以導(dǎo)致迅速的絮體熟化和更快的凈化。壓載的凈化器可以以比常規(guī)凈化器更快地(達(dá)到快十(10)倍)加工流，并且溢流速率達(dá)到80gal/ft²min那么高，同時達(dá)到80％至95％的總懸浮固體(tss)移除率。此溢流速率增強可以導(dǎo)致比常規(guī)凈化器具有小得多的占地的系統(tǒng)。

壓載的絮凝可以是利用再循環(huán)的介質(zhì)改進(jìn)懸浮的固體的沉降性質(zhì)的高速凈化過程。如果絮體或微絮體可以具有大于1.0的比重(在一些系統(tǒng)中，想要的是具有比重大于2.0的絮體或微絮體)，那么沉降時間可以比非壓載的絮凝系統(tǒng)快至多若干倍。

然而，對壓載的絮凝系統(tǒng)的作用存在著誤解，導(dǎo)致選擇低效的并且可能是無效的多種壓載物材料。之前認(rèn)為，壓載物起到用于絮體形成的種子的作用，伴隨著附接到壓載物并且圍繞壓載物的固體和聚合物。事實上，此前的技術(shù)記載了“微砂作為壓載物充當(dāng)促進(jìn)特別大且重的絮體的形成的種子”。參見美國專利號4,927,543。

基于這一不正確的理解，已經(jīng)基于密度(以增加絮體的沉降速度)和電荷中性選擇了壓載物材料。電荷中性被認(rèn)為對于允許圍繞壓載物的聚集來說是重要的。

然而，現(xiàn)在理解，壓載物過程可能是基于動量的。壓載物粒子可以通過慣性力戳入化學(xué)絮體中，并且可以變得結(jié)合在化學(xué)母體中?？紤]到正確的理解，如流體動力學(xué)和密度等特性可以是重要的。

流體動力學(xué)，是壓載物粒子在絮凝和熟化期間迅速徑向移動通過水的能力，其可能是有關(guān)的特性，因為壓載物粒子的流體動力學(xué)可以影響粒子可能運動通過水或廢水的速度。更多流體動力的粒子可以具有更圓的形狀和低的長徑比。粒子的長徑比可以定義為如在w.pabst和e.gregorova的“粒子和粒子系統(tǒng)的表征(characterizationofparticlesandparticlesystems)”中描述的粒子的最短feret直徑和粒子的最長feret直徑之間的比率。iso13322-1-2014描述了通過將粒子固定在成像裝置的物平面來測量粒子的所述feret直徑的圖像分析方法。例如，可以通過如本領(lǐng)域已知的光學(xué)顯微方法獲得圖像。

在通過凈化進(jìn)行水處理的領(lǐng)域中所用的大部分壓載材料具有包括在1.2至1.7之間的長徑比。例如，二氧化硅砂(其可以用作壓載材料)具有大約1.22的長徑比。相對地，一些石榴石，可以具有比最常用的的壓載材料如二氧化硅和砂的長徑比小的長徑比。石榴石的長徑比可以小于1.15，并且可以具體地在1.0至1.15之間，或1.0至1.10之間，或1.05至1.11之間，或1.0至1.05之間，或這樣的范圍的任何組合。石榴石的具體長徑比可以為大約1.06。石榴石的較小的長徑比可以允許石榴石在水或廢水中比砂更快地運動，并且進(jìn)一步進(jìn)入到絮體中。1.0至1.15范圍內(nèi)的長徑比可以提供高效的絮體進(jìn)入。1.0至1.10之間的長徑比可以提供附加的益處。

密度可以是重要的，不僅是對于增加絮體的沉降速度來說，而且因為這樣致密的粒子具有更大的質(zhì)量(其可以在碰撞過程期間具有更多的能量)。這可以允許壓載物粒子擊中微絮體并且通過動量進(jìn)入到絮體母體中。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在3至5g/cm³之間、且更具體地高于3.2g/cm³的密度可以一般地提供有效的絮體進(jìn)入和足夠的絮體沉降速率。已經(jīng)證實，3.2-4.5g/cm³、或具體地3.2-3.5g/cm³之間的范圍，以及3.5-4.3g/cm³之間的范圍，是有效的。

此外，與在2.5的砂的密度相比，石榴石具有4的密度。此較大的密度允許石榴石具有更高的沉降速度。最后，石榴石具有與石英砂相比不那么負(fù)的表面電勢(ζ電勢)。石榴石的ζ電勢在大約16至-41的范圍內(nèi)，取決于ph。相反，石英砂在10至-60的范圍內(nèi)。這一特性可以允許石榴石在進(jìn)入后增強它在絮體內(nèi)的位置。

在更均勻的壓載物材料的使用中，可以發(fā)現(xiàn)附加的優(yōu)點。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)砂(#80)的均勻系數(shù)為大約1.64。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)石榴石(#120)具有1.33的均勻系數(shù)。均勻系數(shù)越低，材料越均勻(良好分級的、良好分類的)。低的均勻系數(shù)可以改進(jìn)系統(tǒng)的功能性。更小或更細(xì)的壓載物材料更可能是溢流堰(lostovertheweir)；更大的壓載物材料更可能沉降到槽的底部，防礙均質(zhì)的系統(tǒng)。

通常，本發(fā)明涉及利用特殊地配置或選擇的壓載物粒子使用壓載的絮凝將水凈化的系統(tǒng)和方法，以產(chǎn)生有效且高效的凈化，如現(xiàn)在理解的過程。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的系統(tǒng)和方法可以處理多種類型的水，并且可以一般地包括三(3)個槽和一個凈化器。流入物水可以與凝結(jié)劑混合，隨后進(jìn)入第一混合槽，在那里凝結(jié)劑可以與可溶性污染物如含磷的污染物反應(yīng)。隨后可以將混合物前進(jìn)到第二槽，在那里可以引入壓載物。這樣的壓載物可以進(jìn)入新形成的絮體。被壓載的絮體隨后可以在第三槽中與聚合物混合在一起，以通過慣性撞擊增加絮體尺寸。隨后可以將被壓載的絮體移動到凈化器，在那里絮體可以以高速率沉降，同時清澈的水可以越過堰流出?？梢詫⒊两档奈勰啾盟偷剿π髌?，其可以將壓載物粒子從污泥和水混合物中分離。隨后可以將污泥傳輸?shù)皆龀砥?，同時可以將壓載物粒子再循環(huán)到系統(tǒng)中。

參照圖1，系統(tǒng)100可以包含三(3)個槽120、130、140，和凈化器150。通常，可以將水與金屬凝結(jié)劑在線混合，隨后進(jìn)入第一混合槽120。在第一混合槽120中，凝結(jié)劑可以與水或廢水中的可溶性污染物如磷反應(yīng)，并且可以激起失穩(wěn)以及懸浮的固體向微絮體的聚集。

隨后可以將水或廢水前進(jìn)到第二混合槽130，在那里可以引入壓載物材料，以及可以引入聚合物。壓載物材料可以進(jìn)入已經(jīng)形成的微絮體。如上文提到的，可以利用多種基于包括但不限于密度和流體動力學(xué)的特性被配置和/或選擇的材料作為壓載物。例如，石榴石比許多常用的壓載物材料(如但不限于，石英砂、二氧化硅砂、黑云母、干燥的污泥粒子等)具有更大的密度和更大的流體動力學(xué)。

在第三槽140中，被壓載的絮體可以被進(jìn)一步混合，以通過慣性撞擊增強絮體的尺寸，并且可以加入附加的聚合物。

最后，可以將增強的被壓載的絮體移動到凈化器150，在那里絮體可以以高速度比率沉降，同時清澈的水越過堰151流出?？梢詫⒊两翟趦艋?50的底部的絮體泵送到水力旋流器160，該水力旋流器可以將重的壓載物粒子從較輕的水和污泥混合物中分離?？梢詫⑽勰鄠鬏?shù)皆龀砥?，同時可以將壓載物粒子再循環(huán)至第二混合槽130，使得可以在過程中將它再利用。

更具體地，并且繼續(xù)參照圖1，水或廢水110可以作為流入物進(jìn)入系統(tǒng)，并且可以在水或廢水進(jìn)入第一混合槽120之前在線加入金屬凝結(jié)劑111。在第一混合槽120中，可能發(fā)生快速混合和/或凝結(jié)。為了輔助槽的混合，可以利用機械混合裝置121。機械混合裝置可以包括但不限于，刀片、螺旋槳、槳葉等，備選地(或附加地)可以利用擴(kuò)散器的水力混合。

隨后，水或廢水可以進(jìn)入第二混合槽130，在那里可以向槽130加入壓載物材料。壓載物材料可以在過程中再循環(huán)，并且可以是之前使用過的壓載物材料。再一次地，第二混合槽130可以包含可以提供機械或水力混合的混合裝置131。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，可以利用第三混合槽140。注意，預(yù)期也可以利用二(2)混合槽系統(tǒng)。第三混合槽140(如果利用的話)可以包含混合裝置141。

水或廢水可以進(jìn)入凈化器150，在那里絮體可以沉降到槽50的底部，而清澈的水可以上升并且越過堰151流出，并作為流出物112退出系統(tǒng)。槽150可以包含底部出口152，污泥可以進(jìn)入其中退出系統(tǒng)。污泥可以流入水力旋流器160，其可以將壓載物粒子從污泥分離。污泥161可以退出系統(tǒng)到增稠器，同時壓載物粒子162可以退出水力旋流器160并且再循環(huán)回到第二混合槽130。

參照圖2，現(xiàn)在將討論根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的示例性壓載的凈化系統(tǒng)200的管線。原料水(即待處理的水或廢水)可以在201處流入系統(tǒng)，并且可以通過泵202泵送?？梢詫⒃纤盟偷叫D(zhuǎn)刷篩203，該旋轉(zhuǎn)刷篩可以用于進(jìn)行固體收集(即，從水中移除大的固體)。在過篩后，可以通過流入物泵204將水泵送到第一絮凝池211中。

當(dāng)將流入物提供到第一絮凝池211時，伴隨著流入物，可以向流入物添加來自凝結(jié)劑槽205的凝結(jié)劑(通過計量泵206泵送)、來自苛性槽207的苛性劑(通過計量泵208泵送)、和來自氧化劑槽209的氧化劑(通過計量泵210泵送)?？梢栽诘谝恍跄刂型ㄟ^第一混合器210將流入物和添加劑攪動或攪拌。

隨后，可以將流體(現(xiàn)在包含過篩的原料水和添加劑(凝結(jié)劑、苛性劑、和氧化劑))提供到第二絮凝池213中。在第二絮凝池213中，可以加入來自聚合物槽218的聚合物(其可以通過計量泵219泵送)，以及壓載物材料。壓載物材料可以獨立地加入，或者壓載物材料可以作為水力旋流器223、224的輸出物加入。

正如上文更詳細(xì)地討論的，壓載物材料可以包含具有高流體動力學(xué)特性(比如但不限于低長徑比，(例如，小于1.15))和大于3.0g/cm³的密度的材料?？梢酝ㄟ^混合器214攪動或攪拌在第二絮凝池213中的混合物。這樣的攪動或攪拌可以造成壓載物粒子運動通過混合物并且進(jìn)入絮體。

隨后，可以將混合物提供到熟化槽216?？梢韵蚴旎瘏^(qū)加入附加的聚合物?？梢酝ㄟ^混合器217再次攪動或攪拌混合物。這樣的攪動或攪拌可以由于慣性沖擊造成絮體結(jié)合在一起并且尺寸增加。

隨后，可以將混合物提供到凈化器220中，在那里被壓載的絮體可以以高速度比率沉降，同時清澈的水可以流出221(例如，越過堰)。注意，絮體可以沉降得相當(dāng)快，例如，以大于1.0cm/s的沉降速度沉降。

沉降的絮體現(xiàn)在在凈化器220的底部處變成污泥?？梢越?jīng)由污泥泵222將沉降的污泥泵送到水力旋流器223、224。注意，圖2圖示了主水力旋流器223和備用水力旋流器224。預(yù)期的是，可以在任何時間使用一個或多個水力旋流器。在水力旋流器中，可以將壓載物粒子從水和污泥混合物分離?？梢詫狠d物粒子提供回到如上文所討論的第二絮凝池213。

可以將剩下的污泥傳輸?shù)皆龀砥?，用于晚些時候處理。注意，使得壓載物能夠運動通過水混合物冰進(jìn)入絮體的壓載物粒子的性質(zhì)有助于將壓載物粒子從污泥移除。對于以40gpm/ft²運行的系統(tǒng)來說，已發(fā)現(xiàn)壓載物損失小于13kg/百萬加侖被處理的水。根據(jù)測試，在40gpm/ft²的增長量，記錄到壓載物損失在10.8kg/百萬加侖被處理的水。在45gpm/ft²，記錄到壓載物損失在9.5kg/百萬加侖被處理的水，并且在57gpm/ft²，記錄到壓載物損失在7.6kg/百萬加侖被處理的水。

這是特別想要的，因為減少的壓載物損失(i)減少了系統(tǒng)的運行成本(因為要替換較少的壓載物)；并且(ii)減少了對下游加工部件上的損傷(因為有較少的隨著污泥一起被處理的壓載物)。在污泥中剩余的壓載物可以對加工部件造成過量的磨損。

參照圖3a-3f，現(xiàn)在將討論根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的用于提供壓載的凈化的系統(tǒng)。首先注意的是：(i)圖3a提供了系統(tǒng)300的等距視圖；(ii)圖3b提供了系統(tǒng)300的頂視圖；(iii)圖3c圖示了系統(tǒng)300的截面圖——沿系統(tǒng)橫向截??；(iv)圖3d和3e各自圖示系統(tǒng)300的垂直于圖3c的截面圖；并且(v)圖3f圖示了系統(tǒng)300的外部等距視圖。下面將依次討論每一張圖。

參照圖3a，可以看到，系統(tǒng)300一般地包含第一絮凝池310和第二絮凝池320。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，第一和第二絮凝池310、320可以沿著一根軸彼此鄰近地布置，而其他池和凈化器可以沿垂直軸布置。以此方式，可以保持系統(tǒng)300的占地更小，從而降低成本(如建造和/或購買系統(tǒng)300的資本費用)，并且需要較少的用于安置和使用的空間。第一和第二絮凝池310、320兩者可以包含用于將混合物攪動或攪拌的混合器。

系統(tǒng)300可以還包含熟化區(qū)330，其可以再一次包含用于將混合物攪動或攪拌的混合器331。系統(tǒng)300可以還包含凈化器340，在其中被壓載的絮體可以沉降并且這樣沉降的絮體可以通過刮料機341被刮取用于加工(如但不限于輸送到水力旋流器和/或增稠器)。在凈化器340的頂部，清澈的水可以沿著流槽通道350前進(jìn)，并且越過堰，同時退出系統(tǒng)300。

可以如上文關(guān)于圖1和2討論的，提供凝結(jié)劑、苛性劑、氧化劑、聚合物和壓載物粒子的供應(yīng)。

參照圖3b，第一絮凝池310和第二絮凝池320的位置可以橫向于熟化區(qū)330。參照圖3c，可以看到第一和第二絮凝池310、320?？梢詮牡诙跄?20向熟化區(qū)330提供混合物。注意，混合物可以通過在池的底部的開口從第二絮凝池320運動到熟化區(qū)330，而混合物可以通過在池的頂部的開口從熟化區(qū)330流動到凈化器。凈化器340可以包含刮料機341，用于刮取沉降的絮體或污泥。清澈的水可以沿著流槽通道350前進(jìn)，并且越過堰，同時在流出物通道360處退出系統(tǒng)300。

參照圖3d，可以更清楚地看到具有第一混合器311的第一絮凝池310和具有第二混合器321的第二絮凝池320以及第一和第二絮凝池的排布。注意，盡管第一和第二絮凝池圖示為在垂直于熟化區(qū)和凈化器的方向上并排，但預(yù)期的是，這樣的第一和第二絮凝池可以以任何排布方式被布置，包括以單線(例如，如在圖1中圖示的)或以任何可以顯示高效或優(yōu)點的其他排布方式。

參照圖3e，可以更詳細(xì)地看到凈化器340。再一次地，凈化器340可以包含刮料機341，所述刮料機可以刮掉底部的沉降的絮體/污泥。污泥可以經(jīng)由管道342退出凈化器。

圖3f圖示了系統(tǒng)300的外部等距視圖。可以看到驅(qū)動混合器的裝置。例如，發(fā)動機312可以驅(qū)動第一絮凝池310中的混合器311。發(fā)動機322可以驅(qū)動第二絮凝池320中的混合器321。發(fā)動機332可以驅(qū)動熟化區(qū)330中的混合器331。并且發(fā)動機342可以驅(qū)動凈化器340中的刮料機341。圖3f圖示了，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的壓載的凈化系統(tǒng)可以對于運輸來說足夠小，同時仍然獲得顯著的凈化流量。

通常，如上討論的壓載物材料(例如，石榴石)與典型的壓載物材料(例如，微砂)相比可以提供至少兩(2)個優(yōu)點。第一，系統(tǒng)和方法可以具有更高的生產(chǎn)量(或增長量)，且第二，可以具有較低的壓載物材料損失率。在下文簡述每一個優(yōu)點。

參照圖4，已經(jīng)測試了并且已經(jīng)成功地以57gpm/ft²那么高的生產(chǎn)量或增長量運行了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的系統(tǒng)和方法。此外，在約3濁度測定濁度單位(nephelometricturbidityunit，ntu)的流入物濁度的情況下，確定流出物濁度為平均大約1.2ntu。測得流出物磷為小于0.1mg/l。

較大且較重的粒子可以由于它們的高沉降速度經(jīng)歷較低的在水力旋流器中的損失及溢流。然而，較小的壓載物粒子在進(jìn)入絮體時可以是更高效的。因此，確認(rèn)將這兩個相反的要求(更快的沉降和更好的絮體進(jìn)入)最大化的理想的壓載物尺寸。關(guān)于損失率，壓載物材料的較高的密度和流體動力特性可以有助于在水力旋流器中從污泥移除更多的壓載物。密度可以有助于從水力旋流器施加在壓載物上的力，而壓載物的流體動力學(xué)性質(zhì)(低長徑比等)可以有助于壓載物進(jìn)入污泥，從而被從系統(tǒng)移除。

將石榴石作為壓載物材料的使用與砂(常用的壓載物材料)作比較。在第三處理期間，對于所有受測的增長量，石榴石顯示最低的壓載物損失率。具體地，在40gpm/ft²的增長量時，石榴石的損失率為29％，低于砂的損失率。此外，石榴石通常具有比砂低的均勻系數(shù)。

參照以下表1和表2，顯示了作為壓載物材料的砂、磁鐵礦(“mag.”)和石榴石的比較。注意，使用的石榴石(#120)的純度為大約37％sio2，33％fe2o3，20.5％al2o3，6％mgo和2％cao。

表1

表2

如上文討論的，具有一定特性的壓載物粒子(如但不限于石榴石)的使用允許壓載的凈化系統(tǒng)在與使用砂作為壓載物所允許的相比更高的增長量運行。增加的增長量可以導(dǎo)致需要較小的系統(tǒng)，從而減少這樣的系統(tǒng)的資本費用和運行費用兩者。

在測試中，記錄了表3中所述的速率。

表3

因此，可以看到，通過使用具有大于3.0g/cm³的密度和小于1.15的長徑比的壓載物材料，可以獲得大于40gpm/ft²的增長量，以及快的沉降絮體(大于1.0cm/s)，大于65％的濁度移除率和小于13kg/mg的壓載物損失。

要理解的是，本文所示和所述的本發(fā)明的具體實施方案僅是示例性的。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在將可以進(jìn)行多種變化、改變、替代和等效。類似地，可以在不偏離本發(fā)明中所要求的功能的情況下改變在附圖中所示的和上文討論的具體的形狀。因此，意圖是，本文描述的和在附圖中所示的所有內(nèi)容被當(dāng)作僅是說明性的，并且沒有限制的意義，并且本發(fā)明的范圍將僅由后附的權(quán)利要求書決定。