组合再生式消化与接触罐和溶气浮选的方法与流程

本发明的方面和实施方案涉及用于处理废水的系统和方法。

概述

根据本发明的方面，提供了废水处理系统。废水处理系统包括接触罐，所述接触罐具有被配置为接收待处理的废水的第一入口、被配置为接收活性污泥的第二入口、和出口。接触罐被配置为将待处理的废水与活性污泥混合以形成第一混合液。所述系统还包括溶气浮选单元(dissolvedairflotationunit)，所述溶气浮选单元具有与接触罐的出口流体连通的入口。溶气浮选单元被配置为将悬浮物质从第一混合液的一部分中分离以形成贫固体的溶气浮选单元流出物和浮选固体，以通过溶气浮选单元的固体出口输出浮选固体，并且以通过溶气浮选单元的流出物出口输出贫固体的溶气浮选单元流出物。所述系统还包括生物处理单元，所述生物处理单元具有与溶气浮选单元的流出物出口流体连通的第一入口和出口。生物处理单元被配置为生物分解来自溶气浮选单元的流出物的有机组分以形成第二混合液。所述系统还包括溶气浮选单元流出物导管，所述溶气浮选单元流出物导管在溶气浮选单元的流出物出口和生物处理单元的第一入口之间延伸；具有入口和出口的厌氧消化器；浮选固体导管，所述浮选固体导管在溶气浮选单元的固体出口和厌氧消化器的入口之间提供流体连通；以及增稠器，所述增稠器具有与厌氧消化器的出口流体连通的入口、与厌氧消化器的入口流体连通的第一出口、和第二出口。增稠器被配置为从厌氧消化器的出口接收消化固体流的一部分，从消化固体流的该部分中去除液体以产生具有相对于消化固体流的该部分增加的固体含量的增稠的消化固体流，从第二出口输出去除的液体，并且将增稠的消化固体流返回至厌氧消化器的入口。

在一些实施方案中，增稠器是重力带式增稠器。

所述系统可以被配置为将大部分消化固体流从厌氧消化器的出口引导至增稠器的入口。

在一些实施方案中，增稠器被配置为产生增稠的消化固体流，其具有是来自厌氧消化器的出口的消化固体流的固体含量的约两倍的固体含量。

在一些实施方案中，增稠器的第二出口与接触罐的入口流体连通。

在一些实施方案中，增稠器的第二出口与生物处理单元的入口流体连通。

在一些实施方案中，所述系统还包括第二增稠器，所述第二增稠器具有与在增稠器的下游的厌氧消化器的出口流体连通的入口，第二增稠器被配置为从厌氧消化器的出口接收消化固体流的第二部分，并且从消化固体流的第二部分中去除液体，以产生脱水的消化固体流，所述脱水的消化固体流具有相对于消化固体流的第二部分的固体含量增加的固体含量。第二增稠器可以包括与接触罐的入口流体连通的液体出口。第二增稠器可以包括与生物处理单元的入口流体连通的液体出口。

在一些实施方案中，所述系统还包括澄清器，所述澄清器具有与生物处理单元的出口流体连通的入口、流出物出口和返回活性污泥出口。澄清器被配置为通过流出物出口输出澄清的流出物，并且通过返回活性污泥出口输出返回活性污泥。

在一些实施方案中，所述系统还包括在澄清器的返回活性污泥出口和生物处理单元的第二入口之间延伸的返回活性污泥导管。

在一些实施方案中，所述系统还包括初级澄清器，所述初级澄清器具有与废水的来源流体连通的入口、贫固体出口以及富固体出口，所述贫固体出口与接触罐的入口流体连通并且被配置为将待处理的贫固体的废水递送至接触罐的入口，所述富固体出口与第二增稠器的入口流体连通并且被配置为将与待处理的贫固体的废水分离的富固体的液体流递送至第二增稠器的入口。

在一些实施方案中，第二增稠器包括富固体出口和贫固体出口，所述富固体出口被配置为将增稠的富固体的液体流递送至厌氧消化器的入口，所述贫固体出口被配置为将与富固体的液体流分离的液体递送至接触罐的第三入口。

根据另一个方面，提供了处理废水的方法。所述方法包括将废水引入到包含活性污泥的接触罐中，在接触罐中将废水与活性污泥混合以形成第一混合液，将第一混合液引导至溶气浮选单元，在溶气浮选单元中分离第一混合液以形成贫固体的溶气浮选单元流出物和浮选固体，将贫固体的溶气浮选单元流出物引导至生物处理单元，在生物处理单元中生物处理贫固体的溶气浮选单元流出物以形成生物处理的混合液，将浮选固体引导至厌氧消化器，在厌氧消化器中生物处理浮选固体以形成消化固体，将消化固体的一部分引导至增稠器，在增稠器中将液体从消化固体中分离以形成增稠的消化固体，并且将增稠的消化固体再循环至厌氧消化器。

在一些实施方案中，所述方法还包括将在增稠器中从消化固体中分离的液体引导至接触罐。

在一些实施方案中，所述方法还包括将在增稠器中从消化固体中分离的液体引导至生物处理单元。

在一些实施方案中，将消化固体的部分引导至增稠器包括将在厌氧消化器中形成的大部分消化固体引导至增稠器。

在一些实施方案中，在增稠器中将液体从消化固体中分离包括将增稠器中的消化固体的固体含量增加约两倍，以形成增稠的消化固体。

在一些实施方案中，所述方法还包括将消化固体的第二部分引导至在厌氧消化器和增稠器的下游流体连通的第二增稠器。

在一些实施方案中，所述方法还包括在第二增稠器中使消化固体的第二部分脱水。所述方法还可以包括将在第二增稠器中从消化固体的第二部分中分离的液体引导至接触罐。所述方法还可以包括将在第二增稠器中从消化固体的第二部分中分离的液体引导至生物处理单元。

在一些实施方案中，所述方法还包括将生物处理的混合液引导至澄清器，在澄清器中分离生物处理的混合液以形成澄清的流出物和返回活性污泥，将返回活性污泥的一部分再循环至生物处理单元，并且将澄清的流出物引导至处理的废水出口。

根据另一个方面，提供了有助于废水处理系统的增加的操作效率的方法，所述废水处理系统包括接触罐、具有与接触罐的出口流体连通的入口的溶气浮选单元、与接触罐的出口流体连接的生物处理单元、以及包括与溶气浮选单元的浮选固体出口流体连通的入口的厌氧消化器。所述方法包括将增稠器的入口连接至厌氧消化器的出口，并且将增稠器的增稠的消化固体出口连接至厌氧消化器的入口。

在一些实施方案中，所述方法还包括将增稠器的液体出口连接至接触罐和生物处理单元中的一个。

在一些实施方案中，所述方法还包括将第二增稠器流体地连接至在增稠器的下游的厌氧消化器的出口。

在一些实施方案中，所述方法还包括将第二增稠器的液体出口连接至接触罐和生物处理单元中的一个。

附图简述

附图并不意图是按比例绘制。在附图中，在各个图中图示的每个相同的部件或近似相同的部件由类似的数字表示。为了清楚的目的，在每个附图中并不是每个部件可以被标记。在附图中：

图1是根据本发明的实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图2是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图3是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图4是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图5是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图6是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图7是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图8是在本文公开的废水处理系统的实施方案中使用的再生式消化系统的实施方案的方框流程图；

图9是废水处理的比较实施例的方框流程图；和

图10是根据本发明的实施方案的废水处理系统的方框流程图。

详细描述

在本申请中，本发明不限于在以下描述中陈述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够有其他实施方案并且能够以各种方式被实践或实施。另外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为是限制性的。本文“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其各种变型的使用意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及另外的项目。

当术语在本文中使用时，“上游”单元操作指的是在第二单元操作之前对经历处理的流体进行的第一单元操作。类似地，“上游”处理容器或其部分指的是第一处理容器或其部分，第一单元操作在所述第一处理容器或其部分中在第二处理容器或其部分中进行的第二单元操作之前进行。“下游”单元操作指的是在第一单元操作之后对经历处理的流体进行的第二单元操作。类似地，“下游”处理容器或其部分指的是第二处理容器或其部分，第二单元操作在所述第二处理容器或其部分中在第一处理容器或其部分中进行的第一单元操作之后进行。具有与下游单元操作和/或处理容器的入口“直接流体连通”的出口的上游单元操作和/或处理容器将从上游单元操作和/或处理容器的出口输出的材料引导至下游单元操作和/或处理容器的入口中，而不对材料进行任何干预操作。除非以其他方式明确地描述，否则本文描述为与第二单元操作和/或处理容器流体连通的第一单元操作和/或处理容器应被理解为与第二单元操作和/或处理容器直接流体连通。除非以其他方式明确地描述，否则在第一单元操作和/或处理容器和第二单元操作和/或处理容器之间提供流体连通的导管应被理解为在第一单元操作和/或处理容器和第二单元操作和/或处理容器之间提供直接流体连通。

本文公开的各种单元操作和/或处理容器将流体和/或污泥分离成富固体的部分和贫固体的部分，其中贫固体的部分具有比富固体的部分更低的固体浓度。当术语在本文中使用时，单元操作和/或处理容器的“流出物”指的是分离的流体和/或污泥的贫固体的部分。材料的“再循环”指的是将材料从下游单元操作和/或处理容器的出口引导至在下游单元操作和/或处理容器的上游的单元操作和/或处理容器的入口。

共同拥有的美国专利第8,808,544号，标题为“contactstabilization/primefloathybrid”和共同未决的美国专利申请序列第15/056,348号，标题为“enhancedbiosorptionofwastewaterorganicsusingdissolvedairflotationwithsolidsrecycle”通过引用以其整体并入本文用于所有目的。

本发明的方面和实施方案涉及用于处理废水的系统和方法。如本文使用的，术语“废水”包括例如城市废水、工业废水、农业废水和任何其他形式的包含不期望的污染物的待处理的液体。本发明的方面和实施方案可以用于初级废水处理、二级废水处理或两者。本发明的方面和实施方案可以从废水中去除足够的污染物以产生产物水，该产物水可以用于例如灌溉水、饮用水、冷却水、锅炉水箱水(boilertankwater)或用于其他目的。

在一些实施方案中，与常规的生物废水处理系统相比，本文公开的设备和方法提供了关于例如资本成本、操作成本和环境友好性的优点。在一些实施方案中，溶气浮选系统被包括在进入生物废水处理系统的废水的主要流中。溶气浮选系统可以在废水进入废水处理系统的生物处理部分之前从废水中去除显著量的生物需氧量(biologicaloxygendemand)，例如颗粒生物需氧量。与常规的废水处理系统相比，这提供了用于给定的废水流的废水处理系统的生物处理部分的尺寸的降低，并且提供了用于总系统的相称的降低的资本成本。溶气浮选系统的利用还降低了对处理系统的生物处理部分中的曝气的要求以实现废水的生物需氧量的氧化，降低了操作成本。由处理系统的生物处理部分产生的废物污泥的量也降低，降低了将需要被处置或以其他方式进一步被处理的废物的量。在溶气浮选系统中从废水中去除的材料可以用于产生能量，例如，在下游的厌氧消化系统中以生物气(biogas)的形式的能量。生物气可以用于通过燃烧或通过在例如燃料电池中使用来提供可出售的能量。

第一实施方案，通常以100指示，在图1中图示。来自废水的来源105的废水通过接触罐的入口被引导至接触罐110中。在接触罐110中，废水与通过导管175从下文描述的下游生物处理工艺中再循环的活性污泥混合。在一些实施方案中，接触罐110被曝气以有助于废水和活性污泥的混合。曝气气体可以是含氧气体，例如空气。接触罐110可以提供有充足的氧气，使得在接触罐110的至少一部分中维持需氧条件。例如，接触罐110可以被曝气。在废水中悬浮和溶解的固体，包括可氧化的生物材料(在本文中被称为生物需氧量，或bod)，被吸收到接触罐中的活性污泥中，形成第一混合液。bod的一部分还可以在接触罐110中被氧化。废水在接触罐中的停留时间可以足以使大部分bod被活性污泥吸收，只要bod的显著量的氧化不发生。在一些实施方案中，例如，进入接触罐110的bod中的少于约10％在接触罐中被氧化。废水在接触罐中的停留时间在一些实施方案中是从约30分钟至约2小时，并且在一些实施方案中是从约45分钟至约1小时。停留时间可以取决于诸如流入物废水的bod的因素来调节。在接触罐110中，具有较高的bod的废水可以需要比具有较低的bod的废水更长时间的处理。

在接触罐中形成的第一混合液的第一部分通过导管114被引导至溶气浮选(daf)系统120中。daf系统可以包括容器、罐或其他打开或关闭的安全壳单元，其被配置为进行如下文描述的溶气浮选操作。为了简单起见，溶气浮选系统在本文中将被称为“daf单元”。daf单元120可以作为增稠器和澄清器两者起作用。图1图示了并行地操作的两个daf单元120，然而，其他实施方案可以具有单个daf单元或多于两个daf单元。提供多个daf单元使得如果daf单元中的一个因清洁或维护而停止服务，系统能够继续操作。

在进入daf单元之前，空气或另一种气体可以在压力下溶解在第一混合液中。当第一混合液进入daf单元120时，压力可以被释放，导致气体从溶液中逸出，并且在混合液中产生气泡。在一些实施方案中，不是将气体溶解到第一混合液中，而是将流体(例如，具有溶解在其中的气体(例如空气)的水)与第一混合液一起引入到daf单元120中。在第一混合液和含气体的流体混合后，产生气泡。在daf单元120中形成的气泡粘附至第一混合液中的悬浮物质，导致悬浮物质浮选到daf单元120中的液体的表面，在那里它可以通过例如撇取器(skimmer)去除。

在一些实施方案中，在引入到daf单元120中之前或之后，第一混合液用促凝剂，例如氯化铁或硫酸铝配料。促凝剂有助于第一混合液中的悬浮物质的絮凝。

在daf单元120中，存在于流入物第一混合液中的固体的至少一部分，包括来自流入物废水和来自再循环的活性污泥的固体，通过溶气浮选工艺去除。可以存在于第一混合液中的任何油的至少一部分还可以在daf单元120中去除。在一些实施方案中，被引入到daf单元120中的第一混合液中的悬浮固体的大部分，例如约60％或更多、约75％或更多、或约90％或更多被去除，并且bod中的约40％或更多，例如约50％或更多或约75％或更多被去除。bod的去除可以包括在第一混合液中的缠绊(enmeshment)和吸附和/或bod的氧化以及反应产物例如二氧化碳和水的形成。在其他实施方案中，高达约100％的悬浮固体在daf单元120中被去除，并且大部分bod，例如高达约80％的bod被去除。

在一些实施方案中，在daf单元120中被去除的悬浮固体作为废物固体通过导管125被送出系统。这些废物固体可以被处置，或在一些实施方案中，可以在下游工艺，例如厌氧消化工艺或厌氧膜生物反应器中处理，以产生有用的产物，例如生物气和/或可用的产物水。

在其他实施方案中，在daf单元120中被去除的悬浮固体的至少一部分通过导管125和导管126再循环回到接触罐110。导管126可以从如图示的导管125分支，或者可以被连接至daf单元120的第三出口，在这种情况下，在daf单元120中被去除的悬浮固体仅通过导管126再循环回到接触罐110。从daf单元120再循环至接触罐110的固体的量可以在从daf单元120中的第一混合液中去除的固体的总量的从约1％至约100％的范围内。从daf单元120再循环至接触罐110的固体的量可以是从daf单元120中的第一混合液中去除的固体的总量的大部分，例如，从daf单元120中的第一混合液中去除的固体的总量的大于约50％、在约50％和约95％之间、或在约60％和约80％之间。

将在daf单元120中去除的固体再循环至接触罐110与包括daf单元的废水处理系统的常规操作相反。典型地，daf单元用于废水处理系统，以从废水中去除固体，因此减少对这些去除的固体的生物处理的需求，并且通过例如减少需要被供应至曝气的生物处理容器以氧化去除的固体的空气的量来降低废水处理系统的能量需要。与废水处理系统的常规操作相反的是将在daf单元中与来自接触罐的混合液分离的浮选固体再引入回到接触罐。典型地，在固体在daf单元中与来自接触罐的混合液分离之后，将分离的固体再引入到接触罐中的混合液中，并且迫使固体在daf单元中再次经历相同的分离过程，这降低了系统的效率。从daf单元至在daf单元的直接上游的接触罐的这样的固体再循环将导致对较大量的接触罐容量和较大量的daf单元容量的需求。除了在不存在固体再循环的情况下将存在的任何固体之外，从daf单元至在daf单元的直接上游的接触罐的这样的固体再循环还将需要更多的空气流动到daf单元以从混合液中去除再循环的固体。然而，已经发现，通过将在daf单元中去除的固体违反直觉地再引入回到废水处理系统的接触罐中，可以实现益处，混合液从所述接触罐被供应至daf单元。

例如，与不包括从daf单元120至接触罐110的固体再循环的方法相比，通过将由daf单元120去除的固体再循环至接触罐110，接触罐110中的总悬浮固体(tss)的量可以增加。与具有较低的tss水平的接触罐110相比，接触罐110中增加的tss水平可以提供另外的可溶性bod以被吸附在接触罐110中。在一些实施方案中，接触罐110中的合意的tss水平可以在约1,200mg/l和约3,500mg/l之间。

由于接触罐110中较高的tss水平(这由从daf单元120至接触罐110的固体再循环所导致)，接触罐110中的另外的可溶性bod的去除提供了在daf单元120中作为固体的此另外的bod的去除。在daf单元120中作为固体被去除的另外的bod可以被引导至厌氧消化器(例如，图4中图示的厌氧消化器490)，而不是曝气的生物处理单元(例如，生物处理单元130)，因此减少了对生物处理单元中的曝气功率的需求并且增加了在厌氧消化器中可以产生的生物气的量。

当用来自daf单元120的再循环固体供应时，接触罐110可以具有在约15分钟和约1小时之间的水力保留时间(hydraulicretentiontime，hrt)和在约0.5天和约2天之间的固体保留时间(srt)，以有效地吸附可溶性的bod。在其他实施方案中，接触罐中的srt可以在约0.2天和约0.4天之间。当接触罐110包括在约1,200mg/l和约3,500mg/l之间的范围内的tss时，接触罐中的污泥龄(sludgeage)(srt)可以在从约1天至约2天的范围内。

将在daf单元120中去除的固体再循环至接触罐110使得接触罐110作为高速率活性污泥系统起作用，而daf单元120起固液分离器的作用。将在daf单元120中去除的固体再循环至接触罐110提供了在接触罐110中比在其中从daf单元120中去除的固体没有被再循环至接触罐的系统中更大的bod的氧化，因为被再循环至接触罐的固体包括能够氧化bod的活细菌。例如，在其中在daf单元120中去除的固体被再循环至接触罐110的系统和方法中，到接触罐110的废水流入物中的大于约10％的bod的氧化可以在接触罐110中被氧化。因此，将在daf单元120中去除的固体再循环至接触罐110可以减少在下游单元操作中例如在下文讨论的生物处理单元130中需要被处理的bod的量，因此减少了对下游单元操作的功率需求。接触罐110的srt可以被调节以优化颗粒、胶体和可溶性的bod级分的bod去除。

来自daf单元120的流出物通过导管124被引导至生物处理单元130中，所述生物处理单元130可以包括一个或更多个处理罐。在一些实施方案中，生物处理单元130可以包括接触稳定容器。流出物的一部分可以被再循环(图1中未示出的再循环系统)以将气泡供应至daf单元120。气体可以被溶解到流出物的再循环的部分中，然后该部分被引导回到daf单元120中并且与流入物第一混合液混合。

在接触罐中形成的第一混合液的第二部分通过导管115被引导至生物处理单元130中。在一些实施方案中，在接触罐中形成的第一混合液的约一半被引导至daf单元120中，并且在接触罐中形成的第一混合液的约一半通过导管115被引导至生物处理单元130中。在其他实施方案中，在接触罐中形成的第一混合液的在约三分之一和三分之二之间被引导至daf单元120中，并且在接触罐中形成的第一混合液的剩余部分通过导管115被引导至生物处理单元130中。如与生物处理单元130相反，被引导至daf单元120中的第一混合液的量可以基于诸如第一混合液的浓度和第一混合液在接触罐110中缠绊bod的有效性等因素而变化。

例如，如果期望在daf单元120中去除较大量的固体而不是较小量的固体，则当第一混合液具有较低的固体浓度而不是较高的固体浓度时，来自接触罐的第一混合液的较大部分将被引导至daf单元120。类似地，如果期望在daf单元120中去除较大量的bod而不是较小量的bod，则当第一混合液在接触罐中在缠绊bod上具有较小的有效性而不是较大的有效性时，来自接触罐的第一混合液的较大部分将被引导至daf单元120。

在生物处理单元130中，来自daf单元120的流出物和在接触罐110中形成的第一混合液被合并，以形成被生物处理的第二混合液。在一些实施方案中，在生物处理单元130中第二混合液的生物处理包括第二混合液中的bod的氧化。为了这个目的，氧气可以通过用含氧气体(例如空气)曝气被供应至生物处理单元130中的第二混合液。在一些实施方案中，生物处理单元130供应有充足的氧气，用于在生物处理单元130中产生需氧条件。在其他实施方案中，供应的氧气的量不足以满足第二混合液的整体需氧量，并且生物处理单元130或其至少一部分可以维持在缺氧或厌氧条件中。第二混合液的硝化和反硝化可以发生在曝气的生物处理单元130的不同部分中。第二混合液在生物处理单元130中的停留时间可以足以氧化第二混合液中的基本上所有的bod。第二混合液在生物处理单元130中的停留时间可以是从约3小时至约8小时。如果待处理的流入物废水和/或第二混合液包含高水平的bod，则此停留时间可以增加，或者如果待处理的流入物废水和/或第二混合液包含低水平的bod，则此停留时间可以减少。

来自生物处理单元130的生物处理的混合液通过导管135被引导至分离设备中，该分离设备可以包括例如澄清器140、重力分离设备、和/或另一种形式的分离设备。来自澄清器140的流出物可以通过导管145被引导至产物水出口，或被送去用于进一步处理。在澄清器中与流出物分离的活性污泥可以通过导管155和导管175在上游被再循环回到系统的废水入口、废水的来源、接触罐110，和/或通过导管155和导管165被再循环回到生物处理单元130。在一些实施方案中，在澄清器中分离的活性污泥的100％在上游被再循环。在一些实施方案中，在约10％和约20％之间的再循环的污泥通过导管175被引导至废水入口和接触罐，并且在约80％和90％之间的再循环的污泥通过导管165被引导至生物处理单元130中。当进入的废水具有高水平的bod时和/或当再循环的污泥在接触罐110中在缠绊bod上是更低效的而不是更有效的时，通过导管175被引导至废水入口和接触罐的再循环的污泥的量可以被设定在此范围的较上端。当进入的废水具有低水平的bod时和/或当再循环的污泥在接触罐110中在缠绊bod上是更有效的而不是更低效的时，通过导管175被引导至废水入口和接触罐的再循环的污泥的量可以被设定在此范围的较下端。

在澄清器140中分离的被再循环至接触罐110和/或生物处理单元130的活性污泥的量还可以基于被引导至daf单元120的来自接触罐110的第一混合液的一部分、在daf单元120中被去除的活性污泥的量、和/或在daf单元120中被去除的被再循环至接触罐110的活性污泥的量来调节。被再循环至接触罐110和/或生物处理单元130的活性污泥的量可以是等于或大于维持生物处理单元130中的期望的细菌群体所需要的量的量，以在期望的时间范围内进行第二混合液的生物处理和/或在处理系统的操作暂时中断的情况下防止细菌群体的消耗。例如，被再循环至接触罐110或生物处理单元130的活性污泥的量可以被设定为使得充足的包含细菌的固体存在于生物处理单元130中，以导致在生物处理单元130中在约1天和约10天之间的srt。类似地，被引导至daf单元120中的第一混合液的量或部分可以基于从澄清器140再循环的活性污泥的量、daf单元120中的固体的去除效率和/或生物处理单元130中的一种或更多种类型的细菌的浓度来调节，以例如在生物处理单元130中建立或维持期望的细菌群体。

在图1中图示的实施方案中，以及在下文描述的另外的实施方案中，应当理解，图示的各种导管可以根据需要设置有例如泵、阀、传感器和控制系统，以控制穿过其中的流体的流动。为了简单起见，这些控制元件未在图中图示。

在通常以图2中的200指示的另一个实施方案中，生物处理单元130包括需氧区域150和曝气的缺氧区域160。需氧区域150在曝气的缺氧区域160的下游流体连通，并且从曝气的缺氧区域接收生物处理的缺氧的混合液。在一些实施方案中，需氧区域150可以在与曝气的缺氧区域160相同的容器或罐中形成，并且通过分隔物或堰(weir)195与其分开。在其他实施方案中，需氧区域150可以与曝气的缺氧区域160物理分离。例如，需氧区域150和曝气的缺氧区域160可以占据不同的容器或罐，或者可以以其他方式彼此分离。在另外的实施方案中，接触罐110可以与相同罐中的曝气的缺氧区域160组合。

在图2的系统中，来自daf单元120的流出物被引导至需氧区域150中，而不首先穿过曝气的缺氧区域160。在其他实施方案中，来自daf单元120的流出物可以被引入至曝气的缺氧区域160中，并且然后被引导至需氧区域150中。

另一个实施方案，通常以300指示，在图3中图示。在此实施方案中，废水处理系统300被分成两个单独的但相互连接的子系统，一个子系统300a包括接触罐210和daf单元220，并且第二子系统300b包括生物处理单元230和分离设备240。在第一子系统300a中，来自废水的来源205a的流入物废水被引导至接触罐210中。在接触罐中，废水与通过导管275从包括在下文描述的子系统300b中的生物处理过程再循环的活性污泥混合。在一些实施方案中，接触罐210被曝气以有助于废水和活性污泥的混合。在废水中悬浮和溶解的固体被吸附/吸收(adsorbed/absorbed)到接触罐210中的活性污泥中，形成第一混合液。流入物废水中的bod的一部分可以在接触罐210中被氧化。废水在接触罐中的停留时间可以足以使大部分bod被活性污泥吸附/吸收，只要bod的显著量的氧化不发生。在一些实施方案中，例如，进入接触罐210的bod中的少于约10％在接触罐中被氧化。废水在接触罐中的停留时间在一些实施方案中是从约30分钟至约2小时，并且在一些实施方案中是从约45分钟至约1小时。停留时间可以取决于诸如流入物废水的bod的因素来调节。在接触罐210中，具有较高的bod的废水可以需要比具有较低的bod的废水更长时间的处理。

在接触罐中形成的第一混合液的第一部分通过导管214被引导至daf单元220中。图3图示了并行地操作的两个daf单元220，然而，其他实施方案可以具有单个daf单元或多于两个daf单元。提供多个daf单元使得如果daf单元中的一个因清洁或维护而停止服务，系统能够继续操作。在接触罐中形成的第一混合液的第二部分通过导管215被引导至第二子系统300b中的生物处理单元230中。在一些实施方案中，在接触罐中形成的第一混合液的约一半被引导至daf单元220中，并且在接触罐中形成的第一混合液的约一半通过导管215被引导至生物处理单元230中。在其他实施方案中，在接触罐中形成的第一混合液的在约三分之一和三分之二之间被引导至daf单元220中，并且在接触罐中形成的第一混合液的剩余部分通过导管215被引导至生物处理单元230中。如与生物处理单元230相反，被引导至daf单元220中的第一混合液的量可以基于诸如第一混合液的浓度和第一混合液在接触罐210中缠绊bod的有效性等因素而变化。

在daf单元220中，存在于流入物第一混合液中的至少一部分的固体，包括来自流入物废水和来自再循环的活性污泥的固体，通过溶气浮选工艺去除，所述溶气浮选工艺例如上文关于daf单元120描述的溶气浮选工艺。去除的悬浮固体可以作为废物固体通过废物导管225被送出系统。这些废物固体可以被处置，或在下游工艺例如厌氧消化工艺或厌氧膜生物反应器中被处理，以产生生物气和/或可用的产物水。来自daf单元220的流出物被引导至出口235，从该出口235，流出物可以被用作产物水或被送去用于进一步处理。

在一些实施方案中，在daf单元220中从第一混合液中去除的悬浮固体的一部分可以通过导管225和导管226以与上文关于图1描述的使在daf单元120中去除的悬浮固体再循环至接触罐110的类似的方式被再循环至接触罐210。

在第二子系统300b中，来自废水的来源205b的流入物废水被引入至生物处理单元230中。废水的来源205b可以与废水的来源205a相同或不同。在生物处理单元230中，废水和在接触罐210中形成的第一混合液被合并，以形成被生物处理的第二混合液。在一些实施方案中，在生物处理单元230中第二混合液的生物处理可以包括第二混合液中的bod的氧化。为了这个目的，氧气可以通过用含氧气体(例如空气)曝气被供应至生物处理单元230中的第二混合液。在一些实施方案中，生物处理单元230供应有充足的氧气，用于在生物处理单元230中产生需氧条件。在其他实施方案中，供应的氧气的量不足以满足第二混合液的整体需氧量，并且生物处理单元230或其至少一部分可以维持在缺氧条件或厌氧条件中。第二混合液的硝化和反硝化可以发生在曝气的生物处理单元230的不同部分中。

第二混合液在生物处理罐230中的停留时间可以是从约3小时至约8小时。如果待处理的流入物废水和/或第二混合液包含高水平的bod，则此停留时间可以增加，或者如果废水和/或第二混合液包含低水平的bod，则此停留时间可以减少。

来自生物处理单元230的生物处理的混合液通过导管235被引导至分离设备中，该分离设备可以包括例如澄清器240。来自澄清器240的流出物可以通过导管245被引导至产物水出口，或者被送去用于进一步处理。在澄清器中与流出物分离的活性污泥可以通过导管255在上游被再循环回到生物处理单元230和/或子系统300a中的接触罐210。在一些实施方案中，在澄清器中分离的活性污泥的约100％在上游被再循环。在一些实施方案中，从约10％至约20％的再循环的污泥通过导管275被引导至废水入口和接触罐，并且从约80％至约90％的再循环的污泥通过导管265被引导至生物处理单元230中。

相比于在没有daf单元的情况下操作的类似的废水处理系统，在废水处理系统中利用如上文描述的daf单元提供了若干优点。因为daf单元在不需要氧化这些固体的情况下从流入物废水中去除了大部分的悬浮固体，所以系统的其他部件的尺寸可以减小，导致系统的较低的资本成本。例如，初级澄清器可以从废水处理系统中省略。由于从系统中待去除的氧化固体的减少的量，最终的澄清器例如澄清器140的尺寸可以减小，在一些实施方案中减小约50％。因为较小量的bod进入生物处理单元(例如，生物处理单元130)，所以生物处理单元的尺寸可以减小，在一些实施方案中减小约30％。在生物处理单元中对氧气也存在较小的需要，这允许生物处理单元中曝气系统的容量和功率需要也降低，在一些实施方案中降低约30％。处理系统的部件的减小的尺寸提供了系统的降低的占用面积(footprint)。例如，具有每天处理3500万加仑(mgd)的废水(其中流入物bod为200mg/l)的容量的废水处理厂(plant)在常规的设计方法的情况下将需要约150,000ft²的处理单元；在本发明的实施方案的情况下，占用面积可以减少至约75,000ft²。

在根据本发明的系统和方法的其他实施方案中，废水处理系统，例如上文描述的那些中的任一个，还可以包括厌氧处理单元(厌氧消化器)。可以用于废水处理系统的一种或更多种配置的厌氧系统的部件或部分的非限制性实例包括但不限于来自evoquawatertechnologies的消化器气体保持器系统、崩解系统、消化器气体混合系统、螺旋引导的消化器气体保持器、垂直引导的消化器保持器、duo-deck^tm浮选消化器盖以及加热器和热交换器系统。

厌氧消化器可以用于处理来自废水处理系统的一个或更多个其他处理单元的混合液，该混合液可以包含悬浮固体、污泥和/或富固体的流体流或贫固体的流体流。在厌氧消化器中产生的厌氧处理的污泥的至少一部分可以被再循环回到废水处理系统的一个或更多个其他处理单元。厌氧消化器和相关的再循环流的性质和功能可以类似于在共同拥有的美国专利第8,894,856号，标题为“hybridaerobicandanaerobicwastewaterandsludgetreatmentsystemsandmethods”中描述的那些性质和功能，该专利通过引用以其整体并入本文用于所有目的。

通过使用生物处理工艺组合厌氧消化，本发明的实施方案的系统和部件可以提供相对于其他废水处理系统的成本优势。本发明的实施方案的废水处理系统和工艺可以通过使用各种单元操作减少污泥产生，所述各种单元操作包括需氧和厌氧生物工艺以及再循环流。废水处理工艺还通过例如浓缩或强化被引入到厌氧消化器中的污泥克服了与使用一些厌氧废水处理工艺相关的一些技术困难。此外，与使用常规的需氧稳定单元相关的成本被典型地降低，因为由于使用厌氧消化器和各种再循环流，在需氧工艺中将典型地需要较少的曝气。各种工艺还可以产生作为厌氧消化工艺的产物的甲烷，其可以被用作能源。在某些实施方案中，存在于待处理的流入物废水中的化学需氧量(cod)和bod的大部分可以使用厌氧消化器降低。这可以降低曝气和氧气需要，并且因此降低废水处理系统的操作成本，并且增加可以被用作能源的产生的甲烷的量。此外，因为厌氧消化可以用于降低污泥中的cod和bod，所以污泥收率还可以被降低。与不利用厌氧消化器的系统相比，厌氧处理单元中cod和/或bod的降低还可以提供废水处理系统中的稳定罐或其他需氧处理单元的尺寸的降低。

通常以图4中的400指示的废水处理系统，包括厌氧处理单元490，在本文中被称为厌氧消化器。图4的废水处理系统包括接触罐410、daf单元420、稳定罐430、澄清器440和相关的流体导管414、424、435、445、455、465和475，它们在结构和功能上与图1中图示的并且在上文描述的系统的接触罐110、daf单元120、生物处理单元130、澄清器140和相关的流体导管114、124、135、145、155、165和175类似。单个daf单元420在图4中图示，然而在可选择的实施方案中，处理系统可以使用多个daf单元，如上文关于图1的处理系统描述的。

在图4的系统中，来自废水的来源405的废水通过初级澄清器的入口被引导至初级澄清器412中。来自澄清器的富固体的流体流通过导管404被引导至增稠器480的入口中，增稠器480可以包括例如重力带式增稠器。来自初级澄清器412的贫固体的流出物通过导管402被引导至接触罐410的入口中。来自增稠器480的富固体的输出流通过导管484被引导至厌氧消化器490的入口。来自增稠器的贫固体的流出物通过导管482被引导至接触罐410的入口。厌氧消化器还通过导管425和导管484供应有从daf单元420中的混合液中去除的悬浮固体。

在一些实施方案中，从daf单元420中的混合液中去除的悬浮固体的一部分可以通过导管425和导管426以与上文关于图1描述的使在daf单元120中去除的悬浮固体再循环至接触罐110的类似的方式被再循环至接触罐410。

被引入到厌氧消化器490中的来自增稠器480的富固体的输出流和来自daf单元420的任何悬浮固体在厌氧消化器中被合并并且厌氧消化。厌氧消化工艺可以在约20℃和约75℃之间的温度操作，这取决于在消化期间利用的细菌的类型。例如，嗜常温细菌的使用典型地需要在约20℃和约45℃之间的操作温度，而嗜热细菌典型地需要在约50℃和约75℃之间的操作温度。在某些实施方案中，操作温度可以在约25℃和约35℃之间，以促进嗜常温活性而不是嗜热活性。取决于其他操作参数，厌氧消化器中的保留时间可以是在约7天和约50天之间的保留时间，并且在一些实施方案中，在约15天和约30天之间的保留时间。在某些实施方案中，在厌氧消化器中混合液的厌氧消化可以导致混合液的需氧量的约50％的减少。

在厌氧消化器中产生的厌氧消化污泥的第一部分可以通过厌氧消化器的出口再循环，并且通过导管492被再循环到稳定罐430中。此再循环流可以有助于在系统中保留充足的固体，以在稳定罐中提供期望的停留时间。被再循环至稳定罐的厌氧消化污泥还可以用硝化细菌接种稳定罐，以增强如上文描述的稳定罐内的硝化活性。被再循环到稳定罐中的厌氧消化污泥还可以包含产甲烷细菌，所述产甲烷细菌随后被返回至厌氧消化器，以增强如上文描述的厌氧消化器的性能。

在其中稳定罐430包括曝气的缺氧区域和需氧区域的实施方案中，例如在上文描述的图2的生物处理单元130中，被再循环至稳定罐的厌氧消化污泥的部分可以被引导至稳定罐的曝气的缺氧区域中。在厌氧消化器中产生的厌氧消化污泥的第二部分可以作为废物固体通过导管495被送出系统。被再循环到稳定罐430中的厌氧消化污泥的第一部分可以是在厌氧消化器中产生的并且从厌氧消化器输出的厌氧消化污泥的在约0％和约100％之间的任何量，其中构成余量的第二部分作为废物固体通过导管495被送出系统。在一些实施方案中，在约0％和约80％之间的厌氧消化污泥从厌氧消化器的一个或更多个出口被再循环至处理系统的一个或更多个其他单元操作。

在废水处理系统的通常以图5中的500指示的另一个实施方案中，在厌氧消化器中产生的厌氧消化污泥的第一部分通过厌氧消化器的出口再循环，并且通过导管494被再循环到接触罐410的入口中，而不是被再循环到稳定罐430中。此再循环流可以有助于在接触罐中提供充足的活性污泥，以吸附/吸收或缠绊存在于流入物废水中的bod。被再循环至接触罐的厌氧消化污泥还可以用硝化细菌接种接触罐，以增强如上文描述的接触罐内的硝化活性。被再循环到接触罐中的厌氧消化污泥还可以包含产甲烷细菌，所述产甲烷细菌随后被返回至厌氧消化器，以增强如上文描述的厌氧消化器的性能。被再循环到接触罐410中的厌氧消化污泥的第一部分可以是在厌氧消化器中产生的并且从厌氧消化器输出的厌氧消化污泥的在约0％和约100％之间的任何量，其中构成余量的第二部分作为废物固体通过导管495被送出系统。

在废水处理系统的通常以图6中的600指示的另一个实施方案中，在厌氧消化器中产生的厌氧消化污泥的第一部分可以通过厌氧消化器的出口再循环并通过导管494被再循环到接触罐410的入口中，并且厌氧消化污泥的第二部分可以通过厌氧消化器的出口再循环并通过导管492再循环到稳定罐430中。这些再循环流可以提供上文关于系统400和系统500描述的益处。厌氧消化污泥的第三部分可以通过导管495被引导至废物。厌氧消化污泥的第一部分和厌氧污泥的第二部分的总和可以是在厌氧消化器中产生的并且从厌氧消化器输出的厌氧消化污泥的在约0％和约100％之间的任何量，其中构成余量的第三部分作为废物固体通过导管495被送出系统。再循环的厌氧污泥可以在第一部分和第二部分之间以任何期望的比率分开。第一部分可以包括在厌氧消化器中产生的并且从厌氧消化器输出的所有厌氧消化污泥的从约0％至约100％，其中第二部分和第三部分的总和构成余量。

废水处理系统的通常以图7中的700指示的另一个实施方案，与图6中图示的实施方案类似，然而未利用增稠器480。更确切地说，来自澄清器的富固体的流体流通过导管406被引导至daf单元420的入口中。图7中图示的系统的daf单元420执行图6中图示的系统的增稠器480的功能。利用daf单元420以执行增稠器的功能可以降低或消除对系统中的增稠器的需求，这可以降低系统的资本成本和操作成本两者。在厌氧消化器490中产生的厌氧消化污泥的第一部分被再循环至接触罐410，并且第二部分被再循环至稳定罐430，以提供上文描述的益处。厌氧消化污泥的第三部分通过导管495被引导至废物。

在其中使用厌氧消化器490的上文公开的任何实施方案中，厌氧消化器490可以作为再生式消化器操作。再生式厌氧消化使大部分的消化固体和从厌氧消化器输出的提取的液体增稠并再循环，导致消化器中材料的更长的固体保留时间(srt)，这显著改进了消化性能。可选择地，固体的增稠和再循环可以显著地降低厌氧消化器的体积需要。如图8中图示的，厌氧消化器490可以通过导管484从增稠器480和/或daf单元420接受富固体的流，如图4-图7中图示的，并且可以通过导管492和/或导管494将产生的消化固体的部分输出至稳定罐或生物处理罐430(图4、图6、图7)和/或接触罐410(图5、图6、图7)，并且通过导管495将一部分产生的消化固体输出至废物或下游处理。为了提供再生式消化工艺，厌氧消化器490可以与增稠器580(例如重力带式增稠器)并行地操作。增稠器580可以可选择地包括螺旋压机、daf增稠器、离心机、板框式压机或本领域已知的其他形式的增稠器。

从厌氧消化器490输出的消化固体流的一部分，例如，从厌氧消化器490输出的在约25％和约75％之间的或约50％的消化固体流通过导管582被送至增稠器580。增稠器580能够将被送至重力带式增稠器580的消化固体流的部分的固体含量从例如约4％固体增加至约8％固体。从增稠器580输出的增稠的消化固体通过导管584被返回至导管484或被返回至厌氧消化器490的输入口。在重力带式增稠器580中产生的滤液，具有一定的流速或体积，例如从厌氧消化器490输出的并且被送至重力带增稠器580的消化固体流的部分的约50％，可以作为滤液通过导管586输出，并且可以在上游再循环至接触罐410或再循环到稳定罐或生物处理罐430中。

在一些实施方案中，通过导管495离开系统的废物消化固体流的体积可以通过用另一种增稠器590(例如图8中图示的带式压机590)处理废物消化固体流来减小。增稠器590可以可选择地包括螺旋压机、daf增稠器、离心机、板框式压机或本领域已知的其他形式的增稠器。带式压机590作为导管495中的内联(inline)图示。带式压机590可以将来自消化器490的废物消化固体流的固体浓度从例如约4％增加至约22％。在带式压机590中从废物消化固体流中去除的贫固体的液体可以在上游被再循环至接触罐410或被再循环到稳定罐或生物处理罐430中。

另外的实施方案可以包括上文描述的系统的特征的任何组合。例如，在一些实施方案中，来自澄清器的富固体的流体流的第一部分通过导管406被引导至daf单元420的入口中，而第二部分被引导至增稠器480中。在上文实施方案的任一个中，稳定罐430可以包括曝气的缺氧区域和需氧区域。被再循环至稳定罐的厌氧消化污泥的第一部分可以被引导至稳定罐的曝气的缺氧区域中，并且第二部分可以被再循环至需氧区域。被引导至曝气的缺氧区域的再循环的厌氧污泥的量与被引导至需氧区域的再循环的厌氧污泥的量的比率可以是任何期望的比率。在一些实施方案中，接触罐可以用一个或更多个垂直环路反应器替代。上文实施方案中的任一个可以包括多个图示的任何处理单元和/或导管。

实施例

预示的(prophetic)实施例1

包括常规的活性污泥工艺1010和溶气浮选单元1020，以及使用再生式消化的厌氧消化器1030的废水系统在图9中图示。具有4％固体和1mgd(百万加仑/天)的废水进入消化器1030。离开的固体浓度为2.5％和1mgd。为了维持具有再生式增稠的消化器中的4％固体浓度，可以去除375,000加仑的液体。对于20天srt，消化器体积可以从2000万加仑减少至1250万加仑。

预示的实施例2

包括接触罐410、溶气浮选单元420、生物处理单元430和用于提供再生式消化的包括增稠器580的厌氧消化器490的废水系统在图10中图示。生物处理的活性污泥从生物处理单元430被再循环至接触罐410。在溶气浮选单元420中从来自接触罐410的混合液中去除的浮选固体的一部分被再循环至接触罐410。在溶气浮选单元420中从来自接触罐410的混合液中去除的浮选固体的第二部分被送至厌氧消化器490。进入消化器的浮选固体流在1mgd的流量下包含4％固体。离开消化器490的消化固体流中的固体浓度包括1.5％的固体并且流量是1mgd。为了维持具有再生式增稠的消化器中的4％固体浓度，625,000加仑的液体可以通过增稠器580去除。对于20天srt，消化器体积可以从2000万加仑减少至750万加仑。

尽管再生式消化在实施例1和实施例2两者中都减少了消化器体积，但在实施例2的工艺流程的情况下，厌氧消化器的尺寸小40％(1250万加仑相对于750万加仑)。考虑到厌氧消化器(罐和设备)的资本成本对于100万加仑的罐体积是约$1m，与实施例1的设计相比，实施例2的设计将节省$5m的资本成本。下表1示出了利用实施例2的工艺流程相对于实施例1的工艺流程的优点。与单独的再生式消化相比，接触罐和溶气浮选与再生式消化的组合导致增加的水回收率、增加的bod去除和净能量增加。

表1

这些结果示出了，与如图9中图示的没有将固体从daf单元再循环至接触罐的等效系统相比，提供如图10中配置的废水处理系统(其中将在daf单元中去除的固体再循环至接触罐)，可以显著地降低操作系统需要的能量。添加daf至接触罐的固体再循环导致较少的bod被送去用于在生物处理罐中处理(在本实施例中减少(45,000-20,000)/45,000＝56％)，这降低了对生物接触罐中的曝气的需求。当将daf至接触罐的固体再循环添加至系统时，产生了较大量的生物气(在本实施例中多了(0.330-0.135)/0.135＝144％)。当将daf至接触罐的固体再循环添加至系统时，生物气产生的增加和曝气能量需要的降低的组合导致550-(-360)＝910kw的净能量增加。在估计的$0.10/kw的能量成本下，这种净能量增加每年将产生约$800,000的成本节省。

因此已经描述了本发明的至少一个实施方案的若干方面，应理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进被意图是本公开内容的一部分，并且被意图在本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例。