用于升级传统的活性污泥设备的系统和方法与流程

本说明书涉及使用活性污泥过程处理废水，如污水或工业废水。

背景技术：

活性污泥过程是一种生物处理过程，是世界上许多国家的标准做法。在传统的活性污泥废水处理设备(wwtp)中，废水经过维持在各种氧化和混合状态下的一个或更多个生物过程罐。有机体在过程罐中的悬浮物中生长。废水和有机体的组合被称为混合料液(mixedliquor)。混合料液在次级澄清器中被分离以产生处理过的流出物和活性污泥(activatedsludge)。活性污泥的一部分(返回的活性污泥或ras)再循环至过程罐中的一个或更多个。活性污泥的另一部分(废活性污泥或was)被废弃。活性污泥的再循环导致有机体的存留时间大于设备的液力存留时间。混合料液悬浮固体(mlss)浓度典型地小于4000mg/l。在过程罐中被处理之前，废水可选地经过初级澄清器。初级澄清器产生初级污泥和初级流出物。初级流出物流至过程罐。

技术实现要素：

本说明书说明了可被添加到传统的活性污泥(cas)设备以使其升级的方法系统。升级了的设备可以产生更高品质的流出物或者以更高的速率处理废水或者两者兼而有之。本文中所说明的各种系统和方法可单独地或者以其两个或更多个的任意组合来使用。

在一个示例中，在过程罐与次级澄清器之间增加膜过滤单元。在此点处，生物处理基本完成，或者至少基本如其将在次级澄清器中那样完成。膜过滤单元在次级澄清之前从混合料液中提取处理过的流出物。通过膜过滤单元提取的处理过的流出物可与来自次级澄清器的处理过的流出物混合。作为渗透物从膜过滤单元中提取处理过的流出物减小次级澄清器的液力负荷率或者液力和固体负荷率两者(取决于被膜剔除的固体是被送至次级澄清器还是至返回的活性污泥(ras)线)。通过膜过滤提取的处理过的流出物的量优选地低于流入流率的25%。因为该系统在cas操作条件(例如mlss<4000mg/l)下运行，该设备不被转化成膜生物反应器（mbr）。

在另一示例中，将膜曝气生物膜反应器(mabr)单元添加至该设备，例如通过浸入过程罐中。mabr单元添加通过附着生长的生物处理至传统的悬浮生长。

在另一示例中，添加一个或更多个滤网、例如微孔筛，以从在过程罐中流动或流动至过程罐的水中提取固体。在一个选项中，微孔筛与初级澄清器并行地被添加。在另一选项中，ras的一部分在返回过程罐之前被筛选。使用这两个方法中的任一者或两者减小过程罐的固体负荷。

当组合使用时，上述单元及其对应的过程增加了设备的初级分离、生物处理和次级分离功能的能力。可增加至设备的流入流率。

附图说明

图1是根据现有技术的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

图2a是以初级微筛分(micro-sieving)来升级的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

图2b是以侧流筛选来升级的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

图3是以mabr膜来升级的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

图4a是以利用在生物反应器外的膜进行膜过滤来升级的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

图4b是以利用在生物反应器内的膜进行膜过滤来升级的传统的活性污泥设备的示意性过程流程图。

具体实施方式

传统的活性污泥(cas)是一种常见的废水生物处理过程。cas典型地具有三个处理步骤，尽管可选地可省略下面所说明的初级处理步骤。预处理利用机械手段如粗筛、除砂和油脂浮选移除较大的颗粒。初级处理(通常在澄清器中)通过物理分离移除悬浮固体(包括一些有机物)。使用微生物移除有机物(例如cod/bod)的一个或更多个生物反应器典型地在至少一个反应器中在需氧条件下进行。生物反应器还可包括多个区或罐，可选地在它们之间有一个或更多个再循环回路，在其处环境条件被控制(即在需氧、缺氧和厌氧条件之间)以有利于不同的生物路径来移除营养物(如氮和磷)。次级处理(典型地在澄清器中)从最终流出物中分离混合料液悬浮固体(mlss)，使一部分作为回流活性污泥(ras)再循环并且废弃一部分(was)以控制污泥存留时间(srt)。

在图1中所示的废水处理设备(wwtp)10是传统cas设备的一示例。处理单元包括初级澄清器12、过程罐14和次级澄清器16。尽管仅示出一个过程罐14，可选地可存在多个过程罐或其他形式的生物反应器。当存在仅仅一个过程罐14时，它典型地被曝气以在需氧条件下提供悬浮生长。可选地被预处理的流入废水18流入初级澄清器12中。初级污泥17被从初级流出物20分离。初级流出物20流入过程罐14中并且成为其中的混合料液22的一部分。混合料液22还流至次级澄清器16，在此处其被分离成活性污泥和处理过的流出物24。可选地，废活性污泥(was)28离开设备10。返回的活性污泥(ras)26再循环至过程罐14。

cas设备经常需要升级或扩展。当处理目标或流出物规定变得更严格且由设备实现的处理的水平不足够时，需要升级。当流入废水的流率和/或污染物浓度增加时，需要扩展。升级和扩展cas设备可能复杂且昂贵，因为其涉及添加储量和机械装置。在许多情况下，cas设备位于非常少空间可用的地方。

升级cas设备的方法可涉及给cas设备添加一个或更多个产品。这些产品针对上述这三个处理步骤(初级分离、生物处理、次级分离)。它们可单独地或者以两个或更多个一起的组合来使用。一个类型的产品涉及微孔筛或称微筛，或者其他筛，其可以被添加以补充初级处理，以另外减少过程罐中的固体，或者以保护所添加的膜免于固体。另一类型的产品涉及支持附着生长的介质，例如膜曝气生物膜模块，以补充生物反应器。另一类型的产品涉及膜过滤以补充次级澄清。在以下所描述的示例中的初级澄清器是可选的。

微筛分、侧流筛选、mabr和膜过滤在其他上文件中说明，例如美国专利6,942,786、6,814,868和6,645,374，其通过引用被包括在本文中。在本说明书中，其可选地一起被用于升级或扩展cas设备。

在一个示例中，使用微筛分产品涉及安装与初级处理并行的微筛以移除悬浮固体。在图2a的示例中，添加了旋转带式筛子(rbs)32，例如gewater的leapprimaryrbs，但是也可使用微孔筛的其他构造，例如转鼓或盘。微孔筛可选地具有大约300微米或更小、或者大约200微米或更小、或者大约100微米或更小的孔。流入废水18的一部分30被转移至rbs32。包含由rbs32剔除的固体的微筛污泥33可被添加至初级污泥17。rbs流出物34流至过程罐14。并行的微筛可连续运行，或者仅在高峰时段运行，以增加初级处理的液力能力。并行的微筛备选地可有助于增加化学促进的初级处理，也就是，以磷沉淀化学物质或聚合物添加至流入废水18中，通过阻止至初级澄清器12的固体增加(这否则将导致将流入废水18中的一些从初级澄清器12转移)。

在另一示例中，使用微孔筛或其他筛从混合料液或ras中提取固体。移除这些固体可补充初级处理或者如果设备没有初级处理的话替代初级处理。备选地或附加地，混合料液或ras的筛选可从混合料液中移除垃圾和较大的颗粒以保护在设备中或被添加至设备的膜。筛可选地具有大约300微米或更小、或者大约200微米或更小、或者大约100微米或更小的孔。在仅需要膜保护功能的情况中，筛选择性地可具有尺寸最多达1000微米的孔。在图2b的示例中，ras26的一部分38被转移至转鼓筛36。由筛36剔除的固体37可与初级污泥17混合。过滤物(filtrate)40流至过程罐14。如果需要降低混合液中的垃圾内容以抑制对膜模块的破坏，初级处理升级或扩展的该版本例如与涉及生物膜支持或过滤膜的这两个其他类型的产品中的一个或两个相结合是有用的。

添加所支持的生物量介质(biomassmedium)增强了设备10的生物处理能力。在图3的示例中，膜曝气生物膜模块(mabr)模块42例如gewater的zeelung模块被浸入过程罐14中。mabr模块提供附加的硝化和bod移除能力。在所示的示例中，mabr模块42浸入在过程罐14的前端处的缺氧区。过程罐14在mabr模块42的下游是需氧的。

膜过滤产品被用于从混合料液中提取处理过的流出物。膜过滤产品的一个示例是gewater的zeeweed浸入式超滤(uf)或微滤(mf)模块。在图4a的示例中，膜罐44位于过程罐14之外并且包含敞开罐中的浸入膜或者在密封罐中包含的膜。混合料液22的一部分46被泵出过程罐14的端部(在此处生物转化基本完成)，或者在过程罐14与次级澄清器16之间的管道，并且通过mf/uf膜被处理。剔除物(reject)48可与ras26或was28混合。以该方式添加膜过滤减少了次级澄清器16的液力和固体负荷率两者。备选地，一些或全部剔除物48可流至次级澄清器16，其减少了对次级澄清器16的液力负荷，但是仅将对次级澄清器16的固体负荷减少到一些剔除物48(如果存在)与ras26或was28混合的程度。渗透物50可与处理过的流出物24混合。

在图4b的示例中，膜模块54直接浸入过程罐14的混合液22中。这避免了混合料液泵送和对附加储量的需要。在该情况中，混合液可仅稍微浓缩并且流至次级澄清器。在该实施例中，添加膜过滤仅降低对次级澄清器的液力负荷率。

在图4a和4b中，渗透物50与处理过的流出物24混合并且改善了排出的流出物的总体品质。可选地，在任一示例中，可保持渗透物50与处理过的流出物24分离。由于渗透物50品质较高，它可直接被再利用(例如用于灌溉)或者以反渗透进一步来处理以用于其他类型的再利用(例如地下水再装填)。

添加过滤膜以处理一小部分混合料液22未将cas设备转化成膜生物反应器(mbr)。作为渗透物50所提取的流入流率(q)的分数(fraction)被限制在25%(或从次级澄清器16排出的处理过的流出物24的三分之一)。混合料液22的mlss浓度可选地不增加或至少不实质性增加。改型的设备的mlss浓度是大约2000至4000mg/l(其是cas典型)，而非6000至12000mg/l(其是mbr的典型)。

两个或全部三个类型的产品可被组合以改善现有基础设施的利用。虽然各现有的cas设备可不同地受限制，但是可能可以解决各限制以增加设备通过量(throughput)最多达25%。可选地，可在不实质性中断cas设备的操作的情况下安装产品。mabr和过滤膜两者都可配置为浮动盒。

本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所包括的方法。本发明的可专利保护的范围由权利要求来限定并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其它示例意图在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性区别的等效结构元件。