用于滤饼过滤的管状元件和提供滤饼的方法与流程

本发明涉及一种用于水处理系统的过滤装置，所述水处理系统包括适于从水例如废水或过滤水如废水中提供污泥的生物处理装置，和/或所述生物处理装置可流体连通到过滤装置或与其流体连通，用于从过滤装置接收过滤的水并将污泥输送到过滤装置。过滤装置是包括可流体渗透的支撑结构的滤饼过滤装置，并且支撑结构被设置为一个或多个管状元件，其具有设置在可流体渗透的支撑结构的内侧上的滤饼。过滤装置具有可连接以接收待过滤液体的入口(使得待过滤液体的通量从支撑结构内部、通过滤饼并到达支撑结构外部，从而提供滤液)、从管状元件内部排出液体的出口和用于从过滤装置排出滤液的滤液出口。通过从生物处理装置中形成的污泥沉积固体来提供滤饼。

背景技术：

在wo2012/136214中公开了一种通过使用由沉积在滤饼载体上的污泥物质制成的滤饼对废水的成功过滤。该文献报道的过滤过程集中在处于生物废水处理厂核心的活性污泥的高效过滤过程。所公开的方法通常是两阶段方法-活性污泥的分离以提供活性污泥上清液，优选通过已经存在于废水处理厂中的沉降，以及通过由源自在分离过程中沉淀的物质的污泥絮凝物制成的滤饼过滤上清液。

虽然wo2012/136214的过程实际上提供了良好质量的滤液，但废水越来越被视为丰富的资源(在能量生产方面)，并且现在有一种趋势是在废水处理中从能源消费转向能源生产。然而，虽然可以认为生物物质从好氧处理罐转移到消化池(其中生物物质转化为沼气)是有吸引力的，但是发现好氧处理罐中物质的干物质含量低，因此在消化之前需要一些脱水，这导致虽然有吸引力，但是与脱水相关的技术问题使得使用生物物质来生产例如沼气吸引力较小。wo2012/136214中报道的滤饼可以混合到被消化的部分中，并且如果这样进行，则干物质含量将增加并会产生更多沼气。

然而，仍然需要进一步增加干物质含量，而如今，使用两种方法来增加干物质含量：

·改善初级沉降：原始废水的初级沉降是一种古老但有效的技术。现在，人们通过引入高速薄层澄清池、凝固等来努力提高效率。初级沉降消除了50-60％的悬浮固体(最重的物质)和20-30％的bod(生物需氧量-有机负荷的量度)。

·精细筛选：使用精细筛网对原始废水进行预过滤除去了水处理系统其余部分的负载量到与初级沉降(>50％tss，>20％bod)相似的程度，但占地面积低得多，据报道少至为初级沉降的10％。这样可以节省土地，并能够扩大工厂的产能。

虽然精细筛选似乎是两个中更吸引人的，但由于精细筛选中使用的过滤器污染而造成的问题是众所周知的，但尚未解决的问题，导致实施这种精细筛选有困难。

ep0122867公开了一种气动水力脉冲型的可重复再生过滤系统，包括将待过滤的固体/流体进料浆料与多个开放式管状过滤元件的多孔壁表面的内部进行操作啮合，使得滤液向外通过过滤元件的壁，并将固体作为饼块收集在内壁表面上。虽然所公开的装置产生滤液，但是滤饼被认为是过滤器的污垢，该污垢必须被除去以便继续过滤。为此，ep0122867的装置被配置为封端过滤器，其中在管状过滤器的远离管状过滤器入口的端部处没有为残余物(在滤液被抽出之后剩余的部分)提供出口；从而不提供流体通过管状过滤器的连续单向流动，并且因此残余物从管状过滤器元件向后冲出以去除滤饼。此外，在ep0122867中，滤饼源自被过滤的介质，因此构成在过滤阶段期间沉积的结垢层。

因此，改进的精细筛选将是有利的，特别是待消化的物质中干物质含量更有效和/或可靠的增加将是有利的。

技术实现要素：

本发明目的是提供对现有技术的替代方案。

本发明的另一个目的可以看作是改善废水的过滤。

本发明的再一个目的可以看作是提高处理废水的工厂的处理能力。

特别地，可以看作本发明的另一个目的的是提供一种解决现有技术的上述问题的过滤装置。

因此，上述目的和若干其他目的旨在通过提供一种用于水处理系统中的过滤装置在本发明的第一方面中获得，所述水处理系统包括：

·适于从废水或过滤废水中提供污泥的生物处理装置，并且所述生物处理装置可流体连通到过滤装置或与其流体连通，用于从过滤装置接收过滤的废水和/或将污泥输送到过滤装置，

其特征在于，

·过滤装置是包括可流体渗透的支撑结构的滤饼过滤装置，支撑结构被设置为一个或多个管状元件，其具有设置在可流体渗透的支撑结构的内侧上的滤饼，所述过滤装置具有：

-可连通以接收待过滤液体的入口，使得待过滤液体的通量方向从管状元件内部、通过滤饼并到达管状元件外部，从而提供滤液，

-用于从管状元件内部排出液体的出口，

-用于从过滤装置排出滤液的滤液出口，和

-喷嘴，布置成将诸如空气的气体引入管状元件的内部，

·通过从生物处理装置中形成的污泥沉积固体来提供滤饼。

用于例如滤饼的污泥固体(来自污泥的固体)通常由生物处理装置提供；在包括消化池的实施方案中，一部分污泥固体可以来自消化池。

滤液也可以称为预过滤废水，它已经在预过滤装置中处理过。

在本文中，使用许多术语，如本领域技术人员可以容易地理解的。以下详细说明其中的一些术语。

污泥固体(来自污泥的固体)优选用于表示通常在生物处理装置中形成的活性污泥絮凝物和/或凝结物质。

滤饼过滤用于表示其中通过流过如本文所公开的滤饼对液体过滤的过程。

滤饼用于表示沉积在支撑结构上的固体物质层，该固体物质是颗粒形式，并且通常起源作为废水的生物处理产物。如本文所述，固体优选为活性污泥絮凝物和/或凝结物质。

滤饼过滤装置通常用于指示被配置为通过使用滤饼提供过滤的装置。

消化用于表示将生物物质厌氧转化为例如沼气的过程。

可流体连通用于指示可关闭的流体连通，通常为管。

流体连通的用于表示流体连通，通常是管。元件可以是通过可流体连通的连接而流体连通的。

(废)水处理用于表示(废)水进行生物处理的过程，如好氧处理。

废水用于表示含有有机物质和营养物质的水，使其不适合使用、消费或排放，因此需要处理。

如本文所用的水，例如在水处理系统中，通常是指待进行生物处理的水，并且一般包括废水。

下游是指放置在单元或过程之后，上游是指放置在单元或过程之前。

管状元件用于表示管形状的元件。优选地，管状元件的横截面是圆形的，并且管状元件是圆柱形的，但是可以使用诸如圆形、多边形等的其它横截面。通常且优选地，沿着管状元件长度的横截面都彼此相等。

生物处理通常用于表示通过使用细菌(即，优选将水中的有机物质代谢的活性微生物)而不是使用化学物质的生物水处理。生物处理通常涉及消耗水中杂质(有机物和营养物质)的细菌(污泥)，并且借助于通过曝气添加的氧气，将其转化为更多的细菌(生物质)和二氧化碳和氮气(好氧处理)。

待处理的废水优选是指通常在生物处理装置中待进行生物处理的废水。

用于气体团(slug)的气体通常是指空气，例如大气(可以被加压和/或从杂质中清除)。

注入和引入可互换使用，这里结合将诸如空气的气体施加到管状元件中的过程。

本发明的目的是在例如生物处理设备上游和/或下游使用“滤饼过滤”。结合本发明已经发现，通过使用这种上游滤饼过滤，滤液具有改进的质量，这意味着它具有比进入工厂的废水更低的有机物和营养物质的负载量。由于需要在下游生物处理设备中处理较少的有机物和营养物质，所以下游处理设备的能量需求可以降低，和/或下游处理设备的处理能力增加。

此外，由于滤饼由生物物质制成，并且在过滤中已经从废水中吸收有机物和营养物质，滤饼具有较高的干物质含量，滤饼可以被视为“丰富的燃料”用于例如生产沼气的消化过程。因此，滤饼可以在更新时被处置于例如消化池中，这导致工厂的沼气(和因此的能量)生产的总体增加。

将滤饼过滤装置定位在生物处理设备下游，提高了次级流出物的质量，并允许通过使二次澄清池加载更高负荷来延长工厂的处理能力。

因此，本发明提供了许多优点。例如，当进入生物处理的水具有较低的有机物和营养物质的负载时，与不施加上游滤饼过滤的情况相比，可以增加工厂的处理能力(例如，吨/小时)。这可以通过在现有处理设备中加装上游滤饼过滤来增加设备的容量，而不需要改变设备来实施，或者在工厂设计阶段被实施以提供更有效的处理设施，具有较少的占地空间，能量占用等。

因此，滤饼过滤作为进来废水的预处理可将工厂的能源平衡从能源消耗转向能源生产，这是当今的一个普遍趋势。本发明的优点是，滤饼由处理厂中存在的活性污泥制成，并将其用于过滤进入处理厂的原废水。因此，用于构建滤饼的料流通常在废水已经暴露于生物处理过程之后源自处理厂本身，而预过滤的料流通常源自尚未进行生物处理的废水。在滤饼过滤装置的下游定位的情况下，用于构建滤饼的料流通常在废水已经暴露于生物处理过程之后也源自处理厂本身，而被过滤的料流是次级流出物，其已经在生物处理装置中进行了生物处理。

优选地，过滤装置的特征可以在于，所述过滤装置还包括封装支撑结构并在与滤液出口流体连通的支撑结构外部提供空腔的流体密封壳体。

优选地，每个管状元件可以包括同心布置的内层和外层，其中每层包括通孔，并且在内层中的通孔具有比在外层中的通孔更大的横截面面积。

内层中通孔的体积可以优选地选择为携带干物质含量为0.01-0.5kg/m²的滤饼，其中在内层的最内部确定面积。

优选地，内层中的通孔在支撑结构的整个长度上是均匀的。内层可以优选地由网格形成，并且外层可以由网格形成，其中内层的网格比外层的网格粗糙。

内层通孔的深度可以优选地小于3mm，例如小于2mm，优选小于1mm。

优选地，内层中的通孔不均匀。内层中的通孔可优选沿螺旋母线布置。

管状元件上的滤饼的厚度优选小于3mm，例如小于2mm。

优选地，管状元件是具有小于15mm，例如小于12mm，甚至小于10mm的内径的圆柱形元件。

在过滤装置的优选实施方案中，多个管状元件平行布置并具有用于接收待处理废水的公共入口。优选地，多个管状元件布置在公共过滤装置中。

在过滤期间，优选跨支撑结构的压差为10至500毫巴，例如为50至200毫巴。

沉积的固体优选由活性污泥提供，活性污泥是通过将生物处理装置中形成的污泥使用分离器分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥提供的。

在第二方面，本发明涉及一种水处理系统，其包括根据第一方面的过滤装置，其特征在于，过滤装置(1)的滤液出口(9)流体连通或可流体连通到下游生物处理装置(1)。

优选地，包括过滤装置(1)的这种水处理系统的特征可在于用于接收待过滤液体的过滤装置入口流体连通或可流体连通到上游生物处理装置。可流体连通的连接件可以优选地包括用于控制通过这种连通的流动的阀。

水处理系统可以优选地还包括布置在过滤装置上游的筛选装置，所述筛选装置适于将预先选定尺寸以上的物体从废水中过滤出去，例如高于2mm，优选高于5mm，例如高于10mm，然后被送入过滤装置。

优选地，水处理系统还可以包括分离器，其将生物处理装置中形成的污泥分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥。

在第三方面，本发明涉及一种根据本发明的第一和/或第二方面的用于提供支撑结构的滤饼的方法，其特征在于，

·将生物处理装置中形成的污泥输送入(多个)管状元件的内部，

·聚集阶段(a)，其包括通过引起压差而将活性污泥絮凝物和/或凝结物质聚集在管状元件的内表面上，以产生朝向并通过可流体渗透的支撑结构的污泥流，直到在支撑结构内表面上已形成絮凝物层，

·压缩阶段(b)，其包括将压差增加到足以将支撑结构上的聚集的絮凝物层压缩成滤饼的水平，

其中，

·滤饼由在布置在支撑结构上游或下游的生物处理装置中形成的活性污泥絮凝物和/或凝结物质提供。

优选地，所述方法的特征可以是聚集阶段(a)期间的压差低于1巴，例如低于0.5巴，或甚至低于0.1巴，并且压缩阶段(b)期间的压差高于聚集阶段(a)的压差并低于2巴，如低于1巴，或甚至低于0.3巴。聚集阶段(a)期间的压差优选地随着时间恒定或随时间而增加。

在聚集阶段(a)和/或压缩阶段(b)期间的压差可以优选地由流体静压差来提供，例如，通过将过滤装置的出口设置在比污泥的上表面低的水平，通过对污泥加压，和/或通过在出口处提供吸力来提供。

优选可通过除去滤饼来更新操作模式(c)一段时间后的过滤装置，再次进行聚集阶段(a)和压缩阶段(b)。

优选地，输送到管状元件内部的污泥是通过将生物处理装置中形成的污泥使用分离器分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥提供的。

在第四方面，本发明涉及从过滤装置除去滤饼的方法。过滤装置是包括可流体渗透的支撑结构的滤饼过滤装置，其中支撑结构被设置为一个或多个管状元件，其具有设置在可流体渗透的支撑结构的内侧上的滤饼，特征在于所述管状元件垂直布置，并且所述方法包括：

·通过使用喷嘴(30)将诸如空气泡的气泡引入管状元件的下端，和

·通过关闭管状元件的上端将引入的气泡阻止在管状元件内部，

直到已形成占据管状元件内的整个空隙的气体团。

根据第四方面的过滤装置优选地是根据前述任一方面的过滤装置。

优选地，可以通过关闭用于接收待过滤液体的过滤装置的入口来阻止气泡，并且替代地通过进一步包括防止流体流过可流体渗透的支撑结构或与通过进一步包括防止流体流过可流体渗透的支撑结构组合地阻止气泡。

优选通过在支撑结构的内部和外部之间建立零压力梯度，可以提供防止流体流通过支撑结构。

在形成占据管状元件中的整个空隙的气体团之后，该方法可以优选地包括：

·从管状元件的底部到顶部沿其纵向轴线在管状元件内建立污泥流，同时

·注入气体，优选常压空气，其量允许形成邻近气体团的污泥部分，优选气体团。

气体注入可以优选地通过使用布置成将诸如空气的气体引入到上述公开的管状元件内部中的喷嘴来进行。

该方法可以优选地进一步包括在注入气体后，建立优选滤液的回流进入管状元件的内部。

本发明的第一、第二、第三和第四方面可以各自与任何其他方面组合。参考下文描述的实施方案，本发明的这些和其它方面将会变得显而易见。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明。附图示出了实现本发明的一种方式，而不应被解释为限于落在所附权利要求书范围内的其它可能的实施方案。

图1是根据本发明的第一实施方案的水处理系统的示意图，在图1a的左侧，过滤装置被布置在生物处理系统的上游，在图1a的右侧，过滤装置被布置在生物处理装置的下游；在图1b中，在包括消化池的实施方案中，过滤装置示意性地示出了流体连接，图1b的上部示出了生物处理装置上游的过滤装置，并且在图1b的下部示出了生物处理装置下游的过滤装置，

图2是根据本发明的优选实施方案的其上将形成滤饼的支撑结构的示意图；图2的上部示出了端视图中的支撑结构，并且图2的下部示出了沿图2上部中所示的线a-a的横截面视图中的支撑结构，

图3是根据优选实施方案的多个过滤装置的示意图，其中多个管状支撑元件平行布置，

图4是根据本发明的另一优选实施方案的水处理系统的示意图，

图5是根据本发明的优选实施方案的水处理系统的使用的示意图；在图5中，示出了以下使用场景：顶部-过滤；中间部分-滤饼去除；底部-滤饼形成。

图6是表示在系统的滤饼设计阶段(a，b)和过滤阶段(c)期间在支撑结构20上施加的压差分布图，其中滤饼设计阶段(a，b)通常发生在每个过滤循环的开始，这些阶段通常构成过滤循环，

图7是根据本发明的水处理系统的另一实施方案的示意图，

图8是在支撑结构上去除和构建滤饼中所涉及的步骤的示意图，图8a示出了去除滤饼的第一步骤，图8b示出了去除滤饼的后续步骤，

图9是一个过滤支撑元件的双层结构的照片说明，

图10是根据本发明的另一优选实施方案的水处理系统的示意图。

具体实施方式

参考图1，其是水处理系统的示意图，其中实施根据本发明的第一实施方案的过滤装置1。水处理系统包括：接收待过滤液体并提供滤液的过滤装置1。如图1所公开的，待过滤液体可以是废水(尚未被生物处理)，并且它可以是在生物处理装置2中产生(也包含分离步骤)的二次流出物(污泥混合液的上清液)。

其中可以使用根据本发明的过滤装置1的水处理系统，如图1所公开的，通常可以包括适于从废水或过滤废水中提供污泥的生物处理装置2，并且所述生物处理装置2可流体连通到过滤装置1或与其流体连通，用于从过滤装置1接收过滤的废水和将污泥输送到过滤装置1。如本文所公开的，过滤装置1和生物处理装置2之间的连接可以是可流体连通的，这意味着流体连通可以被切断。

过滤装置1是包括可流体渗透的支撑结构20的滤饼过滤装置，支撑结构20设置为一个或多个管状元件21。在图1中，仅示出了单个管状元件21。支撑结构具有设置在可流体渗透支撑件内侧上的滤饼10，并且过滤装置1具有可连接以接收滤饼构建物质和待过滤液体的入口15，使得待过滤液体的通量方向为从支撑结构20的内部、通过滤饼10并到达支撑结构20的外部。因此，在通过可流体渗透支撑件和滤饼10之后的液体被称为滤液。

也如图1所示，过滤装置1具有出口16，用于从管状元件21的内部排出液体(该液体可以称为来自过滤的残余物)，以及具有滤液出口9，用于从过滤装置1排出滤液。

如本文公开的，通过从生物处理装置2中形成的污泥沉积固体通常可以提供滤饼10。

在管状元件21的下端设置喷嘴30，用于将空气引入到管状元件21中，引入空气的目的将相对于图8进一步公开。喷嘴30的实际位置可以变化，尽管优选将其布置在管状元件21的下端(管状元件21处于布置为其纵向轴线平行于重力的位置)，使得气体可以流入管状元件并形成诸如空气团的气体团，当管状元件21上端被阻塞时，气体团逐渐填充管状元件21的空隙28，使得逐渐填充作为活塞推挤出滤饼的物质。

此外，喷嘴30可以是常规喷嘴-或多个喷嘴-其适合于以所希望方式引入气体，其优选地以在喷嘴30处形成气泡的方式引入气体，并且气泡在管状元件21中向上升起。

如图1a进一步所示(左侧)，出口9通向生物处理装置2。在生物处理装置2中处理后的液体流入分离器3，其中将液体分离成所谓的流出物6(通常为活性污泥上清液)和含活性污泥絮凝物的回流活性污泥7。

图1a的右侧示出了过滤装置1被布置在生物处理装置2下游(即后面)的情况。在本实施方案中，流出物6进入过滤装置1，回流活性污泥7被送入生物处理装置2(未示出)，并用于在过滤装置1(未示出)中构建滤饼。出口16在运行中被切断，以封端模式运行。

应当注意，仅为了简单起见，在图1a所示的实施方案中，生物处理装置2和分离器3被示出为包含在具有分离壁26的容器中。

在优选实施方案中并且如图1中示意性所示，过滤装置1还包括封装支撑结构20的流体密封壳体17，从而在与滤液出口9流体连通的结构20外部提供空腔27。该空腔27通过支撑结构20与出口16分离。支撑结构20的内部通常与入口15流体连通，用于接收待过滤的液体，和与出口16流体连通，以使得可以在支撑结构20内建立流体循环(如图1所示)。

参考图1b，在包括消化池8的实施例中示出了过滤装置1。图1b的上部示出了其中过滤装置1被布置在生物处理装置2上游的实施方案，在图1b的下部，过滤装置1被布置在生物处理装置2下游，在其间布置有分离器3，使得过滤装置1对来自分离器3的流出物进行过滤。

应当注意，分离器3和消化池8被认为是本发明的任选元件。

参考图4，根据本发明的优选实施方案的水处理系统可以被看作是在废水处理系统中从常规污泥回路吸收活性污泥并且与其一起构建滤饼10(图4中的料流a)。然后，水处理工厂通过滤饼过滤进入工厂的废水(下面图4中的料流b)。由此预过滤的废水(滤液)如通常所述那样进入生物处理装置2，但是现在预过滤的废水具有要低得多的待过滤物质的负荷，因为有机物和营养物质被滤饼过滤掉并沉积在滤饼中。这意味着生物处理装置2可以更小，曝气要求更小，并且碱度剂量要求更小。负载有来自废水的有机物和营养物质的废(即用过的)滤饼可以有利地被引导到消化池8(见图4)。

可能重要的是要意识到，料流a(见图4)-剩余活性污泥-无论如何将会去消化池。然而，在常规的处理设备中，需要通过特殊的脱水设备(通常是通过凝结辅助的离心机或带式压力机)，将其脱水至3-5％的干物质(通常为约0.5％的干物质)。根据本发明的优选实施方案，滤饼过滤是“免费”脱水的且无凝结剂，并且滤饼是高干物质含量的致密结构，可以以维持3-6％的干物质含量方式被处置。

在滤饼在消化池8中终结的实施方案中，其沼气潜力高于普通污泥的潜力，因为用过的滤饼负载有有机物和营养物质。更多的沼气可以创造更多的能量。因此，使用很少的能量来预过滤废水，并且还使用较低的能量来生物处理预过滤废水。这与由沼气产生的更多能量相结合，意味着能量平衡从消耗方面转移到生产方面。这是使用本发明的目的。

参考图2，其示出了设置为一个或多个管状元件21的支撑结构20的优选实施方案(图2中仅示出了单个支撑结构20)。

如本文所概述的，在过滤期间，所述一个或多个管状元件21的内部形成支撑结构20的上游表面(内表面)，其上设置滤饼10，并且所述一个或多个管状元件21的内部可流体连通到接收待处理废水的入口或与其流体连通。上游表面是指通过支撑结构20的壁的通量方向从内向外流动。

如图2所示，管状元件21包括同心布置的内层22和外层23，其中每层包括通孔，并且内层中的通孔具有比在外层中的通孔更大的横截面面积。此外，由于各层具有厚度，例如内层22中的开孔形成穴29，其中可以沉积形成滤饼的物质(在图2中，单个穴29被示意性地公开为正方形)。设置在外层23中的开孔被选择得足够小以阻止在内层22的穴29中形成滤饼10的物质。在包括多于一个管状元件21的实施方案中，每个管状元件21可如图2所示形成。

所述穴通常可以具有以下范围内的尺寸：2×2至10×10毫米的横截面。形成为带的穴可以更大，例如宽度为50mm，优选在5-100mm之间，例如在10-50mm之间。穴的深度可优选为1-10mm，优选为2-5mm。

在使用管状元件21期间，优选地提供厚度小于3mm，例如小于2mm的滤饼10。例如如图2和8a所示，这将提供滤饼10，该滤饼10延伸到管状元件21的内部空隙28中，因为内层22中的穴29的深度通常被选择为小于滤饼10的厚度。在图2中示意性地示出了单个穴29。更多数量的穴29并排地位于内层22中。穴29可以是圆形、正方形或矩形，或甚至多边形(横截面)。虽然管状元件21可以设置为具有任何期望的横截面，但是优选的是，这种管状元件是具有小于15mm，例如小于12mm，以及甚至小于10mm的内径(图2中的d)的圆柱形元件。管状元件21的长度(图2中的l)可以优选在0.5-2m的范围内，例如在0.75-1.5m的范围内，例如长度为1m。但是，其他长度是适用的。

管状元件21可以优选地由诸如不锈钢的金属制成，即内层22和外层23均由金属制成，例如不锈钢。然而，其它材料和材料组合可以用于管状元件21，并且可以被选择为使得管状元件21的结构刚度足以承受在使用期间作用在管状元件21上的流体动力，使得避免管状元件21的几何变形。因此，在本发明的范围内考虑的是由复合材料制成的管状元件21，例如碳纤维、凯夫拉尔纤维、由树脂粘结的玻璃纤维、环氧树脂等的复合材料。此外，管状元件21也可以由塑料制成。例如其中一层由金属制成和另一层由复合材料制成的组合也被认为在本发明的范围内。此外，其中复合材料、塑料和金属(及其组合)用于形成一层或两层的混合材料也被认为在本发明的范围内。

为了提高过滤能力，通常优选使用多个管状元件21并且平行布置成具有用于接收待处理废水的公共入口。

在图3中示意性地公开了一个这样的实施例，其中多个管状元件21还布置在公共过滤装置1中。应当注意，可以选择管状元件21的相互排列，以便在过滤装置1内布置尽可能多的管状元件21，同时仍允许滤液从过滤装置1输送出来。

两个相邻的管状元件21之间的距离l(见图3)优选在1-10mm之间，或甚至可以在20-100mm之间。注意，在优选实施方案中，多个管状元件21以允许滤液流出模块的方式紧密地组装在一起。

优选地，喷嘴30以类似于结合图1a所公开的方式布置。在一个实施方案中，一个或多个喷嘴30布置于在过滤装置1中形成的歧管31中，并且优选地，喷嘴30布置在歧管3中的每个开口32的正下方(如图3所示)。在其它实施方案(未示出)中，一个或多个喷嘴30可布置在出口16中。

在过滤期间，优选跨支撑结构20的压差为10至500毫巴，例如为50至200毫巴。

如本文所述，过滤装置的沉积固体可以有利地由活性污泥提供。该活性污泥优选地可以通过将生物处理装置(2)中形成的污泥使用分离器(3)分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥来提供。然后是活性污泥的固体被沉积。

如本文所概述，过滤装置被设计成用于在水处理系统中处理废水，并且发现这种处理系统中的至少两个可能的位置对于过滤装置1是有利的。如图1左侧所示，包括根据本发明的过滤装置1的水处理系统可以具有与下游生物处理装置1流体连通或可以与其流体连通的过滤装置1的滤液出口9。或者，图1的右侧，用于接收待过滤液体的过滤装置1的入口15与上游生物处理装置1流体连通或与其可流体连通(其还包含污泥分离的机构，并因此产生上清液)。

注意，仅仅为了清楚起见，本公开中省略了诸如澄清池、增稠池、分离器等的其它元件，并且过滤装置1可以位于生物处理装置的上游和下游两处。当过滤装置1位于生物处理装置2的上游时，从过滤装置1向生物处理装置2供给的液体优选为滤液，当过滤装置1位于生物处理装置2的下游时，分离器3可以有利地布置在生物处理装置2的下游(或形成生物处理装置2的一部分)，以从污泥分离出上清液，该上清液是在过滤装置1中被过滤的部分。

参考图4，它示意性地示出了根据本发明的优选实施方案的水处理系统。如图4所示，过滤元件1布置在生物处理装置2的上游；然而，过滤元件1或另外的过滤元件1可以布置在分离器3的下游。为了提供形成滤饼10的物质，支撑结构20可流体连通以接收活性污泥，优选活性污泥絮凝物，以便将生物处理废水的物质沉积在支撑结构20的上游表面上，以提供由在生物处理装置2中形成的污泥固体制成的滤饼，并且使用该滤饼以在过滤装置1中对废水进行过滤。如图4所示，生物处理装置1优选为好氧处理罐及其相关的沉降池。

生物处理装置2通常提供污泥混合液，其在例如被处置前有利地可能需要进一步处理。为此目的(以及其它目的)，水处理系统还包括可流体连通到生物处理装置2或与其流体连通的分离器3，以便接收来自生物处理装置2的污泥。再次，可流体连通是指连通可以被关闭的情况。污泥可以优选为从生物处理装置2流出的污泥混合液，分离器3将污泥分离成至少两个部分，流出物6和排放物7。分离器3适于提供具有比排放物7更低固体含量的流出物6。

分离器3有利地形成为沉降装置3，其中排放物7(当流入物是污泥混合液体时)是含有固体的污泥，优选是活性污泥，并且流出物6是活性污泥上清液。如图4所示，分离器3可流体连通到生物处理装置2或与生物处理装置2流体连通，用于将排放物输送到生物处理装置2。

在包括分离器3的实施方案中，优选的是过滤装置1可流体连通到分离器3或与分离器3流体连通，从而使得可以将排放物7从分离器3供给到管状元件21的内表面。由此，滤饼可以通过沉积形成在生物处理装置2中的物质形成，并在分离器3中分离以形成排放物。然而，也可以由来自生物处理装置2的活性污泥形成滤饼。

虽然滤饼显示出在生物处理装置2上游提供极好的过滤，但是已经发现，在离开水处理系统之前，例如流出物6可能需要进一步的过滤。在这种情况下，水处理系统可以包括布置成过滤来自分离器3的流出物的另外的过滤装置1，并且过滤装置1可以与布置在生物处理装置2上游的过滤装置1相同类型，即具有设置在过滤装置1的可流体渗透的支撑结构上的滤饼。同样对于该过滤装置1，滤饼相对于流出物通过滤饼的通量方向设置在支撑结构的上游表面上，并且滤饼通过从在处理装置2中形成的污泥沉积固体而提供。

如图4所示，水处理系统可以包括用于将废水的有机物质转化为沼气的消化池8。消化池8通常是将生物物质转化为沼气的类型，导致从消化池出来的三股流：沼气12、废弃污泥11和废弃水(rejectwater)13。废弃水优选地进入生物处理装置2，而处置掉废弃污泥11。收集沼气12并用作燃料。

如上所述，滤饼10的相对高的干物质含量使其非常适合于消化池8中的转化过程，并且消化池8因此可流体连通到过滤装置1或与其流体连通，用于接收含有从废水中滤出的物质的滤饼10(滤饼10也含有过滤之前形成其的物质)。

消化池可以被设计为具有用于产生气体(沼气12)的出口、废弃污泥11的出口和废弃水13出口的密闭空间。

由于来自消化池8的废弃水可能对生物处理装置2中的过程是有用的，废弃水13出口可流体连通到生物处理装置2，或者与生物处理装置2流体连通，用于将废弃水从消化池8输送到生物处理装置2。

在本文公开的水处理系统中，形成滤饼的沉积固体优选为污泥固体，优选为活性污泥絮凝物。

参考图5，其示出了图4的水处理系统的三种不同用途(请注意，消化池8已经从图中省略，并且筛选装置被布置为将较大颗粒从进入废水过滤的上游装置，该筛选装置可以被遗漏)。过滤装置1被示出为布置在生物处理装置的上游，但可以布置在下游。在图5中，示出了以下使用场景：顶部-废水过滤；中间部分-滤饼去除；底部-滤饼形成。

还如图5所示，一些流体连通被关闭，其通过具有点状的外部轮廓的阴影和白色箭头示出。在图5的顶部，废水被进行筛选并流入含滤饼10的过滤装置1。过滤后，滤液流入生物处理装置2，并离开生物处理装置2和污泥。将污泥分成两部分(如上所述)，以提供排放物和流出物。

在图5的中间部分，除去滤饼10，并且不过滤流体。将除去的滤饼排放到消化池8中。

在图5的底部，滤饼10被除去，其包括将来自分离器的排放物输送到支撑结构的上游表面；这将在下面进一步详细披露。

参考图6，其指示在形成滤饼10的优选实施方案中涉及的不同步骤，包括在过滤废水或污泥之前在滤饼设计阶段(a，b)中压缩滤饼10的步骤。

滤饼10可被认为是在滤饼设计阶段期间提供。在开始提供滤饼10时，参考图6，滤饼设计阶段包括从时间t1到t2的聚集阶段a和从时间t2到t3的压缩阶段b。在阶段a期间，压差相对较低，即通常大约为0.01至0.1巴，而活性污泥流向支撑结构20。在滤饼10设计阶段的一开始，活性污泥絮凝物和尺寸太大而不能穿过支撑结构20中的开口的其它颗粒被支撑结构20阻止。

至少在聚集阶段a期间，具有允许其通过网格或尚未完全设计好的滤饼10的尺寸的活性污泥絮凝物通过支撑结构20，并且为了避免将这些絮凝物排放到环境中，通过支撑结构20的流体通常被再循环到生物处理装置2。

一旦絮凝物已经开始在支撑结构20上被阻止，并且活性污泥朝向支撑结构20流动，就会发生絮凝物在支撑结构上的进一步聚集。这种进一步的聚集持续，直到聚集的活性污泥絮凝物已经达到预定厚度(t＝t2)。发生这种情况的时间点可以通过多种方式确定。一种可能的方式是监测支撑结构20上的压降，并且实验地确定聚集的活性污泥絮凝物的滤饼与压降之间的相关性，使得一旦在支撑结构20上发生一定的压降，阶段a结束。在图6中，这表示为阶段a的压力曲线是倾斜的。另一个选择是监测流动和污泥悬浮固体浓度，从而计算形成阶段的累积滤液，从而实时计算干物质的沉积量，然后在预定值停止。

在阶段a结束(t＝t2)时，已经形成滤饼10，但仍然非常机械不稳定，并且滤饼10的过滤特性可能仍然不能满足要求。在压缩阶段b(从t2到t3)期间，在支撑结构20上的压差处于升高的水平，提供滤饼10的压缩。该压缩所需的压差可以变化，但是通常可以在支撑件和滤饼10上测量的0.01至1巴的范围内。压缩进行一段时间，优选通过实验确定，目的是在整个滤饼10中压缩絮凝物。在阶段b结束(t＝t3)时，包括聚集和压缩的活性污泥絮凝物的滤饼10和支撑结构20准备好进行过滤，并且开始过滤阶段c(t>t3)。一旦阶段b结束，将压差降低到通常小于1巴的压差，停止滤液再循环(如果实施的话)，并且如上所述进行过滤，条件是滤液质量足够。

应当注意，滤饼10的设计可以用与图6中公开的不同的压力分布进行。例如，图6中公开的压差的逐步增加和减少可以由平滑的压力转变代替，并且即使利用在连续阶段a和b中不同水平的压差，也可以应用阶段a和b的重复。当采用这些措施时，可以应用过滤器特性的进一步控制。例如，通过具有相对较高的压差的非常短的连续阶段b，滤饼10的最内部分将比压差较低时得到相对更多的压缩。

在t＝t4进行过滤器或滤饼10的更换或一般是更新，之后，在除去滤饼10之后开始新的设计阶段。因此，在t＝t4时，如图所示重复包括阶段a、b和c的循环。阶段a和b在几秒至几分钟的时间范围，而阶段c在为几分钟至几小时的时间范围。

注意，图6没有公开过滤器或滤饼10的更换(更新)所需的时间和期间的压力。在实际实现中，如图4所示，t1'与t4不一致，因为t1'是在t4之后出现的时间点。然而，为了清楚起见，未公开支撑结构20上的压差。

在本发明的另外的实施方案中，该系统还包括流体分配装置14，将待处理的废水分成至少两股废水流，一股废水流进入过滤装置1，一股废水流进入生物处理装置2。这在图7中表示，并且该设置尤其具有以下优点：当过滤装置降低过滤的废水中的有机物和营养物质的含量时，生物处理装置2上的总体负荷降低。这可以用于使生物处理装置2更小或总容量(例如，以每小时处理的废水吨数计)增加。图7所示的比例“液体80％”和“液体20％”是每体积的优选范围，本发明不限于此比例。

通常，流体分配装置14适于将废水以10％到过滤装置1和90％到生物处理装置2的体积比分配成两股料流，例如20％到过滤装置1和80％到生物处理装置2，优选30％到过滤装置，70％到生物处理装置2。实际比例由系统中固体的质量平衡定义，并被选择使得预过滤的比例与生物处理装置2中产生的多余污泥的量相匹配，并且预过滤不会消耗来自生物处理装置2中固体。流体分配装置14由控制流过不同管分支的液体量的阀系统形成。

如特别参照图5所示，废水处理系统的各种元件之间的连通可以理想地是可断开的或可关闭的。因此，可流体连通的连接件可以有利地包括用于控制通过这种连通的流的阀。例如，在图1a的出口16和图1a的入口15中可能有阀。

如图5和7所示，布置在过滤装置1上游的筛选装置优选地适于在输送料到过滤装置1之前从废水中过滤出超过预选尺寸的物体，如大于2mm，优选大于5mm，例如大于10mm。筛选装置可以被实施为包括具有允许期望过滤的开孔的筛网的机械过滤器。图10还示出了筛选装置，其中沉降池4提供用于预过滤装置的初级处理的废水和初级污泥。

如本文所述，水处理系统可以包括分离器3，其将生物处理装置2中形成的污泥分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥。活性污泥的固体优选为待沉积在管状元件21上的固体。

提供如本文公开的支撑结构20的滤饼10用于通过滤饼10过滤废水通常可以包括以下步骤：应注意，可流体渗透的支撑结构20被设置为一个或多个管状元件21，并且在这种情况下，滤饼可以有利地由以下提供：

·将生物处理装置2中形成的污泥输送入(多个)管状元件21的内部，

·聚集阶段a，其包括通过引起压差而将活性污泥絮凝物和/或凝结物质聚集在管状元件21的内表面上，以产生朝向并通过可流体渗透的支撑结构20的污泥流，直到在支撑结构20内表面上已形成絮凝物层，

·压缩阶段b，其包括将压差增加到足以将支撑结构20上的聚集的絮凝物层压缩成滤饼10的水平，

其特征在于，

·滤饼由在布置在支撑结构20上游或下游的生物处理装置2中形成的活性污泥絮凝物和/或凝结物质提供。

优选地，聚集阶段(a)期间的压差低于1巴，例如低于0.5巴，或甚至低于0.1巴，并且压缩阶段(b)期间的压差高于聚集阶段(a)的压差并低于2巴，如低于1巴，甚至低于0.3巴。聚集阶段(a)期间的压差随着时间恒定或随时间增加。

在一些优选的实施方案中，在聚集阶段(a)和/或压缩阶段(b)期间的压差由流体静压差来提供，例如，通过将过滤装置1的出口设置在比污泥的上表面低的水平，通过对污泥加压，和/或通过在出口处提供吸力来提供。

处于操作模式(c)一段时间后，通过除去滤饼更新滤饼10，并再次进行聚集阶段(a)和压缩阶段(b)。

输送到管状元件21内部的污泥可以有利地通过将生物处理装置2中形成的污泥使用分离器3分离成流出物和具有比流出物更高的干物质含量的活性污泥提供。活性污泥的固体为待沉积在管状元件21上的固体。

上述公开的系统可以在废水过滤期间以下列方式使用。最初，提供滤饼10。一旦提供滤饼10，可以开始通过滤饼10过滤废水，并且在生物处理装置2中对过滤的废水进行生物处理。当滤饼被有机物和/或营养物质结垢到一定程度时，其中例如滤饼10上的压差达到不再可行的水平，除去滤饼10。

应当注意，生物处理装置2中的生物处理虽然在滤饼更新过程中没有接收到任何滤液，但是仍继续处理包含在处理装置2中的物质。此外，多个过滤装置1(或支撑结构20)通常并优选地并行施加，并且一些过滤装置1(或支撑结构20)是连续过滤的，而另一些对它们的滤饼进行更新。此外，根据如何进行滤饼更新过程，从过滤装置1和到生物处理装置2可以存在液体流。

在包括消化池的实施方案中，去除的滤饼10可以有利地被送入消化池8。此外，该方法还可以包括从消化池8中的内容物分离：

-废弃水13，并将其送入生物处理装置2，

-废弃污泥11，

-沼气12。

在包括分离器3的实施方案中，废水处理还可以包括通过使用分离器3将生物处理装置2中形成的污泥分离成至少两个部分，流出物6和排放物7(流出物比排放物具有更低的固体含量)。分离器3的排放物7通常在过滤期间输送入生物处理装置2或进入用于提供滤饼10的支撑结构20中。

废水处理方法还可以包括将废水分离成两股料流(当进行筛选时，分离通常发生在筛选的下游)并将一股料流输送到过滤装置1并将另一股料流输送到生物处理装置2。

参考图8a，其示出了从形成为管状元件21的支撑结构20除去滤饼10的第一实施方案。如图8a所示，该过程尤其在于管状元件21垂直地布置，其上端被限定为管状元件21的上端，下端确定为管状元件21的下端。除去滤饼10的方法可以优选地包括如下步骤：

·在下端将诸如空气泡的气泡引入管状元件21，和

·通过关闭管状元件的上端将引入的气泡阻止在管状元件(21)内部，

直到形成占据管状元件21内的整个空隙28的气体团24。

如图8a所示，气泡(其有利地可能是大气)在管状元件21内向上升高，并且在其通过期间从管状元件21的内部向上释放滤饼物质。气泡和流体两者的向上运动将撕裂滤饼10，并且通常由存在于内层22中的穴29增加撕裂，其产生有助于撕裂的湍流。在此期间，管状元件21的上端被封闭，使得气泡在上端作为气体团(气穴)收集。因此，由于气泡通过管状元件21上端的闭合而被阻塞在管状元件21的内部，将在上端形成气体(空气)团24，该气体团24将逐渐向下膨胀朝向管状元件21的底部，迫使释放和自由浮动的滤饼物质从管状元件21的下端出来。

在优选实施方案中，通过关闭用于接收待过滤液体的过滤装置1的入口15(参见例如图1或图3)，例如通过使用阀，来阻止气泡。

在图8a中概述的过程中待引入的空气的量，其中气体团24迫使释放并且自由浮动的滤饼物质从管状元件21的下端出来，被发现大致为管状元件21的内部体积，即pi/4*d²*l的体积(对于d和l，参见图2)。然而，在气体(空气)通过管状元件的内层22和外层23而逸出的情况下，应引入多余的气体以弥补逸出量。适用于引入空气(气体)的优选流速在0.1-0.4m³/h的范围内，例如0.2-0.3m³/h。但是，其它流量也是适用的。应注意，流速以每个管状元件21提供，并且在使用多于一个管状元件21的实施方案中，该量可以通过与管状元件的数量相乘来缩放。

可以通过防止流体流过可流体渗透的支撑结构20来提高滤饼去除的效率。有利地通过在支撑结构20的内部和外部之间建立零压力梯度，可以提供这样的预防。

在除去滤饼期间，支撑结构20的外层23(其可以被称为净侧)通常通过确保液体存在于管状元件21的外层23中而被保持着，同时仅仅通到管状元件21的内部底部的连通是开放的-这样一来，净侧即空腔27中的水不会渗透到管状元件21的内部(通过在外层23中液体的表面张力辅助)并且再次悬浮的固体(滤液滤饼物质)被像气体活塞一样的尺寸增加的气体(空气)团推出(见图8a)。

滤饼去除的进一步增强具有进一步的效果：制备管状元件21以具有提供的滤饼，包括随后形成基本上占据管状元件21中整个空隙28的气体团24：

·从管状元件21的底部到顶部沿其纵向轴线在管状元件21内建立污泥流，同时

·注入气体，优选常压空气，其比例允许形成邻近气体团(24)的污泥部分(25)。

·使得滤液能够回流到管状元件21的内部(从外部通过层23和22到空隙28并通过22的方向)。

优选通过以脉冲的方式注入气体(在管状元件21的底部)，即以交替方式注入气体和不注入气体，以允许形成团部分的比例注入气体。适用于注入气体(空气)的优选流速在0.1-0.4m³/h的范围内，例如0.2-0.3m³/h。同样在此情况下，流速以每个管状元件21提供，并且在使用多于一个管状元件21的实施方案中，该量可以通过与管状元件的数量相乘来缩放。优选的脉冲速率在0.5hz和5hz之间，例如在1hz和3hz之间。例如2hz的脉冲速率是指，对于例如0.5hz的段优选是指在1秒钟的时间段内引入气体，接着是1秒钟的时间段，其中没有气体被注入。作为另一个例子，引入气体0.4秒并关闭1.6秒。在另一个例子中，速率为1hz，引入气体0.2s，并关闭0.8s。然而，其它流速和脉冲速率也适用。

应注意，管状元件21内的污泥流可以包括切向速度分量，使得流动向上螺旋。

这在图8b中示意性地示出，其中图8bi示出了从下方将污泥初始进料到管状元件21中。图8bii示出了以形成空气团的方式引入空气的后续步骤。图8biii显示比在图8bii中显示的时间稍晚的过程。最后，图8biv显示管状元件21的内部被具有相邻的气体(空气)团24的污泥25的部分占据。

这样做的结果是，管状元件21的内部被污泥占据(除了被气体团24所占据的空间之外)，该污泥可以用作在随后的滤饼形成阶段中在管状元件21的内部上形成滤饼10的沉积物质。在下一个滤饼形成阶段之前，空气流停止，同时污泥仍然被再循环，从而使污泥填满整个空隙。

在图9中，管状元件21部分地示出为显示管状元件21的端部的照片。从该图可以清楚地看出，内层22可以由具有比外层更大的横截面面积的较粗的网格或穴29形成。因此，设置在支撑结构20的内侧上的滤饼10延伸到支撑结构20的内部，优选地仅延伸到在内层22中形成的穴29中。

图10示出了根据本发明的优选实施方案的水处理系统。图4的描述也适用于图10。然而，图10中的系统示出了用于形成滤饼的额外的物质来源。在一些实施方案中，预过滤装置具有用于接收例如来自沉降池4的初级污泥的初级污泥入口33，如图10所示。优选地，初级污泥流入预过滤装置中是可控的。初级污泥在初级澄清-沉降池(或其装置，如带式过滤器)产生，处理原始废水并产生“初级处理废水”和“初级污泥”。消化池污泥是消化剩余污泥和初级污泥的产物，基本上是消化池产生的残留固体。

在一些实施方案中，消化池污泥可以从消化池8流到预过滤装置。优选地，消化池污泥流入预过滤装置中是可控的。

这样的实施方案使得可以用三种污泥源中的任何一种的共混物来产生滤饼：剩余(活性)污泥、初级污泥和消化池污泥。这样，可以产生具有少得多的剩余(活性)污泥的功能性滤饼，这意味着滤饼物质的供应变得不太依赖于好氧生物过程可用的有机物的量。

尽管已经结合具体的实施方案描述了本发明，但是不应将其解释为以任何方式限于所呈现的实施例。本发明的范围由所附权利要求书规定。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其它可能的元件或步骤。此外，提及诸如“一个”或“一种”等的引用不应被解释为排除多个。针对附图中所示的元件在权利要求中使用附图标记也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以有利地组合不同权利要求中提到的各个特征，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和不利的。

附图标记列表：

1过滤装置

2生物处理装置

3分离器

4沉降池

6流出物

7排放物

8消化池

9来自过滤装置的(滤液)出口

10滤饼

11废弃污泥

12沼气

13废弃水

14流体分配装置

15通到过滤装置的入口

16来自过滤装置的残余物出口

17壳体

20(可流体渗透的)支撑结构

21管状元件

22内层

23外层

24气体(空气)团

25污泥部分

26分离壁

27过滤装置中的空腔

28管状元件中的内部空隙

29穴

30喷嘴

31歧管

32开口

33初级污泥入口

d管状元件21的内径

l管状元件21的长度