專利名稱：用于處理廢水的壓載序批式反應(yīng)器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理廢水的壓載(ballasted)序批式反應(yīng)器(sequencingbatchreactor, SBR)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
SBR系統(tǒng)用于處理廢水。典型的傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)包括一個或多個SBR，所述SBR包含大量的吸收流入的廢水中的污染物以形成生物絮體(biologicalflocs)和處理廢水的微生物。SBR系統(tǒng)通常用四個階段來處理廢水填充、反應(yīng)、沉降和傾析。在填充階段，將SBR填充流入的廢水并且可以將SBR曝氣，在不曝氣的情況下混合，或者不混合且不曝氣。反應(yīng)階段涉及添加氧氣、混合或兩者的組合，以通過轉(zhuǎn)化生化需氧量(biochemicaloxygendemand, B0D)的對微生物的處理以形成生物絮體而提供處理。在沉降階段，使得在之前階段中形成的生物絮體沉降到所述SBR的底部以形成已已沉降污泥。傾析階段涉 及緩慢地從已已沉降污泥傾析澄清的水以提供已處理的流出物。然而，在典型的傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)的沉降階段，生物絮體僅僅是稍微比水重一點(diǎn)，因此沉降得很慢。此外，在沉降階段的固體分離因許多類型的沉降問題可能變得不可靠，弓丨起這些沉降問題的是絲狀有機(jī)體(filamentousorganisms)的過度生長、菌膠團(tuán)有機(jī)體(zoogleal organisms)或胞夕卜多糖材料(exocellular polysaccharide material)中任意一種的過度生長所導(dǎo)致的黏性膨脹(viscous bulking)、針狀絮體(pin floe)、游蕩掉隊(duì)的絮體(straggler floe)諸如此類的。這可能限制傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)的容量并且可能連累已處理的流出物的質(zhì)量(quality)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了用于處理廢水的壓載序批式反應(yīng)器系統(tǒng)包括一個或多個序批式反應(yīng)器。加重劑浸潰子系統(tǒng)(weighting agent impregnation subsystem),其被配置成混合生物絮體(biologicalflocs)和加重劑(weighting agent)以形成已加重的生物絮體(weighted biologicalflocs)。加重劑回收子系統(tǒng)(weightingagent recoverysubsystem)，其被配置成從已加重的生物絮體回收加重劑并且將該回收的加重劑再引入到所述的加重劑浸潰子系統(tǒng)。在一個實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)可以包括污泥忙存罐(sludge storage tank),該污泥貯存罐被配置成從一個或多個序批式反應(yīng)器接收已沉降污泥，貯存該已沉降污泥，并且調(diào)節(jié)已沉降污泥流向加重劑回收子系統(tǒng)的流量(flow)。所述加重劑回收子系統(tǒng)可以包括用于將加重劑從已加重的生物絮體分離的分離器子系統(tǒng)(separator subsystem)。所述分離器子系統(tǒng)可以包括剪切磨機(jī)(shearmill)。所述分離器子系統(tǒng)可以包括離心分離器(centrifugal separator)。所述分離器子系統(tǒng)可以包括超聲分離器(ultrasonicseparator)。所述分離器子系統(tǒng)可以包括剪切磨機(jī)和濕式圓筒磁選分離器(wet drummagnetic separator) 所述分離器子系統(tǒng)可以包括剪切磨機(jī)和離心分離器。所述分離器子系統(tǒng)可以包括超聲分離器和濕式圓筒磁選分離器。所述分離器子系統(tǒng)可以包括超聲分離器和離心分離器。所述剪切磨機(jī)可以包括轉(zhuǎn)子(rotor)和定子(stator)，其中轉(zhuǎn)子和/或定子包括具有最優(yōu)化加重劑從已加重的生物絮體分離的尺寸的縫(slots)。所述加重劑浸潰子系統(tǒng)可以包括浸潰罐(impregnation tank)和至少一個混合器(mixer)。該系統(tǒng)的容量可以通過減小沉降階段(settle phase)的持續(xù)時間來增加。所述一個或多個序批式反應(yīng)器可以被配置成從已沉降污泥傾析(decant)澄清的流出物(clear effluent)以提供已處理的流出物(treated effluent)。所述已加重的生物絮體可以通過減小其中懸浮固體和相關(guān)污染物的濃度來提高已處理的流出物的質(zhì)量。該系統(tǒng)可以包括用于排放來自加重劑回收子系統(tǒng)的已沉降污泥以控制在一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液中微生物群體的排放子系統(tǒng)(wasting subsystem)。該系統(tǒng)的容量可以通過減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量從而增加一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液的濃度來增加。該系統(tǒng)的容量可以通過減小反應(yīng)階段(react phase)的持續(xù)時間來增加?？梢詼p小通過排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量以增加混合液的懸浮固體的濃度來提高混合液(mixed liquid)中氨的硝化(nitrification)和/或反硝化作用(de-nitrification) 可以通過增加被引入到一個或多個序批式反應(yīng)器的溶解氧(dissolved oxygen)的量來提高硝化作用。 為了通過沉淀(precipitation)和/或凝結(jié)(coagulation)的方式除磷，可以將凝結(jié)劑(coagulant)添加到一個或多個序批式反應(yīng)器。為了提高已加重的生物絮體的沉降和增稠并且為了使得沒有被浸潰的生物絮體和/或部分被浸潰的生物絮體與已加重的生物絮體聚團(tuán)(agglomeration),可以將凝聚劑(flocculant)添加到一個或多個序批式反應(yīng)器。所述加重劑浸潰子系統(tǒng)可以包括文氏混合器/噴射器(venturi mixer/eductor)。大部分加重劑的粒徑小于約100 μ m。大部分加重劑的粒徑小于約40 μ m。大部分加重劑的粒徑小于約20μηι。所述加重劑可以包含磁鐵礦(magnetite)。該系統(tǒng)可以包括混合器(mixer),該混合器設(shè)置在一個或多個序批式反應(yīng)器的每一個中以保持懸浮固體或混合液處于懸浮狀態(tài)。本發(fā)明還描述了采用一個或多個序批式反應(yīng)器處理廢水的方法，該方法包括以下的步驟a)在一個或多個序批式反應(yīng)器中接收流入的廢水；b)在一個或多個序批式反應(yīng)器中形成生物絮體；c)將加重劑浸潰到生物絮體中以形成已加重的生物絮體；和d)從已加重的生物絮體中回收加重劑以將該加重劑再引入到步驟c)。在一個實(shí)施方式中，該方法可以包括從已加重的生物絮體分離加重劑的步驟。該方法可以包括收集加重劑并且將加重劑循環(huán)到步驟c)的步驟。該方法可以包括提供加重劑的步驟，在該步驟中大部分的加重劑的粒徑小于約ΙΟΟμπι。該方法可以包括提供加重劑的步驟，在該步驟中大部分的加重劑的粒徑小于約40 μ m。該方法可以包括提供加重劑的步驟，在該步驟中大部分的加重劑的粒徑小于約20μπι。該方法可以包括將溶解氧引入到微生物群體以促進(jìn)生物絮體在混合液中生長，該生物絮體在混合液中生長是通過混合液懸浮固體的濃度來確定。該方法可以包括將凝聚劑引入到混合液的步驟以提高已加重的生物絮體的沉降和增稠并且使得沒有被浸潰的生物絮體和/或部分被浸潰的生物絮體與已加重的生物絮體聚團(tuán)。該方法可以包括在一個或多個序批式反應(yīng)器中從混合液分離和收集已加重的生物絮體以提供第二流出物和已沉降污泥的步驟。該方法可以包括將大部分已沉降污泥循環(huán)到步驟b)的步驟。該方法可以包括在一個或多個序批式反應(yīng)器中從已沉降污泥傾析出澄清的流出物以提供已處理的流出物的步驟。該方法可以包括采用排放子系統(tǒng)排放剩余的已沉降污泥以控制混合液中微生物群體的步驟。該方法可以包括通過減小沉降階段的持續(xù)時間來增加所述系統(tǒng)的容量的步驟。該方法可以包括通過減小其中懸浮固體和相關(guān)污染物來提高已處理的流出物的質(zhì)量的步驟。該方法可以包括排放來自加重劑回收子系統(tǒng)的已沉降污泥以控制在一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液中微生物群體(population)的步驟。該方法可以包括通過減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量從而增加一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液的濃度，從而增加所述系統(tǒng)的容量的步驟。該方法可以包括通過減小反應(yīng)階段的持續(xù)時間來增加所述系統(tǒng)的容量的步驟。該方法可以包括減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量以增加混合液的懸浮固體的濃度的步驟，這提高了混合液中氨的硝化和/或反硝化作用。該方法可以包括通過增加被引入到一個或多個序批式反應(yīng)器的溶解氧的量來提高硝化作用的步驟。在步驟b)中，通過將混合液與生物絮體以一個預(yù)設(shè)的能量水平混合，使得加重劑被浸潰到生物絮體中。
本發(fā)明，然而，在其他實(shí)施方式中，不需要達(dá)到所有這些目標(biāo)，并且其權(quán)利要求不應(yīng)當(dāng)被限制于可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的結(jié)構(gòu)或方法。


通過以下優(yōu)選的實(shí)施方式的描述和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他物體、特征和優(yōu)點(diǎn)圖I是根據(jù)本發(fā)明的用于處理廢水的SBR系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的方框示意圖；圖2是顯微圖，示出了采用圖I中所示加重劑浸潰系統(tǒng)將加重劑浸潰到生物絮體中的一個實(shí)施例；圖3是示出了本發(fā)明的用于處理廢水的SBR系統(tǒng)的另一個實(shí)施方式的方框示意圖；圖4是圖I和3中所示浸潰子系統(tǒng)的另一個實(shí)施方式的側(cè)視示意圖；圖5A是圖I和3中所示分離器的一個實(shí)施方式的側(cè)視示意圖；圖5B是示出了圖5A中所示的剪切磨機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的縫的一個實(shí)施例的頂視示意圖；圖5C是圖5A中的剪切磨機(jī)的一個實(shí)施方式的三維視圖；圖6是圖I和3中所示分離器的另一個實(shí)施方式的三維正視圖；和圖7是圖I中所示的分離器的又另一個實(shí)施方式的三維正視圖。
具體實(shí)施例方式除了下面公開的優(yōu)選實(shí)施方式以外，本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式或以多種方式實(shí)施或執(zhí)行。因此，可以理解的，本發(fā)明，在其應(yīng)用中，不限于下面的描述或圖中所示的構(gòu)造細(xì)節(jié)和組件的組織。如果本文僅敘述了一個實(shí)施方式，其權(quán)利要求不限制于該實(shí)施方式。此外，不對本發(fā)明權(quán)利要求做限制性解釋，除非存在清楚、有說服力的證據(jù)證明某一特定的排他(exclusion)、限制(restriction)或放棄(disclaimer)情況。如圖I中所示，本發(fā)明的用于處理廢水的SBR系統(tǒng)10的一個實(shí)施方式。系統(tǒng)10包括至少一個通過線路16接收流入的廢水14的SBR 12。優(yōu)選地，SBR 12通過暴露于環(huán)境空氣22的線路20引入氣泡18。氣泡18將溶解氧引入到SBR 12中的一定量的微生物以促進(jìn)生物絮體23在混合液24中生長。此處所用的混合液24是流入的廢水14和生物絮體23的組合。系統(tǒng)10也包括加重劑浸潰子系統(tǒng)26，在一個實(shí)施方式中，加重劑浸潰子系統(tǒng)26包括浸潰罐28和混合器30，該混合器30通過線路32從SBR 12接收混合液24。在一個實(shí)施方式中，優(yōu)選地，浸潰罐28接收初始加重劑33,例如通過線路36從進(jìn)料斗(feed hopper) 34接收初始加重劑33，和/或浸潰罐28從加重劑回收子系統(tǒng)74(下述)接收回收的加重劑38。加重劑浸潰子系統(tǒng)26將所述混合液24或被線路77接收的已沉降污泥與初始加重劑33和/或浸潰罐28中回收的加重劑38混合以將加重劑浸潰到生物絮體23中從而形成已加重的生物絮體，生物絮體23懸浮在混合液24中或已沉降污泥中，所述已沉降污泥經(jīng)過污泥貯存罐88和線路76和/或經(jīng)過線路76和81被線路77接收?；旌掀?0利用了足以將加重劑浸潰到懸浮在混合液中的生物絮體中以形成已加重的生物絮體的混合能量。圖2示出了被浸潰到生物絮體23中以形成已加重的生物絮體25的加重劑33、38的一個實(shí)施例。
該被浸潰了加重劑的已加重的生物絮體然后通過線路37，如圖1，被送回到SBR 12。加重劑可以是磁鐵礦，或本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的增加生物絮體的密度的任意相似類型的加重劑或可磁性分離的無機(jī)物質(zhì)。在一個實(shí)施例中，大部分加重劑的顆粒的尺寸可以小于約ΙΟΟμπι。在另一個實(shí)施例中，大部分加重劑的顆粒的尺寸可以小于約40 μ m，或大部分加重劑的粒徑可以小于約20 μ m。系統(tǒng)10也可以包括加重劑回收子系統(tǒng)74，加重劑回收子系統(tǒng)74通常在沉降和傾析階段完成后通過線路76從SBR 12的底部39接收已沉降污泥。優(yōu)選地，加重劑回收子系統(tǒng)74包括分離器78，該分離器78從線路76中的已沉降污泥中的已加重的生物絮體回收加重劑并且通過線路79將加重劑再引入(循環(huán))到加重劑浸潰子系統(tǒng)26。加重劑回收子系統(tǒng)74可以包括回收子系統(tǒng)83,參下述。在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)10包括污泥貯存罐88，污泥貯存罐88通常在傾析階段完成之后貯存通過線路76從SBR 12輸出的已沉降污泥。SBR系統(tǒng)10的一個示例性操作中，SBR 12通過線路16填充流入的廢水14，并且SBR 12被接種大量的吸收流入的廢水14中的污染物以形成生物絮體23的微生物。在填充階段，通過氣泡18溶解氧可以被引入到混合液24以促進(jìn)生物絮體23的生長。一旦已填充，系統(tǒng)10經(jīng)歷反應(yīng)階段。在填充和/或反應(yīng)階段期間，加重劑浸潰子系統(tǒng)26通過線路32接收混合液，或者通過線路77接收已沉降污泥，該已沉降污泥經(jīng)過污泥貯存罐88和線路76和/或經(jīng)過線路76和81被線路77接收，并且加重劑浸潰子系統(tǒng)26采用混合器30使得生物絮體在其中浸潰初始加重劑33和/或循環(huán)的加重劑38。然后將帶有已加重的生物絮體的混合液或已沉降污泥通過線路37送回到SBR 12。反應(yīng)階段之后是沉降階段，已加重的生物絮體沉降到SBR 12的底部39以形成已沉降污泥。填充、反應(yīng)、沉降和傾析階段的時間各不相同，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。然后，澄清的流出物(effluent)通過線路52被傾析以提供已處理的流出物50。在傾析階段期間或之后，一部分SBR 12底部39的已沉降污泥可以經(jīng)線路76被送到污泥貯存罐88。污泥貯存罐88貯存來自SBR 12的污泥，并且調(diào)節(jié)該污泥至加重劑回收子系統(tǒng)74的流量。然后，加重劑回收子系統(tǒng)74，如上述的從已加重的生物絮體回收加重劑，并且將加重劑作為回收的加重劑38循環(huán)到加重劑浸潰子系統(tǒng)26。由于SBR 12中已加重的生物絮體具有比非浸潰的生物絮體更大的比重，已加重的生物絮體比典型的傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)中所采用的非浸潰的生物絮體沉降得更快。因此，系統(tǒng)10的沉降階段所需的時間減小了。這緩和了與傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)相關(guān)的沉降問題，例如絲狀有機(jī)體的過度生長、菌膠團(tuán)有機(jī)體或胞外多糖材料中任意一種的過度生長所導(dǎo)致的黏性膨脹、針狀絮體、游蕩掉隊(duì)的絮體諸如此類的。結(jié)果是，在提供高質(zhì)量的已處理的流出物50的同時，可以提高處理廢水的系統(tǒng)10的容量。由于在沉降階段所需的時間的減小，系統(tǒng)10也可以給予反應(yīng)階段更多的時間，從而進(jìn)一步提高了已處理的流出物50的質(zhì)量。已加重的生物絮體也可以通過減小懸浮固體和其中的相關(guān)污染物的濃度來提高已處理的流出物的質(zhì)量。已加重的生物絮體也可以提高混合液懸浮固體(mixed liquor suspended solids, MLSS)濃度。在更高的MLSS濃度操作提供了附加的優(yōu)勢，包括補(bǔ)充增加了處理容量、提高了脫氮效果、提高了脫磷效果等等諸如此類的。此外，由于加重劑回收子系統(tǒng)74回收并且循環(huán)加重劑，系統(tǒng)10的操作成本顯著減小。系統(tǒng)10’，如圖3，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號，包括至少兩個SBR 12’和12”。在該實(shí)施例中，SBR 12’通過打開閥門62和關(guān)閉閥門64經(jīng)由線路16填充流入的廢水14。一旦SBR 12’被填充，閥門62關(guān)閉并且閥門64開啟。然后，SBR 12”同樣地填充流入的廢水14。因此，系統(tǒng)10’允許流入的廢水14連續(xù)地流到SBR 12’或SBR 12”中任何一個以達(dá)到連續(xù)操作。系統(tǒng)10不限于兩個SBR，可以采用任意數(shù)量的SBR以適應(yīng)流入的廢水14的流速。在一個實(shí)施例中，在SBR 12’被填充并且SBR 12”在填充階段中之后，SBR 12’經(jīng)歷反應(yīng)、沉降和傾析階段。相似的，當(dāng)SBR 12’在填充階段中，SBR 12”通常經(jīng)歷反應(yīng)、沉降和傾析階段。系統(tǒng)10’可以包括污泥貯存罐88’，污泥貯存罐88’在SBR12’、12”每個各自的傾析階段期間或之后，經(jīng)線路90接收一部分來自SBR 12’的已沉降污泥和經(jīng)線路92接收一部分來自SBR12”的已沉降污泥。系統(tǒng)10’也可以包括加重劑浸潰子系統(tǒng)26’，加重劑浸潰子系統(tǒng)26’在該實(shí)施方式中位于污泥貯存罐88’的下游。在該實(shí)施例中，浸潰罐28和混合器30通過線路100從污泥貯存罐88’接收已沉降污泥。優(yōu)選地，浸潰罐28也接收初始加重劑33，例如通過線路36從進(jìn)料斗(feed hopper) 34接收初始加重劑33，和/或浸潰罐28也從加重劑回收子系統(tǒng)74接收回收的加重劑38?；旌掀?0，將已沉降污泥與浸潰罐28中初始加重劑33和/或回收的加重劑38混合以將加重劑浸潰到懸浮在已沉降污泥中的生物絮體中從而形成已加重的生物絮體，與根據(jù)圖I的敘述類似。系統(tǒng)10’，如圖3，也包括從污泥貯存罐88’接收污泥的加重劑回收子系統(tǒng)74’。優(yōu)選地，加重劑回收子系統(tǒng)74’包括分離器78，在該實(shí)施方式中，分離器78位于污泥貯存罐88’的下游和加重劑浸潰子系統(tǒng)26的上游。分離器78從來自污泥貯存罐88’位于線路95中的已沉降污泥中的已加重的生物絮體回收加重劑并且將回收的加重劑38經(jīng)線路79再引入(循環(huán))到加重劑浸潰子系統(tǒng)26。加重劑回收子系統(tǒng)74’可以包括回收子系統(tǒng)83，如圖3，例如濕式圓筒磁選分離器或相似類型的裝置，通常位于分離器78的下游。系統(tǒng)10’的一個示范性操作中，閥門62開啟且閥門64關(guān)閉以將SBR12’ (SBR#1)填充流入的廢水14。然后，閥門62關(guān)閉且閥門64開啟以填充SBR 12”(SBR#2)。當(dāng)SBR12”被填充后，SBR 12’經(jīng)歷上述的反應(yīng)、沉淀和傾析階段。在SBR 12’的傾析階段之間或之后，位于SBR 12’底部的過量(廢棄的)已沉降污泥經(jīng)線路90被抽到污泥貯存罐88。污泥貯存罐88中的一部分已沉降污泥可以經(jīng)線路100被引到加重劑浸潰子系統(tǒng)26’的加重劑浸潰罐28，污泥貯存罐88中的一部分污泥可以經(jīng)線路95被引到分離器78。加重劑浸潰子系統(tǒng)26’采用混合器30將初始加重劑33和/或回收的加重劑38浸潰到生物絮體中，該生物絮體位于浸潰罐28中的已沉降污泥中。然后，加重劑回收子系統(tǒng)74’將其中含有已加重的生物絮體的已沉降污泥經(jīng)線路76送到線路16。這時，SBR 12”(SBR#2)已被填充，那么閥門62開啟，閥門64關(guān)閉，使得流入的廢水14和其中含有已加重的生物絮體的已沉降污泥的混合物被填充到SBR12’(SBR#1)。這時，SBR 12”經(jīng)歷反應(yīng)、沉降和傾析階段。相似地，如上述，在傾析階段之間或之后，一部分位于SBR 12”底部的已沉降污泥經(jīng)線路92被抽到污泥貯存罐88’。該已沉降污泥被如上述的加重劑浸潰子系統(tǒng)26’處理，從而在浸潰混合罐28中的已沉降污泥中形成已加重的生物絮體。然后，加重劑回收子系統(tǒng)74’將該已沉降污泥及其中的已加重的生物絮體引到線路16，如上述。閥門62關(guān)閉且閥門64開啟以將SBR 12”填充流入的廢水14 和其中含有已加重的生物絮體的已沉降污泥的混合物。當(dāng)系統(tǒng)10’是具有可操作性的，SBR12’和SBR 12”之間的轉(zhuǎn)換過程持續(xù)。如同上述的，被引到SBRs 12’，12”中的混合液24中的已加重的生物絮體沉降更快，從而減小了與之對應(yīng)的沉降階段所需時間。這提高了系統(tǒng)10’處理廢水的容量，并且緩和了上述的與傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)相關(guān)的問題，并且提供了更清潔的已處理的流出物50’，50”。如同上述的，凝聚劑62，如圖3，可以添加到SBR 12’、12”中的混合液24以提高懸浮在SBR12中的混合液24中的已加重的生物絮體的沉降和增稠，并且凝聚劑62使得SBR12’、12”中沒有被浸潰的生物絮體和/或部分被浸潰的生物絮體與已加重的生物絮體聚團(tuán)(agglomeration)。已加重的生物絮體也提供帶更少懸浮固體和相關(guān)污染物的更清潔的已處理的流出物。凝結(jié)劑64也可以添加到SBR 12’、12”以通過沉淀和/或凝結(jié)除去混合液24中的磷，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的?；旌掀?0和/或氣泡18也可以用于保持生物絮體23在混合液24中處于懸浮狀態(tài)并且用于將凝聚劑和/或凝結(jié)劑與SBR 12’、12”中的混合液24混合。在另一個實(shí)施方式中，加重劑浸潰子系統(tǒng)26’可以直接從SBR 12’或直接從SBR12”接收混合液24。如同上面對圖I的敘述，加重劑浸潰罐28將混合液24與初始加重劑33和/或來自分離器78和/或回收子系統(tǒng)83的回收的加重劑38混合以將加重劑浸潰到懸浮于混合液中的生物絮體中從而形成已加重的生物絮體。然后，已加重的生物絮體被送回到 SBR 12，或 SBRl2”。因此，系統(tǒng)10’可以浸潰生物絮體，要么通過浸潰SBR 12’、12”中的混合液中的生物絮體，要么通過浸潰SBR 12’、12”所輸出的已沉降污泥中的生物絮體，或者采用兩者的組
八
口 ο系統(tǒng)10，如圖1，和/或系統(tǒng)10’，如圖3，也可以采用加重劑浸潰子系統(tǒng)26”，如圖4，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號。加重劑浸潰子系統(tǒng)26”包括帶有噴嘴(noZZle)31和漏斗(funnel) 45的文氏混合器/噴射器27，文氏混合器/噴射器27接收初始加重劑33，例如經(jīng)線路36從罐34接收初始加重劑33，和/或接收來自分離器78或回收子系統(tǒng)83的回收的加重劑38，如圖I和3。優(yōu)選地，文氏混合器/噴射器27通過線路32接收混合液，如圖1，或通過線路77接收已沉降污泥，或通過線路100接收已沉降污泥，如圖3。在操作中，線路32中的混合液的速度，如圖1，或線路77或線路100中的已沉降污泥，如圖3，通過噴嘴31得到提高，如圖4。漏斗45中的初始加重劑33和/或回收的加重劑38經(jīng)線路39進(jìn)入噴嘴31并且向下游方向流向線路37。線路37在41的位置上的加寬引發(fā)精細(xì)混合(intimate mixing)和夾帶(entrainment),如在43的位置所示。這樣將初始的和/或回收的加重劑浸潰到生物絮體中以形成已加重的生物絮體。然后，已加重的生物絮體通過線路37被返回到SBR 12，如圖1，或通過線路76和16被返回到SBR 12’、12”，如圖3。在一個設(shè)計(jì)中，分離器子系統(tǒng)78，如圖I或圖3，可以被配置成剪切磨機(jī)112，如圖5A，該剪切磨機(jī)112剪切線路76(圖I)或線路95(圖3)中的污泥以從已加重的生物絮體 分離加重劑。剪切磨機(jī)112，理想上來說，包括轉(zhuǎn)子80和定子82。在操作中，在線路76(圖I)或線路95(圖3)中的已沉降污泥，進(jìn)入剪切磨機(jī)112并且沿箭頭180的方向流動，進(jìn)入轉(zhuǎn)子80，然后再進(jìn)入定子82。剪切磨機(jī)112被設(shè)計(jì)成這樣，以使得轉(zhuǎn)子80 (如圖5B)和定子82之間有一個精密公差，如在93的位置所示。優(yōu)選，轉(zhuǎn)子80在諸如高于約IOOOr. p. m.的高轉(zhuǎn)動速度下被驅(qū)動以在剪切磨機(jī)112的181區(qū)域，如圖5A，形成加重劑和被除去了加重劑的絮體(obliteratedflocs)的混合物。加重劑和被除去了加重劑的絮體的混合物通過線路79離開剪切磨機(jī)112，如箭頭184所示。圖5C進(jìn)一步詳細(xì)示出了剪切磨機(jī)112的一個實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子80，圖5A-5C，和/或定子82帶有縫，這些縫用作離心泵(centrifugal pump)以汲取轉(zhuǎn)子80和定子82上下方的已沉降污泥,如圖5A路徑182所示，然后以非常高的速度將該材料用力丟擲脫離縫的端部(slottips)以將已加重的生物絮體分解成加重劑和被除去了加重劑的絮體的混合物。例如，轉(zhuǎn)子80，圖5B，可以包括縫186，并且定子82可以包括縫188。優(yōu)選地，最優(yōu)化轉(zhuǎn)子80中的縫186和/或定子82中的縫188以提高剪切力來將加重劑從已加重的生物絮體有效地分離。轉(zhuǎn)子80和定子82所形成的剪切力取決于縫186和188的寬度、轉(zhuǎn)子80與定子82之間的公差和轉(zhuǎn)子端部的轉(zhuǎn)速(rotortip speed)。結(jié)果是剪切磨機(jī)112提供了剪切效應(yīng)，該剪切效應(yīng)有效力地且有效率地從已加重的生物絮體分離加重劑以促進(jìn)加重劑的回收。在另一個設(shè)計(jì)中，分離器子系統(tǒng)78，如圖I和圖3，可以被配置成超聲分離器116，如圖6，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號。超聲分離器116通常包括一個或多個超聲傳感器，例如購自德國斯圖加特的Hielscher UltrasonicsGmbH公司的超聲傳感器262、264、266、268和/或270，超聲分離器116造成線路76 (圖I)或線路95 (圖3)中的已沉降污泥中的壓力和空穴(cavitation)的波動(fluctuations)。這導(dǎo)致了微瑞流,微瑞流產(chǎn)生一種剪切效應(yīng)來形成加重劑和被除去了加重劑的絮體的混合物以有效地從已沉降污泥中的已加重的生物絮體分離加重劑。所形成的加重劑和被除去了加重劑的絮體的混合物經(jīng)線路79離開超聲分離器116。在又一個設(shè)計(jì)中，分離器子系統(tǒng)78，如圖7，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號，可以被配置成離心分離器118。離心分離器118通常包括位于水力旋流器(hydrocyclone) 300的頂部的柱形部分302和位于柱形部分302下方的錐形底座304。線路76 (圖I)或線路100 (圖3)中已沉降污泥,沿著口(port)303以切線方向(tangentially)被填充到柱形部分302。更小的出口 306 (下溢或排出的口)位于錐形部分304的底部并且更大的出口 308 (上溢或接收的口)位于柱形部分302的頂部。在操作中，沿著口 303以切線方向填充污泥所產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致將要從已沉降污泥中的生物絮體分離的加重劑變得更稠。經(jīng)分離的加重劑沿著錐形部分304的壁308被排出并且從口 306離開。這樣能有效地從已加重的生物絮體分離加重劑。回收的加重劑38經(jīng)口 306離開，并且可以被存放到加重劑浸潰系統(tǒng)26、26’或26”，如圖1、3和4。較稀的生物絮體保留在污泥中并且通過管310經(jīng)口 308離開，管310略微延伸到離心分離器118的中心體。盡管如上述的，分離器子系統(tǒng)78可以被配置成剪切磨機(jī)、超聲分離器或離心分離器，但并不是本發(fā)明的必要限制。在其他設(shè)計(jì)中，分離器子系統(tǒng)78可以被配置成管式碗狀分離器(tubular bowl separator)、腔式碗狀分離器(chamber bowl separator)、無孔籃狀分離器(imperforate basket s印arator)、疊盤式分離器(disk sta ck separator)以及諸如此類的，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。在上述的實(shí)施例中，分離器78，如圖5A-5C，被配置成剪切磨機(jī)112以形成加重劑和被除去了加重劑的生物絮體的混合物，濕式圓筒磁選分離器或離心分離器118，圖7，可以用于從那里回收加重劑，例如回收的加重劑38，如圖I和3，該回收的加重劑38經(jīng)線路79被送到加重劑浸潰子系統(tǒng)26，和/或回收的加重劑38，如圖7，該回收的加重劑38經(jīng)口 306被送到加重劑浸潰子系統(tǒng)26。在該實(shí)施例中，分離器子系統(tǒng)78，如圖6，被配置成超聲分離器116以形成加重劑和被除去了加重劑的生物絮體的混合物，濕式圓筒磁選分離器或離心分離器118，圖7，可以用于從那里回收加重劑，例如回收的加重劑38，如圖I和3，該回收的加重劑38經(jīng)線路79被送到加重劑浸潰子系統(tǒng)26，和/或回收的加重劑38，如圖7，該回收的加重劑38經(jīng)口 306被送到加重劑浸潰子系統(tǒng)26?；厥蘸脱h(huán)加重劑的結(jié)果，如上述，參考圖5A-7，顯著減小了廢水處理系統(tǒng)10的操作成本。系統(tǒng)10、10’，圖I和3，也可以包括偶聯(lián)到分離器78和/或回收子系統(tǒng)83的排放子系統(tǒng)85，該排放子系統(tǒng)85排放由分離器子系統(tǒng)78和/或回收子系統(tǒng)83輸出的剩余的已沉降污泥以控制SBR 12(圖I)或SBR12’、12” (圖3)中的混合液24中微生物群體。系統(tǒng)10、10’的處理廢水14的容量，圖I和圖3，可以通過減小由排放子系統(tǒng)85排放的已沉降污泥的量從而提高在SBR 12(圖I)或SBR12’、12” (圖3)中的混合液懸浮固體(MLSS)的濃度來增加。提高M(jìn)LSS的濃度可以減小反應(yīng)階段的持續(xù)時間。也可以減小由排放子系統(tǒng)85排放的已沉降污泥的量以提高M(jìn)LSS的濃度，從而促進(jìn)在混合液24中的氨的硝化和/或反硝化反應(yīng)(nitrification and/or de-nitrification ofammonia)。也可以通過增加經(jīng)氣泡18引入到SBR 12、12’、12”的溶解氧的量來進(jìn)一步促進(jìn)硝化過程。除了優(yōu)選的實(shí)施方式或下述的實(shí)施方式，該發(fā)明可以包含其他實(shí)施方式并且以多種方式實(shí)施或執(zhí)行。因此，可以理解的，本發(fā)明，在其應(yīng)用中，不限于下面的描述或圖中所示的構(gòu)造細(xì)節(jié)和組件的組織。如果本文僅敘述了一個實(shí)施方式，其權(quán)利要求不限制于該實(shí)施方式。此外，不對本發(fā)明權(quán)利要求做限制性解釋，除非存在清楚、有說服力的證據(jù)證明某一特定的排他(exclusion)、限制(restriction)或放棄(disclaimer)情況。雖然本發(fā)明的特定特征在一些附圖中示出了，而在另一些附圖中沒有示出，是出于方便的目的，僅當(dāng)每一個特征可以與根據(jù)本發(fā)明的任意或所有的其他特征組合時。本文中所用詞匯“包括”(including)、“包含” (comprising)、“具有” (having)和“帶有” (with)應(yīng)當(dāng)被廣義地、完全地解釋，并且不限于任意物理上相互聯(lián)系。此外，本申請文件所公開的任意實(shí)施方式不作為唯一的可能的實(shí)施方式。其他本領(lǐng)域技術(shù)人員所能想到的實(shí)施方式都在權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。另外，該專利的專利申請的訴訟程序過程所提出的任何修改，都不是對所遞交的申請中所提出的任意權(quán)利要求技術(shù)方案的放棄那些本領(lǐng)域技術(shù)人員不能合理地推測以撰寫出字面上涵蓋所有可能的等同實(shí)施方式的權(quán)利要求。許多等同實(shí)施方式在修改時將是不可預(yù)見的，并且超出了將要放棄的內(nèi)容(如有)的公平合理的解釋說明，修改的理論依據(jù)可能支持不超出與許多等同實(shí)施方式間接相關(guān)的方式(the rationale underlying theamendment may bearno more than a tangential relation to many equivalents),和 / 或有許多其他原因不能指望申請人為所修改的任意一個權(quán)利要求技術(shù)方案敘述特定的無實(shí)體的替代方式(certain insubstantial substitutes)。
權(quán)利要求
1.用于處理廢水的壓載序批式反應(yīng)器系統(tǒng)，其包括 一個或多個序批式反應(yīng)器； 加重劑浸潰子系統(tǒng)，其被配置成混合生物絮體和加重劑以形成已加重的生物絮體；加重劑回收子系統(tǒng)，其被配置成從已加重的生物絮體回收加重劑并且將該回收的加重劑再引入到所述的加重劑浸潰子系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括 污泥貯存罐，其被配置成從一個或多個序批式反應(yīng)器接收已沉降污泥，貯存該已沉降污泥，并且調(diào)節(jié)已沉降污泥流向加重劑回收子系統(tǒng)的流量。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述加重劑回收子系統(tǒng)包括用于將加重劑從已加重的生物絮體分離的分離器子系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括剪切磨機(jī)。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括離心分離器。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括超聲分離器。
7.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括剪切磨機(jī)和濕式圓筒磁選分離器。
8.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括剪切磨機(jī)和離心分離器。
9.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括超聲分離器和濕式圓筒磁選分離器。
10.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述分離器子系統(tǒng)包括超聲分離器和離心分離器。
11.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述剪切磨機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子和/或定子包括具有最優(yōu)化加重劑從已加重的生物絮體分離的尺寸的縫。
12.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述加重劑浸潰子系統(tǒng)包括浸潰罐和至少一個混合器。
13.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，通過減小沉降階段的持續(xù)時間來增加該系統(tǒng)的容量。
14.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個序批式反應(yīng)器被配置成從已沉降污泥傾析澄清的流出物以提供已處理的流出物。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述已加重的生物絮體通過減小其中懸浮固體和相關(guān)污染物的濃度來提高已處理的流出物的質(zhì)量。
16.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于排放來自加重劑回收子系統(tǒng)的已沉降污泥以控制在一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液中微生物群體的排放子系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量從而增加一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液的濃度，從而增加該系統(tǒng)的容量。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，通過減小反應(yīng)階段的持續(xù)時間來增加該系統(tǒng)的容量。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量以增加混合液的懸浮固體的濃度來提高混合液中氨的硝化和/或反硝化作用。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，通過增加被引入到一個或多個序批式反應(yīng)器的溶解氧的量來提高硝化作用。
21.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，為了通過沉淀和/或凝結(jié)的方式除磷，將凝結(jié)劑添加到一個或多個序批式反應(yīng)器。
22.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，為了提高已加重的生物絮體的沉降和增稠并且為了使得沒有被浸潰的生物絮體和/或部分被浸潰的生物絮體與已加重的生物絮體聚團(tuán)，將凝聚劑添加到一個或多個序批式反應(yīng)器。
23.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述加重劑浸潰子系統(tǒng)包括文氏混合器/噴射器。
24.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中，大部分加重劑的粒徑小于約100μ m。
25.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中，大部分加重劑的粒徑小于約40μ m。
26.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中，大部分加重劑的粒徑小于約20μ m。
27.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述加重劑包含磁鐵礦。
28.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括混合器，其設(shè)置在一個或多個序批式反應(yīng)器的每一個中以保持懸浮固體或混合液處于懸浮狀態(tài)。
29.采用一個或多個序批式反應(yīng)器處理廢水的方法，該方法包括 a)在一個或多個序批式反應(yīng)器中接收流入的廢水； b)在一個或多個序批式反應(yīng)器中形成生物絮體； c)將加重劑浸潰到生物絮體中以形成已加重的生物絮體；和 d)從已加重的生物絮體中回收加重劑以將該加重劑再引入到步驟c)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括從已加重的生物絮體分離加重劑的步驟。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括收集加重劑并且將加重劑循環(huán)到步驟c)的步驟。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括提供加重劑的步驟，其中大部分的加重劑的粒徑小于約100 μ m。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括提供加重劑的步驟，其中大部分的加重劑的粒徑小于約40 μ m。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括提供加重劑的步驟，其中大部分的加重劑的粒徑小于約20 μ m。
35.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括將溶解氧引入到微生物群體以促進(jìn)生物絮體在混合液中生長，該生物絮體在混合液中生長是通過混合液懸浮固體的濃度來確定。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括將凝聚劑引入到混合液的步驟，該步驟是為了提高已加重的生物絮體的沉降和增稠并且為了使得沒有被浸潰的生物絮體和/或部分被浸潰的生物絮體與已加重的生物絮體聚團(tuán)。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括在一個或多個序批式反應(yīng)器中從混合液分離和收集已加重的生物絮體以提供第二流出物和已沉降污泥的步驟。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括將大部分已沉降污泥循環(huán)到步驟b)的步驟。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括在一個或多個序批式反應(yīng)器中從已沉降污泥傾析出澄清的流出物以提供已處理的流出物的步驟。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括采用排放子系統(tǒng)排放剩余的已沉降污泥以控制混合液中微生物群體的步驟。
41.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括通過減小沉降階段的持續(xù)時間來增加所述系統(tǒng)的容量的步驟。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括通過減小其中懸浮固體和相關(guān)污染物的濃度來提高已處理的流出物的質(zhì)量的步驟。
43.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括排放來自加重劑回收子系統(tǒng)的已沉降污泥以控制在一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液中微生物群體的步驟。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括通過減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量從而增加一個或多個序批式反應(yīng)器中混合液的濃度，從而增加所述系統(tǒng) 的容量的步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括通過減小反應(yīng)階段的持續(xù)時間來增加所述系統(tǒng)的容量的步驟。
46.如權(quán)利要求43所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括減小由排放子系統(tǒng)排放的已沉降污泥的量以增加混合液的懸浮固體的濃度的步驟，這提高了混合液中氨的硝化和/或反硝化作用。
47.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，該方法進(jìn)一步包括通過增加被引入到一個或多個序批式反應(yīng)器的溶解氧的量來提高硝化作用的步驟。
48.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，在步驟b)中，通過將混合液與生物絮體以一個預(yù)設(shè)的能量水平混合而將加重劑被浸潰到生物絮體中。
全文摘要
用于處理廢水的壓載序批式反應(yīng)器系統(tǒng)，其包括一個或多個序批式反應(yīng)器。加重劑浸漬子系統(tǒng)，其被配置成混合生物絮體和加重劑以形成已加重的生物絮體。加重劑回收子系統(tǒng)，其被配置成從已加重的生物絮體回收加重劑并且將該回收的加重劑再引入到加重劑浸漬子系統(tǒng)。
文檔編號C02F3/02GK102858693SQ201180021491
公開日2013年1月2日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者S.伍達(dá)德 申請人:西門子工業(yè)公司