专利名称：混合需氧和厌氧废水和污泥处理系统和方法
混合需氧和厌氧废水和污泥处理系统和方法相关申请的交叉參考本申请要求美国临时申请No. 61/308. 297 (于2010年2月25日提交，题目为“RECYCLE METHANOGEN AND NITRIFICATION BACTERIA IN ABIO-SORPTION ANDANAEROBIC DIGESTION PROCESS ANDNUTRIENT RE⑶VERY IN A BIO-S ORPTION ANDANAER0BI⑶IGESTI0N PROCESS”)的优先权，其引用在此作为參考用于所有目的。
背景技术：
I.本发明领域本发明涉及废水处理的系统和方法，尤其涉及利用生物吸着、需氧处理、厌氧污泥消化以及具有膜过滤系统的序批式间歇反应器(sequencing batchreator)的处理废水的系统和方法。 2.相关技术的说明Pilgram等人的美国专利No. 6，383，389引用在此作为參考用于所有目的，其包括但不局限于可以用于分批式或连续反应器中的各次序或阶段，教导了控制处理系统的废水处理系统和方法。控制系统可以分批式操作流动模式或连续流动模式排序和管理处理步骤。Sutton的美国专利申请No. 2008/0223783教导了废水处理系统和处理废水的方法。该系统包括需氧薄膜生物反应器和连接用于连续接收来自需氧薄膜生物反应器的废固体的厌氧消化器系统。该系统也将来自厌氧消化器系统的流出物连续地返回至需氧薄膜生物反应器。发明概述本公开文的ー个或多个方面包括涉及处理废水和污泥的方法的实施方式。该方法可以包括提供待处理的废水、促进待处理的废水的生物吸着以生成第一混合液、从混合液生成富固体污泥和贫固体部分、需氧处理富固体污泥的第一部分以生成至少部分经需氧处理的污泥、厌氧消化富固体污泥的第二部分以生成经厌氧消化的污泥、混合至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分和所述待处理的废水以及混合经厌氧消化的污泥的至少一部分和待处理的废水。本公开文的ー个或多个其他方面涉及用于处理废水的方法，其包括提供待处理的废水流、将废水流引入生物吸着罐(tank)中以生成第一混合液流、将混合液流引入分离器中以生成富固体流和贫固体流、将富固体流的至少一部分引入需氧处理罐中以生成至少部分经需氧处理的污泥流、将富固体流的至少一部分引入厌氧消化器中以生成经厌氧消化的污泥流、将至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入生物吸着罐中以及将经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入生物吸着罐中。本公开文的ー个或多个其他方面涉及废水处理系统，其包括待处理的废水源、具有流体连接废水源的吸着罐入口的生物吸着罐、具有流体连接生物吸着罐的下游(downstream from)的分离器入口的分离器、污泥出口和贫固体出口、具有流体连接污泥出ロ的下游的需氧罐入ロ的需氧处理罐以及流体连接吸着罐入ロ的至少部分经需氧处理的污泥出口、具有流体连接污泥出口的下游的消化器入口的厌氧消化器以及流体连接吸着罐入ロ的上游的经消化污泥的出ロ。本公开文的ー个或多个其他方面涉及废水处理系统，其包括待处理的废水源、具有凹槽的序批式间歇反应器(其中凹槽入口流体连接废水源)、曝气系统、具有污泥出口的污泥收集系统以及具有上清液出口的倾析系统、具有流体连接污泥出口的下游的消化器入ロ的厌氧消化器以及流体连接凹槽入ロ的经消化污泥的出ロ以及控制器，配置该控制器以产生第一输出信号以及第二信号，所述第一输出信号提供凹槽入口和废水源之间的流体通信(fIuidcommunication),所述第二信号提供污泥出口和消化器入口之间的流体通信。本公开文的ー个或多个其他方面涉及废水处理系统，其包括待处理的废水源；流体连接待处理的废水源的生物处理系(train)，主要处理系包括选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器的至少ー种生物反应器；流体连接生物处理系的富固体废物出口的下游的厌氧消化器；以及流体连接厌氧消化器的经消化的污泥出口和至少ー种生物反应器的入口的经消化的厌氧污泥的循环管线。
本公开文的ー个或多个方面涉及在废水处理系统中促进废水处理的方法，所述废水处理系统具有包括选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器中的至少ー种生物反应器的生物处理系。该方法可以包括将生物处理系的富固体出ロ流体连接在厌氧消化器的入口的上游，以及将厌氧消化器的经消化的污泥出ロ流体连接在至少ー种生物反应器的入口的上游。本公开文的ー个或多个方面涉及用于处理废水的方法。该方法可以包括提供包括溶解固体和悬浮固体的废水、促进溶解固体和悬浮固体的至少一部分的聚集以生成第一混合液、将第一混合液分离为第一贫固体部分和第一富固体污泥、厌氧消化第一富固体污泥的第一部分以生成经厌氧消化的污泥、将经厌氧消化的污泥分离为第二贫固体部分和第二富固体污泥、从第二贫固体部分沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一种以及混合部分第二富固体污泥和废水。根据ー些实施方式，该方法另外包括需氧处理第一富固体污泥的第二部分以生成至少部分经需氧处理的污泥。根据ー些实施方式，该方法另外包括混合至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分和废水。根据ー些实施方式，该方法另外包括在厌氧消化第一富固体污泥的第一部分之前增稠第一富固体污泥的第一部分。根据ー些实施方式，增稠第一富固体污泥的第一部分包括生成具有第一浓度的产甲烷细菌的富固体污泥，厌氧消化第一富固体污泥的第一部分包括生成具有第二浓度的产甲烷细菌的经厌氧消化的污泥，以及第一浓度占第二浓度的显著部分(significantfraction) 第一浓度可以占第二浓度的至少约10%。第一浓度可以占第二浓度的至少约25%。第一浓度可以占第二浓度的至少约50%。根据ー些实施方式，该方法另外包括在混合部分第二富固体污泥和废水之前需氧处理部分第二富固体污泥。根据ー些实施方式，该方法另外包括混合第一富固体污泥的第二部分和部分第二富固体污泥。
根据ー些实施方式，该方法另外包括在厌氧消化第一富固体污泥的第一部分之前从第一富固体污泥中分离贫固体流体。根据ー些实施方式，该方法另外包括混合贫固体流体的至少一部分和第一富固体污泥的第二部分以及部分第二富固体污泥。根据ー些实施方式，该方法另外包括需氧处理贫固体流体的至少一部分、第一富固体污泥的第二部分以及部分第二富固体污泥的组合以形成至少部分经需氧处理的组合。根据ー些实施方式，该方法另外包括混合至少部分经需氧处理的组合和废水。根据ー些实施方式，该方法另外包括缺氧处理废水和至少部分经需氧处理的组合以生成经缺氧处理的废水，其中促进聚集包括将产甲烷细菌从经厌氧消化的污泥引入第一混合液中。根据ー些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー种 包括调节第二贫固体部分的pH。根据ー些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー种包括使贫固体部分和碱土金属盐接触。碱土金属盐可以包括镁。碱土金属盐可以包括氯化镁。根据ー些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的ー种包括从第二贫固体部分中沉淀鸟粪石。本公开文的ー个或多个方面涉及废水处理系统。该废水处理系统包括主要处理单元、第一分离器、厌氧消化器、第二分离器和沉淀容器，该主要处理单元包括生物吸着罐、需氧处理罐、缺氧处理罐和厌氧消化器中的ー种，所述主要处理单元具有处理单元入口和混合液出口，所述第一分离器具有流体通信混合液出口、第一贫固体流体出口和第一污泥出ロ的第一分离器入ロ，所述厌氧消化器具有流体通信第一污泥出ロ的消化器入ロ、和第一消化器出ロ，所述第二分离器具有流体通信第一消化器出ロ的第二分离器入ロ、第二贫固体流体出口和第二污泥出口，所述第二污泥出ロ流体通信处理单元入口，以及所述沉淀容器流体通信第二贫固体流体出ロ。根据ー些实施方式，废水处理系统另外包括第三分离器，其流体连接第一污泥出ロ的下游和消化器入ロ的上游，并具有第三贫固体流体出口和经增稠污泥的出ロ。根据ー些实施方式，废水处理系统另外包括需氧处理单元，其具有流体通信第一污泥出口、厌氧消化器的第二消化器出口和第三贫固体流体出口的需氧入口，以及具有流体通信处理单元入ロ的需氧出ロ。根据ー些实施方式，配置主要处理单元、第一分离器和第三分离器以生成具有第ー浓度的产甲烷细菌的经增稠污泥，并配置厌氧消化器以生成具有第二浓度的产甲烷细菌的经消化厌氧污泥，第一浓度占第二浓度的显著部分。第一浓度可以占第二浓度的至少约10%O第一浓度可以占第二浓度的至少约25%。第一浓度可以占第二浓度的至少约50%。根据ー些实施方式，第三分离器包含细菌的第一聚生体，该细菌第一聚生体具有的产甲烷微生物浓度占厌氧消化器中所含的细菌第二聚生体中的产甲烷微生物浓度的显著部分。显著部分可以占至少约10%。显著部分可以占至少约25%。显著部分可以占至少约 50%ο本公开文的ー个或多个方面涉及增加废水处理系统的容量的方法，所述系统具有包含选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器中至少ー种生物反应器的生物处理系、流体连接厌氧消化器的入口的上游的生物处理系的富固体出ロ以及将厌氧消化器的出ロ流体连接至生物处理系的入口的循环管线。该方法包括将导向至所述厌氧消化器的入口的在所述生物处理系中生成的富固体污泥的一小部分调节至以下水平，在该水平，存在于所述生物处理系中所生成的富固体污泥中的产甲烷细菌的浓度占存在于所述厌氧消化器中的混合液中的产甲烷细菌的浓度的显著部分。
根据ー些实施方式，该方法另外包括减小所述至少ー种生物反应器和所述厌氧消化器中的一种的水力停留时间(hydraulic retention time)。根据ー些实施方式，该方法另外包括在所述至少ー种生物反应器中生成生物絮凝物，其具有需氧外层和选自缺氧核和厌氧核中的ー种。根据ー些实施方式，在至少ー种生物反应器中生成生物絮凝物包括増加至少ー种生物反应器的有机负荷(organic loading)。根据ー些实施方式，在至少ー种生物反应器中生成生物絮凝物包括减小供应给至少ー种生物反应器的氧量。根据ー些实施方式，该方法另外包括増加厌氧消化器中甲烷产率。根据ー些实施方式，该方法另外包括将产甲烷细菌从厌氧消化器的出口经过需氧处理操作导向至厌氧反应器的入ロ。
附图非按比例绘制。不同附图中的相同的或几乎相同的构成或特征通过类似的数字表示。出于清楚的目的，未标注每个附图中的每个构成，也未示出本发明的各实施方式中的每个构成，在这里这些说明对于本领域内的熟练技术人员理解本发明不是必要的。在附图中图I是示出了根据本发明的ー个或多个方面的代表性处理系统的流程图；图2是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的流程图；图3是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的流程图；图4是根据本发明的ー个或多个方面的处理系统，相对进入厌氧消化器的活性污泥量(百分比)的甲烷产物的能量増益的图示；图5是根据本发明的ー个或多个方面的处理系统，曝气能量减小对进入厌氧消化器的活性污泥百分比的图示；图6是根据本发明的ー个或多个方面的处理系统，净能量増益对进入厌氧消化器的活性污泥百分比的图示；图7是根据本发明的ー个或多个方面的处理系统，减去厌氧消化器能量的COD的百分比对进入厌氧消化器的活性污泥百分比的图示；图8根据本发明的ー个或多个方面的处理系统，污泥产量对进入厌氧消化器的活性污泥百分比的图示；图9是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的方法流程图；图10是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的方法流程图；图11是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的方法流程图；图12是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的方法流程图；图13是示出了根据本发明的ー个或多个方面的另一代表性处理系统的方法流程图图14是示出了在对比处理系统中各种物质的浓度的图表；图15是示出了在代表性处理系统中各种物质的浓度的图表；
图16是示出了在另一代表性处理中各种物质的浓度的图表；图17是示出了在对比处理系统和两个代表性处理系统中各种物质的浓度的图表;图18示出了在两个代表性测试系统和对比系统的测试期间每天的生物气体产量;图19示出了在假设的城市废水处理厂中在一天的时间内废水流入物的假定变化；图20示出了在根据本发明的模拟系统中的厌氧消化器中去除的总废水流入物化
学需氧量的百分比；图21示出了在根据本发明的模拟系统中的需氧消化器中去除的总废水流入物化学需氧量的百分比；图22示出了在根据本发明的模拟系统中用于处理废水的比能量消耗；以及图23示出了在根据本发明的模拟系统中的废污泥产量。
发明内容
本发明的各方面和各实施方式涉及处理水、废水或污泥的系统和方法以例如减小需氧量例如生物需氧量(BOD)，以及使水适用于二次使用或排放至环境中。本发明的ー个或多个方面涉及废水处理系统和运行和促进该废水处理系统的方法。本发明的另外方面涉及产生或收集副产物例如废气，或将副产物用作燃料源用于处理系统的ー个或多个单元操作。本发明的另外方面涉及从废水中再回收含磷化合物和/或含氮化合物用作例如肥料。本发明不限于本文所述的结构的细节和构成、系统或子系统的设置而限制其应用，以及可以不同的方式实践或实施。通常，待处理的水例如废水或废水流包含废物质，其在一些情况中可以包括固体和可溶的和不可溶的有机和无机材料。排放进入环境之前，废水流需要这样处理以去污或至少部分地处理废水流，使其针对所设立的监管要求或方针可以良好地或至少满足要求地进行排放。例如，可以处理水以减小其COD、BOD和/或其他特征例如贾第虫属(Giardia)含量使其在可接受限度内。本发明的ー些方面可以包括通过促进细菌消化废水中至少ー个种类的至少一部分的生物可降解材料进行生物处理废水。本发明的其他方面可以涉及影响或至少促进经转化的、经消化的经生物降解的固体材料从夹带液体中的分离。本发明的又另外方面可以涉及影响或至少促进从待处理的废水或水中减小固体量。
本发明的ー些方面可以包括从废水中回收ー种或多种所需的矿物或化合物例如含磷化合物和/或含氮化合物。如此处所用的，术语“水”、“废水”和“废水流”可以涉及待处理的水，例如来自住宅、商业或城市、エ业和农业来源的水流或水体以及它们的混合，其通常包含至少ー种不期望的物质或污染物，其包括生物可降解的、无机或有机的材料，其可以通过生物过程分解或转化为对环境呈良性的或至少危害性较小的化合物。待处理的水也可包含生物固体、惰性材料、有机化合物，其包括顽固化合物或相对于其他有机化合物较难生物降解的ー类化合物以及来自辅助处理操作的成分，例如但不限于亚硝胺和内分泌干扰素的成分。“贫固体”或“贫污泥”污泥、部分、流或流体通常是液体例如至少已经部分处理的水，其在一个或多个沉降或分离操作之后相对于起始混合液或污泥包含更少的悬浮固体。反过来，“富固体”或“富污泥”污泥、部分、流或流体通常是液体，例如已经至少部 分处理的水，其在一个或多个沉降或分离操作之后相对于起始混合液或污泥具有更高的固 体浓度。例如，具有悬浮固体的混合液可以促进其中悬浮的固体的至少一部分的沉降；所得的水体由于人工促使或天然重力而通常具有下部水层和上部水层，其中下部水层相对于起始混合液和较上部贫固体水层具有更高浓度的固体。另外，贫固体水层相对于起始混合液通常具有更小浓度的悬浮固体。可以用来影响或方便本发明的ー些方面的分离操作可以利用重力，生成富固体、贫固体、富污泥和贫污泥的部分(portion)或流的任意项。其他分离操作可以包括过滤。“经处理的”部分通常是相对开始贫固体部分在一个或多个处理阶段之后例如一个或多个生物或分离操作之后包含更少不期望的物质或污染物的水。可以将具有不期望的物质例如无机或有机化合物的贫固体部分引入一个或多个分离操作例如膜过滤装置或薄膜生物反应器，其可使无机或有机化合物保留在过滤器的第一侧上作为“第二混合液”，而使“经处理的”部分经过过滤器。本文所公开的本发明系统的ー个或多个系统可以包括ー个或多个生物基或非生物基的単元操作。本发明的系统和技术可以实现作为去污或处理系统或至少作为去污或处理系统的部分，其通常包括预处理、主要处理、次要处理以及后处理或最終精制操作的ー个或多个。可以使用本发明的ー个或多个方面的处理设备可以包括预处理、主要处理、次要处理以及后处理或最終精制操作的至少ー个。预处理系统和操作可以去除粗砂、砂和砂砾。主要处理操作和系统可以涉及至少部分地均化、中和和/或去除待处理水中的大的不溶材料，所述大的不溶材料包括但不限于脂肪、油和油脂。预处理和主要处理操作可以进行混合以去除例如材料以及可沉降固体和漂浮体以及不溶物体，例如碎屑和棍棒。例如，可以利用主要澄清器分离固体。次要处理单元操作或系统可以包括生物处理例如通常使用具有细菌或微生物聚生体的生物质的那些以至少部分水解或转化生物可降解材料例如但不限于糖、脂肪、有机分子和在水中产生氧需求的化合物。实际上，本发明的ー些有利方面可以利用生物过程和系统以去除或转化待处理的水中的至少一部分有机材料。后处理或最終精制操作或系统可以包括生物处理、化学处理和分离系统。后处理操作可以包括以下过程，该过程包括生物硝化/反硝化和除磷。可以使用的化学处理可以包括化学氧化和化学沉淀。分离系统可以包括通过离子交換、超滤、反滲透或电渗析去除溶解的无机固体。另外的处理过程可以包括通过化学或物理手段对任意残留的微生物的至少一部分进行消毒、浄化或灭活。例如，消毒可以通过暴露在任意ー个或多个氧化剂或光化辐射中实现。可以在本发明的一些实施方式中使用的商业可获得的分离系统包括使用 CMF-S 连续膜过滤模块以及 Siemens Water Technologies Corp.的MEMCOR CMF (Pressurized) XP、CP和XS膜过滤系统的那些。可以使用的其他的分离器包括压滤机和离心机。本发明的处理系统的ー些实施方式可以包括待处理的废水源，具有流体连接至废水源的吸着罐入口的生物吸着罐。本发明的处理系统也可以包括分离器，其流体(fluidly)具有分离器入口、污泥出口和贫固体出口，该分离器入口流体连接在生物吸着罐的下游。本发明的处理系统可以另外包括需氧处理罐，其具有流体连接污泥出口下游的需氧罐入口以及流体连接至吸着罐入口的至少部分经需氧处理的污泥出口。本发明的处理系统此外还可以包括厌氧消化器，其具有流体连接污泥出口的下游的消化器入口以及流体连接吸着罐入 ロ的上游的经消化的污泥出ロ。可以在本发明处理系统的ー个或多个配置中使用的澄清器或其构件的非-限制性实例包括但不限于ENVIREX l_'LOC-CLARIFIER系统、SPIRAC0NE 上流式污泥床澄清器、RIM-FLO 圆形澄清器和TRANS-FLO 澄清器，其来自Siemens Wateriechnologies Corp.。根据本文公开的ー个或多个配置可以使用的薄膜生物反应器(MBR)系统包括但不限于MEMPULS 薄膜生物反应器系统、PETR0 薄膜生物反应器系统、浸没式薄膜生物反应器系统以及XPRESSTM MBR成套废水系统，其来自Siemens Water Technologies Corp.。可以用于废水系统的ー个或多个配置中的厌氧系统的构成或部分的非限制性实例包括但不限于DYSTOR 消化器气架系统(digester gas holdersystem) >CROWN 分解系统(disintegration system)、PEARTH 消化器气混系统(digester gas mixingsystem)、PFT 螺旋引导气架系统(spiral guideddigester gas holder)、PFT 垂直引导消化器架(vertical guided digester holder)、DUO-DECK 浮动消化器盖(floatingdigester cover)以及PFT 加热器和热交换系统，其来自 Siemens Water TechnologiesCorp. o根据本发明的ー些方面的一个或多个实施方式可以包括废水处理系统，其包括待处理的废水源和具有凹槽的序批式间歇反应器(其中凹槽入口流体连接废水源)、曝气系统、具有污泥出ロ的污泥收集系统以及具有上清液出ロ的倾析系统。废水处理系统也可以包括具有流体连接污泥出口下游的消化器入口的厌氧消化器以及流体连接凹槽入口的经消化污泥的出口以及控制器，配置该控制器以产生第一输出信号以及第二信号，其中第一输出信号提供凹槽入口和废水源之间的流体通信，第二信号提供污泥出口和消化器入口之间的流体通信。在本发明的又ー实施方式中，本发明的方法和技术可以包括提供待处理的废水、促进待处理的废水的生物吸着以生成第一混合液。本发明的方法和技术可以另外包括从混合液生成富固体污泥和贫固体部分、需氧处理富固体污泥的第一部分以生成至少部分经需氧处理的污泥。富固体污泥的第二部分可以厌氧消化以生成经厌氧消化的污泥。本发明的方法和技术可以另外包括混合至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分和所述待处理的废水，以及混合经厌氧消化的污泥的至少一部分和待处理的废水。在本发明的又ー实施方式中，本发明的方法和技术可以包括提供待处理的废水流，以及将废水流引入生物吸着罐中以生成第一混合液流。本发明的方法和技术可以也包括将混合液流引入分离器中以生成富固体流和贫固体流。本发明的方法和技术可以另外包括将富固体流的至少一部分引入需氧处理罐中以生成至少部分经需氧处理的污泥流。进ー步地，本发明的方法和技术可以包括将富固体流的至少一部分引入厌氧消化器中以生成经厌氧消化的污泥流。进ー步地，本发明的方法和技术可以包括将至少部分经需氧处理的污泥流的至少一部分引入生物吸着罐中以及将经厌氧消化的污泥流的至少一部分引入生物吸着罐中。根据本发明的ー些方面的一个或多个实施方式可以包括废水处理系统，其包括待处理的废水源和流体连接至待处理的废水源的生物处理系。第一处理系包括选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器中的至少ー种生物反应器。废水处理系统也可以包括流体连接生物处理系的富固体出口下游的厌氧消化器、以及经消化的厌氧污泥的循环管线，该循 环管线流体连接厌氧消化器的经消化的污泥出口和至少ー种生物反应器的入ロ。在本发明的又ー实施方式中，本发明的方法和技术可以包括或涉及促进在废水处理系统中的废水处理，所述废水处理系统具有包括选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器中的至少ー种生物反应器的生物处理系。该方法可以包括将生物处理系的富固体出ロ流体连接在厌氧消化器的入口的上游，以及将厌氧消化器的经消化的污泥出ロ流体连接在至少ー种生物反应器的入ロ的上游。本发明的系统和构成也可以通过使用生物过程和厌氧消化的组合提供相对于其他废水处理系统的成本优势。本发明的废水处理过程通过利用多种单元操作减小污泥产量，其中所述多种単元操作包括生物过程和循环流。废水处理过程也克服了ー些和使用厌氧废水处理过程相关的技术难题，所述厌氧废水处理过程通过例如浓缩或強化引入厌氧消化器中的污泥。此外，通常可以减小由于使用常规需氧稳定单元而引起的相关成本，这是因为通常基于厌氧消化器和多种循环流的使用，在需氧过程中需要更少的曝气。多种过程也可以产生甲烷作为厌氧消化过程的产物，其可以利用作为能量来源。在一些实施方式中，利用厌氧消化器可以减小大部分化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。这可以减小曝气和氧需求，从而减小操作成本，以及增加可以用作能量来源的甲烷量。此外，由于厌氧消化可以用于降低污泥中的COD和B0D，污泥产量也得以减小。不同于常规接触稳定过程，其中污泥稳定在需氧污泥稳定罐中进行，停留时间为几个小时例如一个小时和两个小时之间，本发明的一个或多个处理系统可以利用多个子系(sub-train)和ー个或多个促进悬浮材料和/或溶解材料的同化或生物吸着的吸着系统。例如，本文所公开的多种系统和技术可以有利地通过利用多种具有变化的水力负荷的子系提供废水处理。第一系可以处理污泥流的主要部分，优选通过厌氧消化，第二系可以厌氧处理污泥流的一部分，通常通过暴露于需氧活性中(小于所有需氧量的完全转化或消耗)来进行仅部分需氧处理。本发明系统的多种配置可以利用能够进一歩降低资本需求的固体/液体分离器。因此，在一些情况中，可以在ー个或多个子系中利用一个或多个分离器以分离待处理的污泥或富固体流。本发明的处理系统的ー些其他实施方式可以包括收集和/或转化多种材料以生成污泥材料。例如，可以使用生物吸着过程以促进吸附和吸收过程两者，其中吸附和吸收过程两者促进水或废水中的溶解固体以及悬浮固体的至少一部分的转化。在吸附过程中，颗粒的离子和分子物理粘附或连接在另外分子或化合物的表面上。例如，吸附过程可以包括使化合物或分子附贴至废水中的可溶颗粒和不溶颗粒的表面以引起它们在下游澄清器中的沉淀沉降。在吸收过程中，可以发生化学和生物化学反应，其中处于ー种状态中的化合物或物质转化成处于不同状态中的另外化合物或物质。例如，废水中的化合物可以转化至另外化合物，或可以通过细菌进行结合或结合入细菌中用于生长新型细菌的目的。可以向生物吸着过程提供曝气以混合和提供需氧环境。生物吸着罐中的停留时间可以为几分钟和几个小时之间，例如，约5分钟和两个小时之间，更优选30分钟和I小时之间。其中可以影响曝气以提供混合和保持促进絮凝的需氧环境。可以在利用需氧处理罐的系统中影响进一歩的絮凝或聚集。在一些情况中，需氧处理罐基本上将所有的溶解氧提供进入生物吸着罐中。在一些情况中，处理系统可以包括具有促进在混乱之后快速恢复至稳态条件的微生物的多种聚生体的単元操作。例如，处理系统可以对提供或促进厌氧消化活性例如产甲烧活性(methogenic activity)的微生物进行循环。 在一些先前已知的处理系统中，厌氧消化过程的失败可能是由产甲烷活性缺失而导致，其中产甲烷活性将生物质酸和氢转化成甲烷。在这些先前已知的处理系统中，厌氧消化器的水力停留时间或固体停留时间有时设计为大于本发明所公开的处理系统的ー些实施方式的那些(在这些先前已知的系统中的厌氧消化器的尺寸有时大于本发明所公开的处理系统的ー些实施方式的那些。对于给定流速，更大的厌氧消化器尺寸导致厌氧消化器中的更大的水力停留时间或固体停留时间)。在先前已知的系统中，调节厌氧消化器的尺寸使得可以至少保持稳态细菌聚生体，其中要考虑生长更慢的细菌，如こ酸分解产甲烷生物(acetoclastic methanogen)的生长速率,其最大比生长速率为大于O. 3天Λ和氢营养产甲烧生物(hydrogenotrophic methanogen)的生长速率,其最大比生长速率为约^天—1。先前相信产甲烷生物是严格的厌氧细菌，其在需氧环境中会迅速死亡。然而，本发明的多个方面包括处理系统和子系统、単元操作以及其构件，其适应或増加产甲烷生物有机体的可存活性。本申请的处理系统的一有利特征包括通过厌氧循环向通过独特的内部厌氧污泥循环路径的接触稳定过程提供大量产甲烷生物。产甲烷细菌的至少一部分返回至厌氧消化器，从而向厌氧消化器接种产甲烷细菌，从而加入厌氧消化器中的活产甲烷生物的现有聚生体中。这减小了对厌氧消化器具有的尺寸以及所得的水力停留时间或固体停留时间的需求，如先前已知的过程中，以便在无细菌接种时保持稳定的产甲烷细菌聚生体。在厌氧消化器的入口处提供的接种产甲烷细菌的浓度(基于微生物的量)，在一些实施方式中可以至少是离开厌氧消化器的经厌氧消化的污泥流中存在的产甲烷细菌的浓度的目标百分比，例如约10%或更大。在一些实施方式中，该百分比可以是例如25%或更大，33%或更大，50%或更大，或75或更大。在一些实施方式中，在厌氧消化器的入口提供的产甲烷细菌的浓度可以占离开厌氧消化器的经厌氧消化的污泥流中存在的产甲烷细菌浓度的显著部分，例如，约10%或更大，约30%或更大，约40%或更大，或约50%或更大。根据本发明的系统的厌氧消化器的尺寸可以小于先前已知系统中的厌氧消化器的尺寸。厌氧消化器的产甲烷细菌接种也提供了安全系数(safetyfactor)以对抗厌氧消化过程的中断。当厌氧消化过程被打乱或发生故障时，本发明所公开的系统的厌氧消化器比先前已知的系统中的厌氧消化器恢复地更快，因为向厌氧消化器接种产甲烷细菌将由于这些细菌在其中的生长而增加厌氧反应器中的产甲烷细菌的补给速率，减小厌氧消化器实现所需产甲烷细菌浓度所需要的时间。产甲烷生物再循环的优势可以如下进行评估
权利要求
1.处理废水的方法，其包括 提供包括溶解固体和悬浮固体的废水； 促进至少一部分的所述溶解固体和悬浮固体的聚集以生成第一混合液； 将所述第一混合液分离为第一贫固体部分和第一富固体污泥； 厌氧消化所述第一富固体污泥的第一部分以生成经厌氧消化的污泥； 将所述经厌氧消化的污泥分离为第二贫固体部分和第二富固体污泥； 从所述第二贫固体部分沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一种；以及 混合部分所述第二富固体污泥和所述废水。
2.权利要求I的方法，另外包括需氧处理所述第一富固体污泥的第二部分以生成至少部分经需氧处理的污泥。
3.权利要求2的方法，另外包括混合所述至少部分经需氧处理的污泥的至少一部分和所述废水。
4.权利要求I的方法，另外包括在厌氧消化所述第一富固体污泥的第一部分之前增稠所述第一富固体污泥的第一部分。
5.权利要求4的方法，其中增稠所述第一富固体污泥的第一部分包括生成具有第一浓度的产甲烷细菌的富固体污泥，以及 其中厌氧消化所述第一富固体污泥的第一部分包括生成具有第二浓度的产甲烷细菌的经厌氧消化的污泥，所述第一浓度占所述第二浓度的显著部分。
6.权利要求5的方法，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约10%。
7.权利要求6的方法，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约25%。
8.权利要求7的方法，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约50%。
9.权利要求I的方法，其另外包括在混合部分所述第二富固体污泥和所述废水之前需氧处理部分所述第二富固体污泥。
10.权利要求I的方法，其另外包括混合所述第一富固体污泥的第二部分和部分所述第二富固体污泥。
11.权利要求10的方法，其另外包括在厌氧消化所述第一富固体污泥的第一部分之前从所述第一富固体污泥中分离贫固体流体。
12.权利要求11的方法，其另外包括混合所述贫固体流体的至少一部分和所述第一富固体污泥的第二部分以及部分所述第二富固体污泥。
13.权利要求12的方法，其另外包括需氧处理所述贫固体流体的至少一部分、所述第一富固体污泥的第二部分以及部分所述第二富固体污泥的组合以形成至少部分经需氧处理的组合。
14.权利要求13的方法，其另外包括混合所述至少部分经需氧处理的组合和所述废水。
15.权利要求14的方法，其另外包括缺氧处理所述废水和所述至少部分经需氧处理的组合以生成经缺氧处理的废水，以及其中促进聚集包括将来自所述经厌氧消化的污泥中的产甲烷细菌引入所述第一混合液中。
16.权利要求I的方法，其中从所述第二贫固体部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一种包括调节所述第二贫固体部分的pH。
17.权利要求I的方法，其中从所述第二贫固体部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一种包括使所述贫固体部分接触碱土金属盐。
18.权利要求17的方法，其中所述碱土金属盐包括镁。
19.权利要求18的方法，其中所述碱土金属盐包括氯化镁。
20.权利要求18的方法，其中从所述第二贫固体部分中沉淀所述含磷化合物和所述含氮化合物中的一种包括从所述第二贫固体部分沉淀鸟粪石。
21.废水处理系统,其包括 主要处理单元，其包括生物吸着罐、需氧处理罐、缺氧处理罐和厌氧消化器中的一种，所述主要处理单元具有处理单元入口和混合液出口； 第一分离器，其具有与所述混合液出口、第一贫固体流体出口和第一污泥出口流体通信的第一分离器入口； 厌氧消化器，其具有与所述第一污泥出口和第一消化器出口流体通信的消化器入口 ； 第二分离器，其具有和所述第一消化器出口、第二贫固体流体出口和第二污泥出口流体通信的第二分离器入口，其中所述第二污泥出口流体通信所述处理单元入口 ；以及 沉淀容器，其流体通信所述第二贫固体流体出口。
22.权利要求21的系统，其另外包括第三分离器，其流体连接在所述第一污泥出口的下游以及所述消化器入口的上游，并具有第三贫固体流体出口和经增稠污泥的出口。
23.权利要求22的系统，其另外包括需氧处理单元，其具有流体通信所述第一污泥出口、所述厌氧消化器的第二消化器出口和所述第三贫固体流体出口的需氧入口以及流体通信所述处理单元入口的需氧出口。
24.权利要求22的系统，其中配置所述主要处理单元、所述第一分离器以及所述第三分离器以生成具有第一浓度的产甲烷细菌的经增稠污泥，以及配置所述厌氧消化器以生成具有所述第二浓度的产甲烷细菌的经消化厌氧污泥，其中所述第一浓度占所述第二浓度的显著部分。
25.权利要求24的系统，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约10%。
26.权利要求25的系统，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约25%。
27.权利要求26的系统，其中所述第一浓度占所述第二浓度的至少约50%。
28.权利要求21的系统，其中所述第三分离器包含第一细菌聚生体，该第一聚生体具有的产甲烷微生物浓度占包含在所述厌氧消化器中的细菌第二聚生体中的产甲烷微生物浓度的显著部分。
29.权利要求28的系统，其中所述显著部分是至少约10%。
30.权利要求29的系统，其中所述显著部分是至少约25%。
31.权利要求30的系统，其中所述显著部分是至少约50%。
32.增加废水处理系统的容量的方法，所述废水处理系统具有生物处理系,该生物处理系具有选自厌氧反应器、缺氧反应器和需氧反应器中的至少一种生物反应器，所述生物处理系的富固体出口流体连接厌氧消化器的入口的上游，以及循环管线将所述厌氧消化器的出口流体连接至所述生物处理系的入口，所述方法包括 将导向至所述厌氧消化器的入口的在所述生物处理系中生成的部分富固体污泥调节至以下水平，在该水平存在于所述生物处理系中所生成的富固体污泥中的产甲烷细菌的浓度占存在于所述厌氧消化器中的混合液中的产甲烷细菌的浓度的显著部分。
33.权利要求32的方法，其另外包括减小所述至少一种生物反应器和所述厌氧消化器中的一个的水力停留时间。
34.权利要求32的方法，其另外包括在所述至少一种生物反应器中生成生物絮凝物，所述生物絮凝物具有需氧外层和选自缺氧核和厌氧核中的一种。
35.权利要求34的方法，其中在所述至少一种生物反应器中生成所述生物絮凝物包括增加所述至少一种生物反应器的有机负荷。
36.权利要求34的方法，其中在所述至少一种生物反应器中生成所述生物絮凝物包括减小供应给所述至少一种生物反应器的氧量。
37.权利要求32的方法，其另外包括增加在所述厌氧消化器中甲烷的产率。
38.权利要求32的方法，其另外包括将产甲烷细菌从所述厌氧消化器的出口经过需氧处理操作导向至所述厌氧反应器的入口。
全文摘要
本发明公开了具有低能消耗的处理废水的混合方法和系统。该处理系统具有吸着系统、消化或转化至少一部分来自吸着系统的固体或污泥的厌氧消化器以及部分地减小来自吸着罐的部分污泥的需氧量的需氧处理。
文档编号C02F3/28GK102858696SQ201180020928
公开日2013年1月2日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者刘文军, E.J.乔丹, G.W.史密斯 申请人:西门子工业公司