专利名称：包括多个生物反应器区段的经悬浮介质膜生物反应器系统及方法
技术领域：
本申请涉及废水处理系统及方法。
背景技术：
家庭污水及工业废水的有效处理乃提高生活质量与保有洁净水的一个极为重要的方面。直至约半世纪前的标准操作，单纯将废水排放于水源诸如河川、湖泊及海洋造成的问题明显，生物及化学废物对全部生命形式造成危害，包括传染病的传播及暴露于致癌化学品。因此，废水处理程序出现于自泛在的都市废水处理设施，清洁来自人群的卫生废水， 直至特化的工业废水处理方法，处理来自于各种工业应用的特定污染物。生物难处理的及生物抑制性有机及无机化合物存在于某些有待处理的工业及卫生废水流。多方面尝试解决这些生物难处理的及生物抑制性化合物的处理。某些类型的已知处理包括使用粉末活性炭来吸附及随后去除生物难处理的及生物抑制性有机化合物。虽然如此，仍然需要处理含有生物难处理的及生物抑制性有机及无机化合物的废水，而无使用粉末活性炭及其它现有技术相关联的缺点。发明概述根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种处理废水的系统及方法。根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种用于处理废水的废水处理系统。该系统第一生物反应区段、第二生物反应区段以及膜操作系统。该第一生物反应区段经构造及配置以接纳及处理该废水。该第二生物反应区段包括分离次系统，且经构造及配置以接纳来自该第一生物反应区段的流出物。用于吸附性材料的悬浮系统设置在该第二生物反应区段中。该膜操作系统位于该第二生物反应区段下游，且经构造及配置以接纳来自该第二生物反应区段的已处理的废水及排放膜渗透物。根据一个或多个实施方案，所述的第一生物反应区段和所述的第二反应区段是相同容器的隔开的部分。根据一个或多个实施方案，所述的第一生物区段和所述的第二生物区段位于分离的容器中。根据一个或多个实施方案，所述的悬浮系统包括气升悬浮系统。所述的气升悬浮系统可以包括位于所述的第二生物反应区段内的至少一根导流管，和位置及尺寸导引气体至导流管的入口端的具有一个或多个孔隙的气体导管。或者，所述的气升悬浮系统可以包括位于所述的第二生物反应区段内的至少一个导流槽，和位置及尺寸导引气体至导流槽底部的具有一个或多个孔隙的气体导管。根据一个或多个实施方案，该悬浮系统包括喷射悬浮系统。根据一个或多个实施方案，该分离次系统包括位于所述的第二生物反应区段的出口的网筛。根据一个或多个实施方案，该分离次系统包括位于该生物反应器的出口近端的沉积区段。该沉积区段可包括位置及其尺寸来限定静止区段的第一挡板及第二挡板，其中该吸附性材料自混合液分离且沉积于该生物反应器底部的混合液内。另外，该沉积区段可包括位于该第二生物反应区段的出口近端的网筛或堰。根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种废水处理系统，其中吸附性材料源导入装置与该第二生物反应区段连通。此外，传感器经构造及配置以测定系统参数。另外，控制器与该传感器电子通讯，且经编程来基于所测得的该系统参数而指导动作表现。测得的参数可为一种或多种预定化合物的浓度。该动作可包括自该第二生物反应区段去除至少一部分该吸附性材料，及/或添加吸附性材料至该第二生物反应区段。根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种用于处理废水的废水处理系统。该系统包括具有废水入口及第一区段混合液出口的第一生物反应区段。该系统还包括第二生物反应区段，其具有与所述的第一区段混合液出口流体连通的混合液入口，用于吸附性材料的悬浮系统，第二区段混合液出口，和与所述的第二区段混合液出口相关联的分离次系统。 该系统进一步包括位于所述的第二生物反应区段下游的膜操作系统，其具有与所述的第二区段混合液出口流体连通的入口，及已处理的流出物出口。根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种废水处理方法。该方法包括将混合液导入第一生物反应区段来形成已处理的混合液；将所述的已处理的混合液送至第二生物反应区段；将吸附性材料悬浮于所述的第二生物反应区段的所述的已处理的混合液，悬浮动作在促进已处理的混合液内的污染物吸附至所述的吸附性材料上的条件下操作；以及将基本上不含吸附性材料的流出物自所述的第二生物反应区段送至膜操作系统，同时维持吸附性材料在所述的第二生物反应区段中。甚至其它方面、实施方案、及这些示例性方面及实施方案的优点的细节讨论如下。 此外，应该理解前文信息及后文详细说明部分仅供举例说明各个方面及实施方案之用，其意图提供了解本申请所请方面及实施方案的本质及特性的综述或架构。含括附图以供举例说明及进一步了解各个方面及实施方案，且并入此处构成本说明书的一部分。图式连同说明书其余部分用于解说本申请所述及所请方面及实施方案的原理及操作。附图简述将以进一步细节及参考
本发明如下，全部是说明或涉及本发明的装置、 系统及方法。附图中，并未照比例绘制，各个类似组件在各幅图间以类似的组件符号表示。 附图中图1为使用生物反应器的一种膜生物反应器系统的示意图，其含有一个或多个区段，带有悬浮的吸附性材料；图2为一种使用在膜操作系统上游的吸附性材料的生物反应器来处理废水的系统的实施方案的示意图；图3为类似图2所示但包括脱氮区段的系统的第二实施方案的示意图4为其中吸附性材料只在部分生物反应器槽维持于悬浮液的另一实施方案的示意图；图5为划分为多个区段(其包括缺氧区段)的生物反应器的又一实施方案的示意图；图6为使用一列生物反应器(其中吸附性材料只于生物反应器中的一个维持于悬浮液)的另一实施方案的示意图；图7及图8为生物反应器系统的实施方案，显示用以将吸附性材料悬浮于混合液的喷射悬浮系统；图9及图10为生物反应器系统的可选择的实施方案，显示用以将吸附性材料悬浮于混合液的喷射悬浮系统，其中混合液来自已经去除吸附性材料的来源；图11为可选择的实施方案，显示用以将吸附性材料悬浮于混合液的喷射悬浮系统，其中吸附性材料并未循环通过该喷射喷嘴；图12为生物反应器的又一实施方案，显示气升悬浮系统来提供循环以维持吸附性材料于悬浮液；图13A及13B为显示沉积区段的进一步实施方案；图14为图表，显示于膜生物反应器系统中生物驯化的各个阶段，进料COD浓度 (以毫克/升表示)，及剩余流出物COD浓度(以占初始值的百分比表示)；图15为用于示范喷射悬浮系统的使用实例中所使用的该型喷射喷嘴的实施方案的示意说明图；图16为在此处另一个实例所使用的系统配置的示意说明图；图17为图表，显示使用图16的系统配置，于各个测试条件下测得的于某些喷嘴喉部下方的吸附性材料悬浮液速度及液体流速；图18及图19显示采用于图16的系统配置中的生物反应器实施方案的顶视图及剖面图；图20为图表，显示此处使用气升悬浮系统的另一个实例中对各型吸附性材料的磨耗呈运转时间的函数；图21显示使用气升悬浮系统的生物反应器实施方案的顶视图及剖面图；图22为使用图21的气升悬浮系统的流样式的示意说明图；图23显示使用气升悬浮系统的另一种配置的生物反应器实施方案的顶视图及剖面图；以及图M及图25显示使用气升悬浮系统的各种配置的生物反应器实施方案的顶视图、侧视剖面图及端视剖面图。发明详述如此处使用，“生物难处理的化合物”表示废水中当接触微生物时难以被生物分解的该等类别化学需氧量(“COD”)化合物(有机及/或无机)。“生物难处理的化合物”可具有各种难处理的程度，自轻度难处理至高度难处理的范围。“生物抑制性化合物”表示废水中抑制生物分解程序的该等化合物(有机及/或无机)。“生物不稳定性”表示容易消化的简单有机物，诸如人类及动物排泄物、食物废料，及无机物，诸如氨及磷系化合物。“COD”或“化学需氧量”表示导致有机物质氧化(分解)及无机化学品诸如氨及亚硝酸盐氧化的化学反应期间，水耗用氧的能力测量值。COD测量包括生物不稳定性、生物抑制性及生物难处理的化合物。“混合液悬浮固体”或“MLSS”表示存在于接受处理的废水中的溶解的及悬浮的微生物及其它物质；“混合液挥发性悬浮固体”或“MLVSS”表示MLSS中的活性微生物；以及 “混合液”表示废水与MLSS的组合型混合物。如此处使用，“吸附剂”或“吸附性材料”表示粒状活性炭包括已经处理提供对预定化学品种类、金属或其它出现于待处理的废水中的化合物的亲和力；以粒状铁为主的化合物例如氧化铁复合物；合成树脂；以及粒状硅酸铝复合物中的一者或多者。在描述于自系统的一个区段至另一个区段例如自含有悬浮吸附性材料的生物反应器至膜操作系统的流出物中吸附性材料存在的上下文中，“基本上不含”或“基本上免除” 一词指限制送至膜操作系统的吸附性材料量于不会对其中的膜过滤程序要求的效率造成不良影响的量。例如，在某些实施方案中，“基本上不含”或“基本上免除”指在给定系统于生物反应器或一个或多个生物反应区段内部所使用的预定量吸附性材料，达至少约80体积％ ；在额外实施方案中至少约90体积％，及又其它实施方案中至少约95体积％，及又进一步其它实施方案中至少约99体积％。但本领域技术人员基在此处教示应该理解这些百分比仅供举例说明之用，而可依据下列因素而改变，包括但不限于所使用的膜类型及其防蚀性、要求的放流水质量、在一给定系统所使用的预定量的吸附性材料，及其它因素。本发明涉及废水处理系统及方法。如此处使用，“废水”定义流入废水处理系统的任何待处理的水，诸如地表水、地下水、及来自工业、农业及都市来源的废水流，其具有可生物分解材料污染物、可被细菌分解的无机物、不稳定性有机化合物、生物难处理的化合物、 及/或生物抑制性化合物。来自工业及都市来源的废水典型地含有生物固体，及惰性物质及有机物，包括生物抑制性及生物难处理的有机物。生物抑制性及生物难处理的有机物的实例包括合成有机化学品，诸如聚电解质处理化学品。其它生物抑制性及生物难处理的有机物包括多氯联苯类、多环芳香烃类、多氯二苯并-对-二噁英类、及多氯二苯并呋喃类。内分泌干扰性化合物也属一类生物抑制性及生物难处理的有机物，其可能影响有机体的激素系统且出现于环境。内分泌干扰性化合物包括烷基酚化合物，诸如用于去除油脂的壬基酚及出现于避孕药的天然激素及合成类固醇，诸如17-b-雌二醇、雌酮、睾固酮、乙炔基雌二醇。欲处理的废水的其它实例包括高强度废水；低强度废水；以及来自掩埋场的渗滤物。水也可经处理来去除病毒。废水中的污染物的其它实例包括阻燃剂、溶剂、稳定剂、 多氯联苯类(PCB) ；二噁英类；呋喃类；多核芳香化合物(PNA)；药物、石油；石化产物；石化副产物；纤维素；磷；磷化合物及衍生物；以及农业化学品诸如衍生自或用于制造肥料、杀虫剂、及除草剂的化学品。来自工业及都市来源的废水也含有源自于水处理过程而随后难以去除的微量组成化合物。水处理过程所导入的微量成分的实例包括亚硝胺类，诸如可能自专有的阳离子及阴离子树脂释放的N-亚硝二甲胺(NDMA)。一般而言，废水处理设施使用多个处理阶段来清洁水，让水可安全地释放入水体，诸如湖泊、河川、及溪流。目前，许多卫生污水处理厂包括初步处理阶段，其中使用机械装置来去除大型对象(例如，条筛)，及使用砂石或砾石槽道来沉积砂石、砾石及石头。某些处理系统也包括第一阶段，此处某些脂肪、油脂及油类漂浮至表面供撇取，及较重的固体沉积至底部，及随后于有氧消化槽或无氧消化槽处理来消化生质及减低生物固体含量。在初步处理及/或一次处理后，废水送至二次生物活性污泥处理阶段。废水的生物处理广泛实施。废水常使用废弃活性污泥处理，其中于处理槽内通过细菌作用于生物固体。活性污泥程序涉及于曝气槽内的需氧生物处理，典型地接着为澄清池/沉积槽。沉积的污泥循环返回曝气槽来获得充分混合液悬浮固体浓度来消化污染物。可用于处置过量生物固体例如污泥的某些替代的道包括但不限于焚化、抛弃于掩埋场、或若不含有毒组分则可用作为肥料。在曝气槽内，含氧气体诸如空气或纯氧添加至混合液。来自空气的氧典型由细菌用于生物氧化溶解于或携载于废水进料的悬浮液。生物氧化典型为可用于自废水去除有机污染物及其它无机化合物诸如氨及磷化合物的最低成本氧化法；且为最广用于处理污染有可生物处理有机化合物的废水的废水处理系统。含有对抗生物分解的化学物、生物抑制性化合物及/或生物难处理的化合物的废水可能无法通过常规简单生物废水处理系统充分处理。这些化合物只可于水停留于处理槽内的停留时间被细菌作用。因水停留时间通常不足以进行足量生物抑制性化合物及/或生物难处理的化合物的生物氧化，可能部分这些顽抗的化合物未被处理或摧毁，而未改变地通过处理程序，或排放于流出物或过量残余污泥前只经部分处理。来自曝气槽的混合液流出物典型地进入澄清池/沉积槽，于该处污泥包括浓缩的混合液悬浮固体通过重力沉积。过量生质废弃亦即排放至厂外处置。但基于废水及经济需要，有些生物氧化系统使用不同的处理方法而自废水流出物中去除固体。澄清池/沉积槽可以膜操作系统或其它单元操作替代，诸如可使用溶气/诱导浮选装置。来自澄清池/沉积槽、操作系统或溶气浮选装置的液态流出物或经排放或于排放前接受进一步处理。自混合液中移出的固体送返曝气槽作为回送的活性污泥用于进一步处理及以便保有适当细菌浓度于系统。某些部分此种回送的活性污泥定期自此循环线路中移出以便控制细菌于混合液的浓度。在常规工业生物废水处理厂技术的一项近期进展包括添加粉末活性炭粒子至混合液。在利用粉末活性炭的生物处理法中，有机物可吸附至活性炭上且保留于处理槽内历经水停留时间，其类似污泥停留时间，因而进行吸附处理及生物处理，导致某些生物抑制性或生物难处理的化合物的移除增加。这些程序中，某些有机及无机化合物以物理方式吸附至粉末活性炭粒子表面。粉末活性炭由于可吸附生物抑制性或生物难处理的化合物，故已经用在常规生物处理厂，藉此提供含较低浓度这些污染物的放流水。混合液内含括粉末活性炭提供多项操作效果。碳提供悬浮介质生物处理系统的优点，包括污染物去除增加及对扰动状况的耐受性增高。此外，碳允许生物抑制性或生物难处理的化合物吸附于碳表面上及暴露于生物处理历经比常规生物处理系统显著更长的时间，藉此提供类似固定膜系统的效果。碳也允许某些细菌品的演化更加可消化生物抑制性有机物质。碳连续循环返回含回送的活性污泥的曝气槽，亦即污泥停留时间，表示细菌可作用于消化吸附于碳表面上的生物抑制性有机化合物的时间比生物处理系统的水停留时间更长。此种方法也导致碳的生物再生，及比较于简单填充床碳过滤系统，允许碳去除显著更大量生物抑制性或生物难处理的化合物，简单填充床碳过滤系统一旦于碳的吸附能力耗尽时也需要频繁更换碳或昂贵的碳物理再生。混合液内的碳也吸附某些化合物，因而提供不含或基本上含有较低浓度无法通过常规生物氧化处理或对生物分解全然具有抗性的化合物的放流水。已知的粉末活性炭系统的一个实例由西门子水技术公司(Siemens Water Technologies)以商标“PACT ”供应。但因生物的生长及有机及无机化合物的吸附二者于粉末形式的活性炭上发生，故浪费过量固体。此外，粉末活性炭自处理程序的排放伴以生物固体的去除，因而须连续补充。逐渐增多地，卫生废水使用膜生物反应器技术处理，其提供改良的放流水质量，较小的物理足迹(每单位面积可处理的废水较多)，对湍流的耐受性增加，处理难处理废水的能力改良，及多项其它操作优势。例如，含有高总溶解固体的废水能在常规澄清池/沉积槽遭遇沉积问题，而要求显著更难操作的固体分离装置诸如溶气浮选装置或其它固体去除系统。虽然膜生物反应器可去除澄清池/沉积槽系统遭遇的沉积问题，但经常有未出现在常规使用澄清池的系统的膜秽垢及发泡问题。膜秽垢可能因来自于混合液悬浮固体中的生物生命形式分解结果所得胞外聚合化合物、有机物质诸如油类的蓄积、或经由无机物质的剥落结果。此外，至今膜生物反应器未曾于商业上用于粉末活性炭的添加。曾经使用粉末活性炭于利用膜来进行过滤的表面水处理系统。但曾报告这些利用膜及粉末活性炭的表面水处理系统有碳磨蚀膜及碳持久性堵塞及/或秽垢膜的问题。排放或再使用前须处理的工业废水经常包括油性废水，其可能含有乳化烃类。油性废水可能来自于多种工业，包括钢业及铝业、化学加工业、汽车工业、洗衣业、及原油制造业及石油精炼业。如前文讨论，某种量的未经乳化油及其它烃类可于一次处理程序移除，此处漂浮的油自顶上撇取。但生物二次废水程序通常采用于自废水去除剩余油，典型地为溶解的及乳化的油，但可能存在有某些自由态油。一次处理后典型剩余的烃类包括润滑剂、切削流体、焦油、原油、柴油、汽油、煤油、喷射机燃料等。这些烃类典型于水排放入环境或水再用于工业制程前须被去除。除了政府法规及生态考虑外，剩余烃的有效去除也有利，原因在于经适当处理的废水可用于多种工业制程，及免除原水处理成本，及减少法规上的排放问题。须处理的其它类型废水包括来自其它工业制程，诸如药品、多种货品、农产品(例如肥料、杀虫剂、除草剂)的制造及造纸以及医疗废水的污染制程水。膜生物反应器商业上部署用于油性/工业废水的处理发展缓慢，主要原因在于与油及化学品秽垢膜相关联的维护问题。测试于膜生物反应器(其中添加粉末活性炭至混合液)处理的工业/油性废水指示在常规生物废水处理系统包括粉末活性炭观察得的相同处理优点。也发现也可达成使用膜生物反应器的优点。但有及无添加粉末活性炭的膜生物反应器并排比较验证，有添加粉末活性炭的膜生物反应器比较无添加粉末活性炭的膜生物反应器提供处理优势。此外，未添加粉末活性炭的膜生物反应器极难以操作，原因在于溶解的有机物质及额外胞外聚合化合物秽垢膜。测试进一步验证虽添加粉末活性炭提供极为有用的生物废水处理系统，但碳具有对膜产生显著量磨蚀及不可逆秽垢的不利效应。此种磨蚀及不可逆秽垢显著足以导致此种系统的操作成本极为昂贵，原因在于膜的预期使用寿命显著缩短及膜的清洁频率。本发明的系统及方法克服使用粉末活性炭的不利效应，同时提供相同的及额外的优点。参考图1，示意显示废水处理系统100包括膜操作系统104上游的生物反应器系统 102。在某些实施方案中，生物反应器系统102包括单一生物反应器容器。在额外实施方案中，生物反应器系统102包括多个生物反应器容器、一个生物反应器容器划分为分开区段、 或多个生物反应器容器其中部分或全部划分为分开区段。个别反应器容器或分隔区段一般在此处称作为生物反应区段。在根据本发明的废水处理操作期间，吸附性材料连同微生物于全部生物反应区段或生物反应区段总数的子集维持呈悬浮状。膜操作系统104使用此处所述分离次系统中的一者或多者维持基本上不含吸附性材料。流入废水流106可自一次处理系统、初步筛选系统、或呈先前未经处理的废水直接串流导入。在额外实施方案中，流入废水流106可为先前经处理的废水，例如来自一个或多个上游生物反应器的流出物，包括但不限于有氧生物反应器、缺氧生物反应器、连续流反应器、排序批次反应器、或任何数目的可生物分解有机物及在某些实施方案中某些无机化合物的其它类型生物处理系统。生物反应器及/或某些生物反应器区段可为各型生物反应器，包括但不限于有氧生物反应器、缺氧生物反应器、连续流反应器、排序批次反应器、滴滤过滤器、或任何数目的可生物分解有机物及于某些实施方案中某些无机化合物的其它类型生物处理系统。此外，用在此处的生物反应器及/或某些生物反应器区段可为适合结合悬浮系统而悬浮吸附性材料的任何尺寸或形状。例如，容器可具有任一种形状的截面积，诸如圆形、 椭圆形、方形、矩形、或任何其它不规则形状。于某些实施方案中，容器可经构造或修改来促进吸附性材料的适当悬浮。图2示意显示用以制造已处理的流出物的废水处理系统200的处理流程图，该流出物具有减低浓度的生物不稳定性、生物难处理的、生物抑制性及/或有机及无机化合物其全然对生物分解有抗性。系统200通常包括生物反应器202及膜操作系统204。生物反应器202包括用以接纳废水的入口 206及用以排放已经经过生物处理的流出物包括混合液挥发性悬浮固体及/或混合液至膜操作系统204的出口 208。生物反应器202包括多孔236吸附性材料234的分散团块，及有效量的一种或多种微生物238，二者皆附着至吸附性材料及自由漂浮而与混合液中的吸附性材料分开用于作用于混合液中的生物不稳定性及某些生物难处理的、生物抑制性化合物。吸附性材料吸附位置，包括吸附颗粒或粒子外表面及孔隙236壁面初步用作为生物不稳定性、生物难处理的、生物抑制性及/或有机及无机化合物其全然对生物分解有抗性的吸附位置。此外微生物238可吸附至吸附性材料的吸附位置。如此允许某些生物难处理的及/或生物抑制性化合物的优选消化程度而无需成比例地较长水停留时间及污泥停留时间，原因在于实际上有些生物难处理的及/或生物抑制性化合物保留吸附性材料上长时间，该吸附性材料隔离或保留于生物反应器。通常生物不稳定性及某些无机物将相对快速消化，主要通过未吸附至吸附性材料的微生物，亦即混合液中自由漂浮的微生物。有些组分包括全然对生物分解有抗性的有机物及无机物以及极为顽抗的生物难处理的及生物抑制性化合物将保留吸附在吸附性材料上，或可通过反应器内自由漂浮的生物材料吸附及/或吸收。最后，这些无法消化的化合物将集中在吸附剂上直至需要更换吸附剂来维持流出物于吸附能力可接受的水平。当吸附性材料留在根据本发明的系统时，微生物生长且被保留在吸附性材料上，通常历经够长时间足以分解已经集中在该吸附性材料上的该特定流入的废水中的至少某些生物难处理的及/ 或生物抑制性化合物。此外，虽然不欲受理论所限，但相信微生物最终演化为成熟品带有分解该特定流入的废水中的难以处理的化合物所需的特殊驯化。经历额外时间，例如数日至数周，随着系统的变驯化，其中含有某些生物难处理的及/或生物抑制性化合物的吸附性材料维持于系统，具有高度专一性的微生物变成第二代、第三代、及更高世代，藉此提高其生物分解存在于该特定流入的废水中的特殊生物难处理的及/或生物抑制性化合物的效果。此点以图14所示残余COD的阶梯式改变作说明，该图显示于添加吸附性材料的膜生物反应器系统的各个驯化阶段，亦即阶段A于吸附性材料添加前，阶段B于驯化期期间，及阶段C于驯化后，生物难处理的及生物抑制性化合物的进料浓度(以毫克/升表示)及剩余流出物浓度(以占初始的百分比表示)的作图。各流入的废水可能缺乏出现于生物反应器202的生物有利的某些营养素。另外， 某些流入的废水可能具有过酸或过碱的PH值。如此，如对本领域技术人员显然易知，磷、 氮、及PH调整材料或化学品可添加来维持生物反应器202内的最佳营养素比及pH值用于生物生命及相关活性，包括生物氧化。来自于生物反应器202的流出物透过分离次系统222被导入膜操作系统204入口 210。已经于生物反应器202处理的此种转运的混合液基本上不含吸附性材料。于膜操作系统204中，废水通过一个或多个微滤膜或超滤膜，藉此去除或减少澄清及/或第三次过滤的需要。膜渗透物亦即通过膜240的液体经由出口 212而自膜操作系统204排放。膜截留物亦即来自于生物反应器202流出物的固体包括活性污泥，则透过回送活性污泥管线214 被送返生物反应器202。来自生物反应器202的用过的吸附性材料例如粒状活性炭，无法再有-效吸附污染物，诸如某些全然对生物分解有抗性的化合物、生物难处理的化合物及生物抑制性化合物，这些吸附性材料可透过生202的混合液废物排放埠口 216去除。废物出口 218也可连结至回送管214来将部分或全部回送的活性污泥处置，例如控制混合液及/或培养浓度。污泥当增至某一点时自带有废物活性污泥的装置排放，在该点，混合液固体浓度过高因而摧毁特定膜生物反应器系统的操作。此外，混合液废物排放埠口 216可用于去除部分吸附性材料，藉此去除某些部分生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物，而非来自带有废物活性污泥的回送活性污泥管线，结果导致排放物中较低浓度的这些生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物，及膜生物反应器内更稳定的生质。可添加等量新制的的或再生的吸附性材料。初步筛选及/或分离系统220可设于生物反应器202入口 206的上游。此初步筛选及/或分离系统可包括溶氧浮选系统、粗网筛、或本领域已知的该型用以分离悬浮物质的这些及/或其它初步处理装置。任选地，可删除初步筛选及/或分离系统220，或可含括其它类型初步处理装置，取决于接受处理的特定废水。为了防止至少大部分吸附性材料234进入膜操作系统204及造成膜240非期望的磨蚀及/或秽垢，提供分离次系统222。如图所示，图2中，分离次系统222是位于生物反应器202出口近端。但在某些实施方案中，分离次系统222可位于生物反应器202下游的一个分开容器内。任一种情况下，分离次系统222包括用以防止至少大部分吸附剂234与膜操作系统204间接触的装置及/或结构。分离次系统222可包括筛选装置、沉积区段、及/ 或其它适当分离装置中的一者或多者。用于本发明的某些实施方案的适当类型网筛或筛选装置包括楔形丝网筛、金属或塑料孔板、或织造织物，呈圆柱或扁平组态及排列成各种角度，包括垂直取向、水平取向、或介于其间的任何角度。在额外实施方案中，可采用活性筛选装置，诸如转鼓筛、振摇筛或其它移动筛选装置。一般而言，用于其它分离次系统222为筛选装置的系统，网眼大小小于所使用的吸附性材料有效粒径的下限。其它类型的分离次系统也可用于该分离次系统作为筛选装置的替代的道或与其组合使用。例如，容后详述，可设置沉积区段，其中吸附性材料通过重力而沉积。在其它实施方案中，或结合前述实施方案中，分离次系统可包括离心系统(例如， 水力旋风器、离心机等)、曝气沈砂池、浮选系统(诸如诱导气体浮选或溶气)，或其它已知
直ο任选地，或组合生物反应器202出口近端的分离次系统222，分离次系统可设在生物反应器202与膜操作系统204(图中未显示)间。此种替代的或额外的分离次系统就型式及/或尺寸而言可与分离次系统222相同或互异。例如，在某些实施方案中，沉积区段、澄清池、水力旋风器分离器、离心机、或其组合可设置作为生物反应器202与膜操作系统204 间的分开单元操作。注意分离次系统222高度有效用于防止其初始尺寸的吸附性材料通过至膜操作系统。在某些优选实施方案中，分离次系统222基本上防止全部吸附性材料234通过至膜操作系统204。但在系统200操作期间，多项吸附性材料的磨耗起因包括颗粒间碰撞、剪切、循环、或固定设备或移动设备内部的颗粒撞击皆可能造成过小而无法有效保留在分离次系统 222的粒子形成。为了减少对膜的伤害及吸附性材料耗损而浪费，某些实施方案包括分离次系统222，该分离次系统222可防止基本上全部在其初始尺寸的约70%至约80%的吸附性材料234通过。可接受的初始尺寸的缩小百分比可由本领域技术人员例如基于经济评估决定。若尺寸的缩小导致粒子通筛选选系统的增加，则膜将出现磨蚀增加。如此，基于磨蚀与最终更换膜的成本，比较减少破损的吸附性材料相关联的成本、及可防止远比初始吸附性材料颗粒或粒子更小的粒子通过的分离次系统相关联的处理及操作成本，可使用成本-效益分析来判定哪一种是可接受的吸附性材料缩小百分比。此外，在某些实施方案中，期望某种程度的颗粒间碰撞、或固定设备或移动设备内部的颗粒撞击来自吸附性材料外表面剥脱过量生质。来自生物反应器202已经筛选或分离的混合液流出物可被泵送或通过动力流动 (取决于该特定系统的设计)入膜操作系统204。在使用外部分离次系统(图中未显示) 的系统中，装置优选组配来使来自混合液分离的吸附性材料通过外部细网筛或分离次系统而通过重力落回生物反应器202内。吸附性材料诸如粒状活性炭例如经适当预先湿润而形成吸附性材浆料，可在系统 200的各点，例如自吸附性材料源2 添加至废水。如图2所示，吸附性材料可导入一个或多个位置230a、230b、230c及230d。例如，吸附性材料可添加至初步筛选系统220下游进料流(例如，位置230a)。任选地，或组合地，吸附性材料可直接添加至生物反应器202 (亦即位置230b)。在某些实施方案中，吸附性材料可透过回送活性污泥管线214(例如，位置 230c)导入。在额外实施方案中，可能期望添加吸附性材料于初步筛选系统220上游(例如， 位置230d)，此处经由含括筛选允许吸附性材料通过及进入生物反应器202，初步筛选系统 220特别设计用于此项应用。混合液通过分离次系统222，及吸附性材料基本上防止进入带有混合液悬浮固体的膜操作系统204。当吸附性材料留在系统中且暴露于废水成分，包括生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物时，部分或全部吸附性材料将变成无法有效用于处理废水成分，亦即吸附能力减低。如此导致较高浓度的这些成分进入膜操作系统204，此处其通过膜，及与膜流出物212 —起排放。此外，吸附性材料因被覆以细菌、多醣类及/或胞外聚合物质而变无效。此被覆层可能达阻断孔口位置的程度，因而阻止接近生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物，及结果妨碍吸附及抑制生物分解。在本发明的某些实施方案中，此被覆层可通过系统中的一项或多项机制产生的剪切作用而去除，诸如悬浮于混合液的吸附性材料颗粒间的碰撞或吸附性材料悬浮及/或移动相关联的剪切力。当吸附性材料已经丧失其用以减少生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/ 或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物的全部或部分效果时，部分吸附性材料可经由废料埠口 216废弃，例如经由排放含有吸附性材料分散于其中的部分混合液。如前文说明，额外新制的或再生的吸附性材料可透过吸附性材料导入装置2 及 /或于一个或多个适当添加位置导入系统内部。可监视流入废水及流出废水COD化合物浓度及/或无机化合物浓度来判定何时系统内的吸附性材料及其伴随的生质遭逢效果减低。 流入COD与流出COD间的差除以流入COD浓度的作图将显示混合液内吸附性材料功效的递减损耗。同一种类型作图可用于监视系统的无机去除能力。自进料流的COD去除量可提供自废水进料去除的生物难处理的化合物及/或生物抑制性化合物的相对量。当系统操作员有了处理特定废水的经验后，将可判定何时此比值指示需要去除生物反应器内的部分吸附性材料而以新制的吸附性材料替代的时间点。系统对生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物要求的功效将重新获得，例如制造符合法规要求的放流水。取样与分析放流水有关特定有机及无机化合物浓度也可用于判定何时混合液内的吸附性材料及其伴随的生质遭逢效果减低且须开始部分更换。当放流水的特定有机或无机化合物开始趋近于设施允许这些化合物的排放浓度时，根据本发明的膜生物反应器系统200的操作员可开始更换部分吸附性材料。允许排放浓度典型地受设施的证照所限，例如美国环境保护署制定的国家污染物质排放清除系统 (NPDES)许可计划决定，或于特定州或国家的类似主管机关决定。随着操作员以其特定废水操作此系统获得经验时，将可预期何时应开始更换吸附性材料。当操作员判定吸附性材料及其伴随的生质的功效趋近于无法达成要求的放流水的污染物浓度时，可停止经由废弃来自管线218的回送的活性污泥所执行的正常废弃过量生质，过量生质及伴随的吸附性材料透过废物埠口 216而自生物反应器202废弃。废弃的材料量由维持混合液悬浮固体于该特定膜生物反应器系统的最佳操作范围内要求决定。于更换部分吸附性材料后，由操作员监视放流水来判定是否已经恢复要求的污染物去除效率。基于操作经验，视需要可作额外更换。在某些实施方案中，如果需要，系统及/或系统的个别装置可包括控制器来监视及调整系统。控制器可依期望的操作条件指导系统内部的任何参数，该等条件例如基于有关放流水流的政府法规。控制器可基于位于于系统或个别装置内部的传感器或定时器所产生的一个或多个信号而关联各个潜在流量调整或调节阀门、进料器或泵。控制器也可基于位于于系统或个别装置内部的传感器或定时器所产生的一个或多个信号，其指示特定趋势，例如历经一段预定时间系统的特性或性质的向上或向下趋势，而关联各个潜在流量调整或调节阀门、进料器或泵。例如，在放流水流中的传感器可产生信号指示污染物浓度，诸如生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物已达预定数值或趋势，或指示COD程度，藉此触发控制器来自传感器上游或下游或于传感器执行某些动作。此项动作可包括自生物反应器去除吸附性材料、添加新的或已再生的吸附性材料至生物反应器、添加不同型吸附性材料、于进料入口或系统内部任何装置的入口调整废水流量、将进料入口或系统内部任何装置的入口的液流转向至储存槽、调整生物反应器内部的气流、调整于生物反应器或其它装置内部的停留时间，及调整于生物反应器或其它装置内部的温度及/或PH中的任一者或多者。一个或多个传感器可用于系统的一个或多个装置或液流来提供于系统执行的任一项或多项程序的状态或状况的指示或特性。本发明的一个或多个实施方案的系统及控制器提供具有多重操作模式的多样化单元，其可响应于多个输入信号来提高本发明的废水处理系统的效率。控制器可使用一个或多个计算机系统实施，该计算机系统例如可为通用型计算机。另外，计算机系统可包括特别经编程的特用目的硬件，例如意图用于水处理系统的特殊应用集成电路(ASIC)或控制
ο计算机系统可包括一个或多个处理器，典型地连结至一个或多个存储元件，其例如可包括硬盘内存、快闪存储元件、RAM存储元件、或用以储存数据的其它组件中的任一者或多者。内存典型地用于系统操作期间用于储存程序及数据。例如，内存可用于储存参数相关历史数据历经一段时间及操作数据。软件包括实施本发明的实施方案的程序代码可储存于计算机可读及/或可写式非依电性记录介质，及然后典型地拷贝入内存，其中其然后可通过一个或多个处理器执行。此种程序代码可以多种程序语言中的任一者或其组合写程序。计算机系统的组件可耦接一个或多个互连机构，其可包括例如整合于同一装置内部的各组件间的一个或多个总线，及/或例如驻在分开的离散装置的各组件间的网络。互连机构典型地允许通讯，例如允许数据、指令介于系统的各组件间交换。计算机系统也包括一个或多个输入装置，例如键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触控面板及其它人机接口装置，以及输出装置，例如打印装置、显示屏幕、或扬声器。此外，计算机系统可含有一个或多个接口其可连结该计算机系统至通讯网路，作为可通过该系统的一个或多个组件形成的网络的额外网络或替代的道。根据本发明的一个或多个实施方案，一个或多个输入装置可包括用以测量系统及 /或其组件的任一个或多个参数的传感器。另外，传感器、泵、或系统其它组件中的一者或多者包括计量阀门或定量进料器可连结至工作式耦接至该计算机系统的一通讯网路。前述中的任一者或多者可耦接至另一计算机系统或组件来透过一个或多个通讯网路而与该计算机系统通讯。此种配置组态允许任何传感器或信号产生装置位于距离该计算机系统的显著距离及/或允许任何传感器位于距离任何次系统及/或控制器的显著距离，同时仍然介于其间提供数据。此种通讯机制可经由利用任何适当技术包括但不限于利用无线通讯协议执行。虽然该计算机系统举例说明为可实施本发明的多个方面的一种类型计算机系统， 但应该理解本发明并未限于于软件或举例说明显示的该计算机系统上实施。确实并非于例如通用型计算机系统上实施，控制器或其组件或其小区段另外可实施为专用系统或专用可编程逻辑控制器(PLC)或实施于分布式控制系统。又进一步，应该理解一个或多个本发明的特征或方面可以软件、硬件或韧体或其任一种组合实施。例如，控制器可执行的演绎法则的一个或多个节段可于分开的计算机执行，而该等计算机又可透过一个或多个网络通讯。在某些实施方案中，一个或多个传感器可含括在遍布系统200的位置，该等传感器与人工操作员通讯或自动化控制系统通讯来于可编程辑控制膜生物反应器系统中实施适当制程修改。在一个实施方案中，系统200包括控制器205，其可为任何经适当编程的或专用的计算机系统、PLC、或分布式控制系统。某些有机及/或无机化合物的浓度可于膜操作系统流出物212或来自生物反应器202出口 208的流出物测定，如控制器205与流出物管线212及出口 208与入口 210间的中间流出物管线二者间的虚线连结指示。在另一实施方案中，挥发性有机化合物的浓度或系统的其它性质或特性可在入口 201、206、或210中的一者或多者测定。制程控制装置业界的本领域技术人员已知的传感器包括基于雷射感应荧光的传感器或适合用于原位实时监视放流水中有机或无机化合物的浓度或系统特性的任何其它传感器。可使用的传感器包括用于水包油测量的浸没式传感器其使用UV荧光用于检测，诸如来自娣欧斯光学传感器公司(TriOS Optical Sensors)(德国奥伦堡)的环保荧光(enviroFliO-HC传感器。传感器可包括经被覆或以其它方式经处理来防止或限制出现于透镜上的秽垢或薄膜量的透镜。当系统中的一个或多个传感器产生一种或多种有机及/ 或无机化合物浓度超过预定浓度的信号时，控制系统可实施响应动作，诸如适当回授动作或前传动作，包括但不限于透过废物排放埠口 216去除吸附性材料(如控制器205与废物排放埠口 216间的虚线连结指示)；透过吸附性材料导入装置2 或于其它位置中的一者 (如控制器205与吸附性材料导入装置229间的虚线连结指示)添加新的或再生的吸附性材料；添加不同型吸附性材料；修改水停留时间；修改生物特性诸如微生物的简单碳食物或添加磷、氮及/或PH调整化学品；以及/或前述其它修改或本领域技术人员显然易知的修改。注意虽然控制器205及吸附性材料导入装置2 仅就图2显示，但预期这些特征及多个回授及前传能力可并入此处说明的系统中的任一者。此外，控制器205可电连结至其它组件，诸如废水进料泵及悬浮系统232。在混合液经曝气及通过生物反应器202中的吸附性材料处理后，已处理的混合液通过分离次系统222，及基本上不含吸附性材料转运至膜操作系统204。分离次系统222防止吸附性材料进入膜操作系统204。经由维吸附性材料于生物反应器202，或维持于膜操作系统204上游，本发明的方法及系统减少或消除膜操作系统槽膜被吸附性材料秽垢及/或页磨蚀的机率。膜操作系统204含有过滤膜240来自来自生物反应器212的流出物过滤膜操作系统槽204中混合液内的生质及任何其它固体。如本领域技术人员已知，这些膜240可为中空纤维膜或其它适当配置组态形式，典型地极为昂贵且高度需要保护膜免于受损，以最大化其使用寿命。在本发明的方法及系统中，操作系统槽的膜寿命延长，原因在于分离次系统 222基本上减少或消除吸附性材料诸如粒状活性炭及/或任何其它固体颗粒及粒子进入膜操作系统204。出口 212转运来自膜操作系统槽204的已过滤的流出物。回送的活性污泥管线 214将回送的活性污泥自膜操作系统槽204转运至生物反应器202供进一步用于废水进料流的处理。过量污泥如同常规膜生物反应器系统般使用废物管线218自系统废弃。在其中生物反应器202为有氧反应器诸如曝气槽及微生物为需氧微生物的系统中，空气扩散装置或机械式混合系统可用于维持吸附性材料悬浮。容后详述，本发明的多个额外实施方案包括替代性或补充性悬浮装置或系统232来维持吸附性材料于悬浮。维持相对大型吸附性材料颗粒悬浮，比较未使用吸附性材料的先前技术系统或采用粉末活性炭者典型地需要显著更多能量。虽然如此，根据本发明使用吸附性材料颗粒的优点包括提高污染物去除速率及程度，藉此减少或去除进一步下游处理的需要，权衡效益超越操作该系统的能量消耗量的任何增加。在本发明的某些实施方案中，悬浮系统232利用喷射混合、机械混合、喷射曝气、 粗气泡曝气、及其它类型机械或空气悬浮中的一者或多者来维持吸附性材料234于悬浮， 同时减少吸附性材料234的磨耗。在某些实施方案中，在初期之后，其中吸附性材料234在生物反应器202内及部分颗粒破损，吸附性材料234的部分粗糙及/或突起的表面破裂而变成粉末、细料、针状物、或其它小型微粒，吸附性材料234通过喷射悬浮系统232维持于悬浮液稳定化，因而极少或未再进一步发生破损或尺寸的降级。在本发明的其它实施方案中，在将吸附性材料导入系统前，材料可通过去除吸附性材料的容易破损部分前处理，藉此减少难以分离及可能磨蚀膜的细料及其它非期望的小型粒子的形成。前处理可能在例如适当调理装置诸如湿或干粒子滚转器内与预先湿润一起或在预先湿润之前进行。吸附性材料于混合液的浓度通常取决于特定系统参数及欲处理的废水、生物难处理的及/或生物抑制性有机或无机化合物的特定组合符合工厂的排放要求。测试指出使用典型工业混合液悬浮固体浓度(在所采用的特定膜生物反应器配置的正常范围)及吸附性材料浓度诸如粒状活性炭约20% (占总混合液悬浮固体浓度)来操作膜生物反应器足以去除存在于废水进料中的生物难处理的及/或生物抑制性化合物而未于所使用的筛选系统形成秽垢问题。可添加更高浓度的吸附性材料来提供对抗制程扰动的额外安全边际，该等扰动可能造成生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物的高于正常放流水浓度。注意此种额外吸附性材料将导致增高的筛选及/或沉积需求。基于经验或否则基于视为适合该特定系统及方法，基于对抗制程扰动期望的安全边际，可以实验方式测定可用而仍然达成所要求的放流水质量的最低吸附性材料浓度。
本发明使用膜操作系统槽上游的吸附性材料来吸附有机及无机材料(生物难处理的、生物抑制性、或其它)，以及提供悬浮介质膜生物反应器应用于多种不同配置组态。此夕卜，多种分离装置也可用于维持吸附性材料于生物反应器。本领域技术人员显然易知，基于废水的个别特性及设施欲架设区域，不同系统将有不同经济效益。控制来产生最佳处理条件的因素包括吸附性材料类型，包括其尺寸、形状、硬度、 比重、沉积速率、要求的空气流速、或颗粒悬浮于混合液的其它悬浮需求，亦即维持粒状活性炭为悬浮介质、条筛间隔或开口尺寸及孔洞组态、混合液中的吸附性材料浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度、混合液悬浮固体总浓度、回送的活性污泥流速除以进入膜操作系统槽的混合液流速的比、水停留时间、及污泥停留时间。此种最佳化提供生物难处理的化合物、 容易分解的生物需氧量化合物(BOD5)、生物抑制性化合物、全然对生物分解有抗性的有机或无机化合物、及胞外聚合物质中的某些部分被吸附性材料诸如悬浮于混合液的粒状活性炭吸附。本发明的装置的另一效果提供混合液悬浮固体中的微生物可黏附的位置。该方法的此一方面产生混合液挥发性悬浮固体液流，比较使用类似的水停留时间及污泥停留时间操作但未经粒状活性炭加强的膜生物反应器，其较为稳定且对扰动状况的反应较为有弹性，且允许促进存在于废水中的有机物的生物降级。在上游制程扰动结果导致自动漂浮于混合液的某些可存活的微生物损耗的情况下，吸附性材料孔洞空间内部或表面上的微生物来源用作为种菌来源。在热震或有毒化学品冲击系统的情况下，在常规系统将造成某些细菌死亡，而部分于孔洞空间内部或表面上的微生物可能存活，如此比较不含吸附剂的常规系统，只需部分回复时间。例如，在细菌为嗜温性的系统中，吸附剂可能允许于孔洞位置内部的某些细菌于温度升高造成的热震情况下存活。同理，在细菌为嗜热性的系统中，吸附剂可能允许于孔洞位置内部的某些细菌于温度减低造成的热震情况下存活。两种情况下，培养物再驯化所需时间大为缩短。此外，在系统冲击摧毁全部或部分微生物族群的情况下，吸附性材料的存在允许持续操作，其中不稳定的、难处理的、及抑制性污染物可被吸附及同时调整微生物族群。各种效果导致比较常规膜生物反应器装置所能获得者，混合液更快速驯化于废水进料、减少膜的秽垢、改良对进料浓度及流速的耐受性、制造更快速去水的污泥，带有更少油性质而更易处理，及具有较低的有机及无机杂质浓度的放流水。使用吸附剂诸如粒状活性炭替代粉末活性炭可免除于粉末活性炭膜生物反应器测试中已经辨识的膜秽垢及/或磨蚀问题。虽然使用粒状活性炭替代粉末活性炭就重量基准而言无法同等有效地使用碳，但本发明的方法及系统基本上防止粒状活性炭进入膜操作系统，因而减少或消除膜磨蚀及秽垢的机率。但因使用粒状活性炭替代粉末活性炭结果导致对吸附效率减低的冲击，不会显著影响活性炭加强的膜生物反应器装置的总效率。测试指出去除某些生物抑制性化合物及/或生物难处理的化合物的主要机转涉及粉末活性炭加强的装置中，生物难处理的及/或生物抑制性化合物暴露于微生物的停留时间的延长。吸附于吸附性材料诸如粒状活性炭上的混合液挥发性悬浮固体中的微生物有较长的时间来消化这些某些生物难处理的及生物抑制性化合物。用于生物分解的停留时间的延长业已显示为于膜生物反应器放流水中，减低某些生物难处理的及生物抑制性化合物浓度的主要因素，及无需粉末活性炭的较高吸附效率来达成期望的结果。就加强生物难处理的化合物、生物抑制性化合物、全然对生物分解有抗性的有机及无机化合物、及胞外聚合化合物的去除方面，粒状活性炭于碳协助膜生物反应器的功能同等良好或更优于粉末活性炭加强的膜生物反应器。另外，因粒状活性炭尺寸较大，故可有效过滤或以其它方式自进入膜操作系统槽的混合液分离。根据本发明经由采用粒状活性炭，可消弭或显著减少使用粉末活性炭时出现的磨蚀。虽然使用粉末活性炭粒子于膜生物反应器已经显示部分前文对粒状活性炭系统说明的相同优点，但膜操作系统槽中，来自粉末活性炭的膜磨蚀无法为人所接受，原因在于膜的使用寿命可能缩短至无法接受的程度，例如比典型膜的保证期显著更短。因膜成本占膜生物反应器系统总成本的显著部分，故其使用寿命延长乃膜操作系统的操作成本的一项
重要因素。图3显示利用生物脱氮操作的膜生物反应器系统300的另一个实施方案。如本领域技术人员显然易知，特定流入废水所需其它特化生物或化学处理系统也可并入概略就图 2显示的本发明的系统。图3的实施方案类似图2的实施方案，但增加缺氧(低氧浓度)区段331。在此处使用缺氧区段或容器的实施方案中，单纯有机碳源诸如甲醇或废水本身的生化需氧量含量可供生物有机体耗用。废水306导入缺氧区段331，其与含吸附性材料334的生物反应器302作流体连通。缺氧区段331可包括混合器及/或曝气装置(图中未显示)。 在此处实施方案中，其中使用曝气装置，溶氧浓度经控制来维持缺氧条件。来自于生物反应器302的流出物透过分离次系统322被导入膜操作系统304入口 310。于膜操作系统304 中，废水通过一张或多张微滤或超滤膜，藉此消除或减少澄清及/或第三次过滤的需要。膜渗透物亦即通过膜340的液体经由出口 312而自膜操作系统304排放。膜保留物亦即来自于生物反应器302流出物中的固体包括活性污泥透过回送活性污泥管线314而送返缺氧区段331。来自于生物反应器302的用过的吸附性材料可透过生物反应器302的混合液废物排放埠口 316移除。废物出口 318也可连结至回送管路314来转向部分或全部回送的活性污泥用于废弃处置，例如控制混合液及/或培养物浓度。混合液废物排放埠口 316也可用以去除部分吸附性材料。可添加等量新制的或再生的吸附性材料。如同于图2所述系统，有多个位置吸附性材料334可添加至系统。在优选实施方案中，吸附性材料于防止进入缺氧区段331的位置330b添加。图4为水处理系统400的示意说明图，该系统为图1所示系统100的一个实施方案。在系统400，例如使用挡板壁403，生物反应器402被划分为或区隔为多个区段40 及 402b。膜操作系统槽404位于生物反应器402下游。区段40 与402b间的水流经工程制造来提供下游方向的液流。如此可通过下列配置及/或装置达成，包括但不限于溢流堰、沈浸式孔口、及/或多种分布式管路配置用以维持区段40 与402b间的正向分离，及将吸附性材料434只维持于区段402b的目的。这些各种配置也可设计来控制区段40 与402b间的流速。并未示例显示其它特定配置，原因在于这些配置为本领域技术人员所已知。操作期间，流入的废水流406被导入生物反应器402，及特别导入生物反应器402 的第一区段40加。如前文讨论，本领域技术人员显然易知，可添加磷、氮、及pH调整材料或化学品来维持第一区段40 的生物生命及相关联的活性，包括生物氧化的最佳营养素比及PH值。第一区段40 的微生物可分解混合液悬浮固体的生物不稳定性内容物中的至少一部分。混合液悬浮固体中的简单碳，亦即生物不稳定性化合物用作为微生物的食物来源。 废水可于区段40 处理来基本上去除全部混合液悬浮固体的生物不稳定性内容物，或在某些实施方案中，可保留部分混合液悬浮固体的生物不稳定性内容物用以送至生物反应区段402b。在实施方案中，其中混合液悬浮固体的生物不稳定性内容物于区段40 降至不足以有效支持下游微生物，实施一项或多项控制来维持微生物食物来源的有效浓度，特别于下游生物反应区段402b。此项控制例如可基于废水于上游区段40 的停留时间，将未经处理的流入废水滑流直接受至区段402b，控制回送的活性污泥，导入甲醇或微生物的其它简单碳食物来源，或于区段40 提供间歇曝气，或于区段402b促进健康生质的其它方法。使用悬浮装置432，吸附性材料434于生物反应区段402b维持悬浮，该悬浮装置可包括此处所述悬浮系统，例如图7、8、9、10、11或12所示、此处实例的系统、或用以循环空气、液体或空气与液体的组合的任一种适当常规装置中的一者或多者。这些常规装置包括但不限于空气扩散起泡器、桨叶、混合器、表面曝气机、液体循环泵、及本领域技术人员已知的其它装置。应该理解虽然在某些实施方案中期望使用相对低耗能来维持吸附性材料434 于悬浮的悬浮装置432，诸如关联图7、8、9、10、11或12所示或实施例3、实施例4或实施例 5所述者，但也适合使用较非有效装置的其它实施方案，原因在于其中吸附性材料434须维持悬浮的区段402b的总体积只占生物反应器402总体积的一部分。筛选/分离系统422是位于区段402b来基本上防止吸附性材料434进入膜操作系统404。在某些实施方案中，吸附性材料只添加于位置430b，亦即区段402b的相对应位置。注意虽系统400显示为一个基本上不含吸附剂的生物反应区段，及一个含吸附性材料434的区段，但本领域技术人员应该理解可采用更少或更多的各类型区段。在区段 402b的吸附性材料434的浓度可为例如图1的系统所采用的相同浓度，或依据接受处理的废水而定，可使用更高或更低的浓度。此外，生物反应区段可以多种配置组态形成。例如，于棱柱形生物反应器槽，可设置分隔壁横过槽宽来将槽划分为多个区段。例如于圆柱形槽中，可设置一个分隔壁成为弦， 或设置多个壁例如呈半径状而形成两个或多个扇区。经由吸附性材料只在终生物反应区段，生物不稳定性化合物可于不含吸附性材料的上游区段处理，因而无需将吸附性材料悬浮于系统400的不含吸附剂区段的混合液。如此也允许发展出一种微生物群落其可生物分解至少某些生物难处理的及/或生物抑制性化合物，该等化合物无法通过存在于本系统上游区段的传统微生物作生物分解。本领域技术人员也应该理解可使用分开的槽而非生物反应器的划分区段，如图6示意显示，或生物反应器的划分区段与分开容器的组合来提供根据本发明的类似系统400的系统。仍然参考图4，来自于生物反应区段402b的流出物透筛选选/分离系统422导入膜操作系统404的入口 410。于膜操作系统404中，废水通过一个或多个微滤或超滤膜440， 膜渗透物经由出口 412排放，而膜保留物包括活性污泥透过回送活性污泥管线414送返生物反应区段40加。来自于生物反应区段402b的用过的吸附性材料可经由混合液废物排放埠口 416 定期去除。废物出口 418也可连结至回送活性污泥管线414来将部分或全部回送活性污泥转向进行废弃处置，例如控制混合液及/或培养物浓度。混合液废物排放埠口 416也可用于移除部分吸附性材料。可添加等量新制的或再生的吸附性材料。图5显示以系统400的类似方式操作的系统500，生物反应器502划分为多个区段 50 及502b，及包括与生物反应器502整合的生物脱氮步骤。在本实施方案中，吸附性材料535添加例如位置530b维持于区段502b悬浮而未导入缺氧区段531或区段50加。来自生物反应区段502b的流出物透筛选选/分离系统522导入膜操作系统504 入口 510。在膜操作系统504中，废水通过一个或多个微滤或超滤膜M0，膜渗透物经由出口 512排放，而膜保留物包括活性污泥透过回送活性污泥管线514送返缺氧区段531。来自于生物反应区段502b的用过的吸附性材料可经由混合液废物排放埠口 516 定期去除。废物出口 518也可连结至回送活性污泥管线514来将部分或全部回送活性污泥转向进行废弃处置，例如控制混合液及/或培养物浓度。混合液废物排放埠口 516也可用于移除部分吸附性材料。可添加等量新制的或再生的吸附性材料。在某些操作条件下，可能需要导入简单有机碳源诸如甲醇至缺氧区段来协助脱氮程序。另外，原废水的生物需氧量内容物典型地提供生物有机体耗用所需的食物来源。在额外实施方案中，缺氧区段可设于区段502b下游(图中未显示)或设于区段 50 与502b间。任一种情况下，可能需要添加生物有机体耗用的食物来源于缺氧区段来协助脱氮程序。本领域技术人员也应该理解可使用分开的槽而非生物反应器的划分区段，如图6 示意显示，或生物反应器的划分区段与分开容器的组合来提供根据本发明的类似系统500 的系统。图6为废水处理系统600的另一实施方案的示意说明图。在系统600，设置一列生物反应器，包括基本上不含吸附性材料的第一生物反应器60加，及含有可添加例如在位置 630a及630b中的一者或二者的吸附性材料634悬浮液的第二生物反应器602b。膜操作系统604是位于生物反应器60 及602b下游。第二生物反应器602b包括位于区段602b的筛选/分离系统622来基本上防止吸附性材料进入膜操作系统604。反应器60 与602b间的水流经工程制造来提供于下游方向的流，以将吸附性材料只维持于区段602b，亦即防止吸附性材料自反应器602b回流至反应器60加，且可经设计来控制区段60 与602b间的流速。操作期间，流入的废水流606被导入生物反应器602a。于第一生物反应器60 的微生物可分解含于混合液悬浮固体的至少一部分生物不稳定性化合物。混合液悬浮固体内的简单有机物用作为微生物的食物来源。经部分处理的废水透过导管607送至生物反应器 602b。来自生物反应器60 的经部分处理的废水也可重力进给至生物反应器602b，或通过本领域技术人员已知的其它手段输送。废水可于第一生物反应器60 处理来基本上去除混合液悬浮固体的全部生物不稳定性化合物，或在某些实施方案中，混合液悬浮固体所含的部分生物不稳定性化合物可保留来送入第二生物反应器602b。于其中混合液悬浮固体所含的生物不稳定性化合物于第一生物反应器60 降至不足以支持下游的微生物程度的实施方案中，实施一项或多项控制来维持微生物食物来源的有效浓度，例如在下游生物反应器602b。此项控制例如可为基于下游生物反应器60 中废水的停留时间，将未经处理的流入废水滑流直接受至生物反应器602b，控制回送的活性污泥，导入甲醇或微生物的其它简单碳食物来源，或其它适当回送或前传动作。使用悬浮装置632，吸附性材料634于生物反应器602b维持悬浮，该悬浮装置可包括此处所述悬浮系统，例如图7、8、9、10、11或12所示、此处实例的系统、或用以循环空气、 液体或空气与液体的组合的任一种适当常规装置中的一者或多者。这些常规装置包括但不限于空气扩散起泡器、桨叶、混合器、表面曝气机、液体循环泵、及本领域技术人员已知的其它装置。应该理解虽然在某些实施方案中期望使用相对低耗能来维持吸附性材料于悬浮的悬浮装置632，诸如关联图7、8、9、10、11或12所示或实施例3、实施例4或实施例5所述者，但也适合使用较非有效装置的其它实施方案，原因在于区段602b的总体积只占生物反应器60 及602b组合总体积的一部分。筛选/分离系统622是位于生物反应器602b来基本上防止吸附性材料634进入膜操作系统604。在某些实施方案中，吸附性材料634只添加于生物反应器602b，例如位于导管607相关联的位置630a，或直接添加至生物反应器602b (位置630b)。在某些优选实施方案中，导入生物反应器602b之前，吸附性材料经预先湿润，例如形成浆料。注意虽系统600显示为一个基本上不含吸附剂的生物反应器，及一个含吸附性材料634的生物反应器，但本领域技术人员应该理解可采用更少或更多的各类型生物反应器、或生物反应器区段。在生物反应器602b的吸附性材料浓度可为例如图1的系统所采用的相同浓度，或依据下列因素包括但不限于生物反应器602b中有待处理的已经部分处理的废水特性而定，可使用更高的浓度。此外，生物反应区段可以多种配置组态形成。例如，在棱柱形生物反应器槽，可设置分隔壁横过槽宽来将槽划分为多个区段。例如在圆柱形槽中，可设置一个分隔壁成为弦， 或设置多个壁例如呈半径状而形成两个或多个扇区。经由吸附性材料只在终生物反应器， 生物不稳定性化合物可于不含吸附性材料的上游生物反应器处理。如此允许发展出一种微生物群落其可生物分解无法通过存在于本系统上游区段的传统微生物作生物氧化的生物难处理的化合物。本领域技术人员也应该理解可使用生物反应器的划分区段而非分开的生物反应器，如图4示意显示，或生物反应器的划分区段与分开反应器的组合来提供根据本发明的类似系统600的系统。仍然参考图6，来自于生物反应区段602b的流出物透筛选选/分离系统622导入膜操作系统604的入口 610。于膜操作系统604中，废水通过一个或多个微滤或超滤膜640， 膜渗透物经由出口 612排放，而膜保留物包括活性污泥透过回送活性污泥管线614送返生物反应区段60加。来自于生物反应器602b的用过的吸附性材料可经由混合液废物排放埠口 616定期去除。废物出口 618也可连结至回送管路614来将部分或全部回送活性污泥转向进行废弃处置，例如控制混合液及/或培养物浓度。大致参考图7、8、9、10及11，显示多个替代实施方案，包括喷射悬浮系统，其中混合液(包括含MLVSS的MLSS)及分散于其中的吸附性材料循环通过喷射喷嘴。此项循环提供吸附剂与混合液的紧密混合，也提供维持吸附剂悬浮于生物反应器的湍流。湍流可为局限的湍流，例如喷嘴孔口近端，造成喷射喷嘴送出流体的涡旋及滚动。在图7、8及11中，实心黑单元表示吸附性材料，而不规则线形单元表示微生物或生质。
图7示意说明于生物反应器702 (为求清晰阐释，部分显示于附图)内部的悬浮装置732。悬浮装置732含有流体连结至泵748及气体源760的喷射喷嘴744。在有氧生物反应器702的情况下，气体可为含氧气体，或在无氧生物反应器702的情况下，气体可为无氧或基本上不含氧气体。图7所示配置，及在关联图8、9及10说明的某些额外实施方案中，可使用例如市售来自美国威斯康星州罗斯奇西门子水技术公司的维肯(Vari Cant)系统部署。其它喷射曝气系统也可部署用于就图8、9及10显示的系统中的一者或多者。例如，多个系统包括但不限于市售来自美国爱荷华州西达瀑布弗汀公司(Fluidyne Corporation)、美国麻省阿索涅KLA系统公司、及美国俄亥俄州德顿混合系统公司(Mixing Systems Inc.)的喷射曝气系统。注意虽然此处就图7、8、9、10及11说明的系统大致上显示位于生物反应器槽外部的泵，但本领域技术人员应该理解一个或多个泵可位于槽内部。在其它实施方案中，一个或多个泵可位于高位压力槽内部或外部来维持正向抽取。此外，虽然此处就图7、8、9、10及11说明的系统为了举例说明，大致上显示整个喷射喷嘴位于生物反应器槽，但在某些实施方案中，部分喷射喷嘴可位于生物反应器槽外部， 而至少其出口孔口是位于生物反应器槽。喷射喷嘴744液体入口 746及出口孔口 764及泵送装置748入口 752及出口 754 的尺寸及配置允许吸附性材料及MLSS包括MLVSS通过。如此混合液包括MLSS及MLVSS与吸附性材料的混合物被抽取通过管线751，自生物反应器702出口 750抽取入泵送装置748 入口 752。混合物经由出口乃4被泵送出泵送装置748，通过管线755被导入与喷射喷嘴 744整合一体或以其它方式呈流体连通的液体入口 746。同时，气体760经由管线761被导入与喷射喷嘴744整合一体或以其它方式呈流体连通的气体入口 758，及被导引至混合腔室766，于该处，气体膨胀而于喷嘴出口孔口 764 方向提供动能予混合液与分散的吸附性材料的混合液流。已膨胀的气体、混合液及分散的吸附性材料通过于流体流动方向有缩小截面积的喉部768，其中速度加快而送出出口孔口 764的外。气体、液体及固体粒子的组合流强制进入生物反应器702，而于连续操作情况下， 吸附性材料的固体颗粒因生物反应器702的液体湍流而维持悬浮。现在参考图8，显示包括喷射悬浮系统的生物反应器的另一实施方案。具体地说， 生物反应器802包括喷射悬浮系统832，其包括喷射喷嘴844具有位于生物反应器802用以循环有吸附性材料分散于其中的混合液的至少一个出口孔口 864。喷射喷嘴844流体连结至泵848来循环有吸附性材料分散于其中的混合液以形成维持吸附性材料悬浮的湍流。如本领域技术人员了解，可导引与排放有吸附性材料分散于其中的混合液而无需进气口的任一种喷射混合机、喷洒器或其它装置皆可用作为喷射喷嘴844。在曝气生物反应器802，也设有(图中未显示)含氧气体源，诸如常规空气扩散装置。喷射喷嘴844的液体入口 846及出口孔口 864、及泵送装置848的入口 852及出口 854其尺寸及配置组态允许吸附性材料及混合液悬浮固体包括混合液悬浮挥发性固体通过其中。如此，混合液包括MLSS及MLVSS与吸附性材料的混合物被抽取通过管线851，自生物反应器802出口 850抽取入泵送装置848入口 852。混合物经由出口邪4被泵送出泵送装置848，通过管线855被导入与喷射喷嘴844整合一体或以其它方式呈流体连通的液体入口 846。喷射喷嘴844包括于流体流动方向有缩小截面积的喉部868，其中加快混合液及吸附性材料送出出口孔口 864的速度。
大致上参考图9、10及11，显示另一实施方案，包括喷射悬浮系统，其中混合液及/ 或回送活性污泥循环通过不含吸附性材料的喷射喷嘴。此种循环提供吸附性材料及混合液于喷射喷嘴出口紧密混合，以及也提供湍流维持吸附性材料于生物反应器内部呈悬浮状。 湍流可为局限性湍流，例如在喷射喷嘴近处，造成离开喷射喷嘴844流体的涡旋及滚转。
图9示意显示一种废水处理系统900，包括在生物反应器902内部及膜操作系统 904上游的悬浮装置932。悬浮装置932包括流体连通至泵948的喷射喷嘴944及压缩气体源960。
系统900包括阻止至少大部分吸附性材料例如通过生物反应器902出口 908的筛选/分离系统922。
在某些实施方案中，混合液经由导管972、970自生物反应器902的流出物抽取入泵送装置948的入口 952，其中导管972是位于生物反应器902出口 908与膜操作系统904 的入口 910间。在额外实施方案中，回送活性污泥自来自膜操作系统904的导管914抽取入进入泵送装置948入口 952的管线970。在又一实施方案中，来自生物反应器902的流出物与来自膜操作系统904的回送活性污泥的组合液流用作为提供循环至泵的液体。来自流出物及/或回送活性污泥的液体经由管线955被泵送出泵送装置948的外，且被导引至与喷射喷嘴944 一体成型或否则呈流体连通的液体入口。协力地，压缩气体960经由管线 961被导引至与喷射喷嘴944 一体成型或否则呈流体连通的进气口，及被导引至混合腔室 966，于该处压缩气体膨胀及于喷嘴的出口孔口 964方向提供动能予混合液。已膨胀的气体及混合液于流体流方向，通过具有缩小截面积的喉部968，于喉部速度增高，及送出出口孔口 964的外。气体与液体的组合流强制进入生物反应器902，及在连续操作情况下，吸附性材料的固体颗粒因生物反应器902的液体湍流而维持悬浮。
图10示意显示废水处理系统的另一实施方案，其中废水处理系统1000包括于生物反应器1002内部及膜操作系统1004上游的悬浮装置1032。系统1000包括筛选/分离系统1022，其防止至少大部分吸附性材料例如通过生物反应器1002出口 1008。悬浮装置包括流体连结至泵1048的喷射喷嘴1044，来循环混合液而形成维持吸附剂悬浮的湍流。在曝气生物反应器1002，也设置含氧气体源(图中未显示)，诸如常规空气扩散装置或如本领域技术人员显然易知的可转送氧气进入混合液的任何数目的其它装置。
系统1000中的液流类似前文就图9显示及说明的系统900。如此，在某些实施方案中，混合液经由导管1072、1070自生物反应器1002的流出物抽取入泵送装置1048的入口 1052，其中导管1072位于生物反应器1002出口 1008与膜操作系统1004的入口 1010 间。在额外实施方案中，回送活性污泥自来自膜操作系统1004的导管1014抽取入进入泵送装置1048入口 1052的管线1070。在又一实施方案中，来自生物反应器1002的流出物与来自膜操作系统1004的回送活性污泥的组合液流用作为提供循环至泵的液体。
来自流出物及/或回送活性污泥的液体经由管线1055被泵送出泵送装置1048的外，且被导引至与喷射喷嘴1044—体成型或否则呈流体连通的液体入口。混合液于流体流方向，通过具有缩小截面积的喉部1068，于喉部速度增高，及送出出口孔口 1064的外。液流强制进入生物反应器1002，及于连续操作情况下，吸附性材料的固体颗粒因生物反应器 1002的液体湍流而维持悬浮。
在系统900及1000的某些实施方案中，可能需要设计系统的水力系统，使得流经泵的流速等于或大于流经系统的总流速，亦即通过流入物906、1006及流出物912、1012的流速表示。
图11示意显示于生物反应器1102(为求清晰阐释，在图中部分显示)内部的悬浮装置1132。悬浮装置1132包括流体连结至泵1148及气体源1160的喷射喷嘴1144。在有氧生物反应器1102的情况下，气体可为含氧气体；或在无氧生物反应器1102的情况下，气体可为无氧或基本上不含氧气体。
生物反应器1102出口 1150包括筛选装置1170，其防止至少大部分吸附性材料的通过。设置喷洒喷嘴1172或其它适当装置来自筛选装置1170去除蓄积。喷洒喷嘴1172可导引气体及/或液体来清洁筛选装置。在某些实施方案中(图中未显示)，喷洒喷嘴1172 可连结至泵及/或压缩气体源1160来提供加压流体清洁筛选装置1170。在额外实施方案中，可免除喷洒喷嘴1172，例如当筛选装置1170为活性筛选装置，诸如旋转筛等时，其可防止吸附性材料的蓄积。
如此，基本上不含吸附性材料的混合液包括MLSS及MLVSS被抽取通过管线1151， 自生物反应器1102出口 1150抽取入泵送装置1148入口 1152。混合物经由出口 IlM被泵送出泵送装置1148，通过管线1155被导入与喷射喷嘴1144整合一体或以其它方式呈流体连通的液体入口 1146。同时，压缩气体1160经由管线1161被导入与喷射喷嘴1144整合一体或以其它方式呈流体连通的气体入口 1158，及被导引至混合腔室1166，于该处，气体膨胀而于喷嘴出口孔口 1164方向提供动能予混合液与分散的吸附性材料的混合液流。已膨胀的气体、混合液及分散的吸附性材料通过于流体流动方向有缩小截面积的喉部1168，其中速度加快而送出出口孔口 1164的外。气体及液体的组合流强制进入生物反应器1102，而于连续操作情况下，吸附性材料的固体颗粒因生物反应器1102的液体湍流而维持悬浮。
在此处所述废水处理系统的某些实施方案中，系统包括气升悬浮系统，其可包括一根或多根导流管或一个或多个其它配置。一根或多根导流管的尺寸及形状适合期望应用，及容器诸如生物反应器或其它装置的体积适合执行悬浮吸附性材料，维持吸附性材料悬浮，混合吸附性材料遍及整个容器，及曝气容器环境包括需氧微生物中的一者或多者。基于放置于其中的容器尺寸及形状，气升悬浮系统可由各种尺寸及形状组成。气升悬浮系统可包括位于容器内的一根或多根导流管，其中吸附性材料结合于废水处理系统。如此处使用，”导流管”可为管子或有一个或多个侧壁开口于两端的其它结构，该导流管当设置于容器时提供流体流通道，且可包括固体粒子悬浮液，例如吸附性材料及相关固体以空气或其它气体悬浮于废水或混合液的悬浮液。
导流管可由任一种适合特殊目的的材料组成，只要其为防蚀性，于废水处理的典型条件下可对抗废水组分，及可耐受湍流流经及环绕导流管。例如，导流管可由容器的相同材料制成，或可由其它更轻且更廉价的材料制成，诸如塑料，包括玻璃纤维强化塑料、聚氯乙烯(PVC)、或亚克力。导流管可预成形用以插入容器，或制造成容器的部件。如此，导流管可设计而翻新目前系统。气升悬浮系统可支承于容器壁上，或可由容器底部支承，只要其允许流经及环绕导流管即可。另外，气升悬浮系统可由构造及配置以保有及悬浮一根或多根导流管于容器内部的额外结构所支承。
个别导流管可根据期望应用调整尺寸及形状，因而将吸附性材料悬浮于容器内部及/或于预定操作时间周期以内操作。导流管也可具有尺寸及形状来提供于导流管内部的期望的搅动程度以充分悬浮吸附性材料于容器内部或曝气容器环境。期望的气升悬浮系统体积可由单根导流管或具有总体积基本上等于期望体积的多根导流管提供。气升悬浮系统体积对容器体积的特定比可经选择来提供吸附性材料于导流管内部的最佳悬浮。个别导流管可具有任何形状的截面积，诸如圆形、椭圆形、方形、矩形、或任何不规则形状。个别导流管可具有任一种总体形状，诸如锥形、矩形及圆柱形。在一个实施方案中，导流管为圆柱形。 导流管的整体尺寸诸如长度、宽度、及高度可经选择来提供吸附性材料于容器内部的最佳悬浮。例如，导流管长度对导流管宽度或直径的特定比经选择来达成吸附性材料于容器内部的最佳悬浮。导流管可包括于容器内部的两相对侧壁呈称作为”槽”的配置。导流管的一端或两端可经构造及配置以协助吸附性材料的流进及/或流出导流管。例如，在导流管第一端的侧壁可包括一个或多个开口形成通道来允许部分位于在或接近在导流管第一端的容器的吸附性材料、废水、或其它内容物通过导流管侧壁进出。形成通道的开口可具有任何形状来允许吸附性材料有效悬浮于容器内部。例如，开口可为三角形、方形、半圆形或不规则形。多条通道可彼此相同及环绕导流管第一端均勻设置来均等分布吸附性材料流于导流管。
一根或多根导流管可位于容器内部任何适当位置，只要其提供吸附性材料于容器内部充分悬浮即可。例如，单根导流管可能但非必要地位置相对于容器侧壁取中。同理，单一容器内的多根导流管可随机定位或相对于容器侧壁以一致样式定位。单一容器内的多根导流管可但非必要地体积或截面积相等。例如，单一容器包括各种高度及截面积的圆柱形、 锥形及矩形导流管。在一个实施方案中，容器可具有第一截面积的取中定位的第一导流管， 及多根位置相邻于容器侧壁的第二导流管，其中第二导流管各自具有小于第一截面积的第二截面积。在另一实施方案中，容器有多根相同的导流管。在又另一实施方案中，第一导流管可位于第二导流管内部。在此实施方案中，导流管底部可彼此排齐，或可彼此偏位。
在另一实施方案中，导流管可包括一挡板来促进吸附性材料的悬浮。挡板可具有适合特定导流管的任何尺寸及形状。例如，挡板可为适合放置于导流管内表面上的板子或置于导流管内的圆柱体。在一个实施方案中，挡板可为取中定位于导流管内部的实心或中空圆柱体。在另一实施方案中，挡板可为裙边，其是位于气升悬浮系统中一根或多根导流管的第一端或第二端。挡板可由导流管的相同材料或与悬浮系统可兼容的不同材料制成。
导流管可位于其中的容器可具有适合联合气升悬浮系统悬浮吸附性材料的任何尺寸或形状。例如，容器可具有任何形状的截面积，诸如圆形、椭圆形、方形、矩形、或任何不规则形状。在有些实施方案中，容器可经构造或修改来促进吸附性材料的适当悬浮。在某些实施方案中，容器可经构造或修改而包括倾斜部于容器底部来促进吸附性材料的朝向气升悬浮系统移动。倾斜部可相对于容器底部夹角任何角度，来促进吸附性材料的朝向气升悬浮系统移动。
现在参考图12，示意显示根据一个实施方案用以维持吸附性材料悬浮于容器诸如生物反应器1202内部的气升悬浮系统1232实例。图12中，圆形单元表示气泡，小型实心单元或点表示吸附性材料，及不规则线性单元表示微生物或生质。气升悬浮系统1232包括一根或多根导流管1292，如前文说明，其构造、定位及尺寸可协助吸附性材料的升高及维持吸附性材料于悬浮。气体经由气体导管1290进入，及透过分配喷嘴或扩散器1291而被导引入导流管1292底部。在某些其它实施方案中，气体可透过气体导管1290的孔隙而被导引入导流管1292底部，而非导引入或结合分配喷嘴或扩散器1291。来自导管1290的气体可以类似粗气泡扩散器的方式，被导入位于指定位置的容器或生物反应器1202，及用作为氧气或其它气体来源来养活黏附至吸附性材料的微生物及混合液中自吸附性材料分离的微生物，及作为用以持吸附性材料及生质于生物反应器1202中悬浮的升力来源。具体地说， 由于气体含于导流管1292故提供向上升力。当气泡于导流管内侧升高时，其造成向上流， 提供管底的抽吸。此乃用以抽取混合液及吸附性材料通过管子及于槽内升高悬浮的动力。 气体循环提供于导流管内的充分升高来维持槽内容物充分搅动，使得吸附性材料的沉积变最小化或消失。此外，图12的配置提供充分混合与悬浮，而比较其它混合及悬浮系统，有显著较少能量需求。例如，使用吸附性材料的生物反应器1202中的气升系统1232所需能量低抵其它悬浮系统所需能量的十分的一，且可能只要能生物系统需要的气体。虽然以多根导流管构造及位于气体源近处显示及说明气升悬浮系统1232，但可采用其它结构，诸如于生物反应器内部的一个或多个槽，或产生前述气升现象的其它适当结构。此外，图12所示方向键仅供举例说明流体流遍整个系统的一种可能方式，及依据系统参数而定，包括容器的尺寸及形状、导流管的尺寸、形状及数目、及空气流速，流体可以任一种方式流经系统。图13A及13B显示结合沉积区段1382作为分离次系统的一部分的本发明的额外实施方案。在图13A及13B中，实心黑单元表示吸附性材料，及不规则线性单元表示微生物或生质。生物反应器1302包括用以接纳欲处理的废水的入口 1306及流体连结至膜操作系统(图中未显示)的出口 1308。沉积区段1382例如静止区段是位于出口 1308近端，大致上由挡板1380及1381所限定，挡板的定位及尺寸可导引吸附性材料远离沉积区段1382。 因于沉积区段1382由生物反应器1302中的喷射曝气或其它悬浮系统导致的湍流基本上减少，故流过挡板1380上方的液体与吸附性材料的组合混合物沉积。具有比悬浮生物固体更高密度的吸附性材料沉积，而当其离开沉积区段1382时通过位于沉积区段1382外侧由悬浮系统所引起的湍流而返回悬浮。如图13A所示，筛选装置1322也设在出口 1308近处。 因相邻沉积区段1382而被筛选装置1322阻挡的吸附剂量减至最低。在某些优选实施方案中，筛选装置1322位于挡板系统内部，位距挡板足够距离来确保大部分吸附性材料将于到达网筛之前自混合液分离/沉积。结果，筛选装置1322将接纳较少吸附剂粒子，其可能黏附至网筛表面且加速网筛的堵塞/秽垢。当筛选系统组合挡板系统使用时，网筛的堵塞/ 秽垢将大减，网筛清洁频率亦大减。但预期于某些实施方案中，筛选装置1322可全然去除。环绕曝气槽出口 1308使用挡板减低由悬浮装置所提供的混合能而留下沉积区段1382不含湍流及升高的气泡，因此于混合液送出槽之前，通过流出物洗涤器可自混合液中分离较致密的吸附剂颗粒。挡板系统允许紧密吸附性材料自混合液分离，而同时导引混合液返回曝气槽的混合区段。也预期涵盖生物反应器内部的其它沉积区段系统。例如，可使用前述任何网筛，或容后详述，可使用堰替代筛选装置1322。
沉积区段组合经由泵送、混合或喷射曝气提供的剪切动作允许已经有过量生质自其中剪切的吸附性材料于未混合区沉积。吸附性材料将沉积至此区底部及再进入混合液。图13显示具有堰1323的沉积区段的另一实施方案。低密度生质流经堰1323上方而吸附剂沉积。当吸附剂离开静止区时，其混合槽的已搅动的内容物包括混合液悬浮固体及吸附剂而再悬浮。在本发明的实施方案中，包括一种沉积区段具有吸附性材料废物排放埠口，废物排放埠口优异地是位于沉积区段近处。如此允许废物吸附性材料被去除同时减少混合液的移除。本发明有用的吸附性材料包括各类型碳，诸如活性炭。具体地说，粒状活性炭极为有效，原因在于颗粒的大小范围及密度可经选择来允许其保留于系统的预定部分，藉此防止其秽垢及/或磨蚀该等膜。其中粒状活性炭未接受显著剪切力及/或颗粒间碰撞的系统中，粒状活性炭可自木头、椰子、蔗渣、锯木屑、泥炭、制浆厂废料、或其它以纤维素为主的材料制造。一个适当实例为具有标称网眼尺寸14x35 (基于美国标准筛列)的MeadWestvaco Nuchar WV-B0在额外实施方案中，特别其中剪切力由泵及/或喷射喷嘴内的湍流及/或颗粒间碰撞所提供的例，期望使用有较高硬度值的吸附性材料。例如，衍生自浙青或以煤为主的材料的粒状活性炭为有效。在特定实施方案中，粒状活性炭衍生自褐煤。也可提供碳材料其经改性及/或其种类提供对废水中的某些化学品类别及/或金属的亲和力。例如，在有相当高浓度汞的废水中，至少一部分吸附性材料优选包括浸渍以碘化钾或硫的粒状活性炭。其它处理及/或浸渍种类可提供来靶定特定金属、其它无机化合物及/或有机化合物。此外，吸附剂可为活性炭以外的材料。例如，以铁为主的化合物或合成树脂可单独或组合其它吸附性材料，例如组合粒状活性炭而用作为吸附性材料。又进一步，可使用靶定某些金属、其它无机化合物及/或有机化合物的活性炭以外的经处理的吸附性材料。例如， 在含相对高浓度铁及/或锰的废水中，至少一部分吸附剂可包括粒状二氧化锰过滤介质。 于含砷废水中，至少一部分吸附剂可包括粒状氧化铁复合物。在含铅或重金属的废水中，至少一部分吸附剂可包括粒状铝硅酸盐复合物。在一个实施方案中，吸附性材料可基于期望的比重范围选用。为了于可接受的能量耗用/成本范围以内维持吸附性材料的悬浮，期望比重范围相对接近废水比重。另一方面，其中分离至少一部分基于材料沉积的实施方案中，以较高比重为适合。大致上，在20°C 水中比重优选大于约1.05。在某些实施方案中，在20°C水中比重大于约1.10。在某些实施方案中，比重的适当上限于20°C水中约为2. 65。因此，选择具有下述比重范围的吸附性材料，该比重提供充分悬浮及因而提供与废水及其污染物的充分接触。此外，在某些实施方案中，比重范围提供足够沉积特性供随后自废水去除吸附性材料。在额外实施方案中，吸附性材料的比重的选择基于维持吸附性材料于悬浮所需的能量为最小化。此外，期望的吸附性材料诸如粒状活性炭具有下述硬度水平，该硬度可将因颗粒间碰撞及其它制程效应造成的细料及其它微粒的形成减至最低。分离次系统设计来保有藉此防止其进入膜操作系统的吸附性材料的尺寸经最佳化来减少吸附性材料及细料进入膜操作系统的数量。因此，本发明的方法及系统减少因碳颗粒或其它颗粒材料撞击膜所造成的磨蚀及秽垢，同时仍然提供与使用吸附性材料包括活性炭相关联的操作优点。吸附性材料的适当颗粒大小经选择来弥补所选用的筛选/分离方法，及接受处理的特定废水的需要。在某些优选实施方案中，吸附性材料的有效颗粒大小下限经选择使得其易自进入该等膜所在的膜操作系统槽的混合液流中分离。大致上，吸附性材料的有效颗粒大小具有约0. 3毫米的下限，此处大于约99. 5重量％吸附性材料高于下限；优选具有约
0.3毫米下限至约2. 4毫米上限(基于美国标准筛列，对应于筛号50至筛号8)，此处大于 99. 5重量％吸附性材料落在下限至上限间；以及在某些优选实施方案中约0. 3毫米至约
1.4毫米(基于美国标准筛列，对应于筛号50至筛号14)，此处大于99. 5重量％吸附性材料落在下限至上限间。业已证实具有约0. 5毫米至约0. 6毫米的最低有效颗粒大小的粒状活性炭容易且有效地使用适当分离系统自混合液筛选，及于具有适当密度的粒状活性炭， 此种有效尺寸也可有效维持悬浮。
实施例现在将通过下列非限制性实施例举例说明本发明。实施例1测试规模可编程逻辑控制膜生物反应器系统(Petro MBR测试单元来自美国威斯康星州罗斯奇西门子水技术公司)具有有个缺氧区段的曝气槽，容量约3，785升(1) (1,000 加仑(gal))及相于市售膜生物反应器系统的膜操作系统，其经修改来配合本发明所述粒状活性炭的添加。楔形丝网筛是位于自曝气槽转运混合液至膜操作系统的泵入口。含水的基本合成进料具有下列有机/无机物质浓度48克/升(48盎司/立方英尺(oz/cf))乙酸钠；16克/升(16盎司/立方英尺)乙二醇；四克/升( 盎司/立方英尺)甲醇；1.9克/升(1.0盎司/立方英尺)氢氧化铵；以及0.89克/升(0.89盎司/立方英尺)磷酸。氢氧化铵及磷酸为膜生物反应器系统内部细菌的妥当营养平衡来源。制备有高浓度生物难处理的及/或生物抑制性有机化合物的样本废水混合物。具体地说，样本废水混合物含有下列生物难处理的及/或生物抑制性有机化合物的浓度90 毫克/升(0. 09盎司/立方英尺)EDTA ;30毫克/升(0. 03盎司/立方英尺)邻苯二甲酸二正丁酯，120毫克/升(0. 12盎司/立方英尺)2，4- 二硝基酚，21毫克/升(0. 021盎司 /立方英尺)2，4- 二硝基甲苯及75毫克/升甲基叔丁基醚。混合物进给至缺氧槽。膜生物反应器首先未使用粒状活性炭操作来获得基准线值。判定于添加粒状活性炭前，在长期生物驯化使得膜生物反应器完全驯化后，流出物中只有约92%生物难处理的及/或生物抑制性有机化学需氧量(COD)化合物被移除，如此允许约8%这些化合物(以 COD测量)进入流出物。为了测定粒状活性炭的功效，3800克(134盎司)具有标称网眼尺寸14x35(基于美国标准筛列)的MeadWestvaco Nuchar^ffV B添加至曝气槽，及供应空气至曝气槽的鼓风机调整至每分钟进给21M标准升(slm) (75scfm)至曝气槽，供应过量空气来维持粒状活性炭悬浮。添加至曝气槽的粒状活性炭量基单元中混合液悬浮固体的20%，测得约为5000 毫克/升(5盎司/立方英尺)。
在MLVSS驯化后，总膜操作系统流出物COD浓度低于4%，因而达成测量为COD的生物难处理的及/或生物抑制性有机化合物的大于96%去除。图14为图表显示于膜生物反应器系统的各个生物驯化阶段，生物难处理的及/或生物抑制性化合物浓度(以毫克/ 升表示)，及剩余流出物浓度(占初始的百分比)。具体地说，图14显示于添加粒状活性炭前(阶段A)、驯化周期期间(阶段B)、及驯化后(阶段B)，流出物浓度的比较。一旦粒状活性炭添加至系统，流出物COD浓度有极为显著的初步降低，未显示于图14原因在于粒状活性炭的吸附能力在少于一日内耗尽。然后稳定化系统使得处理后剩余约6. 5%进料COD。 如此表示一段周期时间其中碳的吸附能力被耗尽，而粒状活性炭上的生质开始发挥作用而消化被测定为COD的生物抑制性化合物。细菌变成完全建立在粒状活性炭表面上后，如使用电子显微镜评估证实，附着生长/固定式薄膜系统的效果变显著。流出物中剩余COD浓度降至低于进料COD浓度的4%，提供用于生物难处理的及/或生物抑制性有机化合物的高度浓缩进料大于96%的COD去除效率。使用本发明的方法及系统经由将碳挡在膜操作系统槽的外而免除膜的堵塞及磨蚀。经由使用较大尺寸碳颗粒，碳颗粒的筛选及/或分离变成可能。另一方面，粉末活性炭的小型粒径妨碍其自混合液的有效过滤。实施例2实验室粒子悬浮液标度测试使用2000毫升量筒进行，量筒有转子流量计连结至压缩气体源及来自转子流量计出口的管子至到达量筒底部的管子。20克(0. 7盎司)经彻底干燥的粒状活性炭置于量筒。也添加室温蒸馏水至量筒来湿润粒子。量筒内容物以刮勺混合而悬浮全体内容物及去除气泡。以递增速率添加空气至量筒内的管子直至第一固体悬浮，及记录气流。递增气流量直至约50%固体悬浮(以留在量筒底的碳量为基准)，及记录气流。再度提高气流量直至全部粒状活性炭皆悬浮。记录终气流量。结果显示于表1。
表权利要求
1.一种用于处理废水的废水处理系统，包括经构造和配置以接纳和处理废水的第一生物反应区段；包括分离次系统的第二生物反应区段，所述的第二生物反应区段经构造和配置以接纳来自所述的第一生物反应区段的流出物；在所述的第二生物反应区段中的用于吸附性材料的混悬系统；位于所述的第二生物反应区段下游的膜操作系统，其经构造及配置以接纳来自所述的第二生物反应区段的已处理的废水及排放膜渗透物。
2.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的第一生物反应区段和所述的第二反应区段是相同容器的隔开的部分。
3.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的第一生物区段和所述的第二生物区段位于分离的容器中。
4.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的分离次系统包括位于所述的第二生物反应区段的出口的网筛。
5.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的分离次系统包括位于所述的第二生物反应区段近端的沉积区段。
6.权利要求5所述的废水处理系统，其中所述的沉积区段包括位置及尺寸以限定静止区段的第一挡板及第二挡板，在所述的静止区段中所述的吸附性材料自混合液分离且沉积于所述的第二生物反应区段底部的混合液内。
7.权利要求5所述的废水处理系统，进一步包括位于所述的第二生物反应区段的出口近端的网筛。
8.权利要求5所述的废水处理系统，进一步包括位于所述的第二生物反应区段的出口近端的堰。
9.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的第一生物反应区段和第二生物反应区段经构造及配置以支持生物氧化。
10.权利要求6所述的废水处理系统，进一步包括位于所述的第一生物反应区段上游的缺氧区段。
11.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的悬浮系统包括气升悬浮系统。
12.权利要求11所述的废水处理系统，其中所述的气升悬浮系统包括位于所述的第二生物反应区段内的至少一根导流管，和位置及尺寸导引气体至导流管的入口端的具有一个或多个孔隙的气体导管。
13.权利要求11所述的废水处理系统，其中所述的气升悬浮系统包括位于所述的第二生物反应区段内的至少一个导流槽，和位置及尺寸导引气体至导流槽底部的具有一个或多个孔隙的气体导管。
14.权利要求13所述的废水处理系统，其中所述的导流槽是由位于所述的第二生物反应区段内的一对挡板形成。
15.权利要求1所述的废水处理系统，其中所述的悬浮系统包括喷射悬浮系统。
16.如权利要求1所述的废水处理系统，进一步包括与所述的第二生物反应区段连通的吸附性材料源导入装置；构造及配置以测定系统参数的传感器；以及与所述的传感器电子通讯、且经编程以基于所测得的所述的系统参数来指导动作表现的控制器。
17.权利要求16所述的废水处理系统，其中所述的测量的参数为一种或多种预定化合物的浓度。
18.权利要求16所述的废水处理系统，其中所述的动作包括自所述的第二生物反应区段移除至少一部分吸附性材料。
19.权利要求16所述的废水处理系统，其中所述的动作包括添加吸附性材料至所述的第二生物反应区段。
20.一种用于处理废水的废水处理系统，包括具有废水入口及第一区段混合液出口的第一生物反应区段， 第二生物反应区段，其具有与所述的第一区段混合液出口流体连通的混合液入口， 用于吸附性材料的悬浮系统， 第二区段混合液出口，和与所述的第二区段混合液出口相关联的分离次系统；以及位于所述的第二生物反应区段下游的膜操作系统，其具有与所述的第二区段混合液出口流体连通的入口，及已处理的流出物出口。
21.权利要求20所述的废水处理系统，其中所述的第一生物反应区段及所述的第二生物反应区段为相同容器的隔开区段。
22.权利要求20所述的废水处理系统，其中所述的第一生物反应区段及所述的第二生物反应区段位于分开的容器。
23.一种用于处理废水的方法，包括将混合液导入第一生物反应区段来形成已处理的混合液； 将所述的已处理的混合液送至第二生物反应区段；将吸附性材料悬浮于所述的第二生物反应区段的所述的已处理的混合液，悬浮动作在促进已处理的混合液内的污染物吸附至所述的吸附性材料上的条件下操作；以及将基本上不含吸附性材料的流出物自所述的第二生物反应区段送至膜操作系统，同时维持吸附性材料在所述的第二生物反应区段中。
全文摘要
提供一种废水处理系统，包括第一生物反应区段、第二生物反应区段以及膜操作系统。该第一生物反应区段经构造及配置以接纳及处理该废水。该第二生物反应区段包括分离次系统，且经构造及配置以接纳来自该第一生物反应区段的流出物。用于吸附性材料的悬浮系统设置在该第二生物反应区段中。该膜操作系统位于该第二生物反应区段下游，且经构造及配置以接纳来自该第二生物反应区段的已处理的废水及排放膜渗透物。
文档编号C02F3/00GK102548911SQ201080026818
公开日2012年7月4日 申请日期2010年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者C·L·费尔奇, C·库利, M·A·阿尔-哈里, M·佩特森, M·豪德谢尔, S·沙法里克, T·E·舒尔茨, W·G·康纳 申请人:沙特阿拉伯石油公司, 西门子工业公司