專利名稱：廢水處理系統(tǒng)和廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及廢水處理系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的方面能夠在寬范圍的流入物流量和污染物負(fù)載率內(nèi)以合理成本由廢水流入物生產(chǎn)出高質(zhì)量流出物。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，有關(guān)由市政廢水處理系統(tǒng)排放的污染物的法規(guī)日益嚴(yán)苛。作為應(yīng)對(duì)措施，很多市政當(dāng)局采用了新的廢水處理系統(tǒng)或?qū)ΜF(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造以減少污染物排放。污染物可以是很多種形式，最常見的形式有生化需氧物(Biochemical Oxygen Demand，簡(jiǎn)稱BOD)、化學(xué)需氧物(ChemicalOxygen Demand(COD))、總懸浮固體(Total Suspended Solids，簡(jiǎn)稱TSS)、氨、總氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽和磷。
生物處理系統(tǒng)如傳統(tǒng)的活化淤泥系統(tǒng)和膜生物反應(yīng)器是減少?gòu)U水流入物中污染物的方法之一。生物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行需能夠保留足夠量的活化淤泥以使得能夠充分降低由系統(tǒng)處理的水中所含的污染物負(fù)載量?；罨倌嗔颗c系統(tǒng)的固體停留時(shí)間(SRT)有關(guān)，而在各種條件下處理各種污染物所需的最小SRT通常是眾所周知的。傳統(tǒng)活化淤泥系統(tǒng)能夠借助于沉降或澄清設(shè)備保留活化淤泥并且能夠保持足夠的SRT來(lái)處理污染物，前提是向沉降池或澄清器的流動(dòng)和活化淤泥濃度都在合理的限度內(nèi)，這取決于沉降池或澄清器的面積以及活化淤泥的特性。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)能夠借助于膜過(guò)濾設(shè)備保留活化淤泥并且能夠以明顯高于傳統(tǒng)活化淤泥系統(tǒng)的典型濃度的活化淤泥濃度成功地運(yùn)行，但是在處理不時(shí)出現(xiàn)的高流速方面的能力受到更大限制。
市政廢水系統(tǒng)處理的流體的流速和污染物負(fù)載量可以隨時(shí)間而顯著變化，所述的流體包括工業(yè)廢水、居民廢水、和沉淀流失物。除了通常的每日變化外，明顯的降雨也能夠引起廢水流體流速和污染物負(fù)載量中的短期高峰。已經(jīng)開發(fā)出能夠有效地適應(yīng)不斷變化的流速和污染物負(fù)載量的幾種系統(tǒng)，包括與流動(dòng)平衡儲(chǔ)存罐聯(lián)用的膜生物反應(yīng)器、帶有用于洪峰流量處理的附加膜的膜生物反應(yīng)器、帶有平行的化學(xué)處理系統(tǒng)的傳統(tǒng)活化淤泥系統(tǒng)、以及帶有尺寸加大的罐和澄清器的傳統(tǒng)活化淤泥系統(tǒng)。每種所述的能夠有效適應(yīng)變化的流速和污染物負(fù)載量的系統(tǒng)都顯著增加廢水處理廠操作成本和占地面積，并且那些利用平行化學(xué)處理系統(tǒng)的系統(tǒng)不能生產(chǎn)出高質(zhì)量的流體。
變化的流速和污染物負(fù)載量正是設(shè)計(jì)廢水處理系統(tǒng)時(shí)必須考慮的兩個(gè)因素。廢水的特性包括其溫度和其所含的污染物的種類是另外一個(gè)必須考慮的因素。很多生物處理系統(tǒng)采用兩種生物材料來(lái)減少?gòu)U水的氨、有機(jī)物質(zhì)、和硝酸鹽濃度自養(yǎng)生物(也稱為“硝化菌”)，用于將氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；異養(yǎng)生物，用于除去有機(jī)物質(zhì)和硝酸鹽?！跋趸钡纳L(zhǎng)速度通常遠(yuǎn)低于異養(yǎng)生物。另外，廢水溫度也顯著影響硝化菌的生長(zhǎng)速度。例如參見，Grady等人，Biological Wastewater Treatment，第2版，Marcel Dekker，N.Y.(1999)。
在北方氣候條件下，冬季廢水溫度有時(shí)為10℃以下。為了確保在冬季滿足排放要求的有效硝化，通常將在這種氣候條件下的廢水處理系統(tǒng)的固體停留時(shí)間設(shè)計(jì)為8天以上。固體停留時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)所需要的流體容量越高。傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中固體停留時(shí)間的增加也增大了混合液懸浮固體濃度、要求更大容量的通風(fēng)系統(tǒng)和二次澄清器，由于諸如應(yīng)答和運(yùn)行成本更高以及需要占地面積更大等因素而往往會(huì)增加廢水處理廠的成本。
作為大通風(fēng)系統(tǒng)和二次澄清器的替代方案，一些系統(tǒng)通過(guò)硝化菌生物積累法以低固體停留時(shí)間取得了良好的除氮效果，在該方法中加入了來(lái)自獨(dú)立種源的硝化菌。例如，包括某些滴濾器/活化淤泥方法在內(nèi)的廢水處理系統(tǒng)可以在滴濾器中將氨部分硝化。例如參見Daigger等人的“Processand Kinetic Analysis of Nitrification in Coupled Trickling Filter/ActivatedSludge Processess”，Water Environment Research，第65卷，第679-685頁(yè)(1993)。在滴濾器中生長(zhǎng)的硝化菌能夠脫離滴濾器而在活化淤泥方法中“播種”，能夠在懸浮生長(zhǎng)的生物反應(yīng)器中以降低的固體停留時(shí)間穩(wěn)定硝化。
在題目為“Bioaugmentation to Achieve Nitrification in ActivatedSludge Systems”的McMasters University的1996年碩士論文中，Constantine描述了硝化菌生物積累的另一個(gè)例子。兩個(gè)平行定序間歇反應(yīng)器以兩個(gè)不同的固體停留時(shí)間運(yùn)行。其中一個(gè)定序間歇反應(yīng)器的固體停留時(shí)間的長(zhǎng)度足以徹底硝化，該反應(yīng)器稱為“供體”反應(yīng)器。另一個(gè)定序間歇反應(yīng)器的固體停留時(shí)間短到不足以進(jìn)行顯著的硝化，該反應(yīng)器稱為“受體”反應(yīng)器。來(lái)自供體反應(yīng)器的廢活化淤泥被送到受體反應(yīng)器中，導(dǎo)致硝化菌從供體反應(yīng)器到受體反應(yīng)器的恒定供應(yīng)。這使得與不需要生物積累時(shí)相比，在受體反應(yīng)器中能夠發(fā)生的顯著硝化的固體停留時(shí)間要短。(也參見Constantine的美國(guó)專利6723244號(hào))。
在Tendai-Xavier在1983年于Royal Technical University所作的題為“Biological Treatment of Sludge Water from Centrifugation of DigestedSludge”的論文中，提出了一種兩步廢水處理法。該論文概略地教導(dǎo)在廢水廠內(nèi)生產(chǎn)的脫水離心物上生長(zhǎng)硝化細(xì)菌并將硝化細(xì)菌接種到初級(jí)廢水物流中。但是，Tendaj-Xavier觀察到，該系統(tǒng)高的初始投資成本和/或大的空間需求將使其無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。
美國(guó)專利5811009(Kos)中描述的方法也依賴于生物積累。也參見P.Kos的“Short SRT(Solids Retention Time)Nitrification Process/Flowsheet”，Wat.Sci.Tech.，第38卷第1期第23-29頁(yè)(1998)。Kos方法的結(jié)構(gòu)減輕了Constantine提議的方法(1996)的某些缺點(diǎn)。Kos的系統(tǒng)增加了一個(gè)不同于主要廢處理物流的側(cè)流反應(yīng)器以處理來(lái)自厭氧消化池的循環(huán)物流。這些循環(huán)物流富含厭氧消化期間釋放的氨，并且支持硝化菌在側(cè)流反應(yīng)器中的富集培養(yǎng)。通常要升高循環(huán)物流的溫度以促進(jìn)硝化。Kos的穩(wěn)態(tài)模擬教導(dǎo)了所描述的方法能夠以短固體停留時(shí)間進(jìn)行主要廢處理物流的硝化。
Kos方法的結(jié)構(gòu)具有潛在的問(wèn)題，特別是與側(cè)流裝置操作有關(guān)的問(wèn)題。例如●該系統(tǒng)可能需要高補(bǔ)充堿度以維持工藝穩(wěn)定。
●該工藝中基質(zhì)和產(chǎn)品抑制使得該方法不穩(wěn)定，正如Anthonisen等人在“Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid”，Journal of the Water Pollution Control Federation，第48卷，第835-852頁(yè)(1976)中描述的那樣。
●強(qiáng)化硝化菌培養(yǎng)物的差沉降性能可能與維持側(cè)流反應(yīng)器中一致的固體停留時(shí)間發(fā)生沖突。例如參見“U.S.Environmental ProtectionAgency，Process Design Manual for Nitrogen Control，”EPA/625/R-93/010，U.S.Environmental Protection Agency，Cincinnati，Ohio(1993)。
這些專利和其他出版物以及下面提到的任何專利或其他出版物的每個(gè)的全文都引入本發(fā)明中作為參考。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)的示意性概略圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)的示意性概略圖。類似于圖1。
具體實(shí)施例方式
A.概要本發(fā)明的各種實(shí)施方案提供了處理廢水的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的很多實(shí)施方案能夠接收超過(guò)一個(gè)以上環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的流入物并且排放出滿足當(dāng)前環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(包括對(duì)BOD、COD、TSS、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮、和磷含量的限制)的流出物?？梢赃x定本發(fā)明的這些方面將“通常”操作中的處理能力最大化，而即使在高輸入量期間也仍然能夠用相同的系統(tǒng)得到可接受的排放質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的廢水處理方法包括將具有污染物濃度的廢水分成具有超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第一污染物濃度的第一廢水部分和具有超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第二污染物濃度的第二廢水部分。所述污染物的第一和第二濃度可以相同。可以將大致含有第一濃度的第一廢水部分送到膜生物反應(yīng)器中。膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物。該流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。大致含有第二濃度的第二廢水部分可以被送到生物廢水處理系統(tǒng)。生物廢水處理系統(tǒng)生產(chǎn)出流出物。該流出物的污染物濃度高于允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。至少一部分來(lái)自膜生物反應(yīng)器的流出物與至少一部分來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物混合以產(chǎn)生污染物濃度不高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
本發(fā)明的另外一個(gè)備選實(shí)施方案提供了廢水處理系統(tǒng)，其包括流入物分流器、第一廢水處理器、第二廢水處理器、和流出物路徑。流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠接收污染物濃度超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的流入物，并且能夠?qū)⒌谝徊糠至魅胛锼偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛锼偷降诙肟?。第一廢水處理器與第一入口流體連通，包括第一出口和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器。第一廢水處理器的構(gòu)造能夠生產(chǎn)污染物濃度低于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第一流出物。第二廢水處理器與第二入口流體連通，包括第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)。第二廢水處理器的構(gòu)造能夠生產(chǎn)污染物濃度高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第二流出物。流出物路徑的構(gòu)造能夠接收至少一部分所述第一流出物和至少一部分所述第二流出物并且能夠傳送污染物濃度不高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方案提供了廢水處理方法，其包括將污染物負(fù)載量超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流分成具有第一污染物負(fù)載量的第一廢水部分和具有第二污染物負(fù)載量的第二廢水部分。當(dāng)負(fù)載量不大于膜生物反應(yīng)器(其具有第一固體停留時(shí)間)的負(fù)載能力時(shí)，第一負(fù)載量是該負(fù)載的至少約35％；當(dāng)負(fù)載量大于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力時(shí)，第一負(fù)載量不低于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力的約50％，例如75％以上。大致含有第一負(fù)載量的第一廢水部分被送到膜生物反應(yīng)器。由膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物；該流出物的污染物負(fù)載量低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。大致含有第二負(fù)載量的第二廢水部分被送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)。第二固體停留時(shí)間不大于第一固體停留時(shí)間并且最好顯著短于第一固體停留時(shí)間。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案提供的廢水處理方法包括將具有流速并且污染物濃度超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流分成具有流速的第一廢水部分和具有流速的第二廢水部分。當(dāng)廢水流的流速不大于膜生物反應(yīng)器(其具有第一固體停留時(shí)間)的流速能力時(shí)，第一廢水部分的流速是該流速能力的至少約50％；當(dāng)廢水流的流速大于膜生物反應(yīng)器的流速能力時(shí)，第一廢水部分的流速不低于膜生物反應(yīng)器的流速能力的約50％，例如75％以上。第一廢水部分被送到膜生物反應(yīng)器并且由膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物。該流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。第二廢水部分被送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)。第二固體停留時(shí)間不大于并且最好顯著短于第一固體停留時(shí)間。
另外一個(gè)備選實(shí)施方案提供了廢水處理系統(tǒng)，其包括第一廢水處理器、第二廢水處理器、流入物分流器、和程序控制器。第一廢水處理器包括第一入口、第一出口、和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)器具有第一固體停留時(shí)間和流速能力。第二廢水處理器包括第二入口、第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)。該生物廢水處理系統(tǒng)具有短于第一固體停留時(shí)間的第二固體停留時(shí)間。流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒕哂辛魉俚牡谝徊糠至魅胛锼偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛锼偷降诙肟凇３绦蚩刂破鞅徊僮餍缘剡B接到流入物分流器中以控制第一和第二廢水部分的流速參數(shù)使得當(dāng)流入物流速不大于膜生物反應(yīng)器流速能力時(shí)，第一流速是流入物流速的至少約65％；并且當(dāng)流入物流速大于生物反應(yīng)器流速能力時(shí)，第一流速不低于膜生物反應(yīng)器流速能力的約75％。
再一個(gè)實(shí)施方案提供了處理廢水的方法，該方法采用包括具有生物反應(yīng)器目標(biāo)流速的膜生物反應(yīng)器的系統(tǒng)以及具有最小流速的生物廢水處理系統(tǒng)。具有流速并且污染物濃度超過(guò)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流被分流成具有第一流速的第一廢水部分和具有第二流速的第二廢水部分。當(dāng)廢水流速不大于流速限制點(diǎn)(其等于生物反應(yīng)器目標(biāo)流速和最小流速之和)時(shí)，第二流速大致為最小流速并且第一流速包括廢水流速減去第二流速。當(dāng)廢水流速大于流速限制點(diǎn)時(shí)，第一流速大致為生物反應(yīng)器目標(biāo)流速并且第二流速包括廢水流速減去第一流速。第一廢水部分被送到膜生物反應(yīng)器并且由該膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物。該生物反應(yīng)器流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。第二廢水部分被送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)，所述第二固體停留時(shí)間不高于、最好低于第一固體停留時(shí)間。
根據(jù)再一個(gè)實(shí)施方案的處理廢水的方法包括將第一廢水物流送到一步生物處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有生產(chǎn)第一流出物的膜生物反應(yīng)器。第一廢水物流包括高于允許BOD排放標(biāo)準(zhǔn)的生化需氧物(BOD)濃度并且第一流出物的BOD濃度不大于允許BOD排放標(biāo)準(zhǔn)。將含有廢水污染物濃度的第二廢水物流送到生物廢水處理系統(tǒng)以生產(chǎn)第二流出物，該流出物的流出物污染物濃度低于廢水污染物。一部分來(lái)自一步生物處理系統(tǒng)的廢活化淤泥被送到生物廢水處理系統(tǒng)中。廢活化淤泥可能包括至少約35重量％的異養(yǎng)物，不高于約8重量％，如3重量％以下，的自養(yǎng)物。任選地，廢活化淤泥可能包括至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
另外一個(gè)備選實(shí)施方案提供的廢水處理系統(tǒng)包括第一廢水處理器、第二廢水處理器、流入物分流器、和程序控制器。第一廢水處理器包括第一入口、第一出口、和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)器具有第一固體停留時(shí)間和負(fù)載能力。第二廢水處理器包括第二入口、第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)。該生物廢水處理系統(tǒng)具有短于第一固體停留時(shí)間的第二固體停留時(shí)間。流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒌谝徊糠至魅胛锼偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛锼偷降诙肟凇３绦蚩刂破鞅徊僮餍缘剡B接到流入物分流器中以控制第一和第二廢水部分的流速參數(shù)，使得當(dāng)系統(tǒng)流入物的負(fù)載量不大于膜生物反應(yīng)器負(fù)載能力時(shí)，第一部分的負(fù)載量是流入物負(fù)載量的至少約35％；并且當(dāng)流入物負(fù)載量大于生物反應(yīng)器負(fù)載能力時(shí)，第一部分的負(fù)載量不低于膜生物反應(yīng)器負(fù)載能力的約50％。
便于理解起見，將下面的討論用帶下劃線的標(biāo)題分為兩部分。第一部分描述了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)。第二部分描述了根據(jù)本發(fā)明其他實(shí)施方案的廢水處理方法。
B.廢水處理系統(tǒng)圖1和圖2分別示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)10和100。圖1的系統(tǒng)10主要包括一對(duì)平行的處理廢水的生物系統(tǒng)。廢水被送到系統(tǒng)10的流入物分流器20，流入物分流器20將來(lái)自入口管22的流入物物流I分成兩個(gè)獨(dú)立的流入物物流Ia和Ib。流入物物流I和兩個(gè)獨(dú)立的流入物物流Ia和Ib可以含有其含量超過(guò)該特定污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)的一種以上污染物。
不同的污染物具有不同的允許排放標(biāo)準(zhǔn)，這些排放標(biāo)準(zhǔn)通常是由政府機(jī)構(gòu)或規(guī)章制定部門規(guī)定的并且可以基于濃度、負(fù)載量、或既基于濃度又基于負(fù)載量。基于濃度的標(biāo)準(zhǔn)通常表示為每體積水的污染物質(zhì)量；基于負(fù)載量的標(biāo)準(zhǔn)通常表示為每時(shí)間段的污染物質(zhì)量。例如，基于濃度的允許排放標(biāo)準(zhǔn)可以表示為對(duì)于磷為2mg P/L；對(duì)于總氮為10mg N/L；對(duì)于氨為7mg N/L?；谪?fù)載量的允許排放標(biāo)準(zhǔn)可以表示為例如，對(duì)于磷為200lbsP/天；對(duì)于總氮為1000lbs N/天；對(duì)于氨為700lbs N/天。當(dāng)允許排放標(biāo)準(zhǔn)既基于濃度又基于負(fù)載量時(shí)，氨排放標(biāo)準(zhǔn)可以表示為對(duì)于氨為700lbs N/天并且氨的日平均最大允許濃度為2mg N/L以保證沒有一天出現(xiàn)過(guò)高的氨濃度。
認(rèn)識(shí)到工廠排放廢水的流速允許將基于負(fù)載量的允許排放標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為基于濃度的排放標(biāo)準(zhǔn)，反之亦然。例如，如果對(duì)于氨而言基于負(fù)載量的允許排放標(biāo)準(zhǔn)為700lbs N/天且被排放廢水的流速為1000萬(wàn)加侖每天(10MGD)，那么氨的目標(biāo)排放濃度將為平均8.4mg N/L。注意，基于負(fù)載量的排放標(biāo)準(zhǔn)不隨工廠排放的廢水的流速的波動(dòng)而變化，但是基于濃度的排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)隨工廠排放的廢水的流速的波動(dòng)而變化。例如，如果氨的允許排放標(biāo)準(zhǔn)為700lbs N/天(基于負(fù)載量的排放標(biāo)準(zhǔn))，并且廢水的流速是1000萬(wàn)加侖每天(10MGD)，那么氨的目標(biāo)流出物濃度將為平均8.4mg N/L。但是，如果流速增大到30MGD流量，那么基于負(fù)載量的氨允許排放標(biāo)準(zhǔn)(為初始標(biāo)準(zhǔn))將保持為700lbs N/天，但氨的目標(biāo)排放濃度將降低到2.8mgN/L。
將第一流入物物流Ia經(jīng)第一輸送管24a送到第一廢水處理器28。將第二流入物物流Ib經(jīng)第二流入管24b送到第二廢水處理器58。如下所述，可以通過(guò)程序控制器90或操作者選擇性控制流入物分流器20以控制第一流入物物流Ia和第二流入物物流Ib的相對(duì)流速或污染物負(fù)載量。
在某些實(shí)施方案中為一步生物系統(tǒng)的圖1所示第一廢水處理器包括膜生物反應(yīng)器30。膜生物反應(yīng)器30可以具有污染物負(fù)載能力、流速能力、或污染物負(fù)載能力和流速能力。在某些實(shí)施方案中，膜生物反應(yīng)器30具有等于或超過(guò)大多數(shù)預(yù)期污染物負(fù)載量條件的污染物負(fù)載能力，但是它的流速能力不能充分地處理例如可以由于沉淀、季節(jié)性條件、或每日流量變化而產(chǎn)生的預(yù)期高流量事件。膜生物反應(yīng)器通常包括收集罐32以及過(guò)濾器34，過(guò)濾器34包括一個(gè)以上的膜(未分開說(shuō)明)。合適的膜生物反應(yīng)器是本領(lǐng)域公知的，因此無(wú)須在此詳細(xì)描述。PCT國(guó)際公開號(hào)WO00/37369描述了一種膜生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，膜過(guò)濾器可以從各種途徑商購(gòu)，這些途徑包括位于加拿大安大略省Oakville的Zenon Environmental Inc.以及位于美國(guó)賓夕法尼亞Warrendale的US Filter Corporation。
膜生物反應(yīng)器30中使用的微生物的濃度和種類可以根據(jù)第一流入物物流Ia的性質(zhì)而變化。例如，膜生物反應(yīng)器30可以包括一種以上的下列微生物將氨氧化的“硝化菌”或自養(yǎng)生物；主要氧化有機(jī)物質(zhì)并將硝酸鹽還原成氮的異養(yǎng)生物；以及多磷酸鹽積累生物(PAO)。圖1的膜生物反應(yīng)器30可以是一步生物反應(yīng)器，其采用一個(gè)共用生物量(commonbiomass)來(lái)減少氨以及BOD含量。添加劑供應(yīng)36可以用于傳送改善或優(yōu)化膜生物反應(yīng)器30性能所需的任何微生物或化學(xué)物質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，膜生物反應(yīng)器30還包括一群多磷酸鹽積累生物(PAO)以及足夠大的厭氧區(qū)以促進(jìn)PAO的有效生長(zhǎng)。傳統(tǒng)強(qiáng)化生物除磷法采用PAO除去見于流入物Ia中的可溶磷酸鹽。一個(gè)替代性實(shí)施方案也采用PAO除去磷酸鹽，但是在去除時(shí)沒有采用厭氧區(qū)。為保持生物反應(yīng)器30的最佳性能而除去一部分膜滯留物的傳統(tǒng)方法可將磷從流入物廢水中凈脫除。
通過(guò)過(guò)濾器34的流體定義了膜生物反應(yīng)器流出物Ea。該流出物Ea可以通過(guò)流出管38送至流出物分流器40。流出物分流器40適于控制第一系統(tǒng)流出物E1和轉(zhuǎn)移的流出物Ec的相對(duì)比例。在很多實(shí)施方案中，流出物Ea、第一系統(tǒng)流出物E1、和轉(zhuǎn)移的流出物Ec是高質(zhì)量流出物，即一種以上污染物的濃度低于該特定污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)的流出物。第一系統(tǒng)流出物E1可以經(jīng)過(guò)排放管45排放到環(huán)境中或再次使用。轉(zhuǎn)移的流出物Ec可以傳送到用于和如下所述的生物處理流出物Eb的混合物的流出物混合站70。
如上所述，第二流入物物流Ib被送到第二廢水處理器58，第二廢水處理器58可包括生物廢水處理系統(tǒng)如傳統(tǒng)活化淤泥系統(tǒng)60。各種活化淤泥工藝是本領(lǐng)域公知的，因此不再贅述。
在圖1所示實(shí)施方案中，活化淤泥系統(tǒng)60包括池62(具有一系列不同的功能區(qū)(通過(guò)虛線示出))。美國(guó)專利5480548(Daigger等人)公開了可以用于池62中的一種合適的活化淤泥處理系統(tǒng)。
添加劑供應(yīng)器66可以供應(yīng)優(yōu)化池62中廢水處理所需的微生物或化學(xué)物質(zhì)。在描述的實(shí)施方案中，氧供應(yīng)器65(可以為傳統(tǒng)起泡器)將含氧氣體如空氣送到池62的一個(gè)以上的功能區(qū)。這使得能夠在廢水處理方法的一個(gè)以上階段控制氧含量。
活化淤泥系統(tǒng)60也可以包括澄清器64。本領(lǐng)域公知，澄清器可以簡(jiǎn)單地包括收集器，在收集器中，使混合的液體懸浮固體從懸浮液中沉降出來(lái)。也可以用本領(lǐng)域公知的任何澄清系統(tǒng)如化學(xué)澄清器代替。
活化淤泥系統(tǒng)60接收第二廢水流出物物流Ib，處理廢水，并將生物處理系統(tǒng)流出物Eb送到第二流出管68。第二流出管68可以將流出物Eb排放到環(huán)境中。因此，圖1中，管68將生物處理系統(tǒng)流出物Eb送到流出物混合站70并在此處與來(lái)自流出物分流器40的轉(zhuǎn)移的流出物Ec混合。轉(zhuǎn)移的流出物Ec的質(zhì)量通常高于生物處理系統(tǒng)流出物Eb。在某些實(shí)施方案中，生物處理系統(tǒng)流出物Eb所含的一種以上污染物的濃度高于該特定污染物的允許濃度排放標(biāo)準(zhǔn)，但是膜生物反應(yīng)器流出物Ea的這些污染物的濃度可以低于其允許濃度排放標(biāo)準(zhǔn)。將流出物物流Eb和Ec混合，得到混合流出物E2。控制流出物分流器40可以選擇兩個(gè)引入的流出物物流Eb和Ec的比例，生產(chǎn)污染物濃度不大于相關(guān)的允許濃度排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物E2。該混合流出物E2可以經(jīng)出口管75送到環(huán)境中或再次使用。
在一個(gè)實(shí)施方案中，流出物混合站70包含收集器，例如貯留池(lagoon)，在收集器中，兩種流出物物流被動(dòng)混合。在其他實(shí)施方案中，流出物混合站70可以利用混合器或其他機(jī)械系統(tǒng)在排放前將兩種流出物物流主動(dòng)混合。
圖2示意性說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100的很多元件基本上與圖1中顯示的那些相同，圖1和圖2中使用的相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖2的系統(tǒng)100采用膜生物反應(yīng)器30的過(guò)濾器34的部分滯留物以供應(yīng)在活化淤泥系統(tǒng)60中使用的廢活化淤泥(WAS)的部分或全部。本領(lǐng)域已知，WAS能以變化的速率從過(guò)濾器34中移出，從而維持膜生物反應(yīng)器30的可接受性能。用于將第一淤漿管54a和第二淤漿管54b之間的WAS物流分流的WAS分流器50可以接收除去的WAS。第一淤漿管54a將來(lái)自膜生物反應(yīng)器30的WAS的受控制部分(其可以選擇性地在約0-約100％之間變化)送到第二廢水處理器，通常送到池62的第一功能區(qū)。第二淤漿管54可以將余下的WAS送到WAS處理單元52。
來(lái)自膜生物反應(yīng)器30的WAS包括自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物，允許圖2的活化淤泥系統(tǒng)60有效氧化有機(jī)物質(zhì)并還原硝酸鹽和將氨硝化。在一個(gè)實(shí)施方案中，WAS的生物群落包括約15-50重量％，最好至少約35重量％的氧化劑(如異養(yǎng)生物)，以及不高于約8重量％(如約2-8重量％)，優(yōu)選不高于約3重量％的硝化劑(如自養(yǎng)生物)。
尤其是，送到池62的WAS量即使在通常不促進(jìn)有效硝化的條件(如短固體停留時(shí)間)下也足以提供有效的硝化。舉例來(lái)說(shuō)，可以選擇送到池中的WAS以降低氨濃度到允許的氨排放標(biāo)準(zhǔn)的25％以內(nèi)。如上所述，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括膜生物反應(yīng)器30中的PAO以降低膜生物反應(yīng)器流出物Ea的磷酸鹽含量。在這樣的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)移到圖2活化淤泥系統(tǒng)60的WAS也將包括PAO，這可以降低生物處理流出物Eb的磷酸鹽含量。WAS中PAO的重量百分比以及WAS的選定轉(zhuǎn)移率可以有效地降低生物處理流出物Eb的磷含量到允許的磷排放標(biāo)準(zhǔn)的25％以內(nèi)，最好不大于該排放標(biāo)準(zhǔn)。在選擇的實(shí)施方案中，WAS包括至少約10重量的PAO。
根據(jù)下面概述的一個(gè)以上實(shí)施方案，程序控制器90可以用于控制廢水處理系統(tǒng)10的運(yùn)行。程序控制器90可包括程序計(jì)算機(jī)如個(gè)人計(jì)算機(jī)或ASIC基系統(tǒng)。程序控制器90被操作性地連接到流入物分流器20、流出物分流器40上，并且，在圖2的實(shí)施方案中，連接到用于控制被每個(gè)分流器傳送的流體物流的相對(duì)流速的WAS分流器50。程序控制器90也可以連接到系統(tǒng)10的其他元件(這些元件在圖1或2未示出)上以控制系統(tǒng)運(yùn)行的其他方面，例如，膜生物反應(yīng)器30和/或活化淤泥系統(tǒng)60的氧含量。
因此，廢水處理系統(tǒng)10可以包括與至少一個(gè)另外的生物廢水處理器58(例如活化淤泥系統(tǒng)60)平行安置的至少一個(gè)一步生物廢水處理器28。該一步生物廢水處理器28包括膜生物反應(yīng)器30，膜生物反應(yīng)器30可以相當(dāng)有效地處理廢水從而送出高質(zhì)量流出物Ea，但是其固體停留時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)。在某些實(shí)施方案中，膜生物反應(yīng)器30優(yōu)選用于處理相當(dāng)大部分的流入物物流I。相反，活化淤泥系統(tǒng)60可能在處理廢水尤其是在氮和磷脫除方面不夠有效，但是其固體停留時(shí)間明顯短。活化淤泥系統(tǒng)60可以有效處理偶爾過(guò)量的流速或污染物負(fù)載量，而不增加大量附加膜的膜生物反應(yīng)器30對(duì)偶爾過(guò)量的流速或污染物負(fù)載量是無(wú)法有效處理的。在一個(gè)實(shí)施方案中，膜生物反應(yīng)器30的固體停留時(shí)間通常至少約6-8天，如6-30天，活化淤泥系統(tǒng)60的固體停留時(shí)間通常為5天以下，如0.1-5天。在一個(gè)實(shí)施方案中，膜生物反應(yīng)器30的固體停留時(shí)間通常至少為活化淤泥系統(tǒng)60的固體停留時(shí)間的約20倍。
C.廢水處理方法本發(fā)明的其他實(shí)施方案提供了廢水處理方法。這些實(shí)施方案中很多都利用了兩種平行的生物廢水處理器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。換句話說(shuō)，利用了膜生物反應(yīng)器流出物Ea的高質(zhì)量和活化淤泥系統(tǒng)60的高處理速度。為便于理解，下面概述的方法參照?qǐng)D1-2中廢水處理系統(tǒng)10和100進(jìn)行討論。但是，該方法并不限于附圖中描述的任何具體系統(tǒng)，也不限于上面的詳述；而是可以采用能夠進(jìn)行本發(fā)明方法的任何裝置代替。
在各種實(shí)施方案中，系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速或污染物負(fù)載量可以測(cè)定并輸送到程序控制器90或操作者。使用流入物分流器20可以將流入物分成具有第一流速或污染物負(fù)載量的第一廢水部分Ia和具有第二流速或污染物負(fù)載量的第二廢水部分Ib。第一廢水部分Ia以大致第一流速或污染物負(fù)載量送到用于處理的膜生物反應(yīng)器30，第二廢水部分Ib以大致第二流速或污染物負(fù)載量送到用于處理的活化淤泥系統(tǒng)60。
第一流速和第二流速之和可以大致等于進(jìn)入流速。但在某些實(shí)施方案中，第一和第二流速的總和可以低于進(jìn)入流速。例如，本發(fā)明的方面通過(guò)增加一個(gè)以上另外的廢水處理器(未示出)擴(kuò)增了系統(tǒng)10或100，所述另外的廢水處理器可以包括一個(gè)以上的生物處理器和/或一個(gè)以上化學(xué)處理器。在這樣的系統(tǒng)中，一部分進(jìn)入流速可以轉(zhuǎn)移到所述一個(gè)以上另外的廢水處理器中。
在某些實(shí)施方案中，可以基于系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速和膜生物反應(yīng)器30的流速能力選擇第一和第二流速。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一廢水部分Ia的流速可以保持在恰好等于或在生物反應(yīng)器流速能力附近的操作范圍內(nèi)。維持相對(duì)恒定的條件可以提高膜生物反應(yīng)器30的效能。當(dāng)系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速低于膜生物反應(yīng)器30的流速能力時(shí)，第一流速選擇為不低于系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速的顯著大部分，優(yōu)選至少大部分。例如，第一流速可以至少為系統(tǒng)流入物流速的約65％，如約80％以上。
如果系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速高于膜生物反應(yīng)器30的流速能力，第一流速選擇為不低于膜生物反應(yīng)器30的流速能力的顯著大部分。例如，第一流速可以包含至少為生物反應(yīng)器流速能力的約75％，如80％以上，優(yōu)選至少約90％。
有時(shí)，送到活化淤泥系統(tǒng)60的第二流速可以為零。但是，活化淤泥系統(tǒng)60可能需要最小流速和/或污染負(fù)載量以維持生物活性。在這樣的實(shí)施方案中，第二流速可以維持在或高于該最小淤漿系統(tǒng)流速和/或污染負(fù)載量，即使這需要將低于需要量的系統(tǒng)流入物I送到膜生物反應(yīng)器30中。
在一個(gè)實(shí)際執(zhí)行的方案中，廢水處理系統(tǒng)(如系統(tǒng)10)可具有流入物流速極限點(diǎn)，所述極限點(diǎn)為最小淤漿系統(tǒng)流速和生物反應(yīng)器目標(biāo)流速之和?？梢赃x擇生物反應(yīng)器目標(biāo)流速以優(yōu)化膜生物反應(yīng)器30的質(zhì)量和生產(chǎn)量；在很多應(yīng)用中，生物反應(yīng)器目標(biāo)流速可以是生物反應(yīng)器流速能力。如果系統(tǒng)流入物物流I的流速處于或低于該極限點(diǎn)，則可以將最小淤漿系統(tǒng)流速送到活化淤泥系統(tǒng)60，該系統(tǒng)流入物流速的余量可以送到膜生物反應(yīng)器30。如果系統(tǒng)流入物物流I的流速高于該流入物流速極限點(diǎn)，則傳送到膜生物反應(yīng)器30的第一廢水部分Ia的流速占生物反應(yīng)器流速能力的絕大部分(如75％，80％，甚至90％以上)，并且可將系統(tǒng)流入物流速的余量傳送到活化淤泥系統(tǒng)60。
在一些實(shí)施方案中，傳送到膜生物反應(yīng)器30的流入物的第一流速被基本恒定選定的時(shí)間，如12小時(shí)以上，而傳送到活化淤泥系統(tǒng)60的流入物的第二流速可在所述選定的時(shí)間內(nèi)變化。第二流速的變化可以與系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入流速的變化成正比。如果活化淤泥系統(tǒng)60具有穩(wěn)定運(yùn)行的最小所需流速，則第二流速應(yīng)選定為不低于所述最小流速。
在一些實(shí)施方案中，污染物的第一和第二負(fù)載量可以根據(jù)系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入污染物負(fù)載量和膜生物反應(yīng)器30的污染物負(fù)載能力進(jìn)行選擇。如果系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入污染物負(fù)載量低于膜生物反應(yīng)器30的污染物負(fù)載能力，那么第一污染物負(fù)載量選定為不低于系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入污染物負(fù)載量的相當(dāng)大部分(significant portion)。例如，第一污染物負(fù)載量可以為進(jìn)入污染物負(fù)載量的至少約35％，優(yōu)選為65％。如果系統(tǒng)流入物物流I的進(jìn)入污染物負(fù)載量高于膜生物反應(yīng)器30的污染物負(fù)載能力，那么第一污染物負(fù)載量選定為不低于膜生物反應(yīng)器30的污染物負(fù)載量的基本大部分(substantial portion)。例如，第一污染物負(fù)載量可以為膜生物反應(yīng)器30的污染物負(fù)載量的至少約50％，優(yōu)選至少75％。
第一污染物負(fù)載量和第二污染物負(fù)載量之和可以大致等于進(jìn)入污染物負(fù)載量。但在某些實(shí)施方案中，第一和第二污染物負(fù)載量的總和可以低于引入污染物負(fù)載量。如上所述，本發(fā)明的一些方面通過(guò)增加一個(gè)以上其他廢水處理器而擴(kuò)增了系統(tǒng)10或100。在這樣的系統(tǒng)中，可以將一部分進(jìn)入污染物負(fù)載量送到一個(gè)以上其他處理器中。
一旦選定了第一和第二流速或污染物負(fù)載量，則程序控制器90或操作者可以調(diào)節(jié)流入物分流器20，以得到用于第一廢水部分的所要求的第一流速或污染物負(fù)載量以及用于第二廢水部分的第二流速或污染物負(fù)載量。
淤漿系統(tǒng)60的流出物Eb可超過(guò)一種以上污染物(如總氮、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、或磷)的允許從系統(tǒng)10排放的最大濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物反應(yīng)器流出物Ea通常具有低于該最大值的一種以上污染物濃度，例如，總氮、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、或磷含量。通過(guò)將劣質(zhì)淤漿系統(tǒng)流出物Eb與優(yōu)質(zhì)生物反應(yīng)器流出物Ea以適當(dāng)比例混合，系統(tǒng)10的第二流出物E2可滿足排放要求并從系統(tǒng)10排出。在一個(gè)實(shí)際執(zhí)行的方案中，控制器90可控制流出物分流器40以控制送到流出物混合站70的生物反應(yīng)器流出物Ea的量，以保證第二流出物E2滿足排放要求。如果需要，控制器可以向流出物混合站70傳送的量不超過(guò)生產(chǎn)剛好滿足排放要求或具有超過(guò)排放要求(超過(guò)量不高于選擇的安全范圍)質(zhì)量的第二流出物E2所需的最小量。這將增加優(yōu)質(zhì)第一流出物E1的體積，而第一流出物E1可以比第二流出物E2多出重新使用的有益選擇。
在本發(fā)明的再一些實(shí)施方案中，可以調(diào)節(jié)淤漿系統(tǒng)流出物Eb的組成以進(jìn)一步改善總系統(tǒng)流出物(E1+E2)的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器90調(diào)節(jié)活化淤泥系統(tǒng)60中的條件以影響所得流出物Eb的組成。特別是，控制器90可以接收有關(guān)淤漿系統(tǒng)流出物Eb的磷或氮含量的信息并且可以調(diào)節(jié)淤漿系統(tǒng)60的一個(gè)以上操作參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器90可通過(guò)控制WAS分流器50控制WAS向活化淤泥系統(tǒng)60的流速。如果磷或氮含量太高但是混合液體懸浮固體含量可接受，則可以將更多的WAS傳送到活化淤泥系統(tǒng)60；如果混合液體懸浮固體含量太高，則WAS的傳送可以更慢些。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，控制器90控制通過(guò)氧供應(yīng)65傳送到池62的氧的流速以影響硝化。本領(lǐng)域已知，有效硝化通常需要池62中的水具有最小的氧含量?？刂破?0可將池62中水的氧含量限制到通常不能支持硝化的水平；這可以降低某些實(shí)施方案中的操作成本。通過(guò)增加WAS的傳送速度從而增大硝化菌的初始群落，活化淤泥系統(tǒng)60仍然能夠?qū)崿F(xiàn)流入物Ib的可接受水平的硝化?；罨倌嘞到y(tǒng)60可能不能獨(dú)自支持足夠的硝化菌群，但是加入來(lái)自WAS的更多硝化菌可以促進(jìn)硝化，其硝化程度高于該活化淤泥系統(tǒng)的其他支持方式。
上面詳述的實(shí)施方案和實(shí)施例用于說(shuō)明，但不是窮舉。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，各種等同的改進(jìn)都可能在本發(fā)明范圍內(nèi)。例如，以給定順序描述的步驟可以在其它實(shí)施方案中以不同的順序進(jìn)行。本發(fā)明描述的各種實(shí)施方案都可以組合成其它實(shí)施方案。
總體上，所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)的解釋不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明限制到說(shuō)明書公開的具體實(shí)施方案，除非這些術(shù)語(yǔ)在說(shuō)明書中有明確定義。發(fā)明人保留提交申請(qǐng)后增加其它權(quán)利要求以要求保護(hù)本發(fā)明的其他方面的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種廢水處理方法，包括將具有污染物濃度的廢水分成具有超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第一污染物濃度的第一廢水部分和具有超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第二污染物濃度的第二廢水部分；將大致含有第一濃度的第一廢水部分傳送到膜生物反應(yīng)器中并由膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物，該流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)；將大致含有第二濃度的第二廢水部分傳送到生物廢水處理系統(tǒng)并由該生物廢水處理系統(tǒng)生產(chǎn)出流出物，該流出物的污染物濃度高于允許的排放標(biāo)準(zhǔn)；和將至少一部分來(lái)自膜生物反應(yīng)器的流出物與至少一部分來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物混合以產(chǎn)生污染物濃度不高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一廢水部分的傳送和第二廢水部分的傳送包括在維持第一廢水部分的基本恒定流速的同時(shí)變化第二廢水部分的流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述污染物是選自生化需氧物、化學(xué)需氧物、總懸浮固體、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮、和磷的至少一種污染物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生廢活化淤泥，該方法還包括將一部分廢活化淤泥傳送到生物廢水處理系統(tǒng)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中廢活化淤泥包括至少約35重量％的異養(yǎng)生物和不超過(guò)約3重量％的自養(yǎng)生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中廢活化淤泥包括至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
7.一種廢水處理系統(tǒng)，其包括流入物分流器，該流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠接收污染物濃度超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的流入物，并且能夠?qū)⒌谝徊糠至魅胛飩魉偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛飩魉偷降诙肟?；第一廢水處理器，該第一廢水處理器與第一入口流體連通，包括第一出口和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器，第一廢水處理器的構(gòu)造能夠生產(chǎn)污染物濃度低于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第一流出物；第二廢水處理器，該第二廢水處理器與第二入口流體連通，包括第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)，第二廢水處理器的構(gòu)造能夠生產(chǎn)污染物濃度高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的第二流出物；和流出物路徑，該流出物路徑的構(gòu)造能夠接收至少一部分所述第一流出物和至少一部分所述第二流出物并且能夠傳送污染物濃度不高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中第一廢水處理器的構(gòu)造能夠以第一固體停留時(shí)間生產(chǎn)第一流出物，并且第二廢水處理器的構(gòu)造能夠以比第一固體停留時(shí)間短的第二固體停留時(shí)間生產(chǎn)第二流出物。
9.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括流出物分流器，其構(gòu)造能夠接收至少一部分第一流出物；和程序控制器，操作性地連接到流出物分流器上并且其構(gòu)造能夠控制流出物分流器以將一些第一流出物傳送到流出物路徑，第一流出物和流出物路徑中的部分第二流出物混合時(shí)，足以生成污染物濃度不高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
10.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括廢活化淤泥路徑，其適于將廢活化淤泥從第一廢水處理器傳送到第二廢水處理器，所述廢活化淤泥包含異養(yǎng)生物、自養(yǎng)生物、以及多磷酸鹽積累生物。
11.一種廢水處理方法，其包括將污染物負(fù)載量超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流分成具有第一污染物負(fù)載量的第一廢水部分和具有第二污染物負(fù)載量的第二廢水部分，其中，當(dāng)負(fù)載量不大于具有第一固體停留時(shí)間的膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力時(shí)，第一負(fù)載量是該負(fù)載量的至少約35％，當(dāng)負(fù)載量大于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力時(shí)，第一負(fù)載量不低于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力的約50％；將大致含有第一負(fù)載量的第一廢水部分傳送到膜生物反應(yīng)器，并由膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物，該流出物的污染物負(fù)載量低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)；和將大致含有第二負(fù)載量的第二廢水部分傳送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)，第二固體停留時(shí)間不大于第一固體停留時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，當(dāng)負(fù)載量大于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力時(shí)，第一負(fù)載量不低于膜生物反應(yīng)器的負(fù)載能力的約75％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物的污染物濃度大于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括將一部分來(lái)自膜生物反應(yīng)器的流出物與一部分來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物混合得到污染物濃度不高于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述污染物是選自生化需氧物、化學(xué)需氧物、總懸浮固體、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮、和磷的至少一種污染物。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中第一廢水部分的傳送和第二廢水部分的傳送包括在維持第一廢水部分的基本恒定流速的同時(shí)變化第二廢水部分的流速。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生廢活化淤泥，該方法還包括將一部分廢活化淤泥傳送到生物廢水處理系統(tǒng)的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中廢活化淤泥包括至少約35重量％的異養(yǎng)生物和不超過(guò)約3重量％的自養(yǎng)生物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中廢活化淤泥包括至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
20.一種廢水處理方法，包括將具有流速并且污染物濃度超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流分成具有流速的第一廢水部分和具有流速的第二廢水部分，其中，當(dāng)廢水流的流速不大于具有第一固體停留時(shí)間的膜生物反應(yīng)器的流速能力時(shí)，第一廢水部分的流速是該廢水流速的至少約50％，當(dāng)廢水流的流速大于膜生物反應(yīng)器的流速能力時(shí)，第一廢水部分的流速不低于膜生物反應(yīng)器的流速能力的約50％；將第一廢水部分傳送到膜生物反應(yīng)器并且由膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物，該流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)；和將第二廢水部分傳送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)，第二固體停留時(shí)間不大于第一固體停留時(shí)間。
21.權(quán)利要求20的方法，其中當(dāng)廢水流的流速大于膜生物反應(yīng)器的流速能力時(shí)，第一廢水部分的流速不低于膜生物反應(yīng)器的流速能力的約75％。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物的污染物濃度大于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，還包括將一部分來(lái)自膜生物反應(yīng)器的流出物與一部分來(lái)自生物廢水處理系統(tǒng)的流出物混合得到污染物濃度不高于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述污染物是選自生化需氧物、化學(xué)需氧物、總懸浮固體、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮、和磷的至少一種污染物。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包含在維持第一廢水部分的基本恒定流速的同時(shí)變化第二廢水部分的流速。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述膜生物反應(yīng)器的污染物負(fù)載量處理能力大于大多數(shù)時(shí)間內(nèi)廢水中存在的預(yù)期污染物最大負(fù)載量。
27.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第二廢水部分的流速不低于維持生物廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行所需的最小流速。
28.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生廢活化淤泥，該方法還包括將一部分廢活化淤泥傳送到生物廢水處理系統(tǒng)的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中廢活化淤泥包括至少約35重量％的異養(yǎng)生物和不超過(guò)約3重量％的自養(yǎng)生物。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中廢活化淤泥包括至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
31.一種廢水處理系統(tǒng)，其包括第一廢水處理器，該第一廢水處理器包括第一入口、第一出口、和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器，膜生物反應(yīng)器具有第一固體停留時(shí)間和流速能力；第二廢水處理器，該第二廢水處理器包括第二入口、第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)，該生物廢水處理系統(tǒng)具有短于第一固體停留時(shí)間的第二固體停留時(shí)間；流入物分流器，該流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒕哂辛魉俚牡谝徊糠至魅胛飩魉偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛飩魉偷降诙肟?；和程序控制器，該程序控制器被操作性連接到流入物分流器中以控制第一和第二廢水部分的流速參數(shù)，使得當(dāng)流入物流速不大于膜生物反應(yīng)器流速能力時(shí)，第一流速是流入物流速的至少約65％，并且當(dāng)具有流速的流速大于生物反應(yīng)器流速能力時(shí)，第一流速不低于膜生物反應(yīng)器流速能力的約75％。
32.一種廢水處理方法，該方法采用包括具有生物反應(yīng)器目標(biāo)流速和第一固體停留時(shí)間的膜生物反應(yīng)器的系統(tǒng)以及具有最小流速的生物廢水處理系統(tǒng)，該方法包括將具有廢水流速并且污染物濃度超過(guò)污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水流分流成具有第一流速的第一廢水部分和具有第二流速的第二廢水部分，其中，當(dāng)廢水流速不大于流速限制點(diǎn)時(shí)，其中所述流速限制點(diǎn)等于生物反應(yīng)器目標(biāo)流速和最小流速之和，第二流速大致為最小流速并且第一流速包括廢水流速減去第二流速；當(dāng)廢水流速大于流速限制點(diǎn)時(shí)，第一流速大致為生物反應(yīng)器目標(biāo)流速并且第二流速包括廢水流速減去第一流速；將第一廢水部分傳送到膜生物反應(yīng)器并且由該膜生物反應(yīng)器生產(chǎn)出流出物，該生物反應(yīng)器流出物的污染物濃度低于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)；和將第二廢水部分傳送到具有第二固體停留時(shí)間的生物廢水處理系統(tǒng)，所述第二固體停留時(shí)間不高于第一固體停留時(shí)間。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述生物反應(yīng)器目標(biāo)流速包括膜生物反應(yīng)器的流速能力。
34.一種廢水處理方法，包括將第一廢水物流傳送到一步生物處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有生產(chǎn)第一流出物的膜生物反應(yīng)器，其中第一廢水物流包括高于允許BOD排放標(biāo)準(zhǔn)的生化需氧物(BOD)濃度并且第一流出物的BOD濃度不大于允許BOD排放標(biāo)準(zhǔn)；將含有廢水污染物濃度的第二廢水物流傳送到生物廢水處理系統(tǒng)以生產(chǎn)第二流出物，該流出物的流出物污染物濃度低于廢水污染物濃度；和將一部分來(lái)自一步膜生物反應(yīng)器的廢活化淤泥傳送到生物廢水處理系統(tǒng)中。
35.權(quán)利要求34的方法，其中廢活化淤泥包含至少約35重量％的異養(yǎng)生物，和不高于約3重量％的自養(yǎng)生物。
36.權(quán)利要求34的方法，其中廢活化淤泥包含至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中，第二流出物的流出物污染物濃度大于污染物的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述污染物是選自生化需氧物、化學(xué)需氧物、總懸浮固體、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總氮、和磷的至少一種污染物。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中污染物為總氮。
40.權(quán)利要求39的方法，還包括將一部分第一流出物與一部分第二流出物混合得到總氮濃度低于允許的總氮排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
41.權(quán)利要求37的方法，其中污染物為磷。
42.權(quán)利要求41的方法，還包括將一部分第一流出物與一部分第二流出物混合得到磷濃度低于允許的磷排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
43.權(quán)利要求42的方法，其中廢活化淤泥包含至少約10重量％的多磷酸鹽積累生物。
44.權(quán)利要求37的方法，其中污染物為氨。
45.權(quán)利要求44的方法，還包括將一部分第一流出物與一部分第二流出物混合得到氨濃度低于允許的氨排放標(biāo)準(zhǔn)的混合流出物。
46.一種廢水處理系統(tǒng)，包括第一廢水處理器，該第一廢水處理器包括第一入口、第一出口、和位于從第一入口到第一出口的第一廢水路徑中的膜生物反應(yīng)器，該膜生物反應(yīng)器具有第一固體停留時(shí)間和負(fù)載能力；第二廢水處理器，該第二廢水處理器包括第二入口、第二出口和位于從第二入口到第二出口的第二廢水路徑中的生物廢水處理系統(tǒng)，該生物廢水處理系統(tǒng)具有短于第一固體停留時(shí)間的第二固體停留時(shí)間；流入物分流器，該流入物分流器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒌谝徊糠至魅胛飩魉偷降谝蝗肟诓⒌诙糠至魅胛飩魉偷降诙肟?；和程序控制器，該程序控制器被操作性連接到流入物分流器中以控制第一和第二廢水部分，使得當(dāng)流入物的負(fù)載量不大于膜生物反應(yīng)器負(fù)載能力時(shí)，第一部分的負(fù)載量是流入物負(fù)載量的至少約35％；并且當(dāng)流入物負(fù)載量大于膜生物反應(yīng)器負(fù)載能力時(shí)，第一部分的負(fù)載量不低于膜生物反應(yīng)器負(fù)載能力的約50％。
全文摘要
本發(fā)明描述了廢水處理系統(tǒng)和廢水處理方法。在一例舉的方法中，廢水被分流為第一和第二廢水部分。第一部分被送到膜生物反應(yīng)器并在此生產(chǎn)出污染物濃度低的流出物，第二部分被送到生物廢水處理系統(tǒng)并在此以更短固體停留時(shí)間生產(chǎn)出更高濃度污染物。本發(fā)明的一些實(shí)例可以在普通操作過(guò)程中非常經(jīng)濟(jì)地常規(guī)滿足甚至超過(guò)污染排放標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠保持處理廢水向系統(tǒng)中的流速的季節(jié)性或突然波動(dòng)的顯著靈活性。在選擇的改進(jìn)方案中，將含異養(yǎng)生物、自養(yǎng)生物、和(任選的)多磷酸鹽積累生物的廢活化淤泥從膜生物反應(yīng)器傳送到生物廢水處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C02F3/00GK1789165SQ20051012857
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者B·R·約翰遜, G·T·戴格爾, G·V·克勞福德 申請(qǐng)人:西圖加拿大有限公司, 西圖法人公司