申请日2011.02.25
公开(公告)日2013.01.02
IPC分类号C02F3/30; C02F3/28; C02F1/28; C02F3/00; C02F3/12
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。
权利要求书
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1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1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1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1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1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1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。
说明书
混合需氧和厌氧废水和污泥处理系统和方法
相关申请的交叉参考
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 AND ANAEROBIC DIGESTION PROCESS ANDNUTRIENT RECOVERY IN A BIO-S ORPTION AND ANAEROBICDIGESTION PROCESS”)的优先权，其引用在此作为参考用于所有目的。
发明背景
1.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引用在此作为参考用于所有目的，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
本公开文的一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。
本公开文的一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。
本公开文的一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口的下游的需氧罐入口的需氧处理罐以及流体连接吸着罐入口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口的上游的经消化污泥的出口。
本公开文的一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，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(fluidcommunication)，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。
本公开文的一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一种生物反应器;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一种生物反应器的入口的经消化的厌氧污泥的循环管线。
本公开文的一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一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口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口流体连接在至少一种生物反应器的入口的上游。
本公开文的一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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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(significant fraction)。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%。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，该方法另外包括混合至少部分经需氧处理的组合和废水。
根据一些实施方式，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。
根据一些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一种包括调节第二贫固体部分的pH。
根据一些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一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。
根据一些实施方式，从第二贫固体部分中沉淀含磷化合物和含氮化合物中的一种包括从第二贫固体部分中沉淀鸟粪石。
本公开文的一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一种，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口的第一分离器入口，所述厌氧消化器具有流体通信第一污泥出口的消化器入口、和第一消化器出口，所述第二分离器具有流体通信第一消化器出口的第二分离器入口、第二贫固体流体出口和第二污泥出口，所述第二污泥出口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口。
根据一些实施方式，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口的下游和消化器入口的上游，并具有第三贫固体流体出口和经增稠污泥的出口。
根据一些实施方式，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口的需氧出口。
根据一些实施方式，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一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%。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%。
根据一些实施方式，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%。
本公开文的一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一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口以及将厌氧消化器的出口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。
根据一些实施方式，该方法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种的水力停留时间(hydraulic retention time)。
根据一些实施方式，该方法另外包括在所述至少一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一种。
根据一些实施方式，在至少一种生物反应器中生成生物絮凝物包括增加至少一种生物反应器的有机负荷(organic loading)。
根据一些实施方式，在至少一种生物反应器中生成生物絮凝物包括减小供应给至少一种生物反应器的氧量。
根据一些实施方式，该方法另外包括增加厌氧消化器中甲烷产率。
根据一些实施方式，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口。
