申请日2010.07.08
公开(公告)日2017.06.06
IPC分类号C02F9/14; C05F17/00; C02F11/00
摘要
本发明提供包括主要固体的辐射的废水处理系统和方法，其中使用主要分离方法将大部分固体和生物需氧化合物从废水物料分离，以产生固体相和水相。固体相被辐射以降低病原体水平，使得其安全地用作土壤替代物和/或添加剂，从而固体可以因此以环境友好的方式丢弃。在另外的实施方案中，已经通过辐射灭菌的固体混合合适的惰性填料材料，以产生土壤替代物,肥料,堆肥,或其他土壤添加物。液体相以比处理足额废水所要求的基本上更小的系统来处理，所述处理足额废水可以包括悬浮的介质生物再生反应器系统。液体处理系统可以包括和低通量吸附性材料生物再生反应器一体化的高通量吸附性材料处理系统。
翻译权利要求书
1.一种处理含有固体、生物需氧化合物和生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的废水的方法，包括：
使用主要分离方法从所述废水物料中分离大部分所述固体和生物需氧化合物，以提供固体相和所述废水的水相，所述固体相含有初始水平的病原体;
辐射所述固体相以降低病原体水平;
在混合区段中使包含生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的废水的水相和吸附性材料混合足够时间，以使来自所述废水的水相的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物吸附到所述吸附性材料上，以产生处理的废水和具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料的混合物;
从处理的废水和具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料的混合物中分离和除去大部分所述处理的废水;
将具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料和少部分所述处理的废水送至含有微生物的生物再生反应器;
使所述具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料和少部分所述处理的废水在所述生物再生反应器中呈悬浮一定时间，该时间足以允许所述生物再生反应器中的所述微生物对所述吸附性材料上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的至少一部分产生生物作用，以产生再生的吸附性材料和生物处理的水流出物;
从所述生物再生反应器排放所述生物处理的水流出物;以及
使所述再生的吸附性材料循环至所述混合区段。
2.权利要求1所述的方法，其中所述吸附性材料的特征在于用于吸附生物难处理的化合物和生物抑制性化合物的吸附能力，和用于使微生物附着到所述吸附性材料的能力，其中这种复合的吸附性材料特性有助于所述吸附性材料的生物再生。
3.权利要求1所述的方法，其中所述吸附性材料选自粒状活性炭、粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物、合成树脂以及前述吸附性材料中至少一种的组合。
4.权利要求1所述的方法，其中所述吸附性材料包括粒状活性炭。
5.权利要求4所述的方法，其中所述粒状活性炭经过处理以提供对金属或其他出现于待处理废水中的化合物的亲和力。
6.权利要求4所述的方法，其中所述吸附性材料还包括一种或多种附加的选自以下的吸附性材料：粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物和合成树脂。
7.权利要求1所述的方法，进一步包括在所述辐射之前，匀化所述分离的固体相。
8.权利要求1所述的方法，其中所述辐射包括使所述固体相暴露于β-射线，γ-射线，x-射线或电子束辐射中的一种或多种。
9.权利要求1所述的方法，其中从所述废水物料分离所述固体和生物需氧化合物的步骤产生低浓度废水。
10.权利要求1所述的方法，进一步包括使用膜操作系统、澄清池和/或沉积器来从所述生物再生反应器水流出物中除去固体。
11.权利要求1或4所述的方法，其中所述废水包含相对高浓度的铁和/或锰，并且至少一部分所述吸附性材料包括粒状二氧化锰过滤介质。
12.权利要求10所述的方法，其中所述吸附性材料具有至少0.3毫米的有效颗粒大小。
13.权利要求10所述的方法，其中所述吸附性材料具有至少0.5毫米的有效颗粒大小。
14.权利要求1所述的方法，进一步包括在循环所述再生的吸附性材料至所述混合区段之前，从所述再生的吸附性材料剪切积聚的生物质。
15.权利要求14所述的方法，进一步包括在使所述再生的吸附性材料循环至所述混合区段之前，从所述再生的吸附性材料分离所述积聚的生物质。
16.权利要求1所述的方法，进一步包括使所述辐射的固体相和填料材料混合，以产生土壤、堆肥或肥料产物。
17.一种废水处理系统，包括：
辐射处理区段，包括：
辐射源;
用于接纳主要固体的入口;
用于排放辐射的主要固体的固体出口;和
废水出口;
新鲜或循环的多孔吸附性材料的源;
混合区段，包括：
和所述辐射处理区段的所述废水出口相连的废水入口;
吸附性材料入口;和
排放出口;
吸附性材料沉积和液体分离区段，包括：
和所述混合区段的排放出口相连的浆料入口，
处理的水出口，和
污染的吸附性材料出口;以及
吸附性材料生物再生反应器系统，包括：
生物再生反应器，包括和所述吸附性材料沉积和液体分离区段的污染的吸附性材料出口相连的污染的吸附性材料入口，
生物处理的水出口，和
所述混合区段的吸附性材料入口相连的再生的吸附性材料出口。
18.权利要求17所述的系统，其中所述吸附性材料为多孔的，并且所述吸附性材料的特征在于用于吸附生物难处理的化合物和生物抑制性化合物的吸附能力，和用于使微生物附着到所述吸附性材料的能力，其中这种复合的吸附性材料特性有助于所述吸附性材料的生物再生。
19.权利要求17所述的系统，其中所述吸附性材料选自粒状活性炭、粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物、合成树脂以及前述吸附性材料中至少一种的组合。
20.权利要求17所述的系统，其中所述吸附性材料包括粒状活性炭。
21.权利要求20所述的系统，其中所述粒状活性炭经过处理以提供对金属或其他出现于待处理废水中的化合物的亲和力。
22.权利要求20所述的系统，其中所述吸附性材料还包括一种或多种附加的选自以下的吸附性材料：粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物和合成树脂。
23.权利要求17所述的系统，进一步包括所述辐射处理区段上游的匀化设备。
24.权利要求17所述的系统，进一步包括和所述生物处理的水出口相连的固体分离设备，所述固体分离设备选自膜操作系统、澄清池、沉积器、或澄清池与沉积器的组合。
25.权利要求24所述的系统，还包括用于使至少一部分活性淤泥由所述固体分离设备返回所述生物再生反应器的回送活性淤泥。
26.权利要求24所述的系统，其中所述吸附性材料具有至少0.3毫米的有效颗粒大小。
27.权利要求24所述的系统，其中所述吸附性材料具有至少0.5毫米的有效颗粒大小。
28.权利要求17所述的系统，进一步包括剪切区段，所述剪切区段包括与所述再生的吸附性材料出口相连的入口、和与所述混合区段的吸附性材料入口相连的出口。
29.权利要求28所述的系统，进一步包括吸附性材料/生物质分离区段，包括与所述剪切区段的出口相连的入口、和与所述混合区段的吸附性材料入口相连的出口。
30.权利要求17所述的系统，进一步包括用于从吸附性材料剪切和分离生物质的设备，该设备包括与所述再生的吸附性材料出口相连的入口、和与所述混合区段的吸附性材料入口相连的出口。
31.权利要求17所述的系统，其中所述辐射源包括β-射线源，γ-射线源，x-射线源或电子束辐射源中的一种或多种。
32.权利要求17所述的系统，其中所述吸附性材料沉积和液体分离区段包括构造有反相锥形或截头圆锥底部的容器，所述污染的吸附性材料出口布置在所述反相锥形或截头圆锥底部。
33.权利要求17所述的系统，其中所述吸附性材料沉积和液体分离区段包括选自离心分离机、水力旋流器和澄清池的设备。
34.权利要求17所述的系统，其中所述混合区段和所述吸附性材料沉积和液体分离区段设有一体的混合/沉积单元操作。
35.权利要求34所述的系统，其中所述一体的混合/沉积单元操作是连续回冲过滤器或连续再生过滤系统。
36.一种废水处理系统，包括：
辐射处理区段，包括：
辐射源;
用于接纳主要固体的入口;
用于排放辐射的主要固体的固体出口;和
废水出口;
新鲜或循环的多孔吸附性材料的源;
高通量吸附系统，包括：
和所述辐射处理区段的废水出口相连的入口，用于接纳包含生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的废水，
用于接触所述废水和吸附来自所述废水的所述生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料的源，用以产生具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料和处理的废水，
用于排放大部分处理的废水的液体出口，和
用于排放具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料和少部分处理的废水的吸附性材料出口;以及
低通量吸附性材料生物再生反应器系统，其用于使具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料保持呈悬浮一定时间，该时间足以允许微生物对吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的至少一部分产生生物作用，所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统包括：
生物再生反应器，包括：
用于从所述高通量吸附系统的吸附性材料出口接纳具有吸附其上的生物难处理的化合物和/或生物抑制性化合物的吸附性材料的入口，
混合液出口，和
与所述高通量吸附系统的吸附性材料源相连的吸附性材料出口。
37.权利要求36所述的系统，其中所述吸附性材料为多孔的，并且所述吸附性材料的特征在于用于吸附生物难处理的化合物和生物抑制性化合物的吸附能力，和用于使微生物附着到所述吸附性材料的能力，其中这种复合的吸附性材料特性有助于所述吸附性材料的生物再生。
38.权利要求36所述的系统，其中所述吸附性材料选自粒状活性炭、粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物、合成树脂以及前述吸附性材料中至少一种的组合。
39.权利要求36所述的系统，其中所述吸附性材料包括粒状活性炭。
40.权利要求39所述的系统，其中所述粒状活性炭经过处理以提供对金属或其他出现于待处理废水中的化合物的亲和力。
41.权利要求39所述的系统，其中所述吸附性材料还包括一种或多种附加的选自以下的吸附性材料：粒状铁-基化合物、粒状二氧化锰过滤介质、粒状铝硅酸盐复合物和合成树脂。
42.权利要求36所述的系统，其中所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统还包括与生物处理的水出口相连的固体分离设备，所述固体分离设备选自膜操作系统、澄清池、沉积器、或澄清池与沉积器的组合。
43.权利要求42所述的系统，还包括用于使至少一部分活性淤泥由所述固体分离设备返回所述生物再生反应器的回送活性淤泥。
44.权利要求42所述的系统，其中所述吸附性材料具有至少0.3毫米的有效颗粒大小。
45.权利要求42所述的系统，其中所述吸附性材料具有至少0.5毫米的有效颗粒大小。
46.权利要求36所述的系统，其中所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统进一步包括：
剪切设备，其用于从吸附性材料剪切积聚的生物质以产生剪切的吸附性材料和游离的生物质的混合物，所述剪切设备位于选自下列的至少一个位置：
所述生物再生反应器内，和
从所述生物再生反应器分离，并且连接所述吸附性材料出口以接纳来自所述生物再生反应器的再生的吸附性材料;
吸附性材料/生物质分离区段，其用于从剪切的吸附性材料和游离生物质的混合物分离游离生物质，以产生分离的剪切的吸附性材料和游离生物质;
吸附性材料管道，其用于将所述分离的剪切的吸附性材料从所述吸附性材料/生物质分离区段送至所述高通量吸附系统;以及
生物质管道，其用于将游离生物质从所述吸附性材料/生物质分离区段送至所述生物再生反应器和所述生物再生反应器下游的位置中的至少一个。
47.权利要求36所述的系统，其中所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统进一步包括：
合并设备，其用于从再生的吸附性材料剪切和分离积聚的生物质，所述合并设备位于选自下列的至少一个位置：
所述生物再生反应器内，和
从所述生物再生反应器分离，并且连接所述再生的吸附性材料出口以接纳来自所述生物再生反应器的再生的吸附性材料，并且具有用于排放分离的剪切的吸附性材料的出口和用于排放游离生物质的出口;
与所述合并设备的再生的吸附性材料出口相连的吸附性材料管道，其用于使再生的吸附性材料返回所述高通量吸附系统;以及
与所述合并设备的用于排放游离生物质的出口相连的生物质管道，其用于将游离生物质送至所述生物再生反应器和所述生物再生反应器下游的位置中的至少一个。
48.权利要求36所述的系统，其中所述高通量吸附系统包括混合区段和沉积区段。
49.权利要求48所述的系统，其中所述沉积区段包括构造有反相锥形或截头圆锥底部的容器，所述吸附性材料出口布置在所述反相锥形或截头圆锥底部。
50.权利要求36所述的系统，其中所述高通量吸附系统包括吸附性材料过滤设备。
51.权利要求36所述的系统，其中所述高通量吸附系统包括连续回冲过滤器。
52.权利要求36所述的系统，其中所述高通量吸附系统包括连续再生过滤系统。
53.权利要求36所述的系统，其中所述辐射源包括β-射线源，γ-射线源，x-射线源或电子束辐射源中的一种或多种。
说明书
包括主要固体的辐射的废水处理系统和方法
本申请是一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2010年7月8日、申请号为201080030782.3(PCT/US2010/041322)、发明名称为“包括主要固体的辐射的废水处理系统和方法”。
相关申请
本申请要求2009年7月8日申请的美国临时专利申请第61/224,016号的权益，其全部内容通过引用方式列入本文中。
技术领域
本发明涉及用于废水处理的系统和方法。
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，废水处理方法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，其中必须解决来自于各种工业应用的特定污染物。
废水处理工厂典型地使用多个处理阶段，包括初级处理、次级处理和三级处理。生物氧化是用于除去大部分废水污染物的熟知次级处理步骤。通常，来自生物氧化和/或其他次级处理方法的流出物仍旧含有进一步处理(例如三级处理)用于它们除去所要求的污染物的水平。
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。
操作上成本密集的某些废水处理方法的一部分包括从已经通过曝气或其他次级方法处理的废水除去相对低浓度的污染物。尽管多种系统已经用于三级处理，例如吸附和过滤器，但是存在需要更有效和成本更低的三级处理，而没有和常规方法关联的限制和缺点。
发明内容
根据一个或多个实施方案，本发明涉及处理废水的系统和方法。
本发明提供处理废水的系统和方法，其中使用主要分离方法将大部分固体和生物需氧化合物从废水物料分离，以产生固体相和水相。固体相被辐射以降低病原体水平，使得其安全地用作土壤替代物和/或添加剂，从而固体可以因此以环境友好的方式丢弃。在另外的实施方案中，已经通过辐射灭菌的固体混合合适的惰性填料材料，以产生土壤替代物，肥料，堆肥，或其他土壤添加物。液体相以比处理足额废水所要求的基本上更小的系统来处理，所述处理足额废水可以包括悬浮的介质生物再生反应器系统。根据本发明的液体处理系统包括和低通量吸附性材料生物再生反应器一体化的高通量吸附性材料处理系统。
根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种处理含有固体和生物需氧化合物的废水的方法。该方法包括：
使用主要分离方法从所述废水物料中分离大部分所述固体和生物需氧化合物，以提供固体相和包括废水(并且在某些实施方案中是低浓度废水)的水相，所述固体相含有初始水平的病原体;
辐射所述固体相以降低病原体水平;
在混合区段中使所述废水和吸附性材料混合足够时间，以使来自所述废水的污染物吸附到所述吸附性材料上;
从废水和吸附性材料的混合物中分离和除去大部分所述废水;
将具有吸附其上的污染物的吸附性材料和少部分所述废水送至生物再生反应器;
使所述吸附性材料和废水在所述生物再生反应器中呈悬浮一定时间，该时间足以允许所述生物再生反应器中的微生物对所述吸附的污染物的至少一部分产生生物作用;
从所述生物再生反应器排放生物处理的水流出物;以及
使再生的吸附性材料循环至所述混合区段。
根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种废水处理系统。所述系统包括：辐射处理区段，具有：辐射源;用于接纳主要固体的入口;用于排放辐射的主要固体的固体出口;和废水出口。所述系统还包括混合区段，具有：和所述辐射处理区段的所述废水出口相连的废水入口;吸附性材料入口;和排放出口。所述系统还包括吸附性材料沉积和液体分离区段，具有：和所述混合区段的排放出口相连的浆料入口，处理的水出口和污染的吸附性材料出口。所述系统还包括吸附性材料生物再生反应器系统，具有：生物再生反应器，包括和所述吸附性材料沉积和液体分离区段的污染的吸附性材料出口相连的污染的吸附性材料入口，生物处理的水出口，和和所述混合区段的吸附性材料入口相连的再生的吸附性材料出口。
根据一个或多个实施方案，本发明涉及一种废水处理系统。所述系统包括：辐射处理区段，具有：辐射源;用于接纳主要固体的入口;用于排放辐射的主要固体的固体出口;和废水出口。所述系统还包括高通量吸附系统和低通量吸附系统。所述高通量吸附系统包括：和所述辐射处理区段的废水出口相连的入口，用于接触所述废水和吸附来自所述废水的污染物的吸附性材料源，用于排放已经接触所述吸附性材料的大部分接纳的废水的液体出口，和用于排放具有吸附的污染物和少部分接纳的废水的吸附性材料的吸附性材料出口。所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统用于使具有吸附的污染物的吸附性材料保持呈悬浮一定时间，该时间足以允许微生物消化吸附的有机污染物。所述低通量吸附性材料生物再生反应器系统包括：生物再生反应器，具有：用于从所述高通量吸附系统的吸附性材料出口接纳具有吸附的污染物的吸附性材料的入口，混合液出口，和与所述高通量吸附系统的吸附性材料源相连的吸附性材料出口。
