申请日2008.12.19
公开(公告)日2010.11.24
IPC分类号C02F3/10; B01F3/04; B01D21/00; C02F3/20
摘要
一种水处理的方法，至少包括以下步骤：(a)以层流形式提供水;和(b)对水提供无泡供氧。本发明向污水沉降池中引入好氧处理而对沉降工艺过程产生任何阻碍。本发明能够用于任何沉降步骤或阶段，包括并不限于最常见的第一次沉降或最终沉降。
权利要求书
1.一种水处理的方法，至少包括以下步骤：
(a)以层流提供所述水;和
(b)向所述水中提供无泡供氧。
2.根据权利要求1所述的所述方法，其中步骤(a)包括静止重力沉降。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中步骤(a)包括将所述水通过多个薄层板。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包括将所述水通过薄层澄清器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括提供无泡供氧通过一个或多个气体可渗透膜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
(c)邻近所述无泡供氧处提供生物膜。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述层流形式的水包括澄清的水层，步骤(b)包括向所述澄清水层提供无泡供氧。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水由需氧生物处理源提供。
9.一种水处理单元，包括：
一个或多个水层流通道;和一个或多个无泡供氧器。
10.根据权利要求9所述的单元，其中所述单元包括多个薄层板以提供至少一个所述水层流通道。
11.根据权利要求10所述的单元，其中一个或多个所述无泡供氧器包括一个或多个所述薄层板。
12.根据权利要求10所述的单元，其中一个或多个所述无泡供氧器与一个或多个所述薄层板相连。
13.根据权利要求12所述的单元，包括多个在薄层板之下支撑的多个无泡供氧器。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的单元，其中所述无泡供氧器或每个无泡供氧器是气体渗透膜。
15.根据权利要求14所述的单元，其中所述气体渗透膜或每个气体渗透膜是微孔膜。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的单元是废水处理沉降池。
17.根据权利要求16所述的单元是薄层澄清器。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的单元，包括一个或多个邻近所述一个或多个无泡供氧器的生物膜的支撑件。
19.一种水处理方法，包括至少一个需氧生物处理步骤，还包括根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
20.一种水处理装置，包括至少一个需氧生物处理单元和根据权利要求9至18中任一项所述的单元。
说明书
涉及水处理的改进方法
技术领域
本发明涉及水处理系统、装置和方法。
背景技术
由城市人口和工业发展产生的污水在将其排放到地表水之前必须经过处理除去有害污染物。在排放之前用于除去这些污染物的处理方法有许多;这些都是基于化学、物理和生物方法。这些处理方法大多数都采用上流沉降或交叉流沉降而从早期处理中形成的淤泥中最后分离出澄清的污水。然而，从这些污水处理设施排放出的流出物必须满足越来越严格的环境排放标准。加之日益增加的污水生产，这可能意味着早期足够的处理系统或许就要变得不足，需要升级或替换才能维持一致的协调。
用新系统替换现有的系统会使现有的系统荒废。增添精制步骤将会涉及新的处理池，土建工程和工艺过程设备。这些都涉及固定设备的巨大投资。覆盖区域增加的需求也可能是昂贵的，而在某些情况下，额外增加空间或许不能得到满足。
现有技术容许通过在沉降池中替换薄层板，提高传统沉降池溢流速率2～8倍而增加沉降池的体积容量。然而，污水可以仍然超过具体参数如BOD(生化氧需求)物质，氨和总氮的排放容限。需氧污水处理工艺过程充分去除了这些污染物。然而，在许多情况下，在现有的化学或生物处理系统中还没有备用容量用于容纳额外的处理。
尽管传统的最后阶段沉降还有较长的水力停留时间，但是沉降期间的需氧生物处理由于污水中存在的溶解氧水平非常低而极度受限。因此，现有污水处理系统超过效能增加的性能改进，一般而言需要增添或替换现有的方法才能获得额外必需的需氧生物处理。
当处理系统处于正常工作之下而不能除去所需水平的可生物降解BOD物质时，对于污水处理厂的升级存在许多选择。
这些技术也适用于新的污水处理工作和替代污水处理工作。
这些系统广泛地基于两种技术。首先，是因空气流通而净化的污泥方法。在该系统中通过空气鼓泡到盛装污水的大池子中以向污水供氧。氧促进废水中的天然微生物生长，而这样使它们倍增而消耗生物可降解的有机物质，将这些物质转化成生物量(生物质)，这些生物量形式上成粒并因此从主要的溶液中变得可沉降。可溶的生物可降解物质(BOD)由此转化成可沉降的生物量。这些方法一般连续运行而生物量在已知称为沉降池或澄清器的第二池子中沉降。随后沉降的生物量或淤泥排出并泵入第三池中，在将其放入废料桶处理之前储存在该处至脱水。一定比例的污泥转运回主充气池中而维持高微生物的食物(BOD)比率，由此确保良好的处理水平。
总之，对于这种技术需要最低三个池子。这就具有巨大空间需求，且造价高昂。升级现有系统需要添加新处理池而提供额外的需氧生物处理容量。这种技术不能应用于现存的沉降池，因为充气方法将会产生涡流而妨碍沉降。
第二系统涉及固定膜方法。在这些膜中相对高速地处理废水，类似地固定于通过空气鼓风机充气的池中。然而，该池子用生物膜支撑物质如模制塑料环填充松散。当废水充气时，水中的微生物生长而逐渐粘附到填充物上。随着更多的氧供给，生物膜增长，将可溶BOD转化成生物量。尽管在这种情况下生物膜是固定的，但是在生物处理之后仍需要沉降。然而，这种方法不能结合现有的沉降处理，因为所用的充气方法是涡流的而因此这样会导致混合和妨碍沉降。
这些方法没有一种不需要具有显著民事成本和空间需求的额外处理池就能够用于升级现有的污水处理厂。
因空气流通而净化的污泥工艺的一个变体采用了结合膜过滤的生物处理，这称之为膜生物反应器(MBR)。微滤膜放置于因空气流通而净化的污泥池中，其中生物污泥仍通过鼓泡充气而进行充气。膜作用是过滤污泥。为了降低污泥污垢层对膜过滤器的堵塞，膜表面通过空气冲刷而保持清洁，高速的表面流流体，和/或反冲刷流通过膜过滤器。
然而，这些措施导致MBR工作的运行成本非常高，而尽管MBR方法有时能够利用现有的处理池，但是由于需要大量的膜提供足够的过滤功能和额外的泵抽和充气需求而这种技术也是成本高昂。
发明内容
本发明的一个目的是改进现存包括需氧生物处理的第一级和第二级沉降池而同时并不妨碍原始沉降工艺过程。
根据本发明的一个方面，提供了一种水处理的方法，至少包括以下步骤：
(a)以层流形式提供所述水;和
(b)向所述水中提供无泡供氧(曝气)。
本发明向无水沉降池中引入需氧处理而不对沉降工艺过程产生任何妨碍作用。本发明适用于任何沉降步骤或阶段，包括但不限于最常见的第一级沉降或最后的沉降。
层流，也已知为流线形流动，出现在流体以平行层流动之时，而层之间没有产生中断。在流体动力学中，层流是一种流态，特征是高动量扩散，低动量对流，压力和速率与时间无关。这与涡流相反，即，层流是平静的而涡流是剧烈的。
无量纲的雷诺数能够是描述流动条件是否产生层流或涡流的方程中的一个参数。雷诺数低于500，一般就认为是层流类型。
本发明方法的步骤(a)能够包括静态重力沉降，即薄层板沉降或采用薄层板组成部分。
优选，步骤(a)包括将水通过多个薄层板。
薄层板沉降建立完善，一般重力沉降系统通过控制污水流而使颗粒物从溶液中沉降出来而同时使澄清液体流流过处理池而进行工作的。沉降的效能，理论上与沉降池的高度无关，而与沉降可用的表面有关。因此，大的浅池对于移出颗粒物是更为有效的。实际上，局限在于固体将会在池子底部累积，导致正常流动中断而因此妨碍沉降。
在薄层板沉降系统中，这种局限性通过以一定角度放置浅池而被克服，以至于固体并不会累积，而是它们流下斜浅池的底部而到达移出收集点。因此，深度约60mm的沉降池在沉降固体时是有效的。装水池子不能倾斜，因此实际上这类型的沉降池通过将平板层堆叠到传统池中而实现，板子之间间隔约60mm。这些板子能够是垂直的，但是通常与水平方向呈约40～60°角度，如50°，而使固体下落到板子基部的距离相对较短，在板子基部累积斜滑而被移除。
对于每一块板子，沉降的有效区域是由板子覆盖的水平区域，因此随着板子堆叠，沉降的总面积不久将会超过非薄层板系统。按照这种方式，通过在沉降池底包括薄层板堆叠，表面积以及因此产生的沉降效率将能够提高至8倍。
薄层板沉降也辅助提供对水力冲刷的耐性。其能够经受早冲刷期间出现的更高流速，而同时还能提供沉降。如果包括辅助生物膜，则在膜中的生物量将在流冲刷期间并不会被冲洗掉，这正如现有的因空气流通而净化的污泥系统的情况那样。
在本发明一个实施方式中，步骤(a)包括将水通过薄层澄清器。
薄层澄清器，也已知称为斜板澄清器，主要用于水和污水处理工业以从流出液中的液体分离固体。澄清器传统上是一般的水和污水处理的四步方法的第三步，所述四步法为：流出液流的收集和均质化，BOD的生物处理等，澄清，以及最后(淤泥的)脱水。
无泡供氧能够通过将薄膜聚合物材料放置于含氧气体相和液相之间而提供。氧在传输通过膜厚而直接递送至液相中。
优选本发明的方法的步骤(b)包括通过一层或多层渗透膜提供无泡供氧。
一般采用两种类型的膜，这些是气体渗透的无孔膜和疏水性聚合物微孔膜。陶瓷膜的使用也是可能的。
借助气体渗透膜，气体溶解到膜中并借助浓度梯度传输穿过膜，该浓度梯度存在于并膜的管腔(气体)侧(该处气压相对较高(1～5bar)从而浓度也相对高)至外壳或液体侧(在该处氧在溶液中被带走或被消耗)。
无孔膜具有较小的孔(通常为0.1～10μm)而容许氧从管腔(lumen)侧扩散到液相。两种类型的膜都能用于各种操作模式以通过任何供氧气体，如氧气自身，空气，和其它已知的供氧物如硝酸盐提供无泡供氧或氧化作用。
本发明利用了最后阶段沉降的停留时间而容许需氧处理在相同的沉降环境中发生，如沉降池。停留时间能够类似于传统上所用的那些沉降池。长的水力(hydraulic)时间能够超过2h。
本发明优选通过将薄层板沉降和需氧生物处理结合于一个单元或池子中而实现。
本发明的方法可以进一步包括以下步骤：
(c)提供邻近(紧靠)无泡供氧的生物膜。
优选通过将无泡供氧装置放置于薄层板下侧在有或无紧靠放置的塑料/金属/碳网下以提供生物膜生长的强化表面区域有助于需氧生物处理。薄层板提高了沉降效能;无泡供氧器向生物膜供给无涡流氧，负载有效污水处理的大生物量密度。对于本系统，沉降得以改进，BOD降低而也能够实现硝化/脱氮作用。重要的是本发明容许这些方法发生于作为最后沉降的相同容器中。
因此，新处理系统能够经过构建而将几个工艺过程组合于相同的容器池，单元等中，而由此需要很少或不需要额外空间。总的资本、空间和民间费用当相比于该问题的现有解决方案时都大大降低。
本发明的另一实施方式中，层流的水包括澄清的水层，而步骤(b)包括向澄清的水层提供无泡供氧。
本发明的水能够通过和/或由需氧生物处理源提供。
根据本发明第二方面，提供了一种水处理单元，包括：
一个或多个水层流通道;和
一个或多个无泡供氧器。
优选该单元包括多个薄层板以提供至少一个水层流通道。
一个或多个无泡供氧器可以含有一个或多个层流斜板。
可替代地，一个或多个无泡供氧器可以采用任何合适类型的支撑或支撑层或器件或设备与一个或多个薄层板结合至一起。
根据本发明另一实施方式，该单元包括在多个薄层板之下支撑的多个无泡供氧器。
在该单元中，所述无泡供氧器或每一无泡供氧器优选是如此前定义的气体渗透膜，更优选是无孔膜。
优选，本文中限定的单元是污水处理沉降池，更优选是薄层澄清器。
该单元能够包括一个或多个邻近所述一个或多个无泡供氧器的生物膜支撑件(支架)。
根据本发明第三方面，提供了一种水处理的方法，包括至少一个需氧生物处理步骤，并进一步包括本文中定义的方法。
根据本发明第四方面，提供了水处理的装置，包括至少一个需氧生物处理单元和如本文中所定义的单元。
本发明涵盖了本文中描述的本发明各种实施方式和方面的所有组合。应该理解到，任何和所有本发明的实施方式可以连同描述本发明另外的实施方式的任何其它实施方式采用。而且，实施方式的任何组成部分可以组合描述另外实施方式的任何实施方式的任何和所有其它组成部分。
本发明提供了至少以下优点：
第一级和第二级沉降池能够通过包括本方法进行使用，由此通过将第二或第三需氧处理引入沉降工艺过程而不妨碍沉降来加入这些处理池的设计。
因此，将这些工艺过程组合到一个池子中而这些处理池的数量和成本降低。
对于这些体系所需的空间相比于现有技术大大降低。
沉降一般是流出物处理的最后阶段;本发明容许将这个最后阶段升级以包括需氧污水处理。
氧气供给能够小心控制并由此控制生物膜中各种区域的活性和功能。
沉降工艺过程现在能够保持需氧;由无氧沉降池中盛装污水产生的问题能够得以控制。这个问题包括由于脱氮作用而出现的臭味产生和淤泥生成。
通过传统充气导致的空气鼓泡程度和污水流挥发性组分的溶出(striping)都能够降低。
污水处理厂对于BOD/COD和氨的需氧处理能力得以改进，并提高了水力容量。
本发明还有的一个优点是以成本有效方式升级现有工厂，尤其是改装的能力。许多污水处理厂由于仅有小的剩余容量而超出了严格的排放标准，而操作上寻求通过细小工艺过程替换进行改进以避免资本密集升级。
具体而言，重力沉降功能和需氧生物功能能够作为一个集成单元提供，或作为独立模块提供而在现有的水处理流出物澄清器中进行装配。这所具有的增加优点是流出物处理装置的效能或性能将会改进，而不会对传统需氧系统产生成本和空间需求。
