申请日2001.07.26
公开(公告)日2005.12.21
IPC分类号C02F3/00; C02F3/12; C02F3/30
摘要
采用活性泥浆从废水去除生物养分的一个设备(10)和方法，包括一个生物反应器(12)，用于包含待处理废水和活性泥浆的混合物。生物反应器(12)分成许多串联的处理区(30，32，34，36，38)，包括一个废水入口(18)、一个下游需氧区(38)以及一个在废水入口(18)和下游需氧区(38)之间的上游需氧区(34)。一个薄膜过滤器设在下游需氧区中，使得它对包含废水和活性泥浆工作容积的生物反应器，起到一个浸没式薄膜过滤器(56)的作用。浸没式薄膜过滤器过滤从生物反应器通过第一出口(20)流动的被处理水。一个充气装置(58)在操作上与薄膜过滤器(56)连接，净化薄膜过滤器(56)中的固体颗粒。在下游需氧区(38)中的一个第二出口与上游需氧区中的入口连接，从下游需氧区到上游需氧区再循环充氧的活性泥浆。
権利要求書
1.一种从废水中去除生物养分的方法，包括：
提供废水到含有活性泥浆的串联多区活性泥浆生物反应器的入 口，生物反应器具有一个取出被处理水的下游需氧区以及一个在废水 入口和下游需氧区之间的上游需氧区，上游和下游的需氧区由一个缺 氧区隔开;
通过一个浸没式薄膜过滤器从下游需氧区中的活性泥浆过滤出被 处理水;
用含氧的净化气体净化浸没式薄膜过滤器中的固体颗粒;以及
从下游需氧区到上游需氧区再循环用含氧的净化气体充氧的返回 活性泥浆。
2.权利要求1的方法，还包括：
从浸没式薄膜过滤器把被处理水送进到一个处理箱入口;
在处理箱入口添加粉末活性炭(PAC)到处理箱;
沿着处理箱内的处理路线流动被处理水和PAC;以及
通过位于所述处理箱内的一个浸没式薄膜过滤器从被处理水和 PAC中过滤出被处理水。
3.权利要求2的方法，还包括：在处理箱中保持微生物繁殖，使 被处理水中的溶解有机物新陈代谢。
4.权利要求2的方法，还包括：监测送入处理箱入口的被处理水 中溶解有机物的浓度，随着被处理水中溶解有机物浓度的变化而改变 添加到处理箱的PAC量。
5.权利要求2的方法，还包括：从下游需氧区到上游需氧区连续 地再循环用含氧的净化气体充氧的返回活性泥桨。
6.权利要求1的方法，还包括：连续地净化来自浸没式薄膜过滤 器中的固体颗粒。
7.一种实施权利要求1所述方法的去除废水中生物养分的设备， 包括：
一个生物反应器，包含待处理废水和活性泥浆的混合物，生物反 应器分成许多串联的处理区，并且具有一个废水入口、一个下游需氧 区、以及一个在废水入口和下游需氧区之间的上游需氧区;上游需氧 区和下游需氧区由一个缺氧区隔开;
一个在下游需氧区中的薄膜过滤器，薄膜过滤器位于下游需氧区 中，使得它对含有废水和活性泥浆工作容积的生物反应器，起到一个 浸没式薄膜过滤器的作用，浸没式薄膜过滤器过滤从生物反应器通过 第一出口流动的被处理水;
一个充气装置，在操作上与薄膜过滤器连接，用含氧气体净化薄 膜过滤器中的固体颗粒;以及
在下游需氧区中的一个第二出口，连接到在上游需氧区中的一个 入口，从下游需氧区到上游需氧区再循环用含氧的净化气体充氧的返 回活性泥浆。
8.权利要求7的设备，还包括：
一个处理箱，具有一个入口和一个下游出口，入口与第一出口连 接来接受被处理的水;
一个粉末活性炭(PAC)源，在操作上与处理箱连接，在处理箱 入口提供PAC到处理箱;以及
一个薄膜过滤器，在操作上与下游出口连接，薄膜过滤器的位置 使得它对含有被处理水工作容积的处理箱，起到一个浸没式薄膜过滤 器的作用。
9.权利要求8的设备，还包括一个监测装置，监测流入接受箱入 口的被处理水中溶解有机物的浓度，监测装置在操作上与PAC源连 接，随着被处理水中溶解有机物浓度的变化而改变提供到处理箱的 PAC量。
10.权利要求7的设备，从下游需氧区到上游需氧区连续地再循 环用含氧的净化气体充氧的返回活性泥桨。
11.一种从废水中去除生物养分的方法，包括：
提供废水到含有活性泥浆的串联多区活性泥浆生物反应器的入 口，生物反应器具有一个取出被处理水的下游需氧区以及一个在废水 入口和下游需氧区之间的上游需氧区;上游需氧区和下游需氧区由一 个缺氧区隔开;
通过一个浸没式薄膜过滤器从下游需氧区中的活性泥浆中过滤出 被处理水;
用含氧净化气体净化浸没式薄膜过滤器中的固体颗粒;以及
从下游需氧区到生物反应器入口上游的一个脱氧区，再循环用含 氧净化气体充氧的返回活性泥浆。
12.权利要求11的方法，还包括连续地净化来自浸没式薄膜过滤 器的固体颗粒。
13.权利要求11的方法，还包括：
从浸没式薄膜过滤器把被处理水送进到一个处理箱入口;
在处理箱入口添加粉末活性炭(PAC)到处理箱;
沿着处理箱内的处理路线流动被处理水和PAC;以及
通过一个浸没式薄膜过滤器从PAC过滤出被处理水。
14.权利要求13的方法，还包括：在处理箱中保持微生物繁殖， 使被处理水中的溶解有机物新陈代谢。
15.权利要求13的方法，还包括：监测送入处理箱入口的被处理 水中溶解有机物的浓度，随着被处理水中溶解有机物浓度的变化而改 变添加到处理箱的PAC量。
16.权利要求11的方法，还包括从下游需氧区到上游需氧区连续 地再循环用含氧的净化气体充氧的返回活性泥浆。
说明书
采用薄膜过滤器处理废水的方法和设备
技术领域
本发明涉及了一种废水处理过程，尤其是涉及了一种采用浸没式 薄膜过滤器的活性泥浆处理过程。
背景技术
目前正日益需要可靠地处理废水，以便水的再利用和为了满足更 迫切要求的国家和联邦的排放质量标准。经常关心的是需要去除包括 磷酸盐和氮的有机养分，它们会促进水生植物和水藻的生长，从而造 成自然环境的退化和各种各样的健康问题。从废水有效和可靠地去除 污染物质，特别是碳素物和例如氮和磷的养分，在补充和再利用现有 城市水资源的规划中已经变得日益重要。典型的废水处理过程通常包 括多重处理区域，它们可以分成：(1)预备处理区域;(2)初次处 理区域;以及(3)二次处理区域。预备处理涉及到从未处理水中去除 碎片和有害残余物，如罐头盒、浴巾之类。这通常为一个两阶段的过 程，由此用筛网去除如破布和罐头的残余物，以及在通过一个速度控 制区时从未处理水中沉淀碎片和重的无机固体颗粒。当从初步处理区 域通过时，在水流内带着溶解有机物和有机养分。
典型的初次处理区域(它是废水处理一个供选用部分)引起一个 物理过程，其中依靠飘浮和沉积方式去除一部分有机物。通常在初次 处理区域中去除40-70%的悬浮固体颗粒。
二次处理区域通常为一个生物处理过程，其中在可控条件下利用 细菌来从废水去除养分或不沉淀的悬浮固体颗粒以及可溶解的有机 物。如果不处理，这些物质会造成不可接受的生物耗氧物(“BOD”)。 一个典型的二次处理方法是活性泥浆过程，其中对废水充气和用活性 泥浆搅拌，然后对废水净化掉各种微生物。往往这个需氧阶段与一个 厌氧阶段，即一个在缺乏诱发氧气(不管是溶解的还是从亚硝酸盐或 硝酸盐导出的氧气)下操作的阶段，以及一个缺氧阶段，即缺乏氧但 存在硝酸盐的阶段相结合。在厌氧阶段完成磷的去除和在缺氧阶段完 成脱硝。
Daigger的美国专利号5,480,548(其公布内容引入这里作为参考) 很详细地公布了厌氧-缺氧-需氧的二次处理过程。Daigger说明了 一个串联的生物反应器，由厌氧区、缺氧区和需氧区组成。Daigger 还说明了从缺氧区到上游厌氧区，混合液体悬浮固体颗粒(“MLSS”) 的缺氧再循环(“ARCY”)的需要性。Diagger说明了来自生物反应器 的污水进入一个常规的重力分离器，从那里缓慢倾注被处理的污水， 以及返回的活性泥浆(“RAS”)返回到上游缺氧区。除了Daigger， Hawkins的美国专利号5,601,719，Marsman的美国专利号5,342,522， Strohmeier的美国专利号5,798,044，Hong的美国专利号5,650,069， Timpany的美国专利号5,354,471，Wittmann的美国专利号4,961,854， Nicol的美国专利号4,787,978以及Yang的美国专利号5,942,108，每 个专利公布了多区的生物反应器，在各区之间具有某个流动再循环， 以保持有用微生物的浓度和改进生物养分的去除。但是，在每个情形 中，这些专利说明了依靠一个澄清器之类的常规重力分离器，如同上 述有关Daigger的讨论。根据重力的分离系统的一个问题是：为了实 现重力澄清的可接受量级，固体颗粒浓度必然受到限制。此外，这些 系统对有害的病原体，如鞭毛虫和隐孢子虫，没有提供实际的壁垒。 还有，这些过程对各种溶解有机物的去除没有作用。
Tanaka的美国专利号6,007,712说明了一个多区的生物反应器， 其中在一个薄膜组件上产生悬浮固体颗粒的分离。Tanaka提供了：不 通过薄膜的不渗透水返回和循环到一个硝化箱或需氧箱。Tanaka还说 明了：薄膜过滤器的薄膜最好是亲水的，使得悬浮固体颗粒更难附着 和弄脏薄膜。Tanaka又提供了：“当悬浮固体颗粒成分附着时，可以 依靠空气和渗透液体来定期地反冲”，以净化薄膜中的固体颗粒。 Tanaka说明了：需要再循环到需氧区，因为仅可以过滤薄膜上水的七 分之一(1/7)，因此需要把余下的水返回到上游。Tanaka未提到如 果薄膜组件浸入一个水化箱(或需氧处理箱)内，再循环水是有用的 或是希望的。在任何情形中，Tanaka没有说明：对薄膜组件的连续充 气会提供充氧的MLSS，用于再循环到需氧区。Tanaka也没有提供适 当去除有机物的骤增，如可能由于毒物泄漏造成的情形。
Anselme的美国专利号5,364,534公布了一个净化和过滤水的过 程，包括把如活性炭的粉末状试剂引入到重力分离区下游和薄膜分离 区上游的水流中。粉末状试剂从薄膜分离区的净化再循环到重力分离 区的上游。Anselme没有提供生物养分和BOD的去除，因此对于处理 城市废水以及含废水的许多其他生物养分和溶解有机物水源，是一个 有限的设施。
本发明的目的是克服上述一个或几个问题。
发明内容
本发明的第一个方面是采用活性泥浆来去除废水中生物养分的一 个设备。设备包括一个生物反应器，包含待处理废水和活性泥浆的混 合物。生物反应器分成许多串联的处理区，并且包括一个废水入口、 一个下游需氧区、以及一个在废水入口和下游需氧区之间的上游需氧 区。一个薄膜过滤器设在下游需氧区中，使得它对含有废水和活性泥 浆工作容积的生物反应器，起到一个浸没式薄膜过滤器的作用。浸没 式薄膜过滤器过滤从生物反应器通过第一出口流动的被处理的水。一 个充气装置在操作上与薄膜过滤器连接，用空气或含选择氧浓度的气 体净化薄膜过滤器中的固体颗粒。在下游需氧区中的一个第二出口连 接到在上游需氧区中的一个入口，从下游需氧区到上游需氧区再循环 充氧的活性泥浆。
本发明的第二方面包括一个处理箱，具有一个入口和一个下游出 口，入口与生物反应器的第一出口连接，来接受被处理的水。一个粉 末活性炭(“PAC”)源在处理箱入口附近提供PAC到处理箱。一个薄 膜过滤器在操作上与下游出口连接，其位置使得它对含有被处理水工 作容积的处理箱，起到一个浸没式薄膜过滤器的作用。一个凝结剂源 也可以在操作上与处理箱连接，在处理箱入口附近提供凝结剂到处理 箱。处理箱最好包括在入口和出口之间的许多混合隔板。可以设有一 个监测器来监测流入接受箱入口的被处理水中溶解有机物的浓度。监 测器在操作上与PAC源连接，随着被处理水中溶解有机物浓度的变化 而改变提供到处理箱的PAC量。
本发明的第三方面是利用活性泥浆去除废水中生物养分的一个设 备，包括一个具有废水入口和下游被处理水出口的生物反应器，用于 包含待处理废水和活性泥浆的混合物和沿着生物反应器入口和出口之 间的处理路线流动混合物。一个薄膜过滤器在操作上与生物反应器出 口连接，其位置使得它对含有废水和活性泥浆工作容积的生物反应器， 起到一个浸没式薄膜过滤器的作用。一个处理箱具有一个与生物反应 器连接而用于接受被处理水的入口和一个下游出口。一个PAC源在操 作上与处理箱连接，在处理箱入口附近提供PAC到处理箱。一个薄膜 过滤器在操作上与下游出口连接，其位置使得它对含有被处理水工作 容积的处理箱，起到一个浸没式薄膜过滤器的作用。
本发明的第四方面是从废水去除养分的一个方法，包括提供废水 到含有活性泥浆的串联、多区、活性泥浆生物反应器的一个入口上。 生物反应器具有一个取出被处理水的下游需氧区和一个在废水入口和 下游需氧区之间的上游需氧区。方法还包括通过一个浸没式薄膜过滤 器在下游需氧区中过滤活性泥浆中的被处理水。用含氧气体净化浸没 式薄膜过滤器中的固体颗粒，充氧的返回活性泥浆从下游再循环到上 游需氧区。方法还包括从浸没式薄膜过滤器把被处理水送进到一个处 理箱入口，在处理箱入口附近添加PAC到处理箱，沿着处理箱内处理 路线流动被处理水和PAC，以及通过一个浸没式薄膜过滤器从PAC 过滤被处理水。方法还可以包括在处理箱入口附近添加凝结剂或氧化 剂到处理箱。也可以在处理箱中保持使溶解有机物新陈代谢的微生物 繁殖。在一个优选实施例中，连续地添加PAC和监测送入处理箱入口 的被处理水中溶解有机物的浓度，使得随着被处理水中溶解有机物浓 度的变化而改变添加到处理箱的PAC量。
本发明的第一、第二和第四方面提供了充氧的返回活性泥浆从包 含浸没式薄膜过滤器的需氧区到上游需氧区的再循环。这个循环不仅 再分配了使溶解有机物新陈代谢的微生物，而且提供了充氧的返回活 性泥浆源到上游需氧区，它降低了对上游需氧区提供补充氧气的需求。 这使得废水处理的方法和设备起到更有效的作用。采用浸没式薄膜过 滤器容许在生物反应器中MLSS的浓度更高，容许降低对活性泥浆过 程的容积需求。采用浸没式薄膜过滤器也对如鞭毛虫和隐孢子虫的病 原体提供了实际的壁垒，这在采用重力分离器的常规处理过程中是没 有的。这些实施例具有一个带着PAC接受来自生物反应器水流的处理 箱，并且包括在箱出口的浸没式薄膜过滤器，实施例提供了一个“多重 壁垒”来保证如悬浮固体颗粒、混浊物和病原体的污染物将被适当地从 植物污水去除。另外，添加PAC到下游处理箱提供了溶解有机物的更 多去除。在引入处理过程的有机物骤增情形，如可能由毒物泄漏事件 造成的情形中，在处理箱中采用PAC容许添加增大浓度的PAC。采 用常规颗粒活性炭过滤器的处理过程不提供这种灵活性。此外，PAC 的有孔结构提供了微生物增长的许多位置。除了被PAC吸收之外，在 处理箱内微生物的增长将提供处理箱内有机物的氧化。这许多优点是 由于被证实的处理设备的新颖组合所造成，并且可以经济地和可靠地 达到。
