專利名稱：生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)和廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)和廢水處理方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括浸沒式脫氮反應(yīng)器(submerged denitrificationreactor)、浸沒式曝氣過濾器(submerged aerated filter)和深床脫氮過濾器(deepbed denitrification filter)，該系統(tǒng)用于生物處理廢水中的污染物。
背景技術(shù)：
自中世紀(jì)以來，廢水和污水處理一直在發(fā)展。自從出現(xiàn)了城市污水系統(tǒng)，人們就建立了污水廠用于在區(qū)域性的基礎(chǔ)上處理這些廢物。滴濾池是早期改進(jìn)的廢物處理系統(tǒng)。未處理的液體均勻地分布在礦渣、焦炭、碎石和其它大顆粒床的上面。當(dāng)液體通過床滴落時(shí)，因?yàn)榇步橘|(zhì)表面上存在有細(xì)菌和其它微生物，所有液體中的有機(jī)和含氮材料會發(fā)生氧化。在沉降槽中與液體分離而形成固體碎片。污水處理一般需要幾個(gè)步驟，除去固體和可溶的膠狀生化需氧物質(zhì)(BOD)。最初的處理步驟是除去固體的物理過程。含原污水的廢水流經(jīng)預(yù)處理槽，固體在這里重力沉降，形成污泥。
兩步法已經(jīng)公開在多篇文獻(xiàn)中。Tymoszezuk的美國專利3853752中公開了一種改進(jìn)的需氧生物廢液處理法，該方法是將活性污泥法與曝氣生物過濾器及非曝氣生物濾水池相結(jié)合。這些濾水池類似于現(xiàn)有的用于處理飲用水的沙濾器。在第一步驟中用污泥濃縮器提取過量的污泥。
授權(quán)于Takeishi等人的美國專利500625l中教導(dǎo)了一種處理有機(jī)廢水的兩步法。第一步在第二步之前，第二步使用需氧濾水池，該需氧濾水池使用其中充填有過濾介質(zhì)的上流型固液分離器。以很高的SS脫除率和很短的時(shí)間進(jìn)行前期SS(懸浮固體)脫除。在第一步中，含SS的有機(jī)廢水從分離器下部導(dǎo)入固液分離器，該固液分離器中充填有孔隙率至少為70％的過濾介質(zhì)。從分離器上部將廢水排出分離器，以除去廢水中的懸浮固體。第二步將第一步的流出物從濾水池上部導(dǎo)入需氧濾水池，需氧濾水池充填有粒狀過濾介質(zhì)，并且從充填有過濾介質(zhì)的濾水池下部供應(yīng)含氧氣體。流出物從濾水池下部排出濾水池，以需氧處理流出物。
人們已經(jīng)進(jìn)行了很多嘗試，以在給定的基底面，即過濾器需要的基底面面積上增加過濾器的容量。這對于現(xiàn)在的污水廠特別重要，為了滿足不斷增長的人口的需要，必須增加其容量，但是不能增加污水廠的拓展面積。過濾器已經(jīng)傾向于成為柱體，以通過增加過濾器的高度增加過濾器的容量。過濾器的高度受限于過濾器底座所能承受的重量。
因?yàn)閺U物的生物氧化是在過濾介質(zhì)表面上進(jìn)行，所以增加介質(zhì)中顆粒的表面積可以在給定體積的過濾器中處理更多的廢物。因此，為了增加顆粒的表面積，要減小介質(zhì)顆粒的平均粒度。另外，介質(zhì)顆粒通常由塑料制成，因?yàn)槿藗円呀?jīng)發(fā)現(xiàn)這種介質(zhì)顆粒特別有利。
人們還發(fā)現(xiàn)淹沒過濾介質(zhì)通常能夠提高過濾器的效率。經(jīng)過過濾器的流動可以是向上流動，也可以是向下流動?？諝饨?jīng)由淹沒的過濾介質(zhì)床抽出。保證空氣出口不堵塞非常重要，否則廢物將停止氧化。當(dāng)使用的小介質(zhì)(公稱直徑約小于5mm)固體部分被截留在介質(zhì)床內(nèi)時(shí)且必須通過反沖洗(backwashing)除去時(shí)，將需要昂貴的反沖洗設(shè)備，過濾器單元還要停工。較小的介質(zhì)和截留的顆粒將造成較高的壓頭損失條件，這將限制處理能力。當(dāng)通過反沖洗除去固體時(shí)，這樣的過濾器公知為生物曝氣過濾器(BAF)。在這種情況下，一般在該單元后不再需要沉降槽。
如果在過濾器中使用較大的介質(zhì)，則固體不會截留在床內(nèi)，然后被過濾器后面的沉降槽所脫除。在不需要反沖洗的情況下，過濾器已知為滴濾池或浸沒式曝氣過濾器(SAF)。SAF不同于濾水池(滴濾池)，因?yàn)榻橘|(zhì)床被淹沒，氧氣從底部被壓入該系統(tǒng)。授權(quán)于Savage的專利4129374教導(dǎo)了用兼性區(qū)將廢水脫氮的方法和裝置。專利4129374涉及廢水處理設(shè)備，該設(shè)備包括與柱狀氧化單元結(jié)合的兼性區(qū)。在兼性區(qū)中，BOD被溶解后因?yàn)榈偷娜芙庋鯒l件而產(chǎn)生不可過濾性，因此抑制了通過過濾對BOD和懸浮固體的脫除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的用于廢水處理的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)包括與一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器流體串連(in fluid communication with)的一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器和與浸沒式曝氣過濾器流體串連的一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器。本發(fā)明提供了浸沒式脫氮反應(yīng)器和使用了與傳統(tǒng)生物過濾器中使用的微細(xì)介質(zhì)相比是粗介質(zhì)的浸沒式曝氣過濾器。以前的深床脫氮過濾器為滿足NOX的要求而需要加入甲醇。將來自浸沒式曝氣過濾器的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器中，利用流出物中的BOD進(jìn)行預(yù)脫氮。本發(fā)明的深床脫氮階段不需要加入甲醇。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)是不需要反沖洗，節(jié)省了與之相關(guān)的投資費(fèi)用，易于操作和維修，不會由于反沖洗而中斷操作。
本發(fā)明用粗介質(zhì)固定膜生物反應(yīng)器替代現(xiàn)有系統(tǒng)中的兼性區(qū)(facultative zone)(懸浮生長反應(yīng)器或深床微細(xì)介質(zhì)柱狀兼性反應(yīng)器)和微細(xì)介質(zhì)柱狀氧化單元。
在浸沒式過濾器和反應(yīng)器中不使用微細(xì)介質(zhì)可以避免高壓頭損失，避免空氣和水的分配問題，避免一般與生物曝氣過濾器相關(guān)的潛在的堵塞問題。本發(fā)明的浸沒式脫氮反應(yīng)器和浸沒式曝氣過濾器與一般的過濾器相比需要較少的設(shè)備和較少的閥門，因?yàn)?)不需要反沖洗，2)過濾器反應(yīng)器之間沒有壓頭損失差，不會使流入廢水和壓縮空氣的分配復(fù)雜化。反沖洗干擾在生物介質(zhì)床內(nèi)發(fā)展的固定生物膜。因?yàn)槿∠朔礇_洗工藝，所以過濾處理法能夠不間斷地連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明的用于廢水處理的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器，浸沒式脫氮反應(yīng)器優(yōu)選包括至少定義一個(gè)腔室(compartment)的多個(gè)直立墻(upright walls)和底面(floor)。在一個(gè)方面中，該腔室包括介質(zhì)床，介質(zhì)床包括粗礦物介質(zhì)顆粒(coarse mineral media particles)和具有生物缺氧活性微生物(biologically anoxic acitive microorganisms)的固定生物膜。一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器包括用于氧化有機(jī)物的生物需氧微生物。優(yōu)選用一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器脫除懸浮固體和將氧化氮類脫氮(denitrificationof oxidized nitrogens)。
浸沒式脫氮反應(yīng)器和浸沒式曝氣過濾器的優(yōu)選介質(zhì)床都包括直徑約為6mm-45mm的介質(zhì)顆粒。相反，深床脫氮單元的介質(zhì)床包括的微細(xì)介質(zhì)顆粒的粒度優(yōu)選小于6mm。優(yōu)選在浸沒式曝氣過濾器和深床脫氮過濾器之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)凈化單元，以減少從浸沒式曝氣過濾器流向深床脫氮過濾器的廢水中的懸浮固體。
本發(fā)明的另一方面是浸沒式脫氮過濾的方法，在該方法中，將廢水流入物供入浸沒式脫氮反應(yīng)器。廢水流入物進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器之前可以在預(yù)處理單元中進(jìn)行預(yù)處理。該反應(yīng)器優(yōu)選包括至少定義一個(gè)腔室的多個(gè)直立墻和底面，該腔室包括粗礦物介質(zhì)顆粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。然后使流出浸沒式脫氮反應(yīng)器的廢水物流進(jìn)入浸沒式曝氣過濾器。在浸沒式曝氣過濾器中處理后，流出物從浸沒式曝氣過濾器進(jìn)入用于脫除懸浮固體和脫氮的深床脫氮過濾器。
優(yōu)選的方法還可以包括下述步驟在將流出物送往深床脫氮過濾器之前使浸沒式曝氣過濾器的流出物進(jìn)入凈化單元，以減少流出物中的懸浮固體。處理后的流出物可以再循環(huán)到以前的步驟中，以改善離開該系統(tǒng)的最終流出物的質(zhì)量。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選系統(tǒng)和方法中，浸沒式曝氣過濾器包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有機(jī)物(carbonaceous organics)、有機(jī)和銨氮(organicand ammonium nitrogens)的有機(jī)物，產(chǎn)生NOX、CO2和H2O。
在該優(yōu)選的系統(tǒng)和方法中，浸沒式脫氮反應(yīng)器用廢水流入物中的BOD作為缺氧微生物的有機(jī)碳源將NOX脫氮。


附圖示出本發(fā)明的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)。
附圖詳述從廣義上講，本發(fā)明涉及生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)10和處理流經(jīng)反應(yīng)器10的廢水的方法。如圖所示，該系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案包括與浸沒式曝氣過濾器(下面稱為SAF)40流體串連的浸沒式脫氮反應(yīng)器(下面稱為SDR)30，曝氣過濾器40與深床脫氮過濾器60流體串連。廢水流入物連續(xù)流經(jīng)每一個(gè)單元進(jìn)行處理。
經(jīng)過或沒有經(jīng)過預(yù)處理步驟的引入廢水15進(jìn)入缺氧SDR 30。SDR 30是缺氧粗介質(zhì)固定膜生物反應(yīng)器(anoxic course media fixed-film biologicalreactor)30，其使用具有生物膜的粗介質(zhì)。SDR 30中的缺氧微生物用引入廢水中的BOD作為有機(jī)碳源。將SDR 30的流出物導(dǎo)入氧化單元，優(yōu)選導(dǎo)入浸沒式曝氣過濾器(SAF)。在上流SAF 40中進(jìn)行廢水硝酸化，同時(shí)進(jìn)行BOD氧化。最多75％的SAF 40的流出物通過管線42以再循環(huán)物流的形式返回SDR 30，從而將再循環(huán)物流脫氮，以降低硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOX)含量。這種預(yù)脫氮處理能夠大幅降低深床脫氮過程需要的甲醇量。
SDR 30可以是上流(up flow)操作模式，也可以是下流(down flow)操作模式，這取決于水力要求。SDR 30的流出物進(jìn)入SAF 40，在SAF 40中，需氧微生物將用BOD表示的有機(jī)物或含碳有機(jī)物及有機(jī)和銨氮氧化，特別是生成NOX、CO2和H2O這樣的副產(chǎn)品。
SAF 40的流出物可以進(jìn)行，也可以不進(jìn)行用于降低懸浮固體的凈化。一部分凈化的流出物再循環(huán)到SDR 30，用于脫氮，凈化的流出物的其余部分進(jìn)入微細(xì)介質(zhì)深床Denite過濾器，用于脫除懸浮固體，如果需要，可以用補(bǔ)加的有機(jī)碳進(jìn)行脫氮。
預(yù)處理單元20接收進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器之前的廢水流入物15。流入物1 5可以是未沉降的原污水(raw unsettled sewage)、混合下水道濫流(combined sewer overflow)(CSO)和污水管濫流(sanitary sewer overflow)(SSO)的混合物。優(yōu)選在預(yù)處理單元20內(nèi)對未沉降的原污水、SSO和CSO進(jìn)行粗篩分。粗篩分利用格條之間有1/2英寸開孔的格柵或具有6.0mm開孔的金屬網(wǎng)篩(wire mesh screen)，用于防止殘?jiān)酆蛷U物固體太大而不能從過濾器反沖洗。不需要進(jìn)行細(xì)篩分。在該方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，在廢水15進(jìn)入SDR之前還要除去砂礫。為了防止惰性粒狀材料在過濾器內(nèi)集聚，用離心分離器或曝氣沉砂池脫除砂礫。
一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器30可以都包括有至少定義一個(gè)腔室34的多個(gè)直立墻33和底面31。腔室34包括介質(zhì)床，在一個(gè)方面中，介質(zhì)床包括粒度范圍為約6mm至約45mm的粗介質(zhì)顆粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。浸沒式脫氮反應(yīng)器30用廢水流入物中的BOD作為缺氧微生物的有機(jī)碳源將NOX脫氮。
一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器40和一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器30通過兩個(gè)單元30、40之間的管線流體串連。浸沒式曝氣過濾器包括介質(zhì)床，介質(zhì)床具有粒度范圍為約6mm至約45mm的粗介質(zhì)顆粒和包括用于氧化有機(jī)物的生物需氧微生物的固定生物膜。
SAF是上流生物活性反應(yīng)器40，其具有至少定義一個(gè)腔室44的多個(gè)直立墻43和底面4l。腔室44中保持有介質(zhì)床，其中具有直徑約為6mm-45mm的介質(zhì)顆粒。生物活性微生物存在于介質(zhì)床內(nèi)。在該上流生物活性單元40中進(jìn)行廢水硝酸化(nitrification)，同時(shí)進(jìn)行BOD氧化。在反應(yīng)器的底部放置一層暗溝塊(underdrain b1ocks)，在其下面排列一個(gè)或多個(gè)空氣支管(airlaterals)?？諝庵Ч芏x了多個(gè)氣孔，這些氣孔提供了向上射入介質(zhì)床的空氣流。這些空氣射流在介質(zhì)床內(nèi)產(chǎn)生上升氣泡、微生物和廢水流體的多個(gè)上流區(qū)?？諝庵Ч芘c鼓風(fēng)機(jī)連接。在該單元的底面附近設(shè)置一個(gè)或多個(gè)給料管32，將SDR 30中處理的廢水送往SAF 40。
SDR 30和SAF 40中的介質(zhì)顆粒的平均直徑在約6mm至約45mm的范圍內(nèi)，例如7mm-14mm。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，平均直徑大于11mm，在一個(gè)方面中，大于20mm。介質(zhì)顆粒一般在整個(gè)介質(zhì)床內(nèi)均勻分級。均勻分級的介質(zhì)提供大而無限的孔隙空間，以確保低壓頭損失，這對于本發(fā)明10的SAF 40和SDR 30單元很重要。因?yàn)闆]有使用微細(xì)介質(zhì)，所以單元30、40降低了很高的流體阻力和微細(xì)介質(zhì)產(chǎn)生的壓頭損失?？諝夂退姆峙鋯栴}及一般和生物過濾器相關(guān)的堵塞問題也得以最小化。在SAF 40和SDR 30中都勿需使用需要昂貴設(shè)備的反沖洗。因此，本發(fā)明與一般的曝氣過濾器相比需要較少的設(shè)施(與反沖洗設(shè)備有關(guān))和較少的閥門。盡管機(jī)械方面進(jìn)行了簡化，但是，對于單位基底面的過濾器來說，SDR 30和SAF 40的處理容量卻得以提高。較大的介質(zhì)顆粒可以充填更高的高度，結(jié)果是更節(jié)約基底面。
SDR 30和SAF 40中使用的介質(zhì)顆?？梢允堑V物介質(zhì)顆粒，可以是粒狀或微粒，包括砂礫、浮石、高爐渣或石頭，這些都是容易得到且經(jīng)濟(jì)的來源。生物活性微生物可以包括異養(yǎng)細(xì)菌和自養(yǎng)細(xì)菌，這些細(xì)菌形成附著在介質(zhì)床上的生物質(zhì)。這些生物質(zhì)將BOD和氨氧化，將硝酸鹽還原。生物活性材料優(yōu)選是固定膜形式，本申請中將這種固定膜定義為在支撐結(jié)構(gòu)如介質(zhì)上的膜中生長的微生物。
SDR 30和SAF 40的墻33、43和底面31、41可以是鋼結(jié)構(gòu)，也可以是混凝土結(jié)構(gòu)，可以是矩形，也可以是圓形(或者其它合適的形狀)，這取決于生產(chǎn)商。圖中未示出的過濾器介質(zhì)支撐系統(tǒng)是SAF的重要部分。除支撐介質(zhì)和生長外，支撐結(jié)構(gòu)還要均勻分配壓縮空氣和水，即，確保流體的均勻應(yīng)用或去除。許多系統(tǒng)在增壓腔室(plenum chamber)上使用鋼板或混凝土底層底板，流體利用噴嘴流向介質(zhì)。底座可以是美國專利4923606中所述的包括一層互鎖的塑料夾套的混凝土暗溝塊的Tetra‘T’方塊地板。也可以使用其它種類的底座。其它系統(tǒng)使用鋼絲網(wǎng)，這些鋼絲網(wǎng)同樣在增壓腔室上面。過濾器底部的失效將導(dǎo)致介質(zhì)的損失，必須將過濾器全部移出進(jìn)行修復(fù)。過濾器底部的堵塞或部分堵塞都將導(dǎo)致處理效率的降低。
腔室34、44中盛放介質(zhì)床。因?yàn)榻橘|(zhì)較粗，所以介質(zhì)床的深度可以是約5m至約9m，如8m。介質(zhì)上面的干舷(freeboard)包括的深度是約0.4m至約2m。廢水在SAF中進(jìn)行的凈化主要是由于生物活性，而不是因?yàn)檫^濾所致。浸沒式脫氮反應(yīng)器30中使用的術(shù)語“浸沒式”表示介質(zhì)床是浸沒的。術(shù)語“浸沒式曝氣過濾器”40指的是浸沒在廢水中并且用空氣支管曝氣的介質(zhì)床。
壓縮空氣(process air)通常從集管(header)加入，集管位于緊挨過濾器底部上方或鄰近SAF的介質(zhì)中。壓縮空氣的流速必須足以保持需氧條件，但不能高到將集聚的生物膜沖走的程度。
本發(fā)明的SAF單元40優(yōu)選是上流系統(tǒng)。一種方法包括用給料管32將廢水流入物加入上流生物反應(yīng)器。盡管該系統(tǒng)可以使用上流模式，也可以使用下流模式，但是圖中所示的上流模式是優(yōu)選的。為了降低對泵的需求，反應(yīng)器可以沉落到底面上。壓縮空氣從暗溝塊下面的不銹鋼支管加入。不會有擴(kuò)散器、噴嘴或其它小孔被堵塞，也不會造成什么問題?？傊?fù)載在本發(fā)明的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)上的污染物體積大大高于用傳統(tǒng)生物過濾器能夠得到的污染物體積。
在生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施方案中，用凈化單元50減少懸浮固體。凈化單元50可以設(shè)置在浸沒式曝氣過濾器40和深床脫氮過濾器60之間。SAF 40的流出物可以進(jìn)行，也可以不進(jìn)行用于降低懸浮固體的凈化。在凈化單元50中對廢水處理后，一部分凈化的流出物可以再循環(huán)到SDR30，用于脫氮。凈化的流出物的其余部分進(jìn)入微細(xì)介質(zhì)深床脫氮過濾器，用于脫除懸浮固體和脫氮。
用一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器60脫除懸浮固體和將氧化氮類脫氮。深床脫氮過濾器60與一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器40通過管線44流體串連，如果需氧凈化，也可以通過凈化單元50流體串連。深床脫氮過濾器包括小于6mm的介質(zhì)顆粒。該方法中使用的深床過濾器60可以由Severn TrentWater Purification，Inc.供應(yīng)，其商標(biāo)為TETRA DeepBedTMFilter。廢水流入物從浸沒式曝氣過濾器40通過管線44直接進(jìn)入深床脫氮過濾器60，或者通過凈化器50進(jìn)入脫氮過濾器60。廢水流入物一般包括可溶BOD、不可溶BOD和懸浮固體。在脫氮過濾過程中，流入物通過過濾介質(zhì)被過濾，過濾介質(zhì)可以由砂子和砂礫構(gòu)成。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，過濾介質(zhì)由一層深度約為2-6英尺的砂子構(gòu)成。選擇砂子的粒度，使其約為2.0mm-6.0mm，還要選擇其規(guī)定硬度、球形度和均質(zhì)系數(shù)。這些砂子的性能使空氣/水能夠有效反沖洗，不會有磨碎損耗，還使其具有良好的固體截留性、過濾速率性能和長的運(yùn)行時(shí)間。砂子介質(zhì)被過濾介質(zhì)支撐系統(tǒng)所支撐，過濾介質(zhì)支撐系統(tǒng)包括大約5層砂礫，砂礫依次被暗溝塊支撐。過濾介質(zhì)也可以被過濾介質(zhì)支撐板如SavageTM多孔板所支撐。
優(yōu)選周期性地對深床過濾器60進(jìn)行反沖洗和沖擊。術(shù)語“沖擊(bumped)”表示對生物過濾器進(jìn)行脫氣的方法。將生物過濾器脫氣包括一系列連續(xù)步驟，產(chǎn)生反沖洗流，用于沖洗氣體過濾介質(zhì)。用微生物脫除廢水中含有的BOD和污染物。由于過濾介質(zhì)內(nèi)的微生物活性如呼吸和脫氮而產(chǎn)生氣體。Ellard的美國專利5989427中描述了對生物過濾器脫氣的一種優(yōu)選方法。反沖洗300優(yōu)選是空氣/水反沖洗。
從深床脫氮過濾器60回到預(yù)處理單元20的管線可以使臟的反沖洗液再循環(huán)到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物15中。一部分來自浸沒式曝氣過濾器40的流出物也可以加入到進(jìn)入預(yù)處理單元20的廢水流入物中或直接回到浸沒式脫氮反應(yīng)器30中，以再循環(huán)氧化和硝酸化的SAF流出物。SAF 40的流出物在進(jìn)入深床Denite過濾器60之前利用流出物中的BOD進(jìn)行預(yù)脫氮，從而降低必須加入深床過濾器60中的甲醇量。在一個(gè)或多個(gè)凈化單元50和一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器30之間還可以存在有管線52，用于將凈化后的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器30中。
浸沒式脫氮過濾方法包括預(yù)脫氮過程、氧化/硝酸化過程和深床脫氮過程。在該方法中，廢水流入物加入浸沒式脫氮反應(yīng)器30。廢水流入物在進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器30之前可以在預(yù)處理單元20中進(jìn)行預(yù)處理。反應(yīng)器優(yōu)選包括至少定義一個(gè)腔室的多個(gè)直立墻和底面。腔室包括粗礦物介質(zhì)顆粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。然后使從浸沒式脫氮反應(yīng)器30流出的廢水物流進(jìn)入浸沒式曝氣過濾器40。在浸沒式曝氣過濾器40中處理后，流出物從浸沒式曝氣過濾器40進(jìn)入深床脫氮過濾器60，脫除懸浮固體，并且進(jìn)行脫氮。
該優(yōu)選的方法還可以包括下述步驟在將流出物送往深床脫氮過濾器60之前使浸沒式曝氣過濾器40的流出物進(jìn)入凈化單元50，以減少流出物內(nèi)的懸浮固體。處理后的流出物可以再循環(huán)到以前的步驟中，以改善離開該系統(tǒng)的最終流出物的質(zhì)量。
在本發(fā)明的方法中，浸沒式曝氣過濾器40包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有機(jī)物、有機(jī)和銨氮的有機(jī)物，產(chǎn)生NOX、CO2和H2O。在該優(yōu)選的方法中，浸沒式脫氮反應(yīng)器用廢水流入物中的BOD作為缺氧微生物的有機(jī)碳源將NOX脫氮。
來自深床脫氮過濾器60的廢反沖洗水回到預(yù)處理單元20，將臟的反沖洗液再循環(huán)。一部分來自浸沒式曝氣過濾器的流出物也可以加入到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物中或直接回到浸沒式脫氮反應(yīng)器中，從而將一部分來自浸沒式曝氣過濾器的廢水流出物再循環(huán)，在其進(jìn)入深床Denite過濾器之前進(jìn)行預(yù)脫氮。在一個(gè)或多個(gè)凈化單元50和一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器30之間還可以存在有管線52，用于將凈化后的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器30中。
以上描述是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行的演示和例示，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，其尺寸、形狀、材料和其它細(xì)節(jié)的變化是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為所有這些變化和改進(jìn)均在附加的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍和精神領(lǐng)域內(nèi)，因此是受到保護(hù)的。
權(quán)利要求
1.一種用于廢水處理的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括至少定義一個(gè)腔室的多個(gè)直立墻和底面，腔室包括介質(zhì)床，介質(zhì)床包括粗礦物介質(zhì)顆粒和包含生物缺氧活性微生物的固定生物膜；與浸沒式脫氮反應(yīng)器流體串連的一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器，其包括用于氧化有機(jī)物的生物需氧微生物；和一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器，用于脫除懸浮固體和將氧化氮類脫氮，深床脫氮過濾器與浸沒式曝氣過濾器流體串連。
2.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器的介質(zhì)床包括直徑約為6mm-45mm的介質(zhì)顆粒。
3.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，浸沒式曝氣過濾器的介質(zhì)床包括直徑約為6mm-45mm的介質(zhì)顆粒。
4.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，深床脫氮單元的介質(zhì)床包括微細(xì)介質(zhì)顆粒。
5.權(quán)利要求4的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，微細(xì)介質(zhì)顆粒的尺寸小于6mm。
6.權(quán)利要求4的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，介質(zhì)床包括相對均勻的顆粒。
7.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括用于接收廢水流入物的預(yù)處理單元。
8.權(quán)利要求7的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括從深床脫氮過濾器回到預(yù)處理單元從而使臟的反沖洗液從深床脫氮過濾器再循環(huán)到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物中的管線。
9.權(quán)利要求7的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括從浸沒式曝氣過濾器到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物中的管線。
10.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括從浸沒式曝氣過濾器回到浸沒式脫氮反應(yīng)器從而使一部分來自浸沒式曝氣過濾器的廢水流出物回到浸沒式脫氮反應(yīng)器的管線。
11.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括設(shè)置在浸沒式曝氣過濾器和深床脫氮過濾器之間的一個(gè)或多個(gè)凈化單元，以減少從浸沒式曝氣過濾器流向深床脫氮過濾器的廢水中的懸浮固體。
12.權(quán)利要求11的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括在一個(gè)或多個(gè)凈化單元和一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器之間從而使凈化后的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器的管線。
13.權(quán)利要求11的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理單元和在凈化單元和預(yù)處理單元之間用于在凈化單元和預(yù)處理單元之間再循環(huán)凈化后的流出物的管線。
14.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器包括下流過濾器。
15.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器是上流過濾器。
16.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器是下流過濾器。
17.權(quán)利要求1的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，生物活性微生物包括異養(yǎng)細(xì)菌和自養(yǎng)細(xì)菌。
18.一種浸沒式脫氮過濾的方法，其包括將廢水流入物供入浸沒式脫氮反應(yīng)器，反應(yīng)器包括至少定義一個(gè)腔室的多個(gè)直立墻和底面，腔室包括粗礦物介質(zhì)顆粒和包含生物缺氧活性微生物的固定生物膜；使流出浸沒式脫氮反應(yīng)器單元的廢水物流進(jìn)入浸沒式曝氣過濾器；使剩余的流出物從浸沒式曝氣過濾器進(jìn)入用于脫除懸浮固體和脫氮的深床脫氮過濾器。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括將來自浸沒式曝氣過濾器的一部分流出物流再循環(huán)回浸沒式脫氮反應(yīng)器。
20.權(quán)利要求18的方法，其中，廢水流入物進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器之前在預(yù)處理單元中進(jìn)行預(yù)處理。
21.權(quán)利要求20的方法，其中，將來自深床脫氮過濾器的臟的反沖洗水再循環(huán)到預(yù)處理單元。
22.權(quán)利要求20的方法，其中，將浸沒式曝氣過濾器的流出物再循環(huán)到預(yù)處理單元。
23.權(quán)利要求18的方法，還包括下述步驟在將流出物送往深床脫氮過濾器之前使浸沒式曝氣過濾器的流出物進(jìn)入凈化單元，以減少流出物內(nèi)的懸浮固體。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，從凈化單元流出的一部分物流再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器。
25.權(quán)利要求23的方法，其中，從凈化單元流出的一部分物流再循環(huán)到預(yù)處理單元。
26.權(quán)利要求18的方法，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器是上流過濾器。
27.權(quán)利要求18的方法，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器是下流過濾器。
28.權(quán)利要求18的方法，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器和浸沒式曝氣過濾器的介質(zhì)床都包括直徑約為6mm-45mm的介質(zhì)顆粒。
29.權(quán)利要求18的方法，其中，深床脫氮過濾器的介質(zhì)床包括粒度小于6mm的介質(zhì)。
30.權(quán)利要求18的方法，其中，浸沒式曝氣過濾器包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有機(jī)物、有機(jī)和銨氮的有機(jī)物，產(chǎn)生NOX、CO2和H2O。
31.權(quán)利要求18的方法，其中，浸沒式脫氮反應(yīng)器用廢水流入物中的BOD作為缺氧微生物的有機(jī)碳源將NOX脫氮。
32.一種用于廢水處理的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括至少定義一個(gè)腔室的多個(gè)直立墻和底面，腔室包括介質(zhì)床，介質(zhì)床包括粒度范圍約為6mm至約45mm的粗介質(zhì)顆粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜；與一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器流體串連的一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器，浸沒式曝氣過濾器包括粒度范圍約為6mm至約45mm的粗介質(zhì)顆粒和包括用于氧化有機(jī)物的生物需氧微生物的固定生物膜；和一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器，用于脫除懸浮固體和將氧化氮類脫氮，深床脫氮過濾器與一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器流體串連，深床脫氮過濾器包括小于6mm的微細(xì)介質(zhì)顆粒；預(yù)處理單元，用于接收進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器之前的廢水流入物；從深床脫氮過濾器回到預(yù)處理單元從而使臟的反沖洗液從深床脫氮過濾器再循環(huán)到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物中的管線；從浸沒式曝氣過濾器到進(jìn)入預(yù)處理單元的廢水流入物中的管線；從浸沒式曝氣過濾器回到浸沒式脫氮反應(yīng)器從而使一部分來自浸沒式曝氣過濾器的廢水流出物回到浸沒式脫氮反應(yīng)器的管線；設(shè)置在浸沒式曝氣過濾器和深床脫氮過濾器之間的一個(gè)或多個(gè)凈化單元，以減少從浸沒式曝氣過濾器流向深床脫氮過濾器的廢水中的懸浮固體；和在一個(gè)或多個(gè)凈化單元和一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器之間從而使凈化后的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器的管線。
全文摘要
一種用于廢水處理的生物活性反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有粗介質(zhì)顆粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器與一個(gè)或多個(gè)浸沒式脫氮反應(yīng)器流體串連，該浸沒式曝氣過濾器包括粗介質(zhì)顆粒和包括用于氧化有機(jī)物的生物需氧微生物的固定生物膜。一個(gè)或多個(gè)深床脫氮過濾器，用于脫除懸浮固體和將氧化氮類脫氮，深床脫氮過濾器與一個(gè)或多個(gè)浸沒式曝氣過濾器流體串連，深床脫氮過濾器包括小于6mm的微細(xì)介質(zhì)顆粒。來自浸沒式曝氣過濾器的流出物再循環(huán)到浸沒式脫氮反應(yīng)器，在其進(jìn)入深床脫氮過濾器之前進(jìn)行預(yù)脫氮。在該方法中，廢水流入物和來自浸沒式曝氣過濾器的處理后的流出物一起進(jìn)入浸沒式脫氮反應(yīng)器。
文檔編號C02F3/30GK1613800SQ200410071699
公開日2005年5月11日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者杰弗里·T·陳 申請人:塞弗恩.特倫特水凈化公司