[发明专利]用于过滤和滤饼层形成的方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及包含理想地应该从液体中去除的物质的液体例如水的过滤。本发明尤其涉及由理想地应该被过滤掉的物质在清洗系统的原位产生的滤饼。

本发明的特别优选的实施方案涉及提供活性污泥的废水处理，该污泥包含活性污泥絮体。这些絮体在流体可渗透的支撑结构上聚集形成絮体层，其随后被压缩形成具有所需性能的过滤器。

另外，本发明涉及在生物降解步骤期间或之前通过将活性污泥中的絮体抗絮凝使废水（或包含可生物降解的物质的其它液体）适应于优化的生物降解和过滤并且随后在过滤或其它方式的生物质分离前促进再絮凝。

背景技术和本发明的目标

众所周知，在例如膜生物反应器（MBR）中进行的废水处理工艺中的过滤器受到导致通过所述过滤器的流动受限甚至没有流动的积垢和堵塞的缺点的困扰。过滤通常由包含具有非常高生产成本的膜并同时具有相当脆弱的过滤器设计的微滤或超滤提供。所述高生产成本明确要求所述膜的再生，其由反向冲洗、化学或酶清洗提供。

最新进展（见例如“与用于城市废水处理的生物反应器结合的自形成动态膜的特性（Characteristics of a Self-Forming Dynamic Membrane Coupled with a Bioreactor for Municipal Waste water Treatment）”,Environ.Sci.Technol.2002,36,5245-5251）表明粗制网状物上的生物质层改善了固液分离。在所建议的方法中，所述生物质层的厚度在过滤期间不断增长。为了控制增长，使用底部曝气不断地消散来自表面和所述生物质层的一些固体并保持所述厚度几乎不变。在所述膜上的积垢层的厚度取决于许多因素：粗泡曝气速率、过滤器模块的几何形状、污泥性能等，因此选择最佳条件是很难的；事实上，所述饼层，或者通常所述生物质层，几乎是自发形成的，因此其抑制能力(rejection capabilities)在很大程度上是不明确的。同样，膜粗泡曝气为MBR的操作成本的最大来源之一，并且膜需要化学清洗，这既昂贵又复杂。

在JP2004167393中公开了这样的废水处理系统的例子，其公开了其中通过使用安置在过滤器元件下方的扩散器使过滤器表面暴露于气泡以保持所述过滤器元件清洁的系统。

因此，在废水处理工艺中实现生物质截留的改进的方式将是有利的，尤其是更加有效的和/或可靠的过滤操作方式将是有利的。

另一个已知的事实是在通常的MBR系统中的生物质特性，尤其是平均粒度和粒度分布，尤其限制了生物质的过滤性。因为这些性能在整个传统建立的系统中是统一的，所以它们对于不同的单元操作来说从来不是最佳的。因此本发明的另外的目的在于通过针对生物质所要经受的单元操作调节生物质絮凝状态来改进和优化废水处理工艺。

本发明的进一步的目标是提供现有技术的替代技术。特别地，提供用压缩的生物质实现膜品质过滤的新方法解决上文提到的现有技术的问题的装置、系统和方法，以及调节生物质粒度分布以使它对于废水处理工艺中的每个单元操作来说都是最佳的方法可被视为本发明的目标。

发明内容

因此，上文所描述的目标和其它的几个目标预期通过本发明的不同方面获得，其第一个方面涉及用于提供过滤器元件的滤饼、优选是在根据本发明的其它方面的系统中使用的滤饼的方法。所述滤饼通过以下提供：

·包括通过引起压力差形成朝向并通过支撑结构的污泥流动在支撑结构上聚集活性污泥絮体直到在所述支撑结构上已建立絮体层的聚集阶段（A），

·包括增加所述压力差至足以将在所述支撑结构上聚集的絮体层压缩为具有所需性能的滤饼的水平的压缩阶段（B）。

从而过滤可以以很低的成本提供并且容易处理，同时仍然提供至少比得上普通微滤或超滤的过滤。

所述滤饼的所需性能优先指能产生通常在使用微滤或超滤膜的膜生物反应器中出现的滤液品质的滤饼。

本发明的优势是大部分的流动阻力来自所述滤饼而不是过滤器支撑物，并且过滤器的所有选择性来自所述滤饼。

在本发明的许多实施方案中应用的一般概念是过滤活性污泥和/或活性污泥浮层而不是在所有现有系统中做的那些，也就是过滤混合料液。

活性污泥浮层是悬浮固体（细菌）悬浮其中的水。为了从其中有固体悬浮的液体中分离所述固体，所述概念假定沉降所述固体或使用如离心作用，然后将所述活性污泥浮层过滤通过所述滤饼。这样，所述滤饼将不再增长（或至少增长较少）并且所述滤饼将实现其去除所述反应器的流出物中的不需要的非常小的颗粒的功能。