[发明专利]用于使用筛的水处理的方法和设备

说明书

本申请要求2012年9月21日提交的美国第61/703,844号临时专利申请的利益。该美国第61/703,844号临时专利申请的全部公开内容援引加入本文中。

废水的筛滤是废水处理厂处理的常规方法。为了收集和清理，已经使用废水筛移除大或惰性固体超过一个世纪。移除这样的杂物的废水筛滤典型地存在上游工艺中，以保护下游工艺免受这样的物质之害。最近，已经在活性污泥工艺本身内使用筛以选择并移除惰性物质。

美国专利4,541,933、5,824,222、6,814,868和7,569,147讨论了这种用于从活性污泥以及膜生物反应器中移除惰性物质的概念的变形，即应用对不期望的固体的选择。筛在活性污泥工艺中的第二个作用是用筛替换最终澄清工艺，以通过用薄膜或筛替换澄清器截留活性絮体并使其返回曝气池。这些的应用作为用于固体液体分离的过滤筛和薄膜被发现。美国专利号6,821,425是后一个应用的示例且工艺描述在Kiso等人(2005)、Tewari等人(2010)和Ren等人(2010)的科学文献中。美国专利3，959，124和Hemandez等人(2002)描述了筛的另一个作用，其中为了减少固体-液体分离装置的固体载荷，筛位于活性污泥工艺中的曝气槽和固体液体分离装置之间。固体-液体分离装置可以为澄清器或者过滤薄膜。

总之，已经在活性污泥工艺中使用筛以废弃垃圾、替换澄清器或者减少固体-液体分离装置的载荷。这些先前公开的工艺都没有将筛用于固体的“选择”和“截留”两者，或者物理地合成具有适宜构造的生物固体，以增强与控制用于成分移除的反应相关的活性污泥性能。

当前活性污泥工艺操作的缺点是活性污泥中所有部分的固体停留时间相同。已经通过例如使用塑料介质以将生物膜上的有机物截留更长的固体停留时间克服了此缺点。可参见美国专利号5,458,779和7,854,843。其它的选择包括旋风分离器的使用，其可基于比重区分固体(US2011/0198284Al)。这些工艺都没有选择基于与筛滤相关的尺寸、压缩系数或者切变特性增加固体停留时间。

发明内容

所公开的实施方式包括使用筛的选择工艺，用于基于微粒成分的尺寸和压缩系数截留微粒成分。特别地，在活性污泥工艺中使用筛以“开采”和“截留”特定类型的固体，且这些被截留的固体改善了工艺的性能。通过物质的选择和保留开采具有特定范围的尺寸、压缩系数和抗切变性的活性污泥固体的此种能力是本公开的实施方式的关键特征。本公开使得活性污泥系统对不同的固体级分(fractions)以不同的固体停留时间(SRT)运行，以允许在与快速生长的有机物或者其聚集体的竞争中建立缓慢生长的有机物。增大物理力(切变/切线应力和/或法线应力)以通过实现更明显的微粒分离长期保持不同的固体停留时间，举例来说，通过从缓慢生长的聚集体的表面剪切掉快速生长或者表面的生物质，或者通过使用压力从更可压缩的生物质提取并截留更不易压缩的物质。

本公开不必然地限定为与废水相关使用。关于除了废水之外的水处理，可使用此处描述的设备和方法。例如，可使用本设备和方法从农田径流移除营养物，和/或处理来自固体废物操作的沥出物、水产养殖系统中的水、动物性杂肥以及厌氧消化工艺中的沼渣或者污泥，以及解决地下水污染、处理饮用水和处理有害废物。

附图说明

图1a-1g示出了根据一个示例实施方式的筛滤设备，包括在四个不同角度将应力施加至微粒上的筛洗。

图2为示出了根据一个示例实施方式的用于活性污泥工艺的方法的流程图。

图3为示出了根据一个示例实施方式的用于活性污泥工艺的另一种方法的流程图。

图4为示出了根据一个示例实施方式的用于活性污泥工艺的再一种方法的流程图。

图5为示出了根据一个示例实施方式的描述筛的效率的数据的图表，筛基于尺寸截留颗粒。

图6为示出了根据一个示例实施方式的描述通过基于尺寸的筛选择的特定有机物的固体停留时间的有效分离的数据的图表。

图7为示出了根据一个示例实施方式的通过真空筛滤选择性保留具有一定尺寸的不可压缩的物质的图表。

图8A和8B为示出了根据一个示例实施方式的增加的选择出的特定有机物的图表，其通过除了基于尺寸的筛选择还施加切变。

图9A至9C示出了根据一个示例实施方式的颜色强度的使用以区分具有不同性能的微粒。

图10为示出了描述基于暴露至筛的频率的微粒分布选择的数据的图表。

具体实施方式