申请日2016.03.05
公开(公告)日2017.11.28
IPC分类号B01D61/16; C02F3/28; C02F101/30
摘要
在一个实施方案中，稀释废水处理系统包括分离子系统和转化子系统，所述分离子系统经构造以接收稀释废水并将其分离成含有低浓度有机物质的产物流和含有高浓度有机物质的滤除流，所述转化子系统经构造以接收来自所述分离子系统的所述滤除流和厌氧处理所述滤除流以分解所述有机物质并将其与所述滤除流内的水分离。
权利要求书
1.一种稀释废水处理系统，其包括：
分离子系统，其经构造以接收稀释废水并将所述废水分离成含有低浓度有机物质的产物流和含有高浓度有机物质的滤除流;和
转化子系统，其经构造以接收来自所述分离子系统的所述滤除流和厌氧处理所述滤除流以分解所述有机物质并将其与所述滤除流内的水分离。
2.权利要求1所述的系统，其中所述分离子系统包括经构造以过滤所述废水的一个或更多个过滤单元。
3.权利要求2所述的系统，其中所述分离子系统包括串联布置的多个过滤单元。
4.权利要求2所述的系统，其中所述过滤单元包括能够滤除0.05 μm及更大的分子、胶体或颗粒的微滤膜。
5.权利要求2所述的系统，其中所述过滤单元包括能够滤除0.003 μm及更大的分子、胶体或颗粒的超滤膜。
6.权利要求2所述的系统，其中所述分离子系统进一步包括经构造以直接接收所述稀释废水的沉降池。
7.权利要求6所述的系统，其中所述过滤单元位于所述沉降池内。
8.权利要求6所述的系统，其中所述沉降池构造为旋液分离器。
9.权利要求6所述的系统，其中所述分离子系统进一步包括热交换器，其经构造以接收来自所述沉降池的废水浆液，并在所述废水浆液作为所述滤除流被输送至所述转化子系统之前将其加热。
10.权利要求1所述的系统，其中所述转化系统包括厌氧膜生物反应器。
11.权利要求10所述的系统，其中所述厌氧膜生物反应器包括经构造以接收所述滤除流的厌氧生物反应器和经构造以接收来自所述生物反应器的浆液并将其过滤的膜过滤单元。
12.权利要求11所述的系统，其中所述膜过滤单元包括能够滤除0.05 μm及更大的分子、胶体或颗粒的微滤膜。
13.权利要求11所述的系统，其中所述膜过滤单元包括能够滤除0.003 μm及更大的分子、胶体或颗粒的超滤膜。
14.一种用于处理具有小于1000 mg/l的化学需氧量的稀释废水的方法，所述方法包括：
接收所述稀释废水;
将所述稀释废水分离成含有低浓度有机物质的产物流和含有高浓度有机物质的滤除流;
将所述滤除流输送至转化子系统;
使用所述转化子系统厌氧处理所述滤除流以分解所述有机物质并将其与所述滤除流内的水分离。
15.权利要求14所述的方法，其中分离所述稀释废水包括过滤所述废水。
16.权利要求15所述的方法，其中过滤所述废水包括使用能够滤除0.05 μm及更大的分子、胶体或颗粒的微滤膜来过滤所述废水。
17.权利要求15所述的方法，其中过滤所述废水包括使用能够滤除0.003 μm及更大的分子、胶体或颗粒的超滤膜来过滤所述废水。
18.权利要求14所述的方法，其中厌氧处理所述滤除流包括使用厌氧膜生物反应器处理所述滤除流。
19.权利要求18所述的方法，其中所述厌氧膜生物反应器包括经构造以接收所述滤除流的厌氧生物反应器和经构造以接收来自所述生物反应器的浆液并将其过滤的膜过滤单元。
20.权利要求19所述的方法，其中所述膜过滤单元包括能够滤除0.05 μm及更大的分子、胶体或颗粒的微滤膜或能够滤除0.003 μm及更大的分子、胶体或颗粒的超滤膜。
说明书
用于处理稀释废水的系统和方法
政府资助研究告示
本发明在由美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency)授予的拨款合同号RD835569下的政府支持下进行。政府对发明有一定的权利。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年3月5日提交的共同未决美国临时申请序列号62/128,696的优先权，其由此通过引用以其全部并入本文。
背景
需氧生物系统是最常用的用来处理载满生物可降解污染物的废水的方法。尽管这些系统是普遍的，但是它们利用相当大量的能量用于曝气，其转化成高花费来充分除去污染物。该花费已刺激在使用厌氧生物系统来处理废水方面的兴趣。厌氧系统显著减少处理所需的能量需求并还产生呈生物气形式的能源。产生的生物气可用于补偿输水和其它系统过程的能量需求。尽管利用厌氧系统具有好处，但仍存在技术障碍，所述技术障碍已阻止它们广泛应用。现在描述这些障碍中的几种。
生活废水通常强度非常低，因为其通常包含黑水(粪便物和冲洗水)和黄水(尿和冲洗水)，其与大量的灰水(淋浴水、下水和洗衣水)混合。废水的强度通常由存在的有机物质的量表示，其通过化学需氧量(COD)的浓度测定。厌氧过程在处理较高强度的废水方面更加有效，这是由于增加的微生物活性以及微生物量和污染物之间增加的接触。虽然稀释废水可经厌氧处理，但是为此通常需要大的反应器以管理进入系统的高体积的水。大的反应器要求更高的资本投资来建设和维持，其可取消选择厌氧生物系统相对于需氧生物系统的一些好处。除了生活废水以外，存在也落入稀释废水种类中的许多工业废水。
源分离已被建议作为用于防止较高强度废水稀释的可能的补救方法。虽然源分离在理论上可用于防止稀释，但是其实施常常是昂贵的，因其需要改造现存的基础设施以及使用冗余输送系统。源分离还需要使用者行为改变和买入(buy-in)来实现。这两个问题已阻止了源分离的广泛使用。在可获得技术方案以前，稀释废水将可能继续使用需氧生物系统来处理，尽管它们的花费高。
取决于它们的源，废水可含有高水平的含氮化合物。当富氮的废水被引入厌氧过程中时，氮一般不会被除去并作为铵通过系统。高的氨水平可抑制产甲烷，这是生物气产生中的关键过程，由此减少可从废水处理中回收的能量的量。高水平的氨还可引起结垢和鸟粪石沉淀，其常常导致厌氧系统的泵和管道系统的严重问题。该问题在其中可获得较少稀释的建筑规模处理工厂上可能更加严重。出于这些原因，在处理富氮废水时常常不选择厌氧系统。
常需要能量来加热进料或用于厌氧废水处理的生物反应器。此类加热增加了病原体(尤其是蠕虫例如蛔虫(Ascaris)，其在发展中国家盛行)的灭活率。为了有效，消毒温度和接触时间应当在至少60°C下30分钟。加热也有效用于加速繁生于废水中的颗粒的分解和水解。此外，厌氧过程在嗜热(55°C)条件下擅长水解和酸产生，而在嗜温(35°C)条件下擅长产甲烷。不幸的是，加热大体积的废水和/或大的反应器是以巨大的能量成本为代价的。对于工业废水或污泥(更加浓缩的有机物和更小的体积)而言，废水中常含有足够的化学能以补偿加热要求。但是，对于稀释废水而言情况具有挑战性得多。例如，城市废水内所含的能量可能不足以提供足够的生物气以补偿系统的加热要求。该问题在其中加热需求最高的寒冷气候中加剧。虽然可将太阳热能整合到过程中以提供加热，但是这在低太阳能地区或在多云时期不总是一个选择。太阳能储存是一种可能性，但是呈现其自身的挑战。
随着厌氧废水处理普及度提高，已经引起关于与流出物中未捕获的溶解的甲烷相关的逃逸甲烷排放的关注。该问题在嗜冷条件下更加严重，这是由于甲烷较高的溶解度，并且对于城市废水也更加严重，这是由于较大的流出物体积来容纳溶解的甲烷。虽然该问题可通过升高温度和减小体积来缓解，但是这会以更高的能量成本为代价。
从以上讨论中可以理解涉及使用厌氧系统来处理废水的大部分问题涉及废水的稀释性质。虽然许多发明已集中于改善这些系统处理低强度废水的能力，但是它们未能够解决该问题。