申请日2014.12.26
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号B01D36/04
摘要
本发明涉及一种竖直可调整的筛分倾析器系统，其用于替换在水澄清器和沉淀池中现有技术固定或枢转出流堰。筛分倾析器并不具有物理堰而是替代地依靠通过可控制地改变筛分箱的浸没深度来维持所希望的流率。倾析器被周期性地升高到罩内，这对筛分箱提供喷淋清洁和消毒。该系统能够移除废水流中多达85%的BOD。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于分离在罐中的水性混合物中的液体与固体的倾析器系统，包括：
能至少部分地淹没于所述罐中的所述流入物中的结构，其具有在其外表面的至少一部分上延伸的筛以用于执行所述分离并且具有敞开的内部，所述筛结构限定所述罐内的区域，所述筛结构包括水出口，所述水出口用于从所述筛结构内移除经筛分的水并且构造成使得水不能在不通过所述筛的情况下就从所述筛结构的外侧传递到所述筛结构的内侧;
升降机构，其附连到所述结构用于相对于所述罐来升降所述结构;以及
控制机构，其支配所述升降机构以用于相对于所述罐来调节所述结构的竖直位置。
2.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，其还包括：升降柱，其穿过所述筛结构的底部和顶部延伸并且附连到所述筛结构的底部和顶部，所述柱为中空的并且具有向所述敞开的内部暴露的开口。
3.根据权利要求2所述的倾析器系统，其特征在于，所述升降柱为管，且还包括将所述升降柱连接到所述流出物出口控制阀的柔性软管。
4.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，所述控制机构包括：在所述结构内的第一压力传感器;在所述罐内的第二压力传感器;在所述罐内的编码器;流出物出口控制阀;流量计;以及可编程的控制器。
5.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，所述筛结构总体上构造为多面体形式，具有由筛构成的至少两个侧部。
6.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，所述筛结构总体上构造为圆柱，在其外表面上具有筛。
7.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，所述筛结构的形状选自包含下列的组：矩形、圆柱形和平截头体。
8.根据权利要求1所述的竖直升降倾析器系统，其特征在于，其还包括：布置成平行流动的多个所述筛结构。
9.根据权利要求2所述的倾析器系统，其特征还在于，所述结构还包括安置于所述框下方并且安装到所述升降柱上的偏转器板。
10.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，其还包括：安置于所述罐上以接纳并且处理所述结构的罩设备。
11.根据权利要求1所述的倾析器系统，其特征在于，其还包括：歧管，其用于经由在所述结构的基部与所述歧管之间的密封开口来收集经筛分的液体。
12.根据权利要求11所述的倾析器系统，其特征在于，所述歧管包括多个间隔开的通道，在所述通道之间具有开放面积以允许未筛分的液体在所述通道之间向上流动到所述筛结构。
13.根据权利要求10所述的倾析器系统，其特征在于，其还包括：安置于所述罩中以用于对所述结构进行清洁和消毒的设备。
14.一种用于分离在罐中的液体与固体的方法，包括以下步骤：
提供倾析器系统，其包括能至少部分地淹没于所述罐中的所述液体中的结构，其具有在其外表面的至少一部分上延伸的筛以用于执行所述分离并且具有敞开的内部，所述筛结构限定在所述罐内的区域，所述筛结构包括液体出口，所述液体出口用于从所述筛结构内移除经筛分的液体并且构造成使得水不能在不通过所述筛的情况下就从所述筛结构的外侧传递到所述筛结构的内侧;升降机构，其附连到所述结构用于相对于所述罐来升降所述结构;以及，控制机构，其支配所述升降机构以相对于所述罐来调节所述结构的竖直位置，其中所述控制机构包括：在所述结构内的第一压力传感器;在所述罐内的第二压力传感器;在所述罐内的编码器;流出物出口控制阀;流量计;以及可编程的控制器;
确定流出物从所述罐通过所述流出物出口控制阀的设置点流量;
计算所述结构在所述罐中所述液体中的浸没深度;
将所述结构浸没到所述计算的深度;
监视来自所述第一压力传感器和第二压力传感器、所述编码器和所述流量计的输出数据来确定通过所述流出物出口控制阀的瞬时流量;
根据需要相对于所述罐中的液位来调整所述结构的竖直位置以维持所述计算的浸没深度;以及
根据需要调整所述浸没深度和所述流出物出口控制阀的打开以提供通过所述流量计的所希望的流出物流率。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：从所述罐中的所述液体升高所述结构以允许在所述结构内的滤液回洗所述筛。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
将所述结构升高到所述罩内;
喷淋清洁所述罩内的所述结构;以及
对所述罩内的所述结构进行消毒。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：将所述结构降低回到所述液体中的所述浸没深度。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：在所述浸没步骤之前，将凝结剂添加到所述罐中的所述液体。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：提供静止时段，其中，在通过打开所述流出物出口控制阀而开始通过所述筛结构的流动之前，允许在所述罐中的所述液体和固体静置，不加搅拌持续一段时间。
说明书
用于水处理系统中的竖直升降倾析器系统的方法和设备
技术领域
本发明大体而言涉及水处理领域;更特定而言涉及在水处理系统中的沉淀罐，其中允许砂砾和致密固体从流入物沉淀，并且防止漂浮固体(脂肪、油、油脂、非致密固体)进入到流出物倾析器内;以及，最特定地涉及一种竖直驱动的筛箱组件(SBX)，其包括用于分离液体与固体的筛。
背景技术
在发达和发展中国家中，对从收集系统和废水处理设施排放的废水进行一级处理和消毒是改进水质的第一步。随着国家不断发展，增加了二级和三级废水处理工艺来对一级流出物提供额外处理。
一级处理经由筛分和重力沉淀移除轻的和致密固体从而移除较大固体，允许中性浮力物质进入到二级处理工艺或者接收水体。利用重力沉淀或澄清/净化的一级处理被认为移除了20-33%的有机负荷，如在生化需氧量(BOD)中测量。二级处理通过将BOD转变为生物质(biomass)(细菌)和CO2而移除了另外的50+%的有机负荷。
二级处理在厌氧工艺中提供适当温度、体积、混合、和氧气或无氧的环境以维持用以消在一级处理之后的废水中残留的BOD和营养物所必需的细菌种群。新有机物持续地进入处理设施，因此从该工艺移除现有细菌种群的一部分来促进新细菌生长。一级处理的效果直接影响到二级处理或者若在从收集系统排放的情况下接收水体。
一级澄清器或沉淀池被认为是减少BOD的最经济手段，因为需要很少能量并且不用维持生物质。一级处理不具有生物质，因此无曝气能量(aeration energy);没有用于监视生物质以根据细菌类型和量来确定生物质健康状况的工艺控件;无需通过移动到测流消化器(digester)来分离并移除细菌或消耗细菌;无需对消化器进行曝气;以及无需对剩余细菌(也被称作二级污泥)进行脱水和处置。一级处理的不复杂性特别适合于发展中国家并且开始有效回收它们的地表水和含水层，导致减轻的健康问题。
现有技术一级澄清器可以是圆形或者矩形罐并且体积和几何大小适于提供低于固体沉淀速度的水平流体速度。液体从入口到出流堰的水平行进时间和距离必须大于悬浮固体的沉淀时间和距离使得固体在到达高的出流堰之前沉淀到罐底部。这些沉淀的固体包含了在原污水(raw sewage)中的大部分BOD。这是重要的第一阶段，因为离开一级澄清器的固体越多(或者如果不存在一级澄清器)，则进入二级处理工艺或者流出物接收水体的BOD就越高。进入二级处理工艺的BOD越高，所需的二级工艺器械和罐就越大，所需要、生成和处置的生物质就越多，必须花费的工艺能量就越多。进入接收水体的流出物流的BOD越高，水体的超营养作用就越大并且由于消毒效果差，对健康的危害就越大。
基于标准设计参数来实现33%BOD减少的示例被示出如下：
最小深度 = 10';表明溢流率 = 1,000加仑/天(GPD)/平方英尺(设计)和1,500 GPD/SF (峰值);堰加载高峰小时 = 20,000 GPD/线性英尺;
使用设计流量 = 1,000,000 GPD (1.55 CFS);高峰小时 = 2,500,000GPD (3.87 CFS);
设计 = 1,000,000 GPD/1,000 GPD/SF. = 1,000 SF;峰值 = 2,500,000/1,500=1,667 SF
典型设计设法实现长度为宽度的约3倍，因此，1,667 SF = 24'宽×70'长×10’深;前进速度 = 3.87 CFS /(10'×24') = 0.016 Ft/s(FPS)。
EPA研究提供了来自多个废水厂的沉淀数据的概要。下表是支持与BOD减少相关的设计参数的有关发现的平均值：
悬浮固体 %一级污水 有机(BOD)含量 平均沉淀速度 %>50微米 %BOD减少 可沉淀(>100微米) 45 50% 0.106 FPS 64% 22.5% 超胶体(1-100微米) 35 30% 68% 0% 胶体(0.2-1.0微米) 20 20% 0% 0%
上表中的值为从若干WWTP取得的平均值，其包括雨水、合流制排水系统和生活污水(sanitary sewage)。可沉淀固体具有从0.016至0.115 FPS的沉淀速度范围，具有0.106 FPS的平均值，如在表中所陈述。
上述设计示例得到0.016 FPS的前进速度，其小于0.106 FPS的平均沉淀速度。罐为10'深，因此固体将在94秒内沉淀。在94秒中行进的前进距离是1.5英尺，因此固体将在液体到达出流堰之前沉淀。EPA研究表明对于超胶体和胶体固体而言，很难形成一致的平均速度，因为它们在不同位点不同并且在从0.0007到0.002 FPS的范围。前进速度为0.016 FPS并且罐是70 Ft长，因此，行进时间=4.375秒，因此，沉淀深度是3'至8.75'。
出流堰为2,500,000 GPD/20,000 GPD / Ft =最小125'，罐为24'宽，因此使用3个两侧堰，提供144'的堰长度，因此在堰处，流量为2,500,000 GPD/ 144 = 17,361 GPD/ Ft或0.027 CFS / Ft。在距所述堰的3'处，液体速度为0.0057 FPS，并且在8.75'处，液体速度是0.002 FPS。超胶体固体的某些部分将针对澄清器速度按照这种数学运算来移除，但很少胶体固体能这样移除。
将会合理地预期在这种设计示例中一级澄清器以将通往接收流或二级处理工艺的BOD减少33%。
发达国家和发展中国家以及环境将会显著地受益于在一级处理中从废水移除超过20-33%的有机物，这是因为：
·将会向大气释放更少的CO2。
·消耗更少的能量来将有机物(BOD)转变为生物质(二级污泥)
·将更少的二级污泥泵送、储存、曝气、脱水和发送到填埋场
·需要更少的卡车将二级污泥拖运到填埋场或堆肥设施
·填埋场将会具有更长的操作寿命并且向大气释放更少甲烷
·更小的二级处理系统将是可能的，这导致为发达国家和发展中国家带来显著的资本成本节省，允许在更短的时间内完成更多的事情。
·对于二级处理系统而言，更低的操作和维护成本
·更高品质一级流出物将会加速对于接收水的改进并且减少环境健康和安全问题
·在一级污泥中更高浓度的有机物显著地增加了在厌氧消化器中的能量生成潜力。厌氧消化器捕获并且利用从高挥发性一级污泥形成的甲烷气体来产生能量，而不是由于在填埋场中较差的捕获系统而造成大部分甲烷释放到大气。
·废水处理厂变成可再生资源回收设施，形成比它们消耗的能量更多的能量，因为到二级处理工艺的有机负荷减小并且增加了厌氧消化器的有机燃料。
·厌氧消化生成更少细菌并且得到能用于堆肥的A类污泥。
通过添加凝结化学物质，一级澄清器的有机移除率可以从33%改进到大约50%。这种改进被称作化学强化的一级处理(CEPT)并且CEPT已展现了所有上文所描述的益处。未对一级澄清器罐、流入物流动挡板、污泥刮除器机构、浮渣槽或流出物槽做出物理或操作修改。凝结剂形成絮凝物或凝胶网，其比单独悬浮固体更大并且更致密。随着这种絮凝物沉淀，它聚集了某些超胶体和胶体粒子，因此减少了流入到二级处理工艺的BOD和悬浮固体。
在CEPT之后的加载絮凝物反应器(BER.)试图移除更多的BOD并且降低资本成本。BFR技术移除大约50%的BOD，与CEPT相同，但利用更小的澄清器，因为固体沉淀速率高出很多。
发展中国家将会很可能无法受益于利用CEPT或BFR产品带来的强化BOD减少的益处，因为可能无法获得这样的化学品并且缺乏熟练的操作人员
总之，常规一级澄清器、BFR和CEPT并不具有筛分出流堰来保留超胶体和胶体有机粒子。简单地将筛放置到现有出流堰上将不起作用，因为a)由于在堰处在堰设计液体流动速度的高流动速度，这种筛将在短时帧内淤塞;b)这种筛将会是固定的，因此不存在回洗;以及c)这种筛将会由于在筛上的有机物生长而淤塞，因为筛一直处于液体中。从入口到出流堰的前进速度是恒定的，因此存在赋予给固体内的惯性，保持它们朝向出流堰移动;因为罐总是满的，在罐内不进行速度控制，因此，如果10加仑的液体进入罐，在添加这10加仑的液体时，10加仑的液体必须以相同的速率从罐离开;以及，在罐中的污泥移除器械持续地移动并且干扰所沉淀的污泥，形成涡流，涡流保持中性浮力成分和胶体悬浮，以高的出流堰进入速度朝向出流堰移动。
包括出流堰的筛分倾析器公开于美国专利No.7,972,505和No.8,398,864中，这些相关公开以引用的方式并入到本文中。筛分倾析器的移动是绕支点的弧形旋转。筛分倾析器绕支点的竖直移动包括在运动方向上的水平和竖直移动二者。取决于罐的深度，枢转臂的长度需要倾析器组件占用罐中相对较大的占据面积。
在本领域中需要一种呈矩形箱或圆柱形式的筛组件，其在竖直方向上被可控制地驱动以针对于变化的废水液位来优化筛向废水的暴露并且其能从废水中被提起以用于在专用顶置设备中进行反冲和灭菌。因为筛组件的运动仅是竖直的，所需的占据面积可以相对较小。
在本领域中还需要一种用于具有高流量、有限表面积和/或浅现用罐体积的废水系统的、包括成组多个这样的筛箱组件的组件。
本发明的主要目的在于提供来自废水处理设施在较宽流入流率范围的高并且恒定的流出流率。
发明内容
简要说来，本发明提供一种呈矩形箱或圆柱形式的筛组件，其在竖直方向上被可控制地驱动以针对于废水澄清器中的变化的废水液位来优化筛向废水的暴露并且其能从废水中被提升起以用于在专用顶置设备中进行反冲和灭菌。
根据本发明的筛箱(“SBX”)组件包括超细筛;平板和中空管件的筛框，其在筛最下方高度处合并了空气冲洗，框被密封以防止液体和固体绕过筛，因此全都必须通过筛;柔性排放软管，其可以具有回转接头或者可以用手风琴方式/摺状的方式延伸和压缩以使筛分倾析器上的力最小化;导轨，其用于限定本发明的竖直和水平移动;升降装置，其用于在液体中以受控制的降落速度和多倍升高速率来升高和降低本发明;流出流动歧管，其具有开口以允许液体从筛下方流到筛;偏转器板，其具有疏放端口;编码器，其将筛箱定位于罐中以测量压头损失(headloss)并且确保适量的筛与废水接触;保护维护罩，其用于回洗/反冲、消毒和融化所述筛;控件、传感器、促动阀、调制阀、流量计和在某些情况下，如果现有液压梯度需要，滤液泵。
可能需要本发明的多个单元来满足每种应用的需要;同样，本发明的多个单元可能用于同一罐中以根据需要提供冗余系统。
SBX组件限定物理屏障，其向离开澄清器的废水提供很低的水平速度以便保留大部分超胶体和胶体固体。物理屏障具有足够小的开口以在一级澄清器内保留大部分超胶体固体。偏转器板防止干扰偏转器板下方的沉淀固体并且增加了将要在筛处排放的液体的行进时间。
在现有技术堰结构与根据本发明的新颖竖直筛结构之间的根本不同在于堰结构仅允许相对较浅的浅流体层从罐中流体质量顶部在堰上通过以离开罐，因此形成比较高的水平流动速度，这与提供充分的时间以使固体在堰高度下方沉淀相悖。相反，竖直筛结构允许在筛的比较大的表面积和流动深度从罐向筛结构内进行的水平流动，因此仅需要很低的水平流动速度来分离相对较大体积的流体与罐流体。
可控制地可调整SBX的竖直位置以提供液体高度的变化和无前进速度的静止期，这允许悬浮液中的超胶体和胶体固体与凝结剂混合并且沉淀，因此并无朝向排放的速度。这样的控件包括调制筛分流出排放阀、流量计和基于排放速度调整与液体接触的筛表面积以维持筛加载速率(GPM/平方英尺筛)导致减轻的筛淤塞的电子控制系统。在该系统中也包括用于测量通过筛的压头损失并且控制筛分倾析器移动的压力换能器、编码器和控件。