CN102603055A - 用于废水处理的膜生物反应器(mbr)和移动床生物反应器(mbbr)结构 - Google Patents

用于废水处理的膜生物反应器(mbr)和移动床生物反应器(mbbr)结构 Download PDF

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Abstract

一种水处理***和方法，包括使用一个水力分离器来移除被处理的水源水中的大部分的总悬浮固体(TSS)，从而减轻水处理***中膜过滤器上的负载，并减少能量消耗。

Description

用于废水处理的膜生物反应器(MBR)和移动床生物反应器(MBBR)结构
参考文献
提及以下共同未决和共同转让的专利申请，其各自公开的全部内容以引用的方式纳入本说明书： 
美国已公开的专利申请No.2009/0050538，标题为“Serpentine Structures for Continuous Flow Particle Separations”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2008/0128331，标题为“Particle Separation and Concentration System”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2008/0230458，标题为“Vortex Structure for High Throughput Continuous Flow Separation”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2009/0114601，标题为“Device and Method for Dynamic Processing in Water Purification”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2009/0114607，标题为“Fluidic Device and Method for Separation of Neutrally Buoyant Particles”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2010/140092，标题为“Flow De-Ionization Using Independently Controlled Voltages”，发明人为Armin R.Volkel等； 
美国专利申请No.12/484,071，提交于2009年6月12日，标题为“Method and Apparatus for Continuous Flow Membrane-Less Algae Dewatering”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2009/0283455，标题为“Fluidic Structures for Membraneless Particle Separation”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2009/0283452，标题为“Method and Apparatus for Splitting Fluid Flow in a Membraneless Particle Separation System”，发明人为Lean等； 
美国专利申请No.12/615,663，提交于2009年11月10日，标题为 “Desalination Using Supercritical Water and Spiral Separation”，发明人为Lean等； 
美国已公开的专利申请No.2010/0072142，标题为“Method and System for Seeding with Mature Floc to Accelerate Aggregation in a Water Treatment Process”，发明人为Lean等； 
美国专利申请No.12/484,038，提交于2009年6月12日，标题为“Stand-Alone Integrated Water Treatment System for Distributed Water Supply to Small Communities”，发明人为Lean等； 
美国专利申请No.12/484,005，提交于2009年6月12日，标题为“Spiral Mixer for Floc Conditioning”，发明人为Lean等； 
美国专利申请No.12/484,058，提交于2009年6月12日，标题为“Platform Technology for Industrial Separations”，发明人为Lean等； 
背景技术
已开发出多种处理水的***。这些处理过程通常为多级过滤设计，并包括用于聚集、絮凝和沉降的连续处理步骤。 
进行处理的水的来源包括地表水、地下水、废水、微咸水、海水等。一种具体的常规水源处理基于活性淤泥处理(ASP)，其过滤、实施固体移除并预处理水源水以从水源水中移除淤泥形式的污染物、固体等。之后，提供一个通气区或池，其允许将空气充入池，向处理过的水源水通气。在向处理过的水源水通气后，提供一个沉淀槽用于进一步分离和淤泥移除。之后，采用进一步过滤和消毒的步骤制造流出的水。然而，这种ASP***相当耗费时间，并且需要很大面积的土地，并且制造出大量的淤泥。 
另一种水处理方法包括使用膜生物反应器(MBR)。在这些***中，除去固体和预处理的初始步骤、和将水供给通气区或池的步骤可类似于上述步骤。然而，在MBR方法中，代替沉淀槽和进一步过滤和/或消毒，采用了处理含有5-12,000mg/l总悬浮固体(TSS)的水源水的专门膜。这种MBR方法使用超滤(UF)和微滤(MF)膜。膜芯的尺寸在0.003至0.01μm范围内。MBR技术通常将膜浸没在生物反应器中。这种浸没结构依赖大气泡通气作用来产生混合并限制结垢。通气使固体保持在悬浮液中、冲洗膜表面并且为生物提供氧气，导致较好的降解性能和细胞 合成。 
由于可溶的和颗粒状的材料会沉积在膜上和膜内，MBR过滤的性能会随着过滤时间降低。膜结垢是膜材料与活性淤泥组分间的相互作用形成的，所述活性淤泥包括但不限于由活的或死的微生物与可溶的和胶体化合物形成的生物絮凝物。 
膜结垢是影响***性能的一个严重问题；因为它导致流体阻力显著增加，表现为透过通量下降或是跨膜压力(TMP)增加。因此，需要经常清洁和更换膜。 
目前，在浸没的MBR中获得的空气诱导交叉流动被用于移除或至少减少膜表面的结垢层。可用于MBR应用的其他防污对策包括间歇式渗透，其中以规律的时间间隔停止过滤，然后再重新开始。用这种方式，沉积在膜表面的颗粒趋向于扩散回到反应器中。使用膜回洗法，其中渗透水被泵回至膜并流经孔以向通道排出内部和外部颗粒。另一种防污对策是空气回洗法，其中在膜的渗透侧形成加压空气，并在极短的时间内释放很大的压力。在这种状况下，膜组件需要置于一个连有通风***的加压容器中。不欲使空气通过膜，因为如果这样，空气会干燥膜，就会需要重新润湿的步骤。 
因此基于MBR的方法由于昂贵的膜而需要较高的资本成本，并且由于通气、可透膜压和经常性的回洗和/或其它膜清洗以维持其效能而需要较高的运行和维护成本。特别地，避免生物体造成的膜结垢和堵塞，需要经常进行维护，例如提过的回洗。保持膜的完整性是很重要的，因为受损的膜完整性会使最终的水产品中产生TSS的淤泥。 
考虑到所述MBR***的高资本开支，能够处理5-12,000mg/l TSS的膜的替换成本比为处理小于100mg/l TSS而设计的膜高得多。 
另一种水源水处理技术被称为移动床生物反应器(MBBR)。这种MBBR技术被用于先进的高速水源水处理方法，其中在有氧、厌氧和缺氧的反应器中利用自由漂浮的生物膜载体元件。所述载体元件是介于附着和悬浮生长处理方法之间的有效混合，与其他可用的替代处理方法相比其需要明显更少的覆盖区域和天然资源来建立和运行。 
生物膜载体元件提供了极大的有效生物膜表面积。生物质被捕获在载体元件之内，这些载体元件被出口滤网保留在反应器内。这些载体元件的运动被大气泡空气分散***驱动，该***建立于有氧***中的旋转 容积式空气鼓风机和缺氧和厌氧***中的混合机的基础上。当使用MBBR技术时，反应器中载体的填充分数可以改变，以适应水源水的具体负载情况。也可为处理设备设计若干MBBR结构和结合方法以针对特定污染物。 
有利的是使用一种不需要例如用于MBR***的高成本膜的水源水处理方法，称作低MBR(MBR-lite)，或是当使用这种膜时，延长它们在回洗之间的运转时间、并降低相关的维护成本的水源水处理方法。另外，在MBBR***中，通过降低在载体上的压力而延长载体的寿命和/或减少维护的需求也是有利的。 
发明内容
水处理***和方法包括使用一种水力分离器来移除进行处理的水源水中大部分的总悬浮固体(TSS)，从而减轻水处理***中膜过滤上的负载，降低能量成本。 
附图说明
图1表示一种包括现有技术中使用的膜生物反应器的水源水处理***； 
图2表示多个膜过滤组件； 
图3表示一种包括水力分离器的膜生物反应器水处理***； 
图4表示另一种包括水力分离器的膜生物反应器水处理***； 
图5表示另一种包括水力分离器的膜生物反应器水处理***； 
图6表示一种包括水力分离器的膜生物反应器水处理***的低MBR结构，其中过滤膜组件是被浸没的； 
图7描述另一种包括水力分离器的膜生物反应器水处理***的低MBR结构，其中的过滤膜被加压； 
图8描述了本申请中膜组件中的膜的更详细的视图； 
图9描述一种使水力分离器与超滤器结合的移动床生物反应器(MBBR)水处理***； 
图10表示移动床生物反应器水处理***的一部分，其中水力分离器被纳入MBBR的通气槽、通气区或是池中； 
图11表示为低MBR设计的水力分离器单元的结构； 
图12提供在水处理***中使用的常规二级澄清器加超滤器和水力分离器加超滤器的尺寸对比分析； 
图13表示可以用于本申请的概念的单个水力分离器的一个实施方案。 
图14表示例如如图13所示的水力分离器的塔； 
图15表示可以与本申请的概念联合使用的水力分离器的塔； 
图16表示可用于本申请的水力分离塔的一个替代的实施方案； 
图17表示可用于本申请的概念的水力塔的另一个实施方案。 
具体实施方式
图1表示膜生物反应器(MBR)水源水处理过程***100。水源水，如上文所述，可以为来自多种不同场所的水，并且可含有藻类和/或活性淤泥细菌絮凝物，以及其他成分。含有活性淤泥生物絮凝物的水源水与充满藻类的水表现得非常相似，都具有类似的比重。这种絮凝物经常形成于细丝状细菌上，并且絮凝物的尺寸会随着淤泥时间的增长而减小。活性淤泥细菌絮凝物也存在生物膜积聚的风险，就像带有藻类的水一样，并且这种絮凝物的尺寸在10-200微米的范围内。可以发现生物絮凝物的浓度为500至10000mg/l(TSS)。尺寸最高达1mm的粒状淤泥可以在某些条件和经由选择的细菌菌株情况下形成。 
在***100中，水源水102通过栅格或筛子104供应。固体移除组件106以已知方式处理水源水102以除去较大的固体颗粒，然后将处理过的水源水送至预处理***或组件108。这种预处理***是本领域熟知的，并且用于把颗粒从水源水中初步分离。这种分离至少部分通过使颗粒沉降并且以淤泥110的形式集中在预处理***108的底部而完成。所得的淤泥110通过线路112取出。之后将预处理过的水源水102送至通气区(也称作水槽或池)114，用空气发生器118经由空气输入线120向其中供入空气气泡116。水源水102的通气以已知方式进行，然后将经活化的水源水102送至MBR组件或***122。在MBR组件122的左手边是被膜126滤出的淤泥124，它经线路128排出MBR组件。之后将处理过的澄清水源水102经由线路130排出，用于进一步处理或者预期的最终用途。应注意，线路128也将淤泥输送回通气区114的入口来协助通气过程。 
在一个实施方案中，MBR组件122中的膜126是中空纤维膜，设计来用于处理具有5-12,000mg/l TSS的水源水。图2描述多个膜组件200。与其他的常规过滤器和/或膜(如设计来用于处理具有小于100mg/l TSS的水源水的膜)相比，这种膜具有很高的资本开支和膜替换成本。因此，由于使用这种需要高成本的高维护的膜，图1中所示的***运行成本增加了。 
在一个实施方案中，通过使用水力分离器，将大于6μm的藻类和/或TSS从水源水流中分离出来，并且以95％的效率将其转换为藻类/TSS废物流。在一些水处理的情形中，因为固体被回收利用，所以50％的水回收“足够好”，使得水处理***可用。 
为了解决现有的基于MBR的水处理***涉及的问题，图3表示一种低MBR处理***300，其中将水力分离器302纳入到预处理***108之后的***300中，以接受从预处理***108中输出的水源水102。水力分离器302包括废物出口304，其将被水力分离器302除去的淤泥移动到线路112。之后将反应过的水源水102经由水源水出口306送到通气区114，以与图1中描述的类似的方式在那里进行处理。 
然后将水源水102从通气区或池114送入过滤组件308，其包含至少一个(通常多个)过滤元件310(例如膜)。如从图中看到，过滤元件滤出淤泥312，其被输送到线路128中。 
应理解在图3中，过滤组件308的过滤元件310可为一种过滤能力小于图1所示的膜的高过滤能力的膜。更具体地，在这个实施方案中，膜过滤组件308的膜可为设计来用于处理具有小于100mg/l TSS的水源水的膜，而不是处理5-12,000mg/l TSS并因此处理范围——与比较便宜的膜相比——为大于100mg/l至最高达约12,000mg/l的高能力膜。这样，通过使用低MBR的一个实施方案，应理解通过用水力分离器来除去水源水中额外的物质，不必使用更昂贵的膜，而可以使用较便宜的膜(即，小于100mg/l TSS)。因此，这种低MBR***可被理解为一种用于水源水处理的低成本膜生物反应器(MBR)设计。水力分离器集中并除去大部分的TSS。减少的TSS允许使用较便宜的膜以减少资本开支。并且，即使使用较昂贵的膜(5-12,000mg/l)，对清洁、替换等的需求也减少了，这意味着运行成本以降低能量需求、零件成本和降低维护费的形式而降低。 
作为图3所示的***设计的替代设计，在图4所示的另一个实施方案中，水力分离器400位于预处理***108之前，即，位于预处理***108和固体移除处理组件106之间，其中的淤泥材料经由输出线路402被输送到线路112，并且反应过的水源水经过线路404移动到预处理***108。在图5所示的另一个实施方案之中，水力分离器500位于通气区114之后，再将水源水102输送到过滤组件308。因此，在这个实施方案中，水力分离器500将再次移除TSS，并将淤泥组分经过线路502输送到线路112，再使水源水经由线路504到达过滤器或膜组件308。 
前述的是水力分离器在低MBR水源水处理***中可处位置的实例。应理解水力分离器也可以处于水处理***中的其他位置。然而，各个实施方案的共同概念是，先除去TSS和其他结垢物质，然后再与过滤组件308作用。 
图3-5的低MBR处理***任选地进行预先筛分，以除去毛发、纤维等，在一些实施方案中使用相同类型的筛子(低至0.1mm)用于现有的MBR***(即使用高成本的中空纤维膜***的那些)的预处理。应注意在通气槽之前使用的预先筛分可以进一步减少通气槽和水力分离器的有机物和固体负载，提高整体性能。 
见图6，其中是与图3-5相似的低MBR水源水处理***的一部分600的图，其解决这种***的能量需求。特别地，该图强调***中产生的水头损失(head loss)。水头损失与水中的总能量有关。水头的量用长度表示并定义了水可以升到多高。一个用于水头的通用方程是伯努力方程。水头损失更具体地是流体流经流体***后的总水头减少量(高程水头、速度头和压头的总和)的量度。在真实的流体中水头损失是不可避免的。它的存在是因为：流体和管壁之间的摩擦力；毗邻的流体颗粒之间相对彼此移动时的摩擦力；当流体以任何方式被部件(例如管子的入口和出口、泵、阀门、节流器和配件)改变方向或影响时而导致的湍动。这种流体流的水头损失与管的长度、流体流速的平方和一个计算流体摩擦力的项——称为摩擦系数——成正比。水头损失与管子的直径成反比。 
计算水头损失的一种已知方法是使用Hazen-William公式。另一个公式是Manning公式，它常用于明渠中重力驱动的流体。在这个公式中，摩擦系数f取决于管的相对粗糙度和雷诺数，为R＝(DV/nu)，其中D 是管子的直径，nu是动力粘度，V是流体的速度。已知如果水头损失过大水就不会流动，在这种情况下需要用泵产生水流。 
应注意起始于通气区602(例如通气区114)的图6的***部分600的高度定义为X+Y。来自水槽的水经过微米筛604(未示于图3-5中，但应理解微米筛可包括于替代的实施方案中)。将水源水通过微米筛604，导致水源水的水头损失等于高度X。将来自微米筛604的水源水供给高度为Y的水力分离器606(例如水力分离器308)。因此经过水力分离器606导致水源水的水头损失等于高度Y。从水力分离器606过滤出的输出物(例如TSS或淤泥)作为回收浓缩物在泵610的协助下(在一些实施方案中)经由线路608被送回通气区602。之后将已经除去TSS的水源水供给浸没的过滤组件612(例如MBR型膜310)。之后将过滤后的水源水经由线路616送至输送泵614和出口。图6意图表示，经过筛子604和水力分离器606会产生一定的水头损失/能量损失。具体地，来自通气槽的高度的能量为X+Y，筛604中的水头损失等于X，水力分离器606中的水头损失等于Y。因此需要使用所述的泵。 
发明人们回顾了现有的***，了解到用基于MBR的***处理城市废水所用的能量中大约40％需要用于防止固体堵塞MBR膜。在本文中叙述的水力分离器充分地消除了这种能量需求。然而，如图6所示，一些本发明的低MBR实施方案确实需要能量(例如使用泵)来解决由于使用水力分离器导致的水头损失。不过，如同下表中所示，根据通气槽602的高度，与现有MBR***运作所需的能量相比，通过低MBR的实施仍存在节省的净能量。这样，例如，对于一个20英尺高的通气槽(即，X+Y＝20英尺)，相信使用过滤能力为少于100mg/l TSS的膜的低MBR***整体的总运作能量需求可比现有的使用能过滤最高达12,000mg/l TSS的膜的MBR***少约28％至32％。由于在20英尺高时，相比MBR节省的能量在大约70％至83％之间并且总***能量百分比为40％，所以40％的约70％至83％为大约28％至32％。 
Figure BDA0000121984290000081
＊泵能量(kwh/m3)＝0.00146×水头损失，假定泵的效率为60％，发动 机效率为95％。 
＊＊MBR能量假定为0.18kwh/m3，考虑到MBR替代方案的通气需求，如记载于Black and Veatch，“Cost Effective&Energy Efficient MBR Systems”，作者为C.L.Wallis-Lage、S.D.Levesque，其中报导了0.18至0.73kw h/m3的范围。 
见图7，描述的是另一个与图3-5相似的低MBR水源水处理***的一部分700的图。这个***部分大体上与图6中的近似，只是用加压膜702代替图6中的浸没UF。在这个设计中，因为膜702未被浸没，放置泵704来接收从水力分离器706(图6中的606)中输出的物质，并将该输出物质泵送到加压膜702上。另一个区别是，显示出来自加压膜702的输出的水源水708的一部分被供给通气区，为清洁目的而作为回收回洗。例如前述内容阐明了这种低MBR***的能量需求。 
在图8中，展示了图7中使用的加压膜800的一个更详细的实例。从水力分离器流出的水源水802被输入到加压膜804，此加压膜具有贯穿中心部分的UF纤维或管806。当水源水流过UF纤维或管806，这种过滤过的水源水作为过滤水808从左边和右边离开膜。通过实施对膜的错流泄放冲刷来周期性地清洁UF纤维或管806，借此将废水经出口810排出。 
见图9，描绘的是本申请的另一个实施方案，其中移动床生物反应器(MBBR)水处理***900包含水力分离器902。水力分离器902的实施为MBBR提供更高浓度的水源，导致更高的效率。此外，通过使用水力分离器可在较低的能量需求下实现更快速的溶解化学需氧量(COD)移除和更高速的甲烷生成。 
移动床生物反应器(MBBR)使用固定于流化塑料介质上的生物质以节省空间。在现有***中，只需要30分钟的MBBR通气时间来移除可溶COD。然而，对常规UF型膜来说TSS负载处于高限值，尤其是用铁盐除去磷酸盐的时候。如图9所示，将水力分离器902插在高速移动床生物反应器(MBBR)(也称作移动床生物膜膜反应器-MBB-M-R)904和UF型膜906之间来减轻这个问题。更具体地，在图9中，MBBR水源水处理***900将水力分离器902和UF型膜906整合到高速移动床生物反应器(MBBR)904之中，这导致显著的能量、空间和成本优势。在这个***中，水源水908被供给预处理***910，例如现有技术 已知的。这个预处理***进行初步的分离操作(例如使用重力进行分离)，将一定量的分离出的淤泥水经由线路912移出，而需进行进一步反应的水源水908经由线路914被送到MBBR 904。提供被动筛916使固定有生物质的流化塑料介质的各个元件918保持在反应器内。通过空气输入线路920进行通气。如前文所述，反应过的水源水908之后被供给水力分离组件902来移除TSS。这样，在用膜906处理水之前就移除了TSS。之后，要保留的水经由线路922输出，废水经由线路924移除。 
这样，在这个实施方案中，在MBBR水处理***中加入水力分离器，减少了膜的TSS负载，导致了改良的过滤性能，其反过来又减少了潜在的结垢、清洁频率(例如，膜过滤器的回洗频率、清洁化学品成本)，和更换膜的频率。应当理解，尽管水力分离器在这个实施方案中位于MBBR组件904和膜906之间，水力分离器902也可以位于***中的其他位置，尤其例如在预处理***910和MBBR组件904之间。 
图10描绘了另一个MBBR水处理***的一个部分1000。特别地，图10主要涉及MBBR组件1002。这个实施方案引入了没入MBBR组件1002中的水力分离器1004。如图所示，水力分离器604的形式为两个分开的塔1006和1008，其中每个塔由单独的水力分离设备1006a-1006n和1008a-1008n组成。将水源水1010输入MBBR组件1002。空气扩散器1012从空气输入线路1016接收空气发生器1018提供的空气1014，和图9所示的相似。也与图9相似的是，该***包括固定有生物质(介质)的流化塑料介质1020，其通过被动筛1022保持在反应器1002内。水力分离器塔1006和1008通过允许来自扩散器的空气在MBBR组件中循环运动，还作为通流管用于通气和介质回收。空气也用于保持介质保留被动筛1022不被介质堵塞。在这个实施方案中，来自水力分离器1004的水源水经由线路1018输出，含有被移除的颗粒(TSS)的水经由线路1024输出。之后，分离出的水经由线路1026被移动到膜组件1028进行进一步的处理，例如通过如前面的图中所示的浸没或加压的超滤膜***。阀门1030和1032允许加入促凝剂(当需要进一步的絮凝物生长时)，还允许提供化学清洁试剂(当***需要进行清洁时)。在图10的实施方案中，MBBR组件1002的顶部有12平方英尺的槽，其深度为20英尺。 
见图11，展示了对一个单独的水力分离设备1102、一个水力分离 塔的排列1104和一个水力分离单元1106的其它说明。水力分离塔1104由多个单独的分离设备1102组成，每个分离设备具有，例如，每天分离40,000加仑的能力。因此六个分离器组成的塔每天能够过滤或分离240,000加仑。当四个单独的塔合并成一个单元时，每天则能够分离一百万加仑。在这样的单元中，每个塔可以具有2英尺的直径，每个塔可以具有6个单独的设备。每个设备每分钟流过100升，这样，这个单元(由四个塔组成)具有每天处理一百万加仑水的能力。整个单元1106的覆盖区可以小到例如在它的底部为5英尺乘五英尺。 
图12表示用本说明书中的水力分离单元允许形成覆盖区比使用现有***组件(例如常规二级澄清器)能达到的覆盖区小的水处理***。这种尺寸上的区别更具体地表示在图12中，其中本实施方案的每天处理一百万加仑的水力分离单元1202，如上文所述，其整个单元的覆盖区为5英尺乘5英尺，而每天处理一百万加仑的二级澄清器1204的直径大约为60英尺，这样，允许本发明的***在小得多的区域内运转。 
继续关注水力分离器，这些部件可以为所述的多种形式和设计，例如本文中先前引用的多篇参考文献中的多个。因此，作为这种构造的实例但不限于此，可参见图13-17描绘了一些这种所述的变体。 
关于图13，描绘了一个单独的平面螺旋形分离设备1300。设备1300具有入口1302，至少一个弯曲的或螺旋的部分1304，以及出口1306。这种平面多转角螺旋通道设备1300在一个形式中可由塑料切成。塑料的类型可以随着具体应用和实施环境而改变。在设备1300的一个变化方案中，设备1300在入口1302附近的中心区域可以移除，以允许连接入口连接器(下文所述)。设备的螺旋部分1304可以采取多种形式。例如，螺旋部分1304可以是会聚的或是分叉的。作为另一个实例，出口1306和入口1302的位置可以交换以适合应用的需要，例如，为增加或减少离心力。离心力会在流体(例如水)中产生流场，它会把悬浮的颗粒冲到通道的一边，包括中间漂浮的颗粒(neutrally buoyant particle)(例如，与水或颗粒所存在的液体密度大体上相同的颗粒)。分离效率取决于许多参数，包括，例如，通道的形状和流速。其中颗粒受的力尤其包括离心力和压力驱动力。 
应理解对各个弯曲或螺旋水力分离设备用于分离流体中的颗粒的基本操作，例如设备1300或本文考虑到的其他设备，已详细描述于上 文参引的专利申请(它们以引用方式纳入本说明书)的选定部分。因此，这些操作不在这里详述，除非达到对它们的叙述会增强对本发明描述的具体方案的说明的程度。 
关于图14，代表性地展示了***1400，其中包括以平行方式堆叠的多个设备1300(图13中所示)，以允许流体的N层平行处理。图14还代表性地展示了入口连接器1402——它允许将来自共同供应源的输入流体供给整个叠层中的每个设备1300。入口连接器1402可以采用多种形式；然而，在一个实例中，入口连接器1402是圆柱形，并且上面有穿孔。这些穿孔与***1400中堆叠的设备1300的入口相应。具有相似构造的出口连接器也可以使用。在这里代表性地展示两个出口连接器1404和1406，但出口连接器的数量可以基于每个堆叠设备的出口路径或通道的数量改变。入口连接器可例如通过外部铝盘仅与顶部通道相连。与所有层的流体连接可通过打穿所有上方的层但不打穿底部来实现。至少两个流体出口或1404和1406所示的出口连接器可以相同的方式在顶部盘上相连。所有的入口和出口的连接也可以在底部盘上实施。 
关于图15，***1500含有多个平面弯曲弧形片段1502(例如，部分的弧形片段)，它们作为平行通道而垂直地堆叠以增加生产量。这些平面弯曲弧形片段没有完成任何一个片段1502的环，但螺旋设备的特性和功能在此情况下适用于这些片段1502。这些弧形片段或弯曲部分1502包括一个入口1504，、弯曲或弧形部分1506和一个出口1508。图15中还展示了入口连接器1510，它允许来自共同来源的流体输入所示的所有分开的弧形片段。应理解入口连接器可采取多种形式。在一个形式中，入口连接器是一个圆柱体，它具有对应每个层入口的穿孔或者连续的狭缝。就像图14中的***1400，***1500提供更高的流体颗粒分离生产量。也可以使用至少一个出口连接器(图中没有展示)。这(些)出口连接器(例如)可以与图14中的入口连接器类似。 
关于图16，展示了另一种平面弯曲结构1600，包括堆叠的通道(没有分别展示)。弯曲结构1600具有入口1602(其可包括入口连接器)、弯曲部分1604和1606、以及至少一个出口1608或1610。如图所示，有一个出口1608用于选定的颗粒，例如具有特定尺寸或密度的颗粒(例如漂浮的颗粒(buoyant particle))。出口1608位于弯曲部分1604和弯曲部分1606之间的曲线上约中间的位置。用于选定的具有第二种尺寸 或密度的颗粒(例如中间漂浮的颗粒)的第二出口1610位于与入口1602相对的弯曲部分的一端。通常而言，这些出口1608和1610可以用于从流体流中去除具有不同尺寸或密度的颗粒。如上文所述，也可以使用至少一个出口连接器。 
参见图17，展示了***1700。***1700中包含多个图16中所示的设备1600，它们以一定结构堆叠，以借助进行平行处理而增加生产量。应理解***1700中也可包含具有增加的宽度的单个设备。当然，如上所述，一个入口连接器和/或至少一个出口连接器也可在这个***中使用。 
所述的分离器可以连续地移除＞90％的总悬浮固体(TSS)并且不需要过滤屏障。所述的水力分离器也可使流出液/废水流进行可变化的分流以迎合设计的需要——50∶50是一个很好的操作规格，然而可构造分离器来改变清洁的水和被定义为废水的水之间的分流至最高达90∶10，所述清洁的水是已去除足够的TSS的一部分水源水，因此可用于其最终预期的目的或处于可进行进一步处理以适于最终目的的状态，所述被定义为废水的水被丢弃或被重新送达该***进行进一步分离。 
所述的***具有低的能量需求、小的覆盖区和低的成本、简单、可靠的低维护操作，以及允许用较便宜的膜来取代昂贵的MBR膜的结构。 
还显示出水力分离器可以被合并入移动床生物反应器(MBBR)中。这种设计提供了更浓的进料水，从而获得更高效率——更快速除去溶解COD，和更高速的甲烷气体产生。使用水力分离器去除TSS降低了膜上的压力，其减小了结垢的可能、清洁频率(例如，膜过滤器的回洗频率、清洁的化学品成本)和更换MBR膜的频率。本***还通过降低源自TSS污垢的流量下降曲线的斜率而增加了MBR***的平均能效率。以及减少废弃淤泥的体积、处理成本、以及装置外的处理成本。 
应理解上文公开的和其他特征、功能的变化方案、或其替代方案，可以合并入许多其他的不同的***或应用中。其中各种目前预料不到或未曾料到的替代方案、修改方案、变化方案或改进方案可随后由本领域技术人员作出，其也意欲包括在以下权利要求中。 

Claims (11)

1.一种基于膜的生物反应器水处理***，其中包括：
一个入水口，用于将水源水接受到***中；
一个固体移除组件，被安装来接受来自入水口的水源水；
一个预处理组件，被安装来接受来自固体移除组件的水源水；
一个通气区，被安装来接受来自预处理组件的水源水；
一个膜组件，被安装来接受来自通气区的水源水；
一个水力分离器，被安装于所述***内以在水源水被膜组件接受之前接受水源水，安装所述水力分离器以在水源水被膜组件接受之前从水源水中除去TSS。
2.权利要求1的***，其中的膜组件装有至少一个膜，所述膜具有过滤能力以过滤含有少于100mg/L总悬浮固体的水。
3.权利要求1的***，其中所述膜组件装有至少一个膜，所述膜具有过滤能力以过滤含有多于100mg/l总悬浮固体、最高达12,000mg/L总悬浮固体的水。
4.权利要求1的***，其中所述***连续地移除＞90％的总悬浮固体(TSS)而不需要过滤屏障。
5.权利要求1的***，其中的水力分离器在干净的水流和废水流之间进行可变的分流。
6.权利要求1的***，其中运行包含水力分离器的***的MBR组件节约的能量为运行不含水力分离器的基于MBR的水处理***的MBR组件的能量的约62％到95％。
7.权利要求1的***，其中与现有的基于MBR的水处理***相比，源自TSS污垢的絮凝物降低曲线的斜率下降。
8.一种基于移动床生物反应器的水处理***，其中包括
一个入水口，用于将水源水接受到***中；
一个固体移除组件，被安装来接受来自入水口的水源水；
一个预处理组件，被安装来接受来自固体移除组件的水源水；
一个移动床生物反应器组件，被安装来接受来自通气区的水源水；以及
一个水力分离器，被安装于所述***内以在水源水被移动床生物反应器组件接受之前接受水源水，安装所述水力分离器以在水源水被移动床生物反应器组件接受之前从水源水中除去TSS。
9.权利要求8的***，其中所述水力分离器位于移动床生物反应器组件之内。
10.权利要求8的***，其中所述水力分离器在干净的水流和废水流之间进行可变的分流。
11.权利要求8的***，其中运行包含水力分离器的***的MBR组件节约的能量为运行不含水力分离器的基于MBR的水处理***的MBR组件的能量的约62％到95％。
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