CN103402926A

CN103402926A - 废水处理***和方法

Info

Publication number: CN103402926A
Application number: CN2011800203689A
Authority: CN
Inventors: 刘文军; E.J.乔丹; P.M.加格拉尔
Original assignee: Siemens Pte Ltd
Current assignee: Evoqua Water Technologies Pte Ltd
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2013-11-20
Also published as: US20140076799A9; EP2560922A1; EP2560922A4; US8894857B2; US20110259821A1; WO2011133738A1

Abstract

本发明公开了处理废水的方法和***。该处理***具有硝化-反硝化***，该硝化-反硝化***包括吸附***、生物膜***和消化或转化至少一部分来自吸附***和生物膜***的固体或污泥的厌氧消化器。该方法包括：提供待处理的废水和在第一生物反应器中对废水进行反硝化处理以产生反硝化混合液，在载体上采用硝化生物膜对反硝化混合液进行硝化处理和在第二生物反应器中采用悬浮生物质从反硝化混合液中吸附不良成分，和在分离器中分离硝化混合液的第一部分以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮含量小于约10毫克氮元素/升。

Description

废水处理***和方法

相关申请的交叉引证

本申请要求2010年4月21日递交的序列号为61/326,428,发明名称“生物吸着工艺”的美国临时申请的优先权，通过引证将该美国临时申请的内容并入此处，可用于所有目的。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及废水处理的***和工艺，特别是，采用了生物吸着、生物膜、缺氧处理、需氧处理和厌氧污泥消化的废水处理的***和方法。

2.相关技术的描述

通过引证将美国专利No.6,383,389的内容并入此处，可用于所有目的。Pilgram等人在美国专利No.6,383,389中揭示了一种废水处理***和控制该处理***的方法，包括但不限于能够用于批量或连续的反应器中的顺序或阶段。一个控制***能够在批量流水模式操作或连续流水模式中安排处理步骤的顺序并监控处理步骤。

Sutton在美国专利申请No.2008/0223783中揭示了一种废水处理***和废水处理方法。该***包括需氧膜生物反应器（aerobic membrane bioreactor）和厌氧消化***，该厌氧消化***与需氧膜生物反应器连接并持续接收来自需氧膜生物反应器的废弃固体。该***也将流出物持续地从厌氧消化***送回需氧膜生物反应器。

发明内容

本公开文件的一方面或更多方面涉及废水处理方法的实施方式。该方法包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中对所述废水进行反硝化处理以产生反硝化混合液。该方法还可以包括在载体上采用硝化生物膜对所述反硝化混合液进行硝化处理和在第二生物反应器中采用悬浮生物质从所述反硝化混合液中生物吸着不良成分。该方法还可以包括在分离器中分离硝化混合液的第一部分以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮浓度小于约10毫克氮元素/升，和将硝化混合液的第二部分与所述待处理的废水混合。

本公开文件的一方面或更多进一步的方面涉及废水处理***。该废水处理***包含待处理的废水源和具有从该废水源的下游流体连接的入口的第一生物反应器。该废水处理***还可以包括生物吸着池，该生物吸着池包括生物膜载体，且具有流体连接到所述第一生物反应器的入口，该生物吸着池的构造和排列使其能够保留总氮浓度小于约10毫克氮元素/升的流出物，且水力保留时间少于约3小时。该废水处理***还可以包括具有污泥出口，流出物出口和流体连接到生物吸着池的下游的入口的分离器，和将分离器的出口与所述废水源流体连接的污泥循环利用线路。

本公开文件的一方面或更多进一步的方面涉及在废水处理***中为降低废水中含氮化合物的浓度的促进（facilitating）废水处理的方法。该***具有废水源、缺氧反应器、需氧反应器、将需氧反应器的出口与缺氧反应器流体连接的混合液循环流、分离器和将分离器的出口与缺氧反应器流体连接的污泥循环流。该促进方法包括将生物膜载体引入需氧反应器，以及将分离器的富含固体出口与厌氧消化器流体连接。

本公开文件的一方面或更多进一步的方面涉及废水处理方法。该废水处理方法包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中促进所述废水的反硝化处理以产生第一经生物处理混合液。该废水处理方法还可以包括在第二生物反应器中促进所述第一经生物处理混合液的生物吸着和生物膜的生长。该废水处理方法还可以包括分离第二生物反应器的流出物以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮浓度小于约10毫克氮元素/升，和在第三生物反应器中处理所述富含固体的污泥以产生经生物处理的污泥。

附图简要说明

附图没有规定按比例绘制。相同或等同的组件或特征在许多不同的图中以相似的数字来表示。为了清楚地表示，在每一幅图中并不是每一个组件都被标记，也不是本发明每一个实施方式的每一个组件都会示出，附图说明没有必要使得本领域的普通技术人员能够理解本发明。附图中，

图1是流程图，其示出了与本发明一个或多个方面有关的代表性处理***；

图2是氨-氮浓度与时间的关系图，其涉及本发明一个或多个方面；

图3是废水处理工艺中的氨-氮浓度与时间的关系图；

图4是废水处理工艺中的氨-氮浓度与时间的关系图；

图5是化学需氧（COD）浓度与时间的关系图，其涉及本发明一个或多个方面；

图6是废水处理工艺中的COD浓度与时间的关系图；和

图7是废水处理工艺中的COD浓度与时间的关系图。

本发明的详细说明

本发明的多个方面和实施方式涉及水、废水或污泥处理的***和方法以达到，例如降低诸如生物氧需求（BOD）的氧需求，且使得水适宜被二次利用或适宜排放到环境中。进一步的，本发明的多个方面是关于降低废水中诸如氨的含氮化合物的含量。本发明的一个或多个方面涉及废水处理***和操作方法以及促进该操作方法。

本发明不限于本申请文件中阐述的组件、***或子***的构造和排列的细节，其可以以多种方式实施和被执行。特别是，待处理的废水，例如含有废物的废水或废水流，在某些情况下，可以含有固体、可溶性或不可溶性的有机或无机材料。在排放到环境中去之前，这些废水流可能需要净化处理或者至少部分地使得废水流于环境无害或者至少满足规定的管理要求或指导方针的排放要求。例如，可以通过水处理来降低其化学氧需求（COD）、BOD、氮含量、和/或其他诸如贾第鞭毛虫（Giardia）含量的特征到可接受的限度内。

本发明的某些方面涉及通过促进废水中的至少一种的至少一部分的可生物降解物质的细菌消化来进行废水的生物处理。进一步的，本发明另一些方面涉及影响或至少促进已转化、已生物降解消化的固体物质从混合液体中分离。进一步的，本发明还有一些方面涉及影响或至少促进降低废水或待处理的水中的固体数量。

本发明的一些方面涉及从废水中去除、转化、和/或恢复一种或多种所期望的矿物质或化合物，诸如含氮和/或磷的化合物。

本文中的术语“水（water）”、“废水（wastewater）”、“废水流（wastewaterstream）”是指待处理的水，例如源自居民区、商业区或市区、工业区和农业区的水流或水域，和它们的混合，所述待处理的水，通常包含至少一种不良物或污染物，这些不良物或污染物包含了可生物降解的、无机的或有机的物质，这些物质可以通过生物学工艺被降解或转化形成环境友好或者至少较少有害化合物。待处理的水也可以包含生物固体、惰性物质、有机化合物以及辅助处理操作所带入的成分，该有机化合物包括顽拗性的（recalcitrant）化合物或与其他有机化合物相比难以生物降解的一类化合物在内的有机化合物；辅助处理操作所带入的成分，例如，但不限于亚硝胺类化合物和内分泌干扰物。

“贫含固体”或“贫含污泥”的泥浆（sludge）、部分（portion）、流（stream）或流体（fluid），通常是液体，例如至少部分经处理的水，该流体经过一次或多次的沉淀或分离操作后，其与起始混合液体或污泥相比较含有较少的悬浮固体。反之，“富含固体”或“富含污泥”的泥浆、部分、流或流体，通常是液体，例如至少部分经处理的水，该流体经过一次或多次的沉淀或分离操作后，其与起始混合液体或污泥相比较具有较高的固体浓度。例如，含有悬浮固体的混合液体可以允许促进其中至少一部分悬浮的固体的沉淀；由此获得的水体部分（water body），在人工诱导或自然重力的作用下，通常形成下水层（lower water layer）和上水层（upper water layer），其中，下水层具有与起始混合液体和贫含固体的上水层相比更高的固体浓度。进一步的，该贫含固体的水层，与起始混合液体相比，通常其中的悬浮固体浓度较低。能够被利用来影响或促进本发明的某些方面的分离操作，可以利用重力作用以产生任意的富含固体、贫含固体、富含污泥、贫含污泥的部分或流。其他的分离操作可以包括过滤。

“经处理的”部分，在经过一个或多个处理阶段（诸如一个或多个生物学或分离的操作）后，与起始的“贫含固体”的部分相比，通常含有较少的不良物或污染物。含有诸如可溶性的无机或有机化合物的不良物的“贫含固体”部分可以被引入到一个或多个分离操作，例如可以将无机或有机化合物作为“第二混合液体”保留在过滤器的第一侧的膜过滤装置或膜生物反应器，同时允许“经处理的”部分通过过滤器。

在某些实施方式中，经处理的部分可以具有与其中特定组分的浓度有关的特征或特性。例如，经处理的部分的含氮组分的浓度或者BOD或COD的含量可以低于一特定值。在某些实施例中，经处理的产品或流出物可以具有低于约5毫克氮元素/升的氨浓度。经处理的产品或流出物可以具有低于约80毫克/升的COD浓度。

此处公开的一个或多个发明的***包括一个或多个基于生物学的或者基于非生物学的操作装置。本发明的***或技术可以被当做，或者至少一部分被当做净化或处理***来实现，所述净化或处理***通常包含一个或多个预处理、初级处理、二级处理和后处理或修饰操作（polishing operations）。利用了本发明一个或多个方面的处理设备可以包含预处理、初级处理、二级处理和后处理或修饰操作中的至少一个。

预处理***和操作可以去除砂粒（grit）、沙子（sand）和碎石（gravel）。初级处理操作或***可以包括对待处理的水进行至少部分均衡化处理（equalization）、中和处理（neutralization）、和/或去除大的不可溶物质，所述大的不可溶物质例如，但不限于脂肪（fats）、油（oils）和油脂（grease）。预处理和初级处理操作可以结合以去除像可沉淀的固体和漂浮体的物质，和像碎布和棍子之类的不溶物体。例如，可以利用初级澄清器来分离固体。

二级处理操作装置或***可以包括生物学处理；所述的生物学处理，例如那些通常利用生物质与细菌或微生物的共生体（consortium）以至少部分水解或转化可生物降解的物质；所述的可生物降解的物质，例如，但不限于糖、脂肪、有机分子和在水中制造氧需求的化合物。实际上，本发明的一些优选方面利用生物学工艺和***来去除或转化待处理水中的至少一部分有机物质。

后处理或修饰操作或***可以包括生物学处理、化学处理和分离***。该后处理操作可以包括涉及生物学方式的硝化/反硝化和/或除磷工艺。可以采用的化学处理包括化学氧化和化学沉淀。分离***可以包括通过离子交换、超滤、反渗透或电渗析的方式去除溶解性无机固体。进一笔的处理工艺包括通过化学的或物理的手段来灭菌（disinfection）、净化（decontamination）、灭活（inactivation）至少一部分任何残余的微生物。例如，灭菌可以通过暴露于一种或多种氧化剂或光化辐射（actinic radiation）中来实现。在本发明的一些实施方式中采用的商业上可用的分离***，其包括那些采用了CMF-S^TM连续膜过滤组件的***，也可以是购自西门子工业有限责任公司（Siemens Industry Inc.）的CMF(增压的)XP、CP和XS膜过滤***。也可以采用包括压滤机和离心机在内的其他分离器。

本发明的处理***的一些实施方式可以包括待处理的废水源和具有从该废水源的下游流体连接的入口的第一生物反应器。该废水处理***还可以包括生物吸着池，该生物吸着池包括生物膜载体，且具有流体连接到所述第一生物反应器的入口，该生物吸着池的构造和排列使其能够保留总氮浓度小于约10毫克氮元素/升的流出物，且水力保留时间少于约3小时。该废水处理***可以进一步包括具有污泥出口，流出物出口和流体连接到生物吸着池的下游的入口的分离器，和污泥循环利用线路，其流体连接所述分离器的出口与所述废水源。

废水处理方法的一些实施方式可以包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中对所述废水进行反硝化处理以产生反硝化混合液。该方法还可以包括在载体上采用硝化生物膜对所述反硝化混合液进行硝化处理和在第二生物反应器中采用悬浮生物质从所述反硝化混合液中生物吸着不良成分。该方法还可以进一步包括在分离器中分离硝化混合液的第一部分以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮浓度小于约10毫克氮元素/升，以及将硝化混合液的第二部分与所述待处理的废水混合。

废水处理方法的其他实施方式可以包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中促进所述废水的反硝化处理以产生第一经生物处理混合液。该废水处理方法还可以包括在第二生物反应器中促进所述第一经生物处理混合液的生物吸着和生物膜的生长。该废水处理方法还可以进一步包括分离第二生物反应器的流出物以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮浓度小于约10毫克氮元素/升；和在第三生物反应器中处理所述富含固体的污泥以产生经生物处理的污泥。

一个或多个进一步的实施方式涉及在废水处理***中为降低废水中含氮化合物的浓度的促进废水处理的方法。该***具有废水源、缺氧反应器、需氧反应器、将需氧反应器的出口与缺氧反应器流体连接的混合液循环流、分离器和将分离器的出口与缺氧反应器流体连接的污泥循环流。该促进方法包括将生物膜载体引入需氧反应器，和将分离器的富含固体出口与厌氧消化器流体连接。

在本发明处理***的一个或多个构造中可以使用的澄清器或其组件的非限制性实施例包括，但不限于，购自西门子工业有限责任公司的

Floc-澄清器***、SPIRACONE^TM向上流污泥层（upflow sludgeblanket）澄清器、

环流澄清器和

澄清器。

根据本文中公开的一个或多个构造可以使用的膜生物反应器（MBR）***包括，但不限于，购自西门子工业有限责任公司的MEMPULSE^TM膜生物反应器***、PETRO^TM膜生物反应器***、浸入式膜生物反应器***和XPRESS^TM MBR封装废水***（Packaged Wastewater System）

废水***的一个或多个构造中可以使用的厌氧***的组件或部分的非限制性实施例包括，但不限于，购自西门子工业有限责任公司的

消化器气体（digester gas）储气器(holder system)、

瓦解***（disintegration system）、

消化器气体混合***、

螺旋引导（spiral guided）的消化器气体储气器(holder)、

垂直引导的消化器气体储气器(holder)、DUO-DECK^TM浮动消化器盖（floating digester cover）和

加热器和热交换***。

本发明的***和组件通过利用结合了厌氧消化的生物工艺，相对其他废水处理***，更有成本优势。本发明的废水处理工艺可以通过利用包括生物工艺和循环流（recycle streams）在内的各种操作装置来减少污泥产量。该废水处理工艺通过，例如浓缩、加固引入到厌氧消化器中的污泥的方式也克服了一些与采用厌氧废水处理工艺相关的技术困难。许多工艺也产生作为厌氧消化过程的产物的甲烷，其能够被用作能源。在一些实施方式中，采用厌氧消化器可以降低大部分的COD和BOD。这可以降低换气需求和氧气需求，因而降低了操作成本，并且增加了能用作能源的甲烷产量。另外，由于厌氧消化能够用于降低污泥中的COD和BOD，也可以降低污泥产量。

本发明的废水处理工艺也可以降低经处理的流出物中的含氮化合物浓度，同时也可以降低经处理的流出物中的COD和/或BOD的浓度。在本发明的一些实施方式中，可以选择该***的操作条件和参数以达到生物反应器的所期望的水力保留时间。在该***中的一个或多个生物反应器的水力保留时间可以被选择来减少、降至最低或优化水力保留时间。可以选择生物反应器的水力保留时间来减少、降至最低或优化水力保留时间以促进废水处理和提供具有特别令人满意的品质的经处理的流出物流。在一些实施方式中，需氧生物反应器的水力保留时间可以被选择来减少、降至最低或优化水力保留时间，以促进生物吸着和硝化反应的至少一个。可以通过硝化细菌的组合来完成至少部分硝化反应。在一些实施方式中，硝化细菌可以是生物膜形式或硝化生物膜形式。

生物膜可以在任何合适的载体或媒介上生长以促进微生物的附着（attachment）和微生物和生物膜的生长。该生物膜载体可以包括数个具有合适尺寸和构造的相似形状的组件，且具有合适的表面积以促进微生物和生物膜在其表面生长。生物膜载体可以是一个单元或数个单元，提供足够的表面来促进微生物的附着和生物膜的生长。生物膜载体可以由任何适于这些预期用途的材料组成。在某些实施例中，生物膜载体可以是惰性材料，例如聚合材料或陶瓷材料。本发明的某些实施方式中的生物膜载体可以是活性炭，例如颗粒状的活性炭或者粉状活性炭。

生物膜载体可以占据其所置于的池中的任何体积，只要其提供足够的表面积以促进其表面的微生物和生物膜的生长。在某些实施方式中，生物膜载体可以占据池约20%-约75%的体积。例如，生物膜载体可以占据池约66%的体积。

与传统的缺氧-需氧工艺相比，其中，硝化和反硝化反应在需氧生物反应器的约4-12小时之间的水力保留时间实施，一个或多个本发明的处理***可以利用需氧生物反应器，该需氧生物反应器促进悬浮的和/或溶解的物质的同化（assimilation）或生物学吸附以及少于3小时的水力保留时间的硝化反应。

本发明的处理***的一些其他的实施方式可以包括收集和/或转化多种物质以产生污泥材料。例如，生物吸着工艺可以被用来促进吸收和吸附过程，这两个过程促进水或废水中至少一部分溶解的固体和悬浮固体的转变。在吸附工艺中，微粒离子和分子通过物理方式附着或连接到另一个分子或化合物的表面。例如，吸附过程可以包含化合物或分子附着废水中可溶的或不溶的颗粒的表面来使得它们在下游澄清器中沉淀。在吸收过程中，化学和生化反应发生在一种状态的化合物或物质转变为另一种状态的另一种化合物或物质的过程中。例如，废水中的化合物可以转变成另一种化合物，或者可以被细菌合并或被整合到细菌中以长成新的细菌。生物吸着工艺中可以采用曝气来混合并提供需氧环境。生物吸着池中的保留时间可以介于几分钟到几个小时，例如，约15分钟到3个小时之间，更优选的30分钟到2个小时之间。此处实现曝气可以提供混合和保持促进生物吸着、絮凝和硝化作用的需氧的环境。在利用需氧处理池的***中实现进一步的絮凝或聚集。在某些实施例中，然而，需氧处理池提供大体上全部的溶解氧到生物吸着池内。

在某些实施例中，处理***可能涉及有多种微生物团(consortia)的操作装置，这些微生物团可以促进***快速返回到紧随混乱状态之后的稳态环境。例如，该处理***可以使微生物循环流通，这些微生物可以提供或促进厌氧消化活性，例如产烷活性（methogenic activity）。

之前人们确信产甲烷生物是绝对的厌氧细菌，在需氧环境中会迅速死亡。然而，本发明的许多方面，涉及处理***和子***，操作装置和其组成，可以调节或增加产甲烷生物体的生存能力。本申请的处理***的一个优选特征涉及通过厌氧循环提供大量的产甲烷生物给经过了独特的内部厌氧污泥循环路径的缺氧-需氧过程。至少一部分产甲烷细菌返回到厌氧消化器，由此为厌氧消化器接种产甲烷细菌以增加厌氧消化器中活的产甲烷生物的存在数量。这样减少厌氧消化器对规模和产生的水力保留时间或固体保留时间的需求以在缺少接种细菌的条件下保持稳定的产甲烷细菌数量，如同之前已知工艺中。

接种的产甲烷细菌的浓度，基于在厌氧消化器的入口提供的微生物的量，在一些实施方式中，可以是至少一个目标百分比，例如，存在于离开厌氧消化器的厌氧消化污泥流中的产甲烷细菌的浓度的约10%或更多。在一些实施方式中，该百分比可以是，例如25%或更多、33%或更多、50%或更多、或75%或更多。在一些实施方式中，在厌氧消化器的入口提供的产甲烷细菌的浓度是存在于离开厌氧消化器的厌氧消化污泥流中的产甲烷细菌的浓度的重要部分，例如，约10%或更多、约30%或更多、约40%或更多、或约50%或更多。

根据本发明的***的厌氧消化器的规模可以比之前已知的***的小。在厌氧消化器接种产甲烷细菌可以提供一个防止厌氧消化过程的瓦解的安全因素。万一厌氧消化过程混乱或失败，本发明公开的***的厌氧消化器可以比之前已公开的***的厌氧消化器更快恢复，这是因为在厌氧消化器中接种中产甲烷细菌可以增加缺氧反应器中的产甲烷细菌的补给速率，同时减少了缺氧反应器达到预期的产甲烷细菌浓度所需时间，该补给速率基于这些细菌在缺氧反应器中的生长。

甲烷循环的益处可以按如下的公式来评估：

其中，

θ_{x} = \frac{X_{a} V}{{QX}_{a} - {QX}_{a}^{0}}

θ_x=在厌氧消化器中的固体保留时间（天）

Xa=产甲烷生物的浓度

Q=流入物和流出物的流速

X_a ⁰=入口流中的产甲烷生物的浓度，对于标准活性污泥工艺通常被认为是零；

如果在缺氧-需氧工艺中产甲烷生物有约50%存活并被循环返回到厌氧消化器，厌氧消化器的固体保留时间可以被加倍，或者厌氧消化器的规模可以减半。例如，在现有的已知***中，许多实例中的厌氧消化器中的水力保留时间设定在约20和约30天。根据本发明的一些实施方式操作的处理***，水力保留时间可以减少约50%，至介于约10-约15天之间。

在其他实施方式中，在厌氧消化器接种循环的产甲烷细菌可以使得消化器中被处理的污泥的水力保留时间减少。这可以导致循环时间减少，并且因此提高处理***的处理容量。通过，例如，增加导入到消化器的含产甲烷生物的污泥的数量，来增加被循环到厌氧消化器的产甲烷生物的数量，可以使降低消化器中的水力保留时间和增加***的处理容量的可能性更高。

在一些实施方式中，生物吸着池是持续地接种可以在厌氧消化器中存活并且可以被循环返回到需氧环境中的硝化细菌（例如氨氧化和亚硝酸盐氧化生物质）。例如，硝化和反硝化可以在生物吸着池中发生。硝化可以通过两组生长迟缓的自养生物来完成：铵氧化细菌（ammonium-oxidizing bacteria，AOB，可以将氨转化成亚硝酸盐）和亚硝酸氧化细菌（nitrite-oxidizingbacteria，NOB，可以将亚硝酸盐转化成硝酸盐）。这两组自养生物都是生长缓慢并且严格需氧菌。在本文公开的处理***的某些实施方式中，硝化细菌被引入生物吸着池和/或在生物吸着池中生长，在生物吸着池它们可以被絮状物(floc)捕获。一些硝化细菌将从生物吸着池分配出去，并且被送入厌氧消化器。

之前人们认为，厌氧消化器的严格厌氧的环境可能会杀死硝化细菌。本发明的许多方面，然而，涉及处理***和子***，操作装置和其组成，可以调节或增加在厌氧和缺氧的环境中硝化生物体的生存能力，厌氧和缺氧的环境可能发生在一些生物营养素去除过程中。厌氧消化器中存活的并且被返回到处理工艺的需氧部分的硝化细菌，可以以降低成本的方式提高硝化工艺的表现，例如，通过提供减小的需氧处理容器规模和/或降低的需氧处理水力保留时间和/或安全增加的因素，该安全增加的因素可使得硝化过程在应对处理工艺的瓦解时更加稳定。处理工艺的瓦解包括预期的操作参数的偏差，这些偏差可以由一些情况导致，例如，物质在处理***中流动的中断或在一个或多个操作装置失去了温度控制。硝化细菌在厌氧消化器中的存活率可以通过减少厌氧消化器中的水力保留时间来增加，如上述，如果厌氧消化器被接种循环利用的产甲烷生物就可以达到减少厌氧消化器中的水力保留时间。

在本发明的某些实施方式中，通过厌氧消化器处理的污泥可以作为循环流进入缺氧池和/或生物吸着池以支持生物吸着和/或硝化/反硝化工艺。其他经处理的流，例如离开增稠器或澄清器的贫含固体的部分或贫含污泥的部分，或从水精处理装置（polishing unit）制得的混合液体也可以作为循环流被引入到缺氧池和/或生物吸着池以支持处理工艺。

在其他实施方式中，一些构造涉及化学促进吸附机制（chemicallyfacilitated sorption mechanisms）。

本发明的处理工艺的一些实施方式可以包括生物处理来自待处理的废水的污泥的至少一部分。采用生物处理工艺以去除和/或生物降解待处理废水中的不良物质，例如有机污染物。在一些实施方式中，生物处理工艺可以是需氧的生物处理工艺。取决于操作环境，待处理废水或污泥中的至少一部分有机物质可以被生物氧化并转化成二氧化碳和水。在某些实施方式中，氧需求的减少可以高达约80%-90%。在一些实施方式中，待处理废水或污泥中的有机物质的一部分可以仅部分地通过利用不充足的曝气率或不充足的保留时间来减少。例如，氧需求的减少可以是低于70%、低于50%、低于30%或者低于10%。可以对待处理的废水或污泥进行曝气并且混合一段时间，例如，在一个采用了空气扩散装置或曝气装置的敞开池中。可以实施需氧的生物处理工艺以提供从约0.2mg/L到约5mg/L的溶解氧含量，或者在一些实施方式中，从约1.5mg/L到约2.5mg/L的溶解氧含量。生物处理池中的保留时间可以是几个星期，或者在一些实施方式中，约1个到约6个小时之间，或者在一些实施方式中，约1个到约2个小时之间。

本发明的处理***的一些实施方式可以包括可将各种物质分解和/或转化成其他、更有用的终产物的***。在该***中，微生物可以在缺氧环境降解可生物降解的物质。在该厌氧消化工艺中，许多有机物质可以被处理，例如废纸、碎草(grass clippings)、食物、下水道污物和动物废料。该工艺具有将引入到该***的污泥的体积和质量的减少的优点。该工艺可以产生出适宜产能的富含甲烷和二氧化碳的生物气。该厌氧消化工艺可以包含所引入到消化器中的污泥的细菌水解，该细菌水解能够分解不溶的有机聚合物，诸如碳水化合物到糖、氨基酸和脂肪酸。在特定的厌氧消化器中，酸化细菌可以将这些中间物质转化成碳酸（carbonic acids）、醇、氢、二氧化碳、氨和有机酸。这些被酸化细菌转化的化合物可以被产乙酸微生物进一步消化以产生乙酸、二氧化碳和氢。然后，产甲烷细菌或产甲烷生物可以转化二氧化碳、氢、氨和有机酸生成甲烷和二氧化碳。从厌氧消化工艺产生的甲烷可以被用作能源。在一些实施方式中，在厌氧消化器中存在的更高浓度的产甲烷细菌，或者被循环到缺氧反应器中的更大量的产甲烷细菌可以产生出更大量的甲烷。

在特定的实施方式中，厌氧消化器被持续地接种存在于处理工艺的污泥中的产甲烷生物组合。特定的慢增长厌氧细菌，诸如乙酸分解产甲烷生物（acetoclastic methanogens）和以氢作为营养源的产甲烷生物（hydrogentrophic methanogens），可以在本发明的需氧环境中存活，并且将返回到厌氧消化器，同时允许厌氧消化器被持续地接种非无效水平的产甲烷生物。这使得处理工艺更可靠，并且使得如果***中出现诸如物质的流动中断的问题时能够更平稳得转化到稳态。厌氧消化器的接种也可以，如上述的，增加在厌氧消化器中的甲烷产量。

厌氧消化工艺可以在20摄氏度到75摄氏度之间的温度操作，取决于消化过程中所采用的细菌类型。例如，采用嗜温性细菌（mesophilic bacteria）通常需要操作温度在约20摄氏度到45摄氏度，而嗜热性细菌（thermophilicbacteria）通常需要操作温度在约50摄氏度到75摄氏度。在特定实施方式中，操作温度可以在约25摄氏度到约35摄氏度，以促进细菌的嗜温活性而不是嗜热活性。在厌氧消化器中的保留时间，取决于其他操作参数，可以是约7到约50天之间的保留时间，在一些实施方式中，约15到约30天之间的保留时间。在特定的实施方式中，需氧量可以减少约50%。

在特定的实施方式中，通过厌氧消化器处理后的污泥可以被循环返回到待处理的废水或到生物处理反应器，例如到缺氧池或生物吸着和硝化池的入口。在将厌氧消化后的污泥循环到待处理的废水或生物处理反应器之前，厌氧污泥可以通过需氧调节池（aerobic conditioning tank）的处理以改变经厌氧消化后的污泥的特征。

处理***的一些其他实施方式可以包含一个或多个具有分离工艺的***。该分离工艺可以分离待处理的废水或污泥中的特定部分。该分离工艺可以去除废水中的体积大的材料，例如细石子（grit）、沙子（sand）和砾石（gravel）。其他分离工艺可以去除待处理废水中的大的不溶性材料，例如，但不限于，脂肪（fats）、油（oils）和油膏（grease）。其他分离***可以利用材料的沉淀性质的优势，例如可沉淀的固体和浮动体（floating bodies）。各种分离工艺可以采用操作装置，例如沉淀池、澄清器、增稠器和过滤***。

处理***的一些其他实施方式可以包含一个或多个循环流，其可以从第一个操作装置的出口传送到位于第一个操作装置上游的第二个操作装置的入口。在特定的实施方式中，厌氧消化器、需氧消化器、污泥增稠器或需氧水精处理装置的出口可以被循环返回到初级澄清器或生物吸着池的入口。在其他的实施方式中，厌氧消化器的出口可以被循环返回到缺氧生物反应器的入口。

该处理***的一些其他的实施方式可以包含序批式反应器（sequencingbatch reactor），该序批式反应器被流体连接或连通(connectable)到待处理的废水源。序批式生物反应器可以通过促进生物吸着、降解或转化可生物降解的材料来对废水进行生物处理，随后对包含该材料的混合液体进行沉淀和/或倾析。序批式反应器可以流体连接或连通到位于该反应器下游的厌氧消化器。

图1示范性的说明了根据本发明的一些方面的实施方式。处理***10可以流体连接或连通到待处理的水源110。根据本发明的上述方面的任意一个方面，处理***10可以包括一个或多个处理装置操作（treatment unitoperations），所述处理装置操作可以包括一个或多个生物处理工艺和一个或多个减少固体和收集固体的***或工艺。

待处理废水或水的源110可以是来自任意一个或多个城市、居民区和工业或商业设施的水采集***，和上游的预处理***或及其组合。例如，源110可以是接收污水管道***的水的沉降或沉淀池。

处理***10可以包含一个或多个生物处理反应器或池，例如促进其中所含的至少一部分溶解的和悬浮的固体的反硝化的缺氧池112。缺氧池112可以包含或被构造成含有可以代谢待处理的废水中的可生物降解材料的微生物生物质。例如，缺氧池112可以包含或被构造成含有可以通过转化诸如硝酸盐的含氮物质到氮气(N2)的反硝化过程来处理待处理的废水中的可生物降解材料的微生物生物质。缺氧池可以被保持在促进参与反硝化过程的微生物的生物量的保持和生长的环境中。

缺氧池112产生被反硝化处理的混合液体212，该混合液体212可以被引入一个或多个促进其中所含的至少一部分溶解的或悬浮的固体的聚集的生物处理反应器或池，例如生物处理池114。生物处理池114可以包含或被构造成含有可以生物吸着待处理的废水中的可生物降解材料的微生物生物质。生物处理池114可以包含或被构造成含有可以促进载体上的生物膜生长的生物膜载体。例如，生物处理池114可以包含或被构造成包含通过吸收可生物降解的材料来处理待处理废水中的可生物降解的材料的的微生物生物质。生物处理池114可以包含或被构造成含有促进在废水或待处理的水中的可溶的和不溶的材料，诸如有机化合物的物质或化合物。生物处理池114也可以包含或被构造成包含硝化生物膜，以促进诸如氨的含氮化合物转化成亚硝酸盐和硝酸盐。生物吸着和硝化工艺可以包含曝气和混合操作以帮助生物处理池114中保持需氧环境。

生物处理池114产生硝化混合液214，所述硝化混合液214可以被引入到诸如澄清器116的分离器以产生贫含固体的流218和富含固体的污泥219。硝化混合液214的一部分可以通过循环线216被循环到待处理的废水或生物处理池112。该贫含固体的流218可以被进一步处理，例如，使该至少被部分处理的水适宜排放或送入水精处理装置（未示出），以产生适用于其他用途的经处理产品或流出物120。

富含固体的污泥219可以被分离出来使得至少一部分富含固体的污泥220可以被循环返回到待处理的废水源110，与之结合，或者被引入到一个或多个生物处理池或其他该处理***的操作装置。

至少一部分富含固体的污泥219可以被引入到诸如厌氧消化器122的生物反应器以产生经生物处理的污泥或厌氧消化污泥226。一部分经生物处理的污泥或厌氧消化污泥226可以被当作废污泥130处理掉。一部分厌氧消化污泥226也可以被循环返回到废水源110，与之结合，或者被引入到一个或多个生物处理池或其他该处理***的操作装置。被循环的一部分经生物处理的污泥或厌氧消化污泥226可以是令人满意的任何一部分，是否令人满意取决于该***的操作参数和/或所预期的流出物的特性或特征。例如，基于预设的流速来选择被循环的一部分经生物处理的污泥或厌氧消化污泥。该被循环的部分可以是基于预设的流速、或预设的流速的一部分或百分比。例如，在特定实施方式中，该被循环的部分可以是具有约50%的预设的流速。

可选的，在将至少一部分富含固体的污泥219引入到厌氧消化器122之前，至少一部分富含固体的污泥219可以通过线路222被引入到增稠器118以产生经增稠的污泥228和贫含污泥的部分224。然后，经增稠的污泥228可以被引入到生物反应器或厌氧消化器122，并且贫含污泥的部分224可以被循环返回到废水源110，与之结合的，或者被引入到一个或多个生物处理池或该处理***的其他操作装置。

零到百分之一百之间的任意一部分的富含固体的污泥219可以被循环返回到待处理的废水源110，与之结合的，或者被引入到一个或多个生物处理池或该处理***的其他操作装置，剩余的部分被导入到厌氧消化器。在特定实施例中，被引入到增稠器118或厌氧消化器122中的部分可以是约百分之二到约百分之二十之间的富含固体污泥219。在其他实施例中，被引入到增稠器118或厌氧消化器122中的一部分富含固体污泥219可以是约百分之四到约百分之八之间的富含固体污泥219。

零到百分之一百之间的任意一部分的厌氧消化污泥226也可以被循环返回到废水源110，与之结合的，或者被引入到一个或多个生物处理池或该处理***的其他操作装置，剩余的部分被当作废污泥130处理掉。在特定实施例中，被循环到废水源的部分，与之结合的，或者被引入到一个或多个生物处理池或该处理***的其他操作装置，可以是介于约零到约百分之二十之间的厌氧消化污泥226。在其他实施例中，被循环的部分可以是介于约百分之四到约百分之八之间的厌氧消化污泥226。

在特定实施例中，可以监控经处理的产品120中的已溶解的固体含量、COD/BOD、总氮、特别是诸如氨、亚硝酸盐、硝酸盐的含氮的化合物或其他的已确定的特征。如果任何一个已确定的特征的水平不在预期的范围内或不是预期的水平，就可以对处理***做出调整。例如，如果经处理产品的COD不同于预期水平或可接受的范围，经厌氧处理的污泥226的较多一部分或较少一部分可以作为废污泥130被处理掉。

在特定实施方式中，经处理的部分具有与其中的特定组分的浓度有关的特征或特性。例如，经处理的部分的含氮成分的浓度或BOD或COD含量低于一特定值。在特定实施例中，经处理产品或流出物的氨浓度低于约5毫克氮元素/升。经处理产品或流出物的COD浓度低于约80毫克/升。

***10可以具有一个或多个初级分离器。例如，可以采用流体连接到水源或待处理的废水源110的初级澄清器（未示出）来允许待处理的水源110的至少一部分组分沉淀以产生贫含固体的废水并且将其引入到生物处理池112。初级澄清器也可以产生富含固体的废水流，该富含固体的废水流可与富含固体的污泥220或222或经增稠的污泥228合并后以被引入到厌氧消化器122，下面具体阐述。可以采用该***的分离器，该分离器包括但不限于初级分离器，包括过滤器和溶解空气的悬浮型装置(dissolve air flotationtype unit)，伴随或不伴随细石子的去除。

本文公开的该处理***的一个或多个构造可以包括一个或多个采用了处理工艺的水精处理装置，所述的处理工艺包括但不限于，生物硝化/反硝化和除磷、化学氧化、化学沉淀和包含通过离子交换除去已溶解的无机固体的分离***、超滤、反渗透、紫外线辐射或电渗析。从一个或多个水精处理装置中获得的经处理产品120可以被输送至储存、二次利用或排放到环境中。

可以采用一个或多个硝化装置。例如，生物膜硝化装置，可以是例如移动床生物反应器（moving bed bioreactor），可以使其从分离器接受至少一部分的贫含固体的流。可以将从硝化装置流出的流出物与来自澄清器的污泥混合以影响至少部分反硝化。然后实施再曝气以去除至少一部分氮，这部分氮以气体形式被去除。这些变化可以减少或消除外界碳源的使用。

该处理***的操作过程中，可以利用一个或多个目标特征以调节该***的任何一个操作装置的一个或多个操作参数。

本文所公开的任何一个***中可以包括沉淀反应器，以沉淀脱去一个或多个预期的化合物，例如来自该***的一个或多个流的磷和/或氮。

可以采用该沉淀反应器以沉淀脱去含磷和/或氮的化合物，例如鸟粪石（MgNH₄PO₄·6H₂O），通过在沉淀反应器中添加沉淀剂，诸如镁盐（例如，氯化镁），根据如下的反应：

Mg²⁺+NH₄ ⁺+PO₄ ^3-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O

在一些应用中，好处在于采用诸如镁盐的沉淀剂以在沉淀反应器中沉淀脱去磷和氮，而不是脱去例如铝或铁。鸟粪石可以被用作肥料，因而可以作为农业上有用的沉淀物。

采用铝在沉淀容器中沉淀磷可以产生磷酸铝沉淀物，该磷酸铝沉淀物不适宜于用作肥料，因而不像鸟粪石一样具有农业价值。类似的，采用铁来沉淀磷可以产生磷酸铁，该磷酸铁也不适于用作肥料。在其他实施方式中，磷酸铝和/或磷酸铁中的一种或两种可以从来自分离器的贫含固体的出口流中沉淀，以用作其他应用。

也可以在沉淀反应器中的贫含固体的出口流中添加pH调节剂，例如氢氧化铵、氢氧化镁、其他苛性碱，或酸，以控制Mg2+的浓度和/或pH在预期的范围内。

在一些实施方式中，沉淀反应可能发生在温度范围从约20摄氏度到约40摄氏度，或者在一些实施方式中，从约25摄氏度到约35摄氏度，pH值、介于约6到约12之间，在一些实施方式中，pH值介于约7.5到约11之间，并且在一些实施方式中，介于约8.5到约10之间。在一些实施方式中，沉淀鸟粪石之后，贫含磷的液体可以被循环返回到经活化的污泥处理***。在一些实施方式中，可以将贫含磷的液体的pH调节到，例如，约7，通过引入pH调节剂，所述pH调节剂例如来源于pH调节剂源的酸或碱，在被循环返回到经活化的污泥处理***之前。在其他实施方式中，循环返回到经活化的污泥处理***的贫含磷的液体可以被允许保持碱性pH，或者调节到碱性pH。在一些实施方式中，该碱性环境可以在经活化的污泥处理***中协助实施硝化工艺。

沉淀剂（例如氯化镁）的量可以根据被引入到沉淀反应器中的贫含固体的流中的磷和/或氮浓度的分析来决定。在一些实施方式中，可以按化学计量比将沉淀剂添加到含磷或氮的贫含固体的流中，例如贫含固体的流中每分子的磷或氮对应添加一分子的镁。在其他实施方式中，可以添加稍高于，例如高出约10%，与磷或氮相比较的化学计量比的沉淀剂到贫含固体的流中。在其他实施方式中，可以添加低于化学计量比的沉淀剂。

本文中公开的多种***和技术可以显著减少能量消耗或者甚至提供能量，并且可以减少在污水处理过程中污泥的产量。

进一步的，控制器可以促进或调节该处理***的操作参数。例如，控制器可以被配置成调节一个或多个流的循环速率、一个或多个保留时间的持续、温度和/或在该处理***的任何一个操作装置中的流体的溶解氧的浓度。

该控制器可以响应来自定位于该处理***内的任意特定位置的计时器（未示出）和/或感应器（未示出）的信号。例如，定位在缺氧反应器内的感应器可以在其中的状况达不到最佳时给出指示。进一步的，该一个或多个感应器可以监控一个或多个诸如压力、温度的操作参数、液体的一个或多个特征、和/或任意流出液流或废水流的一个或多个特征。相似的，被安排在任意循环流中或者和任意循环流处于其他的位置，可以指示其中的流速，是否等于、低于或高于预期或目标速率。然后，控制器通过产生控制信号以导致循环流速的增加或降低来作出响应。来自水精处理子行列（polishingsub-train）的混合液体的目标循环流速可以取决于该处理***的操作参数。例如，该目标循环流速可以是待处理的入水的流入的流动速率的数倍，例如，至少两倍或四倍。在一些情况中，固体排放速率可以被调节以获得一个或多个经处理水的目标特征。其他控制策略可以涉及，至少部分基于待处理的水或流入物的需氧量，来按比例地改变在厌氧消化器和需氧处理池之间的相对流速。

本发明的一个或多个实施方式的***和控制器提供了具有多个操作模式的多功能装置，该装置可以对多端输入响应以增加废水处理***的效率。

采用一个或多个计算机***来实施该控制器，所述计算机***可以是，例如，通用计算机，诸如那些基于英特尔奔腾处理器（Intel

-typeprocessor）、摩托罗拉威力芯片处理器（Motorola

processor）、Hewlett-Packard处理器、Sun

处理器或任何其他类型的处理器及其组合的通用计算机。作为选择的，该计算机***可以包括被特别程序化的、具有特别用途的硬件，例如特定应用的集成电路（application-specific integrated circuit，ASIC）或者为水处理***而制的控制器。

该计算机***可以包括一个或多个通常被连接到一个或多个记忆设备的处理器，所述记忆设备可以包括例如磁盘驱动存储器（disk drive memory）、闪存设备（flash memory device）、RAM存储设备或其他存储数据的设备中的任意一个或多个。存储器可以用于存储该***操作过程中的程序和数据。例如，该存储器可以被用于存储一段时间内的与参数相关的历史数据，还有操作数据。软件，包括执行该发明的实施方式的程序代码，可以被存储到计算机可读和/或可写的不丢失数据的记录介质（nonvolatile recordingmedium），且然后被拷贝到存储器中，然后在该存储器中该程序代码可以被一个或多个处理器执行。这些程序代码可以用多种程序语言来编写，所述程序语言例如Java、Visual Basic、C、C#或C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic或它们的多种组合中的任意一种。

计算机***的组件可以通过一个或多个的互连机制偶联，所述互连机制包括一个或多个诸如在被整合于同一个设备中的组件之间的信息转移通路（busses），和/或诸如存在于分离不连续的设备的组件之间的网络。互连机制可以使得通信，例如数据和/或指令，在该***的组件之间被交换。

该计算机***也可以包括一个或多个诸如键盘、鼠标、轨迹球（trackball）、麦克风、触屏和其他人机界面设备的输入设备和一个或多个诸如打印设备、显示屏或扬声器的输出设备。另外，该计算机***可以包括一个或多个可以连接计算机***到通信网络的界面，再加上或作为替换，连接计算机***到可以通过该***的一个或多个组件形成的网络。

根据本发明的一个或多个实施方式，该一个或多个输入设备可以包括测量本文公开的任意***和/或其中的组件的任意一个或多个参数的感应器。作为替换的，感应器、测量阀和/或泵或所有这些组件可以连接到其在操作上偶联到计算机***的通信网络。上述的任意一个或多个可以偶联到另一个计算机***或组件以通过一个或多个通信网络与该计算机***通信。这样的配置允许任何感应器或信号发生设备被定位到距离该计算机***一段重要距离，和/或允许任意感应器被定位到距离任意子***和/或控制器一段重要距离，同时仍提供在这之间的数据。这样的通信机制可以通过利用任意适宜的包括但不限于那些利用无线协议的技术而受到影响。

该控制器可以包括一个或多个计算机存储介质，诸如可读的和/或可写的不丢失数据的记录介质，信号可以被存储在其中，信号定义被一个或多个处理器执行的程序。该介质可以，例如是磁盘或闪存。在通常的操作中，一个或多个处理器可以生成数据，例如执行本发明的一个或多个实施方式的代码，以从存储介质读取到允许通过一个或多个处理器比介质更快速地获取信息的存储器。

尽管该计算机***是通过实施例以一种类型的计算机***来阐述，本发明的多个方面可以在这种类型的计算机***上实施，可以理解的，本发明不限于如同实施例所示的在软件中或在计算机***上实施。事实上，与其在计算机***上实施，例如，通用计算机***，控制器或组件或其分部还可以作为专用***（dedicated system）或作为专用可编程序逻辑控制器（dedicatedprogrammable logic controller、PLC）或者在分散型控制***（distributedcontrol system）中实施。进一步的，可以理解的，本发明的一个或多个特征或方面可以在软件、硬件或固件（firmware）或它们的任意组合中被实施。例如，由控制器执行的运算法则的一个或多个部分可以在分离的计算机中被运行，分离的计算机可以通过一个或多个网络相互通信。

在一些特定的实施方式中，控制器可以被配置成产生启动或终止序批式反应器的一个或多个循环或阶段的数个输出信号。例如，控制器可以产生开启一个或多个进口阀门的输出信号，所述进口阀门将至少一个序批式反应器的一个或多个盆（basins）流体连接到待处理的废水源。然后，该控制器产生第二输出信号，优选但不必要的，关闭阀门并且，开启至少一个序批式反应器的曝气***以提供氧气源以达到或保持目标溶氧水平，例如约0.5到约2mg/L之间。因此，控制器可以被配置成促进聚集至少一部分溶解的和悬浮的固体的生物吸着现象和/或硝化。然后，该控制器可以产生促进在至少一个沉淀盆（basins）中的静态环境（quiescent conditions）的第三输出信号，所述沉淀盆供至少一部分可沉淀组分沉淀。在一些情况中，静态环境可以受到终止输出信号的影响，并且第三输出信号可以由控制器来产生以促进沉淀后任意上层清液（例如通过倾析）或者沉淀盆中富含固体的部分的回收。然后，产生另一个输出信号，例如第五输出信号，重新启动曝气***。该控制器可以进一步产生第六输出信号和第七输出信号，第六输出信号启动、第七输出信号停用至少一个需氧处理池的曝气***来提供氧气源以达到或保持目标溶氧水平，例如约0.5到约2mg/L之间。

许多城市废水处理工程的每日流入量有变化。在一些实施方式中，废水处理***的生物吸着操作或硝化-反硝化可以变得不那么稳定，例如，捕获流入物的废水中更多或更少COD或去除流入物的废水中更少的含氮化合物，当负载条件变得更动态。如果生物吸着或硝化-反硝化没能够捕获或去除足够量的COD或含氮化合物，这可能会超出下游厌氧消化器以有效处理COD或下游的水精处理过程所能承载的容量。为促进提高生物吸着过程或硝化-反硝化过程实施的可靠性，可以利用使用在线仪表以控制生物吸着和硝化-反硝化的控制***。

在一些控制***的实施方式中可以采用反馈控制。可以采用在线COD（online COD）或总有机碳（TOC）计量器或氮含量计算器来测量COD或TOC或从位于硝化-反硝化***的下游的分离器流出的贫含固体流出物的氮含量。当流出物的COD或TOC或氮含量是位于或高出该处理***可以有效地处理该流入物废水的阈值水平时，流入物废水流的至少一个和循环流的任意一个或多个的流速，或任意一个流与另一个的比例可以被调节。这种情况可以被促进，例如，通过采用驱动一个或多个阀以调节至少一个生物反应器或该***中的操作装置的输出量的控制器来促进。当流出物的COD或TOC或氮处于一个使得该处理***可以有效处理具有高水平的COD或TOC或氮含量的废水的水平时，废水流的任何一个和循环流的流速可以被调节。

本发明的进一步的方面可以涉及或关于计算机可读介质或提供促进本文所描述的处理方法的多个特征的计算机可读介质。

例如，计算机可读介质可以包括在计算机***或控制器上执行的指令，所述控制器是在废水处理***中实施处理废水的方法的控制器，所述方法包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中对废水进行反硝化以产生反硝化混合液的一个或多个步骤。该方法还可以包括用载体上的硝化生物膜对该反硝化混合液进行硝化和在第二生物反应器中用悬浮的生物质从反硝化混合液生物吸着不良成分。该方法可以进一步包括分离在分离器中的硝化混合液的第一部分以产生富含固体的污泥和总氮浓度低于约10毫克氮元素/升的经处理的流出物，和将硝化混合液的第二部分与待处理的废水合并。

在其他构造中，计算机可读的介质可以包括在计算机***或控制器上执行的指令，所述控制器是在废水处理***中实施处理废水的方法的控制器，所述方法包括处理废水的一个或多个步骤，所述方法包括提供待处理的废水和在第一生物反应器中促进反硝化以产生经第一生物处理的混合液。该处理废水的方法还可以包括在第二生物反应器中促进所述第一经生物处理混合液的生物吸着和生物膜的生长。该处理废水的方法还可以进一步包括分离第二生物反应器的流出物以产生富含固体的污泥和总氮浓度低于约10毫克氮元素/升的经处理的流出物，和在第三生物反应器中处理富含固体的污泥以产生经生物处理的污泥。

本文公开的***和技术的这些或其他的实施方式的功能和优点可以通过下面的实施例得到更全面的理解。以下实施例用于阐述本文公开的处理方法的好处，但并不举例说明其全面的保护范围。

实施例1

如图1中所示，采用处理***10来测量脱氨（Ammonia removal）

处理***10包括待处理的废水源110。废水源110被流体连接到初级澄清器（未示出）以使得待处理的废水源的至少一部分组分沉淀。然后，贫含固体的废水被引入到缺氧池112以产生可以被引入到生物处理池114的反硝化混合液体212。生物处理池114促进生物可降解材料在反硝化混合液体中的生物吸着，并且也促进生物膜的生长和反硝化混合液体的硝化。生物处理池114产生经硝化的混合液体214，该经硝化的混合液体214被引入到澄清器116中以产生贫含固体的流218和富含固体的污泥219。经硝化的混合液体214的一部分被循环到待处理的废水以通过循环线路216被引到缺氧池112。贫含固体的流218被引到一个或多个下游水精处理装置120。

富含固体的污泥219被分开，使得富含固体的污泥220的一部分被循环返回到被引入到缺氧池112的待处理的废水源110。

富含固体的污泥219的一部分可以被引入到厌氧消化器122以产生厌氧消化污泥226。厌氧消化污泥226的一部分被当作废污泥130处理掉。厌氧消化污泥226的一部分也可以被循环返回到被引入到缺氧池112的废水源110。

在将富含固体的污泥219的至少一部分引入到厌氧消化器122之前，富含固体的污泥219的一部分通过线路222被引到增稠器118以产生经增稠的污泥228和贫含污泥的部分224。经增稠的污泥228被引入到厌氧消化器122并且贫含污泥的部分224被循环返回到废水源110，废水源110被引入到缺氧池112。

在这个过程中，在缺氧池112中的水力保留时间是约1-3小时之间，并且在生物反应器114中的水力保留时间是约3小时之间。

当启动该***时，生物膜载体被添加到生物反应器114。生物膜载体是由聚合材料制成并且占池的约66%的容积，或者约32平方米的表面积以供生物膜生长。厌氧消化污泥的百分之零被循环返回到废水源110被引入到缺氧反应器112。在启动期间，厌氧消化污泥被当作废污泥130被处理掉。不希望受到理论的限制，可以认为不循环厌氧消化污泥来操作该***可以使得生物膜在生物反应器214中的生物膜载体上生长。大约1个月后，约4.1%的厌氧消化污泥被循环返回到废水源110被引入到缺氧反应器112。18天后，以4.1%来循环，循环率被增加到8.1%的厌氧消化污泥。

图2示出了在流出物流218中的改进的除氮方法，与图3所示的生物处理工艺中所达到的除氮相比（在该生物处理工艺中需氧处理的水力保留时间在约4-12小时范围内），并且与图4中所示采用了生物吸着、接触稳定化（contact stabilization）和厌氧消化的另一个工艺（其组合的生物吸着工艺和接触稳定化工艺的水力保留时间约为2.5小时）相比。在图2中，氨-氮水平被不断地降低到低于5ppm，然而在示出了其他工艺的图3和图4中不能达到这么低的氨-氮水平。可以看出，氨-氮水平被不断地降低到低于5ppm超过三个月。

如图5中所示，也可以得出，除了将氨-氮水平降低到低于5ppm，在流出物流218中的COD水平被不断地降低到低于80mg/L。在每一个被测试的废水处理工艺中，这个水平保持一致，如图6和7中所示。在降低氮水平的同时，本发明的工艺可以不断地将流出物流中的COD水平降低到低于80mg/L超过三个月。

这个实施例证明了上述的工艺在保持流出物流中的氮和COD水平在低于特定的目标值的水平上是有效的，并且以与常规的缺氧-需氧工艺相比较更低的水力保留时间。与常规的缺氧-需氧工艺相比，该缩短的水力保留时间通过提供更有效力和更有效率的废水处理来降低操作成本。

那些本领域技术人员可以很容易地理解本文中叙述的多个参数和构造是示意性的，并且实际的参数和构造将取决于本发明的方法和***所用于的特定的应用。那些本领域技术人员采用不超出常规的实验就可以识别，或者会弄清楚本发明中叙述的具体实施方式的许多等同实施方式。例如，那些本领域技术人员可以识别根据本发明的***及其组件可以进一步包括***的网络或处理***的一个组件。因此，可以理解的，前述的实施方式仅通过实施例的方式阐述，并且在所附权利要求及其等同方案的保护范围内，除特别说明，公开的处理***和技术可以被实施。例如，虽然术语“贫含固体的污泥”在本文中被用以指分离产品，该术语仅用作说明的目的并且该术语的使用不会将权利要求的保护范围限制到一个特定的分离技术。本发明的处理***和技术是指本文中所叙述的每一个独立的特征、***或方法。另外，如果这些特征、***或方法相互不矛盾，那么这些特征、***或方法中的两个或多个的任意组合都包含在本发明的保护范围内。

进一步的，可以理解的，本发明的多种改变、修改和改进是本领域技术人员很容易能够想到的。可以确定这些改变、修改和改进是本发明公开内容的一部分，并且可以确定是属于本发明的精神实质和保护范围内。例如，富含固体的流或污泥流可以被引入到上游的操作装置，例如初级澄清器、或生物吸着池或两者。在其他情况中，贫含固体的部分或贫含污泥的部分可以被导入到另一个分离器和/或被导入到水精处理装置。在其他例子中，现有的处理设备可以被改良以利用或整合本发明的任意一个或多个方面。因此，在一些情况中，处理***可以涉及连接或配置现有设备以包含缺氧反应器、能够促进生物吸着和生物膜生长的生物反应器和厌氧消化器。因此，前面的叙述和附图仅通过实施例的方式呈现。进一步的，附图说明并不将本发明限制到特定的说明叙述。例如，可以在该处理***的一个或多个行列中应用一个或多个生物反应器。

在说明书和权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”和类似的序数术语来修饰元件，并不意味着其自身的优先次序、地位级别或一个元件与另一个的次序或方法中动作实施的时间次序，不过仅用作标记以区别具有一个特定名字的元件与有相同名字的另一个元件，采用序数术语来区别这些元件。

Claims

1.处理废水的方法，其包括：

提供待处理的废水；

在第一生物反应器中对所述废水进行反硝化处理以产生反硝化混合液；

在第二生物反应器中采用载体上的硝化生物膜对所述反硝化混合液进行硝化处理和采用悬浮生物质从所述反硝化混合液中生物吸着不良成分；

在分离器中分离硝化混合液的第一部分以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮含量小于约10毫克氮元素/升；以及

将硝化混合液的第二部分与所述待处理的废水混合。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第二生物反应器中水力保留时间少于约3小时。

3.如权利要求2所述的方法，该方法进一步包括：

在第三生物反应器中处理至少一部分富含固体的污泥以产生经生物处理的污泥。

4.如权利要求3所述的方法，该方法进一步包括：对所述的至少一部分富含固体的污泥进行增稠处理以产生经增稠的污泥和贫含污泥的部分，其中在所述第三生物反应器中处理富含固体的污泥包括对经增稠的污泥进行处理以产生至少一部分经生物处理的污泥。

5.如权利要求3所述的方法，该方法进一步包括：将一部分经生物处理的污泥与选自待处理的废水、所述第一生物反应器和所述第二生物反应器中的至少一种以预设的流速混合。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述一部分经生物处理的污泥与选自待处理的废水、所述第一生物反应器和所述第二生物反应器中的至少一种以预设流速的大约50%混合。

7.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：在位于所述第一生物反应器上游的澄清器中对所述待处理的废水进行处理。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述经处理的流出物的氨浓度为低于约5毫克氮元素/升。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述经处理的流出物的化学需氧浓度低于约80毫克/升。

10.废水处理***，其包括：

待处理的废水源；

第一生物反应器，其具有从该废水源的下游流体连接的入口；

生物吸着池，其包括生物膜载体，且具有流体连接到所述第一生物反应器的入口，该生物吸着池的构造和排列使其能够保留总氮浓度小于约10毫克氮元素/升的流出物，且水力保留时间少于约3小时；

分离器，其具有污泥出口，流出物出口和流体连接到生物吸着池的下游的入口；和

污泥循环利用线路，其将分离器的出口与所述废水源流体连接。

11.如权利要求10所述的废水处理***，其进一步包括厌氧消化器，该厌氧消化器具有厌氧消化污泥出口和流体连接到所述污泥出口的入口。

12.如权利要求11所述的废水处理***，其进一步包括污泥增稠处理器，所述污泥增稠处理器具有从所述分离器的污泥出口的下游流体连接的入口，流体连接到厌氧消化器的增稠污泥出口，和贫含固体出口。

13.如权利要求11所述的废水处理***，其进一步包括混合液体循环利用线路，该混合液体循环利用线路将所述生物吸着池的出口与所述废水源流体连接。

14.如权利要求13所述的废水处理***，其进一步包括厌氧消化污泥循环利用线路，该厌氧消化污泥循环利用线路将所述厌氧消化污泥出口与所述废水源流体连接。

15.如权利要求10所述的废水处理***，其进一步包括，位于第一生物反应器上游的澄清器。

16.在废水处理***中为降低废水中含氮化合物的浓度的促进废水处理的方法，该***具有废水源、缺氧反应器、需氧反应器、将需氧反应器的出口与缺氧反应器流体连接的混合液循环流、分离器和将分离器的出口与缺氧反应器流体连接的污泥循环流，该方法包括：

将生物膜载体引入需氧反应器；和

将所述分离器的富含固体污泥出口与厌氧消化器流体连接。

17.如权利要求16所述的方法，其进一步包括，将厌氧消化器的出口与选自废水源、缺氧反应器、需氧反应器、混合液循环流和污泥循环流中的至少一种进行流体连接。

18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括，将分离器的富含固体出口与污泥增稠器流体连接，和将经增稠污泥的出口从污泥增稠器流体连接到厌氧消化器。

19.处理废水的方法,其包括:

提供待处理的废水；

在第一生物反应器中促进对所述废水进行反硝化处理以产生第一经生物处理混合液；

在第二生物反应器中促进所述第一经生物处理混合液的生物吸着和生物膜的生长；

分离第二生物反应器的流出物以产生富含固体的污泥和经处理的流出物，该经处理的流出物的总氮浓度小于约10毫克氮元素/升；和

在第三生物反应器中处理所述富含固体的污泥以产生经生物处理的污泥。

20.如权利要求19所述的方法，其中，在所述第二生物反应器中水力保留时间少于约3小时。

21.如权利要求20所述的方法，其进一步包括，对富含固体的污泥进行增稠处理以产生经增稠的污泥和贫含污泥的部分，其中在所述第三生物反应器中处理富含固体的污泥包括对经增稠的污泥进行处理以产生至少一部分经生物处理的污泥。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述促进所述第一经生物处理混合液的生物吸着和生物膜的生长包括向所述第二生物反应器中引入生物膜载体。

23.如权利要求19所述的方法，其进一步包括，在位于所述第一生物反应器上游的澄清器中对所述待处理的废水进行处理。

24.如权利要求19所述的方法，其进一步包括，将一部分经生物处理的污泥以预设的流速引入选自待处理的废水、所述第一生物反应器、所述第二生物反应器和所述澄清器中的至少一种中。

25.如权利要求24所述的方法，其中，将所述一部分经生物处理的污泥以预设流速的大约50%引入选自待处理的废水、所述第一生物反应器、所述第二生物反应器和所述澄清器中的至少一种中。

26.如权利要求19所述的方法，其中，所述经处理的流出物的氨含量低于约5毫克氮元素/升。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述经处理的流出物的化学需氧浓度低于80毫克/升。