СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕШНЕГО РАЗДЕЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR WASTE WATER TREATMENT USING EXTERNAL SEPARATION

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА ПРИОРИТЕТНЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Эта заявка испрашивает приоритет и его выгоды предварительной заявки на патент США № 62/019210, поданной 30 июня 2014 г., под названием «Способ и устройство для очистки сточных вод с использованием внешнего гравиметрического разделения", полнота которой включена в настоящий документ путем ссылки, и, тем самым, полностью представленная в настоящем документе.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к способу и устройству для очистки сточных вод и, в частности, к способу и к устройству для очистки сточных вод с разделением по размеру или к гравиметрическому разделению.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Аэробные процессы обработки гранулированного ила
[0003] .
[0004] Гранулярные биомассовые процессы для сточных вод, были первоначально ограничены анаэробной очисткой, такими как анаэробный процесс со взвешенным осадком и восходящим потоком (UASB), который основывается на гранулярной биомассе, вводимую в специально встроенный реактор с восходящим потоком, чтобы обеспечить симбиотический рост нескольких различных классов микроорганизмов, в том числе ферментативных, ацидогенных, ацетогенных и метогенных. Дополнительное развитие привело к анаэробным процессам обработки гранулированного ила, о которых сообщалось в литературе еще в 1997 году (Morgenroth E, Sherden T, van Loosdrecht MCM, Heijnen JJ, Wilderer PA. Аэробный гранулированный ил в последовательном периодическом реакторе. Water Res. 1997; 31:3191-4). Эти процессы характеризуются биомассой с более высокой плотностью и большим размером частиц, чем у хлопьевидной биомассы, и на сегодняшний день все они выполнены в специально построенных реакторах, в первую очередь, связанными с последовательными периодическими реакторами и колонными реакторами с восходящим потоком и реакторами, обеспечивающими условия с большим усилием сдвига. Гранулированная биомасса имеет размер частиц в диапазоне от около 0,1-5 мм, а объемный индекс ила (SVI30 мин.) менее 35-50 мл/г и SVI5 мин., близкий к SVI30 мин. Аналогичным образом, аэробные гранулы имеют скорость осаждения > 10 м/ч в отличие от приблизительно 1 м/ч для хлопьевидной биомассы. Улучшенная осаждаемость гранулированного ила по сравнению с хлопьевидной биомассой является одним из важных преимуществ способа и устройства согласно настоящему изобретению.
[0005] Одним из ключевых преимуществ аэробного гранулированного ила является то, что он может создавать нишевые условия в грануле для любых условий, которые могут потребоваться в раздельных физических объемах резервуаров. Хлопья и обычные активированные илы подвержены сопротивлению диффузии (Shaw и др.), и аэробный гранулированный ил может воспользоваться относительным диффузионным сопротивлением внутри и снаружи гранул, чтобы развить и вырастить одновременно различные популяции, а не содействовать созданию таких условий в конфигурациях физических резервуаров. Заявленное преимущество аэробного гранулированного ила состоит в том, что размер гранул приводит к градиентам субстрата и акцепторов электронов внутри гранулы, позволяя осуществлять накопление полифосфорных накапливающих организмов (PAO), гликоген накапливающих организмов (GAO), анаэробных бактерий, окисляющих аммиак, (анаэробное окисление аммония) и денитрифицирующих гетеротрофных бактерий возле центра гранул, в то время как аэробные организмы накапливаются вблизи наружной поверхности гранулы, включая нитрифицирующие бактерии и аэробные гетеротрофы.
[0006] Пример этого подхода дополнительно разъясняется ниже на примере удаления фосфора.
Удаление фосфора.
[0007]
[0008] Удаление фосфора из сточных вод обычно достигается путем либо химического осаждения с использованием солей железа или алюминия, либо путем применения анаэробного селектора, позволяющего накопление организмов, аккумулирующих полифосфат, что обеспечивает биологическое удаление фосфора. Оба эти подхода имеют недостатки, по сравнению с процессами и системами, раскрытыми в настоящем документе, при помощи которых может быть достигнуто стабильное и надежное удаление фосфора и азота без необходимости формального анаэробного селектора и без химического осаждения.
[0009] Химическое удаление фосфора.
[0010] Химические вещества, используемые для удаления фосфора путем формирования осадков обычно включают сульфатные или хлоридные соли алюминия, трехвалентного железа и двухвалентного железа. Эти химические вещества могут быть добавлены перед первичной очисткой, собственно в биологический процесс (обычно активированного ила) или в процесс первичной очистки до третичного процесса очистки или процесса фильтрации. Осажденный фосфор затем удаляется из потока сточных вод с потоком твердых частиц, оставляя первичный отстойник, с отходами биомассы, с твердыми телами третичного отстойника или с помощью фильтра обратной промывки отходов, соответственно. Проблемы с этим подходом включают необходимость приобретения химических веществ, потребления щелочности в результате добавления этих химических веществ, которые потенциально требуют добавления щелочности, и покупку большего количества химикатов, создание дополнительного ила, требующего дальнейшей очистки и удаления.
Биологическое удаление фосфора
[0011] .
[0012] Биологическое удаление фосфора (bioP) хорошо известно в области очистки сточных вод и имеет преимущества над химическим удалением фосфора благодаря снижению затрат на химикаты, требований щелочности и производство ила, но страдает от необходимости иметь определенные и формальные анаэробные зоны или период времени без загрязнения растворенным кислородом или окисленными формами азота (нитритами и нитратами), надлежащие характеристики сточных вод с точки зрения концентрации летучих жирных кислот (VFA), зачастую от плохой надежности процесса и сбоев. BioP обычно осуществляется путем накопления организмов, аккумулирующих фосфат (PAO), которые хранят фосфор в виде полифосфата (поли-P) в качестве источника энергии. В анаэробных условиях PAO расщепляют фосфатные группы из поли-P, выпуская фосфат а основную жидкость, и от этого получают энергию, необходимую для захвата VFA. VFA хранится в виде внутриклеточных макромолекул, таких как полигидроксибутират (PHB). Уменьшение эквивалентов также достигается при помощи PAO из-за деградации гликогена в анаэробных условиях. В аэробных условиях PAO захватывают фосфат для реформирования внутриклеточного хранилища поли-Р и расщепляют сохраненный PHB для роста и энергии при помощи обычных катаболических и анаболических путей. Гликоген также преобразуется в аэробных условиях. Процесс bioP, таким образом, осуществляется, подвергая обычную хлопьевидную биомассу альтернативным анаэробным и аэробным условиям согласно схеме, показанной на фигуре 1, которая представляет процесс, широко известный как A2/O или форедокс, и которая способна как к bioP, нитрификации так и к денитрификации. Требованием для этого процесса является наличие формальной анаэробной селекторной зоны с адекватным разлагаемым органическим материалом в виде ацетата, или, в более общем случае, VFA.
[0013] При правильном соотношении VFA к фосфору PAO способны принять весь фосфат, выпущенный в анаэробной зоне, и дополнительные фосфаты, присутствующие в сточных водах, достигая чистого удаления фосфатов через сбрасывание биомассы. Одна из проблем, связанная с процессом A2/O, как показано на фиг.1 состоит в том, что нитрат, присутствующий в потоке возвращаемого активированного ила (RAS), может войти в анаэробную зону, и как хорошо известно, сорвать процесс bioP. Еще одним аспектом, касающимся раскрытия этого изобретения является способность некоторых PAO денитрифицировать (dPAO), в результате чего нитрат может служить в качестве акцептора электронов вместо кислорода, что позволяет поглощать фосфор в анаэробной зоне. Хотя известно, что поглощение фосфата при помощи dPAO происходит значительно медленнее, чем в аэробных условиях, важным преимуществом максимизации этого метаболизма является эффективность использования одного хранилища органического углерода в поступающих сточных водах для удаления как bioP, так и азота. Ограничения процесса bioP включают низкую надежность с точки зрения постоянного соблюдения низких пределов стоков общего фосфора и строгая зависимость от наличия соответствующего количества VFA в поступающих сточных водах.
Конфигурации реактора для аэробной гранулированной биомассы.
[0014]
[0015] Один такой реактор раскрывается в патенте США № 5985150, который, как известно, был закреплен за Biothane Systems International B.V. В этом патенте раскрывается аэролифтный реактор, обеспечивающий улучшенный сдвиг, в котором гранулированный ил используется для очистки сточных вод. Гранулированный ил переносится с вертикальным потоком газа вверх в отстойную зону, которая использует относительную скорость перетекания, чтобы помочь процессу отбора гранулированной биомассы, с возвращением нижнего потока в аэрированную секцию реактора.
[0016] Патент США № 6566119 B1 описывает процесс аэробной обработки гранулированного ила, осуществляемого в последовательном периодическом реакторе с очень короткими периодами осаждения и декантации, чтобы выбрать гранулированную биомассу с отличными осаждающими свойствами.
[0017] Патент США № 6793822 B2 описывает анаэробный процесс обработки гранулированного ила, для которого гранулы могут быть созданы в последовательном периодическом реакторе способами, например, патента США 6566119 B1 и улучшены сдвигом, обеспеченным высокой поверхностной скоростью газа аэрационной системы с рассеянными пузырями.
[0018] Опубликованная патентная заявка США № 2006/0032815 A1 раскрывает аэробный процесс обработки гранулированного ила, который, как известно, был коммерчески освоен как полномасштабный процесс Nereda фирмой Royal Haskoning DHV. Особенности этого процесса обработки гранулированного ила последовательного периодического реактора включают сброс фракции медленно оседающей биомассы из самого процесса и подачу сточных вод восходящим образом через застойный и анаэробный слой осевших гранул. Это позволяет VFA диффундировать в гранулы, где находятся PAO и GAO. Процесс затем подвергается аэрации для достижения одновременной нитрификации и денитрификации при помощи dPAO.
[0019] Публикация заявки РСТ № WO 2013/151434 А1, которая, как известно, была закреплена за Royal Haskoning DHV, раскрывает перенос отходов биомассы из процесса обработки гранулированного ила, например, как описано, например, в патенте США 2006/0032815 A1, в процессе хлопьевидной биомассы, такого как обычный процесс обработки активного ила, с тем, чтобы получить преимущества с точки зрения осаждаемости и удаления азота и фосфора в процессе обработки активированного ила.
[0020] В то же время заявка РСТ WO2012/175489 A1, подобная заявке США 2006/0032815 A1, как представляется, улучшает этот процесс путем создания псевдоожиженного кипящего слоя гранул в анаэробных условиях и обеспечивает дальнейшее смешивание во время анаэробного периода до аэрации.
[0021] Публикация заявки РСТ № WO 2008/141413 A1 описывает последовательный периодический реактор, работающий для ускорения грануляции и удаления фосфора и азота, с дополнительной функцией, заключающейся в том, что после периода выпуска анаэробного фосфора, часть содержимого реактора, может быть выгружена из реактора для проведения химического осаждения фосфата.
Внешнее гравиметрическое разделение для формирования гранул анаэробного окисления аммония и накопления.
[0022] Опубликованная патентная заявка США № США 2011/0198284 A1 описывает применение внешнего гравиметрического селектора для формирования и накопления в процессе гранул, содержащих анаэробные аммиак-окисляющие бактерии (анаэробного окисления аммония). В этом изобретении было выявлено, что выбор устройства разделения может быть гидроциклоном, центрифугой или устройством гравитационного осаждения с высокой скоростью перетекания. Это открытие, как было выявлено, продемонстрировало обоснованность использования внешнего гравиметрического устройства осаждения для разделения биомассы анаэробного окисления аммония в основном или побочном процессе.
Внешнее гравиметрическое разделение для улучшения осаждаемости
[0023]
[0024] Опубликованная патентная заявка США № США 2014/0144836 A1 описывает использование внешнего гравиметрического селектора для разделения гранулированной биомассы в процессе обработки сточных вод с замедленным биологическим ростом в интересах улучшения осаждаемости биомассы. В этом изобретении было выявлено, что выбор устройства разделения может быть гидроциклоном, центрифугой или устройством гравитационного осаждения с высокой скоростью перетекания. Это открытие, как было выявлено, продемонстрировало обоснованность использования внешнего гравиметрического устройства осаждения для разделения биомассы с наилучшими характеристиками осаждения.
Удаление азота и фосфора осаждением струвита.
[0025]
[0026] Струвит часто образуется во время анаэробного брожения и в системах откачки ила, в обезвоживающем оборудовании и в системах откачки обезвоженных сточных вод из-за высокого уровня содержания фосфатов и аммиака и с ограниченными, но достаточными уровнями магния. Часто низкий уровень рН может также ограничить осаждение струвита. Осаждение и восстановление струвита может использоваться для достижения удаления азота и фосфора, и это было сделано с помощью реактора с псевдоожиженным кипящим слоем с восходящим потоком жидкости с добавлением магния и щелочности, как указано, например, в патенте США № 7622047 B2. Кроме того, устранение избыточного магния и фосфора из анаэробно перебродившего ила, либо путем добавления щелочности, либо аэрацией для отбора из газовой фазы избытка углекислого газа и увеличением pH, а также последующее восстановление осажденного струвита может уменьшить риск и степень непреднамеренного осаждения струвита ниже по течению, а также связанных требований к обслуживанию.
[0027] Вместо гравиметрического разделения разделяющее устройство или способ также может быть фильтром или сетчатым фильтром, который разделяет частицы на основе размера.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] В соответствии с аспектами настоящего изобретения раскрытия известно, что процессы обработки гранулированного ила могут быть реализованы в специально построенных реакторах для достижения эффективного биологического удаления фосфора, и что внешние гравиметрические селекторы могут применяться для приостановления процессов роста активированного ила для достижения уплотнения биомассы и/или гранулирования, и поэтому, применение внешнего гравиметрического селектора может достичь или улучшить биологическое удаление фосфора через уплотнение или гранулирование в процессе обработки активированного ила. Гравиметрический селектор может быть гидроциклоном, центрифугой, устройством гравитационного осаждения или любым гравитационным устройством, которое может разделять на основе плотности. Селектор по размеру может быть сетчатым фильтром, фильтром или мембраной. Кроме того внешний селектор может обеспечить накопление агрегатов уплотненной биомассы и гранулированного ила, который достигает градиента концентрации субстрата и акцептора электронов, что позволяет аккумулировать анаэробное пространство для таких организмов, как PAO и dPAO около центра гранулы, позволяя, таким образом, достигать эффективного протекания таких процессов как удаление биологического фосфора без специально построенных резервуаров с разделенными анаэробной и аэробной зонами или с чередованием процессов по времени. Смысл формальной анаэробной зоны заключается в том, что в ней присутствует минимальное количество растворенного кислорода и окисленных форм азота, однако присутствуют высокие концентрации VFA. Однако формирование гранул и агрегатов уплотненной биомассы хорошо сочетается с применением анаэробных отсеков реактора поскольку улучшенные процессы, требующие анаэробной среды, становятся менее уязвимыми для кислорода или нитратов, введенных в эту зону вместе с возвращением активированного ила (RAS) или с рециркуляционным потоком внутренних смешанных сточных вод (MLR).
[0029] Согласно одному из аспектов изобретения раскрыто устройство для биологической очистки сточных вод. Устройство включает биологический селектор и физический селектор. Устройство включает в себя: внутренний биологический реактор, где сточные воды и рециркулируемая биомасса смешиваются для обеспечения градиента высокого субстрата и высокого акцептора электронов для генерации морфологических свойств биомассы, которые способствуют преимущественному формированию гранул по сравнению с образованием хлопьев и волокон; и внешний гравиметрический селектор или селектор по размеру, работающий на потоке отходов биомассы для сбора и удержания больших агрегатов биомассы, в том числе разделения плотных или больших гранул и сбрасывания меньших или легчайших волокон и хлопьев.
[0030] Гравиметрический селектор может включать в себя гидроциклон, центрифугу, внешнее устройство гравитационного осаждения или любой гравиметрический способ для разделения плотных агрегатов ила.
[0031] Селектор по размеру может включать сетчатый фильтр, фильтр или мембранное устройство для разделения больших агрегатов ила.
[0032] Внешний физический селектор способствует сбору и удалению осажденного фосфора или внутриклеточных полифосфатов, как и в случае организмов, аккумулирующих полифосфат.
[0033] Гравиметрический селектор может способствовать градиенту акцептора электронов и субстрата в уплотненной биомассе с целью создания анаэробного или бескислородного ядра для развития нишевых условий окружающей среды для выращивания конкретных организмов.
[0034] Условия окружающей среды могут разделять организмы для биологического удаления фосфора, включая аэробные и денитрифицирующие организмы, аккумулирующие полифосфат, для накопления гликогена, денитрификации бескислородных окислителей метана, денитрификации биологической серы или окисления сульфида и метаногенеза.
[0035] Формальный анаэробный селектор не требуется для достижения удаления фосфора благодаря биологическому разделению, обеспеченному уплотненными агрегатами, однако включение формального анаэробного селектор будет еще более способствовать надежности и производительности удаления фосфора.
[0036] Предварительный бескислородный селектор или зона достаточны для удаления фосфора, а структура уплотненных агрегатов биомассы обеспечивает сопротивление переносу массы для проникновения нитрата к ядру.
[0037] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, раскрывается устройство для разделения осажденного фосфора в виде струвита или твердого вещества фосфата кальция из анаэробно перебродивших или бродящих твердых веществ, используя гравиметрическое разделение, с или без дополнительного добавления магния или кальция, или щелочности, устройство, включающее в себя гравиметрический селектор. Гравиметрический селектор может включать в себя гидроциклон, центрифугу, внешнее устройство гравитационного осаждения или любой гравиметрический способ для разделения плотных агрегатов ила. Селектор по размеру может включать в себя сетчатый фильтр, фильтр или мембранное устройство или любой другой способ разделения по размеру для отделения больших агрегатов.
[0038] Внешний гравиметрический селектор может использоваться для преимущественного восстановления полигидроксиалконоатов, полифосфата, неорганических фосфорсодержащих минералов или альгинатов.
[0039] Внешний селектор разделения по размеру может использоваться для преимущественного восстановления полигидроксиалконоатов, полифосфата, неорганических фосфорсодержащих минералов или альгинатов.
[0040] Устройство также может включать в себя отстойник и резервуар для аэрации, где внутренний биологический селектор сконфигурирован в отсеке, расположенном между отстойником и резервуаром для аэрации, и отстоявшийся ил рециркулируется из отстойника, например, с помощью сливных труб на дне резервуара в тот отсек селектора, куда вводятся сточные воды, и из этой контактной зоны смешанные сточные воды поступают в резервуар с активным илом, например, с помощью распределительных труб на дне резервуара.
[0041] Согласно другому аспекту изобретения, раскрывается способ для биологической очистки сточных вод, который орбъединяет биологические и физические селекторы, способ, включающий в себя: объединение сточных вод и рециркулируемой биомассы во внутреннем биологическом реакторе для обеспечения градиента высокого субстрата и высокого акцептора электронов для генерации морфологических свойств биомассы, которые способствуют преимущественному формированию гранул по сравнению с образованием хлопьев и волокон; и внешний гравиметрический селектор или селектор по размеру, работающий на потоке отходов биомассы для сбора и удержания больших агрегатов биомассы, в том числе для разделения плотных или больших гранул и пропускания меньших или легчайших волокон и хлопьев.
[0042] Способ также может включать в себя внедрение внешнего физического селектора, способствующего сбору и удалению осажденного фосфора или внутриклеточных полифосфатов, как и в случае организмов, аккумулирующих полифосфат.
[0043] Способ может также включать в себя внедрение процесса гравиметрического разделения или разделения по размеру, чтобы способствовать градиенту акцептора электронов и субстрата в уплотненной или крупной биомассе с целью создания анаэробного или бескислородного ядра для развития нишевых условий окружающей среды для выращивания конкретных организмов.
[0044] Условия окружающей среды могут разделять организмы для биологического удаления фосфора, включая аэробные и денитрифицирующие организмы, аккумулирующие полифосфат, для накопления гликогена, денитрификации бескислородных окислителей метана, денитрификации биологической серы или окисления сульфида и метаногенеза.
[0045] Согласно еще одному аспекту раскрывается способ для разделения осажденного фосфора в виде струвита или твердого вещества фосфата кальция из анаэробно перебродивших или бродящих твердых веществ, используя гравиметрическое разделение, с или без дополнительного добавления магния, или кальция, или щелочности.
[0046] Согласно еще одному аспекту раскрывается устройство для биологической очистки сточных вод, которое включает в себя биологический селектор и физический селектор, где устройство включает в себя: внутренний биологический реактор, где сточные воды и рециркулируемая биомасса соединяются для обеспечения градиента высокого субстрата и высокого акцептора электронов для генерации морфологических свойств биомассы, что способствуют лучшему формированию гранул по сравнению с образованием хлопьев и волокон; и внешний селектор из сетчатого фильтра, работающий на потоке отходов биомассы для сбора и сохранения агрегатов ила большего размера из потока сточных вод, что способствует отделению несжимаемых гранул и сбросу сжимаемых волокон и хлопьев.
[0047] Морфология способствует градиенту акцептора электронов и субстрата в уплотненной биомассе с целью создания анаэробного или бескислородного ядра для развития нишевых условий окружающей среды для выращивания конкретных организмов.
[0048] Морфология способствует градиенту акцептора электронов и субстрата, что позволяет непосредственную передачу субстрата или метаболита через нишевую окружающую среду.
[0049] Разделение способствует сбору и удалению осажденного фосфора.
[0050] Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, раскрывается устройство для отделения осажденного фосфора в форме струвита или твердого фосфата кальция от анаэробно перебродивших и бродящих твердых веществ при помощи внешнего селектора с сетчатым фильтром с или без дополнительного добавления магния, или кальция, или щелочности, причем устройство включает в себя: внешний селектор с сетчатым фильтром, который собирает и удерживает агрегаты ила большего размера из потока отходов, который способствует отбору несжимаемых гранул и который сбрасывает сжимаемые волокна и хлопья.
[0051] Условия окружающей среды разделяют организмы для биологического удаления фосфора, денитрификации окислителей метана, биологического окисления серы или сульфида, метаногенеза.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
[0052] На фиг. 1 показан пример схемы технологического процесса для известной системы A2/O.
[0053] На фиг. 2 показан пример системы A2/O с внешним гравиметрическим селектором в виде гидроциклона, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.
[0054] На фиг. 3 показан пример системы MLE с внешним гравиметрическим селектором в виде гидроциклона согласно последующему аспекту изобретения.
[0055] На фиг. 4 показан пример системы MLE с альтернативным внешним гравиметрическим селектором в виде гидроциклона, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.
[0056] На фиг. 5 показан пример комбинированной интегральной отстойной биологической системы на основе активированного ила с анаэробным селектором и внешним гравиметрическим селектором в виде гидроциклона.
[0057] На фиг. 6 показан пример влияния действия гидроциклона на bioP и переход от преимущественно химического осаждения P к биологическому удалению P, согласно принципам настоящего изобретения.
[0058] На фиг. 7 показан пример влияния действия гидроциклона на bioP и ступенчатое уменьшение добавления металла для химического удаления P вплоть до нулевой скорости подачи, согласно принципам настоящего изобретения.
[0059] На фиг. 8 показан пример влияния действия гидроциклона на bioP, где содержание P в активированной биомассе ила находится в диапазоне от 2,8 до 4,5% во взвешенных летучих веществах в смеси сточных вод с активным илом (MLVSS) в основном потоке и от 1,3 до 2,3% в побочном потоке, согласно принципам настоящего изобретения.
[0060] На фиг. с 9A до 9C показаны три перспективных представления одного примера варианта способа осуществления настоящего изобретения устройства сетчатого фильтра, которые могут быть включены для отбора по размеру вместо внешнего гравиметрического селектора по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0061] Изобретение и различные особенности и их выгодные детали более полно описаны со ссылкой на нелимитирующие варианты способа осуществления настоящего изобретения и примеры, которые описаны и/или иллюстрируются в сопроводительных документах и подробно изложены в следующем описании и приложении. Следует отметить, что черты, проиллюстрированные в чертежах и приложении, не обязательно выполнены в масштабе и особенности одного варианта способа осуществления настоящего изобретения могут использоваться в других вариантах способа осуществления настоящего изобретения, как будет понятно специалистам в данной области техники, даже если это четко не оговорено в настоящем документе. Описания известных компонентов и методик обработки могут быть опущены, с тем чтобы чрезмерно не запутать варианты способа осуществления настоящего изобретения. Примеры, используемые в настоящем документе, предназначены лишь для того, чтобы облегчить понимание путей, при помощи которых может быть осуществлено изобретение и для будущей возможности специалистов в данной области техники испытать на практике варианты способа осуществления настоящего изобретения. Соответственно примеры и варианты способа осуществления настоящего изобретения не должны здесь рассматриваться как ограничение сферы действия изобретения. Кроме того, следует отметить, что ссылочные цифры представляют аналогичные части на протяжении нескольких видов чертежей.
[0062] Термины «включающие в себя», «содержащие» и их вариации в этом изобретении означают «включая в себя, но не ограничиваясь этим», если явно особо не оговорено.
[0063] Артикли «a,» «an» и «the», как использовано в настоящем в раскрытии этой информации означает «один или более», если явно особо не оговорено.
[0064] Устройства, которые связаны друг с другом, не обязательно должны быть в постоянной связи друг с другом, если явно особо не оговорено. Кроме того, устройства, которые связаны друг с другом, могут быть связаны друг с другом прямо или косвенно, через одно или нескольких промежуточных звеньев.
[0065] Хотя стадии процесса, стадии способа, алгоритмы или им подобные, могут быть описаны в последовательном порядке, такие процессы, способы и алгоритмы могут быть настроены для работы в другом порядке. Другими словами, последовательность или порядок действий, которые могут быть описаны, не обязательно указывают на требование выполнять действия в указанном порядке. Стадии процессов, способов и алгоритмов, описанные в данном документе, могут быть выполнены практически в любом порядке. Кроме того, некоторые стадии могут выполняться одновременно.
[0066] Когда одно устройство или изделие описаны в настоящем документе, будет очевидно, что вместо одного устройства или изделия может использоваться более одного устройства или изделия. Аналогично, где более одного устройства или изделия описано в настоящем документе, будет очевидно, что одно устройство или изделие может использоваться вместо нескольких устройств или изделий. Функциональные возможности или свойства одного устройства могут быть в качестве альтернативы реализованы при помощи одного или нескольких других устройств, которые явно не описаны как имеющие такие функциональные возможности или свойства.
[0067] На фиг. 1 показан пример известной A2/O системы обработки активированного ила 100 (и процесс). Система 100 состоит из первичного отстойника 110, анаэробной зоны 120, бескислородной зоны 130, аэробной зоны 140, сепаратора или вторичного отстойника 150 и множества насосов 160, 170, 180.
[0068] Система 100 может включать предварительную обработку (не показана), которая может включать решетку (не показана), улавливание песка (не показано), камеру предварительной обработки (не показана) и подающий насос (не показан). Система 100 может получать сточные воды (сточная вода) 105 от внешнего источника (не показан), такого как, например, система канализации и обработки сточных вод 105 на стадии предварительной обработки для удаления больших объектов, таких как банки, тряпки, палочки, пластиковые пакеты и прочее из сточных вод 105. Стадия предварительной обработки может также включать камеру предварительной обработки (не показана), которая может содержать, например, песчаную или галечную камеры для регулировки скорости входящих сточных вод 105 и тем самым обеспечивая осаждение, например, песка, гравия, камней, битого стекла и тому подобное. Стадия предварительной обработки может также включать резервуар (не показан) для удаления, например, жира, смазочного вещества и тому подобное.
[0069] После предварительной стадии (не показана), оставшаяся смесь твердого вещества и жидкости 105, которая включает в себя избыток сточных вод, содержащих накопленные твердые частицы, может быть направлена в первичный отстойник 110 для гравитационного осаждения. Первичный отстойник 110 может включать резервуар (например, резервуар отстойника, резервуар для осаждения и др.), который может иметь разную форму, такую как, например, прямоугольную, форму конуса, круглую, эллиптическую и так далее. Первичный отстойник 110 может содержать добавленный химический или балластный материал для улучшения удаления твердых тел. Первичный отстойник 110 осаждает более тяжелые твердые тела из смеси твердой фазы и жидкости 105. Полученный нижний поток (не показан) может быть выходом из первичного отстойника 110 и отправлен для удаление твердых частиц для дальнейшей очистки, такой как, например, сгущение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, процесс обработки ила и так далее, как известно специалистам в этой области техники. Полученный выходящий продукт 115 из первичного отстойника может подаваться в анаэробную зону 120, бескислородную зону 130 и аэробную зону 140 для дальнейшей обработки перед как поступить в качестве сырьевого потока 145 на сепаратор 150. Выходящий продукт 145 из аэробной зоны может быть закачан насосом MLR 160 в бескислородную зону 130 через выход насоса MLR 165. Нижний поток из сепаратора 150 может поступать обратно во вход анаэробной зоны при помощи насоса RAS 170 через насосную выходящую линию RAS 175. Нижний поток также может быть выходом из сепаратора 150, питаемого и выкачиваемого при помощи насоса WAS 180, например, для удаления твердых частиц для дальнейшей очистки, такой как, например, сгущение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, процесс обработки ила и так далее, как известно специалистам в этой области техники.
[0070] Система 100 способна обеспечить удаление биологического фосфора, нитрификацию и денитрификацию. Надежность BioP в этой системе (и процесс) может быть проблематичной из-за передачи нитратов в возвращаемом потоке активированного ила 175 (RAS) в анаэробную зону 120.
[0071] Фиг. 2 иллюстрирует пример системы A2O системы обработки активированного ила 200 (и процесс), согласно принципам настоящего изобретения. В дополнение к системе 100, показанной на фиг. 1, система 200 включает гравиметрический селектор 260, который находится в жидкостной связи с аэробной зоной 140 через насос 250 и линии 245, 265. Выход 285 из гравиметрического селектора может быть связан с дальнейшей обработкой компонентов (не показано) для дальнейшей очистки, такой как, например, удаление твердых частиц, включая, например, сгущение, стабилизацию, кондиционирование, обезвоживание, процесс обработки ила и так далее.
[0072] Как показано на фиг. 2, поток отходов 245 может быть взят непосредственно из аэробной зоны 140 (например, непосредственно из резервуара реактора (не показан)) и подан на внешний гравиметрический селектор 260 через насос 250 для производства гранулированной уплотненной биомассы. Гравиметрический селектор 260 может включать, например, гидроциклон или тому подобное. Большее количество плотных и более крупных частиц 265 может быть возвращено из гравиметрического селектора 285 в аэробную зону (например, в реактор (не показан)), а легкие фракции 285, представляющие отходящие твердые частицы, могут быть отобраны из системы 200. Включение и реализация гравиметрического селектора 260 повышает bioP производительность и повышает надежность системы 100 (показано на фиг. 1).
[0073] Фиг. 9A до 9C показывают три перспективы представления одного из вариантов способа осуществления настоящего изобретения сетчатого фильтра, фильтрации или мембранного устройства 10, которые являются внешним селектором по размерам и могут быть включены во внешний гравиметрический селектор 260 по настоящему изобретению.
[0074] Согласно фиг. 9A до 9C, гравиметрический селектор 260 может включать, например, сетчатый фильтр, фильтрацию или мембрану устройства 10, настроенную для получения потока отходов 1 (или потока сточных вод 245 на фиг. 2) и разделять поток через внутренний сепаратор частиц/твердых частиц 2 на компоненты отходов для вывода в поток отходов 3 (или WAS 285 на фиг. 2), и эти компоненты отходов должны быть удержаны 4 (или 265 на фиг. 2). Сетчатый фильтр, фильтрация или мембрана устройства 10 могут разделять поток на основе размера и сжимаемости в зависимости от уплотнения.
[0075] Чтобы в дальнейшем помочь процессу на сетчатом фильтре может быть добавлена дополнительная промывка 5 сетчатого фильтра с использованием газа, жидкости или сочетания веществ. Эта промывка сетчатого фильтра 5 может быть направлена на сетчатый фильтр 2 различными разнообразными способами, которые по-разному влияют на время удержания твердых частиц, включая, но не ограничиваясь этим, вдоль вертикальной оси (фиг. 9А), непосредственно перпендикулярно к сетчатому фильтру (фиг. 9B) или вдоль горизонтальной оси (фиг. 9C).
[0076] В системе 100 (показано на фиг. 1) или системе 200 (показано на фиг. 2) могут быть добавлены частицы для обеспечения ядер для содействия формированию агрегатов, инкапсулирующих посеянные частицы. Эти частицы могут быть добавлены как различные материалы, например, в биореактор для инициирования или образования зародышей (выращивания) формирования гранул, которые затем могут быть разделены или интегрированы либо с внешним гравиметрическим или внешним сетчатым фильтром.
[0077] Кроме того, организмы могут быть выбраны в системе 100 (или 200) для удаления биологического фосфора, денитрификации окислителей метана, биологической серы или окисления сульфида, метаногенеза.
[0078]Опубликованная патентная заявка США № 2014/013273, которая во всей полноте включена в настоящий документ путем ссылки, раскрывает пример способа и устройства для отбора и удержания твердых веществ в процессе обработки активированного ила для улучшения очистки сточных вод с использованием сетчатых фильтров, которые могут быть использованы в гравиметрическом селекторе 260 настоящего изобретения.
[0079] Фиг. 3 иллюстрирует пример системы MLE системы обработки активированного ила 300 (и процесс), согласно принципам настоящего изобретения. В дополнение к системе 200, показанной на фиг. 2, система 300 не включает анаэробную зону 120. Соответственно выходной поток 115 из первичного отстойника 110 подается непосредственно в бескислородную зону 130. Без гравиметрического селектора 260 система 300 способна только к нитрификации и к денитрификации, и функция bioP может быть ограничена или вовсе отсутствовать. С гравиметрическим селектором 260 в системе 300 (например, в конфигурации, показанной на фиг. 3) система обеспечивает производство гранулированной биомассы с возвращением более плотных и более крупных частиц 265 в аэробную зону 140 (например, в реактор (не показан)), и легкой фракции 285, представляющей твердые отходы, изъятые из системы 300. Система 300 обеспечивает надежное и последовательное bioP, например, обеспечивая экологическую нишу вблизи центра гранулированных частиц биомассы, где PAO и dPAO могут быть накоплены.
[0080] На фиг. 4 показан пример системы 400, которая похожа на систему 300 показанную, на фиг. 3, со всеми теми же преимуществами, но внешний гравиметрический селектор 260 применяется к возвратному потоку активированного ила 175 в отличие от аэробной зоны 140 (например, от резервуара аэрации биомассы (не показана) в аэробной зоне 140).
[0081] На фиг. 5 показан пример комбинированной интегральной отстойной биологической системы на основе процесса обработки активированного ила с анаэробным селектором и внешним гравиметрическим селектором в виде гидроциклона. Добавленный внешний гравиметрическая селектор улучшает производительность bioP путем объединения биологического отбора за счет использования стандартного анаэробного селектора с физическим отбором за счет применения нового внешнего гравиметрического селектора.
[0082] На фиг. 6 показан пример влияния внешнего гравиметрического селектора, например, в системе 300 (или 200 или 400). В частности, на фиг. 6 показано влияние гидроциклона гравиметрического селектора на bioP на заводе по очистке сточных вод Strass, который использует MLE процесс, как показано на фиг. 3, включая систему очистки биомассы при помощи гидроциклона. Данные показывают снижение влияния химического удаления фосфора с постепенным увеличением эффективности и надежности биологического удаления фосфора. Добавление алюмината натрия для удаления химического P было полностью ликвидировано.
[0083] На фиг. 7 показан пример сокращения дозирования алюмината натрия, на заводе по очистке сточных вод Strass с использованием системы 200 (или 300 или 400) для переработки биомассы.
[0084] На фиг. 8 показан пример влияния гидроциклона на заводе по очистке сточных вод Strass на bioP с использованием, например, системы 200 (или 300 или 400). Во время экспериментов содержание P в собранных образцах биомассы увеличилось до значений, типичных для обычных bioP заводов. Это важно, потому что завод Strass не имеет установленных на месте анаэробных селекторов. Ожидается, что обычная не bioP биомасса содержит приблизительно 1,5-2,0% P/MLVSS. Данные на фиг. 8 показывают содержание P в биомассе активированного ила в диапазоне от 2,8 до 4,5% P/MLVSS в основном потоке в побочном процессе.
[0085] Таким образом, как видно из вышесказанного, для заводов без анаэробного селектора внешний гравиметрический селектор может привести к bioP. Однако, для заводов, которые уже имеют анаэробный селектор и которые предназначены для bioP (имеют биологическое разделение) добавление внешнего гравиметрического селектора может повысить надежность и эффективность bioP.
[0086] Раскрытие предусматривает создание системы, которая может сочетать биологическое (с анаэробным селектором) и физическое разделение (с внешним селектором).
[0087] Согласно принципам настоящего изобретения отделение более плотных гранул в результате внешнего гравиметрического разделения обеспечивает хорошую экологическую нишу для dPAO и PAO, которые сами по себе более плотные из-за полифосфатных гранул, поэтому формирование гранул во внешнем гравиметрическом селекторе предоставляет другую возможность накапливать и физически отбирать PAO и dPAO, причем PAO и dPAO имеют более высокую плотности из-за полифосфатных гранул и, следовательно, гравиметрический селектор (например. гидроциклоны) может отбирать эти организмы более эффективно.
[0088] По сравнению, например, с системой 100 показанной на фиг. 1, внешний гравиметрический селектор обеспечивает лучшее разделение dPAO относительно PAO, потому что во время аэрации или в аэрационных зонах внутренность гранул защищена от высокой объемной DO, но нитрат может присутствовать в результате процесса нитрификации и диффузии внутри гранул. Это делает нитрат доступным для dPAO, предоставляя преимущество в том, что VFA используются для удаления как N, так и P, что приводит к более эффективному использованию углерода сточных вод для удаления N и P, чем обычные процессы, где dPAO активность обычно является малой частью PAO активности.
[0089] В эксперименте, проводимом на заводе WWTP Strass в соответствии с принципами настоящего изобретения, основная биологическая очистка обеспечивается высокой скоростью удаления углерода на восходящей A-стадии (не показана) при малом времени удержания ила (SRT) и, главным образом, удалением азота в нижнем течении низкой SRT системы (B-стадия, не показана). B-стадия состоит из 2 линий очистки с 2 последовательными резервуарами карусельного типа, все из которых оборудованы диффузорами. В зависимости от измеренных на месте концентраций аммиака и нитратов в сточных водах активированных иловых резервуаров аэрация находится под контролем для достижения определенной DO заданной величины и эффективности нитрификации. Второй резервуар (не показан) в последовательности большей частью подвергается аэрации для того, чтобы поставлять кислород нитрифицирующей биомассе, и первый резервуар (не показан) в последовательности, главным образом, не подвергается аэрации для обеспечения бескислородной среды для гетеротрофной биомассы, чтобы денитрифицировать рециркулируемый нитрат (MLE-режим). Когда концентрация аммиака увеличивается почти до предельных значений, первый резервуар может быть подвергнут аэрации и служить в качестве вариационной зоны с дополнительным резервуаром для нитрификации.
[0090] Первоначальная схема на заводе WWTP Strass опирается на химическое удаление P дозированием металла и не рассчитана на биологическое удаление фосфора, поскольку осуществляется без анаэробной зоны, и большинство органических кислот уже удалены на стадии A, и поэтому их не хватает для bio-P активности. Недавно для повышения эффективности процесса удаления азота гранулы анаэробного окисления аммония были подняты из системы побочного потока очистки илистых сточных вод (DEMON-процесс) и удержаны в системе основного потока с помощью гидроциклонов согласно изобретению согласно патентной заявке США № 2011/0198284 A1, которая является включена в настоящий документ во всей своей полноте. Как описано в опубликованной патентной заявке, циклоны могут использоваться не только для удержания гранул анаэробного окисления аммония, но также для создания и отбора более плотных активированных хлопьев ила, с тем чтобы обеспечить экологические ниши для PAO и DPAO и для повышения активности bio-P. Затем скорость дозирования металла может быть скачкообразно снижена (например, как показано на фиг. 6) при сохранении низких концентраций стоков аммиака ниже предельного значения, например, 1 мг P/л. По меньшей мере в одном эксперименте скорость дозирования была установлена на ноль, и снижение концентрации привело от около 5 мг P/л до 1 мг P/л исключительно благодаря биологическим процессам из-за продолжения работы гравиметрического селектора. Измерения, указывающие на содержание P от 3% до 4,5% в VSS биомассы (например, как показано на фиг. 8) четко подтвердили большие возможности накопления фосфора.
[0091] Согласно принципам настоящего изобретения bio-P активность более плотных агрегатов ила, отобранных гравиметрическим селектором, (например, гидроциклоном) может быть значительно расширена даже без какой-либо специальной анаэробной зоны реактора. Кроме того, сочетание гравиметрического селектора с анаэробной зоной, выступающей в качестве биологического селектора, еще более усиливает bio-P активность, где, например, плотные агрегаты биомассы могут вступать в контакт с концентрированными сточными водами непосредственно из канализации или из процесса предварительной обработки. Анаэробное поглощение и хранение VFA способствуют выработке более плотной биомассы, которая снова позволяет накапливать эти агрегаты при помощи процесса физического отбора из потока отходов. Такая анаэробная зона может осуществляться выше по потоку, например, на предшествующем конце биологического процесса, где сточные воды подаются в систему с активным илом (как показано, например, на фиг. 2).
[0092] В качестве альтернативы анаэробная зона может быть устроена, например, в отсеке, расположенном между отстойниками и одним или более резервуарами для аэрации, как показано, например, на фиг. 5. Осажденный ил может быть рециркулирован из отстойника, например, с помощью сливных труб на дне резервуара. Осажденный ил может поступать, например, при помощи сливных труб в анаэробный отсек, куда могут быть введены сточные воды, и из этой контактной зоны смешанные сточные воды могут быть распределены в резервуар с активным илом, например, в конечном итоге, с помощью распределительных труб на дне резервуара (например, как показано на фиг. 5). Это решение может быть совместимо например, с процессом BIOCOS, описанном в PCT/AT00/00322 и/или PCT/AT2011/000001, оба из которых включены в настоящий документ при помощи ссылки, которая уже включают настроенные чередующиеся резервуары-отстойники с трубами обработанного ила в нижней части отстойника и аэролифт (гигантские насосы), обеспечивающие давление всасывания в эти дренажные трубы.
[0093] Кроме того, система может включать несколько стенок (например, двойные стенки) между отстойниками и резервуаром для аэрации для того, чтобы предоставить отдельный отсек, где сгущенный ил может вступать в контакт со входящим потоком и механизмом давления (не показан), например, аэролифтного насоса (не показан), который может использоваться для распределения смешанных сточных вод по дну резервуара для аэрации. Во время фаз цикла, когда аэролифтный насос не работает, непрерывный входящий поток может быть введен в контактный отсек и поставлять субстрат в сточные воды с высоким содержанием твердой фазы.
[0094] Хотя открытие было описано с точки зрения примеров вариантов способа осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что изобретение может быть осуществлено с изменениями в соответствии духом и объемом прилагаемых пунктов формулы изобретения. Эти примеры носят лишь иллюстративный характер и не предназначены для того, чтобы дать исчерпывающий перечень всех возможных схем, вариантов способа осуществления настоящего изобретения, приложений или модификаций изобретения.