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用于过滤和滤饼层形成的方法和系统

阅读：750发布：2020-05-13

专利汇可以提供用于过滤和滤饼层形成的方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及过滤进料的方法和使用所述过滤方法的废水处理系统。所述方法利用用于过滤的滤饼，其中所述滤饼由包含在具有与将要被过滤的所述进料不同组成的液体中的成分形成。本发明尤其涉及用于过滤包含不同尺寸的固体颗粒的液体的方法，其利用至少部分且优选仅由包含在所述包含不同尺寸的固体颗粒的液体中的颗粒形成的滤饼。所述滤饼的颗粒沉积在滤饼支撑物上并且所述方法包括将包含不同尺寸的固体颗粒的液体分成两部分：包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分和包含较小的颗粒的部分，并且通过所述滤饼过滤包含较小颗粒的部分。根据本发明的优选的方面，将被过滤的所述进料为活性污泥浮层而所述滤饼由活性污泥混合料液的絮体形成。，下面是用于过滤和滤饼层形成的方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于过滤包含不同尺寸的固体颗粒的液体的方法，所述方法利用至少部分由所述包含不同尺寸的固体颗粒的液体中包含的颗粒形成的滤饼(18)，所述固体颗粒在允许液体流过所述滤饼(18)以提供滤液的多孔构件的滤饼支撑物(4)上沉积，并且所述方法包括：
-将包含不同尺寸的固体颗粒的液体分为以下部分：一部分包含一定尺寸以上的固体颗粒和一部分包含较小的固体颗粒，以及
-提供从包含不同尺寸的固体颗粒的液体分离的所述包含较小的固体颗粒的部分以朝向并通过滤饼支撑物(4)的方向朝向并通过所述滤饼(18)的流动，从而提供所述包含较小固体颗粒的部分的过滤。
2.根据权利要求1的方法，其中所述滤饼(18)由包含不同尺寸的固体颗粒的液体通过颗粒在滤饼支撑物(4)上的沉积制成。
3.根据权利要求1的方法，其中所述滤饼(18)由包含不同尺寸的固体颗粒的液体的包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分通过颗粒在滤饼支撑物(4)上的沉积制成。
4.根据权利要求1的方法，其中包含不同尺寸的固体颗粒的液体为未处理的废水。
5.根据前述权利要求的任一项的方法，其中包含不同尺寸的固体颗粒的液体为活性污泥混合料液并且包括较小颗粒的部分为活性污泥浮层，以及其中一定尺寸以上的固体颗粒为活性污泥絮体。
6.根据权利要求5的方法，其中所述活性污泥混合料液为来自生物学废水处理工艺的活性污泥混合料液。
7.根据权利要求5的方法，其中所述活性污泥浮层通过沉降活性污泥混合料液。
8.根据权利要求5的方法，其中所述滤饼(18)由所述活性污泥混合料液中包含的絮体和通过向所述污泥中加入促凝剂提供的凝结的物质提供。
9.根据权利要求1的方法，其中所述滤饼(18)在滤饼支撑物上的背层上形成，所述背层具有允许滤液通过同时允许滤饼积聚的孔径，并且其中所述滤饼与所述背层一起去除。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括滤饼(18)的去除，所述去除包括提供朝向所述滤饼(18)的通过滤饼支撑物(4)的液体的流动。
11.根据权利要求1的方法，进一步包括通过机械作用如刮擦、化学作用、气泡的流动、热作用、使用超声的声波降解法或旨在从所述支撑物分离滤饼的任何其它方法来去除滤饼(18)或其残留物。
12.根据权利要求10的方法，进一步包括将已去除的滤饼(18)返回包含活性污泥混合料液的处理罐(1)。
13.根据权利要求11的方法，进一步包括将已去除的滤饼(18)返回包含活性污泥混合料液的处理罐(1)。
14.根据权利要求1的方法，进一步包括滤饼(18)的建立，所述建立包括提供：
——液体向所述滤饼支撑物(4)的流动，所述液体为包含不同尺寸固体颗粒的液体或包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分，
——穿过所述滤饼支撑物(4)和当沉积于其上时絮体的压力差，以提供液体通过所述滤饼支撑物(4)和沉积于其上的絮体的流动；
直到滤饼(18)已经形成。
15.根据权利要求14的方法，其中滤饼(18)的建立进一步包括：
——为了防止进一步的滤饼增长，由包含较小颗粒的所述部分冲洗滤饼(18)前面的区域从而去除在滤饼(18)建立期间使用的液体。
16.根据权利要求14的方法，其中在滤饼(18)建立期间，穿过滤饼支撑物(4)和当沉积其上时所述絮体的压力差为1巴以下。
17.根据权利要求15的方法，其中在滤饼(18)建立期间，穿过滤饼支撑物(4)和当沉积其上时所述絮体的压力差为1巴以下。
18.根据权利要求14的方法，其中根据预定义的属性，滤饼(18)建立期间的所述压力差随时间恒定，或者滤饼(18)建立期间的通过所述滤饼和滤饼支撑物的液体的流动随时间恒定，或者流动和压力均随时间改变。
19.根据权利要求14的方法，其中当所述滤饼支撑物的每单位面积的固体质量已达到预选的水平如每平方米0.05到10kg之间的干固体时，定义为滤饼(18)已经形成。
20.根据权利要求14的方法，其中在滤饼(18)建立期间，穿过滤饼支撑物(4)和当沉积其上时所述絮体的压力差随时间增加。
21.根据权利要求20的方法，其中当所述压力差已达到预选的水平时，定义为滤饼(18)已经形成。
22.根据权利要求1的方法，进一步包括测定已经通过滤饼支撑物(4)和滤饼(18)的液体的一个或多个参数如浊度、悬浮固体浓度、总细菌计数、总有机碳浓度、化学需氧量(COD)，所述测定通过测量和/或计算完成。
23.根据权利要求1的方法，进一步包括在滤饼(18)已被用于过滤包含较小固体颗粒的部分之后捕获所述滤饼(18)或其颗粒并将它作为过剩的活性污泥从如废水处理系统去除。
24.根据权利要求1的方法，其中所述过滤方法包括以下的循环重复：
——滤饼(18)的建立，
——包含较小固体颗粒的部分的过滤，
——滤饼(18)的去除。
25.根据权利要求1的方法，其中所述方法形成废水处理方法的一部分。

说明书全文

用于过滤和滤饼层形成的方法和系统

发明领域

[0001] 本发明涉及过滤进料的方法和使用所述过滤方法的废水处理系统。所述方法利用用于过滤的滤饼，该滤饼由包含在与所述待过滤的进料具有不同组成的液体中的成分形成。本发明尤其涉及用于过滤包含不同尺寸的固体颗粒的液体的方法，其利用至少部分且优选仅由包含在所述包含不同尺寸的固体颗粒的液体中的颗粒形成的滤饼。所述滤饼的颗粒沉积在滤饼支撑物上并且所述方法包括将包含不同尺寸的固体颗粒的液体分成两部分：一部分包含一定尺寸以上的固体颗粒，一部分包含较小的颗粒，并且通过所述滤饼过滤包含较小颗粒的部分。根据本发明的优选的方面，有待过滤的所述进料为活性污泥浮层并且所述滤饼由活性污泥混合料液的絮体形成。

[0002] 背景技术和本发明的目标

[0003] 众所周知，在例如膜生物反应器(MBR)中进行的废水处理工艺中的过滤器受到导致通过所述过滤器的流动受限甚至没有流动的积垢和堵塞的缺点的困扰。过滤通常由包含具有非常高生产成本的膜并同时具有相当脆弱的过滤器设计的微滤或超滤提供。所述高生产成本明确要求所述膜的再生，其由反向冲洗、化学或酶清洗提供。

[0004] 最新进展(见例如“与用于城市废水处理的生物反应器结合的自形成动态膜的特性(Characteristics of a Self-Forming Dynamic Membrane Coupled with a Bioreactor for Municipal Waste water Treatment)”,Environ.Sci.Technol.2002,36,5245-5251)表明粗制网状物上的生物质层改善了固液分离。在所建议的方法中，所述生物质层的厚度在过滤期间不断增长。为了控制增长，使用底部曝气不断地消散来自表面和所述生物质层的一些固体并保持所述厚度几乎不变。在所述膜上的积垢层的厚度取决于许多因素：粗泡曝气速率、过滤器模块的几何形状、污泥性能等，因此选择最佳条件是很难的；事实上，所述饼层，或者通常所述生物质层，几乎是自发形成的，因此其抑制能力(rejection capabilities)在很大程度上是不明确的。同样，膜粗泡曝气为MBR的操作成本的最大来源之一，并且膜需要化学清洗，其既昂贵又复杂。

[0005] 在JP 2004167393中公开了这样的废水处理系统的例子，其公开了其中通过使用安置在过滤器元件下方的扩散器使过滤器表面暴露于气泡以保持所述过滤器元件清洁的系统。

[0006] 因此，在废水处理工艺中实现生物质截留的改进的方式将是有利的，尤其是更加有效的和/或可靠的过滤将是有利的。

[0007] 本发明的进一步的目标是提供现有技术的替代技术。特别地，提供用压缩的生物质实现膜质量过滤的新方法解决上文提到的现有技术的问题的装置、系统和方法被视为本发明的目标。

发明内容

[0008] 因此，上文所描述的目标和其它的几个目标预期通过本发明的不同方面获得，其第一个方面涉及用于过滤包含不同尺寸的固体颗粒的液体的方法。所述方法利用至少部分且优选仅由包含在包含不同尺寸的固体颗粒的液体中的颗粒形成的滤饼，并且这些固体颗粒沉积在作为多孔层的多孔构件的滤饼支撑物上形成所述滤饼。所述滤饼和支撑物允许液体流过所述滤饼以提供滤液，并且所述方法包括

[0009] -将包含不同尺寸的固体颗粒的所述液体分为两部分：包含一定尺寸以上的固体颗粒的一个部分，包含较小的颗粒的一个部分，并且

[0010] -提供包括较小颗粒的部分以朝向并通过滤饼支撑物(4)的方向朝向并通过所述滤饼(18)的流动，从而提供包含较小固体颗粒的部分的过滤。

[0011] 在本上下文中，许多术语以对本领域技术人员而言常规的方式使用。但是，这些术语中的一些解释如下：

[0012] 不同尺寸的固体颗粒优选用于意指尺寸从约1微米(单个细菌细胞)到1毫米以上(活性污泥絮体的聚合物，大的无机颗粒)的活性污泥混合料液的颗粒。所述“尺寸”通常以对颗粒尺寸的定义而言常规的方式使用，比如例如以传统方式如基于体积的颗粒尺寸表示的直径，其等于与所给出的颗粒体积相同的球体的直径。“颗粒”优选用于包括活性污泥絮体和其聚集物以及存在于流体中的其它固体成分。固体优选用于意指不是液体或气体的物质。

[0013] 多孔优选用于意指如果应用压力差的话，允许流体通过的材料性能。

[0014] 上文一定尺寸优选用于意指其沉降明显快于活性污泥浮层中的小颗粒的活性污泥混合料液中的较大颗粒。然而“一定尺寸”的限定通常并优选通过如分离技术来定义，在例如沉降和非沉降颗粒之间产生区别的地方，可预选所述限定。典型的用于所述限定的值可为10微米。

[0015] 活性污泥絮体优选用于意指形成大部分活性污泥混合料液悬浮固体的微生物聚集物。另外活性污泥絮体同样优选用于意指由细菌、原生生物和通过由细菌产生的胞外聚合物质结合在一起(像胶一样)的其它颗粒作成的、组成所述活性污泥混合料液的可沉降部分的细菌聚合物。

[0016] 活性污泥混合料液优选用于意指存在于根据所述活性污泥工艺执行废水处理的装置的一个或多个处理罐中的活性污泥絮体和活性污泥浮层的混合物。因此，活性污泥混合料液优选为液体(通常为水)和生物絮体块的混合物。

[0017] 活性污泥浮层优选用于意指在所述活性污泥絮体沉降后剩余的所述活性污泥混合料液的上层部分，包含不能沉降的颗粒和少量活性污泥絮体。通常并优选进行所述沉降直到活性污泥浮层的上层部分是明显的，如视觉上明显的。因此，活性污泥浮层优选为由活性污泥混合料液的沉降、离心或一般分离，通过析出例如包含在所述活性污泥混合料液中的絮体和/或其它固体成分而产生的水相。所述分离提供了活性污泥混合料液的底层部分，其特征在于具有比未分离的活性污泥混合料液更高的絮体浓度。

[0018] 滤饼颗粒去除机制优选用于意指通过滤饼去除颗粒的机制。这样的滤饼通常由能够通过深层过滤工艺去除存在于活性污泥浮层的颗粒的活性污泥絮体组成。来自所述活性污泥浮层的小颗粒进入多孔滤饼并且吸附于形成所述滤饼的活性污泥絮体的表面。这些颗粒的吸附导致所述滤饼的内孔隙度的降低和因此的穿过所述滤饼的压力降的增加。穿过所述滤饼的压力降另外也因由所述活性污泥絮体的可压缩状态所致滤饼的进行性坍塌而增加(也参见本文图3)。

[0019] 通常，所述滤饼优选由包含不同尺寸的固体颗粒的液体通过颗粒在滤饼支撑物上的沉积制成。在这方面，颗粒从液体沉积通常是指所述颗粒最初包含于所述流体中并从所述流体“移动”至所述滤饼支撑物上的位置。

[0020] 在本发明的优选实施方案中，所述滤饼可由包含不同尺寸的固体颗粒的液体的部分通过颗粒在滤饼支撑物上的沉积制成，其包含一定尺寸以上的固体颗粒。

[0021] 所述包含不同尺寸的固体颗粒的液体可优选为活性污泥混合料液，包括较小颗粒的部分可优选为活性污泥浮层，并且其中一定尺寸以上的固体颗粒可优选为活性污泥絮体。进一步地，包含不同尺寸的固体颗粒的液体可为生物学上未处理的废水。

[0022] 在优选的实施方案中，所述活性污泥混合料液可优选为来自生物学废水处理工艺的活性污泥混合料液。

[0023] 进一步的，所述活性污泥浮层可通过沉降活性污泥混合料液，优选为在处理市政或工业废水的系统中存在的生物学处理的市政或工业废水，来提供。

[0024] 所述滤饼可优选由包含在所述活性污泥混合料液中的絮体提供并且在一些实施方案中也由通过向所述污泥中加入促凝剂而提供的凝结的物质提供。在一些实施方案中，所述滤饼可仅由来自所述活性污泥混合料液的絮体提供，尽管本发明并不局限于这种情况。

[0025] 在优选的实施方案中，所述滤饼可在所述滤饼支撑物上的背层上形成。所述背层可优选包括具有允许滤液通过同时允许滤饼积聚(build-up)的孔径的纸、网或类似物，并且其中所述滤饼与所述背层一起去除。

[0026] 根据本发明的方法可进一步包括所述滤饼的去除。这种去除可优选包括提供液体通过滤饼支撑物朝向滤饼(18)的流动步骤，其在很多情况下从所述滤饼支撑物去除滤饼。

[0027] 滤饼或其残留物的去除可进一步包括机械作用如刮擦、化学作用、气泡流动、热作用、使用超声的声波降解法或旨在从所述支撑物分离所述滤饼的任何其它方法去除。

[0028] 根据本发明的方法可进一步包括将已去除的滤饼返回至包含活性污泥混合料液或通常为包含不同尺寸固体颗粒的流体的处理罐中。

[0029] 本发明的优选实施方案进一步包括所述滤饼的建立以及所述建立可优选包括提供

[0030] -液体向所述滤饼支撑物的流动，所述液体为包含不同尺寸固体颗粒的液体或包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分，

[0031] -穿过所述滤饼支撑物和当沉积于其上时所述絮体的压力差，以提供液体通过所述滤饼支撑物和沉积于其上的絮体的流动；直到滤饼已经形成。

[0032] 根据本发明的建立滤饼可进一步包括由包含较小颗粒的所述部分冲洗滤饼前面的区域从而去除在滤饼建立期间使用的液体。

[0033] 在滤饼建立期间穿过所述滤饼支撑物和当沉积于其上时所述絮体的压力差可为1巴以下，如0.5巴以下，甚至低于0.1巴，并且更优选地在0到200毫巴之间。在本发明优选的实施方案中，在滤饼建立期间的所述压力差根据具体的属性而变化，例如以便允许穿过过滤器支撑物的流动在滤饼建立期间恒定。

[0034] 根据本发明的优选实施方案，在滤饼建立期间的所述压力差可随时间恒定，或者在滤饼建立期间液体通过所述滤饼和滤饼支撑物的流动随时间恒定，或者流动和压力均根据预定义的概况随时间改变。

[0035] 优选地，当所述滤饼支撑物的每单位面积的固体质量已达到预选的水平，可定义为已经形成所述滤饼。根据本发明的优选实施方案，所述预选的水平可在每平方米0.05到10kg干固体的范围之内选择。

[0036] 在其它实施方案中，在滤饼建立期间穿过所述滤饼支撑物和当沉积于其上时所述絮体的压力差随时间增加。优选地，当所述压力差已达到预选的水平，可定义为已经形成所述滤饼。

[0037] 本发明的优选实施方案可进一步包括测定已经通过所述滤饼支撑物或所述滤饼的液体的一个或多个参数，例如浊度、悬浮固体浓度、总细菌计数、总有机碳浓度、化学需氧量(COD)，所述测定通过测量和/或计算完成。

[0038] 优选地，所述方法可进一步包括在其已被用于过滤包含较小固体颗粒的所述部分后捕获所述滤饼或其颗粒。在其已被使用后捕获的滤饼代表脱水的污泥并因此本发明提供了脱水污泥和将已使用的滤饼作为过剩的活性污泥从废水处理系统去除的效果。

[0039] 在许多优选实施方案中，过滤的方法包括以下的循环重复：

[0040] -滤饼的建立，

[0041] -包含较小固体颗粒的部分的过滤，以及

[0042] -所述滤饼的去除。

[0043] 在第二方面，本发明形成废水处理方法的一部分。

[0044] 在第三方面，本发明优选涉及包括以下的过滤系统：

[0045] -用于容纳包含不同尺寸的固体颗粒的液体的处理罐，

[0046] -用于接收来自所述处理罐的液体以及将包含不同尺寸的固体颗粒的液体分成以下部分的分离单元：包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分和包含较小颗粒的部分，以及[0047] -具有两个腔室的过滤单元和允许液体仅通过滤饼支撑物和滤饼在所述两个腔室之间流动的多孔滤饼支撑物，

[0048] 所述过滤系统进一步包括：

[0049] -用于向所述过滤单元的同一个腔室进料包含不同尺寸固体颗粒的液体和/或包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分的液体连接线，

[0050] -控制阀，如控制有待过滤的所述液体，包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分或包含较小颗粒的部分是否被进料到过滤单元的所述腔室的关闭阀。

[0051] 在优选的实施方案中，包含不同尺寸的固体颗粒的液体可为活性污泥混合料液并且所述两个部分可为具有更高浓度的活性污泥混合料液和活性污泥浮层。

[0052] 所述系统可进一步包括在滤饼支撑物上的背层，所述背层优选包括具有允许滤液通过同时允许滤饼积聚的孔径的纸、网或类似物。

[0053] 正如上面介绍的，包含不同尺寸的固体颗粒的液体通常被分为以下部分：包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分和包含较小固体颗粒的部分。在许多优选的实施方案中，这两个部分为所述液体被分离的仅有的两个部分，尽管所述液体可被分离为另外的部分。本发明的另外的实施方案在下文的公开内容中以及权利要求中进行了介绍。

[0054] 本发明的各个方面可各自与任何其它方面相结合。参照下文描述的实施方案，本发明的这些及其它方面将显而易见并得到了阐述。附图简介

[0055] 现在将参照附图更详细地描述本发明及其特别优选的实施方案。所述附图显示实施本发明的方式，并且不被解释为限制落在所附权利要求书的范围内的其它可能的实施方案。

[0056] 图1图示显示根据本发明的实施，

[0057] 图2a和b各自示图示显示压力P、流量Q和按干物质计的滤饼量ω(以每单位面积的2
千克计的滤饼干重测量)(kg/m )的概况。图2a显示恒压模式的滤饼建立概况以及图2b显示滤饼建立期间通过所述滤饼的恒流模式概况。

[0058] 图3图示显示滤饼18的过滤机制和堵塞。

[0059] 图4图示显示压力P、流量Q、滤液中的颗粒浓度(标为Cf)的概况。图4特别显示了其中滤饼被设计(designed)(建造(engineered))为在滤液的质量上满足一定约束(在Cf图中标为垂直虚线)的本发明的实施方案。

[0060] 图5a显示关于分离和过滤尤其是生物质分离和过滤的一种操作模式，[0061] 图5b显示关于分离和过滤尤其是生物质分离和过滤的一种操作模式，[0062] 图6显示以700LMH(升每小时每平方米)的流量进行的示例性的滤饼过滤工艺运行。具体实施方案

[0063] 现在将参照图1公开本发明的实施。值得注意的是，本文所公开的实施涉及本发明的实施例并且不被解释为限制本发明的范围。

[0064] 图1以图示方式公开了废水处理系统I。所述系统I包括处理罐1、分离单元2、过滤单元3和滤液罐7。

[0065] 废水例如市政或工业废水在处理罐1中进行生物处理，活性污泥混合料液因此出现于所述罐1。所述活性污泥混合料液可通过使用在所述处理罐1和分离单元2之间的液体连接线33上的泵9流向分离单元2。进入分离单元2的所述流动可通过使用阀门12切断。所述液体连接线33包括与具有阀门16的连接线25的分叉点34。所述液体连接线25通过使用泵9能够使活性污泥混合料液流向过滤单元3的腔室5。活性污泥混合料液向过滤单元3的流入可通过使用关闭阀16切断。

[0066] 分离单元2通常具体化为沉降罐，其中所述活性污泥混合料液通过沉降成具有较高浓度絮体的活性污泥混合料液和具有较高浓度的活性污泥混合料液上方的活性污泥浮层而分离。值得留意的是，尽管图1的实施方案使用涉及沉降的分离技术，但是也可以应用其它分离技术如离心、过滤等等。

[0067] 因此，图1公开的实施方案涉及其中包含不同尺寸固体颗粒的液体为被包含在所述处理罐中的活性污泥混合料液的实施例。而且，所述包含不同尺寸固体颗粒的液体通过所述分离单元2被分为两个部分：

[0068] 包含一定尺寸以上的固体颗粒的部分，其为通过沉降工艺在分离单元2中产生的并通过流体连接线32返料到处理罐1的增厚的活性污泥混合料液，

[0069] 包含较小固体颗粒的部分，其为通过沉降工艺产生的并通过流体连接线31进料到过滤单元的活性污泥浮层。

[0070] 过滤单元3具体化为具有将所述过滤单元3的内部分成接受活性污泥混合料液或活性污泥浮层(如将要在下文具体公开通过液体连接线31的)的腔室5和接受通过在所述滤饼支撑物4上形成的滤饼18的滤液的腔室6的滤饼支撑物4的容器。值得留意的是，将通过滤饼支撑物4并进入腔室6的液体称为滤液，无论滤饼18是否存在于滤饼支撑物4上。腔室5和腔室6之间的压力差可通过压力传感器17测量。

[0071] 滤饼支撑物4为多孔构件，其中孔隙度由通过框架或类似的支撑结构支撑以保持网伸展的网提供。所述网可为提供允许液体流通的开口同时防止絮体和/或颗粒通过的织物网、金属丝网状物或类似物。因此，所述网具有足以阻止一定尺寸的颗粒和/或絮体通过的网目尺寸。所述网目尺寸优选为1-100微米乘以1-100微米的量级，并且所述网优选被制为由纸、合成或天然纤维或金属产生的织物或非织物，如不锈钢网网状物。此外，所述滤饼支撑物4可由具有粗网格的结构提供以及所述足以阻止颗粒和/或絮体通过的网目尺寸通过在粗网格结构上安置背层提供。所述背层优选包括具有允许滤液通过同时允许滤饼积聚的孔径的纸、网或类似物。

[0072] 各自具有关闭阀的两个出口13和14由腔室5提供。所述出口13通过液体连接线26连接到处理罐1以便液体可从腔室5流入处理罐1。所述出口14通过液体连接线27连接到蓄水池20(通常为用于储存液体的蓄水池)以便液体可从腔室5流入蓄水池20。

[0073] 提供腔室6和滤液罐7之间的液体连接线28。所述液体连接线28包括三通阀15，借此滤液可从腔室6流向三通阀15其指引滤液要么进入滤液罐7要么通过液体连接线29返回至处理罐1——三通阀15的目的将在下文中更具体的公开。流出过滤单元3的滤液的量通过流量计21测定，而所述滤液的浊度通过浊度传感器19提供。值得留意的是，所述流量计21和浊度传感器19的位置可选择不同于所显示的在过滤单元3和三通阀15之间的液体连接线28上的位置。除了三通阀15之外，液体连接线28进一步包括处于三通阀15上游的关闭阀23以阻止回流，也就是说液体从滤液罐7或处理罐1(经由液体连接线29)通过液体连接线28流向过滤单元3的腔室6。所述关闭阀23为比例阀(或其它种类的可调节阀)并且由控制系统8对它的比率和它的开放程度进行控制；如将要在下文更加具体公开的，当利用恒流或恒压概况时，通常在滤饼18的建立中使用比例阀23的特定功能。

[0074] 滤液罐7包括滤液罐7和过滤单元3的腔室6之间具有泵11的液体连接线30，借此滤液罐7中的滤液可流向腔室6。液体连接线30进一步包括避免回流的关闭阀24，也就是说液体从腔室6通过液体连接线30流向滤液罐7。使液体移回腔室6的目的将在下文公开。

[0075] 提供包括泵10的液体连接线31以将在分离单元2中产生的浮层或高浓度的混合料液进料至过滤单元3的腔室5。所述液体连接线31进一步包括阻止回流的关闭阀22，也就是说液体从腔室5通过所述液体连接线31向分离单元2流动。

[0076] 在用于排出包含在分离单元2的活性污泥混合料液的分离单元2的出口提供液体连接线32。所述液体连接线32连接分离单元2与处理罐1以便较高浓度的活性污泥混合料液可通过单独的液体连接线(图1中未显示)或通过连接活性污泥混合料液的分离单元的出口与液体连接29的液体连接线32(如图1所示)流向处理罐1。在分离单元2的活性污泥浮层的增厚将会发生并且所述液体连接线32通常设计为并执行增厚的活性污泥混合料液返回罐1的运输。这种液体称为返回活性污泥混合料液(RAS)。

[0077] 在单元之间的液体连接线通常具体化为管线并且液体在单元之间的流动由控制泵9、10和11以及阀门12、13、14、15、16、22、23、24的控制系统8控制。另外，来自压力传感器17、流量计21和浊度传感器19的读数由所述控制系统8接收并用于系统I的控制中。

[0078] 虽然上文的公开内容聚焦于所述系统的部件和液体通过及在各部件之间流动的可能性，但是所述系统通常以三个阶段(A、B和C分别指图2a和b显示的阶段)操作：

[0079] A滤饼的建立

[0080] B浮层的过滤

[0081] C滤饼的去除

[0082] 现在将更详细地描述这些阶段中的每一个。

[0083] A：滤饼的建立

[0084] 活性污泥混合料液通过泵9从处理罐1经由液体连接线33和25并通过阀门16(在开放状态)泵入腔室5。在这期间，阀门处于以下状态：

[0085]阀门 12 13 14 15 16 22 23 24
状态关闭开放关闭到1 开放关闭关闭关闭

[0086] 阀门的这种配置提供了活性污泥混合液进入腔室5的流动。当腔室5被活性污泥混合料液完全充满时，将阀门设置为以下状态：

[0087]阀门 12 13 14 15 16 22 23 24
状态关闭关闭关闭到1 开放关闭调节关闭

[0088] 泵9将活性污泥混合料液从处理罐1泵入腔室5并且释放压力的唯一途径为液体经过滤饼支撑物4并通过液体连接线28和阀门23溢出。足够大以沉留在滤饼支撑物上的絮体形成滤饼18。阀门23可100％开放，然后滤饼建立根据恒压模式进行，其中压力由泵9决定。或者，阀门可基于流量计21的读数由控制系统8调节，以便当滤饼18的厚度增长并产生更多的水阻力时，阀门23逐渐开放以维持通过滤饼支撑物4的恒定流动。当滤饼已取得由压力传感器17间接显示的理想的厚度时，过程结束。

[0089] 通过滤饼支撑物4的开口排放的液体的压力差和体积控制滤饼18的性能，并且由差压传感器17和流量计21监测。当压力差达到指示已取得理想的滤饼厚度和性能的预设值时，阀门13打开并且过量的活性污泥混合料液因浮层通过阀门22和液体连接线31流入腔室5而排出腔室5并返入处理罐1。因此，在滤饼建立模式结束时，阀门处于以下状态：

[0090]阀门 12 13 14 15 16 22 23 24
状态开放开放关闭到1 关闭开放关闭关闭

[0091] 虽然以上公开内容聚焦于其中通过处理罐1中的活性污泥混合料液中包含的颗粒的沉积制备滤饼18的操作模式，但是滤饼也可以由通过液体连接线32离开分离罐2的返回活性污泥混合料液(RAS)中包含的颗粒的沉积制备。这图示公开于图5b。在这类实施方案中，图1公开的液体连接线被改变以便所述返回活性污泥混合料液可被进料至过滤单元3的腔室5。

[0092] B：浮层的过滤

[0093] 活性污泥浮层的过滤通过借助于泵10从分离单元2抽吸活性污泥浮层并通过滤饼18发生。滤液的品质由浊度传感器19监测。如果品质是可接受的，通常意味着浊度比预设数小，那么所述滤液通过三通阀15直接进入滤液罐7。如果质量是不可接受的，那么所述滤液通过三通阀15直接进入处理罐1。因此，过滤模式期间的阀门处于以下状态：

[0094]阀门 12 13 14 15 16 22 23 24
状态开放关闭关闭 - 关闭开放开放关闭

[0095] C：滤饼的去除

[0096] 在浮层过滤阶段期间，所述浮层中包含的颗粒将堵塞滤饼18。随着穿过滤饼18的压力差的增加，检测到滤饼的堵塞。如果继续进行过滤，滤饼18的堵塞作为最终结果将不流动或大体上没有液体流过滤饼18。在许多情况下，堵塞的结果为压力增长很快并就所述系统用尽泵流量以产生更大压力而言达到系统的极限，或者滤饼18被压缩的太硬以至于去除它变得非常困难。

[0097] 因此，当穿过滤饼18的压力差达到预设水平时，过滤阶段终止并且去除滤饼的阶段开始。更换滤饼阶段的第一种方案包括去除存在于滤饼支撑物4上的滤饼18。这由使用泵11从滤液罐7抽吸滤液到过滤单元3的腔室6中来完成。在这第一种方案期间，阀门处于以下状态：

[0098]阀门 12 13 14 15 16 22 23 24
状态关闭开放关闭到7 关闭关闭关闭开放

[0099] 然后通过泵11从滤液罐7抽吸滤液并进入过滤单元3的腔室6生成通过滤饼18和滤饼支撑物4的流动和穿过滤饼18和滤饼支撑物4的压力差，从滤饼支撑物4分离滤饼。然后所释放的滤饼要么涌过阀门13并返回处理罐1(如上表所示)要么通过阀门14进入所述蓄水池以作为过剩的污泥进行进一步处理。

[0100] 因此，滤饼18的去除通常通过可被表征为包括如上文所公开的反向的液体流动回洗的方式进行。代替这种去除(或与其组合)的，滤饼18或其剩余成分可通过机械作用如刮擦、化学作用、热作用、使用超声的声波降解法或其它来去除。

[0101] 一旦滤饼被去除，将执行滤饼18的建立阶段(如上文所述)结果是在滤饼支撑物4上建立新的滤饼。

[0102] 当滤饼被建立时，执行浮层过滤阶段直到重新进行滤饼的更换。因此，过滤通常通过下列阶段的循环重复来进行：滤饼的建立、浮层的过滤和滤饼的去除。

[0103] 图2a和b分别图示显示了穿过滤饼18(当存在时)和滤饼支撑物4的压力P、通过滤饼18(当存在时)和滤饼支撑物4的流量Q和按干物质计的滤饼量ω(以每单位面积的千克计的滤饼干重测量)(kg/m2)的概况。在这一背景下，干物质的量指沉积在滤饼支撑物4上的絮体的含量。图2a显示滤饼建立期间的恒压模式的概况而图2b显示滤饼建立期间的恒流模式的概况。值得注意的是，滤饼干物质的量ω可间接转化为滤饼厚度。图2a和b仅仅是两个实施例，压力和流量均可根据特定的概况而变动，在这个意义上二者之间的任何组合都是可能的。

[0104] 如图2a中公开的，在滤饼建立模式A期间滤液的体积流量Q作为时间的函数而减小。同时，穿过滤饼支撑物4和滤饼18(当被建立时)的压力差P保持恒定。这归因于滤饼建立的方式，也就是通过操作泵9用活性污泥混合料液填充腔室5并将活性污泥浮层进料至腔室5。随着由于液体向腔室6流动而越来越多的活性污泥絮体沉积在滤饼支撑物4上，沉积在滤饼支撑物4上的干物质的量增加导致在滤饼18中的流动阻力增加。因为压力维持恒定，所以体积流量Q随时间下降。当滤饼量达到预定义水平时，滤饼建立阶段A终止并且过滤阶段B开始。

[0105] 在过滤阶段B期间，操作泵10以提供混合料液浮层向腔室的恒定流以及由此滤液离开腔室6的恒定流。在过滤模式期间，混合料液浮层中包含的颗粒在滤饼18中被滤出并沉积在滤饼18内。滤饼18的渐增的堵塞增加了滤饼18与滤饼支撑物4上的压力差，其在图2a显示为在过滤模式B结束时压力P的大幅度增加。通常将过滤模式B的终点选择为当压力P到达一定的预定义的水平时。

[0106] 在浮层过滤阶段B已终止后，开始滤饼去除C。这包含如上文所公开的通过滤饼支撑物的流动的反转以使得通过从腔室6到腔室5通过滤饼支撑物4流动的液体的作用从滤饼支撑物4去除滤饼18。在图2a中，这种反向流动显示为负的液体流量Q、反向的压力差和沉积在滤饼支撑物4上的干物质ω的减少。值得注意的是，通常，沉积在滤饼支撑物4上的干物质的量并非通过直接测量来测定并且当压力差P达到一定水平如小于10毫巴时进行滤饼置换C的终止。注意到回洗滤饼仅仅是从支撑物去除滤饼并清洗支撑物的众多途径中的一种(可应用任何其它技术)是很重要的。

[0107] 类似于图2a，图2b也显示了各个阶段A、B和C。然而，与图2a中显示的操作系统模式相反，图2b中的系统操作包含了滤饼建立模式A期间的恒定的流速。这种恒定流速通过操作泵9来提供，以便产生如图2b中模式A所示的逐渐增加的压力差P(或者维持泵9的恒速和调节阀门23)。与图2a的实施方案相比的结果是沉积在滤饼支撑物4上的干物质的量的增长速度是不同的。在图2a(恒压)中，沉积速度随时间函数改变，然而当流量保持恒定(图2b)时沉积速度随时间函数几乎不变。

[0108] 在图3中，图示性地公开了过滤机制及滤饼18的堵塞。沉积在滤饼支撑物4上的干物质即活性污泥絮体显示为与将要过滤通过滤饼18的活性污泥浮层中包含的较小成分37相比的较大的成分36。在活性污泥浮层朝向及通过滤饼18流动期间，并且当滤饼18为多孔构件时，一些较小的颗粒将被困在所述絮体36之间的空隙并被吸附到它们的表面，而一些将通过滤饼18。理想地，所有的较小的颗粒将被困在滤饼中。被困的颗粒37的量取决于滤饼的厚度和滤饼18的孔隙度并且也可能取决于滤饼18是否被压缩；滤饼18的压缩可通过增加滤饼和滤饼支撑物上的压力差来进行。

[0109] 因此，由活性污泥絮体组成的滤饼18能够通过深度过滤工艺去除存在于活性污泥浮层的颗粒。来自活性污泥浮层的小颗粒37进入多孔的滤饼18并被吸附到形成滤饼18的活性污泥絮体的表面。这些颗粒的吸附有助于滤饼的内孔隙度的减小并因此有助于穿过滤饼18的压力降的增加。穿过滤饼18的压力降P还因由活性污泥絮体的可压缩性导致的滤饼的进行性坍塌而增加。

[0110] 在过滤阶段期间产生的滤液的品质(即滤液中颗粒的浓度，在图4中标为Cf)可联机监测和控制。浊度传感器是取得联机品质测量的一种途径。

[0111] 可设置对滤液品质(在图4中由水平虚线表示滤液中的颗粒的最大浓度)的约束(如当浊度小于1NTU，或当悬浮的固体浓度低于1mg/L时)，并且满足所述约束的途径为通过增加通过滤饼的流速、根据特定的属性压缩滤饼(逐渐地或步进式)，其将导致穿过滤饼的压力降的逐渐(或步进式)增加。这种压力降的增加将改变滤饼18的孔隙度，并因此增加其从进料去除颗粒的效率。当已经满足所述品质约束时，通过滤饼的流速(流量)可回到初始值——由于压缩过程的高度不可逆性所述品质将保持更高。所述结果还将是通过滤饼的压力降将高于在压缩前初始值。

[0112] 本发明的方法和系统呈现出有利的自我修复效果。如果在所述建立阶段期间，滤饼18的部分被去除、减少或以其他方式不再形成滤饼18的部分，那么自修复机制将发生。如果滤饼18的部分在丢失，那么在滤饼18的那个部分的絮体的缺乏将导致得到具有较小水阻力的滤饼18的局部区域，趋向于吸引带有絮体的液体到这样的区域导致所述絮体将沉积于所述区域从而用絮体填充所述区域以重新建立滤饼18。饼中的这种孔洞将作为两个腔室5和6之间的压力降的减小经由压力传感器以及由浊度感应器19测量的增加的液体浊度感测到。如果在操作(过滤阶段)期间检测到大的渗透，可给予活性污泥混合料液以修补和完善所述滤饼。

[0113] 图5a和b显示本发明的优选实施方案的两种不同的操作模式。在图5中，如本领域技术人员常规使用的，通过具有连接两个角的线的长方体显示过滤器(即滤饼支撑物(4)和滤饼(18)的组合)，并且所述滤饼18优选由存在于返回活性污泥(即具有较高浓度的混合料液，例如当通过液体连接线32离开分离单元2时)或来自处理罐1的活性污泥混合料液中的活性污泥絮体提供。图5a和5b进一步包括在活性污泥浮层通过滤饼8置换前析出固体和/或包含在所述污泥中的其它固体成分的设备。

[0114] 图5a显示其中滤饼(18)的形成由活性污泥混合料液完成，也就是说滤饼18由颗粒从将要被过滤的液体沉积在滤饼支撑物(4)上来制备的操作模式。在过滤前，所述活性污泥混合料液被分为两部分：标为RAS的包含较高浓度的混合料液(返回活性污泥)的部分和标为活性污泥浮层的包含非沉降颗粒和处理过的水的部分。因此，提供两个部分：包含一定尺寸以上的固体颗粒(RAS)的部分和包含较小固体颗粒(活性污泥浮层)的部分。对于过滤，仅活性污泥浮层移动通过滤饼18，而RAS则被移回其中生物降解发生的区域。

[0115] 图5b显示另一种操作模式3，其中污泥被分为两部分：包含一定尺寸以上的固体颗粒(RAS)的部分和包含较小的固体颗粒(活性污泥浮层)的部分。仅RAS被移向过滤器元件5用于形成滤饼18。活性污泥浮层被移回其中生物降解发生的区域或被移进分离室(未显示)。对于过滤，仅活性污泥浮层移动通过滤饼18，而RAS则被移回其中生物降解发生的区域(处理罐1)。

[0116] 除了从活性污泥絮体形成滤饼18外，滤饼18还可由通过向活性污泥混合料液加入促凝剂提供的凝结的物质形成。活性污泥絮体与凝结的物质的组合用于形成滤饼也可在本发明的范围之内。

[0117] 污泥脱水

[0118] 此外本发明提供了在上文公开的过滤设置(setup)中脱水活性污泥的可能性。尤其设计图1的阀门14和蓄水池20用于去除和捕获操作期间已经装载颗粒并被压缩的使用过的滤饼18。如果使用过的滤饼被捕获而不是将使用过的滤饼18的材料送入处理罐1，那么通常将滤饼18压缩和固化以致于它的水含量与可在污泥脱水单元如压带机、压滤机和离心机中获得的相似，借此在根据本发明的系统和发明中可能不再需要用于污泥脱水的辅助设备。

[0119] 试验结果

[0120] 在滤饼18建立期间穿过滤饼支撑物4和沉积其上的固体颗粒的压力差通常在0到200毫巴之间以及在操作期间穿过滤饼18和滤饼支撑物4的压力差通常多达200毫巴。然而，压力水平常常被设置极限并且可能是不同的。然而，1巴以上的压力水平目前还没有发现其合理性。

[0121] 实现的流量(通过滤饼的液体流动除以滤饼的面积)在100到2000-3000LMH(升每小时每平方米)的范围内。已发现，较高的流量导致较短的滤饼寿命(在堵塞到促使更换的程度之前的寿命)。滤饼18通常存续5-15分钟(高流量，如1500-2000LMH)到数小时(如在300LMH 5小时)，但是还观察到它取决于污泥特性和浮层中的颗粒浓度。

[0122] 图6显示以700LMH(升每小时每平方米)的流量进行的示例性的滤饼过滤工艺运行。所述滤饼过滤工艺运行用图1所示的实施方案进行。为了追踪提高滤饼在颗粒去除方面的效率并且展示由本发明产生的滤液的品质，在所述工艺期间数次测量所述滤液的浊度。当穿过滤饼的压力降到达40毫巴时所述工艺运行终止。

[0123] 尽管本发明已结合具体的实施方案进行了描述，但是它不应该以任何方式被解释为限定到给出的实施例。本发明的范围由所附权利要求书所阐述。在所述权利要求的背景下，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”不排除其他可能的元素或步骤。同样地，标记(references)如“以(a)”或“以(an)”等的提及不应解释为不包括复数。关于附图显示的元素的标号在权利要求中的使用也不应被解释为限定本发明的范围。此外，在不同权利要求中所提及的单个特征可以可能地被有利地组合，并且在不同权利要求中提到这些特征不排除这些特征的组合是不可能的且是有利的。

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