|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[**] Предлагается система обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, включающая систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, объединенную с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком. Система обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком включает один или более типовых способов для перемешивания сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ с адсорбирующим материалом, свежим, повторно используемым или их сочетанием, и для слива воды с осадка жидких очищенных отходов, содержащих сниженный уровень загрязняющих веществ. Адсорбирующий материал с адсорбированными загрязняющими веществами регенерируется в реакторе биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком, где происходит биологическая реакция, например биологическое окисление, в которой органические загрязняющие вещества в сточных водах метаболизируются, в общем случае, в углекислый газ и воду. Избыточная биомасса удаляется из адсорбирующего материала, а регенерированный таким образом адсорбирующий материал повторно возвращается в систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Предлагается система обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, включающая систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, объединенную с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком. Система обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком включает один или более типовых способов для перемешивания сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ с адсорбирующим материалом, свежим, повторно используемым или их сочетанием, и для слива воды с осадка жидких очищенных отходов, содержащих сниженный уровень загрязняющих веществ. Адсорбирующий материал с адсорбированными загрязняющими веществами регенерируется в реакторе биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком, где происходит биологическая реакция, например биологическое окисление, в которой органические загрязняющие вещества в сточных водах метаболизируются, в общем случае, в углекислый газ и воду. Избыточная биомасса удаляется из адсорбирующего материала, а регенерированный таким образом адсорбирующий материал повторно возвращается в систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком.
Евразийское (21) 201300643 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2013.09.30
(22) Дата подачи заявки 2010.07.08
(51) Int. Cl. C02F3/30 (2006.01)
(54) СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
(31) 61/224,011
(32) 2009.07.08
(33) US
(62) 201200104; 2010.07.08
(71) Заявитель:
САУДИ АРАБИАН ОЙЛ КОМПАНИИ (SA); СИМЕНС ИНДАСТРИ, ИНК.
(US)
(72) Изобретатель:
Коннер Уилльям Дж. (SA), Шультц Томас Е. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Предлагается система обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, включающая систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, объединенную с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком. Система обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком включает один или более типовых способов для перемешивания сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ с адсорбирующим материалом, свежим, повторно используемым или их сочетанием, и для слива воды с осадка жидких очищенных отходов, содержащих сниженный уровень загрязняющих веществ. Адсорбирующий материал с адсорбированными загрязняющими веществами регенерируется в реакторе биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком, где происходит биологическая реакция, например биологическое окисление, I в которой органические загрязняющие вещества в сточных водах метаболизируются, в общем случае, в углекислый газ и воду. Избыточная биомасса удаляется из адсорбирующего материала, а регенерированный таким образом адсорбирующий материал повторно возвращается в систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком.
СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[01] Настоящая заявка на патент заявляет права на эффекты, указанные в предварительной заявке на патент США, имеющей порядковый номер 61/224,011 зарегистрированный 8 июля 2009 г., раскрытие которой включено здесь по ссылке в полном объеме.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Область техники
[02] Это изобретение относится к системе и способу для обработки сточных вод и, в частности, к системе и способу для обработки потоков сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ.
Уровень техники
[03] Эффективная переработка коммунально-бытовых сточных вод и промышленных сточных вод представляет собой чрезвычайно важный аспект роста качества жизни и сохранения чистой воды. Проблемы, связанные со сточными водами, которые просто сбрасываются в такие водные источники как реки, озера и океаны - стандартной практикой до периода, наступившего приблизительно пятьдесят лет назад, являются очевидными, поскольку биологические и химические отходы создают опасность для всех форм жизни, включая распространение инфекционных заболеваний и воздействие канцерогенных химикалий. Поэтому способы обработки сточных вод развивались в системах в диапазоне от повсеместных городских водоочистных сооружений, где
очищаются бытовые сточные воды местного населения, до специализированных процессов промышленной обработки сточных вод, где необходимо обращать внимание на специфические загрязняющие вещества за счет различных промышленных применений. [04] Обычно очистные сооружения для обработки сточных вод ис пользуют несколько ступеней обработки, включая предварительную обработку, вторичную обработку и третичную обработку. Биологическое окисление представляет собой хорошо известную ступень вторичной обработки, используемую для удаления большей части загрязняющих веществ в сточных водах. Как правило, очищенные сточные воды после биологического окисления и/или других способов вторичной обработки все еще содержат такие уровни загрязняющих веществ, которые для своего удаления требуют дальнейшей обработки, такой как третичная обработка.
[05] В некоторых промышленных и бытовых потоках сточных вод, предназначенных для обработки, присутствуют биологически стойкие и биологически ингибирующие органические и неорганические химические соединения. В целях обработки от таких биологически стойких и биологически ингиби рующих органических и неорганических соединений предпринимались различные попытки. Определенные; известные типы обработки включают в себя использование порошкообразного активированного угля для поглощения и последующего удаления биологически стойких и биологически ингибирующих органических соединений.
[06] Одна часть определенных способов обработки сточных вод, которые в эксплуатации являются затратными, включает в себя удаление относительно низких концентраций загрязняющих веществ из сточных вод, которые очищались за счет аэрирования или других способов вторичной обработки. Хотя для третичной обработки и использовались
5 ч> т"ШтшшШмШШ!1ШшШ'^г^ШШт-/^ШШ^^ - тшШ^^^Ш^^ШШёШШ^ШШ^Ш^^^т^ШШ^^
различные системы, такие как адсорбция и фильтры, существует потребность в более эффективной и менее затратной третичной обработке без ограничений и недостатков, связанных с традиционными способами обработки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[07] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения, оно относится к системе и способу обработки сточных вод.
[08] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения, оно относится к способу для обработки сточных вод, включающему в себя:
перемешивание сточных вод, а, в некоторых вариантах изобретения, сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, с адсорбирующим материалом в зоне перемешивания в течении времени достаточного для адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод на адсорбирующем материале;
отделение и удаление большей части сточных вод из смеси сточных вод и адсорбирующего материала;
прохождение адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные на нем загрязняющие вещества, и меньшей части сточных вод в реактор биологической регенерации;
удерживание адсорбирующего материала и сточных вод в суспензии в реакторе биологической регенерации в течение периода времени, который является достаточным для того, чтобы позволить микроорганизмам в реакторе биологической регенерации биологически воздействовать, по меньшей мере, на часть адсорбированных загрязняющих веществ;
выпуск биологически очищенных сточных вод из реактора биологической регенерации; и
повторное возвращение регенерированного адсорбирующего материала в зону перемешивания.
[09] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения, оно относится к системе для обработки сточных вод, а, в некоторых вариантах изобретения, для обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ. Система включает в себя зону перемешивания, содержащую впуск для сточных вод, впуск для адсорбирующего материала и выпускное отверстие. Система также включает в себя зону осаждения адсорбирующего материала и отделения жидкости, содержащую впуск для жидкого ила, соединенный с выпускным отверстием зоны перемешивания, выпуск для очищенной воды и выпуск для загрязненного адсорбирующего материала. Система также включает в себя систему реактора биологической регенерации адсорбирующего материала, содержащую реактор биологической регенерации, включая впуск для загрязненного адсорбирующего материала, соединенный с выпуском для загрязненного адсорбирующего материала зоны осаждения адсорбирующего материала и отделения жидкости, выпуск для биологически очищенной воды и выпуск для регенерированного адсорбирующего материала, соединенного с впуском адсорбирующего материала зоны перемешивания. [10] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения, оно относится к системе для обработки сточных вод а, в некоторых вариантах изобретения, сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ. Система включает в себя адсорбционную систему с сильным потоком и систему реактора биологической регенерации со слабым потоком. Адсорбционная система с сильным потоком включает в себя впуск для приема
сточных вод, источник адсорбирующего материала для осуществления контакта со сточными водами и адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод, выпуск для жидкости для выпуска большей части полученных сточных вод, которые находились в контакте с адсорбирующим материалом, и выпуск адсорбирующего материала для выпуска адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные загрязняющие вещества, и меньшей части принятых сточных вод. Система реактора биологической регенерации со слабым потоком предназначена для удерживания адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные загрязняющие вещества, в суспензии в течение периода времени, который достаточен для того, чтобы позволить микроорганизмам переработать адсорбированные органические загрязняющие вещества. Система реактора биологической регенерации адсорбирующего материала включает в себя реактор биологической регенерации, имеющий впуск для приема адсорбирующего материала с адсорбированными загрязняющими веществами из выпуска для адсорбирующего материала адсорбционной системы с сильным потоком, выпуск для иловой смеси и выпуск для адсорбирующего материала, имеющий связь с источником адсорбирующего материала адсорбционной системы с сильным потоком.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[11] Ниже изобретение будет описано более подробно и со ссылкой на прилагаемые чертежи, причем все они описывают установки, системы и способы настоящего изобретения или имеют к ним отношение. На фигурах, не предназначавшихся для
выполнения с соблюдением масштаба, каждый из аналогичных узлов, которые приведены на различных фигурах, представлен одинаковой нумерацией. На фигурах представлена следующая информация:
[12] На ФИГ. 1 приведено схематическое изображение мембранной системы биологического реактора, использующей биологический реактор, который содержит одну ^ или большее число зон с адсорбирующим материалом в суспензии;
[13] На ФИГ. 2 приведено схематическое изображение варианта изобретения системы для обработки сточных вод с использованием адсорбирующего материала в биологическом реакторе выше по течению относительно мембранной системы управления, используемом в настоящем изобретении для регенерации и/или реактивации адсорбирующего материала;
[14] На ФИГ. 3 приведено схематическое изображение системы обработки воды, включая вариант изобретения системы обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, содержащей зону перемешивания и зону осаждения адсорбирующего материала и слива жидкости с осадка, которая объединена с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком, содержащим реактор биологической регенерации и мембранную систему управления;
[15] На ФИГ. 4 приведено схематическое изображение системы обработки сточных вод, включающей в себя систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, содержащую зону перемешивания, и еще одного варианта изобретения зоны осаждения адсорбирующего материала и отделения жидкости, которая объединена с реактором мембранной биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком;
[16] На ФИГ. 5 приведено схематическое изображение системы обработки сточных вод, включающей в себя систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, которая объединена с другим вариантом изобретения реактора биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком;
[17] На ФИГ. 6 приведено схематическое изображение системы обработки сточных вод, включающей в себя еще один вариант системы обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, которая объединена с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком.
[18] На ФИГ. 7 в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения приведено схематическое изображение технологического маршрута для обработки сточных вод, включающего в себя облучение первичных твердых веществ; и
[19] На ФИГ. 8 в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения приведено схематическое изображение технологического маршрута для обработки сточных вод, включающего в себя облучение первичных твердых веществ.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[20] При использовании здесь "биологически стойкие химические соединения" относятся к тем типам химических соединений (органических и/или неорганических) , обуславливающих химическую потребность в кислороде (ХПК) в сточных водах, которые затруднительно биологически разложить при контакте с микроорганизмами. "Биологически стойкие химические соединения" могут иметь изменяющиеся степени
характера стойкости в диапазоне от умеренно стойких до имеющих высокую стойкость биологически подавляющих органических и неорганических химических соединений.
[21] "Биологически ингибирующие химические соединения" - относится к тем химическим соединениям (органическим и/или неорганическим) в сточных водах, которые тормозят процесс биологического разложения. ^
[22] "Биологически неустойчивая" означает легко перерабатываемую простую органику, такую как выделения людей и животных, пищевые отходы, и неорганику, такую как химические соединения на основе аммиака и фосфора.
[23] "ХПК" или "химическая потребность в кислороде" относится к мере способности отходов поглощать кислород в процессе химической реакции, которая приводит к окислению органического вещества и окислению неорганических химикалий, таких как аммиак и нитрит. И змерение ХПК включает в себя биологически неустойчивые, биологически ингибирующие и биологически стойкие химические соединения.
[24] "БПК5" относится к химическим соединениям, обуславливающим биологическую потребность в кислороде, которые могут биологически разлагаться за период в 5 суток.
[25] "Взвешенные вещества в смеси сточных вод с активным илом" или "MLSS" означает микроорганизмы и прочие субстанции, как растворенные, так и взвешенные, присутствующие в сточных водах, подвергающихся обработке; "взвешенные летучие вещества в смеси сточных вод с активным илом" или "MLVSS" означает активные микроорганизмы в MLSS; а "иловая смесь" означает комбинированную смесь сточных вод, MLSS и MLVSS.
[26] При использовании здесь "адсорбент" или "адсорбирующий материал" означает одно или большее число из следующих веществ: гранулированный активированный уголь, включая активированный уголь, который был обработан с целью обеспечения сродства с заранее определенными химическими соединениями, металлами или другими химическими соединениями, которые, как известно, могут присутствовать в очищаемых ^ сточных водах; гранулированные химические соединения на основе железа, например, композиционные материалы на основе оксида железа, синтетические смолы и гранулированные алюмосиликатные композиционные материалы.
[27] "В значительной степени свободная" или "в значительной степени предотвращает" в контексте описания присутствия адсорбирующего материала в сточных водах, проходящих из одной секции системы в другую, например, из биологического реактора, содержащего суспендированный адсорбирующий материал, в мембранную систему управления, относится к ограничению количества адсорбирующего материала, проходящего в мембранную систему управления, до величины, которая не оказывает отрицательного влияния на требуемую эффективность процесса мембранной фильтрации в ней. Например, в некоторых вариантах изобретения, "в значительной степени свободная" или "в значительной степени предотвращает" относится к остатку приблизительно равному 80% по объему от заранее определенного количества адсорбирующего материала для использования в данной системе с биологическим реактором или одной или большим числом зон биологической реакции; в других вариантах изобретения, по меньшей мере, приблизительно 90% по объему и в последующих вариантах изобретения, по меньшей мере, приблизительно 95% по объему, а также в других последующих вариантах изобретения, по меньшей мере, приблизительно
99% по объему. Однако, любой обычный специалист в данной области признает, основываясь на приведенных здесь указаниях, что эти проценты просто иллюстративны и могут изменяться в зависимости от ряда факторов, включающих, не ограничиваясь перечисленным, тип используемой мембраны (мембран), и их стойкость к истиранию, требуемое качество сточных вод, заранее установленное количество адсорбирующего ^ материала для использования в данной системе, и другие факторы.
[28] Настоящее изобретение ориентировано на системы и способы обработки сточных вод. При использовании здесь термин "сточные воды", например, входящие потоки сточных вод 101, 201, 301, 401, 501, 601 или 701, определяет любые воды, подвергаемые обработке, такие как поверхностные воды, грунтовые воды, а также поток сточных вод от промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных источников, содержащие загрязняющие вещества из поддающегося биологическому разложению материала, неорганические, неустойчивые органические химические соединения, которые могут разлагаться бактериями, биологически стойкие химические соединения и/или биологически ингибирующие химические соединения, попадающие в систему обработки сточных вод.
[29] Обычно сточные воды от промышленных и коммунальных источников содержат биологические твердые вещества, а также инертный материал и органику, включая биологически ингибирующую и биологически стойкую органику. Примеры биологически ингибирующей и биологически стойкой органики могут включать в себя синтетические органические химикалии, такие как полиэлектролитные химикалии для обработки. Другие виды ингибирующей и биологически стойкой органики включают в себя полихлорированные бифенилы, полициклические ароматические углеводороды,
полихлорированный дибензопарадиоксин и полихлорированные дибензофураны. Химические соединения, разрушающие эндокринную систему, также представляют собой класс биологически ингибирующей и биологически стойкой органики, которая может воздействовать на эндокринные системы в организмах, и обнаружена в окружающей среде Примеры химических соединений, разрушающих эндокринную систему, включают в себя: алкилфенольные полимеры, такие как нонилфенол, используемый для удаления смазки, а также натуральные гормоны и синтетические стероиды, обнаруженные в контрацептивах, такие как 17-б-эстрадиол, эстрон, тестостерон, этинилэстрадиол.
[30] Другие примеры сточных вод, подлежащих обработке, включают в себя: сточные воды с высокой концентрацией загрязняющих веществ, сточные воды с низкой концентрацией загрязняющих веществ и сточные воды с мусорных свалок. Воды также могут очищаться с целью удаления вирусов. Другие примеры загрязняющих веществ в сточных водах включат в себя: огнезащитные составы, растворители, стабилизаторы, полихлоридные дифенилы, диоксины, фураны; полициклические ароматические соединения, фармацевтические препараты, нефть, нефтехимические продукты, побочные продукты нефтехимии, целлюлоза, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, фосфор, соединения и производные фосфора, и химикалии для сельского хозяйства, такие как те, что извлекаются или используются для производства удобрений, пестицидов и гербицидов.
[31] Сточные воды от промышленных и коммунальных источников также могут содержать остатки составляющих химических соединений, которые возникают в процессе обработки воды и которые впоследствии трудно удалить. Примеры остатков составляющих, вносимых в процессе обработки воды, включают в себя нитрозамины,
такие как нитрозодиметиламин (NDMA), которые мог ут выделяться из патентованных катионных и анионных смол.
[32] При использовании здесь термин "сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ" относится к сточным водам с низким содержанием биологически неустойчивых (т.е. легко перерабатываемых) органических химических соединений, ^ которое ниже, чем их содержание на подаче сточных вод, поступающих на обработку, которое, в типовом случае, обеспечивает систему биологической обработки в традиционной системе вторичной обработки, такой как процессы аэрации активированного ила или мембранный биологический реактор. Кроме того, при использовании здесь термин "сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ" включает в себя сточные воды, поступающие на обработку, которые не поддаются биологическому окислению в традиционной системе биологической обработки, поскольку сточные воды имеют слишком малый напор или содержат химические соединения, к с трудом поддающиеся биологическому разложению. Они также могут содержать химические соединения полностью устойчивые к биологическому разложению, биологически ингибирующие химические соединения и/или химические соединения устойчивые к биологическому разложению, или их сочетание, которое не поддается биологическому окислению или требует больших продолжительностей пребывания сточных вод на очистных сооружениях, чем те продолжительности пребывания, которые, обычно, доступны для системы биологического окисления.
[33] Кроме того, при использовании здесь термин "очищенные сточные воды, подвергавшиеся обработке выше по течению", в общем случае, определяет очищенные сточные воды из одной или большего числа традиционных или разработанных позже
систем обработки сточных вод. "Очищенные сточные воды, подвергавшиеся обработке выше по течению", могут быть получены из сточных вод, подвергавшихся процессам предварительной и/или первичной обработки, и процессам вторичной обработки, например, процессам аэрации активированного ила или обработке в мембранных биологических реакторах, и, в общем случае, имеющих низкое содержание биологически неустойчивых (т.е. легко перерабатываемых) органических химических соединений, которого, обычно, будет недостаточно для поддержания биологической реакции в большинстве традиционных систем вторичной обработки, таких как процессы аэрации активированного ила или мембранные биологические реакторы. Кроме того, в некоторых вариантах настоящего изобретения предполагается, что "очищенные сточные воды, подвергавшиеся обработке выше по течению", также подвергались одному или большему числу традиционных или разработанных позже видов третичной обработки. Например, на некоторых очистных сооружениях для обработки сточных вод очищенные сточные воды из системы третичной обработки могут содержать такие уровни загрязняющих веществ, которые превышают допустимые уровни на выпуске сточных вод. Такие сточные воды на выпуске могут быть очищены при использовании системы и способа настоящего изобретения. В последующих вариантах изобретения "очищенные сточные воды, подвергавшиеся обработке выше по течению", могут быть получены из первичной системы разделения, такой как один или большее число отстойников, осветлителей или других устройств отделения твердых веществ, где были удалены практически все твердые вещества, В других последующих вариантах изобретения "очищенные сточные воды, подвергавшиеся обработке выше по течению", могут включать в себя сточные воды,
которые подвергались обработке в первичной системе разделения с последующим облучением.
[34] В общем, очистные сооружения для сточных вод используют несколько ступеней обработки для обработки воды таким образом, чтобы ее можно было бы безопасно выпустить в водоемы, такие как озера, реки и ручьи. В настоящее время многие очистные ^ станции для фекальных сточных вод включают в себя фазу предварительной обработки, на которой используются механические средства для удаления больших объектов (например, решетки), и канал с песком или гравием, где размещен песок, гравий и камни. Некоторые системы обработки также включают в себя первичную ступень, где определенные жиры, смазочные вещества и масла всплывают на поверхность для удаления с поверхности, а более тяжелые твердые вещества осаждаются на дно, а затем перерабатываются в аэробном или анаэробном биореакторе для сбраживания биомассы и уменьшения уровня биологических твердых веществ.
[35] После предварительной и/или первичной обработки сточные воды затем подаются на вторичную фазу биологической обработки сточных вод активированным илом. Широко практикуется биологическая обработка сточных вод. Обычно сточные воды очищают отработанным активным илом, в котором на биологические твердые вещества в отстойнике воздействуют бактерии. Способы с использованием активного ила включают в себя аэробную биологическую обработку в аэрационном бассейне, за которым следует отстойник/отстойный резервуар. Осажденный ил повторно возвращается назад в аэрационный бассейн для поддержания адекватной концентрации взвешенных твердых частиц иловой смеси с целью сбраживания загрязняющих веществ. Некоторые доступные альтернативы для удаления избыточных биологических твердых веществ включают в
себя, не ограничиваясь перечисленными, сжигание, закапывание на мусорной свалке или применение в качестве удобрения при отсутствии токсических составляющих.
[36] В аэрационном бассейне к иловой смеси добавляется содержащий кислород газ, такой как воздух или чистый кислород. Обычно, кислород используется бактериями для биологического окисления органических химических соединений, которые растворены ^ или переносятся в суспензии в пределах подачи сточных вод. Биологическое окисление, обычно, представляет собой наименее затратный доступный способ окисления для удаления органических загрязняющих веществ и некоторых неорганических химических соединений, таких как химические соединения аммиака и фосфора, из сточных вод, и наиболее широко используемую систему обработки сточных вод, загрязненных органическими химическими соединениями, поддающимися биологической обработке. Сточные воды, содержащие химические соединения полностью устойчивые к биологическому разложению, биологически ингибирующие химические соединения, и/или биологически стойкие химические соединения, не могут быть адекватно очищены за счет традиционной простой системы биологической обработки сточных вод. На перечисленные химические соединения бактерии могут воздействовать во время гидравлического задержания сточных вод на очистном сооружении внутри конкретного резервуара для обработки. Поскольку, в общем случае, времени гидравлического задержания сточных вод недостаточно для биологического окисления значительного количества биологически ингибирующих химических соединений и/или биологически стойких химических соединений, вероятно, что определенная часть таких стойких химических соединений не будет переработана или разрушена, и может пройти процесс
обработки до выпуска в сточные воды или в избыточный остаточный ил без изменений или только частично переработанными.
[37] Смесь активного ила и сточных вод из аэрационного бассейна, обычно, поступает в отстойник/отстойный резервуар, где ил, включая концентрированные взвешенные твердые частицы иловой смеси, осаждаются за счет силы тяжести. Осажденная биомасса ^ удаляется в отход, т.е. выпускается в стороннее место отведения или повторно возвращается в аэрационный бассейн. Однако, с учетом сточных вод и экономических потребностей некоторые системы биологического окисления используют другой метод обработки для удаления твердых веществ из потока сточных вод. Осветлитель/отстойный резервуар можно заменить мембранной системой управления или другим типовым процессом, таким как использование установки флотации растворенным/приточным воздухом. Поток жидкости из отстойника/отстойного резервуара, системы управления или установки флотации растворенным/приточным воздухом сбрасывается или подвергается дальнейшей обработке перед сбросом. Твердые вещества, которые удаляются из установки осветления/разделения, возвращаются в аэрационный бассейн в качестве возвратного активированного ила с целью сохранения адекватной концентрации бактерий в системе. Определенная часть этого возвратного активированного ила, известного как отработанный активированный ил, периодически удаляется из этой линии рециркуляции с целью регулирования концентрации бактерий в иловой смеси. Затем такой отработанный активированный ил удаляется заранее установленным способом.
[38] Одно из недавних достижений в традиционной промышленной технологии установок биологической обработки сточных вод включает в себя добавление в иловую смесь частиц активированного угля. В способах биологической обработки, использующих
порошкообразный активированный уголь, органика может адсорбироваться на активированном угле и оставаться внутри отстойника в течение времени гидравлического задержания сточных вод на очистном сооружении, соответствующем продолжительности обработки иловых сточных вод и, поэтому, подвергается как адсорбционной, так и продленной биологической обработке, что приводит к улучшенному удалению ^ определенных биологически ингибирующих или биологически стойких химических соединений. В этих способах определенные органические и неорганические химические соединения физически адсорбируются на поверхности порошкообразных частиц активированного угля. По меньшей мере, определенная часть таких химических соединений затем биологически разлагается, например, окисляется в аэробном процессе в течение продленного промежутка времени, когда она присутствует в системе, а оставшаяся часть адсорбируется и выпускается с активированным углем, когда он удаляется из системы.
[39] Порошкообразный активированный уголь уже использовался в традиционных установках биологической обработки сточных вод из-за своей способности адсорбировать биологически ингибирующие и биологически стойкие химические соединения, обеспечивая, таким образом, меньшие концентрации таких загрязняющих веществ в сточных водах. Включение в иловую смесь порошкообразного активированного угля дает ряд эксплуатационных преимуществ. Уголь обеспечивает преимущества системы биологической обработки с суспензионной средой, которые включают в себя увеличенное удаление загрязняющих веществ и улучшенную устойчивость к нештатным условиям работы. Кроме того, уголь позволяет биологически ингибирующим или биологически стойким химическим соединениям адсорбироваться на поверхности угля и подвергаться
биологическому воздействию в течение существенно более длительного периода, чем в традиционной системе биологической обработки, обеспечивая, таким образом, преимущества сходные с преимуществами системы с фиксированной пленкой - носителем для бактерий. Уголь также создает возможность развития особых штаммов бактерий, которые способны разлагать биологически ингибирующие органические материалы. Тот ^ факт, что бактерии постоянно повторно возвращаются в аэрационный бассейн с возвратным активированным илом означает, что бактерии могут работать для разложения биологически ингибирующих органических химических соединений, адсорбированных на поверхности угля за период времени больший, чем время гидравлического задержания сточных вод на очистном сооружении системы биологической обработки. Этот процесс также приводит к биологической регенерации угля и позволяет углю удалить значительно больше биологически ингибирующих и биологически стойких химических соединений, чем это возможно в простой системе фильтрации с уплотненным слоем угля, которая к тому же требует частой замены или затратной физической регенерации угля после того, как адсорбционная способность угля исчерпывается. Уголь в иловой смеси также может адсорбировать определенные химические соединения и, поэтому, обеспечивать получение очищенных сточных воды, которые свободны от химических соединений, не поддающихся обработке за счет традиционного биологического окисления или, в другом случае, полностью устойчивы к биологическому разложению, или имеют значительно сниженную концентрацию таких химических соединений. Один из примеров известной системы с порошкообразным активированным углем предлагается компанией Siemens Water Technologies под торговой маркой "PACT(r)."
[40] Однако, поскольку биологический рост и адсорбция органических и неорганических химических соединений происходят на активированном угле в порошкообразной форме, необходимо избавляться от излишка твердых веществ. Кроме того, порошкообразный активированный уголь удаляется из процесса обработки вместе с удалением твердых веществ биологического происхождения и, поэтому, должен постоянно пополняться. Первичным режимом удаления загрязняющих веществ в системе PACT(r) является адсорбция с вторичной функцией биологической регенерации органики, адсорбированной на порошкообразном активированном угле.
Порошкообразный активированный уголь не удерживается в системе в течение промежутка времени достаточного для того, чтобы биологическая регенерация стала бы механизмом первичной обработки.
[41] Все в большей степени бытовые сточные воды очищаются с использованием технологии мембранного биологического реактора, которая предлагает улучшенное качество сточных вод, меньшую занимаемую площадь (можно обработать больше сточных вод на единицу площади), повышенную устойчивость к нештатным условиям работы, улучшенную способность обработки трудно поддающихся обработке сточных вод и множество других эксплуатационных преимуществ. Например, сточные воды, содержащие много растворенных твердых веществ, могут вызывать проблемы с осаждением в традиционном осветлителе/отстойном резервуаре и потребовать значительно большего числа устройств для отделения трудноизвлекаемых твердых веществ, таких как установка флотации растворенным/приточным воздухом или некоторых других систем удаления твердых веществ. Однако, хотя мембранные биологические реакторы и устраняют проблемы осаждения, испытываемые с системами
отстойника/отстойного резервуара, они часто вызывают проблемы засорения и запенивания мембраны, которые не возникают в традиционных системах, использующих отстойники. Засорение мембраны может быть результатом воздействия экстраячеистых полимерных химических соединений, которые возникают при разрушении биологических форм жизни во взвешенных твердых частицах иловой смеси, при накоплении неорганических материалов, таких как масла, или при отслаивании, вызванном неорганическими материалами.
[42] Кроме того, до настоящего времени мембранные биологические реакторы с добавлением порошкообразного активированного угля не были доступны в продаже. Имело место определенное использование порошкообразного активированного угля в системах обработки поверхностных вод, которые используют мембраны для фильтрации. Однако, имеется сообщение, что такие системы обработки поверхностных вод, использующие мембраны и порошкообразный активированный уголь, испытывают проблемы за счет истирания мембран углем и постоянного забивания или засорения мембран углем.
[43] Промышленные сточные воды, которые должны очищаться перед сбросом или повторным использованием, часто включают в себя нефтесодержащие сточные воды, которые могут содержать эмульгированные углеводороды. Нефтесодержащие сточные воды могут появляться за счет многих производств, включая сталелитейные и алюминиевые производства, производства по химическому обогащению, автомобильные производства, прачечные, а также добычу нефти и нефтеперерабатывающую промышленность. Как указывалось выше, определенное количество неэмульгированных нефтепродуктов и других углеводородов может быть удалено в процессах первичной
обработки, где плавающая на поверхности нефть снимается сверху. Однако, способы вторичной биологической обработки сточных вод, в общем случае, используются для удаления оставшихся нефтепродуктов из сточных вод, обычно -растворенных и эмульгированных нефтепродуктов, хотя может присутствовать и определенное количество нефти в свободном состоянии. Типичные углеводороды, остающиеся после первичной обработки, могут включать в себя: смазочные вещества, смазочно-охлаждающие жидкости, гудроны, густую смазку, сырые нефтепродукты, дизельное топливо, бензин, керосин, топливо для реактивных двигателей и т.п. Обычно эти углеводороды должны быть удалены до выпуска воды в окружающую среду или повторного использования воды в производственном процессе. Кроме постановлений правительства и экологических аспектов, эффективное удаление оставшихся углеводородов также обеспечивает то преимущество, что адекватно очищенные сточные воды могут использоваться во многих производственных процессах, исключить затраты на обработку сырой воды и уменьшить регулятивные проблемы, связанные с выпуском воды.
[44] Другие типы сточных вод, которые должны быть очищены, включают в себя загрязненную техническую воду за счет других производственных процессов, таких как производство фармацевтической продукции, различных товаров, сельскохозяйственной продуктов (например, удобрений, пестицидов, гербицидов) и обработки фотобумаги, а также бытовые сточные воды.
[45] Коммерческое внедрение мембранных биологических реакторов в обработке нефтесодержащих/промышленных сточных вод происходило очень медленно, в основном, за счет проблем технического обслуживания, связанных с нефтяным и химическим
загрязнением мембран. Испытание нефтесодержащих/промышленных сточных вод, очищенных в мембранном биологическом реакторе, содержащем добавленный к иловой смеси порошкообразный активированный уголь, показали те же преимущества при обработке, что наблюдались и в традиционных системах биологической обработки сточных вод, использующих порошкообразный активированный уголь. Непосредственное ^ сравнение мембранных биологических реакторов с добавлением и без добавления порошкообразного активированного угля показало, что мембранный биологический реактор с порошкообразным активированным углем обеспечивает преимущества при обработке по сравнению с мембранными биологическими реакторами без активированного угля. Кроме того, мембранный биологический реактор без добавления угля было очень трудно эксплуатировать из-за того, что растворенные органические вещества и экстраячеистые полимерные химические соединения засоряют мембраны. Однако, дальнейшее тестирование показало, что, хотя добавление порошкообразного активированного угля и обеспечивает очень жизнеспособную систему биологической обработки сточных вод, уголь оказывал вредное влияние за счет значительного абразивного истирания и необратимого засорения мембран. Это абразивное истирание и необратимое засорение было достаточно значительным, чтобы привести к очень высокой затратности этой системы в эксплуатации за счет существенного уменьшения ожидаемого срока службы мембран и увеличения частоты обработки мембран.
[46] Традиционное биологическое окисление сточных вод обычно представляет собой вторичную ступень обработки, используемую для удаления большей части загрязняющих веществ сточных вод, как это делается в наименее затратном методе окисления доступном для обработки органических химических соединений в сточных водах. Кроме того, но в
меньшей степени, биологическая система может также удалять некоторые неорганические химические соединения, такие как определенные неорганические химические соединения, которые могут подвергаться окислению (например, аммиак, фосфаты), приклеиваться к биомассе или могут поглощаться биомассой. Если они поглощаются биомассой, то в обязательном порядке сбрасываются вместе с отработанным активированным илом. ^
[47] Несмотря на достижения и разработки в способах биологического окисления и в других видах вторичной обработки, многие системы вторичной обработки не способны адекватно очищать подаваемые сточные воды за счет одного биологического окисления. Очищенные сточные воды, подвергавшиеся вторичной обработке, иногда не содержат достаточно низкие уровни органических и/или неорганических загрязняющих веществ, чтобы допустить их выпуск или повторное использование в соответствии с установленными нормативными пределами. Соответственно, часто требуются ступени третичной обработки.
[48] Традиционные ступени третичной обработки часто включают в себя прохождение очищенных сточных вод, подвергавшихся вторичной обработке, через одну или две адсорбирующие колонны, содержащие адсорбирующий материал, такой как активированный уголь, обычно называемое "тонкой очисткой". Другие способы третичной обработки могут включать в себя прохождение вторично очищенных сточных вод через один или несколько фильтров, коагуляторов, ультрафиолетовое окисление, химическое окисление, через другую систему третичной обработки, или через сочетание таких систем. Однако, такие системы третичной обработки часто громоздки и/или очень дороги при эксплуатации. Главная причина проблематичных размеров и дороговизны традиционных систем третичной обработки состоит в том, что таким видам обработки
подвергаются все вторично очищенные сточные воды с относительно низким содержанием загрязняющих веществ или значительная их часть.
[49] Системы и способы настоящего изобретения устраняют недостатки существующих систем третичной обработки, и, в некоторых вариантах изобретения, предлагают систему, которая может использоваться как система вторичной или третичной обработки, в Ч частности, когда очищаемые сточные воды представляют собой сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ.
[50] Настоящее изобретение ориентировано на усовершенствованные способ и систему обработки сточных вод для обработки потока сточных вод, имеющего скорость потока аналогичную скорости потока поступающих на обработку сточных вод, т.е. сильного потока в системе биологической обработки, имеющей слабый поток. Это достигается путем адсорбции загрязняющих веществ в сильном потоке на адсорбирующем материале и последующей биологической регенерации и/или реактивации адсорбирующего материала в мембранной системе реактора биологической регенерации с суспензионной средой. В частности, эта система полезна для обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, которые не слишком приемлемы для традиционной биологической обработки сточных вод из-за низкого уровня биологически неустойчивых химических соединений.
[51] В некоторых вариантах изобретения способ и система обработки сточных вод для сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ полезны в качестве третичной системы обработки, в которой значительная часть очищенных сточных вод, уже подвергавшихся вторичной обработке и/или другой обработке выше по течению, подвергается обработке адсорбирующим материалом при сильном потоке, а меньшая
часть, содержащая относительно более высокий уровень загрязняющих веществ, адсорбированных на адсорбирующем материале, подвергается воздействию системы обработки с биологической регенерацией адсорбирующего материала при слабом потоке с целью регенерации адсорбирующего материала.
[52] Система и способ настоящего изобретения для обработки сточных вод включает в V себя систему обработки, которая включает систему обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком, объединенную с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала со слабым потоком. В общем случае, система обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком включает в себя один или большее число типовых процессов для перемешивания сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, или других сточных вод, содержащих химические соединения, которые полностью устойчивы к биологическому разложению, биологически ингибирующие химические соединения, и/или биологически стойкие химические соединения, или их сочетание, с адсорбирующим материалом и слитым с осадка потоком очищенных жидких отходов с низком содержании загрязняющих веществ.
[53] Адсорбирующий материал, содержащий загрязняющие вещества из сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, адсорбированные на его поверхности и/или на поверхности стенок пор, проходит в реактор биологической регенерации адсорбирующего материала при слабом потоке, в котором биологические микроорганизмы разлагают органические и некоторые неорганические загрязняющие вещества и насыщают адсорбирующий материал меньшими концентрациями таких химических веществ, так что он может повторно использоваться в качестве свежего адсорбента. В некоторых вариантах изобретения, в которых биологический реактор
представляет собой аэробный биологический реактор, имеющий источник кислорода для поддержки микроорганизмов, биологическая реакция включает в себя биологическое окисление, где органические загрязняющие вещества в сточных водах, в общем случае, превращаются в углекислый газ и воду. Излишняя биомасса удаляется с адсорбирующего материала, а регенерированный адсорбирующий материал повторно используется для ^ системы обработки с адсорбирующим материалом и сильным потоком. В качестве альтернативы биологический реактор с адсорбирующим материалом и слабым потоком может служить в качестве анаэробной системы реактора биологической регенерации, например, в вариантах изобретения, где химические соединения, адсорбируемые на адсорбирующем материале, более легко разлагаются в анаэробном реакторе.
[54] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения, настоящее изобретение использует систему, включающую в себя мембранную систему реактора биологического реактора с суспензионной средой, такую как аэрационный реактор с гранулированным активированным углем, за которой следует мембранная система управления, где адсорбирующий материал в значительной степени удерживается от попадания в мембранную систему управления в соответствии с описанием в РСТ Publication Number WO/09085252, которое включено здесь по ссылке.
[55] В одном предпочтительном варианте изобретения настоящее изобретение предлагает способ третичной обработки, включающий в себя следующие ступени: перемешивание адсорбирующего материала со сточными водами с низким содержанием загрязняющих веществ; осаждение адсорбирующего материала; слив с осадка или удаление другим способом воды, вступавшей в контакт с адсорбирующим материалом; обработка адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные загрязняющие вещества, в
реакторе биологической регенерации; обработку иловой смеси из биологического реактора, включая твердые вещества суспендированные в иловой смеси и твердые вещества суспендированные в летучей иловой смеси, которые в значительной степени свободны от адсорбирующего материала, и повторное возвращение адсорбирующего материала на ступень перемешивания его со сточными водами с низким содержанием ^ загрязняющих веществ в системе обработки адсорбирующим материалом с сильным потоком. Преимущественно, слитая с осадка жидкость после отстойника включает в себя значительную часть сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ. Соответственно, реактор биологической регенерации и мембранная система управления используются для обработки только малой части от объема всех выходящих сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, предварительно подвергавшихся обработке выше по течению в технологических процессах известных в данной области техники. Таким образом, предлагается рентабельная обработка для сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, особенно по сравнению с традиционными системами третичной обработки, такими как адсорбционные колонны, обычно используемые для тонкой обработки сточных вод, выпускаемых из зоны вторичной обработки. Обычно, такие системы регенерируют адсорбирующий материал с помощью энергоемких способов регенерации, таких как регенерация горячим воздухом или регенерация паром.
[56] Система обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ настоящего изобретения включает в себя адсорбирующий материал, который в некоторых предпочтительных вариантах изобретения представляет собой гранулированный активированный уголь в одном или в большем числе резервуаров, скомпонованных для
адсорбции органических химических соединений в низких концентрациях. Адсорбированная органика затем подвергается воздействию биологических микроорганизмов в биологическом реакторе с адсорбирующим материалом и слабым потоком в течение периода времени, который значительно больше, чем типовое время гидравлического задержания сточных вод в фильтрах гранулированного активированного угля. Си стема и способ о бработки сточных вод с низк им содержанием загрязняющих веществ настоящего изобретения концентрируют такие органические химические соединения из очищенных сточных вод, подвергавшихся обработке выше по течению. Соответственно, при использовании в качестве системы третичной обработки система и способ для обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ обеспечивает воздействие бактерий на загрязняющие вещества в течение более длительного периода времени, чем продолжительность, которая обычно может быть достигнута, если основываться на потоке очищенных сточных вод выше по течению в традиционных системах вторичной обработки. Таким образом, время на биологическую реакцию, например, на биологическое окисление в вариантах изобретения, где микроорганизмами являются аэробные бактерии, значительно возрастает. Использование биологической регенерации по сравнению с энергоемкими системами типично используемыми для регенерации гранулированного активированного угля в полирующих фильтрах представляет значительно более эффективную экономически систему регенерации.
[57] В соответствии с одним или большим числом вариантов изобретения система обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ настоящего изобретения включает в себя адсорбирующий материал, который в некоторых
предпочтительных вариантах изобретения представляет собой гранулированный активированный уголь в одном или в большем числе резервуаров, скомпонованных для адсорбции органических химических соединений в низких концентрациях. Система и способ обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ настоящего изобретения концентрируют такие органические химические соединения из очищенных сточных вод, подвергавшихся обработке выше по течению. Соответственно, при использовании в качестве системы третичной обработки система и способ для обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ обеспечивает воздействие бактерий на загрязняющие вещества в течение более длительного периода времени, чем продолжительность, которая обычно может быть достигнута, если основываться на потоке очищенных сточных вод выше по течению в традиционных системах третичной обработки, например, в системах тонкой угольной обработки. Таким образом, время на биологическую реакцию, например, на биологическое окисление, в вариантах изобретения, где микроорганизмами являются аэробные бактерии, значительно больше, чем время, которое может быть достигнуто в биологическом реакторе, обрабатывающем весь входящий поток сточных вод.
[58] Кроме того, в соответствии с одним и большим числом вариантов изобретения система и способ обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ настоящего изобретения использует адсорбирующий материал для адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, например, из полного потока сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ от системы вторичной обработки, и передает адсорбирующий материал, содержащий адсорбированные загрязняющие вещества в относительно маленькую мембранную
систему биологического реактора, имеющую компоновку аналогичную мембранной системе биологического реактора, описанной в совместно поданной в соавторстве заявке РСТ № PCT/US10/38644, которая включена здесь путем ссылки и в публикации РСТ № WO/09085252, которая также включена здесь путем ссылки.. Органические химические соединения, которые адсорбируются на адсорбирующем материале, биологически обрабатываются мембранной системой биологического реактора с суспензионной средой. Соответственно, устраняется необходимость обрабатывать весь поток сточных вод и органическую нагрузку от системы обработки сточных вод выше по течению. В вариантах изобретения, где мембранная система биологического реактора с суспензионной средой представляет собой аэробную систему, биомасса подается с необходимым кислородом для биологического окисления за счет использования воздуха или кислорода из воздухораспределительного устройства и/или из другого источника. В вариантах изобретения, где мембранная система биологического реактора с суспензионной средой представляет собой анаэробный биологический реактор, система работает в требуемых условиях для анаэробного разложения химических соединений. Таким образом, относительно маленькая мембранная система биологического реактора может обрабатывать органические химические соединения, которые присутствуют в малых концентрациях в сильном потоке сточных вод, уже подвергавшихся обработке выше по течению.
[59] Кроме того, поскольку некоторые варианты настоящего изобретения описаны как третичные системы и способы для обработки сточных вод, полученных после одного или большего числа способов обработки сточных вод выше по течению, включая способы первичной и/или вторичной обработки, обычный специалист в данной области признает,
что системы и способы настоящего изобретения могут быть использованы для обработки вытекающих сточных вод с низким содержанием органики непосредственно после некоторых технологических процессов, например, тех, которые не будут эффективно поддерживать биологию в традиционном биологическом реакторе.
[60] ФИГ. 1 и ФИГ.2 -это представления мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой удобные для объединения с системой настоящего изобретения с целью обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ и, в частности, для регенерации и/или реактивации адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные на нем загрязняющие вещества на ступени адсорбции с сильным потоком. Такие системы, описанные в РСТ application number PCT/US 10/38644 и в РСТ Publication Number WO/09085252, предназначены для использования адсорбирующего материала, такого как гранулированный активированный уголь, в системе биологического реактора выше по течению относительно мембранной системы управления. В частности, системы включают в себя подсистему разделения, которая, в значительной степени, препятствует прохождению адсорбирующего материала в мембранную систему управления и, таким образом, препятствует истиранию, засорению или иному повреждению находящихся в ней мембран.
[61] Обратимся сейчас к ФИГ. 1, где в схематическом виде приведена система обработки сточных вод 100, включающая в себя систему биологического реактора 102, расположенную выше по течению относительно мембранной системы управления 104. В некоторых вариантах изобретения система биологического реактора 102 включает в себя одиночный резервуар биологического реактора. В дополнительных вариантах изобретения система биологического реактора 102 включает в себя несколько резервуаров
биологического реактора, один резервуар биологического реактора, разделенный на отдельные секции или несколько резервуаров биологического реактора, некоторые из которых или все могут быть разделены на отдельные секции. В общем случае, отдельные резервуары реактора или отдельные секции упоминаются здесь как зона биологической реакции. В процессе операций обработки сточных вод с использованием мембранных систем биологического реактора с суспензионной средой адсорбирующий материал вместе с микроорганизмами удерживается в суспензии во всех зонах биологической реакции или в подгруппе из общего числа зон биологической реакции. Мембранная система управления 104 в значительной степени сохраняется свободной от адсорбирующего материала при использовании одной или большего числа описанных здесь подсистем разделения. Входящий поток сточных вод 106 поступает от системы первичной обработки, от системы предварительной фильтрации или как прямой поток сточных вод без предварительной обработки. В последующих вариантах изобретения входящий поток сточных вод 106 может представлять собой предварительно очищенные сточные воды, например, сточные воды от одного или большего числа биологических реакторов, расположенных выше по течению, включая, не ограничиваясь перечисленными, аэробные биологические реакторы, бескислородные биологические реакторы, проточные реакторы, последовательные периодические реакторы или любое число других типов систем биологической обработки способных биологически разлагать органические и, в некоторых вариантах изобретения, определенные неорганические химические соединения.
[62] Биологический реактор (реакторы) и/или определенные зоны биологического реактора могут представлять собой различные типы биологических реакторов, включая,
не ограничиваясь перечисленным, аэробные биологические реакторы, бескислородные биологические реакторы, анаэробные биологические реакторы, проточные реакторы, последовательные периодические реакторы, биологические фильтры или любое число других типов систем биологической обработки способных биологически разлагать органические и, в некоторых вариантах изобретения, определенные неорганические химические соединения.
[63] Кроме того, используемый здесь биологический реактор (реакторы) и/или определенные зоны биологического реактора, могут иметь любые размеры или форму удобную для удерживания адсорбирующего материала в связи с суспензионной системой. Например, резервуар может иметь поперечное сечение любой формы, такой как круглая, эллиптическая, квадратная, прямоугольная или любая сложная конфигурация. В некоторых вариантах реализации изобретения резервуар может быть сконструирован или изменен с целью обеспечения соответствующей суспензии адсорбирующего материала.
[64] На ФИГ. 2 схематически показан технологический маршрут системы обработки сточных вод 200 для производства очищенных сточных вод, имеющих пониженные концентрации биологически неустойчивых, биологически стойких, биологически ингибирующих и/или органических и неорганических химических соединений, которые полностью устойчивы к биологическому разложению. Система 200, в общем случае, включает в себя биологический реактор 202 и мембранную систему управления 204. Биологический реактор 202 включает в себя впуск 206 для приема сточных вод и выпуск 208 для подачи биологически очищенных сточных вод, включая легкие взвешенные частицы иловой смеси и/или иловую смесь, на мембранную систему управления 204.
[65] Биологический реактор 202 включает в себя распределенную массу адсорбирующего материала 234, имеющего поры 236, и действующее количество одного или большего числа микроорганизмов 238, которые могут как быть приклеенными к адсорбирующему материалу, так и свободно плавать в иловой смеси отдельно от адсорбирующего материала, с целью воздействия на биологически неустойчивые и определенные биологически стойкие и/или биологически ингибирующие химические соединения в иловой смеси. Центры адсорбции адсорбирующего материала, включая наружную поверхность гранул или частиц адсорбента и поверхности стенок пор 236, в начальной стадии служат центрами адсорбции для биологически неустойчивых, биологически стойких, биологически ингибирующих и/или органических и неорганических химических соединений, которые полностью устойчивы к биологическому разложению. Кроме того, микроорганизмы 238 могут адсорбироваться на центрах адсорбции адсорбирующего материала. Это обеспечивает более высокие уровни сбраживания определенных биологически стойких и/или биологически ингибирующих химических соединений без необходимости в пропорционально более продолжительных временах гидравлического задержания сточных вод на очистных сооружениях и временах задержания ила. Это обеспечивается за счет того факта, что эти определенные биологически стойкие и/или биологически ингибирующие химические соединения остаются в . течение более продолжительных периодов времени на адсорбирующем материале, который изолирован или остается в биологических реакторах.
[66] В общем, биологически неустойчивые химические соединения и определенные неорганические вещества будут перерабатываться относительно быстро и преимущественно микроорганизмами, которые не приклеены к адсорбирующему
материалу, т.е. микроорганизмами, свободно плавающими в иловой смеси. Определенные составляющие, включая органические и неорганические вещества, которые полностью устойчивы к биологическому разложению, а также очень стойкие из биологически стойких и биологически ингибирующих химических соединений будут оставаться адсорбированными на адсорбирующем материале или могут быть адсорбированы им и/или адсорбированы свободно плавающим биологическим материалом в реакторе (реакторах). В итоге, эти непереработанные химические соединения будут концентрироваться на адсорбенте до момента, когда потребуется удаление или сброс и замена адсорбента для поддержания качества очищаемых сточных вод на приемлемом уровне. Поскольку адсорбирующий материал остается в суспензионной среде мембранных систем биологического реактора, микроорганизмы растут и, в общем случае, остаются на адсорбирующем материале достаточно долго, чтобы разрушить, по меньшей мере, часть некоторых биологически стойких и/или биологически ингибирующих химических соединений в специфических поступающих сточных водах, которые сконцентрировались на адсорбирующем материале. Хотя и без связи с теорией, предполагается, что микроорганизмы могут постепенно развиваться в зрелые штаммы с особой акклимацией необходимой для разрушения, по меньшей мере, части стойких химических соединений в специфических поступающих сточных водах. В течение дополнительного периода времени, например, от нескольких дней до нескольких недель, в течение которого адсорбирующий материал, содержащий определенные биологически стойкие и/или биологически ингибирующие химические соединения, остается в системе, микроорганизмы, имеющие высокую степень специфичности, переходят во второе, третье и последующие поколения, увеличивая, таким образом, свою эффективность в
биологическом разложении, по меньшей мере, части из некоторых специфических биологически стойких и/или биологически ингибирующих химических соединений, которые присутствуют в специфических поступающих сточных водах, по мере того как система становится акклимированной.
[67] Различные поступающие на обработку сточные воды могут иметь недостаток определенных питательных веществ, которые благоприятны для биологии, присутствующей в биологическом реакторе 202. Кроме того, определенные поступающие на обработку сточные воды могут иметь уровни рН, которые являются излишне кислотными или щелочными. Соответственно, что будет очевидным для обычного специалиста в данной области, можно добавлять фосфор, азот и материалы, регулирующие рН, дополнительный простой углерод или химикалии для сохранения оптимальных для биологических форм жизни и их активности пропорций питательных веществ и уровней рН, включая биологическое оксидирование в реакторе 202.
[68] Очищенные сточные воды из биологического реактора 202 через подсистему разделения 222 поступают на впуск 210 мембранной системы управления 204. Эта перемещаемая иловая смесь, очищенная в биологическом реакторе 202, в значительной степени свободна от адсорбирующего материала. В мембранной системе управления 204 сточные воды проходят через одну или большее число микрофильтрационных или ультрафильтрационных мембран, что исключает или минимизирует, таким образом, необходимость осветления и/или третичной фильтрации. Мембранный фильтрат, т.е. жидкость, которая проходит через мембраны 240, выпускается из мембранной системы управления 204 через выпуск 212. Мембранный концентрат, т.е. твердые вещества из
сточных вод биологического реактора 202, включая активированный ил, возвращается в биологический реактор 202 через канал возврата активированного ила 214.
[69] Отработанный адсорбирующий материал из биологического реактора 202, например, гранулированный активированный уголь, который уже не является эффективным для адсорбции загрязняющих веществ, таких как определенные химические соединения полностью устойчивые к биологическому разложению, биологически стойкие химические соединения и биологически ингибирующие химические соединения, может быть удален через выпускное отверстие для отработанной иловой смеси 216 биологического реактора 202. Выпуск для отходов 218 также может быть соединен с возвратной линией активированного ила 214 для отвода части или всего возвратного активированного ила с целью использования, например, для контроля концентрации иловой смеси и/или культуры бактерий. Ил выпускается из установки с удаляемым активированным илом, когда его количество увеличивается до точки, когда концентрация твердых веществ иловой смеси настолько высока, что она нарушает работу конкретной мембранной системе биологического реактора. Кроме того, выпускное отверстие для отработанной иловой смеси 216 может использоваться для удаления части адсорбирующего материала. Таким образом, можно удалить определенную часть биологически стойких химических соединений, биологически ингибирующих химических соединений и/или органических и неорганических химических соединений, которые полностью устойчивы- к биологическому разрушению, вместо использования канала возврата активированного ила с отработанным активированным илом. Это приводит к меньшей концентрации на выпуске таких биологически стойких химических соединений, биологически ингибирующих химических соединений и/или органических и неорганических
химических соединений полностью устойчивых к биологическому разложению, и к созданию более устойчивой биомассы в мембранном биологическом реакторе. Затем может быть добавлено эквивалентное количество свежего или регенерированного адсорбирующего материала для замены удаленного таким образом адсорбента.
[70] Система предварительной фильтрации и/или разделения 220 может быть предусмотрена выше по течению от впуска 206 биологического реактора 202. Эта система предварительной фильтрации и/или разделения может включать в себя систему флотации растворенным воздухом, сито с крупными отверстиями или их сочетание и/или другие устройства предварительной обработки для отделения взвешенного вещества, относящиеся к типу известному в данной области техники. Как вариант, предварительная система фильтрации и/или разделения 220 может быть исключена или могут быть включены другие типы устройств предварительной обработки, в зависимости от конкретных очищаемых сточных вод
[71] Чтобы предотвратить попадание, по меньшей мере, большей части адсорбирующего материала 234 в мембранную систему управления 204 и возникновение нежелательного абразивного истирания и/или засорения мембран 240, используется подсистема разделения 222. Как показано на ФИГ. 2, подсистема разделения 222 расположена рядом с выпуском биологического реактора 202. Однако, в некоторых вариантах изобретения подсистема разделения 222 может быть размещена в отдельном резервуаре ниже по течению относительно биологического реактора 202. В любом случае подсистема разделения 222 включает в себя соответствующее устройство и/или конструкции для предотвращения контакта, по меньшей мере, между большей частью адсорбента 234 и мембранами 240 в мембранной системе управления 204. Подсистема разделения 222
может включать в себя одно или большее число фильтрующих устройств, зону осаждения, и/или другое соответствующее устройство разделения.
[72] Соответствующие типы фильтров или фильтрующих устройств для использования в некоторых вариантах мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой включают в себя щелевые грохоты, металлические или пластиковые пластины с диафрагмами или текстильные ткани, в цилиндрических или плоских конфигурациях и расположенные под различными углами, включая вертикально ориентированные, горизонтально ориентированные или под любым углом между ними. В последующих вариантах изобретения может использоваться устройство активной фильтрации, такое как вращающееся барабанное сито, вибрационное сито или другое подвижное фильтрующее устройство. В общем случае, для систем, в которых подсистема разделения 222 представляет собой фильтрующее устройство, размер отверстия меньше, чем нижний предел эффективного размера гранулы или частицы используемого адсорбирующего материала.
[73] В подсистеме разделения в качестве альтернатив или в сочетании с фильтрующим устройством также могут использоваться другие типы подсистем разделения. Например, как будет показано ниже, может быть предусмотрена зона осаждения, в которой адсорбирующий материал осаждается за счет силы тяжести.
[74] В альтернативных вариантах изобретения или в сочетании с описанными выше вариантами изобретения подсистема разделения может включать в себя центробежную систему (например, гидроциклон, центрифугу и т.п.), аэрированную песколовку, флотационную систему (такую как система флотации с газовым барботажем или система газовой флотацией) или другую известную установку.
[75] Как вариант или в сочетании с подсистемой разделения 222 вблизи выпуска биологического реактора 202, может быть предусмотрена подсистема разделения между биологическим реактором 202 и мембранной системой управления 204 (не показана) . Эта альтернативная или дополнительная подсистема разделения может быть такой же как подсистема разделения 222 по типу и/или размерам или отличаться от нее. Например, в некоторых вариантах изобретения, зона осаждения, отстойник, гидроциклонный сепаратор, центрифуга или их сочетание может быть предусмотрено в виде отдельного блока между биологическим реактором 202 и мембранной системой управления 204.
[76] Следует учесть, что подсистема разделения 222 является высокоэффективной для предотвращения прохождения адсорбирующего материала в его исходном размере на мембранную систему управления. В некоторых предпочтительных вариантах изобретения подсистема разделения 222 предотвращает прохождение практически всего адсорбирующего материала 234 на мембранную систему управления 204. Однако, в процессе работы системы 200 различные причины истирания адсорбирующего материала, включая столкновения между гранулами, скалывание, циркуляцию или столкновения гранул внутри стационарного или подвижного оборудования, могут вызвать возникновение частиц, которые слишком малы для того, чтобы на практике оставаться в подсистеме разделения 222. Чтобы минимизировать ущерб для мембраны и потерю адсорбирующего материала, идущего в отходы, некоторые варианты изобретения включают в себя а подсистему разделения 222, которая способна предотвратить прохождение практически всего адсорбирующего материала 234, имеющего размер приблизительно равный от 70 до 80 процентов от исходного размера. Приемлемое процентное уменьшение исходного размера может быть определено обычным
специалистом в данной области техники, основываясь, например, на экономической оценке. Если уменьшение размера приводит к увеличению числа частиц, проходящих через систему фильтрации, то мембраны будут испытывать возрастание истирания. Таким образом, можно использовать анализ затрат и результатов, чтобы определить приемлемое процентное уменьшение размера адсорбирующего материала. Это основывается на сравнении стоимости абразивного износа и последующей замены мембраны с затратами, связанными с адсорбирующим материалом, которые позволяют минимизировать расходы на поломки, перемещение и эксплуатацию, связанные с подсистемой разделения способной предотвратить прохождение частиц, которые значительно меньше, чем исходные гранулы или частицы адсорбирующего материала. Кроме того, в некоторых вариантах изобретения, определенная степень столкновений между гранулами или столкновений гранул внутри стационарного или подвижного оборудования желательна для удаления излишков биомассы с наружных поверхностей адсорбирующего материала.
[77] Отфильтрованные или сепарированные сточные воды с иловой смесью из биологического реактора 202 могут перекачиваться или перетекать за счет силы тяжести (в зависимости от конструкции конкретной системы) в мембранную систему управления 204. В системе, использующей внешнюю подсистему разделения (не показана), установка предпочтительно конфигурирована таким образом, что адсорбирующий материал, отделенный от иловой смеси, проходящей через внешнюю подсистему с мелким ситом или сепаратором, падает за счет силы тяжести обратно в биологический реактор 202.
[78] Адсорбирующий материал, такой как гранулированный активированный уголь, например, соответствующим образом предварительно смоченный, чтобы образовать густую суспензию адсорбирующего материала, может быть добавлен к сточным водам в
различных точках системы 200, например, из источника 229 адсорбирующего материала. Как показано на ФИГ. 2, адсорбирующий материал может быть введен в одном или в нескольких местоположениях 230а, 23 0Ь, 230с и/или 23 0d. Например, адсорбирующий материал может быть внесен в поступающий поток ниже по течению относительно системы предварительной фильтрации 220 (например, в местоположении 230а). Как вариант или в сочетании адсорбирующий материал может быть добавлен непосредственно в биологический реактор 202 (то есть в местоположение 230Ь). В некоторых вариантах изобретения, адсорбирующий материал может быть внесен через канал возврата активированного ила 214 (например, в местоположении 230с). В дополнительных вариантах изобретения может оказаться желательным добавление адсорбирующего материала выше по течению относительно системы предварительной фильтрации 220 (например, в местоположении 230d), где система предварительной фильтрации 220 разработана специально для этого применения путем включения фильтрации, позволяющей адсорбирующему материалу проходить в биологический реактор 202. Иловая смесь проходит через подсистему разделения 222, но адсорбирующий материал в значительной степени предохраняется от прохождения в мембранную систему управления 204 вместе с взвешенными твердыми частицами иловой смеси.
[79] По мере того, как адсорбирующий материал остается в системе и доступен для составляющих сточных вод, включая биологически стойкие, биологически ингибирующие химические соединения и/или органические и неорганические химические соединения, которые полностью устойчивы к биологическому разложению, определенная часть или весь адсорбирующий материал будет становиться неэффективным для обработки составляющих, т.е. адсорбционная способность уменьшается. Это приведет к более
высокой концентрации таких составляющих, поступающих в мембранную систему управления 204, где они проходят через мембраны и сбрасываются вместе со сточными водами после мембраны 212. Кроме того, адсорбирующий материал может стать неэффективным за счет покрытия бактериями, полисахаридами и/или экстраячеистыми полимерными веществами. Такой слой покрытия может достигать уровней, когда он блокирует полость пор и, таким образом, препятствует доступу для биологически стойких, биологически ингибирующих и/или органических и неорганических химические соединений, которые полностью устойчивы к биологическому разложению, и, следовательно, препятствует адсорбции и подавляет биологическое разложение. В некоторых вариантах мембранных систем биологического реактора с суспензионной средой это покрытие может быть удалено за счет срезывающего действия, осуществляемого за счет одного или двух механизмов в системе, такого как столкновения между гранулами адсорбирующего материала, суспендированного в иловой смеси, или срезывающих сил, связанных с суспензией и/или движением адсорбирующего материала.
[80] Когда адсорбирующий материал частично или полностью теряет свою эффективность по уменьшению концентрации в сточных водах биологически стойких, биологически ингибирующих и/или органических и неорганических химических соединений полностью устойчивых к биологическому разложению, часть адсорбирующего материала может быть удалена через выпускное отверстие для отработанной иловой смеси 216, например, путем сброса части иловой смеси, содержащей рассеянный в ней адсорбирующий материал.
[81] Как описано выше, в систему может быть внесен свежий дополнительный или регенерированный адсорбирующий материал через устройство впуска адсорбирующего материала 229 и/или в одном или в большем числе дополнительных местоположений.
Можно осуществлять текущий контроль концентраций химических соединений, обуславливающий потребность в ХПК, и/или неорганических химических соединений в сточных водах, чтобы определить момент, когда адсорбирующий материал и сопровождающая его биомасса в системе снижает свою эффективность. График разности между ХПК на впуске и выпуске, поделенной на концентрацию ХПК на впуске будет показывать постепенную потерю эффективности адсорбирующего материала в иловой смеси. Такой же тип графика можно использовать для текущего контроля способности системы удалять неорганические вещества или удалять специфические органические виды в системе. Величина ХПК, удаленная из входящего потока, может обеспечить индикацию относительного количества биологически стойких и/или биологически ингибирующих органических химических соединений, которые удаляются из подаваемых сточных вод. По мере того, как операторы системы накапливают опыт обработки конкретных сточных вод, они смогут определить, когда это соотношение индицирует момент, когда есть необходимость удалить часть адсорбирующего материала в биологическом реакторе и заменить его свежим адсорбирующим материалом. Таким образом, требуемая эффективность системы в отношении химических соединений, которые являются биологически стойкими, биологически ингибирующими и/или полностью устойчивыми к разложению, будет восстановлена, например, с целью производства очищенных сточных вод, соответствующих регуляторным требованиям. Также может использоваться взятие проб и анализ очищенных сточных вод на концентрацию конкретных органических и неорганических химических соединений, чтобы определить момент, когда эффективность адсорбирующего материал и сопровождающая его биомасса в иловой смеси уменьшилась и должна быть выполнена его частичная замена.
[82] Оператор мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой 200 может начать заменять часть адсорбирующего материала, когда концентрации конкретных органических или неорганических химических соединений в очищенных сточных водах начинает приближаться к допустимым для этих химических соединений концентрациям на выпуске очистных сооружений. Допустимые концентрации на выпуске очистных сооружений обычно ограничены допуском для этих сооружений, например, как это определено программой допусков Национальной системы предотвращения сброса загрязняющих веществ (NPDES), которая регламентируется Управлением по охране окружающей среды США или другим подобным ему регуляторным органом в конкретном штате или на национальном уровне. По мере того, как операторы накапливают опыт управления этой системой с ее конкретными сточными водами, они смогут заранее определить, когда начинать замену адсорбирующего материала. Когда оператор определяет, что эффективность адсорбирующего материала и сопутствующей ему биомассы приближается к границе невозможности достижения требуемой концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах, обычное удаление излишней биомассы, которое осуществляется путем удаления возвратного активированного ила из канала 218 может прекратиться, а излишняя биомасса и сопровождающий ее адсорбирующий материал удаляется из биологического реактора 202 через выпускное отверстие для отработанной иловой смеси 216. Количество удаляемого материала определяется исходя из того, что необходимо для поддержания взвешенных твердых частиц иловой смеси в пределах оптимального эксплуатационного диапазона для конкретной мембранной системы биологического реактора. После замены части адсорбирующего материала, оператор осуществляет текущий контроль очищенных
сточных вод, чтобы определить, восстановлена ли требуемая эффективность удаления загрязняющих веществ. При необходимости, исходя из практического опыта оператора, может быть выполнена дополнительная замена адсорбирующего материала.
[83] В некоторых вариантах реализации изобретения система и/или индивидуальное устройство системы может включать в себя контроллер для текущего контроля и регулировки системы в соответствии с пожеланиями. Контроллер может управлять любым из параметров внутри системы, в зависимости от требуемых эксплуатационных условий, которые могут, например, основываться на постановлениях правительства, относящихся к потокам очищенных сточных вод. Контроллер может настраивать или регулировать клапаны, подающие линии или насосы, связанные с каждым потенциальным потоком, основываясь на одном или большем числе сигналов, генерируемых датчиками или таймерами, расположенными внутри системы или индивидуальной установки. Контроллер также может настраивать или регулировать клапаны, подающие линии или насосы, связанные с каждым потенциальным потоком, основываясь на одном или большем числе сигналов, генерируемых датчиками или таймерами, которые указывают на конкретную тенденцию, например, тенденцию к увеличению или к уменьшению в характеристике или свойстве системы за заранее определенный период времени. Например, датчик в потоке очищенных сточных вод может генерировать сигнал, указывающий на то, что концентрация загрязняющих веществ, таких как биологически стойкие химические соединения, биологически ингибирующие химические соединения, и/или химические соединения полностью устойчивые к биологическому разложению, достигла заранее определенного значения или тенденции, или сигнал, указывающий, что уровень ХПК достиг заранее определенного значения или тенденции, запуская, таким
образом, контроллер для выполнения определенного действия выше по течению относительно датчика, ниже по течению относительно датчика или у датчика. Это действие может включать в себя одно любое или большее число из следующих действий: удаление адсорбирующего материала из биологического реактора, добавление нового или регенерированного адсорбирующего материала в биологический реактор, добавление адсорбирующего материала другого типа, регулировку потока сточных вод на впуске подачи или на впуске на другую установку внутри системы, перенаправление потока на впуске подачи или на впуске на другую установку внутри системы на накопитель, регулировку потока воздуха в биологическом реакторе, регулировку продолжительности пребывания сточных вод в биологическом реакторе или в другой установке и регулировку температуры и/или рН в биологическом реакторе или в другой установке. Для обеспечения индикации или характеристики состояния или режима одного любого или большего числа процессов, осуществляемых системой, можно использовать один или большее число датчиков с одним или большим числом устройств или потоков системы.
[84] Система и контроллер в одном или большем числе вариантов мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой представляет собой универсальный блок, имеющий много режимов работы, который может реагировать на различные входные условия с целью увеличения эффективности системы обработки сточных вод.
Контроллер можно внедрить с использованием одной или большего числа компьютерных систем, которые могут быть, например, универсальным компьютером. В качестве альтернативы компьютерная система может включать в себя специально запрограммированную аппаратуру специального назначения, например,
специализированную интегральную схему или контроллеры, предназначенные для систем обработки воды.
[85] Компьютерная система может включать в себя один или большее число процессоров, обычно соединенных с одним или большим числом запоминающих устройств, которые могут образовывать, например, любое одно или большее число запоминающих устройств на дисках, устройств флэш-памяти, оперативное запоминающее устройство или другое устройство для хранения данных. Обычно память используется для хранения программ и данных во время работы системы. Например, память может использоваться для хранения статистических данных, относящихся к параметрам за определенный период времени, а также оперативную информацию. Программное обеспечение, включая управляющую программу, которая обеспечивает осуществление вариантов изобретения, может храниться на энергонезависимом носителе информации с возможностью считывания и/или записи на компьютере, а потом, обычно копироваться в память, где, затем, может выполняться одним или большим числом процессоров. Такая управляющая программа может быть написана на любом из совокупности языков программирования или их сочетания.
[86] Компоненты компьютерной системы могут соединяться за счет одного или большего числа механизмов взаимной связи, которые могут включать в себя одну или большее число шин, например, между компонентами, которые интегрированы внутри одно и того же устройства и/или сети, например, между компонентами, находящимися на отдельных дискретных устройствах. Механизм взаимной связи обычно обеспечивает обмен информацией между компонентами системы, например, данными, командами.
[87] Компьютерная система также может включать в себя одно или большее число устройств , например, клавиатуру, мышь, шаровой манипулятор, сенсорный экран и другие устройства человеко-машинного интерфейса, а также одно или большее число устройств вывода, например, печатающее устройство, дисплейный экран или динамик. Кроме того, компьютерная система может содержать один или большее число интерфейсов, которые могут соединять компьютерную систему с сетью связи в дополнение или в качестве альтернативы сети, которая может быть образована одним или большим числом компонент системы.
[88] В соответствии с одним или большим числом вариантов мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой, один или большее число входных устройств могут включать в себя датчики для измерения любого одного или большего числа параметров системы и/или ее компонент. В качестве альтернативы, один или большее число датчиков, насосов, или других компонент системы, включая дозирующие клапаны или объемные дозаторы, могут быть присоединены к сети связи, которая оперативно связана с компьютерной системой. Одно любое или большее число перечисленных выше устройств может быть соединено с другой компьютерной системой или компонентом для обмена информацией с компьютерной системой через одну или большее число сетей связи. Такая конфигурация допускает размещение любого датчика или устройства генерации сигнала на значительном расстоянии от компьютерной системы и/или допускает размещение любого датчика на значительном расстоянии от любой подсистемы и/или контроллера при сохранении обмена данными между ними. На такие механизмы обмена информацией можно воздействовать путем использования любых
приемлемых технических приемов, включая, не ограничиваясь указанным, те из них, которые используют протоколы беспроводной связи.
[89] Хотя компьютерная система описана на примере как один из типов компьютерной системы, на которой можно практически апробировать различные аспекты мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой и настоящего изобретения, следует отметить, что изобретение не ограничивается внедрением в программное обеспечение или в компьютерную систему, как показано на примере. Действительно, вместо того, чтобы быть внедренными, например, в универсальную компьютерную систему, контроллер или его компоненты или подсекции, могут, в качестве альтернативы быть внедрены в качестве специализированной системы или как специализированный программируемый логический контроллер (ПЛК) или в систему распределенного управления. Кроме того, следует отметить, что одна или большее число характеристик или аспектов мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой и настоящего изобретения может внедряться в программное обеспечение, аппаратные средства, в программно-аппаратные средства, или в любое их сочетание. Например, один или большее число сегментов алгоритма, выполняемого контроллером, может осуществляться в отдельных компьютерах, которые, в свою очередь, могут обмениваться информацией через одну или большее число сетей.
[90] В некоторых вариантах реализации изобретения, один или большее число датчиков может быть подключено в местоположениях по всей системе 200, которые обмениваются информацией с оператором системы ручного управления или автоматизированной системой управления, с целью внедрения соответствующих изменений технологического процесса в мембранной системе биологического реактора с программируемым логическим
контроллером. В одном из вариантов изобретения система 200 включает в себя контроллер 205, которым может быть любая соответствующая программируемая или специализированная компьютерная система, ПЛК или система распределенного управления. Концентрация определенных органических и/или неорганических химических соединений может быть измерена в очищенных сточных водах мембранной системы управления 212 или в очищенных сточных водах на выпуске 208 биологического реактора 202, как показано соединениями пунктирной линией между контроллером 205 и двумя линиями: каналом сточных вод 212 и промежуточным каналом сточных вод между выпуском 208 и впуском 210. В других вариантах изобретения концентрация летучих органических химические соединений или другое свойство, или характеристика системы система могут быть измерены на одном или большем числе впусков 201, 206 или 210. Датчики, известные обычным специалистам в области оборудования управления технологическим процессом, могут включать в себя устройства на основе лазерно-индуцированной флуоресценции или любой другой датчик, подходящий для текущего контроля на месте установки в реальном масштабе времени концентрации органических или неорганических химических соединений в сточных водах или другого свойства или характеристики системы. Датчики, которые могут использоваться, включают в себя погружные датчики для применения при измерении в эмульсии нефти в воде, которые используют для детектирования ультрафиолетовое излучение, такие как датчики enviroFlu-HC, выпускаемые компанией TriOS Optical Sensors (Ольденбург, Германия). Датчики могут включать в себя линзы, имеющие покрытие или обработанные другим способом для того, чтобы предотвратить или ограничить по величине загрязнение или образование пленки на линзах. Когда один или большее число датчиков в системе
генерирует сигнал о том, что концентрация од ного или большего числа органических и/или неорганических химических соединений превышает заранее установленную концентрацию, система управления может предпринять ответное действие, такое как соответствующее действие отрицательной обратной связи или действие положительной обратной связи, включая, не ограничиваясь указанным: удаление адсорбирующего материала через выпускное отверстие для отработанной иловой смеси 216 (как показано соединениями пунктирной линией между контроллером 205 и выпускным отверстием для отработанной иловой смеси 216); добавление нового или регенерированного адсорбирующего материала через устройство подачи адсорбирующего материала 229 или в одном из других местоположений (как показано соединениями пунктирной линией между контроллером 205 и устройством подачи адсорбирующего материала 229); добавление адсорбирующего материала другого типа; изменение времени гидравлического задержания сточных вод; изменение биологических характеристик, такое как простое угольное питание для микроорганизмов или добавление фосфора, азота и/или химикалий, регулирующих рН; и/или другие изменения в соответствии с приведенным выше описанием или же те изменения, которые будут очевидными для обычного специалиста в данной области техники.
Следует учесть, что, хотя контроллер 205 и устройство подачи адсорбирующего материала 229 показаны только относительно ФИГ. 2, подразумевается, что эти устройства, а также различные устройства отрицательной и положительной обратной связи могут быть внедрены в любую из описанных здесь систем. Кроме того,
контроллер 205 может иметь электронную связь с другими компонентами, такими как насос, подающий сточные воды, и суспензионная система 232.
После аэрации иловой смеси и ее очистки адсорбирующим материалом в биологическом реакторе 202, обрабатываемая иловая смесь проходит через подсистему разделения 222 и передается на мембранную систему управления 204, будучи в значительной степени свободной от адсорбирующего материала. Подсистема разделения 222 предотвращает попадание адсорбирующего материала в мембранную систему управления 204. Путем удерживания адсорбирующего материала в биологическом реакторе 202, или иным способом выше по течению относительно мембранной системы управления 204, мембранная система биологического реактора с суспензионной средой минимизирует вероятность загрязнения и/или абразивный износ мембран резервуара мембранной системы управления за счет адсорбирующего материала.
Мембранная система управления 204 содержит фильтрующие мембраны 240 для фильтрации биомассы и любых других твердых веществ иловой смеси в резервуаре мембранной системы управления 204 из сточных вод, поступающих от биологического реактора 212. Эти мембраны 240, которые могут иметь форму мембраны из полых волокон или другие соответствующие конфигурации, что известно обычным специалистам в данной области, Обычно являются очень дорогими, поэтому крайне желательно защитить их от повреждения с целью максимального увеличения срока их службы. В мембранной системе 200 биологического реактора с суспензионной средой срок службы мембраны в резервуаре системы управления увеличен, поскольку подсистема разделения 222 существенно уменьшает или исключает подачу
адсорбирующего материала, такого как гранулированный активированный уголь, и/или любых других твердых гранул и частиц в мембранную систему управления 204.
Выпуск 212 подает отфильтрованные сточные воды из резервуара мембранной системы управления 204. Канал возврата активированного ила 214 подает возвратный поток активированного ила из резервуара мембранной системы управления 204 в биологический реактор 202 для последующего использования при очистке исходного потока сточных вод. Излишний ил удаляется из системы с использованием канализационной линии 218, как и в традиционной мембранной системе биологического реактора.
Суспензионная система 232 использует один или несколько из следующих процессов: струйное образование суспензии, механическое перемешивание, продувка воздухом, газлифтные суспензионные системы, такие как отсасывающие трубы и отсасывающие желоба, и другие типы механических или воздушных суспензионных систем для удерживания адсорбирующего материала 234 в суспензии, что минимизирует, таким образом, истирание адсорбирующего материала 234.
В некоторых вариантах изобретения после истечения начального периода времени, когда адсорбирующий материал 234 находится в биологическом реакторе 202, и происходит разрушение некоторых гранул, например, некоторые из неровных или выступающих поверхностей адсорбирующего материала 234 откалываются и превращаются в порошок, мелкие частицы, иглы и другие более мелкие макрочастицы, адсорбирующий материал 234, удерживаемый в суспензии за счет суспензионной системы 232, стабилизируется, вследствие чего происходит незначительное разрушение или уменьшение размеров его частиц или разрушение вообще не происходит.
В общем случае, концентрация адсорбирующего материала в иловой смеси определяется на основании параметров конкретной системы и сточных вод с целью очистки конкретного сочетания стойких к биологическому разложению и/или биологически ингибирующих органических или неорганических химических соединений с целью удовлетворения требований к сточным водам, сбрасываемым очистными сооружениями. Испытание показало, что эксплуатация мембранного биологического реактора с типовой концентрацией промышленных взвешенных твердых частиц иловой смеси (в обычном диапазоне для используемой конфигурации конкретного мембранного биологического реактора) и концентрацией адсорбирующего материала, такого как гранулированный активированный уголь, равной приблизительно 20% (от общей концентрации взвешенных твердых частиц иловой смеси), была адекватной для удаления стойких к биологическому разложению и/или биологически ингибирующих органических химических соединений, присутствующих в поступающих на очистные сооружения сточных водах без возникновения проблем засорения на используемой системе фильтрации. Для обеспечения дополнительной границы безопасности против нарушения технологических параметров, которые могут вызвать более высокие, чем обычные, концентрации в сточных водах стойких к биологическому разложению химических соединений, биологически ингибирующих химических соединений и/или органических или неорганических химических соединений полностью устойчивых к биологическому разложению, могут быть добавлены более высокие концентрации адсорбирующего материала. Следует учесть, что этот дополнительный адсорбирующий материал вызовет повышенные требования к грубой фильтрации и/или осаждению. Наименьшую концентрацию адсорбирующего материала, которая может использоваться при
сохранении требуемого качества сточных вод, можно определить эмпирически, основываясь на желательной границе безопасности от нарушения технологических параметров, определяемой на практике или иным способом в соответствии с конкретной системой и способом.
Мембранная система биологического реактора с суспензионной средой, использующая адсорбирующий материал выше по течению относительно резервуара мембранной системы управления для адсорбции органических и неорганических материалов (стойких к биологическому разложению, биологически ингибирующих или других), а также и для мембранного биологического реактора с суспензионной средой, применима для множества различных конфигураций. Кроме того, для удерживания адсорбирующего материала в биологическом реакторе также могут быть использованы различные устройства разделения. О бычный специалист в этой области должен будет признать, что различные системы будут иметь различные экономические преимущества, в зависимости от индивидуальных характеристик сточных вод и региона, где предполагается установить очистные сооружения.
Факторы, которые контролируются для того, чтобы обеспечить оптимальные условия очистки, включают в себя тип адсорбирующего материала, включая размеры, форму, твердость, удельный вес, скорость осаждения, требуемый поток воздуха или другие требования к суспензии для суспензии с гранулами в иловой смеси, например, для удерживания гранулированного активированного угля как суспензионной среды, шаг арматурных стержней фильтра грубой очистки или размеры отверстия и конфигурацию отверстия, концентрацию адсорбирующего материала в иловой смеси, концентрацию летучих взвешенных твердых частиц в иловой смеси, общую концентрацию взвешенных
твердых частиц иловой смеси, соотношение скорости потока возвратного активированного ила к скорости потока иловой смеси, поступающей в резервуар мембранной системы управления, время гидравлического задержания сточных вод и время задержания ила для очистки. Такая оптимизация обеспечивает адсорбцию адсорбирующим материалом, таким как гранулированный активированный уголь суспендированный в иловой смеси, определенной части биологически стойких химических соединений, легко разлагаемых химических соединений, обуславливающих биологическую потребность в кислороде (BOD5), биологически ингибирующих химических соединений, органических или неорганических химических соединений полностью устойчивых к биологическому разложению и внеклеточных полимерных веществ.
Другим преимуществом мембранной системы биологического реактора с суспензионной средой является создание мест, к которым могут приклеиваться микроорганизмы во взвешенных твердых частицах иловой смеси. Этот аспект способа производит поток летучих взвешенных твердых частиц иловой смеси, который является более стабильным и восстанавливаемым в ответ на нештатные условия работы, а также обеспечивает улучшенное биологическое разложение органических веществ, присутствующих в сточных водах по сравнению с усовершенствованным мембранным биологическим реактором с негранулированным активированным углем, работающим с аналогичными временами гидравлического задержания сточных вод и временами задержания ила для очистки. Источник микроорганизмов внутри полости пор или на поверхности адсорбирующего материала служит как источник засева бактериями в случае нарушения технологических параметров выше по течению, приводящего к потере
определенного числа жизнеспособных микроорганизмов, свободно плавающих в иловой смеси. В случае термического или токсического химического удара по системе, который в традиционных системах уничтожил бы определенные бактерии, некоторые микроорганизмы внутри полости пор могут выжить, так что потребуется только часть времени на восстановление по сравнению с традиционными системами без адсорбента. Например, в системах, где бактерии являются мезофильными, адсорбент может позволить некоторым бактериям внутри пор выжить в случае термического удара за счет повышенной температуры. Аналогично, в системах, где бактерии являются термофильными, адсорбент может позволить некоторым бактериям внутри пор выжить в случае термического удара за счет пониженной температуры. В обоих таких случаях время, необходимое культурам для повторной адаптации, может быть существенно уменьшено. Кроме того, в случае ударного воздействия на систему, которое уничтожает все микроорганизмы или часть популяции, присутствие адсорбирующего материала позволяет продолжать работу, в ходе которой нестойкие, стойкие и ингибирующие загрязняющие вещества могут адсорбироваться, в то время как происходит регулирование популяции микроорганизмов.
Как показано, различные преимущества приводят к более быстрой акклимации иловой смеси к подаче сточных вод, уменьшают засорение мембраны, улучшают приспособляемость к изменениям концентраций на подаче и к скорости потока, производят ил, который можно быстрее осушить и который имеет менее маслянистый характер, что облегчает его перемещение, в очищенных сточных водах содержится меньшая концентрация органических и неорганических загрязняющих веществ, чем та,
что может быть получена из традиционного устройства мембранного биологического реактора.
Использование адсорбента, такого как гранулированный активированный уголь, вместо порошкообразного активированного угля, позволяет исключить засорение мембран и/или абразивный износ, которые были идентифицированы как проблема при испытании мембранных биологических реакторов с порошкообразным активированным углем.
Хотя применение гранулированного активированного угля вместо порошкообразного активированного угля использует уголь не так эффективно за счет веса гранул, мембранная система биологического реактора с суспензионной средой и подсистема разделения в значительной степени предотвращает поступление гранулированного активированного угля в мембранную систему управления, что исключает или минимизирует, таким образом, вероятность абразивного износа и засорения мембраны. Влияние пониженной адсорбционной способности в результате использования гранулированного активированного угля вместо порошкообразного активированного угля, однако, не оказывает заметного воздействия на суммарную эффективность устройства мембранного биологического реактора улучшенного за счет активированного угля.
Испытание показало, что принципиальный механизм удаления определенных биологически ингибирующих органических веществ и/или биологически стойких химических соединений связан с увеличением продолжительности обработки сточных вод, когда биологически стойкие и биологически ингибирующие химические соединения подвергаются воздействию микроорганизмов в усовершенствованном устройстве с
порошкообразным активированным углем. Микроорганизмы в летучих взвешенных твердых частицах иловой смеси, адсорбированные на адсорбирующем материале, таком как гранулированный активированный уголь, имеют больший период времени для переработки таких биологически стойких и биологически ингибирующих химических соединений. Было показано, что увеличенное время продолжительности обработки для биологического разложения представляет собой главный фактор в уменьшении концентрации определенных биологически стойких и биологически ингибирующих химических соединений в очищенных сточных водах мембранного биологического реактора, а для достижения желаемых результатов не требуется более высокая эффективность адсорбции порошкообразного активированного угля.
Гранулированный активированный уголь в мембранном биологическом реакторе с использованием угля действует так же или лучше, чем усовершенствованный мембранный биологический реактор с порошкообразным активированным углем, в отношении улучшения удаления биологически стойких химических соединений, биологически ингибирующих химических соединений, химических соединений, которые полностью устойчивы к биологическому разложению, и внеклеточных полимерных химических соединений, создавая условия для полной регенерации гранулированного активированного угля. Также, за счет своих больших размеров, он может быть эффективно отфильтрован или отделен другим способом от иловой смеси, которая поступает в резервуар (резервуары) мембранной системы управления. Абразивный износ, который имеет место при использовании порошкообразного активированного угля, может быть устранен или существенно уменьшен за счет использования гранулированного
активированного угля в мембранной системе биологического реактора с суспензионной средой.
Хотя использование частиц порошкообразного активированного угля в мембранном биологическом реакторе и показало некоторые из тех преимуществ, что описаны выше, для системы с гранулированным активированным углем наблюдаемый абразивный износ мембраны в резервуаре (резервуарах) мембранной системе управления за счет частиц порошкообразного активированного угля является неприемлемым, поскольку срок службы мембран может снизиться до неприемлемого уровня, например, существенно меньшего, чем типичный срок службы мембраны. Поскольку стоимость мембран составляет значительную часть общей стоимости мембранной системы биологического реактора, увеличение срока их службы является важным фактором в эксплуатационных расходах на мембранную систему управления.
На ФИГ. 3-6 приведен вариант системы очистки сточных вод согласно настоящему изобретению. Как указано выше, в системе очистки сточных вод, согласно настоящему изобретению, может применяться мембранная система биологического реактора с суспензионной средой, описанная со ссылками на ФИГ. 1 и 2, а также раскрытая в международной заявке номер PCT/US 10/3 8644 и публикации международной заявки WO/09085252. Поскольку определенные предпочтительные варианты описаны в связи с очисткой сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, например, происходящих из стоков, подвергающихся очистке сточных вод выше по течению, для обычного специалиста в данной области очевидно то преимущество настоящего изобретения, что система очистки сточных вод согласно настоящему изобретению может преимущественно применяться для очистки сточных вод, имеющих определенный
уровень биологически неустойчивых соединений, а также соединений, полностью устойчивых к биологическому разложению, биологически ингибирующих соединений, и/или стойких к биологическому разложению соединений, или их сочетаний.
На ФИГ. 3, схематически показана система очистки 354 для очистки стоков 351 из одной или нескольких ступеней очистки сточных вод выше по течению, в совокупности определяемых как система очистки сточных вод 350. Система 350 очистки сточных вод обычно очищает поступающий поток 301 и сбрасывает излишний активированный ил 352 и жидкие очищенные стоки 351, которые в дальнейшем называются "сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ", или "стоки, подвергнутые очистке сточных вод выше по течению", что общеизвестно. Поскольку описание, в дальнейшем относящееся к стокам 351, вытекающим из одной или нескольких ступеней очистки сточных вод выше по течению, например, первичной и/или вторичной, для специалиста в данной области очевидно, что системы и способы согласно настоящему изобретению также эффективны для очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ от других источников, таких как непосредственно от процесса, имеющего низкий уровень взвешенных твердых частиц и относительно низкие уровни растворенных органических веществ. Кроме того, система очисти сточных вод, согласно настоящему изобретению может, по преимуществу, применяться для очистки сточных вод, имеющих определенный уровень биологически неустойчивых соединений, а также соединений, полностью устойчивых к биологическому разложению, биологически ингибирующих соединений, и/или стойких к биологическому разложению соединений, или их сочетаний. Согласно настоящему варианту, поток 351 может быть прямым
притоком, или подвергающимся минимальной обработке выше по течению, такой как система первичного разделения, в которой удаляются почти все твердые вещества.
Как указано выше, третичная очистка стоков от зоны вторичной очистки обычно включает пропускание всего вторичного стока через одну или несколько колонн с гранулированным активированным углем или другую третичную систему для дополнительной очистки, например, доочистки, чтобы достичь требуемых стандартов качества воды. В отличие, в системе очистки 354, согласно настоящему изобретению, которая может использоваться как система третичной очистки, используется сочетание системы 359 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке для адсорбции значительного количества загрязняющих веществ, и последующей системы 399 для биологической очистки абсорбированных загрязняющих веществ, т. е., загрязняющих веществ, абсорбированных абсорбирующим материалом, путем биологической регенерации и/или реактивации.
В общих чертах, система очистки 354 согласно настоящему изобретению содержит систему 359 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке и систему 399 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке. Система 359 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке содержит зону смешения 360 для приема свежего и/или восстановленного абсорбирующего материала, например, от источника 393 абсорбирующего материала. Зона 360 смешения сообщается по текучей среде с источником 351 сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, таким как стоки, подвергнутые очистке сточных вод выше по течению, или другие сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ. В зоне 360 смешения абсорбирующий материал и сточные воды глубоко перемешиваются, и
смесь сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ и абсорбирующего материала 361 пропускается в зону 370 осаждения абсорбирующего материала и разделения жидкости. Основная часть всего объема/потока жидкости декантируется или выпускается другим способом из зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, например, сток 371, который может дополнительно подвергаться дальнейшей третичной обработке 390. Абсорбирующий материал удаляется из зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости в качестве сточного сброса 372 абсорбирующего материала, который пропускается через систему 399 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке, которая включает реактор биологической регенерации 302, мембранную систему управления 304, зону 386 скалывания абсорбирующего материала и зону 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы. В аэробной системе, реактор биологической регенерации 302, кроме того, содержит источник кислорода, и биологические окисленные органические вещества микроорганизмов, и некоторые неорганические вещества, абсорбированные на абсорбирующем материале в реакторе биологической регенерации 302, и иловая смесь, содержащая летучие взвешенные твердые частицы иловой смеси, пропускается через устройство 322 разделения твердых частиц абсорбирующего материала, и выгружается как выход стока 308 иловой смеси реактора биологической регенерации в устройство разделения твердых частиц для удаления биомассы и любых других твердых частиц в иловой смеси. Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения устройство разделения твердых частиц содержит мембранную систему управления 304, в которой сток 308 иловой смеси реактора биологической регенерации подается на впуск 310 мембранной системы управления 304 для удаления биомассы и любых других твердых
частиц в иловой смеси. Очищенные мембранами стоки 312 отводятся как фильтрат, а активированный ил 314, как концентрат, возвращается в реактор биологической регенерации 302. Часть активированного ила может выпускаться из системы через канализационную линию 318. Абсорбирующий материал из реактора биологической регенерации 302 пропускается в зону 386 скалывания абсорбирующего материала, в которой излишняя биомасса скалывается с гранул или частиц абсорбирующего материала. Биомасса скалывается с абсорбирующего материала в зоне 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы. Разделенный абсорбирующий материал, который был регенерирован в реакторе биологической регенерации 302, и впоследствии скалывается и разделяется в зонах 386 и 387, возвращается по рециркуляционной линии 389 в зону 360 смешения, а биомасса возвращается через 388 в реактор биологической регенерации 302. Отходы абсорбирующего материала могут удаляться из реактора биологической регенерации 302 по линии 316, или из зоны 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы по линии 392.
В некоторых вариантах функции зона 386 скалывания абсорбирующего материала и зона 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы могут быть объединены в одну единичную операцию. Варианты устройств, которые могут выполнять скалывание и разделение биомассы, включают фильтры непрерывной обратной промывки и/или фильтр со скорлупой грецких орехов. В других вариантах, некоторые или все функции зоны 386 скалывания абсорбирующего материала и зоны 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы могут выполняться в реакторе биологической регенерации 302, например, если реактор биологической регенерации 302 оснащен соответствующим устройством с достаточной турбулентностью для обеспечения
необходимого сдвигания. В этом варианте, биомасса может оставаться в реакторе биологической регенерации 302, а регенерированный, сколотый и разделенный абсорбирующий материал может пропускаться непосредственно с зону 360 смешения.
Кроме того, абсорбирующий материал может вводиться в различные места в системе. Например, источник 393 может использоваться для ввода свежего или регенерированного абсорбирующего материала через линию 389, например, смешиваясь с восстановленным абсорбирующим материалом, который возвращается в зону 360 смешения. Другое подходящее место, могущее использоваться для ввода абсорбирующего материала, например, как обсуждалось со ссылками на ФИГ. 2, - непосредственно в зону 360 смешения, или непосредственно в зону 370 разделения жидкости.
В некоторых вариантах, истекающему потоку 372 абсорбирующего материала не хватает питательных веществ для поддержания биологии в рамках реактора биологической регенерации 302. Соответственно, часть неочищенных сточных вод из поступающего потока 301 может вводиться в реактор биологической регенерации 302, например, через обходной поток 303. Этот поток 303 может работать в прерывистом или непрерывном режиме, в зависимости от типа сточных вод, их состава, и постоянства или изменения состава сточных вод со временем. Добавление таких неочищенных сточных вод или некоторого другого обычного источника углерода может усилить развитие бактерий, которое требуется для оптимального разложения стойких органических веществ, которые удаляются из потока 351 сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ с помощью абсорбирующего материала. Неочищенные сточные воды вначале поставляют бактерии, которые акклимируются к составам подачи неочищенных сточных вод, а затем эти бактерии создают отправную точку для бактерий,
которые могут биологически разлагать стойкие органические вещества. Исходные бактерии могут со временем эволюционировать в виды, которые могут переваривать стойкие органические вещества. Имеющийся поток неочищенных сточных вод, подающий организмы в реактор биологической регенерации 302, приводит к образованию популяции бактерий, которая способна переваривать более сложные органические соединения, чем бактерии, присутствующие в системе очистки обеззараженных сточных вод, которые являются наиболее распространенной отправной точкой для бактерий в системе очистки сточных вод. Инокуляторы могут добавляться в реактор биологической регенерации 302 поочередно, или в сочетании. Периодически могут добавляться дополнительные инокуляторы того же или другого типа, например, при уменьшении популяция бактерий из-за нарушения технологических параметров выше по течению, или термического удара, или при изменении состава сточных вод.
Поступающие сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ могут испытывать недостаток в определенных питательных веществах, благотворных для биологических условий, которые возникают в биологическом регенерационном реакторе 302. Кроме того, некоторые поступающие сточные воды имеют уровни рН, имеющие повышенную кислотность или щелочность. Соответственно, как очевидно для специалиста в данной области, в реактор биологической регенерации 302 могут добавляться фосфор, азот и химикаты, регулирующие рН, для поддержания оптимальной пропорции питательных веществ и уровня рН для биологического существования и сопутствующей деятельности, включая биологическое окисление. Кроме того, в некоторых вариантах для увеличения степени биологического разложения
абсорбированных загрязняющих веществ может добавляться поток обычных соединений углерода.
В частности, в зону 360 смешения вводятся сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ, которые подаются с абсорбирующим материалом, таким как гранулированный активированный уголь. Адсорбирующий материал может содержать свежий адсорбирующий материал и/или адсорбирующий материал, рециркулированный в пределах системы, т. е., из зоны 387 разделения адсорбирующего материала/биомассы. Сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ и абсорбирующий материал глубоко перемешиваются в зоне 360 смешения, и, по меньшей мере, часть растворенных органических веществ и/или неорганических веществ, которые присутствуют в стоке 351, абсорбируются на абсорбирующем материале, т. е. на внешней поверхности, на поверхности стенок пор или на них обеих.
Перемешанный поток 361 от зоны 360 смешения, включающий абсорбирующий материал, который абсорбировал, по меньшей мере, часть органических и/или неорганических веществ из стока 351, затем пропускается в зону 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, например, в виде суспензии. Если органические и/или неорганические вещества, остаются в жидкой части смеси 361, абсорбция может продолжаться в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, в зависимости от скорости потока, скорости осаждения, адсорбционной способности абсорбирующего материала, и других факторов. Предпочтительно, чтобы значительное количество загрязняющих веществ удалялось так, чтобы оставшаяся жидкая часть, декантируемая или удаляемая другим способом как истекающий поток 371 адсорбирующего материала при сильном потоке, по меньшей мере, отвечала уровням,
обязательным по соответствующим нормам регуляторных органов, и могла использоваться повторно или сбрасываться без ущерба для окружающей среды. При необходимости поток 371 может пропускаться в зону 390 третичной обработки для доочистки, и дочищенный сток 391 сбрасывается. Преимущественно, органические и/или неорганические вещества, удаленные из потока 371 (т. е., по сравнению со стоком 351 из системы 350 очистки сточных вод), абсорбируются на абсорбирующем материале, и поток 371 представляет собой основную часть объема жидкости исходного потока сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, выпускаемого в систему 354, например, поток 351. В некоторых вариантах, приток потока 371 составляет, по меньшей мере, 90% от притока потока 351; в других вариантах, приток потока 371 составляет, по меньшей мере, 95% от притока потока 351; в других вариантах, приток потока 371 составляет, по меньшей мере, 99% от притока потока 351; в других вариантах, приток потока 371 составляет, по меньшей мере, 99.9% от притока потока 351; в некоторых других вариантах, приток потока 371 составляет, по меньшей мере, 99.99% от притока потока 351. Отношение потока 371 к потоку 351 может зависеть от различных факторов, в том числе, уровня исходного загрязнения, степени смешения в зоне 360 смешения, объема, конфигурации и продолжительности обработки в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, адсорбционной способности абсорбирующего материала, и/или других факторов.
В одном варианте, зона 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости содержит сосуд, имеющий нижнюю часть 385 в форме обратного конуса или усеченного конуса. Соответственно, абсорбирующий материал удаляется путем осаждения под силой собственного веса через выпускной канал в дне сосуда, вместе с
меньшей частью воды из поступающего потока 351. Кроме того, в вариантах, в которых органические и/или неорганические вещества недостаточно абсорбируются в зоне 360 смещения, зона 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости может быть соответствующим образом изменена в размерах, для обеспечения дополнительного времени контакта между очищенного таким способом стока сточных вод и абсорбирующего материала. В некоторых вариантах зона 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости может быть дополнена сосудом, обеспечивающим продолжительность обработки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, которая больше 5 минут, и в определенных вариантах имеющим продолжительность обработки, которая больше 15 минут. Естественно, специалисту в данной области понятно то преимущество, что время, требующееся для разделения абсорбирующего материала от стоков, будет зависеть от различных факторов, включающих, помимо прочего, плотность абсорбирующего материала, плотность сточных вод и геометрию резервуара.
Зона 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости может предпочтительно включать подсистему разделения для предотвращения выхода абсорбирующего материала в осадок абсорбирующего материала, и зону декантации жидкости с высоким расходом жидких стоков 371. В некоторых вариантах, подсистема разделения может включать неподвижную зону 384, например, образованную перегородками 381 и 382. Это обеспечивает присутствие значительного количества абсорбирующего материала в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, направляемого в нижнюю часть 385 обратного конуса или усеченного конуса. В других вариантах подсистема разделения может содержать фильтрующее устройство
383, расположенное вблизи зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости. Фильтр грубой очистки 383 может быть неподвижным фильтром, подвижным фильтром, фильтром из проволоки клиновидного сечения, фильтром с вращающимся барабаном или фильтром другого подходящего типа. В других вариантах подсистема разделения может включать как неподвижную зону 384, так и фильтр грубой очистки 383. В других вариантах, подсистема разделения может включать неподвижную зону и слив, расположенный возле выпускного отверстия жидких стоков 371 зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости. Следует учесть, что подсистема разделения, используемая в зоне 370 декантации осадка абсорбирующего материала и жидкости, может быть такой же или отличающейся, от системы разделения, используемой в реакторе биологической регенерации 302, включающем одну или несколько систем фильтрации, зону осаждения, или их сочетание. Кроме того, если требуется дальнейшее удаление твердых частиц из стоков 371, осветлитель, фильтр, или другое разделительное устройство может включаться в сообщающееся по текучей среде выходное отверстие стока 371, ниже по течению зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости.
Например, подсистема разделения в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости может быть исключена в варианте, в котором абсорбирующий материал имеет довольно высокий удельный вес (например, больше, чем 1,10 в воде при 20°С, в некоторых вариантах больше, чем 1,40 в воде при 20°С, и в других вариантах имеет удельный вес больше, чем 2,65 в воде при 20°С), в результате высокой скорости осаждения, в сочетании с подходящими размерами и конфигурацией зоны 370 декантации осадка абсорбирующего материала и жидкости, включая геометрию нижней
части 385 и положение выходного отверстия стока 371. В этом варианте осветлитель, фильтр, или другое разделительное устройство может устанавливаться ниже по течению зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости. Как альтернатива, осветлитель, фильтр, или другое разделительное устройство также может исключаться в вариантах, в которых сток 371 подлежит доочистке устройством 390. В некоторых вариантах, если устройство 390 доочистки представляет собой абсорбционную колонну с неподвижным слоем активированного угля, излишний абсорбирующий материал из зоны 370 декантации осадка абсорбирующего материала и жидкости, который может передаваться со стоком 371, не будет влиять на окончательный сток, так как он будет улавливаться устройством 390 доочистки.
Абсорбирующий материал проходит из зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости в реактор биологической регенерации, в котором биологически разложившиеся вещества микроорганизмов и некоторые неорганические вещества абсорбируются на абсорбирующем материале.
В некоторых вариантах, реактор биологической регенерации 302 представляет собой аэробную систему, в которой микроорганизмы являются аэробными, и реактор биологической регенерации 302 представляет собой аэрационный бассейн, содержащий источник кислорода (не показан), например, один или несколько диффузоров, струйное суспензионное устройство или газлифтную суспензионную систему, как раскрыто в международной заявке PCT/US 10/38644, а биологическое разложение включает биологическое окисление. Биология в реакторе биологической регенерации подробно раскрыта в международной заявке номер PCT/US 10/3 8644, и в публикации международной заявки WO/09085252.
В других вариантах реактор биологической регенерации 302 представляет собой анаэробную систему, в которой микроорганизмы являются анаэробными.
Иловая смесь, содержащая летучие взвешенные твердые частицы иловой смеси, выгружается через подсистему разделения 322 в биологический реактор 302 или ниже по течению, и пропускается из выпускного отверстия 308 биологического реактора 302 в мембранную систему управления 304 через впускное отверстие 310. Мембранная система управления 304 содержит одну или несколько мембран 340. Очищенные мембранами стоки 312 отводятся как фильтрат, а активированный ил 314, как концентрат, возвращается в биологический регенерационный реактор 302. Как вариант, отходы активированного ила могут выпускаться из возвратной линии активированного ила 324 через канализационную линию 318. Кроме того, дополнительная канализационная линия 316 абсорбирующего материала (показана линией из длинных штрихов) может удалять отработавший абсорбирующий материал, утративший эффективность, или используется для периодического удаления абсорбирующего материала, как показано со ссылками на ФИГ. 2, и в публикации международной заявки WO/09085252 и в международной заявке номер PCT/US 10/38644. Предпочтительно, чтобы удаленный отработавший абсорбирующий материал пополнялся эквивалентным количеством свежего или регенерированного абсорбирующего материала. В еще одном варианте, все очищенные мембранами стоки 312 или их часть могут пропускаться через дополнительную линию 313 (как показано линией из длинных штрихов) в зону 390 третичной очистки для доочистки.
Адсорбирующий материал, такой как гранулированный активированный уголь, и любая унесенная жидкость в потоке 372, которая проходит в реактор биологической регенерации 302, очищается таким же способом, как в мембранных
системах реактора биологической регенерации, описанного в международной заявке номер PCT/US 10/38644, и в публикации международной заявки WO/09085252. Однако изменение потока 372 относительно низкое. Например, изменение потока 372 может быть меньше 10%, 5%, 1%, 0,1% или даже меньше 0,001% изменения потока 351. В некоторых вариантах изменение потока является минимальным потоком, который может пропускаться через мембранную систему управления 304 без воздействия на активность микроорганизмов в биологическом регенерационном реакторе 302. Как вариант, эта система может работать как последовательно-циклический реактор, в котором сток отводится, когда сточные воды очищены соответствующим образом. Кроме того, в некоторых вариантах, реактор биологической регенерации 302 может быть аэрационным бассейном, включающим сочетание устройств струйной суспензии или газлифтной суспензии, неподвижную зону и фильтр из проволоки клиновидного сечения, как описано в международной заявке PCT/US 10/38644. Мембранная система управления 304 в системе очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, действует таким же образом, как мембранный биологический реактор, описанный в международной заявке номер PCT/US 10/38644 и в публикации международной заявки WO/09085252, однако, работающий при очень низкой скорости потока. Когда в этой системе накапливается биомасса, она может удаляться способом, аналогичным обычной системе мембранного биологического реактора, например, через возвратную канализационную линию 318 активированного ила. Предусмотрена также канализационная линия 316 абсорбирующего материала. Например, абсорбирующий материал может утрачивать абсорбционную способность в условиях, когда сток, подвергнутый очистке сточных вод выше по течению, содержит неорганические или
биологически ингибирующие соединения, которые не окислены, даже при существенно увеличенной продолжительности обработки, используя систему очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ согласно настоящему изобретению. Абсорбирующий материал можно заменить в системе, например, используя одно или несколько мест ввода абсорбирующего материала, описанных в публикации международной заявки WO/09085252, или в другом подходящем месте, или источнике 393.
Непрерывно или в прерывистом режиме, боковая фракция, включающая абсорбирующий материал, и дополнительно иловую смесь для обеспечения жидкостного носителя для абсорбирующего материала, который облегчает перенос (например, в виде суспензии), удаляется из реактора биологической регенерации 302 и пропускается в зону 386 скалывания. В зоне 386 скалывания, излишняя масса скалывается с наружных поверхностей абсорбирующего материала, так что абсорбционная способность абсорбирующего материала в зоне 360 смешения и/или зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости доведена до максимума. Зона скалывания 386 может содержать один или несколько насосов, струйное сопло, аэрируемую песколовку, механическую мешалку, центробежные устройства, такие как гидроциклон или центрифуга, или другие устройства, облегчающие соударение для выполнения скалывания, и в некоторых вариантах, способствующие отделению биомассы от абсорбирующего материала. Турбулентность, соударения между гранулами и столкновения с другими твердыми объектами (неподвижными или подвижными) зоны скалывания, и в некоторых вариантах, трубопроводы между зоной скалывания и реактором биологической регенерации 302, могут приводить к скалыванию избыточной
биомассы с наружной поверхности абсорбирующего материала, и превращению во взвешенные твердые частицы свободно плавающей иловой смеси, включая летучие взвешенные твердые частицы иловой смеси.
Кроме того, действие циркуляции текучей среды, включая высокоскоростные контактные поверхности жидкости и/или газа адсорбирующего материала, имеющего избыточную биомассу, способствует желаемому скалыванию.
В некоторых вариантах зона 386 скалывания абсорбирующего материала может содержать систему непрерывной регенерации, например, имеющую конфигурацию фильтра со скорлупой грецких орехов или другую подобную единичную операцию, без скорлупы грецких орехов, например, типа, предлагаемого компанией Siemens Water Technologies. Например, поскольку абсорбирующий материал проходит через систему непрерывной регенерации, такую как фильтр непрерывной обратной промывки или фильтр со скорлупой грецких орехов, соударения между гранулами и столкновения с другими твердыми объектами и/или поверхностями в системе непрерывной регенерации приводит к скалыванию излишней биомассы с гранул абсорбирующего материала.
Суспензия, включающая сколотый абсорбирующий материал, свободную биомассу, сколотую с абсорбирующего материала, и любую иловую смесь, пропускается в зону 387 разделения абсорбирующего материал а/биомассы для разделения биомассы взвешенных твердых частиц иловой смеси, сколотой с абсорбирующего материала, от более плотного абсорбирующего материала. Зона 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы может содержать один или несколько гидроциклонных сепараторов, центрифугу, устройство отбора боковой фракции системы непрерывной регенерации, или другие устройства, подходящие для разделения абсорбирующего материала и биомассы.
Следует учесть, что в некоторых вариантах, в которых реактор биологической регенерации 302 содержит струйные сопла или другие устройства, выполняющие скалывание в реакторе биологической регенерации 302, как описано в международной заявке PCT/US 10/38644, зона 386 скалывания может быть исключена или обойдена, таким образом боковая фракция из реактора биологической регенерации 302 пропускается непосредственно в зону 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы.
Разделенный абсорбирующий материал из зоны 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы проходит в зону 360 смешения по линии 389. Абсорбирующий материал, возвращенный в зону 360 смешения, содержит пониженную концентрацию микроорганизмов, и, таким образом, органические вещества в сточных водах с низким содержанием загрязняющих веществ могут абсорбироваться и подвергаться воздействию для желаемой биологии в зоне 360 смешения и в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, перед пропусканием в реактор биологической регенерации 302.
Сколотая биомасса, которая может содержать иловую смесь, имеющую взвешенные твердые частицы иловой смеси и летучие взвешенные твердые частицы иловой смеси, из зоны 387 разделения абсорбирующего материал а/биомассы, пропускается в реактор биологической регенерации 302 по линии 388.
В других вариантах, иловая смесь из зоны 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы может передаваться ниже по потоку от подсистемы разделения 322 реактора биологической регенерации 302, например, в сочетании со стоком 308, или пропускаться непосредственно в мембранную систему управления. А именно, в этом альтернативном варианте требования к разделению подсистемы разделения 322 могут
быть уменьшены или устранены, поскольку иловая смесь может передаваться без потребности в дальнейшем разделении. В некоторых вариантах, источником иловой смеси для мембранной системы управления 304 (или бака 395 осветления/осаждения, описанного со ссылками на ФИГ. 3) могут быть жидкие стоки из зоны 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы.
^ В некоторых вариантах, для облегчения осаждения абсорбирующего материала
в зоне 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, применяется гранулированный активированный уголь, имеющий довольно высокий уровень удельного веса. Например, может использоваться гранулированный активированный уголь, имеющий удельный вес более 1,10. В другом варианте может использоваться гранулированный активированный уголь, имеющий удельный вес более 1,40. Поскольку скорость потока смеси, содержащей гранулированный активированный уголь, довольно низкая, и реактор 302 биологической регенерации и мембранная система управления 304 сравнительно невелики, высокая потребность в энергии для поддержания более плотного абсорбирующего материала во взвешенном состоянии на период времени, достаточный для достижения желаемого уровня биологии в реакторе биологической регенерации 302, является незначимым фактором в общей потребности в энергии для работы системы.
Некоторые притоки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ могут содержать неорганические соединения, неспособные разлагаться под воздействием микроорганизмов. Уровень таких неорганических веществ обычно следует уменьшать в пределах обязательных нормативных требований. Абсорбирующий материал может быть модифицирован при изменении процесса и/или вида очистки, обеспечивая, таким образом, сходство с некоторыми химическими типами и/или металлами в сточных
водах, например, путем пропитки подходящими составами, как подробно описано в международной заявке PCT/US10/38644. Поскольку микроорганизмы в системе очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, не могут удалять такие неорганические соединения так же эффективно, как они могут удалять органические соединения, системы, использующие абсорбирующие материалы для абсорбции неорганических загрязняющих веществ, как правило, нуждаются в более частой замене абсорбирующего материала по сравнению с системами очистки только органических соединений. Отработавший абсорбирующий материал, удаляемый из системы, когда он исчерпывает предел абсорбции для каждого компонента, подлежит удалению из сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ. Например, периодически или постоянно может выполняться отбор проб и анализ или оперативный мониторинг, для определения концентрации органических или неорганических веществ из системы очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, поскольку абсорбционная способность гранулированного активированного угля для различных соединений обратно пропорциональна концентрации отходов в стоке 371.
В другом варианте, в котором используется система 390 третичной обработки, которая включает обычную систему фильтрации абсорбирующего материала, загрязненный абсорбирующий материал из системы 390 может регенерироваться и/или реактивироваться, используя систему 399 реактора биологической регенерации абсорбирующего материала, как показано линией 394 между системой 390 третичной обработки и биологическим регенерационным реактором 302. Некоторые существующие системы абсорбционного фильтра с гранулированным активированным углем используют
ступенчатую абсорбцию, при которой свежий гранулированный активированный уголь добавляется в оконечный последующий фильтр, и частично насыщенный гранулированный активированный уголь используется в предшествующих фильтрах. В вариантах согласно настоящему изобретению, в которых загрязненный абсорбирующий материал из системы 390 регенерируется и/или реактивируется, используя систему 399 реактора биологической регенерации, частично насыщенный гранулированный активированный уголь передается в реактор биологической регенерации 302 для регенерации, и повторного использования всего или части абсорбирующего материала в зоне 360 смешения. Хотя линия 394 показана как передающая частично насыщенный абсорбирующий материал непосредственно в реактор биологической регенерации 302, специалисту в данной области понятно, что частично насыщенный абсорбирующий материал может вводиться в зону 386 скалывания абсорбирующего материала, зону 387 разделения абсорбирующего материала/биомассы, источник 393 абсорбирующего материала, зону 360 смешения, или зону 370 разделения жидкости.
В некоторых вариантах, один или несколько датчиков могут включаться в отдельные места на всем протяжении системы 350, включая систему 359 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке и систему 399 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке. Эти датчики могут использоваться с системой ручного управления и контроля или с автоматической системой управления для реализации соответствующей модификации процесса в системе очистки сточных вод с программируемым логическим контроллером. В одном варианте, система 350 (или система 359 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке и система 399 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком
потоке) включает контроллер 305, который может представлять собой любую подходящую программируемую или специализированную компьютерную схему, программируемый логический контроллер, или схему распределенного управления. Концентрацию определенных органических и/или неорганических соединений можно отслеживать и измерять с помощью датчика или датчиков в системе соединения по жидкой среде со стоком 312 или в стоке из выпускного отверстия 308 реактора 302 биологической регенерации, как показано штрихпунктирной линией, соединяющей контроллер 305 и линию стока 312, и линию промежуточного стока между выпускным отверстием 308 и впускным отверстием 310. В другом варианте, концентрацию летучих органических веществ или другие свойства или характеристики систем можно измерять у одного или нескольких входных отверстий 301, 351, или 310. В других вариантах, концентрацию некоторых органических и/или неорганических соединений можно отслеживать и измерять с помощью датчика или датчиков в соединении по текучей среде со стоком 371 из зоны 370 разделения осадка абсорбирующего материала и жидкости, как показано штрихпунктирной линией, соединяющей контроллер 305 и линию стока 371. Датчики, известные специалистам в области устройств управления технологическим процессом, могут включать такое устройство на базе лазерно-индуцированной флуоресценции или любой другой датчик, подходящий для мониторинга на месте, в режиме реального времени, концентрации органических или неорганических соединений в стоке или других свойств или характеристик системы. Датчики, которые можно использовать, включают погружаемые датчики для использования в измерениях эмульгированного масла, которые используют ультрафиолетовую флуоресценцию для обнаружения, такие как датчики enviroFlu-HC, предлагаемые компанией TriOS Op tical
Sensors (Ольденбург, Германия). Датчики могут включать линзы, покрытые или обработанные другим способом, для предотвращения или ограничения количества загрязнений или пленки, возникающей на линзах. Когда один или несколько датчиков в системе подают сигнал, что концентрация одного или нескольких органических и/или неорганических соединений превышает заданную концентрацию, система управления может осуществлять ответные действия, такие как соответствующие действия обратной связи или упреждающие действия, включая, помимо прочего, удаление адсорбирующего материала через выпускной канал 316 отходов (как показано пунктирной линией, связывающей контроллер 305 и клапан, связанный с выпускным каналом 316 отходов); удаление возвращенного активированного ила через канализационную линию 318 (как показано пунктирной линией связи между контроллером 305 и клапаном, связанным с выпускным каналом 318 отходов); добавление нового или регенерированного абсорбирующего материала с помощью источника 393 адсорбирующего материала, или в одном из других мест (как показано пунктирной линией связи между контроллером 305 и клапаном, связанным с источником 393 адсорбирующего материала), добавление другого типа адсорбирующего материала; изменение времени гидравлического задержания; изменение биологических характеристик, таких как обычный источник углерода для микроорганизмов, или добавление фосфора, азота и/или химических веществ, регулирующих уровень рН, и/или иные изменения, как описано выше, или которые будут очевидны для обычных специалистов в данной области.
В других вариантах состояние суспензии, содержащей абсорбирующий материал, можно отслеживать с помощью одного или нескольких датчиков (показанных на ФИГ. 3 в виде затененного круга), таких как оптические датчики и/или датчики,
использующие ультрафиолетовую флуоресценцию. Например, один или несколько датчиков могут быть связаны с истекающим потоком 372 адсорбирующего материала, как показано штрихпунктирной линией, связывающей контроллер 305 и поток 372, для измерения концентрации одного или нескольких соединений в потоке, и/или для определения качества абсорбирующего материала в суспензии. Кроме того, один или несколько датчиков могут быть связаны с истекающим потоком абсорбирующего материала из реактора биологической регенерации, как показано штрихпунктирной линией, связывающей контроллер 305 и линию между реактором биологической регенерации и зоной 386 скалывания абсорбирующего материала, и/или одним или несколькими датчиками, которые могут быть связаны с рециркуляционной линией 389 абсорбирующего материала, как показано штрихпунктирной линией, соединяющей контроллер 305 и рециркуляционную линию 389. В случае, когда на основе информации из одного или нескольких из этих датчиков и/или других датчиков или источника информации, определено, что адсорбирующий материал снижает адсорбционную способность, может выполняться соответствующее действие обратной связи или упреждающее действие.
Далее, со ссылками на ФИГ. 4, схематично показана система 454 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, аналогичная системе 354, показанной на ФИГ. 3. В системе 454, предусмотрена зона 470 разделения осадка адсорбирующего материала и жидкости, которая может представлять собой одну или несколько центрифуг, гидроциклонов, осветлителей, фильтров различных типов, или других подходящих разделительных устройств. В зоне 470 разделения осадка адсорбирующего материала и жидкости отделяется жидкость от потока 461 смеси,
содержащего сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ и абсорбирующий материал из зоны 460 смешения.
В некоторых вариантах системы 454, скорость потока в системе 459 адсорбирующего материала с интенсивным потоком регулируется для обеспечения достаточной продолжительности обработки, чтобы обеспечить требуемый уровень загрязняющих веществ из потока 451 для абсорбции на абсорбирующем материале, таком как гранулированный активированный уголь, и выпуск потока 471, отвечающего обязательному уровню качества для сточного сброса, или при уровнях загрязняющих веществ, достаточно низких, чтобы подвергаться обычной очистке в дополнительной системе 490 третичной обработки. Другие аспекты системы 454 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, по сути, такие же, как описано для системы 354, и аналогичные ссылочные номера использованы на ФИГ. 4 для представления аналогичных или эквивалентных компонентов.
По ФИГ. 5, система 554 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, показанная схематично, аналогична системе 454, показанной на ФИГ. 4, где система 599 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке включает систему биологического реактора, отличающуюся от мембранной системы управления. В частности, система 599 реактора биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке включает реактор биологической регенерации 502, зону 586 скалывания адсорбирующего материала, зону 587 разделения адсорбирующего материала/биомассы, и устройство 595 осветления/осаждения, например, устройство разделения твердых частиц. Устройство 595 осветления/осаждения может представлять собой устройство осветления, устройство
осаждения или устройство, выполняющее как осветление, так и осаждение. Система действует по принципу, аналогичному системе 354, но без мембранной системы управления 304. Предпочтительнее для удаления биомассы и любых других твердых частиц в иловой смеси использовать устройство 595 осветления/осаждения. В частности, устройство 595 осветления/осаждения обеспечивает осаждение активированного ила, и его возврат в биологический реактор 502 по линии 514 возврата активированного ила. Осветленная жидкость пропускается как сток 512. Резервуар 595 осветления/осаждения можно заменить любой из систем, описанных со ссылками на ФИГ. 3, 4 и/или 6. Другие аспекты системы 554 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, по сути, такие же, как описано для системы 354, и аналогичные ссылочные номера использованы на ФИГ. 5 для представления аналогичных или эквивалентных компонентов.
По ФИГ. 6, система 654 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, изображенная схематически, аналогична системе 354, показанной на ФИГ. 3, в которой система 659 очистки адсорбирующего материала при интенсивном потоке представляет собой объединенную единичную операцию смешения/осаждения. Например, в некоторых вариантах, система 659 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке может включать фильтр непрерывной обратной промывки или систему непрерывной регенерирующей фильтрации для фильтра со скорлупой грецких орехов непрерывной регенерации (без наполнителя скорлупы грецких орехов), например, типа, предлагаемого компанией Siemens Water Technologies. Абсорбирующий материал удаляется как сток 672, и сток 671 представляет собой сточные воды, содержащие абсорбированные ими загрязняющие вещества. В некоторых вариантах, система
непрерывной регенерации также может выполнять функции отгонки, в сочетании с зоной 686 скалывания абсорбирующего материала, и зоной 687 разделения абсорбирующего материала/биомассы, или альтернативно им. Следуем отметить, что в таких вариантах, зона разделения абсорбирующего материала/биомассы предусмотрена ниже по течению от системы 659 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке, с непрерывной обратной промывкой. В еще одном варианте, система 659 очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке включает аппарат фильтрации адсорбирующего материала, такой как обычный третичный угольный фильтр, в котором очищаемая вода выпускается как поток 671, и частично насыщенный абсорбирующий материал 672, вместо обычной обработки для регенерации горячим воздухом или паром, например, регенерируется, используя систему 699 для биологической очистки абсорбированных загрязняющих веществ, который действует по принципу, аналогичному описанному со ссылками на ФИГ. 3, и регенерированный адсорбирующий материал 688 вводится в третичный угольный фильтр, включенный в систему 659 адсорбирующего материала при интенсивном потоке. Другие аспекты системы 654 очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, по сути, такие же, как описано для системы 354, и аналогичные ссылочные номера использованы на ФИГ. 6 для представления аналогичных или эквивалентных компонентов.
В других вариантах настоящего изобретения, источник сточных вод, очищенных с помощью системы очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке, объединенной с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке, согласно настоящему изобретению, может быть от системы, очищающей первичные твердые частицы, включающие часть химических
соединений, обуславливающих биологическую потребность в кислороде (BOD5), облучением. В частности, согласно ФИГ. 7, система 700 показана для очистки приточного потока 701 сточных вод, содержащего взвешенные органические твердые частицы, растворенные органические твердые частицы, и, как вариант, другие загрязняющие вещества, такие как неорганические. Приточный поток 701 сточных вод вводится в первичную систему 753 разделения, такую как зона осаждения, которая обеспечивает для биологических твердых частиц осаждение, осветление, центрифугирование, фильтрование, грубую фильтрацию, фильтрование ленточным пресс-фильтром, вихревую сепарацию, обработку во флотационных камерах, или других системах удаления твердых частиц. В системе 753 первичного разделения, твердые частицы и часть материала легко разлагаемых химических соединений, обуславливающих биологическую потребность в кислороде (BOD5), выделяется из потока сточных вод.
Типичная система первичной очистки обычно способна понизить концентрацию химических соединений, обуславливающих биологическую потребность в кислороде (BOD5) от 40% до 50%, и понизить общую концентрацию взвешенных твердых частиц от 60% до 70%. Твердые частицы, удаленные на этой стадии, обычно являются наиболее медленно биологически разлагаемыми взвешенными твердыми частицами, а сток обычно является смесью более летучих, легче поддающихся очистке соединений, присутствующих в обеззараженных сточных водах. Для обеспечения большей эффективности удаления нерастворимых загрязняющих веществ в неочищенных сточных водах могут также использоваться дополнительные единичные операции. Например, может использоваться одна или несколько установок центрифуг, установок осаждения, или установок флотации (например, растворенного воздуха, флотации всасываемого
воздуха). В других вариантах дополнительные единичные операции могут включать добавку соответствующих химических соединений для очистки, чтобы удалить, по меньшей мере, часть менее плотных твердых частиц, присутствующих в неочищенных сточных водах.
В некоторых вариантах, водная фаза, обычно включающая растворение загрязняющих веществ и меньшей части взвешенных твердых частиц, может выпускаться как сток сточных вод, содержащих определенный уровень биологически неустойчивых соединений или сток 751 сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, затем очищаемых ниже по течению системой 754 очистки сточных вод, которая действует, например, по принципу, аналогичному одной или нескольким системам 354, 454, 554 или 654, описанным ранее. Сток 712 выпускается таким, что, в основном, пригоден для повторного использования, в качестве технической воды, ирригации, или сброса без ущерба для окружающей среды. Неочищенные биологические твердые частицы выделяются из системы 753 первичной обработки как истекающий поток 774 стока твердых частиц, обычно содержащих унесенные жидкости, и пропускается, например, используя канализационный насос отбросов или винтовой насос кавитационного типа (не показан), подходящий для обращения с жидкостями, насыщенными твердыми частицами и суспензиями, в зону 775 гомогенизации, в которой твердые частицы гомогенизируются с помощью подходящего механического аппарата, такого как одна или несколько дробилок и/или шредеров. Зона 775 гомогенизации обеспечивает, чтобы никакие компактные комья твердых частиц не вводились в зону 777 облучения/дезинфекции ниже по течению, таким образом, гарантируя максимальный уровень дезинфекции.
Неочищенные гомогенизированные твердые частицы 776, обычно в виде суспензии, перекачиваются в зону 777 облучения/дезинфекции, в которой твердые частицы дезинфицируются, используя, например, бета-лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи или облучение пучком электронов, для достижения требований к дезинфекции биологических твердых частиц класса А или В Национального Агентства по защите окружающей среды США, или обязательных требований к дезинфекции суспензии по другим нормам. Дезинфицированные твердые частицы 778 могут таким образом сбрасываться без ущерба для окружающей среды.
На ФИГ. 8 показан другой вариант системы очистки сточных вод, включающий облучение первичных твердых частиц, которые смешаны с инертным материалом, для обеспечения их повторного использования в качестве заменителя почвы или для другого применения. В частности, система 800 аналогична системе 700, с дополнительной операцией в зоне 763 смешения, в которой дезинфицированные твердые частицы 778 смешиваются с инертным наполнителем 762, таким как песок, глина, и/или другим подходящим наполнителем, для получения продукта 764, который может использоваться как почва, компост, или удобрение. Система 800 включающая создание продукта 764, особенно полезна для очистки сточных вод, содержащих твердые частицы, не имеющие токсических органических или неорганических соединений.
Как вариант, в системе 700 или 800 может предусматриваться зона обезвоживания. Однако, в системе 800, излишняя вода может абсорбироваться песком или другим инертным материалом, смешанным с дезинфицированными первичными твердыми частицами.
В некоторых вариантах, приток сточных вод 701 содержит высокую концентрацию металлов, других неорганических веществ или токсических органических веществ. Соответственно, даже при дезинфекции до соответствующих уровней, смесь дезинфицированных биологических твердых частиц и наполнителя не пригодна в качестве почвы, компоста или удобрения. Однако, можно достичь преимуществ для основных капитальных затрат, энергии и размеров, даже в вариантах, в которых дезинфицированные материалы сбрасываются в захоронения, например, после сушки и/или смешивания с подходящим инертным материалом.
В некоторых вариантах настоящего изобретения система конфигурируется как переносная система, например, монтируемая на салазках, в кузове автомобиля, трейлере и т. д. Подвижность дает возможность производить и отгружать систему третичной обработки как систему "под ключ". Переносная или монтируемая на салазках система облегчает предоставление системы третичной очистки по требованию, например, в ситуациях, в которых системы третичной очистки находятся в действии, ремонтируются или монтируются. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, некоторые объекты, которые обрабатываются химическими веществами в течение короткого периода времени, и создают особенно трудно очищаемый поток сточных вод, могут использовать выгоды от применения переносных или смонтированных на салазках систем. Может предусматриваться арматура трубопроводов, которая адаптирована для подгонки к стандартной арматуре и входным отверстиям в существующих установках очистки сточных вод для удобной и быстрой установки систем по изобретению.
Система и способ по настоящему изобретению позволяют избежать проблем предшествующей техники, связанных и очисткой сточных вод с низким содержанием
загрязняющих веществ, путем пропускания сточных вод, которые уже подвергнуты вторичной очистке, например, сток из вторичной системы, через зону смешения абсорбирующего материала, где глубоко перемешиваются абсорбирующий материал и вторичные стоки. Следует иметь в виду, что вторичные стоки, в точке пропускания в зону смешения абсорбирующего материала, имеют практически все твердые частицы и, следовательно, большая часть компонентов химических соединений, обуславливающих высокую биологическую потребность в кислороде (BOD5), удалена. Таким образом, вторичные стоки не подходят для биологического окисления в традиционной системе биологической очистки, поскольку сточные воды имеют слишком малый напор, содержат стойкие к биологическому разложению соединения, содержат биологически ингибирующие соединения, содержат неорганические соединения, или их сочетания, которые не могут биологически окисляться, или требуют намного большей продолжительности обработки, чем обычно достижимо при биологическом окислении. Обычно для доочистки этого потока, который больше невозможно очистить способом обычного биологического окисления, используется более энергоемкая система третичной очистки, такая как абсорбционные фильтры с гранулированным активированным углем или другая система третичной очистки.
Система очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, обеспечивает концентрацию загрязняющих веществ на угле, и обеспечивает очистку сточных вод с низким напором или сточных вод с соединениями, трудно поддающимися биологическому разложению, включая биологически ингибирующие и/или стойкие к биологическому разложению соединения.
Кроме того, могут абсорбироваться неорганические соединения, присутствующие в сточных водах с низким содержанием загрязняющих веществ.
Система очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ согласно настоящему изобретению является менее затратной, альтернативой способу, используемому в настоящее время, поскольку в ней используется биологическое окисление - обычно менее затратная технология удаления, доступная для очистки сточных вод. Абсорбционные колонны активированного угля обычно очень дороги для управления и требуют очень энергоемкой технологии для регенерации угля, обычно основанной на прокаливании для регенерации гранулированного активированного угля. Применение системы третичной очистки, согласно настоящему изобретению, в качестве замены или дополнения к колонне активированного угля может обеспечить существенную экономию энергии. В результате, можно заработать квоты на выброс углерода для уменьшения содержания двуокиси углерода, связанного с уменьшением потребления энергии.
Требования к объемной вместимости для различных операций в пределах системы очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, могут быть существенно меньше, чем у обычного мембранного биологического реактора, используемого для очистки того же объема сточных вод, и существенно меньше, чем у обычной системы очистки канализационных вод, не использующей мембраны.
Использование системы очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, обеспечивает очистку сточных вод с относительно низким напором, по существу, только растворенных
загрязняющих веществ и малых количеств унесенных твердых частиц в сточных водах, и до сих пор приводит к стоку, имеющему очень низкое содержание очень трудно очищаемых (стойких к биологическому разложению соединения) или простых органических соединений, которые вначале присутствовали в сточных водах. Следует отметить, что некоторые предпочтительные варианты описаны в связи с очисткой сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, и называются "системы очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ". Кроме того, для специалиста в данной области очевидно то преимущество настоящего изобретения, что система очистки сточных вод согласно настоящему изобретению может, по преимуществу, применяться для очистки сточных вод, имеющих определенный уровень биологически неустойчивых соединений, а также соединений, полностью устойчивых к биологическому разложению, биологически ингибирующих соединений, и/или стойких к биологическому разложению соединений, или их сочетаний. Например, растворенные биологически неустойчивые соединения могут абсорбироваться на абсорбирующем материале вместе с соединениями, полностью устойчивыми к биологическому разложению, биологически ингибирующими соединениями, и/или стойкими к биологическому разложению соединениями, или их сочетаниями, и пропускаться в систему реактора биологической регенерации абсорбирующего материала, описываемого здесь. Биологически неустойчивые соединения могут служить пищей сами по себе или в сочетании с вторичным источником питания для поддержки микроорганизмов.
Полезные адсорбирующие материалы для настоящего изобретения включают в себя различные типы угля, такие как активированный уголь. В частности, гранулированные активированные угли очень эффективны, поскольку могут быть
выбраны диапазон по размерам и плотности гранул, позволяющие удерживать их в заранее определенной части системы, и, таким образом, в значительной степени предотвратить засорение и абразивное истирание мембран за их счет.
В системах, где гранулированный активированный уголь не подвергается воздействию существенных сдвигающих сил и/или столкновениям между гранулами, гранулированный активированный уголь может производиться из дерева, кокоса, тростника, опилок, торфа, отходов целлюлозного завода или из других материалов на основе целлюлозы. Одним из подходящих примеров является MeadWestvaco Nuchar(r) WV В с номинальным размером соответствующим отверстиям сита 14x35 (на основе системы стандартных сит США).
В дополнительных вариантах изобретения, в частности, в тех, где сдвигающее действие обеспечивается за счет турбулентности и/или столкновений между гранулами в насосе и/или в струйном сопле, желательно использование адсорбирующего материала (материалов), имеющего более высокую твердость. Например, эффективны гранулированные активированные угли, полученные из битума или каменного угля. В конкретном варианте изобретения гранулированный активированный уголь получен из бурого угля.
Также могут применяться материалы из угля, которые изменяются за счет способа очистки и/или разновидности, что обеспечивает сродство с определенными химическими веществами и/или металлами в сточных водах. Например, в сточных водах, имеющих относительно высокий уровень ртути, по меньшей мере, часть адсорбирующего материала преимущественно включает в себя гранулированный активированный уголь, пропитанный иодидом калия или серой. Для воздействия на конкретные металлы и другие
неорганические химические соединения и/или органические химические соединения можно применять другие виды очистки и/или пропитанные вещества.
Кроме того, адсорбентом может быть материал отличный от активированного угля. Например, химические соединения на основе железа или синтетические смолы могут использоваться как адсорбирующие материалы отдельно или в сочетании с другими адсорбирующими материалами, например, в сочетании с гранулированным активированным углем. Также могут использоваться очищенные адсорбирующие материалы отличные от активированного угля, который предназначен для определенных металлов, других неорганических химических соединений или органических химических соединений. Например, в сточных водах, имеющих относительно высокие уровни железа и/или марганца, по меньшей мере, часть адсорбента может включать в себя гранулированный фильтрующий материал диоксида марганца. В сточных водах, содержащих мышьяк, по меньшей мере, часть адсорбента может включать в себя гранулированные композиты оксида железа. В сточных водах, содержащих свинец или тяжелые металлы, по меньшей мере, часть адсорбента может включать в себя гранулированные композиты алюмосиликата.
В одном из вариантов изобретения адсорбирующий материал может быть выбран на основе желательного удельного веса. Для удерживания адсорбирующего материала в суспензии внутри приемлемых диапазонов потребления энергии/ затрат, желательны диапазоны удельных весов относительно близкие к удельным весам сточных вод. С другой стороны, в вариантах изобретения, где разделение основывается, по меньшей мере, частично, на осаждении материала, приемлемы более высокие удельные веса. В общем случае, предпочтителен удельный вес больше, чем приблизительно 1,05 в
воде при 20°С. В некоторых вариантах изобретения предпочтителен удельный вес больше, чем приблизительно 1,10 в воде при 20°С. Приемлемый верхний предел для удельного веса в некоторых вариантах изобретения составляет приблизительно 2,65 в воде при 20°С.
Поэтому выбирается адсорбирующий материал, имеющий конкретный диапазон удельного веса, обеспечивающий достаточное суспендирование и, следовательно, достаточный контакт со сточными водами и их загрязняющими веществами. Кроме того, в некоторых вариантах изобретения конкретный диапазон удельного веса обеспечивает характеристики осаждения достаточные для последующего удаления адсорбирующего материала из сточных вод. В последующих вариантах изобретения выбор удельного веса адсорбирующего материала основывается на минимизации энергии необходимой для удерживания адсорбирующего материала в суспензии.
Кроме того, желательный адсорбирующий материал, такой как гранулированный активированный уголь, имеет уровень твердости, который минимизирует образование мелких частиц и других макрочастиц за счет столкновений между гранулами и других эффектов, имеющих место в способе очистки.
Размер адсорбирующего материала, который должна в соответствии с расчетами задерживать подсистема разделения и, таким образом, препятствовать его прохождению в мембранную систему управления, оптимизируется, чтобы довести до минимума количество адсорбирующего материала и мелких частиц, поступающих в мембранную систему управления. Поэтому в варианте, в котором аппарат разделения твердых частиц представляет собой мембранную систему управления, абразивный износ и засорение за счет гранул угля или других гранулированных материалов сталкивающихся с
мембраной, минимизирован, сохраняя при этом эксплуатационные преимущества, связанные с использованием адсорбирующих материалов, включая активированный уголь.
Для дополнения выбранных способов фильтрации/разделения и потребностей конкретных очищаемых сточных вод выбираются соответствующие размеры адсорбирующего материала. В некоторых предпочтительных вариантах изобретения нижний предел эффективных размеров гранулы адсорбирующего материала выбирается таким образом, что она может быть легко отделена от потока иловой смеси, поступающего в резервуар (резервуары) мембранной системы управления, в котором расположены мембраны. В общем случае, эффективный размер гранулы адсорбирующего материала имеет нижний предел равный приблизительно 0,3 миллиметра, где больше, чем приблизительно 99,5 весовых процентов адсорбирующего материала находится выше нижнего предела, преимущественно имея нижний предел размера приблизительно равный 0,3 миллиметра и верхний предел приблизительно равный 2,4 миллиметра (что соответствует размерам отверстий сита от 50 до 8 на основе системы стандартных сит США). При этом больше, чем 99,5 весовых процентов адсорбирующего материала находится внутри нижнего и верхнего пределов. В некоторых предпочтительных вариантах изобретения пределы размера составляют от приблизительно 0,3 миллиметра до приблизительно 1,4 миллиметра (что соответствует размерам отверстий сита от 50 до 14 на основе системы стандартных сит США), где больше чем 99,5 весовых процентов адсорбирующего материала находится внутри нижнего и верхнего пределов.
Использование абсорбирующего материала для абсорбции соединений, полностью устойчивых к биологическому разложению, биологически ингибирующих
соединений, и/или стойких к биологическому разложению соединений, или их сочетаний, обеспечивает возможность обработки при более высокой скорости потока сточных вод, чем в традиционных системах, поскольку организмы, биологически разлагающие органические соединения, не будут ограничены продолжительностью обработки гидравлики, как в традиционных системах. Биологически ингибирующие соединения, и/или некоторые стойкие к биологическому разложению соединения остаются на абсорбирующем материале в течение продолжительного времени, и таким образом, многократно умножается продолжительности обработки гидравлики микроорганизмами для разложения. Это позволяет заметно уменьшить установку для очистки потока сточных вод, чем требовалось бы без добавления абсорбирующего материала.
Использование системы очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, а не традиционной системы или традиционной системы с добавкой порошкообразного активированного угля, устраняет проблемы, связанные с осаждением твердых частиц, что происходило бы в традиционной системе при высокой скорости потока, в которой не используется мембрана для отделения твердых частиц от стоков.
Система очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, согласно настоящему изобретению, может быть модифицирована для очистки определенных загрязняющих веществ, которые могут присутствовать в отдельных сточных водах, путем использования абсорбирующего материала, специально обработанного для селективной абсорбции отдельных загрязняющих веществ, о которых идет речь. Например, гранулированный активированный уголь или другой абсорбирующий материал, который специально обработан для абсорбции металлов,
может использоваться для сточных вод с высоким содержанием металлов. Растворенные металлы могут предпочтительно абсорбироваться на обработанном гранулированном активированном угле, и могут удаляться из стоков. Периодическая замена абсорбирующего материала обеспечивает удаление металлов из системы, и поддерживает желаемый уровень адсорбционной способности.
Изобретение обеспечивает альтернативный недорогой способ по сравнению с дорогими абсорбционными колоннами активированного угля стационарной установки, или любыми другими системами третичной очистки, дорогими в эксплуатации. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается более простое, меньшее основание, недорогая в эксплуатации система очистки сточных вод, которая может настраиваться и управляться в течение короткого периода времени, и, при необходимости, может конфигурироваться как переносная система/устройство. Она может использоваться в период нештатных условий работы или в ходе событий, когда требуется установка очистки сточных вод для обработки отходов, которые обычно не очищаются.
Система и способ согласно настоящему изобретению избегает очистки всего сточного потока в дорогой системе третичной очистки. Она абсорбирует загрязняющие вещества из сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, и очищает их в системе очистки адсорбирующим материалом при сильном потоке, объединенной с реактором биологической регенерации адсорбирующего материала при низком потоке.
В прежде разработанных системах третичной очистки пытались очистить стоки от существующих установок очистки сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ с помощью дорогих систем адсорбции активированным углем, или других дорогих систем третичной очистки. Во всех из них входной поток сточных вод очищался по способу третичной очистки. Система и способ согласно настоящему
изобретению удаляет загрязняющие вещества из всего потока сточных вод путем абсорбции, а затем очищает абсорбирующий материал в системе биологической регенерации при низком потоке, что значительно дешевле при эксплуатации.
Способ и система настоящего изобретения были описаны выше и в прилагаемых чертежах; однако, изменения, что очевидно для обычного специалиста в данной области, и объем правовой охраны для изобретения определяется формулой изобретения, приведенной ниже.
Формула изобретения:
1. Способ для обработки сточных вод, включающий:
перемешивание сточных вод, содержащие загрязняющие
вещества, с адсорбирующим материалом в зоне перемешивания в течение времени, достаточного для адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод на адсорбирующем материале для получеения смеси обработанных сточных вод и адсорбирующего материала, содержащего загрязняющие адсорбированные вещества;
отделение и удаление большей части обработанных сточных вод из смеси обработанных сточных вод и адсорбирующего материала, содержащего загрязняющие адсорбированные вещества;
прохождение адсорбирующего материала, содержащего адсорбированные на нем загрязняющие вещества, и меньшей части обработанных сточных вод в реактор биологической регенерации, содержащий микроорганизмы;
удерживание адсорбирующего материала, имеющего
адсорбированные загрязняющие вещества и меньшую часть обработанных сточных вод в суспензии в реакторе биологической регенерации в течение периода времени достаточного для возможности микроорганизмам в реакторе биологической регенерации биологически воздействовать, по меньшей мере, на часть загрязняющих веществ на абсорбирующем материале для получения регенерированного адсорбирующего материала и биологически обработанных сточных вод;
выпуск биологически очищенных сточных вод из реактора биологической регенерации; и
возвращение регенерированного адсорбирующего материала в зону перемешивания.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сточные воды
включают в себя сточные воды с низким содержанием загрязняющих
веществ, то есть очищенные сточные воды, подвергавшиеся
процессу обработки сточных вод выше по течению.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сточные воды представляют собой сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ, имеющие меньшее содержание загрязняющих веществ, чем их содержание в поступающих на обработку сточных водах, которое необходимо для поддержки биологической активности в традиционном биологическом реакторе.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что дополнительно включает удаление твердых веществ из выходящих биологически обработанных сточных вод.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что твердые вещества удаляют с использованием мембранной системы управления.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что твердые вещества удаляют с использованием по меньшей мере осветлителя и отстойника.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно
включает срезание любой накопленной биомассы с регенированного
адсорбирующего материала до его возвращения в зону
перемешивания.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно
включает отделение любой накопленной биомассы от
регенерированного адсорбирующего материала до его возвращения в
зону перемешивания.
9. Система для обработки сточных вод, включающая:
зону перемешивания, включая впуск для сточных вод,
впуск для адсорбирующего материала и
выпускное отверстие; и
зону осаждения адсорбирующего материала и отделения жидкости, включающей
впуск для ила, соединенный с выпускным отверстием зоны перемешивания,
выпуск для очищенной воды, и
выпуск для загрязненного адсорбирующего материала;
систему реактора биологической регенерации адсорбирующего материала, включающую
реактор биологической регенерации, включая впуск для загрязненного адсорбирующего материала, соединенный с выпуском для загрязненного адсорбирующего материала зоны осаждения адсорбирующего материала и отделения жидкости,
выпуск для биологически очищенной воды, и
выпуск для регенерированного адсорбирующего материала, соединенный с впуском для адсорбирующего материала зоны перемешивания.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что дополнительно включает устройство отделения твердых частиц, соединенное с выпуском для биологически очищенной воды.
11. Система по п.10, отличающийся тем, что устройство отделения твердых частиц представляет собой мембранную систему управления.
12. Система по п.10, отличающаяся тем, что устройство отделения твердых частиц представляет собой по меньшей мере осветлитель и отстойник.
13. Система по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно включает зону срезания, включующую впуск, соединенный с выпуском для регенерированного адсорбирующего материал, и выпуск, соединенный с впуском для адсорбирующего материала зоны перемешивания.
14. Система по п.13, отличающаяся тем, что дополнительно включает зону разделения адсорбирующего материала/ биомассы, включющую впуск, соединенный со выпуском зоны срезания, и выпуск, соединенный с впуском для адсорбирующего материала зоны перемешивания.
15. Система по п.9, отличающийся тем, что дополнительно включает устройство для срезания и отделения биомассы от адсорбирующего материала, включая впуск, соединенный с выпуском
10.
для регенерированного адсорбирующего материала, и выпуск, соединенный с впуском для адсорбирующего материала зоны перемешивания.
16. Система по п. 9, отличающаяся тем, что реактор биологической регенерации сконструирован и скомпонован для срезания и отделения биомассы от регенерированного адсорбирующего материала.
17. Система по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно включает систему обработки сточных вод выше по течению, которая выпускает сточные воды с низким содержанием загрязняющих веществ, и где впуск для сточных вод зоны перемешивания является впуском для сточных вод с низким содержанием загрязняющих веществ, с возможностью соединения с системой обработки вверх по потоку по текучей среде.
По доверенности
106
.$AJIM> 06V± PCT/US2010/041317 01.09.2010
INTERNATIONAL SEARCH REPORT
International application No. PCT/US 10/41317
A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER IPC(8)- C02F 3/30 (2010.01) USPC- 210/605
According to Internationa] Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
B. FIELDS SEARCHED
Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols) US: 210/605
Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are included in the fields searched US: 210/623, 195,195.3. 196
Electronic data base consulted during the international search (name of data base and, where practicable, search terms used) PubWEST (PGPB, USPT, USOC, EPAB, JPAB), Google (patents. Scholar) Ion Saudi, Arabian, Siemens, water, Conner, William, Schultz, Thomas, bio$, reactor, adsorbent, material, membrane, darilier. settler, shear$, suspended, media, microorganisms.
C. DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
US 2007/0209999 A1 (SMITH et al.) 13 September 2007 (13.09.2007), para [0024]-(0026], [0029H0039], [0058]. [0068Н0073].
US 5,972,211 A (JONES) 26 October 1999 (26.10.1999); col 3, In 3-5; col 4. In 43-48. US 5,932,099 A (COTE et al.) 03 August 1999 (03.08.1999) entire document.
1-24, 27-31 25.26
25-26
1-31
I I Further documents are listed in the continuation of Box С. | [
"A"
Special categories of cited documents:
document defining the general state of the art which is not considered to be of particular relevance
earlier application or patent but published on or after the international filing date
document which may throw doubts on priority claim(s) or which is ciled to establish the publication dale of another citation or other special reason (as specified)
document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other means
"O"
"P" document published prior to the international filing date but later than the priority date claimed
"T" later document published after the international filing date or priority dale and not in conflict with the application but cited to understand the principle or theory underlying the invention
"X" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered novel or cannot be considered to involve an inventive step when the document is taken alone
"Y" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered lo involve an inventive step when the document is combined with one or more other such documents, such combination being obvious to a person skilled in the an
" &" document member of the same patent family
Date of the actual completion of the international search 18 August 2010 (18.08.2010)
Date of mailing of the international search report
0 1 SEP 2010
Name and mailing address of the ISA/US Mail Stop PCT, Attn: ISA/US, Commissioner for Patents P.O. Box 1450, Alexandria, Virginia 22313-1450
Facsimile No. 571-273-3201
Authorized officer.
PCT Helpdesk: 571-272-4300 PCT OSP: 571 -272-7774
Lee W. Young
Form PCT/1SA/2I0 (second sheet) (July 2009)
(1)
(19)
(19)
100
100
ФИГ. 1
ФИГ. 1
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 5
ФИГ. 5
|
