CN103582517A - 用于过滤和滤饼层形成的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包含理想地应该从液体中去除的物质的液体例如水的过滤。本发明尤其涉及由理想地应该被过滤掉的物质在清洗系统的原位产生的滤饼。本发明的特别优选的实施方案涉及提供活性污泥的废水的处理，该污泥包含活性污泥絮体。这些絮体在流体可渗透的支撑结构上聚集形成絮体层，其随后被压缩形成具有所需性能的过滤器。本发明也涉及在生物降解步骤期间或之前在活性污泥中通过抗絮凝絮体使废水（或包含可生物降解的物质的其它液体）适应于优化的生物降解和过滤并且随后在过滤或其它方式的生物质分离前促进再絮凝。

Description

用于过滤和滤饼层形成的方法和系统

发明领域

本发明涉及包含理想地应该从液体中去除的物质的液体例如水的过滤。本发明尤其涉及由理想地应该被过滤掉的物质在清洗系统的原位产生的滤饼。

本发明的特别优选的实施方案涉及提供活性污泥的废水处理，该污泥包含活性污泥絮体。这些絮体在流体可渗透的支撑结构上聚集形成絮体层，其随后被压缩形成具有所需性能的过滤器。

另外，本发明涉及在生物降解步骤期间或之前通过将活性污泥中的絮体抗絮凝使废水（或包含可生物降解的物质的其它液体）适应于优化的生物降解和过滤并且随后在过滤或其它方式的生物质分离前促进再絮凝。

背景技术和本发明的目标

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

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

在JP2004167393中公开了这样的废水处理系统的例子，其公开了其中通过使用安置在过滤器元件下方的扩散器使过滤器表面暴露于气泡以保持所述过滤器元件清洁的系统。

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

另一个已知的事实是在通常的MBR系统中的生物质特性，尤其是平均粒度和粒度分布，尤其限制了生物质的过滤性。因为这些性能在整个传统建立的系统中是统一的，所以它们对于不同的单元操作来说从来不是最佳的。因此本发明的另外的目的在于通过针对生物质所要经受的单元操作调节生物质絮凝状态来改进和优化废水处理工艺。

本发明的进一步的目标是提供现有技术的替代技术。特别地，提供用压缩的生物质实现膜品质过滤的新方法解决上文提到的现有技术的问题的装置、系统和方法，以及调节生物质粒度分布以使它对于废水处理工艺中的每个单元操作来说都是最佳的方法可被视为本发明的目标。

发明内容

因此，上文所描述的目标和其它的几个目标预期通过本发明的不同方面获得，其第一个方面涉及用于提供过滤器元件的滤饼、优选是在根据本发明的其它方面的系统中使用的滤饼的方法。所述滤饼通过以下提供：

·包括通过引起压力差形成朝向并通过支撑结构的污泥流动在支撑结构上聚集活性污泥絮体直到在所述支撑结构上已建立絮体层的聚集阶段（A），

·包括增加所述压力差至足以将在所述支撑结构上聚集的絮体层压缩为具有所需性能的滤饼的水平的压缩阶段（B）。

从而过滤可以以很低的成本提供并且容易处理，同时仍然提供至少比得上普通微滤或超滤的过滤。

所述滤饼的所需性能优先指能产生通常在使用微滤或超滤膜的膜生物反应器中出现的滤液品质的滤饼。

本发明的优势是大部分的流动阻力来自所述滤饼而不是过滤器支撑物，并且过滤器的所有选择性来自所述滤饼。

在本发明的许多实施方案中应用的一般概念是过滤活性污泥和/或活性污泥浮层而不是在所有现有系统中做的那些，也就是过滤混合料液。

活性污泥浮层是悬浮固体（细菌）悬浮其中的水。为了从其中有固体悬浮的液体中分离所述固体，所述概念假定沉降所述固体或使用如离心作用，然后将所述活性污泥浮层过滤通过所述滤饼。这样，所述滤饼将不再增长（或至少增长较少）并且所述滤饼将实现其去除所述反应器的流出物中的不需要的非常小的颗粒的功能。

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

优选使用的絮体、絮凝和抗絮凝含义如下：

·絮体：形成混合料液大部分悬浮固体的微生物聚合物

·絮凝：微生物聚集成活性污泥絮体的工艺

·抗絮凝：活性污泥絮体分解为碎片和/或原始颗粒（如单细胞）的工艺

优选使用的活性污泥意为液体（通常为水）和生物学絮体团（由细菌、原生动物和其它颗粒通过由细菌产生的胞外聚合物结合在一起（像胶合物）制成）的混合物。絮体和液体的混合物通常称为活性污泥，也经常称为混合料液。

优选使用的活性污泥絮体意为活性污泥的生物学絮体。

优选使用的活性污泥浮层意为在所述污泥浮层通过所述滤饼10排出前通过分离出例如包含在所述污泥中的絮体和/或其它固体成分由活性污泥的沉降、离心或通常的分离产生的水相。

根据优选的实施方案，所述方法可进一步包括在聚集阶段和压缩阶段期间，通过测量和/或计算通过所述支撑结构后的流体的一个或多个参数例如浊度、悬浮固体浓度、总细菌计数、总有机碳浓度、化学需氧量（COD）的测定所测量和/或计算的参数的预定义标准何时已经满足。

优选地，在聚集阶段期间的压力差为1巴（bar）以下，如0.5巴以下，乃至低于0.1巴，而压缩阶段期间的压力差在聚集阶段期间的压力差以上且在2巴以下，如1巴以下，乃至0.3巴以下。

在聚集阶段（A）期间的压力差可优选为随时间恒定或随时间增加。

优选地，在聚集阶段和/或压缩阶段期间的压力差由液体静压力提供，如通过将过滤器元件的出口安置在比所述污泥的上表面更低的水平、通过增压所述污泥和/或在所述出口提供吸力来提供。

在优选实施方案中，在聚集阶段期间的压力差和/或在压缩阶段期间的压力差由抽吸设备如由安置在所述过滤器元件出口中或下游的泵提供。

在优选实施方案中，所述支撑结构可优选为圆柱形，并且所述方法可优选包括向支撑结构进料污泥并旋转所述支撑结构以提供迫使所述污泥中的絮体朝向支撑结构的离心力。

优选地，所述聚集阶段和压缩阶段可包括以两个不同的旋转速度旋转所述支撑结构，所述压缩阶段期间的旋转速度高于所述聚集阶段期间的旋转速度。

优选地，所述滤饼的表面可通过机械操作如通过刮擦所述滤饼的表面进行修整。

有利地且优选地，所述滤饼可由存在于所述活性污泥中的絮体单独提供。可选择地或与之组合地，所述滤饼可由存在于活性污泥中的絮体和通过向所述污泥中加入促凝剂所提供的凝结的物质提供。

本发明的优选实施方案可进一步包括在所述支撑结构上的背层以便所述滤饼在所述背层的表面上形成。优选地，所述背层可以是固定的或一次性的。

所述过滤器可优选在已经在操作模式一段时间后，优选通过刮擦或其它清洁方式去除所述滤饼来更新，并且优选重新进行所述聚集阶段和压缩阶段。

第二方面，本发明优选涉及包括过滤器元件的过滤系统，所述过滤系统适合于借助穿过所述过滤器元件的压力差排出通过所述过滤器元件的活性污泥或活性污泥浮层的水。所述过滤器元件进一步包括用于排放来自所述过滤系统的水的水出口，其中

·所述过滤器元件装备有在所述过滤器元件的流体可渗透的支撑结构上提供的滤饼；所述支撑结构具有面向所述活性污泥或浮层的一个或多个表面并且包括压缩的活性污泥絮体，并且

·所述滤饼在过滤所述活性污泥或浮层前的滤饼设计阶段（A,B）被压缩。

所述支撑结构可优选定义为具有渗透性的材料，如具有网眼的网状物，其中所述渗透的孔隙直径优选在1微米到100微米的范围内。可选择地或与之组合地，所述支撑结构可以为由金属如不锈钢制作的网。优选地，所述过滤器元件或背层适于被替换。根据本发明的优选实施方案，可在所述系统中安置若干过滤器元件。

可优选提供气体的来源，所述气体优选为大气空气或氧气，用于产生穿过面向活性污泥或活性污泥浮层的所述滤饼表面的气泡流并且帮助去除沉积在所述滤饼表面的絮体和/或其它固体成分和/或其中进行刮擦或其它方式以去除沉积物。

根据本发明的优选实施方案的系统可进一步包括用于在将所述活性污泥浮层通过所述滤饼排出前，分离出包含在所述污泥中的絮体和/或其它固体成分的设备。所述絮体和/或其它固体成分的分离设备可优选包括离心机或其它重力分离或沉降设备。

在一些优选实施方案中，所述滤饼在所述支撑结构上的背层上形成。所述背层优选包括具有允许滤液通过同时允许滤饼积聚（build-up）的孔径的纸、网或类似物。

优选地，已经在操作模式一段时间后的过滤器可以通过刮擦或其它清洗方式去除滤饼来更新，并且可优选重新进行滤饼设计阶段。

第三方面，本发明涉及过滤活性污泥或活性污泥浮层的方法，所述方法使用根据本发明第一方面的过滤系统，并且包括：

·优选通过根据本发明第一方面的方法供给滤饼

·将活性污泥或浮层过滤通过所述滤饼

·去除滤饼。

优选地，在滤饼供给和去除期间，没有污泥或活性污泥浮层被排到外环境。在所述滤饼供给和去除期间，流过所述过滤器元件的污泥可优选再循环到所述过滤系统。

通常地并且优选地，所述滤饼，一旦失去了其过滤性能，将可以作为过剩的活性污泥从所述系统中排出。

第四方面，本发明涉及处理活性污泥的方法，所述方法包括：

·通过将气体例如大气空气或氧气引入活性污泥来将所述活性污泥曝气，

·通过使用根据本发明的第一方面的过滤系统来过滤所述活性污泥或其活性污泥浮层。

优选地，所述气体作为分子氧、气泡或其组合引入。

第五方面，本发明涉及处理包含可生物降解物质的废水或其它液体的方法，所述方法包括以下步骤：

·在生物降解步骤之前和/或期间抗絮凝活性污泥中的絮体

·促进例如允许所述抗絮凝的絮体的再絮凝，以及

·在活性污泥浮层过滤前从所述处理过的水中分离所述絮体。

·过滤所述活性污泥浮层。

絮体的所述抗絮凝可优选通过向所述活性污泥施加液压剪切力例如通过流过离心泵的液体，通过搅动所述污泥诸如通过搅拌器、经过喷嘴注入污泥或其组合或者通过化学方式执行。

促进所述抗絮凝的絮体的再絮凝可优选由截留期间提供，优选包括使污泥通过絮凝期间所述污泥包含于其中的保留室，在所述絮凝期间污泥中的剪切力（如果有的话）不产生抗絮凝并确保需氧微生物活性提高。

在优选实施方案中，所述促进再絮凝包括或可进一步包括曝气、基质（废水或外部基质）的添加和/或化学絮凝剂加药。

过滤可优选通过借助于穿过过滤器的压强梯度通过将活性污泥进料通过过滤器来提供，并且所述过滤器优选为根据本发明的第一方面提供的滤饼。

在本发明中涉及的各个步骤可优选作为连贯的步骤实行。但是，常常优选通过例如在其中进行生物降解的反应器诸如小室（chamber）中引入如抗絮凝来同时实行抗絮凝和生物降解的步骤。

所述抗絮凝和再絮凝的优势为它不仅在MBR环境中适用，也在其它环境例如依赖于沉降而不是过滤的传统活性污泥工艺（CASP）中适用，或者通常对任何废水处理工艺应用活性污泥。因为在过滤和沉降中需要相同的污泥特性（如尽可能高的絮凝水平），可将本发明在广泛的环境中应用并可能将其加装到现有的传统的活性污泥厂。

通过抗絮凝期间的平均粒度下降，已发现所述生物降解有了极大的改进。另外，当所述平均粒径更高以及粒度分布更窄时，再絮凝后的分离和过滤更容易呈现。

本发明的进一步的实施方案列于下面公开的内容中以及权利要求中。

本发明的各个方面可以各自与任何其它方面组合。本发明的这些和其它方面将参考下文描述的实施方案进行说明并且将变得显而易见。

附图简介

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

图1以图示的方式显示根据本发明的实施，

图2图示显示根据本发明的具有支撑结构的过滤器元件，

图3A为显示在滤饼设计阶段（A,B）和所述系统的过滤阶段（C）期间过滤器元件5上所施加的压力差简况的图表，所述滤饼设计阶段（A,B）通常发生在每个过滤周期的起始并且所述阶段通常构成过滤周期，

图3B以图示流程图显示聚集阶段、压缩阶段、过滤阶段和滤饼移除的周期，

图4以图示的方式显示根据本发明的另外的实施，

图5显示关于生物质分离和过滤的三种不同的操作模式，

图6A以图示的方式显示根据本发明的另外的实施，以及

图6B以图示流程图显示活性污泥的抗絮凝、废水组分的生物降解、活性污泥的再絮凝以及生物质的分离和/或过滤。

具体实施方案

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

图1以图示方式公开了废水处理系统1。所述系统1包括包括活性污泥2的隔室9。在隔室9中，适于产生并引入气泡4（或通常为氧气或空气）到所述污泥2中的曝气装置3被安置在所述隔间9的底部。

若干过滤器元件5可被安置浸没在用于让液体例如过剩的活性污泥从所述隔室9排出的出水口11区域中的I区的隔室2里面的液体中。所述出水口11的位置可以不同于图1中所公开的位置。在图1的实施方案中，仅一个过滤器元件5被安置在隔室2中。

参照图2，所述过滤器元件5中的每一个具有形成所述元件5的一个表面的一部分并由网界定以便建立流体可渗透表面的支撑结构14。表面16在所述支撑结构14的对面并且表面15不具有流体可渗透性，尽管这可能是在本发明内的选项。所述支撑结构14可包括面对活性污泥或活性污泥浮层和/或形成所述元件5的一个或多个表面的一个或多个表面。例如所述过滤器元件可以是管状的或六边形形状，具有形成其一个或多个表面的一部分的支撑结构。所述过滤器元件包括形成连接到泵8的出口7的连接件（图2）。因此所述过滤器元件5仅有的流体出口为支撑结构14和出口7并且过滤器元件5由此界定了内腔。

本发明的一个目的为去除包含在废水中的生物可降解物质。在许多优选实施方案中，这通过将废水放入废水处理设施的处理罐中来实施。在该罐中有细菌，其栖息于所述处理罐（图1的隔室9）并一直停留在那里。这些细菌形成称为絮体的聚集物。这些絮体通常称为活性污泥，也经常称为混合料液。因此，所述处理罐中的液体常称为活性污泥或混合料液，因为它包含所述细菌絮体。如果允许污泥沉降，所述絮体将沉降到容器的底部并产生两相——增厚的污泥（依然被称为活性污泥）和活性污泥浮层（其为在沉积物之上的水相）。活性污泥浮层包含处理过的水（其中细菌已经生物降解了污物）和悬浮和胶体范围内的一些小颗粒以及一些大分子。这就是旨在通过图1A的过滤元件5用根据本发明的过滤去除的。可引入离心或沉降以确保（至少在某种程度上）进行没有絮体的活性污泥浮层的过滤，否则其可导致滤饼增长超出可接受的范围。

参照图1，通过合适的抽吸设备（未显示）向隔室9供应废水。细菌存在于隔室9中并且当废水中的生物可降解材料与所述细菌接触时，发生生物降解。为实现需氧的生物降解，可通过曝气装置3将包括氧气或大气空气的气泡从靠近隔室9的底部的位置引入。通过泵12将空气进料至所述曝气装置3。除了在曝气装置3上方曝气所述液体外，气泡的引入可引起混合流。

假定包括存在于所述污泥2中的聚集的和压缩的活性污泥絮体的滤饼10（后面将详细地描述它）已经在支撑结构5上的网14上形成，那么当泵8提供通过过滤器元件5的液体流时可提供所述液体的过滤。所述过滤由滤饼10（在支撑结构14上形成）上具有足够孔隙度以允许液体（在优选实施方案中为水）通过但是阻止活性污泥浮层的活性污泥絮体和其它颗粒通过滤饼10的孔提供。

所述过滤可在滤饼10上形成生物材料的絮体积聚。为了阻止这种积聚，可借助于类似于曝气装置3的曝气装置（未显示）将气泡从支撑过滤器元件5下方位置引入。借助于泵将通常为大气空气的空气或一般气体进料至曝气装置。通过曝气装置引入的气泡将沿着滤饼10上升并且在上升期间，它们与液体和活性污泥絮体的相互作用往往限制乃至避免活性污泥絮体在由活性污泥的聚集并压缩的絮体制成的滤饼10上的积聚。

如图1中所示，优选控制所述工艺以使得如虚线13所示地在隔室9中建立两个区I区和II区。所述虚线并不表示所述隔室的物理分割而是仅仅起到表明目标可能是建立两个区I区和II区的作用。另外，在实践中，所述两个区之间的界面不锐利。在I区，由细菌降解废水的成份形成活性污泥并在II区过滤所述活性污泥或活性污泥浮层，因此活性污泥絮体停留在隔室9并且由过滤器元件5提供滤液。因此，控制在隔室9内的流动模式和截留时间以使得在所述污泥进入过滤器6的区域之前所述污泥已完成生物降解并且已经絮凝。

所述系统包括用于监测和控制所述处理工艺的若干传感器。根据要被监测的对象，以对本领域技术人员而言常规的方式选择这些传感器的实际位置。在图1中以示例性的方式显示了压力传感器29并且它们的位置可以变化。

所述系统也包括包括处理单元和存储器的控制单元（未显示），通常体现为计算机。所述控制单元具有响应于从传感器接收的信号而被执行的控制所述系统例如尤其是所述系统的各种泵和阀门的指令。

在许多情况下，为取得最优的降解条件，隔室9中的污泥的温度应该在一定的范围之内。因此，在隔室9中安置一个或多个温度传感器。如果传感器检测到所述污泥的温度是低的，那么可以通过合适的方法通过加热加入隔室9的废水和/或通过加热存在于所述隔室的液体来进行加热。万一温度变得过高，可以采用类似的措施。

通过出口7离开所述过滤器元件5的液体（滤液）的品质可以不同的方式进行测定。通常，当要监测所述滤液的品质时考虑所述浊度并且将浊度传感器安置在所述出口7中。另一个的监测参数可能为总有机碳浓度（TOC）、总细菌计数、悬浮固体浓度（SS）或化学需氧量（COD）。

通常将氧传感器安置在所述隔室之内以测定活性污泥中的氧含量。如果所述氧含量不在优选的范围之内，通过适当操作泵12，所述曝气装置响应于氧含量与优选范围不符引入或多或少的氧气。

应用一个或多个压力传感器以测定穿过支撑结构14和滤饼10的压力差。已发现，穿过所述支撑结构14和滤饼10的压力差应该为1巴以下，并且在图1所示的实施方案中，当假定隔室9中恒定的水柱高度通过泵8设定压力差或者控制例如废水的加入和液体通过的出口11以获得这个。

将来自各种传感器的输出提供给安置在系统1中的控制装置，通常为具有控制各种泵、阀门、加热设施、冷却设施等指令的计算机。虽然理论上可以测定许多控制指令，但是已发现以控制实验为基础更加实际。

如上文所述，所述支撑结构14由具有足以阻止一定大小的颗粒通过的网目尺寸的网形成。所述网目尺寸优选为大约1-100微米乘以1-100微米的量级，并且优选将所述网制成用纸、合成或天然纤维或金属生产的织造或非织造织物，例如不锈钢网。

可将背层应用于支撑结构14，并且滤饼10将在该背层上形成。这种背层可以为纸、织物、网或类似物并且在这种情况下，所述支撑结构14通常适合支撑所述背层和滤饼10并且具备不足以拦阻絮体的开口。活性污泥絮体的拦阻反而由背层执行。可使用这些不同措施的组合拦阻活性污泥絮体。

所述系统启动时或通常当支撑结构14上没有滤饼10存在时，用于提供滤饼10的滤饼设计阶段（滤饼积累阶段）开始。参照图3A，所述滤饼设计阶段包括从时间t₁到t₂的聚集阶段A和从时间t₂到t₃的压缩阶段B。在阶段A期间，压力差相对较低，即通常大约0.01到0.1巴的量级，并且活性污泥向支撑结构14流动。在滤饼设计阶段的最开始时，尺寸太大以至于不能通过支撑结构14上的开口或背层的活性污泥絮体或其它颗粒被支撑结构14或背层拦阻并粘在网状物上。

至少在聚集阶段A期间，具有允许它们通过网状物或者还没有充分设计的滤饼10的尺寸的活性污泥絮体通过过滤器元件5并且为了避免这些絮体向环境排放，通常将通过过滤器元件5的流体回收到隔室9。

一旦絮体已经开始被拦阻在支撑结构14或背层上并且活性污泥流向支撑结构14，絮体的进一步聚集将在支撑结构上发生。这一进一步的聚集继续直到已达到预先设定的聚集活性污泥絮体的厚度（t=t₂）。这些发生的时间点可以以许多途径测定。一种可能的途径是监测过滤器元件5上的压力降并实验测定聚集活性污泥絮体的滤饼和压力降之间的相关性，以便一旦一定的压力降在过滤器元件5上发生便终止阶段A。在图3A中，这由阶段A的压力曲线倾斜来表示。

在阶段A结束时（t=t₂），滤饼10已经形成，但是机械上仍相当不稳定并且滤饼10的过滤特性可能仍然不如期望的那样。在压缩阶段B期间（从t₂到t₃），在过滤器元件上的压力差处于提供滤饼10的压缩的提高的水平。这种压缩所需要的压力差可以变化，但通常可处于穿过所述支撑和滤饼10测量的0.01到1巴的范围之内。所述压缩执行一定的时间，优选由实验测定，其目的是为了压缩整个滤饼10中的絮体。在阶段B结束时（t=t₃），包括聚集并压缩的活性污泥絮体的滤饼10和过滤器元件5准备好过滤并且过滤阶段C（t>t₃）开始。一旦阶段B结束，压力差降低至通常小于1巴的压力差，滤液的再循环（如果实施的话）停止，并执行如上文所公开的过滤，条件是所述滤液品质足够。

应该注意，可以用其它压力分布而不是图3A中公开的那样来进行滤饼10的设计。例如，可以用平滑的压力过渡来取代图3A中公开的压力差的逐步增加和减小并且即使在连续的阶段A和B中也可以采用不同水平的压力差实施阶段A和B的重复。当实施这样的措施时，可以实施对过滤器特性的进一步的控制。例如，通过具有相对高的压力差的很短的连续的阶段B，滤饼10的最里面的部分将获得比如果压力差较低时相对更多的压缩。

在过滤期间，也就是在参照图3A的阶段C，絮体可在滤饼10的表面聚集。这种聚集常常是不希望有的并且可以实施去除这种聚集的活性污泥絮体的方法，例如通过机械挂掉所述絮体和/或越过滤饼10的表面供给气泡。但是，已发现滤饼10可暴露于污垢。如果或当这样的污垢堵塞过滤器5时，将更换滤饼。来自所述活性污泥浮层的小颗粒聚集在滤饼10内并且这种机制是增加滤液品质的原因。值得注意的是，絮体的聚集可能具有同样的益处。

过滤器或滤饼10的更换（或通常为更新）在滤饼10去除后在t=t₄时完成，从此时开始新的设计阶段。因此，如图所示，在t=t₄时重复包括阶段A、B和C的循环。阶段A和B在数秒的时间范围内，优选地阶段A为大约20秒以及阶段B为大约15秒，而阶段C则在300秒的范围内。

值得注意的是，图3A没有公开过滤器或滤饼10更换（更新）期间所需要的时间和压力。在实际实施中，t₁’与如图3A所示的t₄不一致，因为t₁’为发生在t₄后的时间点。但是清楚起见，过滤器元件5上的压力差没有公开。在更换或更新期间，过滤器元件5上的压力差的实际演变取决于所涉及的工艺，但是在许多情况下，例如在刮掉滤饼10为所述更新工艺的一部分的情况下，压力差常常波动。此外，在此类工艺期间使压力差等于零可能是优选的。

图3B以图示流程图显示了聚集阶段、压缩阶段、过滤阶段的循环和滤饼的去除。请注意，在同一个流程图中所述图显示了两种可选方案，即混合料液的过滤和活性污泥浮层的过滤。图3A中显示的时刻同样公开于图3B中。

与使用例如聚合物或陶瓷过滤器的传统过滤相比，本发明提供了过滤器容量的再生和调整方面的优势，诸如由于由阶段B中的压力处理调整的孔隙率而提高的所述滤饼的抑制能力。在本发明中，所述滤饼容量的再生由去除滤饼10并通过上文公开的方法建立新的滤饼10提供。由于根据本发明的过滤器材料（即滤饼10）由与将从所述污泥中过滤掉的完全相同的材料制成，所以所述过滤器可以与被过滤掉的材料相同的方式进行处理。此外，用于过滤器材料的成本可以忽略。

滤饼10的去除可以由例如机械作用如刮擦或化学作用提供。机械作用为优选的，尽管一些材料可能被遗留在支撑结构14上或内。然而，支撑结构14优选由不锈钢或其它耐热或耐化学腐蚀材料制成，并且任何遗留物均可被烧掉、通过化学清洗去除和/或机械去除。

在实施方案中，在应用背层的情况下，所述背层通常与滤饼10一起去除，从而没有材料遗留在支撑结构14上或内。

尽管上文公开了在没有过滤发生的情况下滤饼10的更换至少一定程度地强加了置换阶段，但是所述系统可适合于提供连续的过滤。这可以由例如具有若干过滤器元件5并依次更换一个或多个（但不是所有）过滤器元件5提供。

参照图4公开了本发明的进一步的实施。将废水引入包括活性污泥的隔室24。在该实施中，所述系统包括预过滤设备26，例如以旋风分离器26的形式。在被曝气装置3曝气并且生物降解已在隔室24发生后的活性污泥被送入所述旋风分离器26。在此旋风分离中，分离活性污泥絮体从而细菌以及一定密度或大小的固体物质被分离并在所述旋风分离器26的底部作为RAS离开所述旋风分离器26以及通过连接件27再循环到所述隔室24。其余的流体（为活性污泥浮层）在上部出口28离开所述旋风分离器并被送入其中设置有如上文公开的过滤器元件5的隔室25中。如本文概述的进行滤饼10的设计和通过过滤器元件5的过滤，通常通过经由污泥或RAS形成滤饼10。

由26进行的预过滤可有利地与参照图6所公开的抗絮凝（见下文）组合。然而，应小心以保证适合于再絮凝发生的合适的条件。这可包括在例如预过滤设备的上游安置的再絮凝室。

此外，在如图6和4中（所述旋风分离器被称为室）公开的三个隔室之间的物理边界可通过使所述室呈现为在一个隔室中的流态（flow regime）而去除。

图5A、B和C显示了本发明的优选实施方案的三种不同的操作模式。在图5中，过滤器通过如本领域技术人员常规使用的具有连接两个角的线的长方体显示，并且滤饼10优选由存在于RAS（来自例如旋风分离器）或污泥中的活性污泥絮体单独提供。图5B和5C进一步包括用于在所述活性污泥浮层通过滤饼10排出前析出包含在所述污泥中的絮体和/或其它固体成分的设备。

图5A显示操作模式1，其中滤饼10的形成由活性污泥完成。过滤通过移动混合料液活性污泥通过滤饼10或过滤器元件5进行。

图5B显示操作模式2，其中滤饼的形成通过混合料液活性污泥完成。在过滤前（图3中的阶段C），所述污泥被分离成两部分：标记为RAS（回流活性污泥）的包含污泥的絮凝部分的一部分和标记为活性污泥浮层的包含非沉降颗粒和处理过的水一部分。为了过滤，仅活性污泥浮层移动通过过滤器元件5和滤饼10，而RAS则移回生物降解发生的区域。

图5C显示操作模式3，其中污泥被分离成RAS和活性污泥浮层并且为了形成滤饼10仅RAS移动至过滤器元件5。活性污泥浮层被移回生物降解发生的区域，或移进分离室（未显示）。为了过滤，仅活性污泥浮层移动通过过滤器元件5和滤饼10，而RAS则移回生物降解发生的区域。

可根据图6A和6B中公开的方法进行优化的生物降解。虽然已公开的优化方法可在结合前述附图所公开的处理工艺中实施，但是已发现所述优化方法同样适用于使用活性污泥的其它处理工艺。

如图6A中显示的，所述工艺在于由于颗粒增加的表面积抗絮凝促进生物降解以及絮凝成较大的絮体使得过滤更有效率。因此，所述处理工艺可包括如下连续的步骤：

·在生物降解步骤之前和/或期间，对活性污泥中的活性污泥絮体抗絮凝

·在废水中进行可生物降解材料的生物降解

·促进抗絮凝絮体的再絮凝，以及

·从所述水中分离所述絮体

值得注意的是，在广泛的上下文中，进行生物降解意指允许细菌进行生物降解。另外，抗絮凝和生物降解步骤可以同时进行。

参照图6A，所述工艺包括三个步骤，每个代表特定的处理机制（regime）。在图6A中，所述抗絮凝在抗絮凝隔室20中发生。将废水引入包含活性污泥的隔室20，并且在其中安置搅拌器23以通过向流体中引入剪切力对存在于活性污泥中的絮体进行机械诱导的抗絮凝。抗絮凝可另外或与所述搅拌器组合，由将所述污泥泵入隔室20的泵（因为这类泵也将剪切力引入流体）或用喷嘴提供。气泡通过曝气装置3引入隔室以曝气所述污泥。

在抗絮凝隔室20中一定的停留时间之后，将所述活性污泥转移至再絮凝隔室21，其中通过设法避免作用在活性污泥絮体上的剪切力来促进絮凝。所述再絮凝室21为允许污泥在其中停留足以使絮凝发生的一定的停留时间的腔室，其中所述污泥不以可能导致抗絮凝的方式受到影响。这种絮凝可以纯粹由流体和存在于其中的物质之间的自然反应驱动而发生，尽管可以将一些混合引入流体以增加絮凝速度。通常，可通过促进细菌的需氧活性例如通过一些废水或其它物质的曝气或添加或通过化学絮凝诸如通过投加絮凝剂来影响所述絮凝。为了促进絮凝，曝气装置3a存在于所述隔室21中，以将气泡（或通常为空气或氧气）引入活性污泥。另外，基质例如废水或合成碳源的添加也可优选应用于促进絮凝。

一旦已完成所述再絮凝，所述流体将被转移至过滤隔室22。该隔室包括具有如结合图1所公开的出口7的过滤器元件5（可以应用一个以上的过滤器元件5）。出口11连接到隔室20以利用泵再循环RAS（回流活性污泥）。在隔室22中，活性絮体通过过滤器元件5过滤掉并且其余的流体通过出口11离开隔室。如本文所概述的进行滤饼10的设计和通过过滤器元件5的过滤。然而，生物质絮凝状态的调整不仅可与通过过滤器的生物质截留组合，还可以使其适合于在依赖沉降罐中的生物质沉降的传统活性污泥工艺（CASP）中使用。

图6B以图示流程图的形式如结合图6A公开的显示了活性污泥的抗絮凝、废水组分的生物降解、活性污泥的再絮凝和生物质分离和/或过滤。图6B中，各个步骤的絮体的大小也在上述步骤的上方或下方图示呈现。包围抗絮凝和生物降解的虚线框为如结合图6A公开的隔室20的参考，并且意味着生物质的生物降解和抗絮凝可被合并在一个隔室。

试验结果

在下文，给出了通过如图1所示的装置获得的结果。所述结果通过将各种样品进料到隔室9中获得。

工艺参数，其中：

聚集阶段A期间的压力：0.01-0.1巴

压缩阶段B期间的压力：在聚集阶段期间的压力以上且在1巴以下

过滤阶段C期间的压力：低于阶段B期间的压力，但是通常接近于1巴

在聚集阶段A期间，滤饼高度为从1到10mm。在压缩（阶段B）后，所述高度通常为1-4（直到10mm）。

结论为：

·关于悬浮固体的大多数抑制来自所述滤饼

·通过滤饼产生的关于悬浮固体的滤液的品质堪比或超过用膜所产生的

·滤液的品质随着阶段B期间的压力水平而增加表明滤饼的可调节的选择性，其为本方法的优势

尽管本发明已结合具体的实施方案进行了描述，但是它不应该以任何方式被解释为限定到给出的实施例。本发明的范围由所附权利要求书所阐述。在所述权利要求的背景下，术语“包括（comprising）”或“包括（comprises）”不排除其他可能的元件或步骤。同样地，标记（reference）如“一（a）”或“一（an）”等的提及不应解释为不包括复数。关于附图显示的元件的标号在权利要求中的使用也不应被解释为限定本发明的范围。此外，在不同权利要求中所提及的单个特征可以可能地被有利地组合，并且在不同权利要求中提到这些特征不排除这些特征的组合是不可能的且是有利的。

Claims (27)

1.一种用于提供过滤器元件（5）的滤饼（10）、优选为在根据权利要求14-23的任一项的系统中使用的滤饼（10）以及通过所述滤饼（10）过滤活性污泥浮层的方法，其中所述滤饼通过以下提供：

·包括通过引起压力差形成朝向并通过支撑结构（14）的污泥流动在支撑结构（14）上聚集活性污泥絮体直到在所述支撑结构（14）上已建立所需的絮体层的聚集阶段（A），

·包括增加所述压力差至足以将在所述支撑结构（14）上聚集的絮体层压缩为具有所需性能的滤饼（10）的水平的压缩阶段（B），以及

·所述滤饼（10）由存在于所述活性污泥中的絮体单独提供。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述聚集阶段（A）和所述压缩阶段（B）期间，通过测量和/或计算已经通过所述支撑结构（14）后的流体的一个或多个参数例如浊度、悬浮固体浓度、总细菌计数、总有机碳浓度、化学需氧量的测定所测量的和/或计算的参数的预定义标准何时已经满足。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述聚集阶段（A）期间的压力差为1巴以下，例如0.5巴以下，或者甚至低于0.1巴，而所述压缩阶段（B）期间的压力差在所述聚集阶段（A）的压力差以上且在2巴以下，例如1巴以下，或者甚至0.3巴以下。

4.根据前述权利要求的任一项的方法，其中所述聚集阶段（A）期间的压力差为随时间恒定的或随时间增加的。

5.根据前述权利要求的任一项的方法，其中所述聚集阶段（A）和/或压缩阶段（B）期间的压力差由液体静压力差提供，例如通过将过滤器元件（5）的出口安置在比所述污泥的上表面更低的水平、通过增压所述污泥和/或在所述出口提供吸力来提供。

6.根据前述权利要求的任一项的方法，其中所述聚集阶段（A）的压力差和/或压缩阶段（B）期间的压力差由抽吸设备例如由安置在所述过滤器元件（5）出口中或下游的泵提供。

7.根据前述权利要求的任一项的方法，其中所述支撑结构（14）为圆柱形，并且所述方法包括向支撑结构进料污泥并旋转所述支撑结构（14）以提供迫使所述污泥中的絮体朝向支撑结构（14）的离心力。

8.根据权利要求7的方法，其中所述聚集阶段（A）和压缩阶段（B）包括以两个不同的旋转速度旋转所述支撑结构，所述压缩阶段（B）期间的旋转速度高于所述聚集阶段（A）期间的旋转速度。

9.根据前述权利要求的任一项的方法，其中所述滤饼（10）的表面通过机械操作如通过刮擦所述滤饼的表面进行修整。

10.根据权利要求1-9的任一项的方法，其中所述滤饼（10）由存在于所述活性污泥中的絮体和通过向所述污泥中加入促凝剂提供的凝结的物质提供。

11.根据前述权利要求的任一项的方法，进一步包括在所述支撑结构（14）上安置背层以便所述滤饼（10）在所述背层的表面形成，所述背层可以是固定的或一次性的。

12.根据前述权利要求的任一项的方法，其中在已经在操作模式（C）一段时间后的过滤器通过经由刮擦或其它清洗方式去除所述滤饼并且重新进行聚集阶段（A）和压缩阶段（B）来更新。

13.包括过滤器元件（5）的过滤系统，所述过滤系统适合于借助穿过所述过滤器元件（5）的压力差将活性污泥或活性污泥浮层通过所述过滤器元件（5）排出，所述所述过滤器元件（5）优选为长方体、片状、管状、纤维，例如以由内向外或由外向内的模式工作的，或其它任何几何体，所述过滤器元件（5）进一步包括用于排放来自所述过滤系统的水的水出口，其中

·所述过滤器元件（5）装备有在具有面向所述活性污泥或活性污泥浮层的一个或多个表面所述过滤器元件（5）的流体可渗透的支撑结构（14）上提供并且包括压缩的活性污泥絮体的滤饼，以及

·所述滤饼（10）在过滤所述活性污泥或或活性污泥浮层前的滤饼设计阶段（A,B）被压缩。

14.根据权利要求13的过滤系统，其中所述支撑结构（14）被定义为具有渗透性的材料，如具有网眼的网，其中所述渗透的孔隙直径优选在1微米到100微米的范围内。

15.根据权利要求13或14的过滤系统，其中所述支撑结构（14）为由金属例如不锈钢制成的网。

16.根据前述权利要求13-15的任一项的过滤系统，其中所述过滤器元件（5）或背层适于被替换。

17.根据前述权利要求13-16的任一项的过滤系统，其中若干过滤器元件（5）被安置在所述系统中。

18.根据前述权利要求13-17的任一项的过滤系统，其中提供气体的来源，所述气体优选为大气空气或氧气，用于产生穿过面向所述活性污泥或活性污泥浮层的所述滤饼（10）表面的气泡流并且帮助去除沉积在所述滤饼（10）表面的絮体和/或其它固体成分和/或其中进行刮擦或其它方式以去除沉积物。

19.根据前述权利要求13-18的任一项的过滤系统，其中所述系统进一步包括用于在将活性污泥浮层通过所述滤饼（10）排出前析出包含在所述污泥中的絮体和/或其它固体成分的设备（26）。

20.根据权利要求19的过滤系统，其中所述絮体和/或其它固体成分的分离的设备包括离心机或其它重力分离或沉降设备。

21.根据前述权利要求13-20的任一项的过滤系统，其中所述滤饼（10）在所述支撑结构（14）上的背层形成。

22.根据权利要求21的过滤系统，其中所述背层包括具有允许滤液通过同时允许滤饼（10）积聚的孔径的纸、网或类似物。

23.根据权利要求13-22的任一项的过滤系统，其中已经处于操作模式（C）一段时间后的过滤器可以通过刮擦或其它清洗方式去除滤饼并且可重新进行滤饼设计阶段（A、B）来更新。

24.一种过滤活性污泥的方法，所述方法使用根据前述权利要求13-23的任一项的过滤系统，并且包括：

·提供滤饼（10）

·通过所述滤饼（10）过滤活性污泥或活性污泥浮层

·去除所述滤饼。

25.根据权利要求24的方法，其中在滤饼（10）提供和去除期间，没有污泥或活性污泥浮层被排到外环境。

26.根据权利要求25的方法，其中在滤饼提供和去除期间，流过所述过滤器元件（5）的污泥被再循环到所述过滤系统。

27.根据权利要求24-26的任一项的方法，其中所述滤饼（10），一旦失去其过滤性能，将作为过剩的活性污泥从所述系统中排出。

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