CN110431114A

CN110431114A - 废水处理系统和方法

Info

Publication number: CN110431114A
Application number: CN201880018775.8A
Authority: CN
Inventors: 俄莱斯特·扎塞尔科尼; 阿尔贡·奥尔贾伊托·埃尔多安
Original assignee: Yi Hua Water Treatment Technology Co Ltd
Current assignee: Yi Hua Water Treatment Technology Co Ltd
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-11-08
Also published as: AU2018249566A1; AU2018249566B2; WO2018187639A1; ZA201906166B; EP3606880A4; CA3055995A1; EP3606880A1; US20200189948A1; US11053150B2

Abstract

用于处理废水的系统和方法，包括：接触罐，其被配置成将流入的废水与活性污泥混合以形成混合液；溶解气浮选单元，其具有入口和出口，该溶解气浮选单元的入口与接触罐的出口流体连通；以及膜生物反应器，其包括生物处理容器，该生物处理容器具有与溶解气浮选单元的出口流体连通的入口和与接触罐的入口流体连通的活性污泥出口。

Description

废水处理系统和方法

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2017年4月6日提交的标题为“WASTEWATERTREATMENT SYSTEM AND METHOD”的美国临时申请序列号62/483,328的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。

背景

本发明的方面和实施方案总体上涉及废水处理系统和工艺。

概述

根据本发明的实施方案，提供了废水处理系统。所述废水处理系统包括：接触罐，所述接触罐具有被配置成接收待处理的废水的第一入口、第二入口和出口，所述接触罐被配置成将待处理的所述废水与所述活性污泥混合以形成混合液；溶解气浮选单元(dissolved air flotation unit)，所述溶解气浮选单元具有与所述接触罐的所述出口流体连通的入口、第一出口和第二出口；以及膜生物反应器，所述膜生物反应器包括：生物处理容器(biological treatment vessel)，所述生物处理容器具有与所述溶解气浮选单元的所述第一出口流体连通的第一入口；第二入口；活性污泥出口，所述活性污泥出口与所述接触罐的所述第二入口流体连通；以及膜过滤单元，所述膜过滤单元被设置在所述生物处理容器内，所述膜过滤单元包括多于一个多孔膜和滤液出口，所述膜生物反应器被配置成生物处理来自所述溶解气浮选单元的流出物的有机组分，以形成生物处理的混合液并且过滤所述生物处理的混合液以产生滤液。

根据废水处理系统的一些方面，所述接触罐还包括与所述膜生物反应器的所述第二入口流体连通的第二出口。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器包括曝气的缺氧处理区(aerated anoxic treatment region)和需氧处理区(aerobic treatment region)。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器的所述第一入口被配置成将来自所述溶解气浮选单元的所述流出物递送至所述需氧处理区。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器的所述第二入口被配置成将来自所述接触罐的所述混合液的一部分递送至所述曝气的缺氧处理区。

根据废水处理系统的一些方面，所述需氧处理区被流体地连接至所述曝气的缺氧处理区的出口。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜过滤单元被设置在所述需氧处理区中。

根据废水处理系统的一些方面，所述废水处理系统还包括厌氧消化器(anaerobicdigester)，所述厌氧消化器具有与所述溶解气浮选单元的所述第二出口流体连通的入口、第一出口和第二出口，所述厌氧消化器被配置成厌氧消化来自所述溶解气浮选单元的悬浮物的第一部分，以形成生物气(biogas)和厌氧处理的污泥。

根据废水处理系统的一些方面，所述溶解气浮选单元的所述第二出口与所述接触罐的第三入口流体连通，所述溶解气浮选单元被配置成将所述悬浮物的第二部分递送至所述接触罐的所述第三入口。

根据废水处理系统的一些方面，所述废水处理系统被配置成利用从生物气产生的能量来操作。

根据废水处理系统的一些方面，与在不包括所述接触罐和所述溶解气浮选单元的大体上相似的废水处理系统中的膜过滤单元的多于一个多孔膜的总表面积相比，产生给定的滤液的通量的所述多于一个多孔膜的总表面积减小。

根据废水处理系统的一些方面，与不包括所述接触罐和所述溶解气浮选单元的大体上相似的废水处理系统相比，所述膜生物反应器的体积减小。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器被配置成具有小于20天的污泥保留时间。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器被配置成具有小于8天的污泥保留时间。

根据废水处理系统的一些方面，所述膜生物反应器被配置成具有约5天或更少的污泥保留时间。

根据本发明的实施方案，提供了在废水处理系统中处理废水的方法。所述方法包括将所述废水引入到包括活性污泥的接触罐中；将所述废水与所述活性污泥在所述接触罐中混合，以形成混合液；将所述混合液的第一部分引导至溶解气浮选单元；在所述溶解气浮选单元中分离所述混合液以形成溶解气浮选单元流出物和分离的生物固体；将所述溶解气浮选单元流出物引导至膜生物反应器；在所述膜生物反应器中生物处理所述溶解气浮选单元流出物，以形成生物处理的混合液；在所述膜生物反应器中过滤所述生物处理的混合液，以形成滤液和活性污泥；以及将所述活性污泥的第一部分再循环至所述接触罐。

在一些实施方案中，所述方法还包括将所述混合液的第二部分引导至所述膜生物反应器，并且用所述溶解气浮选单元流出物生物处理所述混合液的所述第二部分，以形成所述生物处理的混合液。

在一些实施方案中，所述膜生物反应器包括曝气的缺氧处理区和需氧处理区，并且所述方法还包括将来自所述溶解气浮选单元的所述流出物引导至所述需氧处理区。

在一些实施方案中，所述方法还包括将来自所述接触罐的所述混合液的一部分引导至所述曝气的缺氧处理区。

在一些实施方案中，所述方法还包括在所述需氧处理区中处理来自所述溶解气浮选单元的所述流出物，以形成生物处理的需氧混合液，并且将所述生物处理的需氧混合液引导至所述曝气的缺氧处理区。

在一些实施方案中，所述方法还包括在所述曝气的缺氧处理区中处理所述生物处理的需氧混合液，以形成所述生物处理的混合液。

在一些实施方案中，所述方法还包括在厌氧消化器中处理所述分离的生物固体的第一部分，以产生生物气和厌氧处理的污泥。

在一些实施方案中，所述方法还包括将所述分离的生物固体的第二部分再循环至所述接触罐。

在一些实施方案中，所述方法还包括从所产生的生物气中产生能量。

在一些实施方案中，所述方法还包括用所产生的能量驱动(power)所述废水处理系统的一个或更多个部件。在一些实施方案中，所产生的能量足以使所述废水处理系统能量中性操作(operate energy neutral)。

在一些实施方案中，将所述活性污泥的所述第一部分再循环至所述接触罐的结果是以下的量：与在不包括将所述活性污泥的所述第一部分再循环至所述接触罐的大体上相似的处理废水的方法中膜过滤单元的多于一个多孔膜的总表面积相比，所述量足以减少所述多于一个多孔膜的总表面积，以产生给定的滤液的通量。

在一些实施方案中，所述方法还包括将所述溶解气浮选单元流出物的一部分再循环至所述溶解气浮选单元。

在一些实施方案中，所述溶解气浮选单元流出物被生物处理持续少于20天的保留时间。

在一些实施方案中，所述溶解气浮选单元流出物被生物处理持续少于8天的保留时间。

根据本发明的另一个实施方案，提供了促进在废水处理系统中的膜生物反应器中通量增加的方法。所述方法包括将在所述废水处理系统中的溶解气浮选单元配置成在接触罐和所述膜生物反应器之间流体连通，以在进入所述膜生物反应器之前从由所述接触罐输出的混合液中去除固体；以及将来自所述膜生物反应器的活性污泥的至少一部分再循环至所述接触罐。

根据一些方面，与在没有将所述活性污泥的至少一部分再循环至所述接触罐的情况下操作的所述废水处理系统相比，将所述活性污泥的所述至少一部分再循环至所述接触罐减少了对所述膜生物反应器的固体负载。

根据一些方面，所述方法还包括将从所述溶解气浮选单元去除的固体的至少一部分再循环至所述接触罐。

根据本发明的另一个实施方案，提供了促进在具有膜生物反应器的废水处理系统中废水处理的方法。所述方法包括将所述膜生物反应器的活性污泥出口流体地连接至接触罐的入口；将废水源流体地连接至所述接触罐的所述入口；将溶解气浮选单元的入口流体地连接至所述接触罐的混合液出口；以及将溶解气浮选单元流出物出口流体地连接至所述膜生物反应器的入口。

根据一些方面，所述方法还包括将溶解气浮选单元分离的生物固体出口流体地连接至厌氧消化器的入口。

这些示例性的方面和实施方案的还有的其他方面、实施方案和优点在下面详细地讨论。此外，应理解，前述的信息和以下详细描述两者仅是各个方面和实施方案的说明性实例，并且意图提供用于理解要求保护的方面和实施方案的性质和特性的综述或框架。本文公开的实施方案可以与其他实施方案组合，并且提到“实施方案”、“实例”、“一些实施方案”、“一些实例”、“可选择的实施方案”、“多个实施方案”、“一个实施方案”、“至少一个实施方案”、“本实施方案和其他实施方案”、“某些实施方案”或类似物不一定互相排斥，并且意图指示所描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方案中。在本文中，这样的术语的出现不一定全部都指的是相同的实施方案。

附图简述

在下文中参考附图讨论至少一个实施方案的各个方面，附图不意图按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施方案的图示和进一步理解，并且附图被并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，但不意图作为任何特定的实施方案的限制的限定。附图连同说明书的剩余部分用于解释所描述的和要求保护的方面和实施方案的原理和操作。在附图中，在各个图中图示的每个相同的部件或近似相同的部件由类似的数字表示。为了清楚的目的，在每个附图中并非每个部件可以被标记。在附图中：

图1是根据本发明的实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图2是根据本发明的另一个实施方案的废水处理系统的方框流程图；

图3图示了根据本发明的实施方案的系统的中试测试(pilot test)的MLSS结果数据；以及

图4图示了根据本发明的实施方案的系统的中试测试的渗透率和通量率结果数据。

详细描述

由市政当局和工业产生的废水通常被收集并且被按路线发送到(rout to)处理设施，用于在被排放至接收水体之前去除各种物理污染物、化学污染物和生物污染物。许多公共处理设施和私人处理设施采用物理处理方法和生物处理方法两者以实现所需的处理水平。物理方法，诸如筛选、砂砾去除和物理沉淀过程，对于去除废水中较大的和较重的固体是有效的。然而，废水中较轻的、较小的固体和其他可溶性污染物阻碍了通过物理方法的去除。对于这些污染物，通常采用生物处理方法，例如悬浮生长系统(例如活性污泥、膜生物反应器(MBR))或固定膜系统(例如滴滤池(trickling filter)、移动床生物反应器(MBBR)、旋转生物导体(rotating biological conductor)(RBC))。

近年来，对从城市废水处理系统的污染物排放的监管变得更加严格。作为回应，许多市政当局已经部署了新的废水处理系统或改造了现有系统，以减少污染物排放。污染物可以具有多种形式，其中最常见的是生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体(TSS)、氨、总氮、硝酸盐、亚硝酸盐和磷。

生物处理系统，例如常规的活性污泥系统和膜生物反应器，是减少废水流入物中污染物的一种方法。生物处理系统被设计和操作以保留足够量的活性污泥(微生物)，使得在由该系统处理的水中所包含的污染物负载将被充分降低。产生的活性污泥的量与系统的固体保留时间(SRT)有关。SRT与系统中微生物所花费的时间或对于微生物繁殖可用的时间相关，并且还可以被称为平均细胞保留时间(MCRT)或污泥龄。每种微生物都具有取决于许多因素的特征再生时间(characteristic regeneration time)。如果SRT比特定生物体的再生时间长，则它将增殖。否则，它将被从系统中洗掉。最小SRT代表这样的值，特定的微生物群在低于所述值下不能在悬浮生长生物反应器中生长。因此，在各种条件下处理各种污染物所需的最小SRT取决于若干个因素，包括用于感兴趣的微生物的限制性基质(substrate)的流入物浓度和描述它们在该基质上生长的动力学参数。控制SRT的常规方法包括基于食物与微生物(F/M)的比率或混合液悬浮固体(mixed liquor suspended solid)(MLSS)浓度来调节污泥消耗率(sludge wasting rate)。

常规的活性污泥系统通过使用固体/液体分离装置例如澄清器来保留活性污泥，并且可以保持足够的SRT来处理污染物，条件是活性污泥浓度的流量和进入沉降池或澄清器的活性污泥的沉降能力(settleability)在由设计参数设定的合理限值内。这些设计参数经常取决于沉降池或澄清器的面积和活性污泥的特性。膜生物反应器系统通过使用膜过滤设备保留活性污泥，并且可以在比对于常规活性污泥系统典型的活性污泥浓度显著更高的活性污泥浓度成功地操作。

膜生物反应器(MBR)结合了膜过滤技术和活性污泥生物降解工艺用于废水的处理，并且因此提供了常规的生物处理系统和使用膜过滤的物理液-固分离的混合。常规的MBR系统实现了使用浸入式膜或外部膜来过滤来自生物反应器的活性污泥流，以产生高质量的流出物。在系统中包含膜消除了对二级澄清器的需要。与活性污泥工艺(ASP)相比，MBR系统提供了若干个优点，包括较小的占地面积(footprint)、较高的容积负载率(volumetric loading rate)、较短的水力保留时间(hydraulic retention time)(HRT)、较高的分解率、较低的污泥产率、高质量的流出物和较短的启动时间。然而，MBR系统也具有若干个缺点，包括较高的能源成本、膜结垢问题以及定期膜更换的潜在高成本。

在一些实施方案中，与常规的活性污泥工艺或常规的MBR应用相比，本文公开的设备和方法提供了关于例如资本成本和操作成本的优点。在一些实施方案中，与溶解气浮选系统结合使用的接触罐包含在进入具有膜生物反应器的废水处理系统的废水的主要流(main stream)中。接触罐与溶解气浮选装置的结合提供了生物学上增强的初级处理工艺，由此在废水进入废水处理系统的膜生物反应器部分之前从废水中去除显著量的生物需氧量(biological oxygen demand)，例如颗粒生物需氧量。与常规的膜生物反应器废水处理系统相比，这导致生物反应器的体积的减少或被送至膜生物反应器用于生物处理的生物质的减少。减少的有机负载允许系统在较低的污泥保留时间以及在较低的MLSS浓度操作。减少的有机负载(和相应的较低TSS值)还导致减少的膜结垢，这允许膜生物反应器以较小的占地面积操作并且允许膜生物反应器的膜过滤单元以较小的表面积和较高的通量率操作。此外，该系统可以在较低的通量率和较低的MLSS浓度操作，以减少能量需求或减少膜的化学清洁。减少的结垢还延长了膜的操作寿命。这些优点降低了用于整个系统的资本成本。此外，接触罐和溶解气浮选系统的使用还减少了为了实现废水的生物需氧量的氧化对于在膜生物反应器的生物处理部分中的曝气的要求，并且减少了在化学清洁循环期间使用的化学品的量或体积(由于减少的结垢)，这降低了操作成本。由处理系统的膜生物反应器部分产生的废污泥的量也被减少，这减少了将需要被处置或以其他方式另外被处理的废物的量。从接触罐和溶解气浮选系统中的废水中去除的材料可以被用于产生能量，例如，呈下游厌氧消化系统中的生物气形式的能量。与不包括接触罐和溶解气浮选系统的常规的膜生物反应器废水处理系统相比，这提供了产生的生物气的产量的增加。生物气可以被用于为废水处理系统的一个或更多个部件提供能量，并且可以为系统提供足够的能量以在能量中性状态下操作。生物气还可以被用于向外部实体或工艺提供可销售的能量。

本发明的方面和实施方案涉及用于处理废水的系统和方法。如本文中所使用的，术语“废水”包括例如城市废水、工业废水、农业废水和任何其他形式的包含不期望的污染物的待处理的液体。本发明的方面和实施方案可以用于初级废水处理、二级废水处理或两者。本发明的方面和实施方案可以从废水中去除足够的污染物以产生产物水，该产物水可以用于例如灌溉水、饮用水、冷却水、锅炉水箱水(boiler tank water)或用于其他目的。

本发明的方面和实施方案涉及包括膜生物反应器(MBR)的废水处理系统。如上文所述，MBR系统将涉及细菌的生物处理与膜分离结合以处理废水。通过膜过滤的工艺将处理的水与纯化细菌(即活性污泥)分离。

在废水处理系统中使用的MBR系统典型地被设计或被设定尺寸以递送目标渗透物输出或流出物。在浸没式膜生物反应器系统中，膜过滤器被浸没在包含待过滤的废水污泥流的开放式罐中。过滤通过在真空下经由膜吸水来实现。跨膜压力(TMP)，或横跨膜的压差，使水透过膜壁。过滤的水或渗透物典型地被转移至下游的罐、储器或接收流中。取决于MBR系统设计，未穿过膜壁的悬浮固体和其他材料可以被再循环或被排放用于另外的处理。

膜结垢是MBR系统的一个缺点，因为它显著地降低膜性能和膜使用期限，导致维护和操作成本的增加。MBR中的膜结垢可归因于MLSS中的悬浮颗粒(微生物和细胞碎片)、胶体、溶质和污泥絮状物。这些材料沉积到膜表面上和膜孔中，堵塞孔并且导致膜的渗透性的下降。MBR系统还具有比ASP长的固体保留时间(例如，大于10天)，这导致高MLSS浓度值(例如，大于10g/L)，这有助于膜结垢和降低的曝气效率(由于增加的混合液悬浮固体浓度)。

浸没的膜的表面的清洁经由通过在膜过滤器的底部的下方或在膜过滤器的底部附近递送空气流或气泡的空气冲刷(air scouring)来实现。上升的空气或气泡冲刷膜表面，以减少结垢并且保持期望的渗透速率或目标渗透速率。应用于浸没的膜的表面的空气冲刷过程的强度和/或频率可以取决于结垢的速率。高MLSS值需要高曝气速率以实现充分的清洁，并且提供这种空气冲刷所需的能量是MBR系统的总能量消耗和操作成本的重要贡献者。

参照图1，描述了根据本发明的一个或更多个实施方案构造的废水处理系统100。来自废水源105的废水通过接触罐的入口被引导至接触罐110中。在接触罐110中，废水与通过导管175从下文描述的下游膜生物反应器工艺中被再循环的活性污泥混合。根据一些实施方案，废水可以在接触罐110中与活性污泥混合，所述活性污泥否则将被浪费或者否则从废水处理系统中的一个或更多个生物工艺中被排出。在一些实施方案中，接触罐110用机械曝气器或曝气气体源153被曝气，以有助于废水和活性污泥的混合。根据各个方面，混合起将期望的量的氧气转移至接触罐的作用。曝气气体可以是含氧气体，例如空气。在包含可氧化生物材料(本文中被称为生物需氧量、或BOD)的废水中的悬浮的有机材料和溶解的有机材料，包括溶解固体，被吸收/缠绊(enmesh)/储存到接触罐中的活性污泥(例如，细胞)中，形成混合液。BOD的一部分还可以在接触罐110中被氧化。废水在接触罐110中的停留时间可以是足以使大部分的BOD被活性污泥吸收，但是不会长到发生BOD的大量氧化。在一些实施方案中，例如，进入接触罐110的BOD中的少于约30％在接触罐中被氧化。废水在接触罐中的停留时间在一些实施方案中是从约30分钟至约1小时，在一些实施方案中，从约45分钟至约1小时，并且在一些实施方案中，从约30分钟至约1小时。停留时间可以取决于诸如流入物废水的BOD的因素来调节。在接触罐110中，具有较高的BOD的废水可以需要比具有较低的BOD的废水更长时间的处理。

在接触罐中形成的混合液的混合液悬浮固体(MLSS)浓度取决于若干个变量，包括入口原废水105的性质，以及应用、操作和系统特性。根据一个实施方案，在接触罐中形成的混合液的MLSS浓度是从约400mg/L至约2500mg/L。

在接触罐110中形成的混合液的第一部分通过导管114被引导至溶解气浮选(DAF)系统120中。DAF系统120(在本文中以其他方式被称为“DAF单元”)可以包括被配置成执行如下所述的溶解气浮选操作的容器、罐或其他开放的或封闭的容器单元。DAF单元120可以用作增稠器和澄清器两者。图1图示出了单个DAF单元120，但是应当理解，多个DAF单元可以被使用并且在本公开内容的范围内。例如，根据一些实施方案，可以使用两个或更多个并行操作的DAF单元120。如果DAF单元中的一个或更多个被停止服务以用于清洁或维护，则提供多个DAF单元可以允许系统继续操作。

根据一些实施方案，DAF单元120可以包括气体入口157，或者可以以其他方式被流体地连接至气体源。例如，在进入DAF单元120之前，空气或另一种气体可以在压力下溶解在混合液中。当混合液进入DAF单元120时，压力可以被释放，导致气体从溶液中逸出并且在混合液中产生气泡。在一些实施方案中，不是将气体溶解到混合液中，而是将流体(例如，具有溶解在其中的气体(例如空气)的水)与混合液一起引入到DAF单元120中。在混合液和含气体的流体混合后，产生气泡。在DAF单元120中形成的气泡粘附至混合液中的悬浮物，导致悬浮物漂浮至DAF单元120中的液体的表面，在那里它可以通过例如撇取器(skimmer)去除。

在一些实施方案中，在引入到DAF单元120中之前或之后，混合液被定量给料有促凝剂(coagulant)，例如氯化铁或硫酸铝。促凝剂有助于混合液中的悬浮物的絮凝。

在DAF单元120中，存在于流入的混合液中的固体的至少一部分，包括来自流入的废水和来自再循环的活性污泥的固体，通过溶解气浮选工艺被去除，以产生具有比来自接触罐110的流入的混合液更低浓度的溶解的和/或悬浮的固体和/或BOD的流出物。可以存在于混合液中的任何油的至少一部分还可以在DAF单元120中被去除。在一些实施方案中，在被引入到DAF单元120中的混合液中约50％和约80％之间的悬浮固体被去除，并且约45％和约60％之间的BOD被去除。BOD的去除可以包括在混合液中的缠绊(enmeshment)和吸附和/或BOD的氧化以及反应产物例如二氧化碳和水的形成。在其他实施方案中，高达约80％的悬浮固体在DAF单元120中被去除，并且高达约60％的BOD被去除。

DAF流出物的混合液悬浮固体(MLSS)浓度取决于若干个变量，包括入口原废水105的性质和应用，以及DAF操作参数例如表面负载率、固体负载率和加压再循环率。根据一个实施方案，DAF流出物具有小于1250mg/L的混合液悬浮固体(MLSS)浓度。在另一个实施方案中，DAF流出物具有在约100mg/L和约200mg/L之间的MLSS浓度。

在DAF单元120中去除的悬浮固体可以作为废固体通过导管125被送出系统。这些废固体可以被处置，或者在一些实施方案中，可以在下游工艺，例如如下文进一步描述的需氧消化工艺或厌氧消化工艺中被处理，以产生有用的产物，例如生物气和/或可用的产物水。

来自DAF单元120的流出物通过导管124被引导至膜生物反应器(MBR)135中，膜生物反应器135可以包括生物处理容器130和被设置在生物处理容器130内的膜过滤单元160。生物处理容器130可以包括一个或更多个处理罐。曝气器装置和/或机械混合器可以被用于一个或更多个罐中，以提供氧气并且将正被处理的流体保持处于悬浮。罐可以被用于提供单独的处理条件。如下文进一步详细地讨论的，生物处理容器130的一个区域或一个区可以被配置为具有连续缺氧(continuous oxygen deficit)的曝气区域，并且生物处理容器130的第二区域或第二区可以被配置为具有连续氧盈余(continuous oxygen surplus)的曝气区域。在一些实施方案中，具有连续氧盈余的第二区域可以被定位在第一区域的下游。这两个区域可以位于同一罐中，或者位于单独的罐中。MBR的性质和功能可以类似于在美国专利第7,713,413号中描述的性质和功能，该专利出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

根据一些实施方案，在接触罐中形成的混合液的第二部分通过导管115被引导至膜生物反应器135中。在一些实施方案中，在接触罐110中形成的混合液的约一半被引导至DAF单元120中，并且在接触罐110中形成的混合液的约一半通过导管115被引导至膜生物反应器135中。在其他实施方案中，在接触罐110中形成的混合液的约三分之一和三分之二之间被引导至DAF单元120中，并且在接触罐110中形成的混合液的剩余部分通过导管115被引导至膜生物反应器130中。如与膜生物反应器135相反，被引导至DAF单元120中的混合液的量可以基于诸如混合液的浓度和混合液在接触罐110中缠绊BOD时的有效性等因素而变化。本文的讨论可以指的是在MBR 135中处理DAF流出物，但是应当理解，在MBR135中的处理也适用于来自接触罐110的、被引导至MBR 135的任何混合液。

例如，如果期望在DAF单元120中去除较大量的固体而不是较小量的固体，则当混合液具有较低的固体浓度而不是较高的固体浓度时，来自接触罐110的混合液的较大部分将被引导至DAF单元120。类似地，如果期望在DAF单元120中去除较大量的BOD而不是较小量的BOD，则当混合液在接触罐110中在缠绊BOD时具有较小的有效性而不是较大的有效性时，来自接触罐110的混合液的较大部分将被引导至DAF单元120。

生物接触罐110和DAF单元120的结合提供了生物学上增强的初级处理工艺，该工艺为MBR135提供了若干个优点，包括降低的有机负载和降低的TSS值。用于提供这样的初级处理工艺的系统的一个实例是可从Evoqua Water Technologies LLC获得的CAPTIVATOR^TM处理系统。

根据一些实施方案，在接触罐110中形成的混合液的至少一部分与来自DAF单元120的流出物结合，并且在膜生物反应器135中被处理，如下文进一步详细地讨论的。膜生物反应器系统将涉及细菌的生物处理(即，生物工艺)与膜分离(即，物理工艺)结合以处理废水。通过膜过滤的工艺将处理的水与纯化细菌(被称为活性污泥)分离。膜生物反应器典型地采用被并入到分布式流动反应器(distributed flow reactor)中的浸入式中空纤维膜组件(submerged hollow fiber membrane module)。膜过滤单元160的膜组件(在本文中还被称为“膜操作系统(MOS)”)被浸没在生物处理容器130中，并且通过施加至膜的滤液侧的抽吸来收集滤液。MBR 135可以在膜过滤器的第一侧上保留不期望的物质，例如可溶性无机化合物或有机化合物，同时允许“处理的”部分穿过膜过滤器。MBR 135被配置成生物处理或以其他方式分解来自DAF单元120的流出物的有机组分和来自接触罐110的混合液的有机组分，以形成生物处理的混合液，其包括活性污泥。在MBR 135中进行的生物处理可以包括厌氧处理、缺氧处理或需氧处理，并且可以涉及多种类型的处理，包括例如硝化-反硝化、磷或其他营养物的去除、BOD去除等。在操作中，生物处理的混合液与膜过滤单元160的膜的外表面接触，并且处理的水(滤液)从膜的内腔中去除。如上文所提及的，与MBR 135结合使用接触罐110和DAF单元120减少了进入MBR 135的有机负载。这种益处可以通过以比没有配备接触罐和DAF单元的MBR系统更高的通量率操作膜过滤单元160的能力来体现。在一些情况下，可以实现高达50％的通量率的增加。根据一个实例，当膜过滤单元160的MLSS浓度小于约4000mg/L时，则通量率可以增加高达约50％(与没有接触罐和DAF的MBR相比)。

在膜过滤单元160中使用的膜组件包括多孔膜或半渗透膜。膜可以被定位以便在操作期间被浸入，并且可以具有适合于特定目的的任何构造，例如片材或中空管。膜可以由适合于特定过滤工艺的任何材料(天然的或合成的)形成。根据一些实施方案，膜由聚合物中空纤维形成，例如由聚偏二氟乙烯聚合物制成的聚合物中空纤维。可以被用于膜过滤单元160的膜的一个非限制性实例是可从Evoqua Water Technologies LLC获得的B40N中空纤维膜。根据某些实施方案，膜纤维具有从约0.04微米至0.1微米的孔径(pore size)。在一些实施方案中，膜纤维具有0.04微米的孔径。在一些实施方案中，空气可以经由膜纤维之间的膜鼓风机(membrane blower)被鼓入，以冲刷纤维并且从膜表面去除固体。

如上文所述，在膜过滤单元160中使用的膜组件包括多孔中空纤维或半渗透中空纤维。纤维可以被固定在集管(header)中的每一端，并且下集管可以具有形成在其中的一个或更多个孔(即曝气开口)，气体液体流可以通过所述孔被引入。孔可以是圆形的、椭圆形的或呈狭槽的形式。纤维可以在上端或下端被密封并且在其上端或下端是开放的以允许去除滤液，然而，在一些布置中，纤维可以在两端都是开放的以允许从一端或两端去除滤液。纤维可以被布置成圆柱形阵列或束，然而还可以采用其他构造，例如正方形、六边形、三角形、不规则的及类似构造。

多个膜可以被定位在膜过滤单元160内的一个或更多个膜组件中。在一些实施方案中，膜组件垂直地悬挂在生物处理容器130内，并且在可选择的实施方案中，该组件可以被水平地悬挂或者在任何其他期望的位置悬挂。膜组件可以具有适合用于期望的应用的任何形状和横截面积，例如正方形、矩形或圆柱形。例如，可以使用诸如在美国专利第6,872,305号中描述的膜组件，该专利通过引用以其整体并入本文。多个膜组件可以被定位成彼此相邻，或者被定位在膜过滤单元160内的预定位置。膜组件可以在膜过滤单元160内以任何角度定位，包括垂直和水平。在一个实施方案中，多于一个膜组件可以被安装至组件支撑支架(module support rack)上，以有助于膜的维护和/或更换。

膜可以在清洁过程期间使用一种或更多种技术来清洁。在一些实施方案中，使用滤液和/或气体的反冲洗工艺物理上清洁膜表面。气态氯(或其他合适的化学品)可以被用于通过膜表面的化学反应擦洗、消毒以及提高清洁效率。臭氧的使用，除了对气态氯提及的类似作用之外，还具有另外的特征，例如氧化消毒副产物(DBP)前体和将不可生物降解的天然有机物(NOM)转化为可生物降解的溶解有机碳。

可以根据本文公开的一种或更多种构造使用的MBR系统的非限制性实例包括但不限于来自Evoqua Water Technologies LLC的膜生物反应器系统和XPRESS^TMMBR包装废水系统(Packaged Wastewater system)。

尽管在附图中没有明确地示出，但是MBR 135可以包括管道和一个或更多个泵，其可以被用于将进料引入到生物处理容器130中，将真空施加至膜过滤单元160的膜过滤器，以及通过出口185从纤维膜的至少一端提取(withdraw)滤液。可以将真空施加至纤维以提取滤液，同时间歇地、循环地或连续地通过曝气开口(例如，膜集管中的孔或槽)向膜组件内供应气泡，使得在使用中，气泡移动经过膜纤维的表面以从其中移走结垢材料。当气泡通过曝气开口进料时，气泡可以被夹带或者与液体流混合。根据一些实施方案，曝气可以被配置成使得大的气泡可以被随机地引入或者以其他方式在组件的基部产生。当大的气泡或块状物(slug)沿着膜纤维向上移动(move up)时，它们的尺寸增大，并且通过将碎片推离膜纤维的表面来起防止垃圾和固体堆积的作用。此外，曝气可以被配置成引起或以其他方式产生气升流(airlift flow)，该气升流通过气升管(airlift tube)将混合液吸入到每个膜组件的底部。气泡可以与混合液掺混，并且在单独的膜纤维之间上升，以产生均匀地分布混合液并降低膜表面上固体浓度的横流(crossflow)。被配置成产生这些曝气效果的曝气装置的性质和功能可以类似于在美国专利第8,622,222号中描述的那些性质和功能，该美国专利出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

根据一些实施方案，废水处理系统100还可以包括初级过滤器或预处理过滤器。初级过滤器可以被用于在接触罐110中的处理之前过滤进入系统的流入的废水105。初级过滤器还可以用于MBR 135中，以在进入MBR 135的生物处理区之前过滤进料水。初级过滤器可以是如本领域中已知的转鼓式过滤器或转盘式过滤器。

再次参照图1，在MBR 135中，来自DAF单元120的流出物和来自接触罐110的混合液在生物处理容器130中被生物处理以形成生物处理的混合液，该生物处理的混合液通过膜过滤单元160的多孔膜被过滤以产生滤液，该滤液通过滤液出口185离开MBR 135。

在一些实施方案中，来自DAF单元的流出物(在本文中另外被称为“DAF流出物”)和来自接触罐110的混合液在膜生物反应器135中的生物处理包括氧化在DAF流出物和混合液中的BOD。为此目的，氧气可以通过用含氧气体159(例如空气)曝气被供应至MBR 135中的DAF流出物。在一些实施方案中，MBR 135被供应有充足的氧气，用于在MBR 135中产生需氧条件。在其他实施方案中，供应的氧气的量不足以满足DAF流出物的全部需氧量，并且MBR135或其至少一部分可以维持在缺氧条件或厌氧条件下。DAF流出物的硝化和反硝化可以发生在曝气的MBR的不同部分中。

DAF流出物在MBR 135中的停留时间可以足以氧化DAF流出物中的基本上所有的BOD。根据一些实施方案，对于DAF流出物在MBR 135中的停留时间(即污泥保留时间)可以少于20天。在其他实施方案中，在MBR 135中的污泥保留时间少于8天。根据其他实施方案，在MBR 135中的污泥保留时间是约5天或更短。污泥保留时间可以是待处理的进入的水的BOD水平的函数。例如，如果待处理的流入的废水和/或生物处理的混合液包含高水平的BOD，则污泥保留时间可以增加，或者如果待处理的流入的废水和/或生物处理的混合液包含低水平的BOD，则污泥保留时间可以减少。

在MBR 135中被生物处理的DAF流出物形成生物处理的混合液，该生物处理的混合液通过膜过滤单元160被过滤并且作为滤液被引导通过出口185。根据一些实施方案，滤液具有小于5mg/L的BOD值和小于5mg/L的TSS值。

从在MBR 135中的滤液中分离的活性污泥可以通过导管165和导管175被再循环回到上游至系统的废水入口、废水源和/或接触罐110。在一些实施方案中，在MBR 135中分离的活性污泥的100％在上游被再循环。根据一些实施方案，100％的再循环的污泥可以通过导管175被引导至接触罐110(或废水入口)。在其他实施方案中，如下文进一步讨论的，在MBR 135中分离的活性污泥的至少一部分可以被引导至MBR 135的一个或更多个区域或一个或更多个区。

在一些实施方案中，膜生物反应器135可以包括接触稳定容器(contactstabilization vessel)。滤液的一部分可以被再循环(再循环系统在图1中未示出)以将气泡供应至DAF单元120。可以将气体溶解到流出物的再循环的部分中，然后将其引导回DAF单元120中并与流入的混合液混合。

根据至少一个实施方案，废水处理系统100还可以包括厌氧处理单元140(在本文中还被称为“厌氧消化器”)。厌氧消化器140可以用于处理来自废水处理系统的一个或更多个其他处理单元的混合液，该混合液可以包含悬浮固体、污泥和/或富固体的流体流或贫固体的流体流。

废水处理系统100的厌氧消化器140通过导管125被供应有从DAF单元120中的混合液中去除的悬浮固体。来自DAF单元120的悬浮固体在厌氧消化器140中被厌氧消化，以产生生物气142和厌氧处理的污泥144。根据至少一个实施方案，由厌氧消化器140中的厌氧消化工艺产生的生物气142可以被用于驱动废水处理系统100的一个或更多个部件。例如，可以从生物气142中获取能量以驱动用于操作废水处理系统100的一个或更多个机械装置，例如泵、加热器、马达、曝气装置等。生物气142可以通过燃烧或通过在例如一个或更多个燃料电池中使用来提供能量。在一些实施方案中，所产生的能量足以用于使废水处理系统在能量中性状态下操作。如本文中所使用的，术语“能量中性”指的是废水处理系统在不利用外部能量源的情况下操作的能力。

在厌氧消化工艺期间使用的条件可以取决于许多因素，包括在消化工艺期间使用的细菌的类型。例如，嗜温细菌的使用典型地需要在约20℃和45℃之间的操作温度，而嗜热细菌典型地需要在约50℃和75℃之间的操作温度。在某些实施方案中，操作温度可以在约25℃和约35℃之间，以促进嗜温活性而不是嗜热活性。取决于其他操作参数，在一些实施方案中，在厌氧消化器中的保留时间可以在约15天和约30天保留时间之间。在某些实施方案中，在厌氧消化器中混合液的厌氧消化可以导致混合液的需氧量的约50％的减少。

尽管本文描述的实例是在厌氧消化工艺(即，不存在气态氧)的上下文中讨论的，但是应当理解，需氧消化工艺也在本公开内容的范围内(即，存在气态氧)。

根据一个实施方案，从DAF单元120中的混合液中被去除的悬浮固体的一部分通过导管125和导管122被再循环至接触罐110。导管122可以如所图示的从导管125分支，或者可以被连接至DAF单元120的第三出口，在这种情况下，在DAF单元120中被去除的悬浮固体仅通过导管122被再循环回到接触罐110。再循环至接触罐110的悬浮固体的量可以取决于许多因素。该量可以基于DAF单元120中固体的去除效率和/或DAF单元120中固体的浓度来调节。将悬浮固体从DAF单元120再循环至接触罐110可以起增强在接触罐110中形成的混合液中的BOD去除和生物吸附两者的作用。从DAF单元120再循环至接触罐110的固体的量可以在从DAF单元120中的混合液中去除的固体的总量的从约1％至约100％的范围内。从DAF单元120再循环至接触罐110的固体的量可以是从DAF单元120中的混合液中去除的固体的总量的大部分，例如，从DAF单元120中的混合液中去除的固体的总量的大于约50％、在约50％和约95％之间、或在约60％和约80％之间。

DAF单元典型地用于废水处理系统中，以从废水中去除固体，因此减少对这些去除的固体的生物处理的需求，并且通过例如减少需要被供应至曝气的生物处理容器以氧化去除的固体的空气的量来减少废水处理系统的能量需要。因此，将DAF单元中从来自接触罐的混合液中分离的浮选的固体再引回至接触罐，是与废水处理系统的常规操作相反的。典型地，在DAF单元中从来自接触罐的混合液中分离出固体之后，将分离出的固体再引入到接触罐中的混合液中并迫使固体在DAF单元中再次经历相同的分离过程，降低了系统的效率。从DAF单元到DAF单元的直接上游的接触罐的这样的固体再循环将导致对更大量的接触罐容量和更大量的DAF单元容量的需求。从DAF单元到DAF单元的直接上游的接触罐的这样的固体再循环还将需要更多的空气流至DAF单元，以除了在没有固体再循环的情况下将存在的任何固体之外还从混合液中去除再循环的固体。然而，已经发现，可以通过将DAF单元中去除的固体反直觉地重新引入回到废水处理系统的接触罐中来实现益处，混合液从所述接触罐被供应至DAF单元。

例如，与不包括固体从DAF单元120再循环至接触罐110的方法相比，通过将由DAF单元120去除的固体再循环至接触罐110，接触罐110中的总悬浮固体(TSS)的量可以增加。与具有较低的TSS水平的接触罐110相比，接触罐110中增加的TSS水平可以提供另外的可溶性BOD以被吸附在接触罐110中。在一些实施方案中，接触罐110中的期望的TSS水平可以在约400mg/L和约3500mg/L之间。在其他实施方案中，接触罐110中的TSS水平可以在约1,200mg/L和约3,500mg/L之间。

由于接触罐110中较高的TSS水平(这由固体从DAF单元120再循环至接触罐110所导致)，接触罐110中的另外的可溶性BOD的去除提供了该另外的BOD作为固体在DAF单元120中的去除。在DAF单元120中作为固体被去除的另外的BOD可以被引导至厌氧消化器(例如，图1和图2中图示的厌氧消化器140)，而不是曝气的生物处理单元(例如，MBR 135)，因此减少了对MBR 135中的曝气功率的需求并且增加了可以在厌氧消化器中产生的生物气的量。

当供应有来自DAF单元120的再循环的固体时，接触罐110可以具有在约30分钟和约1小时之间的水力保留时间(HRT)和在约0.5天和约1天之间的固体保留时间(SRT)，以有效地吸附可溶性的BOD。在其他实施方案中，接触罐110中的SRT可以在约0.5天和约1.0天之间。例如，根据一个实施方案，当接触罐110包括在约400mg/L和约2,500mg/L之间的范围内的TSS时，接触罐110中的SRT可以在约0.5天至约1天之间。根据另一个实施方案，当接触罐110包括在约1500mg/L和约2500mg/L之间的范围内的TSS时，接触罐110中的SRT可以在约0.5天至约1天之间。

将在DAF单元120中去除的固体再循环至接触罐110使得接触罐110用作高速率活性污泥系统而DAF单元120用作固液分离器。将在DAF单元120中去除的固体再循环至接触罐110提供了能够氧化BOD的活细菌，并且与在其中从DAF单元120中去除的固体不被再循环至接触罐的系统中相比，提高了吸收效率。在其中在DAF单元120中去除的固体不被再循环至接触罐110的系统和方法中，流入接触罐110的废水中的BOD的约2％至约3％的氧化可以在接触罐110和DAF单元120中被氧化。相反，对于其中在DAF单元120中去除的固体被再循环至接触罐110的系统和方法，流入接触罐110的废水中的BOD的约5％至约10％的氧化可以在接触罐110和DAF单元120中被氧化。因此，将在DAF单元120中去除的固体再循环至接触罐110可以减少在下游单元操作中例如在本文讨论的MBR 135中需要被处理的BOD的量，从而减少了对下游单元操作的功率需求。接触罐110的SRT可以被调节以优化颗粒、胶体和可溶性的BOD级分的BOD去除。

在一些实施方案中，DAF流出物的一部分通过导管155被再循环至DAF单元120的入口。如上文所描述的，在DAF单元120中发生的固液分离过程的基本分离机制经由在加压下在液体流中的溶解的空气来实现。在DAF单元120的入口处，经由例如减压阀来移除压力(即，空气在大气压力被释放)，以允许溶解的空气形成微小尺寸的气泡。当这些气泡朝着DAF单元120中的罐的上表面移动时，它们附着或以其他方式粘附至废水中的悬浮固体颗粒，并且将它们移动至上表面。DAF流出物具有较低的TSS浓度，并且可以被用于为DAF单元120产生加压的再循环流。经由压缩空气源的空气在压力下在DAF单元120的加压罐中被溶解在DAF流出物的一部分中，该加压罐用空气使DAF流出物饱和。然后，该加压流可以被用作DAF单元120中的分离机构。

在废水处理系统中利用如上文所描述的DAF单元提供了优于在没有DAF单元的情况下操作的类似的膜生物反应器废水处理系统的若干优点。因为DAF单元在不需要氧化这些固体的情况下从流入的废水中去除显著部分的悬浮固体，所以系统的其他部件(例如膜过滤单元和/或生物处理容器)的尺寸可以减小，导致系统的较低的资本成本。由于较低量的BOD进入膜生物反应器，在一些情况下，膜生物反应器的尺寸(体积)可以减少一部分，该部分与进入膜生物反应器的BOD的量的减少成线性关系。此外，减少的BOD允许MBR以更高的通量率操作，这减少了膜所需的总表面积。在一些情况下，对膜生物反应器中的氧气也存在较少的需要，这允许膜生物反应器中曝气系统的容量和功率需要也减少，在一些实施方案中减少约30％。在其他实施方案中，减少的BOD可以允许MBR以较低的通量率(和较低的MLSS)操作，这减少了能量成本和膜的化学清洁。

在图1中图示的实施方案中，以及在下文描述的另外的实施方案中，应当理解，图示的各种导管可以根据需要设置有例如泵、阀、传感器和控制系统，以控制穿过其中的流体的流动。为了简单起见，这些控制元件没有在图中图示。

在图2中大体上以200指示的另一个实施方案中，MBR 135包括需氧区134(在本文中还被称为“需氧处理区”或“需氧区域”)和曝气的缺氧区132(在本文中还被称为“曝气的缺氧处理区”或“曝气的缺氧区域”)。需氧区134在曝气的缺氧区132的下游流体连通，并且从曝气的缺氧区132接收生物处理的缺氧的混合液。在一些实施方案中，需氧区134被流体地连接至曝气的缺氧区132的出口。需氧区134被配置成使得通过由含氧气体例如空气供应的氧气159来供应足够的氧气，以满足DAF流出物(和来自接触罐110的任何混合液)(或生物处理的缺氧的混合液)的氧气需求，并且需氧区可以保持在需氧条件下。相反，曝气的缺氧区132被配置成使得供应的氧气的量不足以满足DAF流出物的氧气需求，并且曝气的缺氧区可以保持在缺氧或厌氧条件下。尽管在图2中没有明确地示出，但曝气的缺氧区132还可以被供应有含氧气体，例如空气。

图2所示的示例性MBR 135包括曝气的缺氧区132和需氧区134，但是应当理解，其他实施方案可以使用具有其他类型的区域或处理区以及其他类型的区域或处理区的组合的MBR。例如，MBR中的至少一个区域或至少一个区可以被配置为厌氧区域(即不存在诸如硝酸盐、硫酸盐或氧气的任何常见的电子受体)、缺氧区域(即不存在氧气)和/或曝气的区域(需氧区域)。

在一些实施方案中，在曝气的缺氧区132中，异养生物氧化BOD并且自养生物氧化氨。由于供应的氧气的量少于需求量，并且存在来自氨的氧化的硝酸盐，因此异养生物将利用硝酸盐作为电子受体并将硝酸盐转化为氮气来氧化BOD。在曝气的缺氧区132中的水力停留时间可以是从约2小时至约12小时。

在某些实施方案中，来自曝气的缺氧区132的生物处理的缺氧的混合液流动至需氧区134，在需氧区134中存在连续的氧盈余。根据一些实施方案，到废水到达需氧区134时，废水中的大部分BOD和氨(来自接触罐的DAF流出物和混合液)已经被氧化，因此在需氧区域中可以保持1mg/L或更高的溶解氧浓度。BOD和氨的氧化发生在需氧区域134中。根据一些实施方案，需氧区域134中的水力停留时间可以是从约2小时至约12小时。根据可选择的实施方案，来自需氧区134的生物处理的需氧混合液流动至曝气的缺氧区132。

MBR 135中DAF流出物的硝化和/或反硝化可以发生在MBR 135的不同部分中。例如，MBR 135的曝气的缺氧区132可以被配置成促进硝化、反硝化，或者在一些情况下，同时的硝化和反硝化过程。在一些实施方案中，并且如下文进一步讨论的，活性污泥(即碳源)可以被供应到曝气的缺氧区132，以帮助反硝化过程。在某些实施方案中，需氧区134可以被配置成促进硝化过程和反硝化过程中的至少一个。根据一些实施方案，需氧区134被配置成促进硝化过程。

根据一些实施方案，MBR 135还可以包括被定位在需氧区134的下游的第二缺氧区域或第二缺氧区。该另外的缺氧区域在一些情况下可以被用来从废水中去除另外的硝酸盐。

在一些实施方案中，需氧区134可以在与曝气的缺氧区132相同的容器或罐中形成，并且通过如图2中所示的分隔物(partition)195与其分开。在其他实施方案中，需氧区134可以与曝气的缺氧区132物理分离。例如，需氧区134和曝气的缺氧区132可以占据不同的容器或罐，或者可以以其他方式彼此分离。在另外的实施方案中，接触罐110可以与相同罐中的曝气的缺氧区132组合。根据一些实施方案，膜过滤单元160被设置在需氧区134中，如图2中所示。在可选择的实施方案中，膜过滤单元160可以被设置在曝气的缺氧区132中。

在图2的系统中，来自DAF单元120的流出物被引导至需氧区134中，而不首先穿过曝气的缺氧区132。在其他实施方案中，来自DAF单元120的流出物可以被引入到曝气的缺氧区132中，并且然后被引导至需氧区134中。

根据一些实施方案，在MBR 135中分离的活性污泥的至少一部分可以通过导管145被再循环并被引导回至一个或更多个区域或一个或更多个区，例如MBR 135的曝气的缺氧区132和/或需氧区134。在某些实施方案中，在MBR 135中分离的活性污泥的一部分可以被引导或以其他方式被引入至MBR 135的曝气的缺氧区132。在其他实施方案中，活性污泥的一部分可以被引导或以其他方式被引入至MBR的需氧区134。在某些实施方案中，再循环的污泥可以被引导至MBR的被配置为厌氧区、缺氧区或曝气区的任何区。

根据一些实施方案，在约10％和约20％之间的再循环的污泥通过导管175被引导至接触罐110，并且在约80％和90％之间的再循环的污泥通过导管145被引导至MBR 135中。根据其他实施方案，在约10％和约90％之间的再循环的污泥可以被引导至接触罐110，其中剩余部分被引导至MBR 135至。当进入的废水具有高水平的BOD时和/或当再循环的污泥在接触罐110中在缠绊BOD方面是更低效的而不是更有效的时，通过导管175被引导至接触罐110的再循环的污泥的量可以被设定在该范围的较上端。当进入的废水具有低水平的BOD时和/或当再循环的污泥在接触罐110中在缠绊BOD方面是更有效的而不是更低效的时，通过导管175被引导至接触罐110的再循环的污泥的量可以被设定在该范围的较下端。

被再循环至接触罐110和/或MBR 135的活性污泥的量还可以基于被引导至DAF单元120的来自接触罐110的混合液的部分(fraction)和在DAF单元120中被去除的活性污泥的量来调节。被再循环至接触罐110和/或MBR 135的活性污泥的量可以是这样的量，该量等于或大于在MBR 135中维持期望的细菌种群，以在期望的时间范围内对DAF流出物进行生物处理和/或在处理系统的操作暂时中断的情况下防止细菌种群的耗尽所需的量。例如，被再循环至接触罐110或MBR 135的活性污泥的量可以被设定为使得充足的包含细菌的固体存在于MBR 135中，以导致在MBR 135中小于8天、约5天或小于5天的固体保留时间(SRT)。类似地，被引导至DAF单元120中的混合液的量或部分可以基于从MBR 135再循环的活性污泥的量、DAF单元120中的固体的去除效率和/或MBR 135中的一种或更多种类型的细菌的浓度来调节，以例如在MBR 135中建立或维持期望的细菌群体。

通过使用生物处理工艺与厌氧消化的组合，本发明的实施方案的系统和部件可以提供相对于其他废水处理系统的成本优势。本发明的实施方案的废水处理系统和工艺可以通过使用各种单元操作(包括需氧生物工艺和厌氧生物工艺)以及使用再循环流(例如，需氧细菌从MBR和/或DAF单元再循环至接触罐)来减少污泥产生。废水处理工艺还通过例如浓缩或强化被引入到厌氧消化器中的污泥克服了一些与使用一些厌氧废水处理工艺相关的技术困难。此外，与使用常规的需氧稳定单元相关的成本被典型地降低，因为由于使用厌氧消化器和各种再循环流，在需氧工艺中将典型地需要较少的曝气。各种工艺还可以产生作为厌氧消化工艺的产物的生物气，例如甲烷，其可以被用作能源。

在某些实施方案中，存在于待处理的流入物废水中的化学需氧量(COD)和BOD的大部分可以使用厌氧消化器被降低。这可以降低曝气和氧气需要，并且因此降低废水处理系统的操作成本，并且增加可以被用作能源的产生的甲烷的量。此外，因为厌氧消化可以用于降低污泥中的COD和BOD，所以污泥收率还可以被降低。与不利用厌氧消化器的系统相比，厌氧处理单元中COD和/或BOD的降低还可以提供废水处理系统中的稳定罐或其他需氧处理单元的尺寸的减小。

另外的实施方案可以包括上文描述的系统的特征的任何组合。例如，在一些实施方案中，来自MBR 135的活性污泥的一部分被引导至DAF单元120的入口中。根据一些实施方案，可以包括例如重力带式增稠器的增稠器也可以被用于系统中，以将流入的废水流分离成贫固体流出物和富固体流出物。例如，来自增稠器的富固体的输出可以被引导至厌氧消化器的入口，并且来自增稠器的贫固体的输出可以被引导至接触罐的入口。可以被引入至增稠器的流体的非限制性实例可以包括来自被定位在厌氧消化器的上游的初级澄清器的富固体的流体流和/或来自MBR的活性污泥或其他富固体的滞留物(retentate)。在一些实施方案中，初级澄清器可以被使用并被定位在接触罐的上游。初级澄清器可以被配置成将废水，例如废水源105和/或系统中的一种或更多种再循环的流分离成富固体的流体流和贫固体的流体流。此外，任何上文实施方案可以包括多个图示的任何处理单元和/或导管。

根据各个方面，可以提供促进的方法。促进的方法可以包括或以其他方式考虑指示本文所描述的系统和方法中的单元操作的连接的一方，以实现各种功能，例如减少膜生物反应器的固体负载、增加膜生物反应器中的通量、减少膜生物反应器的尺寸或减少膜的表面积。

实施例

预示的实施例1

在该预示的实施例中，水处理系统以与如图1中所示的类似的方式配置，其中MBR135的生物处理容器130包括单个罐。

进料的假定：

该系统以58,000加仑/天(gpd)、40加仑/分钟(gpm)的速率被进料废水。废水被假定是高浓度的城市废水，其具有330mg/L(160磅/天)的总BOD(tBOD)，其中59％(196mg/L，94磅/天)是颗粒(pBOD)并且41％(135mg/L，66磅/天)是可溶性的BOD(sBOD)。废水还被假定包含380mg/L(185磅/天)的总悬浮固体(TSS)，其中138磅/天(286mg/L VSS)被假定为挥发性的悬浮固体材料。

HDT假定：

接触罐110中的水力停留时间(HDT)被假定为60分钟，并且在MBR135的生物处理容器130中的水力停留时间(HDT)被假定为198分钟。

通过接触罐的流量：

产生的废活性污泥(eWAS)，其包括通过DAF单元120和MBR 135的损失(约51磅/天)，以0.5gpm的速率经由导管165和175被连续地再循环至接触罐110。在DAF单元120中提供最小0.03磅/磅的空气与固体的比率允许30％的DAF流出物以12gpm的速率经由导管155在45PSI下再循环。

从实验台和中试规模测试试验，以及在Pima County,AZ的全尺寸应用中进行的测试中，发现使用与DAF单元结合的接触罐导致从流入的废水中去除约30％的sBOD和约55％的总BOD。

因此，假定在接触罐中，21磅/天的sBOD被转化为SS，并且2磅/天的sBOD被氧化。因此，穿过接触罐的总固体是35磅/天的再循环的污泥+201磅/天的来自流入的废水的悬浮固体+21磅/天的被转化为悬浮固体(SS)的sBOD-2磅氧化的pBOD＝255磅/天。因此，离开接触罐的混合液悬浮固体(MLSS)是((255磅/天)/(58,610gpd))＝522mg/L。

离开接触罐的tBOD是160磅/天输入-2磅/天氧化的＝158磅/天。离开接触罐的sBOD是65磅/天进入-21磅/天转化为SS-2磅/天氧化的＝42磅/天。离开接触罐的pBOD是95磅/天流入物+21磅/天从sBOD转化的＝116磅/天。该混合液经由导管114被引导至DAF单元120。

流入至生物处理容器的BOD流入物：

在接触罐中2磅/天的氧化之后，流入至DAF单元的tBOD流入物是158磅/天。流入至DAF单元的sBOD流入物是42磅/天，并且pBOD是从接触罐输出的116磅/天，其中流量是58,610gpd。假定75％的pBOD在DAF单元中被去除，从DAF单元流向MBR 135的生物处理容器130的tBOD是(0.25*116磅/天pBOD)+42磅/天sBOD＝71磅/天tBOD。

在MBR的生物处理容器中的固体

生物处理容器130被设定尺寸为10-11天SRT，以适应71磅/天的BOD负载，具有7,300-8,000mg/L MLSS浓度。生物处理容器的体积是1,059立方英尺(7,925加仑)。该体积导致生物处理容器中的(7,925加仑/58,6100gpd)(24小时/天)＝3.24小时的HDT。生物处理容器中的总固体对于7,300-8,000mg/L的总MLSS被设定为500/550磅。假定BOD的65％的污泥收率导致在生物处理容器中产生的废污泥的量为(0.65)(71磅/天tBOD)＝46磅/天废污泥。因此，废污泥龄将是(500磅总固体)/(46磅/天废污泥)＝10.8天。

在另一个实施例中，生物处理容器130被设定尺寸为10-11天SRT，以适应71磅/天的BOD负载，具有3,650-4,000mg/L MLSS浓度。生物处理容器的体积为2,118立方英尺(15,850加仑)。该体积导致生物处理容器中的(15,850加仑/58,6100gpd)(24小时/天)＝6.49小时的HDT。生物处理容器中的总固体对于3,650-4,000mg/L的总MLSS被设定为500/550磅。假定BOD的65％的污泥收率导致在生物处理容器中产生的废污泥的量为(0.65)(71磅/天tBOD)＝46磅/天废污泥。因此，废污泥龄将是(500磅总固体)/(46磅/天废污泥)＝10.8天。

生物处理容器氧气要求：

假定需要0.98磅的氧气来氧化一磅BOD，并且需要4.6磅的氧气来氧化一磅的氨。因此，生物处理容器的氧气需求是(0.98磅O₂/磅BOD)(71磅tBOD/天)+(4.6磅O₂/磅氨)(20磅/天氨)＝162磅/天O₂(3磅O₂/小时)。使用0.5的FCF(场校正系数(Field CorrectionFactor)—补偿生物处理罐中混合污泥相对于清洁水的降低的氧吸收能力的校正系数)，这导致6磅O₂/小时的特定氧利用率(SOUR)。假定扩散的空气从浸入13英尺的曝气系统和9％的氧气转移能力(oxygen transfer capability)(OTE)供应到生物处理容器，则生物处理容器将需要(6.75磅O₂/小时)(1/0.09)(1/60小时/分钟)(1/1.429l/g O₂)(453.6g/磅)(0.035立方英尺/l)＝13.8立方英尺/分钟(scfm)的流量，或者如果用具有约20％O₂的空气来曝气，则需要70scfm的流量。

MOS系统：

对于3,650-4,000mg/L MLSS浓度的持续流动，在20℃，22.1gfd的持续流膜通量(sustained flow membrane flux)是可能的。这对于有效处理产生6.1个膜组件的需求(基于膜系统，该膜系统使用每个组件具有430.6平方英尺的膜面积的组件(或小膜子单元(Small Membrane Sub Unit)SMSU)。

膜组件被布置成4个至16个组件的“支架”(大膜子单元LMSU)。在本实施例中，总冲刷空气需求为14.4ACFM，其中“峰值”空气流量为21ACFM。

在系统被配置成在较低的MLSS操作的情况下，膜上的固体质量负载被减少，从而将膜的临界通量增加高达50％(如果通量的增加没有代替地被捕获并体现为减少的膜面积)。另一个实例允许将冲刷空气减少30％的可能性，这将平均所需空气从24ACFM(参见下文预示的实施例2中的对照实施例MBR)减少至17ACFM。

膜系统要求进入膜罐的混合液再循环流量是入口流量(0.5Q-2Q)的0.5倍至2倍。

用于回收清洁(RC)的典型的膜清洁间隔将是180天-360天。

浪费的固体：

DAF单元中浪费的固体：191磅/天(假定100％的效率)。

在上文的实施例中向处理系统中添加接触罐+DAF的情况下，生物处理容器中待处理的tBOD的量从160磅/天减少至71磅/天，减少了55％。这提供了减少的对于MBR中液体分离所需的膜的量(即表面积)，或减少的滤液穿过膜的通量率，以及减少了用于清洁膜的化学品的量(与不包括接触罐+DAF预处理工艺的MBR系统相比)。这转化为资本成本方面的成本节约，用于生物处理容器的减小的尺寸和减少的所需膜表面积和来自曝气系统的所需曝气的量，以及操作成本方面的成本节约，这是通过减少操作系统所需的清洁化学品和曝气的量。

预示的实施例2

包括该实施例以提供与上文提供的实施例的比较源，其具有包括MBR但不包括如本文所述的接触罐或DAF单元的废水处理系统。

MBR的膜操作系统(MOS)基于58,000加仑/天(gpd)、40加仑每分钟(gpm)的持续滤液(渗透物)流量来设定尺寸。对于持续流动，在20℃，14.7gfd(加仑每平方英尺的膜每天)的膜通量是合意的，具有7,300-8,000mg/L的MLSS浓度。这产生3,946.6平方英尺的膜面积的需求以用于有效的处理。膜系统使用组件(或小膜子单元SMSU)，其中每个组件具有430.6平方英尺的膜面积，因此系统将需要最少9.2个膜组件用于有效处理。

膜组件被布置成4个至16个组件的“支架”。对于该应用，将使用两个支架，每个支架五个组件，以实现最小的膜面积。每个组件在排放点需要2.4ACFM的空气，因此系统的总空气需求将是24ACFM，其中“峰值”空气流量为35ACFM。

膜系统要求进入膜罐的混合液再循环流量是入口流量(3.5Q-4Q)的3.5倍至4倍。考虑到1Q的滤液正通过膜离开罐，将混合液返回至生物反应器的再循环泵将被设定尺寸为至少161gpm。

典型的膜清洁间隔是每3天至7天用于维护性清洁(MC)，以及每90天至180天用于回收清洁(RC)。

实施例3

使用按照以与图1的系统大体上相似的方式配置的接触罐、DAF单元和MBR并且使用来自现有的城市废水处理厂的流入的废水，进行了中试设备试验(pilot plant trial)。图3图示出了膜过滤单元在约27天期间的输入的MLSS浓度。如图3中所示，MLSS浓度在3000mg/L和4000mg/L之间，其中大约平均为约3500mg/L，其低于将在没有接触罐和DAF单元的情况下操作MBR的浓度。图4图示出了来自在约70天期间进行的测试的膜渗透率和通量率数据。取决于所进行的测试，通量率小于约75LMH(升/m²/小时)并且大于约30LMH。在所有情况下，通量率都高于在没有接触罐和DAF单元的情况下操作的MBR。在这种情况下，采用低于4000mg/L的MLSS浓度，与在没有接触罐和DAF单元的情况下操作的MBR相比，通量率增加了高达50％。

根据本发明的本文中公开的方面在其应用中不限于在以下描述中陈述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。这些方面能够采取其他实施方案并且能够以各种方式被实践或实施。具体的实施方式的实例在本文中仅为了说明的目的被提供并且不意图是限制性的。特别地，结合一个或更多个实施方案讨论的动作、部件、元件和特征不意图被排除在任何其他实施方案中的类似作用之外。

另外，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应视为是限制性的。在本文中以单数提到的系统和方法的实例、实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可以包括包含复数的实施方案，并且在本文中以复数对任何实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可以包括包含仅单数的实施方案。提及单数形式或复数形式不意图限制本文公开的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文中“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型的使用意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及另外的项目。提到的“或”可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个所描述的术语、多于一个所描述的术语和所描述的术语的全部中的任一种。此外，在本文件和通过引并入本文的文件之间的术语的不一致用法的情况下，在并入的参考文献中的术语用法是对本文件的用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的术语用法为准。

已经由此描述了至少一个实施例的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。例如，本文公开的实施例还可以用于其他情况。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本文讨论的实施例的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例。

Claims

1.一种废水处理系统，包括：

接触罐，所述接触罐具有被配置成接收待处理的废水的第一入口、第二入口和出口，所述接触罐被配置成将所述待处理的废水与活性污泥混合以形成混合液；

溶解气浮选单元，所述溶解气浮选单元具有与所述接触罐的所述出口流体连通的入口、第一出口和第二出口；以及

膜生物反应器，所述膜生物反应器包括：

生物处理容器，所述生物处理容器具有与所述溶解气浮选单元的所述第一出口流体连通的第一入口，

第二入口，

活性污泥出口，所述活性污泥出口与所述接触罐的所述第二入口流体连通，以及

膜过滤单元，所述膜过滤单元被设置在所述生物处理容器内，所述膜过滤单元包括多于一个多孔膜和滤液出口，所述膜生物反应器被配置成生物处理来自所述溶解气浮选单元的流出物的有机组分，以形成生物处理的混合液并且过滤所述生物处理的混合液以产生滤液。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述接触罐还包括与所述膜生物反应器的所述第二入口流体连通的第二出口。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述膜生物反应器包括曝气的缺氧处理区和需氧处理区。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述膜生物反应器的所述第一入口被配置成将来自所述溶解气浮选单元的所述流出物递送至所述需氧处理区。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述膜生物反应器的所述第二入口被配置成将来自所述接触罐的所述混合液的一部分递送至所述曝气的缺氧处理区。

6.如权利要求3所述的系统，其中所述需氧处理区被流体地连接至所述曝气的缺氧处理区的出口。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述膜过滤单元被设置在所述需氧处理区中。

8.如权利要求1所述的系统，还包括厌氧消化器，所述厌氧消化器具有与所述溶解气浮选单元的所述第二出口流体连通的入口、第一出口和第二出口，所述厌氧消化器被配置成厌氧消化来自所述溶解气浮选单元的悬浮物的第一部分，以形成生物气和厌氧处理的污泥。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述溶解气浮选单元的所述第二出口与所述接触罐的第三入口流体连通，所述溶解气浮选单元被配置成将所述悬浮物的第二部分递送至所述接触罐的所述第三入口。

10.如权利要求8所述的系统，被配置成利用从所述生物气产生的能量来操作。

11.如权利要求1所述的系统，其中与在不包括所述接触罐和所述溶解气浮选单元的大体上相似的废水处理系统中的膜过滤单元的多于一个多孔膜的总表面积相比，产生给定的滤液的通量的所述多于一个多孔膜的总表面积减小。

12.如权利要求1所述的系统，其中与不包括所述接触罐和所述溶解气浮选单元的大体上相似的废水处理系统相比，所述膜生物反应器的体积减小。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述膜生物反应器被配置成具有小于20天的污泥保留时间。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述膜生物反应器被配置成具有小于8天的污泥保留时间。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述膜生物反应器被配置成具有约5天或更少的污泥保留时间。

16.一种在废水处理系统中处理废水的方法，所述方法包括：

将所述废水引入到包括活性污泥的接触罐中；

将所述废水与所述活性污泥在所述接触罐中混合，以形成混合液；

将所述混合液的第一部分引导至溶解气浮选单元；

在所述溶解气浮选单元中分离所述混合液以形成溶解气浮选单元流出物和分离的生物固体；

将所述溶解气浮选单元流出物引导至膜生物反应器；

在所述膜生物反应器中生物处理所述溶解气浮选单元流出物，以形成生物处理的混合液；

在所述膜生物反应器中过滤所述生物处理的混合液，以形成滤液和活性污泥；以及

将所述活性污泥的第一部分再循环至所述接触罐。

17.如权利要求16所述的方法，还包括将所述混合液的第二部分引导至所述膜生物反应器中，并且用所述溶解气浮选单元流出物生物处理所述混合液的所述第二部分，以形成所述生物处理的混合液。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述膜生物反应器包括曝气的缺氧处理区和需氧处理区，并且所述方法还包括将来自所述溶解气浮选单元的所述流出物引导至所述需氧处理区。

19.如权利要求18所述的方法，还包括将来自所述接触罐的所述混合液的一部分引导至所述曝气的缺氧处理区。

20.如权利要求18所述的方法，还包括在所述需氧处理区中处理来自所述溶解气浮选单元的所述流出物，以形成生物处理的需氧混合液，并且将所述生物处理的需氧混合液引导至所述曝气的缺氧处理区。

21.如权利要求20所述的方法，还包括在所述曝气的缺氧处理区中处理所述生物处理的需氧混合液，以形成所述生物处理的混合液。

22.如权利要求16所述的方法，还包括在厌氧消化器中处理所述分离的生物固体的第一部分，以产生生物气和厌氧处理的污泥。

23.如权利要求22所述的方法，还包括将所述分离的生物固体的第二部分再循环至所述接触罐。

24.如权利要求22所述的方法，还包括从所产生的生物气中产生能量。

25.如权利要求24所述的方法，还包括用所产生的能量驱动所述废水处理系统的一个或更多个部件。

26.如权利要求25所述的方法，其中所产生的能量足以使所述废水处理系统能量中性操作。

27.如权利要求16所述的方法，其中将所述活性污泥的所述第一部分再循环至所述接触罐的结果是以下的量：与在不包括将所述活性污泥的所述第一部分再循环至所述接触罐的大体上相似的处理废水的方法中膜过滤单元的多于一个多孔膜的总表面积相比，所述量足以减少所述多于一个多孔膜的总表面积，以产生给定的滤液的通量。

28.如权利要求16所述的方法，还包括将所述溶解气浮选单元流出物的一部分再循环至所述溶解气浮选单元。

29.如权利要求16所述的方法，其中所述溶解气浮选单元流出物被生物处理持续少于20天的保留时间。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述溶解气浮选单元流出物被生物处理持续少于8天的保留时间。

31.一种促进在废水处理系统中的膜生物反应器中通量增加的方法，所述方法包括：

将在所述废水处理系统中的溶解气浮选单元配置成在接触罐和所述膜生物反应器之间流体连通，以在进入所述膜生物反应器之前从由所述接触罐输出的混合液中除去固体；以及

将来自所述膜生物反应器的活性污泥的至少一部分再循环至所述接触罐。

32.如权利要求31所述的方法，其中与在没有将所述活性污泥的至少一部分再循环至所述接触罐的情况下操作的所述废水处理系统相比，将所述活性污泥的所述至少一部分再循环至所述接触罐减少了对所述膜生物反应器的固体负载。

33.如权利要求31所述的方法，还包括将来自所述溶解气浮选单元的去除的固体的至少一部分再循环至所述接触罐。

34.一种促进在具有膜生物反应器的废水处理系统中废水处理的方法，所述方法包括：

将所述膜生物反应器的活性污泥出口流体地连接至接触罐的入口；

将废水源流体地连接至所述接触罐的所述入口；

将溶解气浮选单元的入口流体地连接至所述接触罐的混合液出口；以及

将溶解气浮选单元流出物出口流体地连接至所述膜生物反应器的入口。

35.如权利要求34所述的方法，还包括将溶解气浮选单元分离的生物固体出口流体地连接至厌氧消化器的入口。