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1、(10)申请公布号 CN 103842047 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103842047 A (21)申请号 201280038462.1 (22)申请日 2012.08.06 61/515,855 2011.08.06 US 61/515,967 2011.08.07 US 61/521,653 2011.08.09 US 61/525,760 2011.08.20 US B01D 33/70(2006.01) (71)申请人 丰泰环境技术有限责任公司 地址 美国密苏里州 (72)发明人 王建民 提姆坎特 (74)专利代理机构 上海脱颖律师事务所 31259 代理。
2、人 脱颖 (54) 发明名称 水和污水处理的装置和方法 (57) 摘要 本发明描述了用于生物处理水和或污水的 方法和装置。用于处理污水的方法和装置可用由 大体积空气驱动的、 用于推动水和或固体的气 提装置来强化。该装置可用大气泡使水产生偶尔 的浪涛式运动从而传输大量的液体， 同时减少了 氧气向周围液体的传递。同常规装置和或工艺 相比， 本发明的装置和工艺能更加简便和有效地 处理污水， 降低了操作和维护费用。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.01.30 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/049764 2012.08.06 (87)PCT国。
3、际申请的公布数据 WO2013/022844 EN 2013.02.14 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 11 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书11页 附图8页 (10)申请公布号 CN 103842047 A CN 103842047 A 1/3 页 2 1. 一种处理水和污水的生物反应器， 其中包含 ： (a) 一个具有一个进口和一个出口的池子 ； (b) 一种将所述池子分隔成一个混和区， 一个好氧区， 和一个静态区的方法 ； (c) 所述混和区与池子的进口相连， 并包含一种混和方法 ； (d) 所述好。
4、氧区包含一种将氧气传到该区， 并混和该区的方法 ； (e) 所述静态区与池子的出口相连 ； (f) 所述混和方法由空气驱动， 并能够使液体产生周期性浪涛式的提升运动 ； (g) 一种将静态区污泥回流到所述混和区的方法。 2. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于利用多个混和区， 进水进入到第一个混和区， 污泥从静态区回流到所述多个混和区。 3. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于利用多个混和区和好氧区组合， 进水进入到 所有混和区， 污泥则从所述静态区回流到最上游的混和区。 4. 一种处理水和污水的生物反应器， 其中包含 ： (a) 一个具有一个进口和一个出口的池子 ； (b) 一种。
5、将所述池子分隔成两个区， 分别为一个交替反应区和一个静态区的方法 ； (c) 所述交替反应区内包含一种混和方法和一种曝气方法 ； (d) 所述静态区与池子的出口相连 ； (e) 一种将所述静态区内污泥回流到所述交替反应区的方法 ； (f) 所述曝气方法循环性地开启和关闭 ； (g) 所述混和方法至少是在不曝气的时候启动 ； (h) 一种将进水泵到交替反应区的、 至少是在不曝气的时段内一部分时间运行的方法。 5. 如权利要求 4 所述的装置， 其特征在于， 在所述交替反应区和所述静态区之间加一 个好氧完善区。 6. 如权利要求 5 所述的装置， 其特征在于， 在所述交替反应区的前面加一个含有一种。
6、 混和方法的混和区， 以及一种将污泥从所述静态区回流到所述混和区的方法。 7. 如权利要求 4 所述的装置， 其特征在于， 在所述交替反应区的前面加一个含有一种 混和方法的混和区， 以及将污泥从所述静态区回流到所述混和区的一种方法。 8. 一种处理水和污水的生物方法， 其中包括 ： (a) 一个具有一个进口和一个出口的池子 ； (b) 一种将所述池子分隔成一个混和区， 一个好氧区， 和一个静态区的方法 ； (c) 所述混和区与池子的进口相连， 并包含一种混和方法 ； (d) 所述好氧区包含一种将氧气传到该区， 并混和该区的方法 ； (e) 所述静态区与池子的出口相连 ； (f) 所述混和方法由。
7、空气驱动， 并能够使液体产生周期性浪涛式提升运动 ； (g) 一种将静态区污泥回流到所述混和区的方法。 9. 如权利要求 8 所述的方法， 其特征在于利用多个混和区， 进水进入到第一个混和区， 污泥从静态区回流到所述多个混和区。 10. 如权利要求 8 所述的方法， 其特征在于利用多个混和区和好氧区组合， 进水进入到 所有混和区， 污泥则从所述静态区回流到最上游的混和区。 权 利 要 求 书 CN 103842047 A 2 2/3 页 3 11. 根据权利要求 8 所述的方法， 其特征在于至少是利用好氧区出水中的氨的浓度来 控制曝气。 12. 如权利要求 11 所述的方法， 还包括根据好氧区。
8、内的溶解氧的浓度来控制污泥排放 的方法。 13. 一种处理水和污水的生物方法， 其中包含 ： (a) 一个具有一个进口和一个出口的池子 ； (b) 一种将所述池子分隔成两个区， 分别为一个交替反应区和一个静态区的方法 ； (c) 所述交替反应区内包含一种混和方法和一种曝气方法 ； (d) 所述静态区与池子的出口相连 ； (e) 一种将所述静态区内污泥回流到所述交替反应区的方法 ； (f) 所述曝气方法循环性地开启和关闭 ； (g) 所述混和方法至少是在不曝气的时候启动 ； (h) 一种将进水泵到交替反应区的、 至少是在不曝气的时段内一部分时间运行的方法。 14. 如权利要求 13 所述的方法，。
9、 其特征在于， 在所述交替反应区和所述静态区之间加 一个好氧完善区。 15. 如权利要求 14 所述的方法， 其特征在于， 在所述交替反应区的前面加一个含有一 种混和方法的混和区， 以及一种将污泥从所述静态区回流到所述混和区的方法。 16. 如权利要求 13 所述的方法， 其特征在于， 在所述交替反应区的前面加一个含有一 种混和方法的混和区， 以及一种将污泥从所述静态区回流到所述混和区的方法。 17. 如权利要求 13 所述的方法， 其特征在于至少是利用好氧区出水中的氨的浓度控制 曝气。 18. 如权利要求 17 所述的方法， 还包括根据好氧区内的溶解氧的浓度控制污泥排放的 方法。 19. 一。
10、种用于处理有机废物或污水的装置， 其中包括 ： (a) 一个具有一个进口， 一个出口， 一个气体出口， 以及一种混和方法的池子 ； (b) 所述混和方法由气体驱动， 并能使池内的成分产生周期性浪涛式的提升运动。 20. 如权利要求 19 所述的装置， 还包括将所有气体导入所述混和方法的方法， 和或 将沼气回流到所述混和方法的方法， 将固体滞留在池子内因此降低出流中固体含量的方 法， 使所述混和方法振荡的方法。 21. 如权利要求 19 所述的装置， 在同一个池子内还包括多种混和方法。 22. 一种用于处理有机废物或污水的方法， 其中包括 ： (a) 一个具有一个进口， 一个出口， 一个气体出口。
11、， 以及一种混和方法的池子 ； (b) 所述混和方法由气体驱动， 并能使池内的成分产生周期性浪涛式的提升运动。 23. 如权利要求 22 所述的方法， 还包括将所有气体导入所述混和方法的方法， 和或 将沼气回流到所述混和方法的方法， 将固体滞留在池子内因此降低出流中固体含量的方 法， 使所述混和方法振荡的方法。 24. 如权利要求 22 所述的方法， 在同一个池子内还包括多种混和方法。 25. 一种用于提升液体和或液体中固体的装置， 其中包括 ： (a) 一个引导液体和或液体中固体的提升管 ； 权 利 要 求 书 CN 103842047 A 3 3/3 页 4 (b) 一个用于收集和合并气体。
12、的容器 ； (c) 一个连接所述提升管与所述容器的、 能使气体从所述容器一次性导入所述提升管 的三路通道 ； (d) 一种气源。 26. 一种用于提升液体和或液体中固体的装置， 其中包括 ： (a) 一个引导液体和或液体中固体的提升管 ； (b) 一个包含至少一部分所述提升管的、 收集和合并气体的容器 ； (c) 一个与上部提升管重叠的下部提升管， 其中在下部提升管的内壁与上部提升管的 外壁之间形成一个通道 ； (d) 一种气源。 27. 一种用于提升液体和或液体中固体的方法， 其中包括 ： (a) 一个引导液体和或液体中固体的提升管 ； (b) 一个用于收集和合并气体的容器 ； (c) 一个。
13、连接所述提升管与所述容器的、 能使气体从所述容器一次性导入所述提升管 的三路通道 ； (d) 一种气源。 28. 一种用于提升液体和或液体中固体的方法， 其中包括 ： (a) 一个引导液体和或液体中固体的提升管 ； (b) 一个包含至少一部分所述提升管的、 收集和合并气体的容器 ； (c) 一个与上部提升管部分重叠的下部提升管， 其中在下部提升管的内壁与上部提升 管的外壁之间形成一个通道 ； (d) 一种气源。 权 利 要 求 书 CN 103842047 A 4 1/11 页 5 水和污水处理的装置和方法 0001 引用的相关申请 0002 本申请要求的优先权 ： 美国临时专利申请号 61 。
14、515， 855， 提交于 2011 年 8 月 6 日 ； 美国临时专利申请号61515， 967， 提交于2011年8月7日 ； 美国临时专利申请号61 521， 653， 提交于 2011 年 8 月 9 日 ； 和美国临时专利申请号 61 525， 760， 提交于 2011 年 8 月 20 日。 技术背景 0003 含有有机污染物的污水通常用生物法处理。悬浮生长法， 通常也被称为活性污泥 法， 是最广泛使用的生物法之一。 例如， 大多数市政污水处理厂在其二级处理阶段采用活性 污泥法， 去除污水中的有机污染物。传统活性污泥工艺包括一个悬浮生长生物反应器 ( 若 在好氧条件下运行则称之。
15、为曝气池 ) 和一个沉淀池 ( 通常称之为二沉池 )。污水和从沉淀 池回流的活性污泥进入曝气池。空气或氧气通过曝气系统供至曝气池。在曝气池中， 污染 物被降解或被吸附在活性污泥上。曝气池的混和液然后进入二沉池进行固 - 液分离。二沉 池的上清液通过沉淀池的出口排出。沉淀池中沉淀的大部分污泥被回流到曝气池。剩余污 泥被排放到污泥处置系统进行进一步的处理。 排放的污泥或高浓度污水还可以采用厌氧法 来生产沼气并同时降低污染负荷。 0004 在大多数情况下， 污水中还含有有机氮、 氨和磷。 因为它们能引起受纳水体中藻类 的过快增长， 他们也被称为污水营养物质。 此外， 有机氮和氨在收纳水体中被氧化时会。
16、消耗 氧。这些污水营养物也可在生物反应器中被去除。在好氧条件下微生物可以将有机氮和氨 转化为硝酸盐或亚硝酸盐。这个过程被称为硝化。如果生物反应器或者其中的一部分是在 缺氧状态(无溶解氧(DO)， 微生物可以将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气。 这个过程被称为 反硝化。如果生物反应器被维持在低溶解氧状态， 可以实现同时硝化反硝化。如果好氧 污泥不断地流经生物反应器的厌氧区然后好氧区， 则可以驯化出一类有利于磷吸收的微生 物。 0005 硝化反硝化组合可经由多种方式实现。 传统的方法包括一个生物反应器和一个 二沉池。 生物反应器由两个区或两个独立的池子组成 ： 好氧区池用于硝化， 缺氧区池用 于反硝化。。
17、活性污泥从沉淀池回流到生物反应器中， 以保持一定的微生物量进行硝化与反 硝化。如果缺氧区是在好氧区的前面， 它被称为 “前缺氧” 工艺。在这个工艺中， 进水中的 有机物用作反硝化反应的电子给体， 从而在反硝化过程中也使得部分有机物得以去除。然 而， 该工艺依赖于最终污泥和或混和液的回流向缺氧区提供硝酸盐。 因此， 只有在这些回 流液中的亚硝酸盐硝酸盐才能被去除。在好氧区中总有一部分硝酸盐亚硝酸盐 ( 取决 于回流比 ) 永远不会被回流到缺氧区， 从而限制了反硝化的程度。如果好氧区是在缺氧区 之前， 它被称为 “后缺氧” 工艺。这一工艺不能利用进水中的有机碳进行反硝化。因此， 反 硝化速度通常非。
18、常缓慢， 通常需用外加碳源来促进反硝化。外加碳源的方法增加了操作的 复杂性和费用。 0006 阶段进水阶段曝气工艺也可以用来进行硝化和反硝化。在这一工艺中， 生物反 说 明 书 CN 103842047 A 5 2/11 页 6 应器被分隔成几个缺氧好氧段组合。在好氧段进行曝气以实现硝化。然而， 进水需被分 别送到每一个缺氧段， 并与从前面的好氧段进来的硝化后的混和液混和进行反硝化。这个 工艺利用进水中的有机物进行反硝化。 然而， 二沉池的污泥需回流到最前面的缺氧段， 以提 供足够的生物量来进行硝化和反硝化。 0007 此外， 还有一种交替好氧 - 缺氧工艺用于去除总氮。该工艺的生物反应器不分。
19、段， 而是在同一体积内， 在不同时间分别创造好氧和缺氧条件。曝气用于创造好氧条件进行硝 化。然后停止曝气以创造缺氧条件。在缺氧条件下开始进水并进行反硝化。这一工艺仍需 要用二沉池进行固 - 液分离， 并需要一套独立的污泥回流系统为生物反应器接种进行生物 反应。 0008 同时硝化反硝化工艺也在同一个池子内实现硝化和反硝化。在该工艺中， 整个 池子内要保持很低的溶解氧， 使活性污泥的絮体内部保持缺氧条件， 进而使扩散到絮体内 部的硝酸盐亚硝酸盐被反硝化。然而， 保持精确的低溶解氧浓度需要一个复杂的控制系 统。此外， 低溶解氧降低硝化速率。这一工艺也需要用二沉池进行固 - 液分离， 并需要一套 独。
20、立的污泥回流系统为生物反应器接种。 0009 序批式反应器 (SBR) 可以在同一个池子内进行硝化、 反硝化和固液分离。在曝气 期间进行硝化， 在进水和混和期间进行反硝化。污泥在沉淀期间沉淀并被保留在池内。然 而， 在新的进水周期开始之前， 硝化后上清液中的部分硝酸盐必须被撇出。 出水中的硝酸盐 浓度取决于进水中的总氮浓度和一个处理周期内进水体积所占池子总体积之比。因此， 只 有在撇除上清液后存留在池内的部分硝酸盐才可被反硝化。由于 SBR 工艺使用机械撇水装 置， 不太可能对上清液进行频繁但小体积的撇除 - 尽管这对降低出水硝酸盐的浓度是必须 的， 因此， 出水中总的硝酸盐浓度不能够保持在所。
21、希望的低水平。此外， 上清液撇除过程中 使用许多机械动件 ； 它们可能会出问题并影响操作。 0010 图 1 展示了传统的用于去除总氮的前缺氧工艺。它有一个用于反硝化的缺氧区和 后面一个用于 BOD 降解和硝化的好氧区。好氧区混和液被强制回流到缺氧区以提供硝酸 盐。混和液从好氧区流到二沉池进行固 - 液分离 ； 二沉池中沉淀的污泥被回流到缺氧区以 提供生物处理所需的微生物。二沉池的上清液排出。缺氧区通常通过机械设备进行连续混 和。 0011 图 2 展示了用于深度硝化和反硝化的传统分段进水工艺。它包括几段或区来交替 进行反硝化和硝化。 类似于前缺氧工艺， 它有一个独立的二沉池， 污泥从二沉池回。
22、流到第一 个缺氧区， 并且所有的缺氧区通常用机械装置进行连续混和。 进水被分配到多个缺氧区内， 以降低后续好氧区产生的硝酸盐的量， 并且提供碳源进行反硝化。这一工艺可以达到更好 的总氮去除效果。 0012 图 3 展示了在美国专利号 6， 787， 035 所公开的， 含有内沉降装置 (24， 26， 28， 30) 以便自动将污泥回流到好氧区 (18) 的生物反应器。这个系统使用一个好氧区 (18) 去除 BOD 和进行硝化， 同时回流一部分混和液到前面的缺氧区 (16) 进行反硝化。补充污泥还可 从最终沉淀池 (36)， 通过一个污泥回流装置 (38)， 回流到所述生物反应器。在正常操作期。
23、 间， 污水连续地进入生物反应器， 曝气装置 (22) 连续对生物反应器充氧。 0013 厌氧消化池已在世界许多地区被广泛利用， 将人畜粪便、 高浓度污水、 以及污泥转 化成沼气， 用于做饭、 取暖和发电。厌氧消化池的主要部件是一个池子。该池子接收并在厌 说 明 书 CN 103842047 A 6 3/11 页 7 氧条件下消化有机物质。在消化过程中微生物将有机物经过多次代谢后转化为甲烷气体。 0014 高效厌氧消化池和传统厌氧消化池之间的主要区别在于是否有混和。 适当的混和 可以显著提高消化性能， 因为它使得微生物和有机物之间的的接触更好， 防止了污泥沉积， 并打碎了浮泥。大型设施通常使用。
24、高效厌氧消化池。机械混和与气体混和等方法通常被用 于高效消化池。这些混和方法通常需要从外部输入能量和定期维护。例如， 机械混和装置 需要用叶轮和电机。 混和强度相对较轻的气体混和也需要一个气体压缩机从池子的顶部将 气体回流到池子的底部。 对于小型设施(例如那些在家庭和小型社区使用的设施)， 这些混 和方法都不经济。特别是， 这些混和方法不能在没有电的地区使用。因此， 只能用大体积的 没有混和装置的传统厌氧消化池来生产沼气。 0015 在小型设施中安装传统的厌氧消化池代价较高。 大批量安装这类传统消化池的主 要障碍是他们的大体积。大体积的池子需要占用大的面积以及更高的建造成本， 并且在大 多数情。
25、况下需要在现场建造。大池子也更容易泄漏 - 沼气的泄漏是沼气池失败的首要因 素。由缺乏适当的混和， 因此反应速率低， 必需要用大的体积。池中只存在由小沼气气泡上 升造成的非常轻微的混和。 0016 过去的一些厌氧消化池采用在池内安装螺旋桨类的混和装置混和， 也可在厌氧消 化池内安装导流管混和器来改善混和性能。导流管混和器通常包含一个螺旋桨搅拌器， 将 消化液从池子上部的液体表面以下， 引到池子的底部。如果一个池子内有一个以上的导流 管， 这些导流管的出口以特定的方式排列， 可在消化池内形成涡流。 这样做有两个重要的功 能 ： 首先， 如前所述， 反应器内部的紊流增加了微生物和基质的接触， 从而。
26、增加了代谢活性 和产气率 ； 第二， 表面的搅动可以打碎浮泥， 并将其重新引入到混和液中。过多的浮泥能影 响厌氧消化池的操作， 如降低产气量和堵塞出流管道。 0017 对于同样的产气量， 高效完全混和式厌氧消化池具有较小的体积。能够进行高效 厌氧消化的便携式厌氧消化池通常具有相似反应器同样的组件 ( 即， 流入管， 流出管， 排泥 管等)。 这样的反应器可以使用单个或多个叶轮将固体从反应器的底部提升， 分配到反应器 的上部， 同时打碎浮泥。 其他类型的常规混和装置， 诸如导流管， 注气， 抽真空， 搅拌叶片等， 也可用于消化池的混和。消化池的出流口通常位于消化液表面的下面， 以减少浮泥可能造 。
27、成的堵塞。虽然这种类型的反应器单位体积的产气量比传统的无混和的反应器高， 但由于 需要从外部输入能量进行混和， 使得整个反应器的净能量输出反而降低。 0018 流体或流体状物质经常用机械装置传输 ； 这包括提供正、 负位移的装置 ( 例如， 隔 膜泵 )， 或直接将动能加到流体的装置 ( 例如， 离心泵 )。这些类型的装置通常有许多机械 运动部件， 因此， 需要不断维护。 0019 传统的气提泵也可用于传输与混和流体。同机械泵相比， 传统气提泵的优势在于 它没有机械动件， 不存在机械磨损而引起的问题。 由于用气体驱动气提泵， 使得泵本身容易 维护或无维护问题。此外， 相比于机械泵， 气提泵不易。
28、损坏， 重量轻， 便于安装和运输。在传 统气提泵中， 当空气引入提升管后， 管内流体的密度降低， 从而使液体和固体从提升管的底 部传输到顶部。 0020 传统的气提泵也有缺点。最大的缺点是它无法对流体施加高水头或压力。此外， 气提泵只局限于相对较小的管径， 因此不能达到高流量。 如果气提泵的管径较大， 管内气泡 相对分散， 不能以大气泡的形式存在。因此， 提升力随着管径的增加而减小。 说 明 书 CN 103842047 A 7 4/11 页 8 0021 如果有一种方法和装置， 能够在管道内形成大气泡来提升液体， 泵的性能会得到 改善。另外， 泵不会因管径的增大而失去提升力， 从而达到更高的。
29、流量。大气泡引起的强大 提升力也可用于混和各种类型反应器内的流体。 0022 有的用以改善气提泵效率的方法是通过将空气引入到气提泵， 使气体在液面下的 一个容积内累积。一旦气体达到预定体积， 气体会通过一个通道进入到泵的提升管。这样 的装置可以被看作是 “浪涛式提升” 装置， 因为它们在收集到的气体后达到预定体积后， 能 在一次 “浪涛” 中释放以提高泵的性能。当气泡膨胀并充满整个提升管时， 产生了比传统气 提泵内小气泡更大的提升力。 也有其他的方法， 通过添加一根供气管， 将气体连续供给到提 升管， 使得气提泵在两次大气泡浪涛之间能够以传统气提泵的方式运转， 有效地提高流量。 所有这些先前的。
30、用于增加气提泵效率的方法都用弯头将空气从气室引到提升管。 在某些应 用中， 这类引入空气的方法能被堵塞， 导致泵不工作。 0023 发明简述 0024 本发明所公开的一个实施例是一种悬浮生长法生物反应器和方法， 其中包括一个 或多个在厌氧或缺氧条件下工作的混和区， 一个用于硝化和去除 BOD 的好氧区， 一个用于 污泥沉降和浓缩的、 底部开放或封闭的静态区， 一种将污泥从静态区回流到一个混和区或 者几个混和区的液体输送装置 ； 该液体输送装置还可能是一种将生物从静态区自动回流到 好氧区的方法。还可用一系列混和区以增加反硝化和或除磷效果。在不同的区域内的混 和由空气驱动的浪涛式提升装置来完成。 。
31、0025 本发明所公开的另一个实施例是一种以污泥内回流取代传统的污泥从终沉池回 流的悬浮生长法生物反应器和工艺， 并在该反应器的单一反应区内交替运行不同的条件， 使微生物在不同的时间段实现特定的功能。 它包括一个在交替混和好氧条件下运行的交 替反应区以去除污染物， 一个静态区将污泥沉降和浓缩， 和一种将生物固体从静态区回流 到交替反应区的方法。混和可以通过用气体驱动的浪涛提升装置来实现。 0026 本发明所公开的又一实施例包括一个混和和好氧交替运行的生物反应器， 以实现 在有氧和无氧条件下的生物反应。在好氧阶段反应器内的 BOD 被转化为二氧化碳和生物， 氨氮有机氮被转化为硝酸盐或亚硝酸盐。在。
32、缺氧阶段的进水进入反应器后， 提供反硝化 所需的碳源， 将硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气。在缺氧阶段由混和装置进行混和。当缺氧 混和的时间延长后会发生厌氧状态， 这会促进反应器内聚磷微生物的生长， 实现生物除磷。 0027 本发明所公开的又一实施例包括在交替反应区的上游增加一个厌氧区， 以提高生 物处理效果。 在某些情况下需包括一种将生物固体从静态区传输到厌氧区或者厌氧区同交 替反应区的方法。 此外， 静态区中的固体也可以通过回流装置回流到交替反应区， 而不是通 过反应器内自然的水力方式进行污泥回流。 0028 本发明所公开的另一个实施例描述了一种方法和装置， 能够在泵的管道内形成大 直径气泡 (。
33、 如气动提升泵 )， 以产生比传统气提泵更高的提升能力。这个特定的实施例包 括一个气体收集室和一种将气体传输到泵的管道的方法。 气体收集室收集的小气泡不断合 并， 在达到一定体积后， 排放到泵的提升管。其结果是， 在泵的提升管内的大气泡利用气体 的浮力推动泵提升管中的液体向上流。 0029 本发明所公开的又一实施例描述了一种方法和装置， 通过厌氧消化有机物， 例如 动物和人的粪便、 生物固体、 污水等， 产生沼气。这个特定的实施例包括一个池子和一个自 说 明 书 CN 103842047 A 8 5/11 页 9 动混和装置。在池子下部所产生的沼气气泡被收集与合并。在达到一定体积后气体被一次 。
34、性释放到提升管， 在提升管内产生很强的吸力， 将池子底部的固体和液体提升到池子的上 部， 有效地混和了池子。该混和也降低了在池底积泥的可能， 同时打碎了池内的浮泥。池内 的污泥在进料时通过出口被置换排出。 0030 附图简要说明 0031 图 1 是传统的前缺氧污水处理工艺的流程图。 0032 图 2 是传统的分步进水硝化和反硝化工艺的流程图。 0033 图 3 是从美国专利号 6， 787， 035 的生物反应器的横截面图。 0034 图 4 是本发明所公开的一个生物反应器实施例的横截面图。 0035 图 5 是本发明所公开的另一个生物反应器实施例的横截面图。 0036 图 6 是本发明所公。
35、开的又一个生物反应器实施例的横截面图。 0037 图 7 是本发明所公开的又一个生物反应器实施例的横截面图。 0038 图 8 是本发明所公开的一个提升装置实施例的横截面图。 0039 图 9 是本发明所公开的另一个提升装置实施例的横截面图。 0040 图 10 是本发明所公开的又一个提升装置实施例的横截面图。 0041 图 11 是本发明所公开的一个反应器和提升装置实施例的横截面图。 0042 图 12 是本发明所公开的另一个反应器和提升装置实施例的横截面图。 0043 图 13 是本发明所公开的又一个反应器和提升装置实施例的横截面图。 0044 图 14 是本发明所公开的又一个反应器和提升。
36、装置实施例的横截面图。 0045 说明书 0046 为了帮助对所要求保护技术的原理的理解， 并展示目前所理解的最佳操作方式， 现将参考附图所示的实施例， 用具体的语言描述本发明。 然而应当理解的是， 此描述并不意 味着对所要求保护的技术范围加以限制 ； 该技术范围还包括了被所要求保护的领域的技术 人员能够自然想到的对图示装置的改变和改进， 以及在所图示的要求保护的技术的原理上 的进一步的应用。 0047 适当的混和对生物反应极为重要。在好氧反应器中， 用于供氧所供给的空气通常 会满足对混和的需求， 因此通常不需要利用额外的混和装置。 然而， 由于氧气对缺氧和厌氧 反应有负面影响， 缺氧和厌氧工。
37、艺通常用机械混和设备进行混和。 常规的混和方法， 包括机 械混和装置或空气混和装置， 是连续操作。 为了能完全混和反应器， 这些混和装置需消耗大 量的能量， 或者显著增加反应器内的溶解氧。此外， 机械搅拌装置需要定期维护， 连续流空 气混和装置只能提供轻微的局部混和。 0048 图 4 示出了第一个发明的一个实施例的横截面侧视图。本发明的生物反应器被 分隔成一个在缺氧或厌氧的条件下工作的混和区 (50)， 一个好氧区 (52)， 和一个静态区 (54)。这些区可以由隔板 (59， 60) 隔开。进水通过进口 (56) 进入反应器和混和区 (50) ； 如果混和区是在缺氧条件， 进水在那里与微生。
38、物混和并进行反硝化。如果混和区 (50) 是在 厌氧条件下， 则可培养出聚磷微生物 (PAOs) 以去除磷。用空气驱动的并能进行浪涛式提升 运动的混和装置 (58) 可以用于增加厌氧区的生物动力学。虽然附图中示出的是污泥被直 接从静态区(54)回流到混和区(50)， 可以理解是， 污泥也可以从静态区(54)回流到好氧区 (52)， 再从好氧区 (52) 回流到混和区 (50)， 以可达到同样的目的。 说 明 书 CN 103842047 A 9 6/11 页 10 0049 混和液离开混和区(50)然后进入好氧区(52) ； 在那里水中的BOD被降解 ； 如果污 泥龄较长， 也可发硝化反应生。。
39、混和液然后从好氧区 (52) 流入静态区 (54)。静态区 (54) 包括沉淀隔板 (60)， 该隔板可以或可以不延伸到反应器的底部 ； 以及一个将入流导入静态 区 (54) 底部的通道 (62)。 0050 如果沉淀隔板 (60) 不延伸到反应器的底部， 沉淀在静态区 (54) 的固体会被负压 直接拉回到好氧区。污泥也可经由泵装置 (64)， 其可以是常规的机械泵， 常规的气提泵， 或 如后面所描述的气提泵， 回流到混和区 (50)。所述泵装置 (64) 可从好氧区 (52) 或静态区 (54)回流固体。 如果沉淀隔板(60)延伸到所述反应器的底部， 固体则必须被从静态区(54) 回流。出流。
40、通过出口 (66) 离开反应器 ； 该反应器可通过一个或多个放空口 (68) 排空。替 代实施例还可包括本领域所共知的曝气装置 (70)。 0051 在上述混和区 - 好氧区的前面还可加一混和区， 静态区的污泥可以回流到任一混 和区。如果它被回流到第二个混和区， 第二混和区的混和液则需回流到第一混和区。这一 组合让三个反应区分别在厌氧 - 缺氧 - 好氧条件下的工作， 实现脱氮除磷双重功能。所有 的混和与液体传输装置都可以是那种利用空气驱动的、 可进行浪涛式提升运动的装置。部 分或全部的混和和或传输装置也可用电、 水力、 或其它合适的方式驱动。 0052 图 5 示出了所公开发明的另一个实施例。
41、的横截面侧视图。虽然在该特定实施例 中有两对缺氧好氧区的组合， 两对以上也是可能的， 并应该被视为是本实施例的自然延 伸形式。进水通过一个进口 (72) 进入反应器， 然后进入至少一个处于缺氧条件的混和区 (74)。能够提供浪涛式提升运动的并用空气驱动的混和装置 (76) 用来增加本实施例混和 区的生物动力学 ； 该混和装置将在后面介绍。 在其他实施例中， 也可以使用其他类型的混和 装置。 0053 混和区 (74) 内的进水和回流污泥流过隔离墙 (78) 进入到其它区， 这其中至少有 一个为好氧区 (80)， 区内有曝气装置 (82) 进行混和并提供氧气， 使有机物降解和硝化。最 后， 它进。
42、入静态区 (84) ； 该静态区由一个可能会或可能不会延伸到反应器底部的沉淀隔板 (86)， 和一个将入流导向静态区 (84) 底部的通道 (88) 组成。 0054 污泥固体沉淀到静态区(84)底部 ； 如果沉淀隔板(86)不延伸到反应器的底部， 静 态区内的污泥固体可以被自动地回流到前面的好氧区 (80)。不管沉淀隔板 (86) 是否延伸 到反应器的底部， 静态区 (84) 底部的污泥固体都要用泵装置 (90) 输送到至少第一混和区 (74)。虽然未被标出， 其他的污泥回流装置也应被用于本实施例。本实施例图中所示的沉 淀隔板 (86) 不延伸到反应器的底部， 但是替代实施例可以包括一个延伸。
43、到反应器的底部 的隔板。 0055 静态区 (84) 中的上清液经出口 (92) 离开反应器。该反应器可通过一个或多个排 空口 (94) 放空。 0056 图 6 示出了本发明的另一实施例的横截面侧视图。入流通过进水口 (96) 进入反 应器并进入交替反应区(98)。 交替反应区(98)是通过一个曝气装置(100)曝气， 和或通 过一个混和装置 (102) 混和 ； 图 6 所示混和装置为后述的空气提升装置的一个实施例。替 代实施例可以不显示曝气装置和或混和装置。 其它实施例可根据需要包括多个曝气和 或混和装置。通过交替好氧和无氧操作， 反应器可以在同一容器中实现硝化和反硝化。 0057 混和。
44、液离开交替反应区 (98) 后进入静态区 (104) ； 静态区是由一个可能会或可能 说 明 书 CN 103842047 A 10 7/11 页 11 不会延伸到反应器的底部的沉淀隔板 (106)， 和一个将入流导向静态区 (104) 底部的通道 (108) 组成。 0058 如果沉淀隔板 (106) 不延伸到反应器 (110) 的底部， 沉淀到静态区 (104) 底部的 污泥固体可以被自动地回流到交替反应区 (98)( 如果需要的话 )。在这种情况下没有必要 进行强制污泥回流。然而， 无论是沉淀隔板 (106) 是否延伸到反应器的底部， 沉淀在静态区 (104) 底部的污泥固体都可用泵装置。
45、 (112) 回流到交替区 (98)。本实施例中显示的沉淀隔 板 (106) 不延伸到反应器的底部， 但其他实施例可以采用一个延伸至所述反应器 (110) 底 部的沉淀隔板。静态区 (104) 中的上清液通过出口 (114) 离开反应器。该反应器可通过一 个或多个排空口 (116) 放空。 0059 图 7 示出了所公开技术的另外一个实施例的横截面侧视图。入流通过进口 (118) 进入反应器并流入的混和区(120) ； 该区用混和装置(122)混和。 这个前混和区的目的是为 了提高生物除磷和脱氮性能 ； 它可根据处理工艺的操作周期在厌氧或缺氧条件下运转。混 和液离开混和区 (120) 后进入由。
46、一个隔板 (142) 隔开的交替反应区 (124)。 0060 如果需要的话， 交替反应区 (124) 可经由一个曝气装置 (126) 曝气和或通过一 个混和装置 (125) 混和。混和液离开交替区 (124) 后进入静态区 (128) ； 静态区是由一个 可能会或可能不会延伸到反应器 (132) 的底部的沉淀隔板 (130)， 和一个将入流导向静态 区 (128) 底部的通道 (134) 组成。 0061 如果沉淀隔板 (130) 不延伸到反应器的底部， 沉淀到静态区 (128) 底部的污泥固 体可以被自动地回流到交替反应区 (124)。无论是沉淀隔板 (130) 是否延伸到反应器的底 部，。
47、 沉淀在静态区 (128) 底部的污泥固体都可用一个或多个泵装置 (136) 回流到至少混和 区 (120)， 但如果需要的话也可回流到交替反应区 (124)。此外， 固体也可以从交替反应区 (124) 回流到混和区 (120)。静态区 (128) 中的上清液通过出口 (138) 作为出流离开反应 器。该反应器可通过一个或多个排空口 (140) 放空。 0062 图 8 示出了一种气动提升装置的实施例的横截面侧视图。本实施例是一个液体提 升装置 (144)( 即， 浪涛式提升装置 ) ； 它能合并气体， 并周期性地以大直径气泡的方式释放 收集的气体， 以达到比常规的气提泵更好的性能。气体或通过。
48、图示的供气管 (148)， 或由该 装置下方的气源 ( 未示出 ) 上升进入气体收集室 (146)。在某些应用中， 气体收集室 (146) 的外壳可以进一步延长到提升管 (150) 底部的下方。 0063 小气泡进入气体收集室 (146) 后逐渐积累并形成大气泡。该大气泡的体积逐渐 向下膨胀直到孔口 (152) ； 该孔口由顶部和底部开口的以防止堵塞的挡板 (154) 盖住。一 旦气体体积达到孔口 (152)， 全部的气体会经由挡板 (154) 的顶部、 气体通道 (156) 与孔口 (152) 进入到上部提升管 (150)。气泡填充提升管 (150)， 将提升管下部的液体抽升至装置 的顶部。。
49、在本实施例中的孔口 (152) 位于上部提升管 (150) ； 该提升管可以向下延伸， 以形 成装置的底座。这样的提升装置 (144) 可根据需要用在不同类型的池子、 罐、 或容器中。此 外， 所公开的泵装置可用于传输不同的液体和或固体。 在其它实施例中， 除空气以外的其 它一种或多种气体也可用于驱动泵运动。 0064 图 9 示出了第三个发明的第二种实施例的横截面侧视图。气体或通过图示的供 气管 (160)， 或由该装置下方的气源上升进入气体收集室 (158)。小气泡进入气体收集室 (158) 后逐渐积累并形成大气泡。该大气泡的体积逐渐向下膨胀直到上部提升管 (162) 的 说 明 书 CN 103842047 A 11 8/11 页 12 下沿。一旦气泡越过了上部提升管 (162) 的下沿， 全部的气体经由下部提升管 (164) 的顶 部与气体通道(166)进入到上部提升管(162)， 提升流体。 在本实施例中下部提升管可向下 延伸形成装置的底。