[发明专利]污水处理的新系统和方法

说明书

【背景技术】·

本发明是关于污水处理。特别地，本发明是关于能够有效快速地去除污水中污染物的主动处理系统和方法。

传统的污水处理开始于对污水进行预处理，其在不同阶段实施。在最初阶段，污水经过水解将微粒物质转变为可溶解化合物。这些可溶解化合物在下一阶段被分解。举例来说，发酵降解糖和脂肪酸存在于污水中产生醋酸盐、氢和氧。最终通过使用产烷菌生物体将被分解的化合物转化为甲烷。

在预处理结束之后，某些传统方法可能依靠被动技术，其只依靠重力来去除污水中的悬浮固体。通常使用一个能够容纳3千万加仑水的初级沉淀地窖来进行沉淀。沉淀是一个缓慢的过程，其中允许污水中相对较重的固体沉淀，这样，它们沉淀至地窖的底部，形成包含重固体的离散固态和离散的液体或水态。结果这些类固体很容易从液态污水中分离出来。

在重固体去除之后，污水被输送至另一个大池子里来去除有机物。在这个大池子里，微生物附着在池子的厚壁和底部并且在合适的光线、温度和表面积下在池子里繁殖。这些微生物繁殖数量巨大并且消耗污水中的大部分氧和食物（例如，有机物）。在缺少必需的维持条件的情况下，这些微生物最终死亡，剩下具有丰富的氮和磷的污水。传统的方法根据剩余的污染物的数量将这些污水排放至土壤、池塘或池子。

不幸的是，传统的污水处理方法存在几个缺陷。例如，依靠沉淀去除固体的过程不仅很漫长而且很昂贵。特别的，基础设施，例如大池子、管道以及泵都需要巨大的资金成本。

另外一个例子，去除有机物的过程，与去除固体的过程相似，因为要在大池子中运行很长时间，也是被动和昂贵的。再一个例子，传统的处理方法并没有一个有效的从污水中去除死亡的微生物和残留的氮和磷的方法。虽然反渗透或离子交换可以用于去除氮和磷，但其被认为不具商业可行性，因此并未整合到传统污水处理方法中。

因此，需要的是更有效和快速处理污水的污水处理系统和方法。

【发明内容】

根据前面所述，本发明提供一种更有效和快速处理污水的污水处理系统和方法。

在其他成分之中，污水一般包括固体，其包括总悬浮固体（total suspended solids, TSS）、无机和有机物、氮、磷和活的有机物。以一种商业上可行的方法去除这些物质具有独特的挑战，其不是使用传统的主要依靠重力和时间的处理方法来解决。在这样的背景下，本发明的方法采用主动的方法来进行污水处理，例如，以一种商业上可行的方法高效快速地处理污水。特别地，本发明提供主要通过独创的子系统和步骤而不仅仅是重力和时间，来从污水中高效快速地去除不同种类污染物的系统和方法。

本发明采用的方法意识到，在其他事情之中，生物需氧量（biochemical oxygen demand, BOD）的概念驱动污水处理的各个步骤。生物需氧量是一个目前人所共知的显示生物学上稳定有机物所需要的氧气数量的参数。根据本发明的实施例，不仅仅依靠重力和时间，而且努力有效地控制在污水处理各个阶段的生物需氧量。与现有技术的仅仅依靠重力和时间的被动处理相反，这使得本发明能够主动处理污水。

有机物通常在污水中因为各种原因使用氧气，并最终消耗可溶性氧。然而，在污水处理中，期望必须的高水平的溶解氧来供微生物生长以消耗有机物。传统的方法只在单一的离散的步骤中通过输入氧气补充污水中消耗的氧气水平来生长微生物。该步骤通过提供氧气首先促进自然产生的微生物生长到很大数量，这样它们消耗污水中的几乎所有有机物和氧。传统的方法通过采用被动的方式来提供氧气，例如，要求占用巨大空间的池子来形成长时间暴露至空气的更大的表面积。

本发明意识到需要在多个步骤中通过增加特定反应器的表面积的体积比，最大限度地使用高压空气扩散来主动增加污水中的溶解氧，也为自然生长和外部输入的细菌创造一个生长的积极环境。在本发明的较佳实施例中，主动输入氧气和增加表面积体积比在去除固体阶段的早期开始，并且在传统方法的激励微生物生长之前。

当足够数量的微生物在缺少氧气和营养物的环境下死亡时。死亡的生物体腐朽，经过俗称的“硝化作用”产生大量的氨、硝酸盐和亚硝酸盐。传统的处理方法向环境排放带有高浓度氨和磷的污水。反渗透和离子交换可以用于去除氮、磷，但不具有商业可行性,因此,没有整合到传统废水处理方法中。

排放富含氨的污水对生活是有害的。亚硝酸盐是致癌性的，直接排放带有亚硝酸盐的污水会污染饮用水的蓄水层。本发明意识到这一点并在污水排放前通过有效地去除氨和磷来避免这种污染。