СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТОК Российский патент 2018 года по МПК C02F3/12 B01D29/11 B01D36/00 B01D33/00 

Скрининг сточных вод представляет собой общий способ обработки на водоочистных станциях. Сетки для сточных вод уже более столетия используются для удаления из сточных вод крупных или инертных твердых включений для их сбора и уничтожения. Скрининг сточных вод с целью удаления таких отходов обычно выполняется в предварительном процессе, чтобы защитить от таких материалов нижеследующие процессы. В последние годы сетки стали использовать внутри самого «процесса очистки активным илом» для отбора и удаления инертных материалов.

Патенты US №№ 4,541,933, 5,824,222, 6,814,868 и 7,569,147 описывают варианты этого принципа для удаления инертных материалов из активного ила и мембранных биореакторов, то есть, применялся отбор нежелательных твердых веществ. Второй вариант использования сеток в процессах очистки активным илом заключается в замене процесса завершающего осветления посредством сетки, чтобы удерживать и возвращать активные флоккулы в аэрационный бассейн заменой осветлителя мембраной или сеткой. Последние нашли применение в качестве фильтрующих сеток и мембран для разделения на жидкую и твердую фазы. Примером последнего применения является патент US № 6,821,425, а также процессы, описанные в научной литературе Kiso et al., 2005, Tewari et al., 2010, Ren et al., 2010. Другое использование сеток описано в патенте US № 3,959,124, а также в Hernandez et al., 2002, где сетка в процессе очистки активным илом располагалась между аэрационным резервуаром и устройством разделения на жидкую и твердую фазы, для того чтобы уменьшить загрузку твердых веществ в устройство разделения на жидкую и твердую фазы. Устройство разделения на жидкую и твердую фазы могло бы быть кларификатором или мембранным фильтром.

В целом, сетки используются в процессе очистки активным илом для удаления отходов, замещения осветлителя или для уменьшения нагрузок на устройство разделения на жидкую и твердую фазы. Ни один из этих раскрытых предшествующих процессов не использует сетки ни для «отделения», ни для «удерживания» твердых отходов и ни для того, чтобы физически синтезировать биологические твердые вещества соответствующих структур с целью улучшения свойств активного ила, связанных с управляющими реакциями для удаления этих составляющих.

Текущий рабочий недостаток процесса очистки активным илом заключается в том, что время удерживания твердых веществ в активном иле является одинаковым для всех фракций. Этот недостаток был преодолен, например, посредством использования пластического материала, чтобы удерживать организмы на биопленках с целью более длительных времен удерживания твердых веществ (см., например, патенты US №№ 5,458,779 и 7,854,843). Другие варианты включают в себя использование циклонов, которые могут дифференцировать твердые вещества на основе удельного веса (патентная заявка US 2011/0198284 А1). Ни один из этих процессов не производит селекцию времени обработки отходов на основании связанных с очисткой характеристик по размеру, сжимаемости или по сдвигу.

Сущность изобретения

Раскрытые варианты исполнения включают в себя процесс селекции, использующий сетки для удерживания составляющих в виде частиц на основе их размеров и сжимаемости. Сетки, в частности, используются в процессе очистки активным илом для того чтобы «извлекать» и «удерживать» конкретные типы твердых веществ, и эти удержанные твердые вещества улучшают характеристики процесса. Эта возможность извлекать твердые вещества активного ила конкретного диапазона размеров, сжимаемости и сопротивления сдвигу посредством селекции и удерживания материала является ключевой особенностью вариантов исполнения настоящего изобретения. Настоящее изобретение приводит к системе очистки активным илом, работающей при различном времени обработки твердых отходов для различных фракций, позволяя медленно растущим организмам «вступить в соревнование» с более быстро растущими организмами или их скоплениями. Чтобы поддерживать различное время обработки твердых отходов в долгосрочном периоде достижением более определенного разделения частиц, например, посредством срезания быстрорастущей или искусственной биомассы с поверхности медленно растущих скоплений или посредством использования давления для извлечения и удерживания менее сжимаемых материалов из более сжимаемой биомассы, увеличивают физические силы (срезающее/тангенциальное напряжение и/или нормальное напряжение).

Настоящее изобретение не обязательно ограничено для использования в связи со сточными водами. Описанные здесь устройство и способы могут быть использованы в связи с обработкой воды, не являющейся сточной. Например, настоящее устройство и способы могут быть использованы для удаления питательных веществ из сельскохозяйственных отходов и/или для обработки сточных вод от твердых отходов, навоза животных, воды системы аквакультуры и перегноя или густой субстанции результата процесса анаэробного перегнивания, для восстановления загрязненных грунтовых вод, очистки питьевой воды и обработки опасных отходов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1а-1g показывают очистное устройство в соответствии с примерным вариантом исполнения, включающее в себя промывку через сетку с приложением напряжения на частицы под четырьмя различными углами.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую способ осуществления процесса очистки активным илом в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, показывающую другой способ осуществления процесса очистки активным илом в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, показывающую другой способ осуществления процесса очистки активным илом в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.5 представляет собой график, представляющий данные, которые описывают эффективность сетки, которая удерживает гранулы на основе размера в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.6 представляет собой график, представляющий данные, которые описывают эффективную продолжительность обработки твердых веществ конкретных организмов сеточной селекцией на основе размера в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.7 представляет собой график, показывающий селективное удерживание несжимаемого материала определенного размера посредством вакуумной очистки с помощью сетки в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.8А и 8В представляют собой графики, показывающие усиленное разделение конкретных организмов в результате приложения сдвига в дополнение к сеточной селекции на основе размера в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.9А и 9В показывают использование цветовой интенсивности, чтобы различать частицы с различными характеристиками в соответствии с примерным вариантом исполнения.

Фиг.10 представляет собой график, показывающий данные, которые описывают разделение распределений частиц на основе частоты экспозиции к сеткам.

Подробное описание изобретения

Описание очистного устройства. Раскрытые варианты исполнения обеспечивают сетку для отделения и удерживания частиц в процессе обработки сточных вод, таком как система очистки активным илом на основе размера частиц, сжимаемости (или) сдвига. Размер удерживаемых частиц зависит от размера ячейки сетки в размерном диапазоне 10-10000 микрон (более предпочтительно, - в диапазоне от 10 до 2000 микрон, а еще более предпочтительно, - в диапазоне от 100 до 2000 микрон). Гранулы большего размера могут быть удержаны вместе с менее размерными флоккулами или гранулами в зависимости от размера ячейки. В дополнение к удерживанию по размеру способность селективно удерживать сжимаемый или несжимаемый материал зависит от объема или скорости вымывания, приложенного вакуума или приложенной перпендикулярной силы. Сдвиг материала зависит от величины приложенного тангенциального усилия. Более сжимаемый материал по мере того, как он вымывается, стремится пройти сквозь сетку, а сетка при приложении сдвигающих усилий будет истирать эти частицы. В зависимости от интенсивности приложенного сдвигающего усилия и продолжительности или частоты поверхность агрегатных образований становится сглаженной, общий размер частицы становится уменьшенным, а частицы с низким сопротивлением сдвигу имеют тенденцию к разрушению и вымыванию. Поэтому сдвигающие силы (обычно тангенциальные) и сжимающие силы (обычно перпендикулярные) или комбинация этих сил, как показано на фиг.1а, фиг.1b, фиг.1c и фиг.1d, совместно с использованием сетки производят размерный отбор агрегатных образований соответствующего размера с более плотной или твердой структурой (например, гранулы медленно увеличивающейся биомассы обычно являются более устойчивыми к сдвигам и менее сжимаемыми по сравнению с быстрорастущей биомассой флокулянтного типа). Кроме того, приложение сдвигающей силы уменьшает диффузное сопротивление этих более плотных образований и приводит к образованию меньших частиц с большими активными поверхностями. Это может быть реализовано дополнительно, используя устройство, которое во время скрининга сжимает частицы приложением давления, такого как положительное давление в направлении потока через сетку, как, например, давления водяного напора из разбрызгивающей форсунки или отрицательное давление, такое как всасывающее давление, развиваемое вакуумным насосом. В других вариантах оказанная величина или время воздействия сдвига, сжатие частицы или времена удерживания твердых веществ могут быть установлены вручную и/или автоматически в ответ на данные, полученные от аналитических приборов, таких как спектрофотометр, или в результате иных оптических подходов, направленных на оптимизацию селекции организмов.

Фиг.1а-1d показывают четыре соответствующих вида одного иллюстративного варианта исполнения очистного устройства 10. Как показано на этих чертежах, очистное устройство 10 обрабатывает входной поток 1 сточных вод посредством внутреннего сепаратора 2 «частицы/твердые вещества», который скринирует составляющие отходов в потоке 3 отходов при отделении составляющих отходов от тех составляющих потока 1 сточных вод, которые предназначены для удерживания 4. Сточная вода 1, прежде чем входить в очистное устройство 10, может подвергаться предварительному пропусканию через сетку для удаления мусора или твердых элементов большего размера, которые должны быть исключены из процесса. Использование сетки 2 увеличивает длительность времени удерживания твердых веществ отсеянных составляющих 4 и обеспечивает давление селекции для больших по размеру биологических частиц, таким образом, развязывая время удерживания твердых веществ отсеянных составляющих 4 от длительности времени удерживания твердых веществ неотсеянных (проходных) составляющих (поток 3 отходов). Это развязка длительности времени удерживания твердых веществ обеспечивает для отсеянных составляющих 4 дополнительное время реакции. Эффективность просеивания может быть откалибрована, для того чтобы увеличить или уменьшить время удерживания твердых веществ отсеянных составляющих 4. Чтобы еще более способствовать процессу пропускания через сетку, может быть добавлен опциональный промывающий поток 5 для сетки, с использованием газа, жидкости, вакуума или некоторой комбинации веществ. Промывающий поток 5 для сетки может быть направлен на сетку 2 множеством различных способов, которые по-разному влияют на длительность времени обработки отходов, включая, но этим не ограничиваясь, - по вертикальной оси (фиг.1а), под углом, непосредственно перпендикулярным сетке (фиг.1b), по горизонтальной оси (фиг.1с) или даже в тангенциальном направлении к сетке (фиг.1d).

Очистное устройство в процессе очистки активным илом. Сетка показанных вариантов исполнения может быть использована в системе очистки активным илом, включающей в себя биореактор, который используется для обработки сточных вод, или другой раствор, такой как из внутренних отработанных потоков. Биореактор соединен с устройством сепарации, которое может включать в себя осветлитель, грануляционный реактор восходящего потока, мембрану, фильтр, устройство флотации растворенным воздухом или любое другое устройство сепарации для переработки или удаления биомассы. Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую способ типичного процесса очистки активным илом в соответствии с иллюстративным вариантом исполнения. Поток 11 сточных вод входит в опциональный первичный сепаратор 12. Избыточная сточная вода выходит из процесса, а поток 11 сточных вод входит в биореактор 15. По выходе из биореактора 15 поток 16 сточных вод входит в другой сепаратор 17. Сепаратор 17 может быть, например, осветлителем, грануляционным реактором восходящего потока, мембраной, фильтром, устройством флотации. Получившаяся сточная вода, таким образом, отделена от активированного ила 19, некоторая часть которого повторно возвращена (20) в биореактор 15, для того чтобы более эффективно использовать систему, в то время как избыточный ил из системы выходит.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, показывающую другой способ процесса очистки активным илом в соответствии с иллюстративным вариантом исполнения. Вариант исполнения согласно фиг.3 подобен варианту исполнения согласно фиг.2 (подобные элементы обозначены одинаково и повторно не описаны), но включает в себя дополнительный путь 22 от биореактора 15 для смешанного раствора, который обрабатывается посредством очистного устройства 23, прежде чем будет разделен на чистый вытекающий поток 24, который предназначен для подачи в систему на повторную обработку, и выходящий из системы избыточный поток 25. Некоторая часть вытекающего потока 24 может быть удалена (26). Количество вытекающего потока 24, который удален (26), может регулироваться управляемым образом с целью управления длительностью времени удерживания твердых веществ того материала, который удержан очистным устройством 23. Сетка 23 может быть встроена в биореактор 15 в виде расположения последовательными партиями или же может быть отделена от биореактора 15, как показано на фиг.3. Сепарация может осуществляться на основе гравитации или флотации. Длительность времени обработки твердых отходов для системы зависит от количества избыточного ила, который постоянно или периодически удаляют из устройства сепарации, которое может быть сходным с установкой, которая показана на фиг.1а-1d. Увеличение удаляемого избыточного ила уменьшает время обработки твердых отходов и наоборот.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, показывающую другой способ осуществления процесса очистки активным илом в соответствии с иллюстративным вариантом исполнения. Как видно на фиг.4, очистное устройство 23 может быть установлено (параллельно или последовательно с устройством осаждения/флотации биомассы) в одной линии с системой 19 удаления избыточного ила, а не в дополнительной линии от биореактора 15, как показано на фиг.3. Удаление избыточного ила может производиться непосредственно из следующего за биореактором 15 сепаратора 17. В этом случае сетка может быть расположена в этой альтернативной системе 19 удаления избыточного ила из биореактора. Как и в установке, показанной на фиг.3, некоторая часть потока 24, вытекающего из очистного устройства 23, может быть удалена (26). Количество вытекающего потока 24, который удален (26) из установки на фиг.24, может быть управляемо регулируемым с целью управления длительностью времени обработки твердых отходов того материала, который удержан очистным устройством 23.

Способ селекции гранул. Дополнительная раскрытая здесь функция может удерживать флоккулы или гранулы в соответствии с верхней и нижней границей размера ячеек сетки. Гранулы или частицы заданного размерного диапазона могут удерживаться посредством отброса очень больших кусков или мусора в ячейках сетки наибольшего размера, следующим за которыми очень малым гранулам разрешено пройти через ячейки сетки меньшего размера. Таким образом, последовательно установленные одиночные или множественные сетки можно было бы использовать для селективного удерживания и/или пропускания требуемых размерных фракций. Функционально частицы большего размера отлагаются быстрее (на основе Stokian осаждения), позволяя производить быстрое удаление материала в сепарационном устройстве. Увеличенные скорости осаждения являются благоприятными для обработки растений, поскольку это увеличение может повысить производительность процесса очистки активным илом. Сетки могут также способствовать разработке процесса селекции для управления реакциями в гранулированных образованиях больших размеров по сравнению с более диффузными флоккулирующими фракциями, обычно присутствующими в резервуарах активного ила. Большие образования, кроме того, обуславливают организационные структуры для совместного сосуществования или симбиоза, которые не присутствуют во флоккулах меньших размеров. Фиг.5 представляет данные, описывающие эффективность сетки, которая удерживает гранулы на основе размера в соответствии с иллюстративным вариантом исполнения. В этом примере была использована 212-микрометровая сетка для отбора и удерживания гранул бактерий анаэробного окисления аммония (анаммокс или AnAOB). График на фиг.5 показывает эффективность удерживания активности гранул AnAOB, больших, чем 212 мкм. Селекция, в дополнение к размеру частиц - может также производиться на основании сопротивления сдвигу. В одном варианте реализации описанного способа, для того чтобы повысить селективную эффективность и уменьшить диффузное сопротивление твердотельной фракции с повышенным сопротивлением сдвигу, было приложено дополнительное усилие сдвига, либо манипуляциями границ сетки (то есть вибрацией или вращением барабана сетки, посредством приложения к краям сетки механических сил), либо с помощью жидкости (например, на передней или на задней стороне сетки может быть расположена разбрызгивающая форсунка).

Способ селекции, удерживания или биоаугментация биологически активного материала. Бактерии или другие микроорганизмы могут образовывать отдельные аэробные, аноксические или анаэробные гранулы или комбинации аэробных, аноксических или анаэробных гранул. Эти гранулы могут быть отобраны и удержаны посредством сеток в пределах процесса очистки активным илом. Например, как показано на фиг.6, с использованием сеток может быть выполнена селекция и удерживание медленно растущих гранул AnAOB или аутотрофных аэробных гранул. Эти обогащенные и отобранные организмы или же, наоборот, проходящие организмы, также могут быть соответствующим образом биоаугментированы под другие соответствующие процессы обработки. Фиг.6 представляет данные, описывающие эффективное разделение времени обработки твердых отходов конкретных организмов селекцией посредством сетки на основе размеров. В этом примере показано эффективное удерживание гранул анаммокса (AnAOB) на основе размерной селекции с величиной ячейки сетки 212 мкм. При этом нежелательные нитрит-окисляющие бактерии (NOB), растущие в частицах меньшего размера (менее 212 мкм, имея в виду 32%-ю смесь раствора фракции взвешенных летучих твердых веществ) эффективно вымывались. Бактерии аэробного окисления аммония (AerAOB) были обнаружены в виде частиц как больших, так и меньших размеров. Поэтому эта селекция посредством сетки позволяет устанавливать для различных организмов - в этом случае для бактерий AnAOB, AerAOB и NOB - различные времена обработки твердых отходов. На фиг.6 показатель микробиологической активности бактерий AnAOB, AerAOB и NOB представлен, соответственно, колонками А, В и С для каждой из смеси раствора, удержанной фракции и фракции отходов.

Способ селекции и удерживания химически реактивного материала. Иногда возникает необходимость добавить химически реактивный материал для того чтобы активизировать ил. Например, для того чтобы сорбировать, обрабатывать или извлекать растворимые микросоставляющие или ионы из сточных вод или активного ила, могут быть добавлены активированный углерод, ионообменные смолы, или металлические/неметаллические катализаторы. Эти химически реактивные материалы могут добавляться в резервуары активного ила или в резервуары для другой обработки. Последующее селективное удерживание и/или удаление материалов, таких как активированный углерод, катализаторы и ионообменные смолы может быть облегчено с использованием сеток. Например, загрязнители, такие как эстрогенные или фармацевтические соединения могли бы селективно удаляться посредством удержанного активированного углерода. Альтернативно, для удаления ионов аммиака или фосфатов могли бы использоваться ионообменные смолы. Другие инертные материалы могли бы использоваться для улучшения физических характеристик активного ила (например, чтобы улучшить осаждаемость), а затем с использованием сеток селективно удержаны.

Устройство для селекции времени обработки твердых отходов по размеру, сжимаемости или сдвигу. Существуют несколько типов сеток для использования в раскрытых вариантах исполнения, включая, но этим не ограничиваясь, вакуумные сетки, вращательные или барабанные сетки, ступенчатые сетки, вибрационные сетки или стационарные сетки. Фиг.7 показывает селективное удерживание несжимаемого материала определенного размера посредством вакуумного скрининга. В этом примере организмы, растущие во флоккулах (сжимаемый материал) вымывались более эффективно посредством селекции сеткой на основе размера и сжимаемости (62% по сравнению с 32%-й смесью раствора фракции взвешенных летучих твердых веществ), что в этом случае было выполнено вакуумным пропусканием через сетку с 212-микрометровой сеткой. Фиг.7 показывает наибольшее вымывание флоккулов AerAOB на основе размера и сжимаемости по сравнению с выборочностью только на основе размера, который показан на фиг.6. Последний способ позволяет производить более четкое разделение между длительностью времени обработки твердых отходов сжимаемых флоккул и несжимаемых гранул. На фиг.7 показатель микробиологической активности бактерий AnAOB, AerAOB и NOB представлен, соответственно, колонками А, В и С для каждой из смеси раствора, несжимаемой удержанной фракции и фракции отходов.

Фиг.8А и 8В показывают данные по приложению сдвигающих сил по поверхности гранул, физически удаляющих нежелательные микробы, растущих поверх этих гранул. В этом примере сдвигающие силы прилагались к удержанной (212 мкм) фракции, содержащей гранулы анаммокса, покрытые слоем бактерий AnAOB/NOB. Посредством приложения сдвигающей силы к частицам, удержанным 212-микрометровой сеткой, слой бактерий AnAOB и NOB мог быть эффективно срезан. Эффект был пропорционален приложенной сдвигающей силе. Это показало, что приложение сдвига в комбинации с селекцией на основе размера и сжимаемости могло обеспечить и управление составом гранул, и их удельное удерживание. При этом посредством приложения сдвига удержанная биомасса уменьшилась с 74% до 72% и 56% для сценариев без сдвига при 635 с^-1 и при 1099 с^-1 соответственно. На фиг.8А показатель микробиологической активности бактерий AerAOB только для скрининга на основе размера, для скрининга с первым сдвигом и для скрининга со вторым сдвигом представлен, соответственно, колонками А, В и С для каждой из смеси раствора, удержанной фракции и фракции отходов. На фиг.8В представлен показатель микробиологической активности бактерий NOB только для скрининга на основе размера, скрининга с первым сдвигом и для скрининга со вторым сдвигом, - соответственно, колонками А, В и С для каждой из смеси раствора, удержанной фракции и фракции отходов.

Устройство для управления и коррекции размера, сдвига, сжимаемости и времени удерживания твердых веществ. Использование сеток в раскрытых вариантах исполнения особенно полезно для того, чтобы увеличивать и корректировать длительность времени обработки отходов извлеченных материалов, которые специально были выбраны для обеспечения дополнительного времени обработки. Для коррекции типа отсеянного материала могут быть использованы аналитические способы и органы управления. Фиг.9 показывает использование способа цветовой интенсивности для различения частиц с различными характеристиками. В этом примере измерялась интенсивность красного (фиг.9А), зеленого (фиг.9В) и синего (фиг.9С) цвета удержанной фракции, содержащей гранулы анаммокса (обычно ярко красного цвета), покрытые слоем бактерий AnAOB/NOB (обычно коричневого цвета), и удержанной фракции после приложения в течение 900 с сдвига величиной 1099 с^-1. Сдвигающие усилия могли значительно увеличить интенсивность красного цвета, что могло быть связано с большими потерями активности бактерий AnAOB/NOB (см. фиг.8). Кроме того, на кривых интенсивности зеленого и синего цветов наблюдался сдвиг интенсивности. Таким образом, может быть выработан алгоритм управления с тем, чтобы корректировать приложенный сдвиг и сжимаемость.

Фиг.10 показывает, что выбор распределения некоторых частиц промывкой через сетку зависит от частоты экспозиции к этой сетке. В этом примере выбрана более частая экспозиция ила к 212-микрометровой сетке и, таким образом, работа при малом (12 дней) времени обработки отходов для распределения частиц вокруг размера ячейки сетки. Работа при длительном времени обработки отходов (30-69 дней) и, таким образом, при низкой частоте экспозиции к сетке обеспечила больший размер частиц, в то время как частицы, более мелкие, чем размер сетки, вымывались более эффективно. Таким образом, может быть разработан алгоритм управления для коррекции частоты скрининга или длительности времени обработки отходов процесса.

В заключение описывается очистное устройство для селекции, удерживания, определения и управления на основании размеров, сдвига, сжимаемости и времени обработки отходов. Способы селекции гранул, организмов биологического происхождения и химически реактивные материалы рассмотрены как ключевые признаки очистного устройства. Предложена также биоаугментация удержанных или проходящих фракций сетки. Проиллюстрированное устройство и способ в качестве примерного варианта исполнения могут быть приложены к системе активированного отстоя.

Настоящее описание относится к устройству для селекции и удерживания частиц внутри системы 100 очистки активным илом (см. фиг.1а) (или любой другой подходящей системы) для обработки сточных вод. В соответствии с одним аспектом настоящего раскрытия устройство имеет классификационную сетку 2, которая использует ячейки в диапазоне от 10 микрон до 10000 микрон для селекции частиц из входящего потока 1. Входящий поток 1 может быть смешанным раствором из резервуара 102, потоком твердых веществ из главного сепаратора 104 твердой и жидкой фаз для вторичного использования или извлеченным потоком твердых отходов. Во время работы отобранные частицы 4 (например, удержанные гранулы) используются повторно, будучи возвращены во входную часть устройства, например, в резервуар 102, в главный сепаратор 104 твердой и жидкой фаз или в поток твердых отходов. Однако при необходимости, часть отобранных частиц 4 (то есть, часть удержанной фракции) может быть удалена для управления временем обработки твердых отходов отобранных частиц. Таким образом, некоторая часть фракции, которая удержана очистным устройством, возвращается во входную часть, частично или полностью. Если фракция возвращена во входную часть только частично, тогда невозвращенный материал (поз. 26, фиг.3 и 4) может быть выброшен.

При необходимости, устройство может быть оборудовано средством 144 (см. фиг.1b), которое во время скрининга сжимает частицы, расположенные на входной стороне сетки 2, посредством приложения к частицам положительного давления 5. Это средство 144 может быть, например, прижимной головкой, соединенной с разбрызгивающей форсункой. Кроме того, при необходимости, устройство может быть оснащено средством 106 (см. фиг.1е), расположенным после сетки 2, которое во время скрининга сжимает частицы, расположенные на входной стороне сетки 2, приложением к частицам отрицательного давления 108. Это средство 106 может быть, например, всасывающей головкой, а вакуум 108 может быть создан, например, соответствующим вакуумным насосом.

При необходимости, устройство может быть оборудовано механизмом, который во время скрининга прилагает к частицам сдвигающую силу. Эта сдвигающая сила может быть создана осциллирующим движением вибрационной сетки, вращательным движением вращающейся барабанной сетки, посредством расположенной до сетки 2 отдельного смесительного устройства сдвига или же посредством более частого рециклирования фильтруемого потока 1 на сетке 2. Сетка 2, показанная, например, на фиг.1а, 1b, может быть вибрационной сеткой или вращающейся барабанной сеткой. Отдельное смесительное устройство 110, расположенное до сетки 2, схематично показано на фиг.1f.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения производится преимущественная селекция на основе сопротивления сдвигу подвергаемого пропусканию через сетку материала. В соответствии с этим аспектом удерживается более устойчивая к сдвигу фракция (4) материала, а величина оказанного сдвигового воздействия или продолжительность воздействия управляется вручную или автоматически с использованием аналитического или детекторного инструмента 120 с целью оптимизации селекции организмов или частиц. Во время работы инструмент 120, который может быть спектрофотометром, посылает на контроллер 124 сигналы 122, а выход контроллера 124 может быть использован оператором для того, чтобы оптимизировать селекцию организмов или частиц. Отобранные организмы или частицы могут быть отсеянными составляющими 4. Неотобранные организмы или частицы могут войти в поток 3 отходов. Аналитический или детекторный инструмент 120 может быть применен с любым из очистных устройств, описанных и показанных в этой заявке. Аналитический или детекторный инструмент 120 может быть расположен до (то есть со стороны удерживания) или после (то есть с проходной стороны) соответствующей сетки (сеток).

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения устройство может быть выполнено с возможностью преимущественной селекции на основе сжимаемости материала на входной стороне сетки 2. В соответствии с этим аспектом удерживается менее сжимаемая фракция (4), а сжимаемость частиц управляется вручную или автоматически с использованием аналитического или детекторного инструмента 120, работающего вместе с контроллером 124 с целью оптимизации селекции организмов или частиц. Аналогичным образом, с использованием аналитического инструмента также может производиться регулировка размера сетки, при этом выбранные организмы или частицы могут быть отсеянными составляющими 4. Невыбранные организмы или частицы могут войти в поток 3 отходов.

Настоящее изобретение относится также к устройству для разделения множественных фракций твердых веществ для регулирования времени обработки твердых отходов. Устройство может быть выполнено с возможностью преимущественной селекции фракций с временем обработки твердых отходов, большим чем требуемый порог, с использованием классификационных сеток 2, и удерживания фракций с меньшим временем обработки твердых отходов, используя любой другой сепаратор твердой и жидкой фаз. В соответствии с этим аспектом настоящего изобретения фракции ила, которые удержаны и которые прошли насквозь, могут иметь относительные доли, которые могут быть корректируемыми по весу от минимального в 0% до максимального в 100% с целью регулирования временем обработки твердых отходов отобранных твердых веществ. Регулирование времени обработки твердых отходов может включать в себя смену классификационных размеров сеток и/или сепараторов твердой и жидкой фаз для достижения, соответственно, большего или меньшего времени обработки твердых отходов. Регулирование времени обработки твердых отходов может выключать в себя регулирование размера ячейки сетки (сеток) или регулирование приложения к сетке сдвига, сжатия, вакуума, вибрации и/или другой механической силы. В дополнение, время обработки твердых отходов может быть отрегулировано вручную или автоматически в ответ на полученные отсчеты аналитического или детекторного инструмента 120, работающего вместе с контроллером 124 с целью оптимизации селекции организмов или частиц.

В соответствии с одним вариантом исполнения сетка 2 может отбирать часть или все гранулированные твердые вещества, которые при необходимости могли бы выявить повышенные свойства по осаждению, при том что та же самая сетка 2 разрешает прохождение части или всех других негранулированных твердых веществ. При необходимости производится преимущественная селекция на основе размеров частиц, такая, что фракция большего размера удерживается, а фракция меньшего размера проходит насквозь. В соответствии с другим вариантом исполнения преимущественная селекция выполняется на основании сжимаемости или сопротивления сдвигу, и при этом менее сжимаемая или обладающая большим сопротивлением к сдвигу фракция удерживается (4).

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения может быть приложено дополнительное сдвигающее напряжение (или сила), либо посредством механического управления границами сеток, либо посредством жидкости 5 для того чтобы улучшить эффективность селекции и уменьшить диффузное сопротивление более устойчивой к сдвигу фракции твердых веществ.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, как схематично проиллюстрировано на фиг.1g, для того чтобы выбрать верхний размер и нижний размер диапазона селекции используется последовательность сеток 2, 2'. В соответствии с этим аспектом, частицы с размерами, которые выше верхнего размера диапазона и ниже нижнего размера диапазона, пропускаются насквозь (то есть, не отобраны). В проиллюстрированном варианте исполнения (фиг.1g) первая сетка 2' может иметь верхний размер диапазона, а вторая сетка 2 может иметь нижний размер диапазона. Фракция 200, которая удержана первой сеткой 2', входит в поток 3 отходов. Фракция 202, которая удержана второй сеткой 2, входит в удержанный поток 4. Фракция 204, которая не удержана второй сеткой 2, входит в поток 3 отходов.

При необходимости, относительные соотношения между удержанными и пропущенными фракциями 200, 202, 204 отстоя могут быть корректируемыми по весу от минимального в 0% до максимального в 100%. Такая коррекция может быть использована, чтобы отрегулировать время обработки твердых отходов отобранных твердых веществ.

Вышеописанный способ может быть применен к негранулированным твердым веществам, включая флоккулирующие или диспергированные твердые вещества, а гранулированные твердые вещества могут быть отобраны и удержаны при аэробных, аноксических или анаэробных условиях или при комбинации этих условий.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, в потоке 1 отходов ила, который отбирается либо непосредственно из реактора (смешанный раствор), либо как поток вторичного использования в любой точке процесса биологической обработки сточных вод, включая смешанный раствор, возвратный ил или удаляемый ил, может быть применена классификационная сетка. В дополнение, удержанные твердые вещества или твердые вещества, прошедшие через сетки 2, могут быть биоаугментированными в других процессах.

Отсеянные твердые вещества 4 могут быть биологического происхождения. Они, например, состоят из более медленно растущих организмов, таких как организмы аэробного окисления аммония или метаногенные организмы, аэробные организмы или аноксические организмы, и/или организмы, которые могут сосуществовать симбиозно, развивая нишевые фракции, основанные на воздействии воздуха или других веществ. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения более медленно растущие организмы преимущественно удерживаются одной или более сеткой и возвращаются частично или полностью во входную часть процесса очистки активированным илом для управляемого увеличения времени обработки твердых отходов более медленно растущих организмов относительно времени обработки твердых отходов более быстро растущих организмов.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения отсеянные твердые вещества 4 могут иметь химически реактивные свойства. Отсеянные твердые вещества 4 могут быть в виде смолы, сорбента или катализатора, и они могут быть использованы для удаления загрязнителей.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения регулирование времени обработки твердых отходов требует смену классификационных размеров сеток и/или сепараторов твердой и жидкой фаз для достижения, соответственно, большего или меньшего времени обработки твердых отходов.

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными и показанными на чертежах конструкциями, способами или устройствами. Данное изобретение определено нижеприведенными пунктами формулы изобретения.

Группа изобретений может быть использована на водоочистных станциях. Устройство для разделения фракций твердых веществ для регулирования времени обработки твердых отходов содержит классификационную сетку, осуществляющую преимущественную селекцию фракций с временем обработки твердых отходов большим, чем требуемый порог. Время обработки твердых отходов регулируется вручную или автоматически. Устройство выполнено с возможностью оптимизации селекции организмов или частиц, удерживаемых сеткой, а также возврата по меньшей мере части удержанных организмов или частиц во входную часть устройства. Удержанные организмы или частицы включают в себя организмы биологического происхождения или твердые вещества, имеющие химически реактивные свойства. Для удерживания фракции с меньшим временем обработки твердых отходов используют сепаратор твердой и жидкой фаз. Группа изобретений позволяет извлекать организмы или твердые вещества конкретного диапазона размеров. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Устройство для разделения фракций твердых веществ для регулирования времени обработки твердых отходов, причем устройство содержит:

первую классификационную сетку, осуществляющую преимущественную селекцию фракций с временем обработки твердых отходов большим, чем требуемый порог,

при этом устройство выполнено с возможностью оптимизации селекции организмов или частиц, удерживаемых сеткой, причем время обработки твердых отходов регулируется вручную или автоматически, и,

кроме того, устройство выполнено с возможностью возврата по меньшей мере части удержанных организмов или частиц во входную часть устройства, а

удержанные организмы или частицы включают в себя организмы биологического происхождения или твердые вещества, имеющие химически реактивные свойства.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее сепаратор твердой и жидкой фаз для удерживания фракций с меньшим временем обработки твердых отходов, так чтобы удержанные и прошедшие фракции имели относительные соотношения, которые могли бы быть корректируемыми по весу от минимального в 0% до максимального в 100% с целью регулирования времени обработки твердых отходов отобранных твердых веществ.

3. Способ разделения фракций твердых веществ для регулирования времени обработки твердых отходов, при этом способ включает в себя преимущественную селекцию фракции с временем обработки твердых отходов большим, чем требуемый порог, используя по меньшей мере одну классификационную сетку, удерживание фракции с меньшим временем обработки твердых отходов, используя сепаратор твердой и жидкой фаз, и возврат по меньшей мере части удержанных частиц во входную часть, причем удержанные частицы включают в себя организмы биологического происхождения или твердые вещества, имеющие химически реактивные свойства.

4. Способ по п.3, в котором упомянутая по меньшей мере одна сетка отбирает часть или все из организмов биологического происхождения или твердых веществ, имеющих химически реактивные свойства, которые при необходимости могли бы показать повышенные свойства к осаждению, при этом указанная сетка разрешает прохождение части или всех других негранулированных твердых веществ.

5. Способ по п.3, в котором преимущественная селекция выполняется на основании размера частиц и при этом фракция большего размера удерживается, а фракция меньшего размера проходит сквозь сетку.

6. Способ по п.3, в котором преимущественная селекция выполняется на основании сжимаемости или сопротивления сдвигу и при этом менее сжимаемая или более устойчивая к сдвигу фракция удерживается сеткой.

7. Способ по п.5, в котором прикладывается дополнительное сдвигающее напряжение либо посредством механического управления границами сетки, либо посредством жидкости для того, чтобы улучшить эффективность селекции и уменьшить диффузное сопротивление более устойчивой к сдвигу фракции.

8. Способ по п.3, в котором, для того чтобы выбрать верхний размер и нижний размер диапазона селекции, используют последовательность сеток.

9. Способ по п.3, в котором удержанная и пропущенная фракции имеют такие относительные соотношения, которые могут быть корректируемыми по весу от минимального в 0% до максимального в 100% с целью регулирования времени обработки твердых отходов.

10. Способ по п.3, в котором организмы биологического происхождения или твердые вещества, имеющие химически реактивные свойства, отбираются и удерживаются при аэробных, аноксических или анаэробных условиях или при их комбинации.

11. Способ по п.3, в котором классификационная сетка может использоваться для потока отходов ила, который отбирается либо непосредственно из реактора (смешанный раствор), либо как поток вторичного использования в любой точке процесса биологической обработки сточных вод, включая смешанный раствор, возвратный ил или удаляемый ил.

12. Способ по п.3, в котором удержанные или проходящие через указанную по меньшей мере одну классификационную сетку частицы являются биоаугментированными.

13. Способ по п.3, в котором организмы биологического происхождения включают в себя более медленно растущие организмы, такие как организмы аэробного окисления аммония или метаногенные организмы, аэробные организмы или аноксические организмы, организмы, которые сосуществуют симбиозно, развивая нишевые фракции, основанные на воздействии воздуха или других веществ.

14. Способ по п.3, в котором твердые вещества, имеющие химически реактивные свойства, включают в себя смолу, сорбент или катализатор для удаления загрязнителей.

15. Способ по п.9, в котором регулирование времени обработки твердых отходов выполняется посредством смены классификационных размеров сеток и/или сепараторов твердой и жидкой фаз для достижения соответственно большего и/или меньшего времени обработки твердых отходов.