TWI491568B - 低濃度廢水處理系統及方法 - Google Patents

Description

低濃度廢水處理系統及方法 參考相關申請案

本案請求美國臨時專利申請案第61/224,011號申請日2009年7月8日之權益，該案揭示係以引用方式併入此處。

發明領域

本發明係關廢水處理系統及方法，及特別係關用於處理低濃度廢水流之系統及方法。

發明背景

家庭污水及工業廢水之有效處理乃提高生活品質與保有潔淨水之一個極為重要的構面。直至約半世紀前的標準實務，單純將廢水排放於水源諸如河川、湖泊及海洋造成的問題明顯，生物及化學廢物對全部生命形式造成危害包括傳染病的傳播及暴露於致癌化學品。因此，廢水處理程序出現於自泛在的都市廢水處理設施，清潔來自人群的衛生廢水，直至特化的工業廢水處理方法，處理來自於各種工業應用的特定污染物。

廢水處理設施典型地使用多個處理階段，包括初步處理、二次處理及三次處理。生物氧化為用來去除大部分廢水污染物之眾所周知的二次處理步驟。常見地，來自生物氧化及/或其它二次處理法之流出物仍然含有某種污染物濃度需要進一步處理，諸如三次處理來去除之。

生物難處理的及生物抑制性有機及無機化合物存在於某些有待處理的工業及衛生廢水流。多方面嘗試解決此等生物難處理的及生物抑制性化合物之處理。某些類型之已知處理包括使用粉狀活性炭來吸附及隨後去除生物難處理的及生物抑制性有機化合物。

操作成本密集之某些廢水處理法部分涉及自已經藉曝氣法或其它二次處理法處理的廢水去除相對低濃度污染物。雖已經採用多種系統用於三次處理，諸如吸附及過濾，但仍需要有更有效且更低成本之三次處理而無習知方法相關聯之限制及缺點。

發明概要

根據一個或多個實施例，本發明係關一種用以處理廢水之系統及方法。

根據一個或多個實施例，本發明係關一種用以處理廢水之方法包括：於混合區段混合廢水及於若干實施例中低濃度廢水與吸附性材料歷經足以自該廢水吸附污染物至該吸附性材料上之時間；自該廢水與吸附性材料之混合物分離及去除大部分廢水；將有污染物吸附於其上之該吸附性材料及小部分該廢水送至生物再生反應器；將該吸附性材料及廢水保持於該生物再生反應器內於懸浮歷經一段時間週期，其足夠允許於該生物再生反應器內之微生物以生物方式作用於該被吸附的污染物上；自該生物再生反應器排放經生物處理之水流出物；及循環已再生的吸附性材料至該混合區段。

根據一個或多個實施例，本發明係關一種用於廢水及於若干實施例中低濃度廢水之處理之系統。該系統包括一混合區段具有一廢水入口、一吸附性材料入口及一排放出口。該系統進一步包括一吸附性材料沈積及液體分離區段具有與該混合區段之排放出口作流體連通之一漿液入口、一經處理之水出口，及一已污染的吸附性材料出口。該系統也包括一吸附性材料生物再生反應器系統具有一生物再生反應器包括與該吸附性材料沈積及液體分離區段之已污染的吸附性材料出口連通之一已污染之吸附性材料入口，一經生物處理之水出口，及與該混合區段之吸附性材料入口連通之一已再生的吸附性材料出口。

根據一個或多個實施例，本發明係關一種用於廢水及於若干實施例中低濃度廢水之處理之系統。該系統包含一高通量吸附系統及一低通量吸附性材料生物再生反應器系統。該高通量吸附系統包括一用以接納廢水之入口、用以接觸該廢水及自該廢水吸附污染物之一吸附性材料源、一液體出口其係用以排放已經被該吸附性材料接觸之大部分所接納的廢水，及一吸附性材料出口其係用以排放帶有所吸附的污染物之吸附性材料及小部分所接納的廢水。該低通量吸附性材料生物再生反應器系統係用以維持帶有所吸附的污染物之吸附性材料懸浮歷經一段時間週期，其足以允許微生物消化所吸附的有機污染物。該吸附性材料生物再生反應器系統包括一生物再生反應器具有一入口其係用以接納來自該高通量吸附系統之該吸附性材料出口的帶有所吸附的污染物之吸附性材料、一混合液出口，及與該高通量吸附系統之吸附性材料源連通之一吸附性材料出口。

圖式簡單說明

將以進一步細節及參考附圖說明本發明如下，全部係說明或係關本發明之裝置、系統及方法。附圖中，並未照比例繪製，各個類似組件於各幅圖間係以類似的元件符號表示。附圖中：第1圖為使用生物反應器，其含有一個或多個區段帶有吸附性材料於懸浮液之一種膜生物反應器系統之示意圖；第2圖為一種使用吸附性材料於膜操作系統上游的生物反應器用於處理廢水之系統之示意圖，該膜操作系統係用於本發明來再生及/或再活化吸附性材料；第3圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括具有混合區段及吸附性材料沈積及液體傾析區段之高通量吸附性材料處理系統之一個實施例，其係與具有生物再生反應器及膜操作系統之低通量吸附性材料生物再生反應器整合；第4圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括具有混合區段及吸附性材料沈積及液體分離區段之高通量吸附性材料處理系統之另一個實施例，其係與低通量吸附性材料生物再生反應器整合；第5圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括高通量吸附性材料處理系統，其係與低通量吸附性材料生物再生反應器之另一個實施例整合；第6圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括高通量吸附性材料處理系統其係與低通量吸附性材料生物再生反應器整合之又一個實施例；第7圖為根據本發明之一個實施例用以處理廢水之處理流程之示意圖，包括一次固體之照光；及第8圖為根據本發明之另一個實施例用以處理廢水之處理流程之示意圖，包括一次固體之照光。

較佳實施例之詳細說明

如此處使用，「生物難處理的化合物」表示廢水中當接觸微生物時難以被生物分解之該等類別化學需氧量(「COD」)化合物(有機及/或無機)。「生物難處理的化合物」可具有各種難處理本質程度，自輕度難處理至高度難處理之範圍。

「生物抑制性化合物」表示廢水中抑制生物分解程序之該等化合物(有機及/或無機)。

「生物不安定性」表示容易消化的簡單有機物，諸如人類及動物排泄物、食物廢料，及無機物，諸如以氨及磷為主的化合物。

「COD」或「化學需氧量」表示導致有機物質氧化及無機化學品諸如氨及亞硝酸鹽氧化之化學反應期間，廢物耗用氧的能力測量值。COD測量包括生物不安定性、生物抑制性及生物難處理的化合物。

「BOD₅ 」表示經五日週期時間可被生物分解之生物需氧量化合物。

「混合液懸浮固體」或「MLSS」表示存在於接受處理的廢水中之溶解的及懸浮的微生物及其它物質；「混合液揮發性懸浮固體」或「MLVSS」表示MLSS中之活性微生物；及「混合液」表示廢水、MLSS與MLVSS之組合型混合物。

如此處使用，「吸附劑」或「吸附性材料」表示粒狀活性炭包括已經處理提供對預定化學品種類、金屬或其它出現於待處理之廢水之化合物之親和力；以粒狀鐵為主之化合物例如氧化鐵複合物；合成樹脂；及粒狀矽酸鋁複合物中之一者或多者。

於描述於自系統之一個區段至另一個區段例如自含有懸浮吸附性材料之生物反應器至膜操作系統的流出流中吸附性材料存在之上下文中，「實質上不含」或「實質上免除」一詞係指限制送至膜操作系統之吸附性材料量於不會對其中的膜過濾程序要求的效率造成不良影響的量。舉例言之，於若干實施例中，「實質上不含」或「實質上免除」係指於給定系統於生物反應器或一個或多個生物反應區段內部所使用的預定量吸附性材料，達至少約80%體積比；於額外實施例中至少約90%體積比，及又其它實施例中至少約95%體積比，及又復其它實施例中至少約99%體積比。但熟諳技藝人士基於此處教示須瞭解此等百分比僅供舉例說明之用，而可依據下列因素而改變，包括但非限於所使用的膜類型及其防蝕性、要求的放流水品質、於一給定系統所使用的預定量之吸附性材料，及其它因素。

本發明係針對廢水處理系統及方法。如此處使用，例如作為流入液流101、201、301、401、501、601或701，「廢水」定義流入廢水處理系統之任何待處理的水，諸如地表水、地下水、及得自工業、農業及都市來源之廢水流，其具有可生物分解材料污染物、可被細菌分解的無機物、不安定性有機化合物、生物難處理的化合物、及/或生物抑制性化合物。

得自工業及都市來源的廢水典型地含有生物固體，及惰性物質及有機物，包括生物抑制性及生物難處理的有機物。生物抑制性及生物難處理的有機物之實例包括合成有機化學品，諸如聚電解質處理化學品。其它生物抑制性及生物難處理的有機物包括多氯聯苯類、多環芳香烴類、多氯二苯并-對-二類、及多氯二苯并呋喃類。內分泌干擾性化合物也屬一類生物抑制性及生物難處理的有機物，其可能影響有機體的激素系統且出現於環境。內分泌干擾性化合物包括：烷基酚系化合物，諸如用於去除油脂的壬基酚及出現於避孕藥的天然激素及合成類固醇，諸如17-b-雌二醇、雌酮、睾固酮、乙炔基雌二醇。

欲處理的廢水之其它實例包括：高強度廢水；低強度廢水；及來自掩埋場的滲濾物。水也可經處理來去除病毒。廢水中之污染物之其它實例包括：阻燃劑、溶劑、安定劑、多氯聯苯類(PCB)；二類；呋喃類；多核芳香化合物(PNA)；藥物、石油；石化產物；石化副產物；纖維素；來自紙漿及造紙業之廢物產物、磷；磷化合物及衍生物；及農業化學品諸如衍生自或用於製造肥料、殺蟲劑、及除草劑之化學品。

得自工業及都市來源的廢水也含有源自於水處理過程而隨後難以去除的微量組成化合物。水處理過程所導入的微量成分之實例包括亞硝胺類，諸如可能自專有的陽離子及陰離子樹脂釋放的N-亞硝二甲胺(NDMA)。

如此處使用，「低濃度廢水」係指含低濃度生物不安定性(亦即容易消化)有機化合物之廢水，該濃度係低於典型地支援於習知二次處理系統，諸如活性污泥曝氣法或膜生物反應器之生物處理系統。此外，如此處使用，「低濃度廢水」包括於傳統生物處理系統無法生物氧化之流入物，原因在於該廢水之強度過低或含有不易生物分解之化合物。也可含有全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物或其組合，該等化合物或為無法藉生物氧化，或要求比較生物氧化系統典型停留時間遠更長的停留時間。

此外，如此處使用，「接受上游廢水處理之流出物」通常表示得自一個或多個習知或任何後來發展的廢水處理系統之流出物。「接受上游廢水處理之流出物」可衍生自接受初步及/或一次處理法，及二次處理法，例如活性污泥曝氣法或膜生物反應器之廢水，且該廢水通常含有低濃度生物不安定性(亦即容易消化)有機化合物之廢水，該濃度典型地不足以支援於大部分習知二次處理系統，諸如活性污泥曝氣法或膜生物反應器的生物反應。此外，也預期於若干本發明之實施例中，「接受上游廢水處理之流出物」為也已經接受一項或多項習知的或後來發展出的三次處理之流出物。舉例言之，於若干廢水處理設施，來自三次處理系統之流出物可能含有超出明定排放濃度的污染物濃度，此種流出物可藉本發明之系統及方法處理。於額外實施例中，「接受上游廢水處理之流出物」可衍生自其中已經去除實質上全部固體之一次分離系統，諸如沈積器、澄清器或其它固體分離裝置。又有其它實施例中，「接受上游廢水處理之流出物」可包括已經接受一次分離系統接著為照光之廢水。

一般而言，廢水處理設施使用多個處理階段來清潔水，讓水可安全地釋放入水體，諸如湖泊、河川、及溪流。目前，許多衛生污水處理廠包括初步處理階段，其中使用機械裝置來去除大型物件(例如，條篩)，及使用砂石或礫石槽道來沈積砂石、礫石及石頭。某些處理系統也包括第一階段，此處某些脂肪、油脂及油類漂浮至表面供撇取，及較重的固體沈積至底部，及隨後於有氧消化槽或無氧消化槽處理來消化生質及減低生物固體含量。

於初步處理及/或一次處理後，廢水送至二次生物活化污泥處理階段。廢水之生物處理廣泛實施。廢水常使用廢棄活化污泥處理，其中於處理槽內藉細菌作用於生物固體。活化污泥程序涉及於曝氣槽內的需氧生物處理，典型地接著為澄清池/沈積槽。沈積的污泥循環返回曝氣槽來獲得充分混合液懸浮固體濃度來消化污染物。可用於處置過量生物固體例如污泥之若干替代之道包括但非限於焚化、拋棄於掩埋場、或若不含有毒組分則可用作為肥料。

於曝氣槽內，含氧氣體諸如空氣或純氧添加至混合液。氧典型由細菌用於生物氧化溶解於或攜載於廢水進料的懸浮液。生物氧化典型為可用來自廢水去除有機污染物及其它無機化合物諸如氨及磷化合物之最低成本氧化法；且為最廣用於處理污染有可生物處理有機化合物之廢水的廢水處理系統。含有對抗生物分解之化學物、生物抑制性化合物及/或生物難處理的化合物之廢水可能無法藉習知簡單生物廢水處理系統充分處理。此等化合物只可於水停留於特定處理槽內的停留時間被細菌作用。因水停留時間通常不足以進行足量生物抑制性化合物及/或生物難處理的化合物的生物氧化，可能部分此等頑抗的化合物未被適當處理或摧毀，而未改變地通過處理程序，或排放於流出流或過量殘餘污泥前只經部分處理。

來自曝氣槽之混合液流出流典型地進入澄清池/沈積槽，於該處污泥包括濃縮的混合液懸浮固體藉重力沈積。已沈積的生質係廢棄亦即排放至廠外處置，或循環回該曝氣槽。但基於廢水及經濟需要，有些生物氧化系統使用不同的處理方法來自廢水流出流中去除固體。澄清池/沈積槽可以膜操作系統或其它單元操作，諸如溶氣/誘導浮選裝置替代。來自澄清池/沈積槽、操作系統或溶氣/誘導浮選裝置之液態流出流或經排放或於排放前接受進一步處理。自澄清/分離裝置中移出的固體送返曝氣槽作為回送的活性污泥而保有適當細菌濃度於系統。某些部分此種回送的活性污泥定期自此循環線路中移出，稱作為廢物活性污泥俾便控制細菌於混合液之濃度。然後此種廢物活性污泥係以預定方式處置。

於習知工業生物廢水處理廠技術的一項晚近進展包括添加粉狀活性炭粒子至混合液。於利用粉狀活性炭之生物處理法中，有機物可吸附至活性炭上且保留於處理槽內歷經水停留時間，其係類似污泥停留時間，因而進行吸附處理及長時間生物處理，導致某些生物抑制性或生物難處理的化合物的移除增加。此等程序中，某些有機及無機化合物係以物理方式吸附至粉狀活性炭粒子表面。至少若干部分此等化合物於其存在於系統的長時間期間經生物分解，例如於曝氣程序經氧化，而其餘部分則被活性炭吸附而當活性炭自系統排放時連同一起排放。

粉狀活性炭由於可吸附生物抑制性或生物難處理的化合物，故已經用於習知生物處理廠，藉此提供含較低濃度此等污染物之放流水。混合液內含括粉狀活性炭提供多項操作效果。碳提供懸浮介質生物處理系統之優點，包括污染物去除增加及對擾動狀況的耐受性增高。此外，碳允許生物抑制性或生物難處理的化合物吸附於碳表面上及暴露於生物處理歷經比習知生物處理系統顯著更長的時間，藉此提供類似固定膜系統的效果。碳也允許某些細菌品系的演化更加可消化生物抑制性有機物質。碳連續循環返回含回送的活性污泥之曝氣槽，亦即污泥停留時間，表示細菌可作用於消化吸附於碳表面上的生物抑制性有機化合物之時間比生物處理系統之水停留時間更長。此種方法也導致碳之生物再生，及比較於簡單填充床碳過濾系統，允許碳去除顯著更大量生物抑制性或生物難處理的化合物，簡單填充床碳過濾系統一旦於碳的吸附能力耗盡時也需要頻繁更換或昂貴的碳之物理再生。混合液內之碳也吸附某些化合物，因而提供不含或實質上含有較低濃度無法藉習知生物氧化處理或對生物分解全然具有抗性的化合物之放流水。已知之粉狀活性炭系統之一個實例係由西門子水技術公司(Siemens Water Technologies)以商品名「派特(PACT)」供應。

但因生物的生長及有機及無機化合物之吸附二者係於粉末形式的活性炭上發生，故浪費過量固體。此外，粉狀活性炭自處理程序的排放伴以生物固體的去除，因而須連續補充。於派特系統主要污染物去除模式為吸附，伴以吸附於粉狀活性炭上的有機物生物再生之二次功能；粉狀活性炭並未保留於系統歷經足夠時間週期用於作為一次處理機轉的生物再生。

逐漸增多地，衛生廢水係使用膜生物反應器技術處理，其提供改良的放流水品質，較小的物理足跡(每單位面積可處理的廢水較多)，對湍流的耐受性增加，處理難處理廢水的能力改良，及多項其它操作優勢。舉例言之，含有高總溶解固體之廢水能於習知澄清池/沈積槽遭遇沈積問題，而要求顯著更難操作的固體分離裝置諸如溶氣/誘導浮選裝置或其它固體去除系統。雖然膜生物反應器可去除澄清池/沈積槽系統遭遇的沈積問題，但經常有未出現於習知使用澄清池的系統之膜穢垢及發泡問題。膜穢垢可能因來自於混合液懸浮固體中的生物生命形式分解結果所得胞外聚合化合物、有機物質諸如油類的蓄積、或經由無機物質造成的剝落結果。

此外，至今膜生物反應器未曾於商業上用於粉狀活性炭的添加。曾經使用粉狀活性炭於利用膜來進行過濾的表面水處理系統。但曾報告此等利用膜及粉狀活性炭的表面水處理系統有碳磨蝕膜及碳持久性堵塞及/或穢垢膜的問題。

排放或再使用前須處理的工業廢水經常包括油性廢水，其可能含有乳化烴類。油性廢水可能來自於多種工業，包括鋼業及鋁業、化學加工業、汽車工業、洗衣業、及原油製造業及石油精煉業。如前文討論，某種量之未經乳化油及其它烴類可於一次處理程序移除，此處漂浮的油自頂上撇取。但生物二次廢水程序通常採用來自廢水去除剩餘油，典型地為溶解的及乳化的油，但可能存在有若干自由態油。一次處理後典型剩餘的烴類包括潤滑劑、切削流體、焦油、原油、柴油、汽油、煤油、噴射機燃料等。此等烴類典型於水排放入環境或水再用於工業製程前須被去除。除了政府法規及生態考量外，剩餘烴的有效去除也有利，原因在於經適當處理的廢水可用於多種工業製程，及免除原水處理成本，及減少法規上的排放問題。

須處理的其它類型廢水包括得自其它工業製程，諸如藥品、多種貨品、農產品(例如肥料、殺蟲劑、除草劑)的製造及造紙以及醫療廢水的污染製程水。

膜生物反應器商業上部署用於油性/工業廢水的處理發展緩慢，主要原因在於與油及化學品穢垢膜相關聯之維護問題。測試於膜生物反應器(其中添加粉狀活性炭至混合液)處理的工業/油性廢水指示於習知生物廢水處理系統包括粉狀活性炭觀察得之相同處理優點。也發現也可達成使用膜生物反應器之優點。有及無添加粉狀活性炭之膜生物反應器並排比較驗證，有添加粉狀活性炭之膜生物反應器比較無添加粉狀活性炭之膜生物反應器提供處理優勢。此外，未添加粉狀活性炭之膜生物反應器極難以操作，原因在於溶解的有機物質及額外胞外聚合化合物穢垢膜。但測試進一步驗證：雖添加粉狀活性炭提供極為有用的生物廢水處理系統，但碳具有對膜產生顯著量磨蝕及不可逆穢垢之不利效應。此種磨蝕及不可逆穢垢顯著足以導致此種系統的操作成本極為昂貴，原因在於膜之預期使用壽命顯著縮短及膜之清潔頻率。

廢水之傳統生物氧化常見為用來去除大部分廢水污染物之二次處理步驟，原因在於此乃典型地可用來處理廢水中之有機化合物之最低成本氧化法。此外，生物系統也可去除部分無機化合物至較少程度，原因在於部分無機化合物可能被氧化(例如，氨、磷酸鹽類)、黏附至生質，或可被生質所吸收。若被生質吸收，則最終與廢物活性污泥一起排放。

儘管於生物氧化法及其它二次處理之進步及發展，但多種二次處理系統無法藉生物氧化單獨適當處理廢水進料。已經接受二次處理之廢水流出物偶爾不具有夠低濃度之有機及/或無機污染物來允許符合法規極限地排放或再使用。如此，經常要求三次處理步驟。

習知三次處理步驟經常包括已經接受二次處理的流出物通過一根或多根吸附劑管柱，包括吸附性材料諸如活性炭，俗稱「拋光」。其它三次處理法包括二次處理流出物通過一個或多個過濾器、聚結器、紫外光氧化、化學氧化、其它三次處理系統、或此等系統之組合。但此等三次處理系統經常龐大且操作上昂貴。習知三次處理系統之問題尺寸及費用的關鍵理由在於整個二次處理流出物含相對低濃度污染物，或其相當部分係接受此等處理。

本發明之系統及方法可免除既有三次處理系統之缺點，及於若干實施例中，提供一種系統其可用作為二次或三次處理系統，特別當欲處理的廢水為低濃度廢水時。

本發明係針對一種改良式廢水處理方法及系統，其係用以於具有低通量之生物處理系統中，處理具有流速類似流入流速亦即高通量之廢水流。經由高通量液流中之污染物吸附至吸附性材料上，及然後生物再生及/或再活化吸附性材料於懸浮介質膜生物再生反應器系統，可達成此項目的。此一系統特別可用於低濃度廢水之處理，該廢水因生物不安定性化合物含量低故並非特別適合用於習知生物廢水處理。

於若干實施例中，用於低污染物濃度廢水之廢水處理方法及系統可用作為三次處理系統，其中已經接受二次處理及/或其它上游處理的相當大部分流出物係暴露於高通量吸附性材料處理，及小部分含相對高濃度污染物吸附於吸附性材料上者係接受低通量吸附劑生物再生處理而再生該吸附性材料。

本發明之廢水處理系統及方法涵蓋一種處理系統其包括整合低通量吸附性材料生物再生反應器之高通量吸附性材料處理系統。大致上，高通量吸附性材料處理系統包括一個或多個單元操作用以混合低濃度廢水、或全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合之其它廢水與吸附性材料；及傾析含減低濃度污染物之液體流出物。

帶有來自該低濃度廢水之污染物吸附於其表面上及/或孔隙壁表面上之吸附性材料係送至低通量吸附性材料生物再生反應器，其中微生物生物分解有機及若干無機污染物，及提供帶有較低濃度之此等化合物的吸附性材料，使得其可再用作為新製的吸附劑。於若干實施例中，其中該生物反應器為具有氧源來支援需氧微生物之有氧生物反應器，該生物反應包括生物氧化，其中廢水中之有機污染物通常係代謝成二氧化碳及水。過量生質係自吸附性材料去除，及已再生的吸附性材料循環至高通量吸附性材料處理系統。另外，低通量吸附性材料生物再生反應器可為無氧生物再生反應器系統，例如於實施例中，其中欲吸附至吸附性材料上的化合物較易於無氧反應器分解。

根據一個或多個實施例，本發明採用一種系統，包括懸浮介質膜生物反應器系統，諸如粒狀活性炭曝氣反應器，接著為膜操作系統，其中實質上防止吸附性材料進入膜操作系統，如PCT公告案WO/09085252所述，該案係以引用方式併入此處。

於一個較佳實施例中，本發明提供一種三次處理方法，包括下列步驟：混合吸附性材料與低濃度廢水；沈積吸附性材料；傾析或以其它方式去除藉吸附性材料接觸的水；於生物再生反應器處理帶有所吸附的污染物之吸附性材料；於膜操作系統處理得自生物反應器之混合液，包括實質上不含吸附性材料之混合液懸浮固體及混合液揮發性懸浮固體；自吸附性材料去除過量生質；及將該吸附性材料循環至於高通量吸附性材料處理系統混合該吸附性材料與低濃度廢水之步驟。較佳，已傾析之上清液包含相當部分之低濃度廢水。如此，生物再生反應器及膜操作系統係採用來只處理於先前技術方法中先前接受上游處理的低濃度廢水流出物全部體積之一小部分。藉此對低濃度廢水提供成本有效處理，特別係比較習知第三處理系統諸如典型用於拋光自二次處理區段排放的廢水之粒狀活性炭吸附管柱尤為如此。此等系統典型地以能量密集再生法諸如熱空氣再生或水蒸氣再生而再生吸附性材料。

本發明之低濃度廢水處理系統包括吸附性材料，其於若干較佳實施例為粒狀活性炭，於一個或多個容器配置來吸附低濃度有機化合物。所吸附的有機物隨後於低通量吸附性材料生物再生反應器暴露於微生物歷經一段時間週期，該時間係比於粒狀活性炭過濾器的典型水停留時間遠更長。本發明之低濃度廢水處理系統及方法自已經接受上游廢水處理的流出物濃縮此等有機化合物。如此，當採用作為三次處理系統時，本發明之低濃度廢水處理系統及方法允許有機污染物暴露於細菌歷經習知二次處理系統中基於上游廢水處理通量通常達成的時間更長的時間週期。如此，於其中微生物為需氧菌之實施例中，實質上延長生物反應例如生物氧化時間。使用生物再生而非典型地採用來於拋光過濾器中再生粒狀活性炭，前者為遠更具有成本效益之再生系統。

根據一個或多個實施例，本發明之低濃度廢水處理系統包括吸附性材料，其於若干較佳實施例為粒狀活性炭，於一個或多個容器配置來吸附低濃度有機化合物。本發明之低濃度廢水處理系統及方法自已經接受上游廢水處理的流出物濃縮此等有機化合物。如此，當採用作為三次處理系統時，本發明之低濃度廢水處理系統及方法允許有機物暴露於細菌歷經習知三次處理系統中基於上游廢水處理通量通常達成的時間更長的時間週期。如此，於其中微生物為需氧菌之實施例中，生物反應例如生物氧化時間實質上係比於處理整個流入流之生物反應器所能達成的時間更長。

此外，根據一個或多個實施例，本發明之低濃度廢水處理系統及方法係使用吸附性材料諸如粒狀活性炭來自低濃度廢水例如，得自二次處理系統之全流低濃度廢水吸附污染物；及將具有所吸附的污染物之吸附性材料移轉入相對小型膜生物反應器系統，該系統具有類似共同審查中及共同擁有的PCT申請案PCT/US10/38644(該案係以引用方式併入此處)及PCT公告案WO/09085252(該案也係以引用方式併入此處)所述的膜生物反應器系統之配置。吸附於吸附性材料上的有機化合物係於懸浮介質膜生物反應器系統接受生物處理，如此免除處理來自上游廢水處理系統之整個廢水流及有機負荷的需要。其中懸浮介質膜生物反應器系統為有氧系統之實施例中，經由使用來自空氣擴散器及/或其它來源之空氣或氧氣支援生質以生物氧化需要的氧。其中懸浮介質膜生物反應器系統為無氧生物反應器之實施例中，該系統係於要求的條件下操作俾便無氧分解該等化合物。如此相當小型膜生物反應器系統即可處理以低濃度存在於接受上游廢水處理之高通量流出物液流中之有機化合物。

此外，雖然本發明之若干實施例係以三次系統及方法用於處理得自一項或多項上游廢水處理法，包括一次及/或二次法之流出物作說明，但熟諳技藝人士瞭解本發明之系統及方法可用來處理直接得自某些方法例如具有低濃度有機物之廢水，該等廢水無法於習知生物反應器有效支援生物。

第1及2圖為適合用來整合用以處理低濃度廢水，及特別用以於高通量吸附步驟再生及/或再活化其上吸附有污染物之吸附性材料的本發明系統之懸浮介質膜生物反應器系統之代表圖。此等系統如PCT申請案PCT/US10/38644及PCT公告案WO/09085252所述，提供吸附性材料諸如粒狀活性炭用於膜操作系統上游的生物反應器系統。特定言之，系統包括分離次系統，其實質上防止吸附性材料送至膜操作系統，因而磨蝕、穢垢或以其它方式損壞其中的膜。

現在參考第1圖，示意顯示廢水處理系統100包括膜操作系統104上游的生物反應器系統102。於若干實施例中，生物反應器系統102包括單一生物反應器容器。於額外實施例中，生物反應器系統102包括多個生物反應器容器、一個生物反應器容器劃分為分開區段、或多個生物反應器容器其中部分或全部劃分為分開區段。個別反應器容器或分隔區段一般於此處稱作為生物反應區段。於使用懸浮介質膜生物反應器系統之廢水處理操作期間，吸附性材料連同微生物於全部生物反應區段或生物反應區段總數的子集維持呈懸浮。膜操作系統104使用此處所述分離次系統中之一者或多者維持實質上不含吸附性材料。流入廢水流106係自一次處理系統、初步篩選系統、或呈先前未經處理的廢水直接串流導入。於額外實施例中，流入廢水流106可為先前經處理之廢水，例如來自一個或多個上游生物反應器之流出物，包括但非限於有氧生物反應器、缺氧生物反應器、連續流反應器、排序批次反應器、或任何數目之可生物分解有機物及於某些實施例中若干無機化合物之其它類型生物處理系統。

生物反應器及/或某些生物反應器區段可為各型生物反應器，包括但非限於有氧生物反應器、缺氧生物反應器、厭氧生物反應器、連續流反應器、排序批次反應器、滴濾過濾器、或任何數目之可生物分解有機物及於某些實施例中若干無機化合物之其它類型生物處理系統。

此外，用於此處之生物反應器及/或某些生物反應器區段可為適合結合懸浮系統而懸浮吸附性材料的任何尺寸或形狀。舉例言之，容器可具有任一種形狀的截面積，諸如圓形、橢圓形、方形、矩形、或任何其它不規則形狀。於若干實施例中，容器可經組構或修改來促進吸附性材料之適當懸浮。

第2圖示意顯示用以製造已處理之流出物之廢水處理系統200之處理流程圖，該流出物具有減低濃度之生物不安定性、生物難處理的、生物抑制性及/或有機及無機化合物其全然對生物分解有抗性。系統200通常包括生物反應器202及膜操作系統204。生物反應器202包括用以接納廢水之一入口206及用以排放已經經過生物處理之流出物包括混合液揮發性懸浮固體及/或混合液至膜操作系統204的一出口208。

生物反應器202包括具有孔隙236吸附性材料234之分散團塊，及有效量之一種或多種微生物238，二者皆係附著至吸附性材料及自由漂浮而與混合液中之吸附性材料分開用來作用於混合液中之生物不安定性及若干生物難處理的、生物抑制性化合物。吸附性材料吸附位置，包括吸附顆粒或粒子外表面及孔隙236壁面初步係用作為生物不安定性、生物難處理的、生物抑制性及/或有機及無機化合物其全然對生物分解有抗性之吸附位置。此外微生物238可吸附至吸附性材料之吸附位置。如此允許某些生物難處理的及/或生物抑制性化合物之較佳消化程度而無需成比例地較長水停留時間及污泥停留時間，原因在於實際上有些生物難處理的及/或生物抑制性化合物保留吸附性材料上長時間，該吸附性材料係隔離或保留於生物反應器。

通常生物不安定性及若干無機物將相對快速消化，主要藉由未吸附至吸附性材料的微生物，亦即混合液中自由漂浮的微生物。有些組分包括全然對生物分解有抗性之有機物及無機物以及極為頑抗的生物難處理的及生物抑制性化合物將保留吸附在吸附性材料上，或可藉反應器內自由漂浮的生物材料吸附及/或吸收。最後，此等無法消化的化合物將集中在吸附劑上直至需要去除、或廢棄，及更換吸附劑來維持流出物品質可接受的水平。當吸附性材料留在懸浮介質膜生物反應器系統時，微生物生長且被保留在吸附性材料上，通常歷經夠長時間足以分解已經集中在該吸附性材料上之該特定流入的廢水中之至少部分某些生物難處理的及/或生物抑制性化合物。雖然不欲受理論所限，但相信微生物最終演化為成熟品系帶有分解該特定流入的廢水中之至少部分某些難以處理的化合物所需的特殊馴化。經歷額外時間，例如數日至數週，隨著系統的變馴化，其中含有若干生物難處理的及/或生物抑制性化合物的吸附性材料維持於系統，具有高度專一性的微生物變成第二代、第三代、及更高世代，藉此提高其生物分解存在於該特定流入的廢水中之至少部分某些特殊生物難處理的及/或生物抑制性化合物之效果。

各種流入的廢水可能缺乏出現於生物反應器202之生物有利的某些營養素。又，某些流入的廢水可能具有過酸或過鹼的pH值。如此，如對熟諳技藝人士顯然易知，磷、氮、及pH調整材料、補充簡單碳或化學品可添加來維持生物反應器202內的最佳營養素比及pH值用於生物生命及相關活性，包括生物氧化。

來自於生物反應器202之流出物透過分離次系統222被導入膜操作系統204入口210。已經於生物反應器202處理之此種轉運的混合液實質上不含吸附性材料。於膜操作系統204中，廢水通過一個或多個微濾膜或超濾膜，藉此去除或減少澄清及/或第三次過濾的需要。膜滲透物亦即通過膜240之液體係經由出口212而自膜操作系統204排放。膜截留物亦即來自於生物反應器202流出物的固體包括活性污泥則係透過回送活性污泥管線214被送返生物反應器202。

來自生物反應器202之用過的吸附性材料例如粒狀活性炭，無法再有效吸附污染物，諸如某些全然對生物分解有抗性之化合物、生物難處理的化合物及生物抑制性化合物，此等吸附性材料可透過生202之混合液廢物排放埠口216去除。廢物出口218也可連結至回送活性污泥管線214來將部分或全部回送的活性污泥處置，例如控制混合液及/或培養濃度。污泥當增至某一點時自帶有廢物活性污泥的裝置排放，於該點，混合液固體濃度過高因而摧毀特定膜生物反應器系統的操作。此外，混合液廢物排放埠口216可用來去除部分吸附性材料，藉此去除若干部分生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物，而非來自帶有廢物活性污泥的回送活性污泥管線，結果導致排放物中較低濃度的此等生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物，及膜生物反應器內更穩定的生質。然後可添加等量新製的的或再生的吸附性材料來補充如此被移除的吸附劑。

初步篩選及/或分離系統220可設於生物反應器202入口206的上游。此一初步篩選及/或分離系統可包括溶氧浮選系統、粗網篩、或技藝界已知之該型用以分離懸浮物質之此等及/或其它初步處理裝置。選擇性地，可刪除初步篩選及/或分離系統220，或可含括其它類型初步處理裝置，取決於接受處理的特定廢水。

為了防止至少大部分吸附性材料234進入膜操作系統204及造成膜240非期望的磨蝕及/或穢垢，提供分離次系統222。如圖所示，第2圖中，分離次系統222係位在生物反應器202出口近端。但於若干實施例中，分離次系統222可位在生物反應器202下游的一個分開容器內。任一種情況下，分離次系統222包括用以防止至少大部分吸附劑234與膜操作系統204間接觸的裝置及/或結構。分離次系統222可包含篩選裝置、沈積區段、及/或其它適當分離裝置中之一者或多者。

用於懸浮介質膜生物反應器系統之若干實施例的適當類型網篩或篩選裝置包括楔形絲網篩、金屬或塑膠孔板、或織造織物，呈圓柱或扁平組態及排列成各種角度，包括垂直取向、水平取向、或介於其間之任何角度。於額外實施例中，可採用活性篩選裝置，諸如轉鼓篩、振搖篩或其它移動篩選裝置。一般而言，用於其它分離次系統222為篩選裝置之系統，網眼大小係小於所使用的吸附性材料有效粒徑的下限。

其它類型之分離次系統也可用於該分離次系統作為篩選裝置之替代之道或與其組合使用。舉例言之，容後詳述，可設置沈積區段，其中吸附性材料藉重力而沈積。

於其它實施例中，或結合前述實施例中，分離次系統可包括離心系統(例如，水力旋風器、離心機等)、曝氣沈砂池、浮選系統(諸如誘導氣體浮選或溶氣)，或其它已知裝置。

選擇性地，或組合生物反應器202出口近端的分離次系統222，分離次系統可設在生物反應器202與膜操作系統204(圖中未顯示)間。此種替代的或額外的分離次系統就型式及/或尺寸而言可與分離次系統222相同或互異。舉例言之，於若干實施例中，沈積區段、澄清池、水力旋風器分離器、離心機、或其組合可設置作為生物反應器202與膜操作系統204間之分開單元操作。

注意分離次系統222高度有效用於防止其原先尺寸的吸附性材料通過至膜操作系統。於若干較佳實施例中，分離次系統222實質上防止全部吸附性材料234通過至膜操作系統204。但於系統200操作期間，多項吸附性材料之磨耗起因包括顆粒間碰撞、剪切、循環、或固定設備或移動設備內部的顆粒撞擊皆可能造成過小而無法有效保留於分離次系統222的粒子形成。為了減少對膜的傷害及吸附性材料耗損而浪費，若干實施例包括分離次系統222，該分離次系統222可防止實質上全部於其原先尺寸之約70%至約80%之吸附性材料234通過。可接受的原先尺寸之縮小百分比可由熟諳技藝人士例如基於經濟評估決定。若尺寸的縮小導致粒子通篩選選系統的增加，則膜將出現磨蝕增加。如此，基於磨蝕與最終更換膜之成本，比較減少破損之吸附性材料相關聯的成本、及可防止遠比原先吸附性材料顆粒或粒子更小的粒子通過之分離次系統相關聯的處理及操作成本，可使用成本-效益分析來判定哪一種是可接受的吸附性材料縮小百分比。此外，於若干實施例中，期望某種程度的顆粒間碰撞、或固定設備或移動設備內部的顆粒撞擊來自吸附性材料外表面剝脫過量生質。

來自生物反應器202已經篩選或分離之混合液流出物可被泵送或藉動力流動(取決於該特定系統之設計)入膜操作系統204。於使用外部分離次系統(圖中未顯示)之系統中，裝置較佳係組配來使得自混合液分離的吸附性材料通過外部細網篩或分離次系統而藉重力落回生物反應器202內。

吸附性材料諸如粒狀活性炭例如經適當預先濕潤而形成吸附性材料漿，可於系統200之各點，例如自吸附性材料源229添加至廢水。如第2圖所示，吸附性材料可導入一個或多個位置230a、230b、230c及230d。舉例言之，吸附性材料可添加至初步篩選系統220下游進料流(例如，位置230a)。選擇性地，或組合地，吸附性材料可直接添加至生物反應器202(亦即位置230b)。於若干實施例中，吸附性材料可透過回送活性污泥管線214(例如，位置230c)導入。於額外實施例中，可能期望添加吸附性材料於初步篩選系統220上游(例如，位置230d)，此處經由含括篩選允許吸附性材料通過及進入生物反應器202，初步篩選系統220係特別設計用於此項應用。混合液通過分離次系統222，及吸附性材料實質上防止進入帶有混合液懸浮固體之膜操作系統204。

當吸附性材料留在系統中且暴露於廢水成分，包括生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物時，部分或全部吸附性材料將變成無法有效用於處理廢水成分，亦即吸附能力減低。如此導致較高濃度的此等成分進入膜操作系統204，此處其通過膜，及與膜流出物212一起排放。此外，吸附性材料因被覆以細菌、多醣類及/或胞外聚合物質而變無效。此一被覆層可能達阻斷孔口位置的程度，因而阻止接近生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物，及結果妨礙吸附及抑制生物分解。於懸浮介質膜生物反應器系統之若干實施例中，此一被覆層可藉系統中的一項或多項機制產生的剪切作用而去除，諸如懸浮於混合液之吸附性材料顆粒間之碰撞或吸附性材料懸浮及/或移動相關聯之剪切力。

當吸附性材料已經喪失其用以減少生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物之全部或部分效果時，部分吸附性材料可經由廢料埠口216廢棄，例如經由排放含有吸附性材料分散於其中之部分混合液。

如前文說明，額外新製的或再生的吸附性材料可透過吸附性材料導入裝置229及/或於一個或多個適當添加位置導入系統內部。可監視流入廢水及流出廢水COD化合物濃度及/或無機化合物濃度來判定何時系統內之吸附性材料及其伴隨之生質遭逢效果減低。流入COD與流出COD間之差除以流入COD濃度之作圖將顯示混合液內吸附性材料功效的遞減損耗。同一型作圖可用來監視系統的無機去除能力或特定有機物種類之去除。自進料流之COD去除量可提供自廢水進料去除的生物難處理的化合物及/或生物抑制性化合物之相對量。當系統操作員有了處理特定廢水的經驗後，將可判定何時此比值指示需要去除生物反應器內之部分吸附性材料而以新製的吸附性材料替代之時間點。系統對生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物要求的功效將重新獲得，例如製造符合法規要求的放流水。取樣與分析放流水有關特定有機及無機化合物濃度也可用來判定何時混合液內之吸附性材料及其伴隨之生質遭逢效果減低且須開始部分更換。

當放流水之特定有機或無機化合物開始趨近於設施允許此等化合物之排放濃度時，根據懸浮介質膜生物反應器系統200之操作員可開始更換部分吸附性材料。允許排放濃度典型地受設施的證照所限，例如美國環境保護署制定的國家污染物質排放清除系統(NPDES)許可計畫決定，或於特定州或國家之類似主管機關決定。隨著操作員以其特定廢水操作此一系統獲得經驗時，將可預期何時應開始更換吸附性材料。當操作員判定吸附性材料及其伴隨之生質的功效趨近於無法達成要求的放流水之污染物濃度時，可停止經由廢棄來自管線218之回送的活性污泥所執行的正常廢棄過量生質，過量生質及伴隨的吸附性材料係透過廢物埠口216而自生物反應器202廢棄。廢棄的材料量係由維持混合液懸浮固體於該特定膜生物反應器系統之最佳操作範圍內要求決定。於更換部分吸附性材料後，由操作員監視放流水來判定是否已經恢復要求的污染物去除效率。基於操作經驗，視需要可作額外更換。

於若干實施例中，若有所需，系統及/或系統之個別裝置可包括控制器來監視及調整系統。控制器可依期望的操作條件指導系統內部之任何參數，該等條件例如係基於有關放流水流之政府法規。控制器可基於位在於系統或個別裝置內部之感測器或計時器所產生的一個或多個信號而關聯各個潛在流量調整或調節閥門、進料器或幫浦。控制器也可基於位在於系統或個別裝置內部之感測器或計時器所產生的一個或多個信號，其指示特定趨勢，例如歷經一段預定時間系統之特性或性質之向上或向下趨勢，而關聯各個潛在流量調整或調節閥門、進料器或幫浦。舉例言之，於放流水流中之感測器可產生信號指示污染物濃度，諸如生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物已達預定數值或趨勢，或指示COD濃度已達預定數值或趨勢，藉此觸發控制器來自感測器上游或下游或於感測器執行若干動作。此項動作可包括自生物反應器去除吸附性材料、添加新的或已再生的吸附性材料至生物反應器、添加不同型吸附性材料、於進料入口或系統內部任何裝置之入口調整廢水流量、將進料入口或系統內部任何裝置之入口之液流轉向至儲存槽、調整生物反應器內部之氣流、調整於生物反應器或其它裝置內部之停留時間，及調整於生物反應器或其它裝置內部之溫度及/或pH中之任一者或多者。一個或多個感測器可用於系統之一個或多個裝置或液流來提供於系統執行的任一項或多項程序之狀態或狀況之指示或特性。

懸浮介質膜生物反應器系統之一個或多個實施例之系統及控制器提供具有多重操作模式之多樣化單元，其可回應於多個輸入信號來提高廢水處理系統之效率。控制器可使用一個或多個電腦系統實施，該電腦系統例如可為通用型電腦。另外，電腦系統可包括特別經程式規劃之特用目的硬體，例如意圖用於水處理系統之特殊應用積體電路(ASIC)或控制器。

電腦系統可包括一個或多個處理器，典型地連結至一個或多個記憶元件，其例如可包含硬碟記憶體、快閃記憶元件、RAM記憶元件、或用以儲存資料之其它元件中之任一者或多者。記憶體典型地用於系統操作期間用來儲存程式及資料。舉例言之，記憶體可用來儲存參數相關歷史資料歷經一段時間及操作資料。軟體包括實施本發明之實施例之程式碼可儲存於電腦可讀及/或可寫式非依電性記錄媒體，及然後典型地拷貝入記憶體，其中其然後可藉一個或多個處理器執行。此種程式碼可以多種程式語言中之任一者或其組合寫程式。

電腦系統之組件可耦接一個或多個互連機構，其可包括例如整合於同一裝置內部之各組件間之一個或多個匯流排，及/或例如駐在分開的離散裝置之各組件間之網路。互連機構典型地允許通訊，例如允許資料、指令介於系統之各組件間交換。

電腦系統也包括一個或多個輸入裝置，例如鍵盤、滑鼠、軌跡球、麥克風、觸控面板及其它人機介面裝置，以及輸出裝置，例如列印裝置、顯示螢幕、或揚聲器。此外，電腦系統可含有一個或多個介面其可連結該電腦系統至一通訊網路，作為可藉該系統之一個或多個組件形成的網路之額外網路或替代之道。

根據懸浮介質膜生物反應器系統之一個或多個實施例，一個或多個輸入裝置可包括用以測量系統及/或其組件之任一個或多個參數之感測器。另外，感測器、幫浦、或系統其它組件中之一者或多者包括計量閥門或定量進料器可連結至工作式耦接至該電腦系統之一通訊網路。前述中之任一者或多者可耦接至另一電腦系統或組件來透過一個或多個通訊網路而與該電腦系統通訊。此種配置組態允許任何感測器或信號產生裝置位在距離該電腦系統之顯著距離及/或允許任何感測器位在距離任何次系統及/或控制器之顯著距離，同時仍然介於其間提供資料。此種通訊機制可經由利用任何適當技術包括但非限於利用無線通訊協定執行。

雖然該電腦系統係舉例說明為可實施本發明之懸浮介質膜生物反應器系統多個構面之一型電腦系統，但須瞭解本發明並未限於於軟體或舉例說明顯示的該電腦系統上實施。確實並非於例如通用型電腦系統上實施，控制器或其組件或其小區段另外可實施為專用系統或專用可程式規劃邏輯控制器(PLC)或實施於分散式控制系統。又復，須瞭解懸浮介質膜生物反應器系統及本發明之一個或多個特徵或構面可於軟體、硬體或韌體或其任一種組合實施。舉例言之，控制器可執行的演繹法則之一個或多個節段可於分開的電腦執行，而該等電腦又可透過一個或多個網路通訊。

於若干實施例中，一個或多個感測器可含括於遍布系統200之位置，該等感測器係與人工操作員通訊或自動化控制系統通訊來於可程式規劃輯控制膜生物反應器系統中實施適當製程修改。於一個實施例中，系統200包括控制器205，其可為任何經適當程式規劃的或專用的電腦系統、PLC、或分散式控制系統。若干有機及/或無機化合物之濃度可於膜操作系統流出物212或來自生物反應器202出口208之流出物測定，如控制器205與流出物管線212及出口208與入口210間之中間流出物管線二者間之虛線連結指示。於另一實施例中，揮發性有機化合物之濃度或系統之其它性質或特性可於入口201、206、或210中之一者或多者測定。製程控制裝置業界之熟諳技藝人士已知之感測器包括基於雷射感應螢光之感測器或適合用於原位實時監視放流水中有機或無機化合物之濃度或系統特性之任何其它感測器。可使用之感測器包括用於水包油測量之浸沒式感測器其係使用UV螢光用於檢測，諸如得自娣歐斯光學感測器公司(TriOS Optical Sensors)(德國奧倫堡)之環保螢光(enviroFlu)-HC感測器。感測器可包含經被覆或以其它方式經處理來防止或限制出現於透鏡上的穢垢或薄膜量之透鏡。當系統中之一個或多個感測器產生一種或多種有機及/或無機化合物濃度超過預定濃度之信號時，控制系統可實施回應動作，諸如適當回授動作或前傳動作，包括但非限於透過廢物排放埠口216去除吸附性材料(如控制器205與廢物排放埠口216間之虛線連結指示)；透過吸附性材料導入裝置229或於其它位置中之一者(如控制器205與吸附性材料導入裝置229間之虛線連結指示)添加新的或再生的吸附性材料；添加不同型吸附性材料；修改水停留時間；修改生物特性諸如微生物之簡單碳食物或添加磷、氮及/或pH調整化學品；及/或前述其它修改或熟諳技藝人士顯然易知之修改。

注意雖然控制器205及吸附性材料導入裝置229僅就第2圖顯示，但預期此等特徵及多個回授及前傳能力可併入此處說明之系統中之任一者。此外，控制器205可電連結至其它組件，諸如廢水進料泵及懸浮系統232。

於混合液經曝氣及藉生物反應器202中之吸附性材料處理後，已處理的混合液通過分離次系統222，及實質上不含吸附性材料轉運至膜操作系統204。分離次系統222防止吸附性材料進入膜操作系統204。經由維吸附性材料於生物反應器202，或維持於膜操作系統204上游，懸浮介質膜生物反應器系統減少或消除膜操作系統槽膜被吸附性材料穢垢及/或磨蝕的機率。

膜操作系統204含有過濾膜240來自得自生物反應器212之流出物過濾膜操作系統槽204中混合液內之生質及任何其它固體。如熟諳技藝人士已知，此等膜240可為中空纖維膜或其它適當配置組態形式，典型地極為昂貴且高度需要保護膜免於受損，俾最大化其使用壽命。於懸浮介質膜生物反應器系統200中，操作系統槽之膜壽命延長，原因在於分離次系統222實質上減少或消除吸附性材料諸如粒狀活性炭及/或任何其它固體顆粒及粒子進入膜操作系統204。

出口212轉運來自膜操作系統槽204之已過濾的流出物。回送的活性污泥管線214將回送的活性污泥自膜操作系統槽204轉運至生物反應器202供進一步用於廢水進料流之處理。過量污泥係如同習知膜生物反應器系統般使用廢物管線218自系統廢棄。

懸浮系統232利用噴射混合、機械混合、粗氣泡曝氣、氣升懸浮系統諸如導流管及導流槽、及其它類型機械或空氣懸浮中之一者或多者來維持吸附性材料234於懸浮，同時減少吸附性材料234之磨耗。

於若干實施例中，於初期之後，其中吸附性材料234係在生物反應器202內及部分顆粒破損，吸附性材料234之部分粗糙及/或突起的表面破裂而變成粉末、細料、針狀物、或其它小型微粒，吸附性材料234藉噴射懸浮系統232維持於懸浮液穩定化，因而極少或未再進一步發生破損或尺寸的降級。

吸附性材料於混合液之濃度通常係取決於特定系統參數及欲處理的廢水、生物難處理的及/或生物抑制性有機或無機化合物之特定組合符合工廠的排放要求。測試指出使用典型工業混合液懸浮固體濃度(於所採用的特定膜生物反應器配置之正常範圍)及吸附性材料濃度諸如粒狀活性炭約20%(占總混合液懸浮固體濃度)來操作膜生物反應器係足以去除存在於廢水進料中的生物難處理的及/或生物抑制性化合物而未於所使用的篩選系統形成穢垢問題。可添加更高濃度的吸附性材料來提供對抗製程擾動之額外安全邊際，該等擾動可能造成生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、及/或全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物之高於正常放流水濃度。注意此種額外吸附性材料將導致增高的篩選及/或沈積需求。基於經驗或否則基於視為適合該特定系統及方法，基於對抗製程擾動期望的安全邊際，可以實驗方式測定可用而仍然達成所要求的放流水品質之最低吸附性材料濃度。

懸浮介質膜生物反應器系統使用膜操作系統槽上游的吸附性材料來吸附有機及無機材料(生物難處理的、生物抑制性、或其它)，以及提供懸浮介質膜生物反應器應用於多種不同配置組態。此外，多種分離裝置也可用於維持吸附性材料於生物反應器。熟諳技藝人士顯然易知，基於廢水之個別特性及設施欲架設區域，不同系統將有不同經濟效益。

控制來產生最佳處理條件之因素包括吸附性材料類型，包括其尺寸、形狀、硬度、比重、沈積速率、要求的空氣流速、或顆粒懸浮於混合液之其它懸浮需求，亦即維持粒狀活性炭為懸浮介質、條篩間隔或開口尺寸及孔洞組態、混合液中之吸附性材料濃度、混合液揮發性懸浮固體濃度、混合液懸浮固體總濃度、回送的活性污泥流速除以進入膜操作系統槽之混合液流速之比、水停留時間、及污泥停留時間。此種最佳化提供生物難處理的化合物、容易分解的生物需氧量化合物(BOD₅ )、生物抑制性化合物、全然對生物分解有抗性的有機或無機化合物、及胞外聚合物質中之若干部分被吸附性材料諸如懸浮於混合液之粒狀活性炭吸附。

懸浮介質膜生物反應器系統的另一效果係提供混合液懸浮固體中之微生物可黏附的位置。該方法之此一構面產生混合液揮發性懸浮固體液流，比較使用類似的水停留時間及污泥停留時間操作但未經粒狀活性炭加強的膜生物反應器，其較為穩定且對擾動狀況的反應較為有彈性，且允許促進存在於廢水中之有機物的生物降級。於上游製程擾動結果導致自動漂浮於混合液的若干可存活的微生物損耗之情況下，吸附性材料孔洞空間內部或表面上的微生物來源用作為種菌來源。於熱震或有毒化學品衝擊系統之情況下，於習知系統將造成某些細菌死亡，而部分於孔洞空間內部或表面上的微生物可能存活，如此比較不含吸附劑之習知系統，只需部分回復時間。舉例言之，於細菌為嗜溫性之系統中，吸附劑可能允許於孔洞位置內部的若干細菌於溫度升高造成的熱震情況下存活。同理，於細菌為嗜熱性之系統中，吸附劑可能允許於孔洞位置內部的若干細菌於溫度減低造成的熱震情況下存活。兩種情況下，培養物再馴化所需時間大為縮短。此外，於系統衝擊摧毀全部或部分微生物族群之情況下，吸附性材料的存在允許持續操作，其中不安定的、難處理的、及抑制性污染物可被吸附及同時調整微生物族群。

各種效果業已顯示導致比較習知膜生物反應器裝置所能獲得者，混合液更快速馴化於廢水進料、減少膜的穢垢、改良對進料濃度及流速之耐受性、製造更快速去水的污泥，帶有更少油性質而更易處理，及具有較低的有機及無機雜質濃度之放流水。

使用吸附劑諸如粒狀活性炭替代粉狀活性炭允許免除於粉狀活性炭膜生物反應器測試中已經辨識的膜穢垢及/或磨蝕問題。

雖然使用粒狀活性炭替代粉狀活性炭就重量基準而言無法同等有效地使用碳，但懸浮介質膜生物反應器系統及分離次系統實質上防止粒狀活性炭進入膜操作系統，因而減少或消除膜磨蝕及穢垢的機率。但因使用粒狀活性炭替代粉狀活性炭結果導致對吸附效率減低的衝擊，不會顯著影響活性炭加強的膜生物反應器裝置的總效率。

測試指出去除若干生物抑制性化合物及/或生物難處理的化合物的主要機轉係關粉狀活性炭加強的裝置中，生物難處理的及/或生物抑制性化合物暴露於微生物之停留時間的延長。吸附於吸附性材料諸如粒狀活性炭上的混合液揮發性懸浮固體中之微生物有較長的時間來消化此等若干生物難處理的及生物抑制性化合物。用於生物分解之停留時間的延長業已顯示為於膜生物反應器放流水中，減低某些生物難處理的及生物抑制性化合物濃度的主要因素，及無需粉狀活性炭之較高吸附效率來達成期望的結果。

經由允許粒狀活性炭的實質再生，就加強生物難處理的化合物、生物抑制性化合物、全然對生物分解有抗性的有機及無機化合物、及胞外聚合化合物的去除方面，粒狀活性炭於碳協助膜生物反應器的功能同等良好或更優於粉狀活性炭加強的膜生物反應器。又，因粒狀活性炭尺寸較大，故可有效過濾或以其它方式自進入膜操作系統槽的混合液分離。經由採用粒狀活性炭於懸浮介質膜生物反應器系統，可消弭或顯著減少使用粉狀活性炭時出現的磨蝕。

雖然使用粉狀活性炭粒子於膜生物反應器已經顯示部分前文對粒狀活性炭系統說明之相同優點，但膜操作系統槽中，來自粉狀活性炭之膜磨蝕無法為人所接受，原因在於膜的使用壽命可能縮短至無法接受的程度，例如比典型膜之使用壽命顯著更短。因膜成本占膜生物反應器系統總成本的顯著部分，故其使用壽命延長乃膜操作系統之操作成本的一項重要因素。

第3圖至第6圖顯示本發明之廢水處理系統之若干實施例。如前述，本發明之廢水處理系統可採用參考第1圖及第2圖說明及亦說明於PCT申請案PCT/US10/38644及公告案WO/09085252之懸浮介質膜生物反應器系統。雖然已經結合低濃度廢水例如衍生自接受上游廢水處理的流出物之處理說明若干較佳實施例，但自本揭示獲益，熟諳技藝人士顯然易知，本發明之廢水處理系統可有利地採用來處理含有某種濃度之生物不安定性化合物以及全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合。

參考第3圖，示意顯示用以處理得自一個或多個上游廢水處理階段之流出物351之處理系統354，合稱為廢水處理系統350。廢水處理系統350典型地處理流入物301，及排放過量活性污泥352及液態已處理之流出物351，如習常已知，其於此處稱作為「低濃度廢水」或「接受上游廢水處理之流出物」。雖然後文說明中將流出物351描述為衍生自一個或多個上游廢水處理階段，例如一次及/或二次處理階段，但熟諳技藝人士須瞭解本發明之系統及方法也可有效用於處理得自其它來源之廢水，諸如直接得自具有低濃度懸浮固體及相對低濃度溶解的有機物之製程。此外，本發明之廢水處理系統可優異地採用來處理含有某種含量之生物不安定性化合物以及全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合之廢水。於此等實施例中，液流351可為直接流入物，或接受極少上游處理者，諸如一次分離系統，其中實質上全部固體皆被去除。

如前文討論，來自二次處理區段之流出物的三次處理常見包括將整個二次流出物通過一根或多根粒狀活性炭管柱或其它三次系統用於額外處理，例如拋光俾便達到要求的水質標準。相反地，可用作為三次處理系統之本發明之處理系統354採用高通量吸附性材料處理系統359來吸附實質量之污染物，及又一系統399用以藉生物再生及/或再活化而生物處理所吸附的污染物，亦即吸附於吸附性材料上的污染物。

一般而言，本發明之處理系統354涵蓋高通量吸附性材料處理系統359及低通量吸附性材料生物再生反應器系統399。高通量吸附性材料處理系統359包括用以接納例如來自吸附性材料源393之新製的及/或循環利用的吸附性材料之混合區段360。混合區段360係與低濃度廢水源351諸如接受上游廢水處理之流出物或其它低濃度廢水作流體連通。混合區段360緊密混合吸附性材料及廢水，及將低濃度廢水與吸附性材料之混合物361送至吸附性材料沈積及液體分離區段370。大部分總液體體積/通量係經傾析或以其它方式自吸附性材料沈積及液體分離區段370排放作為流出物371，其可選擇性地接受進一步三次處理390。吸附性材料自吸附性材料沈積及液體分離區段370移出作為吸附性材料流出物排放372，其係送至低通量吸附性材料生物再生反應器系統399，其包括生物再生反應器302、膜操作系統304、吸附性材料剪切區段386，及吸附性材料/生質分離區段387。於曝氣系統中，生物再生反應器302進一步包括氧源，及於生物再生反應器302中微生物生物氧化有機物及某些吸附於吸附性材料上的無機物，及混合液包括混合液揮發性懸浮固體通過吸附劑固體分離裝置322，及作生物再生反應器混合液流出物308自出口排放至固體分離裝置來去除生質及混合液中之任何其它固體。舉例言之，於本發明之若干實施例中，固體分離裝置包括膜操作系統304，其中生物再生反應器混合液流出物308送至膜操作系統304出口310來去除生質及混合液中之任何其它固體。經膜處理之流出物312作為滲透物排放，及活性污泥314作為保留物被送返生物再生反應器302。部分活性污泥可透過廢物管線318自系統排放。得自生物再生反應器302之吸附性材料送至吸附性材料剪切區段386，其中過量生質係自吸附性材料顆粒或粒子剪切。生質於吸附性材料/生質分離區段387自吸附性材料分離。已透過生物再生反應器302再生及隨後於區段386及387剪切及分離之已分離的吸附性材料係經由循環管線389循環至混合區段360，及生質經由388回送至生物再生反應器302。用過的吸附性材料可自生物再生反應器302經由管線316移除，或自吸附性材料/生質分離區段387經由管線392移除。

於若干實施例中，吸附性材料剪切區段386及吸附性材料/生質分離區段387之功能可整合於單一單元操作。可執行剪切及生質分離之裝置實例包括連續回洗過濾器及/或核桃殼過濾器。於額外實施例中，吸附性材料剪切區段386及吸附性材料/生質分離區段387之部分或全部功能可於生物再生反應器302完成，例如若生物再生反應器302適當裝配有足量湍流來促進所需的剪切。於此等實施例中，生質可留在生物再生反應器302內，而已再生、已剪切及已分離的吸附性材料可直接送至混合區段360。

此外，吸附性材料可導入系統中的多個位置。例如，來源393可用來經由管線389導入新製的或再生的吸附性材料，例如混合送返混合區段360之回收再利用的吸附性材料。其它適當位置可用來導入吸附性材料，例如參考第2圖討論，直接導入混合區段360，或直接導入液體分離區段370。

於若干實施例中，吸附性材料流出液流372缺乏足夠營養來支援生物再生反應器302內部的生物。據此，來自流入物301的部分原廢水可例如經由旁路液流303導入生物再生反應器302。此液流303可為間歇或連續，取決於廢水類別、其組成、及廢水組成是否隨著時間之經過而改變。添加此種原廢水或若干其它簡單碳源可促進細菌的發展，該細菌為藉吸附性材料自低濃度廢水液流351移出的難處理之有機物質之最佳分解所需。原廢水初始提供細菌，變成馴化於原廢水進料組成，然後此等細菌提供可生物分解難處理的有機物質之細菌的起點。隨著時間之經過，初始細菌演化成為可消化難處理的有機物質之菌種。未經處理的廢水流進給有機體於生物再生反應器302，將導致該細菌族群比較存在於衛生廢水處理系統之細菌(通常為廢水處理系統中細菌的最常見起點)，可消化更複雜的有機化合物。另外，或組合地，種子培養物可添加至生物再生反應器302。例如若細菌族群因上游事件或熱震而減少，或若廢水污染物改變，則定期地，可添加同類或不同類的額外種子培養物。

流入低濃度廢水可能缺乏某些對發生於生物再生反應器302的生物有利的營養素。又復，某些流入廢水具有過酸或過鹼的pH值。如此，如熟諳技藝人士顯然易知，可於生物再生反應器302內添加磷、氮、及pH調整化學品來維持對生物生命及相關聯之活性包括生物氧化為最佳的營養比及pH值。此外，於若干實施例中，可添加簡單碳化合物液流來提高所吸附的污染物之生物分解速率。

特定言之，低濃度廢水導入混合區段360，該區段被供應吸附性材料諸如粒狀活性炭。吸附性材料可包括新製吸附性材料及/或自系統內部亦即自吸附性材料/生質分離區段387循環利用的吸附性材料。低濃度廢水及吸附性材料於混合區段360緊密混合，及存在於流出物351之至少部分溶解的有機物及/或無機物係吸附於吸附性材料上，亦即外表面上，或孔隙壁面上，或二者。

來自混合區段360之混合液流361包括吸附性材料其已經自流出物351吸附至少部分溶解的有機物及/或無機物，然後，例如呈漿液形式送至吸附性材料沈積及液體分離區段370。若有機物及/或無機物留在混合物361之液體部分，依據吸附性材料之流速、沈積速率、吸附能力、及其它因素而定，可於吸附性材料沈積及液體分離區段370持續吸附。較佳，去除實質上之污染物，使得剩餘液體部分經傾析或以其它方式移除作為高通量吸附性材料流出物液流371，至少符合相關法規體規定的水平，可以環保友善方式循環或排放。若有所需，液流371可送至三次處理區段390用於終拋光，及排放已拋光的流出物391。較佳，自液流371移除的有機物及/或無機物(亦即比較得自廢水處理系統350之流出物351)係吸附於吸附性材料上，及液流371占呈現至系統354例如液流351之初始低濃度廢水液流之大部分液體體積。於若干實施例中，液流371之通量係占液流351之通量之至少90%；於其它實施例中，液流371之通量係占液流351之通量之至少95%；於額外實施例中，液流371之通量係占液流351之通量之至少99%；於其它實施例中，液流371之通量係占液流351之通量之至少99.9%；及於又其它實施例中，液流371之通量係占液流351之通量之至少99.99%。液流371相對於液流351之比例可取決於多項因素，包括初始污染程度、混合區段360之混合度、於吸附性材料沈積及液體分離區段370內部之體積、配置組態及停留時間、吸附性材料之吸附能力，及/或其它因素。

於一個實施例中，吸附性材料沈積及液體分離區段370包括具有倒錐形或截頭錐形底部385之組態之容器。如此，吸附性材料係連同來自流入液流351的小部分水一起藉重力沈積通過容器底的排放埠口移除。此外，其中有機物及/或無機物並未充分吸附於混合區段360之實施例中，吸附性材料沈積及液體分離區段370可具有適當尺寸來提供如此經處理的廢水流出物與吸附性材料間之額外接觸時間。於吸附性材料沈積及液體分離區段370之若干實施例中，此項目的可以提供大於約5分鐘之低濃度廢水停留時間，及於若干實施例中具有大於約15分鐘之停留時間的容器而達成。當然，熟諳技藝人士由此處教示獲益將瞭解吸附劑與流出物分離所需時間將依據多項因素決定，包括但非限於吸附性材料密度、廢水密度、及槽的幾何形狀。

吸附性材料沈積及液體分離區段370較佳包括分離次系統，用以防止吸附性材料離開有液體流出物371高流量的吸附性材料沈積及液體傾析區段。於若干實施例中，分離次系統可包含例如由擋板381及382所形成之靜止區段。如此允許存在吸附性材料沈積及液體分離區段370之實質量吸附性材料被導引朝向倒錐形或截頭錐形底部385。於額外實施例中，分離次系統可包含於吸附性材料沈積及液體分離區段370出口近端的篩選裝置383。篩選裝置383可為靜態網篩、移動網篩、楔形絲網篩、轉鼓網篩、或其它適它網篩類型。又一實施例中，分離次系統可包含靜止區段384及篩選裝置383。於又額外實施例中，分離次系統可包括靜止區段及位在吸附性材料沈積及液體分離區段370之液體流出物371出口的堰。注意使用於吸附性材料沈積及液體分離區段370之分離次系統可與用於生物再生反應器302之該分離次系統相同或互異，包括篩選系統、沈積區段、或其組合。此外，若需自流出物371進一步移出固體，則可含括澄清器、過濾器、或其它分離裝置與吸附性材料沈積及液體分離區段370之流出物371出口下游作流體連通。

舉例言之，吸附性材料沈積及液體分離區段370內部的分離次系統可於下述實施例免除，其中吸附性材料有相對高比重(例如，於20℃水大於約1.10，於若干實施例於20℃水大於約1.40，及於額外實施例於20℃水高達約2.65比重)，因而具高沈積速率，組合吸附性材料沈積及液體分離區段370之適當尺寸及配置組態，包括底部385之幾何形狀及流出物371出口位置。於此等實施例中，澄清器、過濾器、或其它分離裝置可設於吸附性材料沈積及液體分離區段370下游。另外，其中流出物371係接受終拋光裝置390處理的實施例中，也可免除澄清器、過濾器、或其它分離裝置。於若干實施例中，若終拋光裝置390為固定床粒狀活性炭吸附管柱，則可能連同流出物371送出的來自於吸附性材料沈積及液體分離區段370之任何過量吸附性材料將不影響終流出物，原因在於該吸附性材料將於拋光裝置390被捕集。

吸附性材料自吸附性材料沈積及液體分離區段370通過送至生物再生反應器，其中微生物對吸附在吸附性材料上的有機物及若干無機物進行生物分解。

於若干實施例中，生物再生反應器302為有氧系統，其中微生物為需氧微生物，及生物再生反應器302為曝氣槽，包括氧源(圖中未顯示)例如一個或多個擴散器、噴射懸浮裝置、或氣升懸浮系統，如PCT申請案PCT/US10/38644所述；及該生物分解包括生物氧化。生物再生反應器內部之生物學細節係討論於PCT申請案PCT/US10/38644及PCT公告案WO/09085252。

於額外實施例中，生物再生反應器302為無氧系統，其中該微生物為厭氧微生物。

混合液包括混合液懸浮揮發性固體係經由生物反應器302內部的或下游的分離次系統322排放，及自生物反應器302出口308經由入口310送至膜操作系統304。膜操作系統含有一張或多張膜340。經膜處理的流出物312排放作為滲透物，及活性污泥314作為保留物送返生物再生反應器302。選擇性地，活性污泥廢物可透過廢物管線318而自回送活性污泥管線314排放。此外，選擇性的吸附性材料廢物管線316(如長虛線指示)可去除已經喪失其功效的用過的吸附性材料，或可用來定期地去除吸附性材料，如結合第2圖說明，及如PCT申請案PCT/US10/38644及PCT公告案WO/09085252所述。較佳，移除的用過的吸附性材料係以等量新製的或再生的吸附性材料補充。額外選擇性實施例中，全部或部分經膜處理的流出物312可經由選擇性管線313(如長虛線指示)送至三次處理區段390接受最終拋光。

吸附性材料諸如粒狀活性炭，及任何被捕捉於送至生物再生反應器302之液流372之液體係以如PCT申請案PCT/US10/38644及PCT公告案WO/09085252所述的膜生物反應器系統之類似方式處理。但液流372之通量相當低。例如，液流372之通量可低於液流351之通量之約10%、5%、1%、0.1%或甚至低於約0.001%。於若干實施例中，通量為可通過膜操作系統304而未影響生物再生反應器302內微生物活性之最小流量。另外，此種系統可作為循序批次反應器操作，其中該流出物係於廢水已經接受適當處理而排放。此外，於若干實施例中，生物再生反應器302可為曝氣槽合併噴射懸浮或氣升懸浮系統、靜止區段及楔形絲網篩的組合，如PCT申請案PCT/US10/38644所述。於本發明之低濃度廢水處理系統354的膜操作系統304係以如PCT申請案PCT/US10/38644及PCT公告案WO/09085252所述之膜生物反應器類似方式操作但係以極低流速操作。當生質蓄積於此一系統時，其可以類似習知膜生物反應器系統之方式廢棄，例如經由回送活性污泥廢棄管線318廢棄。也設有吸附性材料廢棄管線316。例如，於下述情況下吸附性材料可能喪失其吸附能力，此處接受上游廢水處理的流出物含有使用本發明之低濃度廢水處理系統，甚至實質上增加停留時間，也無法氧化的無機物或生物抑制性化合物。吸附性材料可於系統內補充，使如使用如PCT公告案WO/09085252所述之吸附性材料輸入位置中之一者或多者，或其它適當位置，或來源393補充。

基於連續或間歇基礎，包括吸附性材料之支流，及選擇性地，混合液來提供協助移轉(例如，以漿液形式)的吸附性材料之液體載劑係自生物再生反應器302移出及送至剪切區段386。於剪切區段386，過量生質係自吸附性材料外表面剪切，使得於混合區段360及/或於吸附性材料沈積及液體分離區段370之吸附性材料吸附能力為最大化。剪切區段386可包括幫浦、噴射噴嘴、曝氣礫室、機械混合機、離心裝置諸如水力旋風器或離心機、或其它裝置中之一者或多者來協助碰撞執行剪切，及於若干實施例中，促進生質與吸附性材料的分離。湍流、顆粒間碰撞、及與剪切區段之其它固體物件(靜態或動態)碰撞，及於若干實施例中，剪切區段與生物再生反應器302間之管路連接可能導致過量生質自吸附性材料外表面剪切，變成游離漂浮的混合液懸浮固體包括混合液懸浮揮發性固體。

此外，流體循環動作，包括有過量生質之吸附性材料的高速液體及/或接觸面促成期望的剪切。

於若干實施例中，吸附性材料剪切區段386可包含連續再生系統，例如具有核桃殼過濾器或其它類似的單元操作配置組態，例如不含核桃殼介質，例如屬於市售得自西門子水技術公司之該型單元操作。舉例言之，當吸附性材料通過連續再生系統，諸如連續回洗過濾器或核桃殼過濾器時，顆粒間碰撞及與其它固體物件及/或連續再生系統中之表面碰撞造成過量生質自吸附性材料顆粒剪切。

漿液包括已剪切的吸附性材料、自吸附性材料剪切的自由態生質、及任何混合液係送至吸附性材料/生質分離區段387來分離自吸附性材料剪切的混合液懸浮固體生質與較為緊密的吸附性材料。吸附性材料/生質分離區段387可包括水力旋風器分離器、離心機、連續再生系統之支流、或適合自生質分離吸附性材料之其它裝置。

注意於若干實施例中，其中生物再生反應器302包括噴射噴嘴或如PCT申請案PCT/US10/38644所述於生物再生反應器302內部執行剪切的其它裝置，剪切區段386可被免除或繞道，藉此來自生物再生反應器302之支流係直接送至吸附性材料/生質分離區段387。

自吸附性材料/生質分離區段387分離的吸附性材料透過管線389送至混合區段360。回送至混合區段360之吸附性材料含有減少濃度之微生物，如此，於送至生物再生反應器302前，低濃度廢水中之有機物可被吸附及暴露至混合區段360及吸附性材料沈積及液體分離區段370中期望的生物學。

自吸附性材料/生質分離區段387已剪切的生質，其包括具有混合液懸浮固體及混合液懸浮揮發性固體之混合液係經由管線388送至生物再生反應器302。

其它實施例中，得自吸附性材料/生質分離區段387之混合液例如可組合流出物308自生物再生反應器302分離次系統322轉送下游，或直接送至膜操作系統。值得注意者，於此一替代實施例中，分離次系統322之分離要求可減少或免除，原因在於可移轉混合液而無需進一步分離。於若干實施例中，膜操作系統304(或就第3圖所述澄清器/沈積槽395)之混合液源可為得自吸附性材料/生質分離區段387之液態流出物。

於若干較佳實施例中，為了協助吸附性材料於吸附性材料沈積及液體分離區段370的沈積，採用具相對高比重水平的粒狀活性炭。例如，可使用具有大於1.10比重之粒狀活性炭。於其它實施例中，可使用具有大於1.40比重之粒狀活性炭。因含粒狀活性炭之混合物流速相當低，及生物再生反應器302及膜操作系統304相當小，維持較為緊密的吸附性材料懸浮歷經一段時間來造成生物再生反應器302內部之期望的生物程度之較高能量需求，並非操作該系統之總能量需求中的一項顯著因素。

某些低濃度廢水流入物可包括無法藉微生物分解的無機化合物。此等無機物含量典型地須減至適用的法規要求以內。吸附性材料可以處理方法及/或種類修改，例如經由浸漬以適當化合物，藉此提供對廢水中之某些化學類別及/或金屬的親和力，如PCT申請案PCT/US10/38644進一步說明。因本發明之低濃度廢水處理系統中之微生物如法如同其去除有機化合物般地有效去除此等無機化合物，比較只處理有機化合物之系統，使用吸附性材料來吸附無機污染物之系統通常要求更頻繁地更換吸附性材料。用過的吸附性材料當趨近於欲自低濃度廢水移除的各化合物之吸附極限時自系統移除。舉例言之，自本發明之低濃度廢水處理系統可定期地或連續地進行取樣及分析或線上監視來測定有機或無機濃度，原因在於粒狀活性炭對各種化合物之吸附能力係與流出物371中的廢水濃度逆相關。

又一實施例中，其中採用三次處理系統390且包括習知吸附性材料過濾系統，得自系統390之已污染的吸附性材料可使用吸附性材料生物再生反應器系統399再生及/或再活化，如三次處理系統390與生物再生反應器302間之管線394指示。某些既有的粒狀活性炭吸附劑過濾系統使用階段性吸附，其中新製的粒狀活性炭係添加於終下游過濾器，經部分負載的粒狀活性炭係用於上游過濾器。於本發明之實施例中，其中得自系統390之已污染的吸附性材料可使用吸附性材料生物再生反應器系統399再生及/或再活化，已部分負載的粒狀活性炭係移送至生物再生反應器302用以再生及再用作為混合區段360之全部或部分吸附性材料。雖然管線394顯示為直接移轉經部分負載的吸附性材料至生物再生反應器302，但熟諳技藝人士自此處教示獲益將瞭解此種經部分負載的吸附性材料可導入吸附性材料剪切區段386、吸附性材料/生質分離區段387、吸附性材料源393、混合區段360、或液體分離區段370。

於若干實施例中，一個或多個感測器可含括於整個系統350之所在位置，包括高通量吸附性材料處理系統359及低通量吸附性材料生物再生反應器系統399內部。此等感測器可採用來以手動控制與操作系統或自動化控制系統來實施於可程式規劃邏輯控制廢水處理系統之適當製程修改。於一個實施例中，系統350(或高通量吸附性材料處理系統359及低通量吸附性材料生物再生反應器系統399)包括控制器305，其可為任何適當經程式規劃的或專用的電腦系統、PLC、或分散系控制系統。某些有機及/或無機化合物之濃度可藉與流出物312或來自生物再生反應器302出口308之流出物作流體連通(如控制器305與流出物管線312及出口308與入口310間之中間流出物管線二者間之虛線連結指示)的感測器監視與測量。於另一實施例中，揮發性有機化合物濃度或系統之其它性質或特性可於入口301、351、或310中之一者或多者測量。於額外實施例中，某些有機及/或無機化合物之濃度可藉與吸附性材料沈積及液體分離區段370之流出物371作流體連通(如控制器305與流出物管線371間之虛線連結指示)的感測器監視與測量。製程控制裝置技藝界之熟諳技藝人士已知之感測器包括基於雷射應螢光之感測器或任何其它適用於原位實時監視流出物中之有機或無機化合物濃度或系統之其它性質或特性之感測器。可使用之感測器包括用於水包油測量之浸沒式感測器其係使用UV螢光用於檢測，諸如得自娣歐斯光學感測器公司(德國奧倫堡)之環保螢光-HC感測器。感測器可包含經被覆或以其它方式經處理來防止或限制出現於透鏡上的穢垢或薄膜量之透鏡。當系統中之一個或多個感測器產生一種或多種有機及/或無機化合物濃度超過預定濃度之信號時，控制系統可實施回應動作，諸如適當回授動作或前傳動作，包括但非限於透過廢物排放埠口316去除吸附性材料(如控制器305與廢物排放埠口316間之虛線連結指示)；去除經由廢物管線318回送活性污泥(如控制器305與廢物排放埠口318相關聯之閥門間之虛線連結指示)；透過吸附性材料來源393或於其它位置中之一者(如控制器305與吸附性材料來源393間之虛線連結指示)添加新的或再生的吸附性材料；添加不同型吸附性材料；修改水停留時間；修改生物特性諸如微生物之簡單碳食物或添加磷、氮及/或pH調整化學品；及/或前述其它修改或熟諳技藝人士顯然易知之修改。

於額外實施例中，含有吸附性材料之料漿狀況可藉一個或多個感測器(如第3圖以影線圓指示)，諸如光學感測器及/或紫外光螢光感測器決定特徵。舉例言之，一個或多個感測器可與吸附性材料流出物液流372相關聯，如控制器305與液流372間之虛線連結指示，來測量液流中之一種或多種化合物濃度及/或測定漿液中之吸附性材料品質。又復，一個或多個感測器可與來自生物再生反應器之吸附性材料流出物液流相關聯，如控制器305與生物再生反應器與吸附性材料剪切區段386間之管線間的虛線連結指示；及/或一個或多個感測器可與吸附性材料循環管線389相關聯，如控制器305與循環管線389間的虛線連結指示。當基於得自此等感測器及其它感測器或資訊源中之一者或多者的資訊，判定吸附性材料具有減低的吸附能力時，可作動適當回授或前傳動作。

現在參考第4圖，示意顯示類似第3圖所示系統354之低濃度廢水處理系統454。系統454中，設置吸附性材料沈積及液體分離區段470，其可為一個或多個離心機、水力旋風器、澄清器、各型過濾器、或其它適當分離裝置。吸附性材料沈積及液體分離區段470自混合液流461分離液體含有得自混合區段460之低濃度廢水及吸附性材料。

於系統454之若干實施例中，高通量吸附性材料處理系統459內部之流速係經控制而提供足夠停留時間來允許來自液流451之要求的污染物濃度吸附至吸附性材料諸如粒狀活性炭上，及排放符合要求的流出物排放品質之液流471，或污染物濃度夠低而可於補充的三次處理系統490習知處理的液流。低濃度廢水處理系統454之其它構面實質上與系統354所述相同，類似的元件符號係用於第4圖來表示相似的或相當的組件。

現在參考第5圖，低濃度廢水處理系統554類似第4圖所示系統454示意顯示，其中低通量吸附性材料生物再生反應器系統599包括膜操作系統以外之生物反應器系統。特定言之，低通量吸附性材料生物再生反應器系統599包括生物再生反應器502、吸附性材料剪切區段586、吸附性材料/生質分離區段587、及澄清器/沈積裝置595作為固體分離裝置。澄清器/沈積裝置595可為澄清器裝置、沈積裝置、或執行澄清及沈積二者之裝置。系統係以類似系統354之方式操作，但不含膜操作系統304。反而為了去除混合液中之生質及任何其它固體，使用澄清器/沈積裝置595。特定言之，澄清器/沈積裝置595允許活性污泥沈積，而經由回送活性污泥管線514送返生物再生反應器502。澄清液體作為流出物512送出。澄清器/沈積裝置595可取代於參考第3、4及/或6圖所述之任何系統。低濃度廢水處理系統554之其它構面實質上係與就系統354所述相同，類似的元件符號係用於第5圖來表示相似的或相當的組件。

現在參考第6圖，低濃度廢水處理系統654類似第3圖所示系統354示意顯示，其中高通量吸附性材料系統659乃整合式混合/沈積單元操作。例如於若干實施例中，高通量吸附性材料系統659可包括連續回洗過濾器或連續再生過濾系統，例如類似連續核桃殼過濾器(不含核桃殼介質)，例如屬於市售得自西門子水技術公司之該型。吸附性材料係移出作為流出物672，而流出物671為有污染物吸附其上之廢水。於若干實施例中，連續再生系統也可結合吸附性材料剪切區段686及吸附性材料/生質分離區段687，或作為替代系統發揮去除功能。注意於此等實施例中，吸附性材料/生質分離區段係設於連續回洗高通量吸附性材料系統659下游。於又一實施例中，高通量吸附性材料系統659包括吸附性材料過濾系統，諸如習知三次碳過濾器，其中經處理水係排放為液流671，及經部分負載的吸附性材料672而非以習知熱空氣或水蒸氣再生處理，例如使用生物處理被吸附的污染物之系統699再生，該系統係以類似就第3圖所述之方式操作，及已再生的吸附性材料688係被導入含括於高通量吸附性材料系統659之三次碳過濾器。低濃度廢水處理系統654之其它構面實質上係與就系統354所述相同，類似的元件符號係用於第6圖來表示相似的或相當的組件。

於本發明之額外實施例中，藉根據本發明之高通量吸附性材料系統整合低通量吸附性材料生物再生反應器處理之廢水源可得自一個系統，該系統藉照光處理一次固體包括部分BOD₅ 化合物。特定言之，及參考第7圖，顯示一個系統用於處理含有懸浮有機固體、溶解有機固體、及選擇性地，其它污染物諸如無機物的流入廢水液流701。流入廢水液流701係導入一次分離系統753，諸如允許生物固體沈積之沈積區段、澄清器、離心機、過濾器、網篩、帶式壓機、渦旋分離器、浮選裝置、或其它固體移除系統。於一次分離系統753，固體及部分易分解生物需氧量化合物(BOD₅ )材料係自廢水流分離。

典型一次處理系統通常可減低BOD₅ 濃度達約40%至約50%，及減低總懸浮固體濃度達約60%至約70%。於此步驟去除的固體通常為較大型較緩慢生物分解的懸浮固體，而流出物典型地為存在於衛生廢水中的較具揮發性較易處理的化合物之混合物。額外單元操作也可用來提供原廢水中未溶解的污染物之較高移除效率。舉例言之，可使用一個或多個離心裝置、沈積裝置、或浮選裝置(例如，溶氣浮選、誘導空氣浮選)。於額外實施例中，額外單元操作可包括添加適當化學化合物來處理俾去除存在於原廢水中之至少部分較不緊密的固體。

於若干實施例中，水相典型包括溶解的污染物及小部分懸浮固體可排放作為廢水流出物含有某種濃度的生物不安定性化合物或低濃度廢水流出物751，及然後藉下游廢水處理系統754處理，系統754例如係以先前說明之系統354、454、554或654中之一者或多者之類似方式操作。排放流出物712其通常適合用於循環作為製程水、灌溉、或環保友善排放物。未經處理之生物固體係自一次處理系統753分離為固體流出物液流774，典型地含有夾帶的液體，及例如使用適合處理載荷固體之液體及漿液的污水垃圾泵或漸進空腔泵(圖中未顯示)送至均化區段775，其中固體係藉適當機械裝置諸如一個或多個研磨器及/或粉碎器均化。均化區段775確保並無緊壓的固體團塊被導入下游照光/消毒區段777，藉此確保最大消毒程度。

未經處理之已均化固體776通常係呈漿液形式，係被泵送至照光/消毒區段777，其中固體係使用β射線、γ射線、x光或電子束輻射消毒例如來達成美國環境保護署類別A或B生物固體消毒要求，或其它主管機關規定的污泥消毒要求。如此已消毒的固體778以環保友善方式處置。

第8圖顯示廢水處理系統之另一個實施例，包括光照一次固體，其係混合惰性材料來允許其再用作為土壤替代品或用於其它用途。特定言之，系統800係類似系統700，有混合區段763之額外操作，其中已消毒的固體778係混合惰性填充材料762，諸如砂土、黏土、及/或其它適當填充材料來製造產物764，其可用作為土壤、堆肥或肥料。系統800包括提供產物764特別合乎所需用於處理含有固體不具毒性有機或無機化合物的廢水。

選擇性地，去水區段可設於系統700或800。但於系統800，過量水可藉混合已消毒的一次固體之砂石或其它惰性材料吸收。

於若干實施例中，流入廢水701包括高濃度金屬、其它無機物、或毒性有機物。因此即使消毒至適當程度，已消毒的生物固體及濾材不適合用作為土壤、堆肥或肥料產物。但即便於其中已消毒材料經乾燥及/或混合適當惰性材料後作為填土處置之實施例中，仍可達成實質投資成本、能量及尺寸的效果。

於本發明之若干實施例中，系統係組構成可攜式系統，例如架設於滑橇、貨車車體、拖車等上。可攜性允許三次處理系統製造且遞送作為轉鑰系統。可攜式系統或滑橇安裝系統也協助以視需要為基礎設置三次系統，例如於其中三次處理系統係在使用中、修復中、或組構中之情況下。又，某些設施其處理化學品歷經一段短時間，形成特別難以處理的廢水流可自根據本發明之可攜式系統或滑橇安裝系統獲益。可設置管路配件其適用於與既有廢水處理廠的標準配件及埠口匹配來容易地且快速地安裝本發明系統。

本發明之系統及方法避免先前技術之低濃度廢水處理的相關問題，係經由將業已接受二次處理的廢水例如來自二次系統之流出物通過吸附性材料混合區段，其中吸附性材料與二次流出物緊密混合。注意二次流出物於送至吸附性材料混合區段該點實質上全部固體及如此為大部分高BOD₅ 組分已經被去除。如此，二次流出物不適合傳統處理生物系統之生物氧化，原因在於廢水強度過低，含有生物難處理的化合物，含有生物抑制性化合物，含有無機化合物，或其組合，其或為無法生物氧化，或要求比較典型地可用於生物氧化遠更長的停留時間。典型地，更為能量密集的三次系統諸如粒狀活性炭吸附過濾器或其它三次處理系統係用來拋光無法藉正常生物氧化處理的此液流。

本發明之低濃度廢水處理系統允許污染物集中在碳上，提供低強度廢水或含有生物難處理的化合物包括生物抑制性及/或生物難處理的化合物之廢水處理。此外，可吸附存在於低濃度廢水之無機化合物。

本發明之低濃度廢水處理系統為目前使用方法之較低成本替代法，原因在於其利用生物氧化，典型地為可用於處理廢水之最低成本去除技術。活性炭吸附管柱典型地於操作上極為昂貴，要求極為能量密集方法來再生碳，典型地基於焚化來再生粒狀活性炭。本發明之三次處理系統部署作為活性炭管柱之替代之道或補充之道可相當節省能源。結果，可贏得與減低能量耗用相關聯之二氧化碳減少之碳排放信用。

對本發明之低濃度廢水處理系統內部各項操作的體積容量需求可比較用來處理等體積廢水之習知膜生物反應器顯示更低，且比未利用膜的習知污水處理系統顯著更小。

使用本發明之低濃度廢水處理系統允許處理相對低強度廢水，大致上只有溶解的污染物及小量夾帶的固體於廢水，而仍然獲得具有極低濃度原先存在於廢水之難以處理的(難處理的化合物)或簡單有機化合物之放流水。注意若干較佳實施例係結合低濃度廢水之處理作說明，稱作為「低濃度廢水處理系統」。雖言如此，如熟諳技藝人士自本揭示獲益將瞭解本發明之廢水處理系統可有利地採用來處理含有某種濃度生物不安定性化合物及全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合之廢水。舉例言之，溶解的生物不安定性化合物可連同全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合吸附在吸附性材料上，及送至此處所述吸附性材料生物再生反應器系統。生物不安定性化合物可單獨或組合二次營養源用作為食物來支援微生物。

本發明有用之吸附性材料包括各類型碳，諸如活性炭特定言之，粒狀活性炭極為有效，原因在於顆粒之大小範圍及密度可經選擇來允許其保留於系統之預定部分，藉此防止其穢垢及/或磨蝕該等膜。

其中粒狀活性炭未接受顯著剪切力及/或顆粒間碰撞之系統中，粒狀活性炭可自木頭、椰子、蔗渣、鋸木屑、泥炭、製漿廠廢料、或其它以纖維素為主的材料製造。一個適當實例為具有標稱網眼尺寸14x35(基於美國標準篩系列)之梅西可(MeadWestvaco)奴恰(Nuchar) WV-B。

於額外實施例中，特別其中剪切力係由幫浦及/或噴射噴嘴內之湍流及/或顆粒間碰撞所提供之例，期望使用有較高硬度值之吸附性材料。舉例言之，衍生自瀝青或以煤為主的材料之粒狀活性炭為有效。於特定實施例中，粒狀活性炭係衍生自褐煤。

也可提供碳材料其係經改性及/或其種類提供對廢水中之某些化學品類別及/或金屬之親和力。舉例言之，於有相當高濃度汞之廢水中，至少部分吸附性材料較佳包括浸漬以碘化鉀或硫之粒狀活性炭。其它處理及/或浸漬種類可提供來靶定特定金屬、其它無機化合物及/或有機化合物。

此外，吸附劑可為活性炭以外的材料。舉例言之，以鐵為主的化合物或合成樹脂可單獨或組合其它吸附性材料，例如組合粒狀活性炭而用作為吸附性材料。又復，可使用靶定某些金屬、其它無機化合物及/或有機化合物之活性炭以外的經處理之吸附性材料。舉例言之，於含相對高濃度鐵及/或錳之廢水中，至少部分吸附劑可包括粒狀二氧化錳過濾介質。於含砷廢水中，至少部分吸附劑可包括粒狀氧化鐵複合物。於含鉛或重金屬之廢水中，至少部分吸附劑可包括粒狀鋁矽酸鹽複合物。

於一個實施例中，吸附性材料可基於期望的比重範圍選用。為了於可接受的能量耗用/成本範圍以內維持吸附性材料之懸浮，期望比重範圍相對接近廢水比重。另一方面，其中分離係至少部分基於材料快速沈積之實施例中，以較高比重為較適合。大致上，於20℃水中比重較佳係大於約1.05。於若干實施例中，於20℃水中比重係大於約1.10。於若干實施例中，比重之適當上限於20℃水中約為2.65。

因此，選擇具有下述比重範圍之吸附性材料，該比重提供充分懸浮及因而提供與廢水及其污染物之充分接觸。此外，於若干實施例中，比重範圍提供足夠沈積特性供隨後自廢水去除吸附性材料。於額外實施例中，吸附性材料之比重的選擇係基於維持吸附性材料於懸浮所需之能量為最小化。

此外，期望的吸附性材料諸如粒狀活性炭具有下述硬度水平，該硬度可將因顆粒間碰撞及其它製程效應造成的細料及其它微粒之形成減至最低。

分離次系統設計來保有藉此防止其進入膜操作系統之吸附性材料的尺寸係經最佳化來減少吸附性材料及細料進入膜操作系統之數量。因此，其中固體分離裝置為膜操作系統之實施例中，減少因碳顆粒或其它顆粒材料撞擊膜所造成的磨蝕及穢垢，同時仍然提供與使用吸附性材料包括活性炭相關聯之操作優點。

吸附性材料之適當顆粒大小係經選擇來彌補所選用的篩選/分離方法，及接受處理的特定廢水之需要。於若干較佳實施例中，吸附性材料之有效顆粒大小下限係經選擇使得其易自進入該等膜所在的膜操作系統槽的混合液流中分離。大致上，吸附性材料之有效顆粒大小具有約0.3毫米之下限，此處大於約99.5重量%吸附性材料係高於下限；較佳具有約0.3毫米下限至約2.4毫米上限(基於美國標準篩系列，對應於篩號50至篩號8)，此處大於99.5重量%吸附性材料係落在下限至上限間；及於若干較佳實施例中約0.3毫米至約1.4毫米(基於美國標準篩系列，對應於篩號50至篩號14)，此處大於99.5重量%吸附性材料係落在下限至上限間。業已證實具有約0.5毫米至約0.6毫米之最低有效顆粒大小的粒狀活性炭容易且有效地使用適當分離系統自混合液篩選，及於具有適當密度之粒狀活性炭，此種有效尺寸也可有效維持懸浮。

使用吸附性材料來吸附全然對生物分解有抗性的化合物、生物抑制性化合物、及/或生物難處理的化合物、或其組合允許該方法處理比較習知系統遠更高的廢水流速，原因在於生物分解有機化合物之有機體不受習知系統之水停留時間所限。生物抑制性化合物及/或若干生物難處理的化合物留在吸附性材料長時間，如此微生物具有多倍的水停留時間來分解該等化合物。如此比較未添加吸附性材料，允許顯著更小型單元來處理廢水流。

使用本發明之低濃度廢水處理系統而非習知系統或添加粉狀活性炭的習知系統，消除固體沈積相關聯之問題，該問題將發生於未使用膜來自流出物中分離固體之高流速習知系統。

經由使用已經經過特殊處理而選擇性地吸附所關注的特定污染物之吸附性材料，本發明之低濃度廢水處理系統可經修改來處理可能存在於任何特定廢水的特殊污染物。舉例言之，已經經過特殊處理而吸附金屬之粒狀活性炭或其它吸附性材料可用於含高濃度金屬之廢水。溶解的金屬偏好吸附在經處理的粒狀活性炭上及然後自流出物中移除。定期置換吸附性材料允許金屬自系統移除，及維持期望的吸附能力。

本發明提供一種低成本替代之道來持久地架設高成本活性炭吸附管柱或多種操作上昂貴的三次處理系統中之任一者。此外，本發明提供較為簡單型較小足跡的較低操作成本廢水處理系統，其可在極短時間內設定及操作，及若有所需，可組構為可攜式系統/裝置。其可部署用於擾動狀況或用於要求廢水處理廠處理通常無法處理的廢物之事件期間。

本發明之系統及方法避免於昂貴的三次處理系統處理整個放流水液流。其係自低濃度廢水吸附污染物，及於高通量吸附性材料處理系統整合低通量吸附性材料生物再生反應器處理該污染物。

先前發展的三次系統試圖以昂貴的活性炭吸附性材料或若干其它昂貴的三次處理系統處理含低濃度污染物之得自既有廢水處理廠之流出物。於全部此等系統，整個廢水液流係以三次處理方法處理。本發明之系統及方法藉吸附而自整個廢水流去除污染物，及然後於操作上相對廉價的低通量生物再生反應器系統處理該吸附性材料。

本發明之方法及裝置已經如前文及於附圖說明；但修改為熟諳技藝人士顯然易知，及本發明之保護範圍係由隨附之申請專利範圍界定。

100．．．廢水處理系統

102．．．生物反應器系統

104．．．膜操作系統

106．．．流入廢水流

112．．．流出物

200．．．廢水處理系統

201,206,210．．．入口

202．．．生物反應器

204．．．膜操作系統

205．．．控制器

208．．．出口

212．．．出口、膜流出物、放流水管線

214．．．回送活性污泥管線、回送管

216．．．混合液廢物排放埠口、廢物排放埠口

218．．．廢物出口、管線

220．．．初步篩選及/或分離系統、初步篩選系統

222．．．分離次系統

229．．．來源、吸附性材料源、吸附性材料導入裝置

230a-d．．．位置、所在位置

232．．．懸浮系統或懸浮裝置

234．．．吸附性材料

236．．．孔隙

238．．．微生物

240．．．膜、過濾膜

301．．．流入物、管線

302．．．生物再生反應器

303．．．旁路液流

304．．．膜操作系統

305．．．控制器

308．．．混合液流出物、出口

310．．．入口

312．．．經膜處理之流出物

313．．．選擇性的管線

314．．．活性污泥

316．．．管線、選擇性的吸附性材料廢物管線、埠口

318．．．廢物管線、埠口

322．．．吸附性材料分離裝置、分離次系統

340．．．膜

350．．．廢水處理系統

351．．．流出物、低濃度廢水源

352．．．活性污泥

354．．．處理系統

359．．．高通量吸附性材料處理系統

360．．．混合區段

361．．．低濃度廢水與吸附性材料之混合物

370．．．吸附性材料沈積及液體分離區段

371．．．流出物

372．．．吸附性材料流出物排放

381,382．．．擋板

383．．．篩選裝置

384．．．靜止區段

385．．．底部

386．．．吸附性材料剪切區段

387．．．吸附性材料/生質分離區段

388．．．回送管線

389．．．回收管線

390．．．三次處理區段、拋光裝置

391．．．已拋光之流出物

392．．．管線

393．．．吸附性材料源

394．．．管線

395．．．澄清器/沈積槽

399．．．低通量吸附性材料生物再生反應器系統

401．．．流入物、管線

402．．．生物再生反應器

403．．．旁路液流

404．．．膜操作系統

408．．．出口

410．．．入口

412．．．經膜處理之流出物

413．．．選擇性管線

414．．．活性污泥

416,418．．．廢物管線、埠口

422．．．分離次系統

450．．．廢水處理系統

451．．．液流

452．．．活性污泥

454．．．低濃度廢水處理系統

459．．．高通量吸附性材料處理系統

460．．．混合區段

461．．．混合液流

470．．．吸附性材料沈積及液體分離區段

471．．．液流

472．．．吸附性材料流出物

486．．．吸附性材料剪切區段

487．．．吸附性材料/生質分離區段

488．．．回送活性污泥管線

490．．．補充的三次處理系統

491．．．已拋光之流出物

499．．．低通量吸附性材料生物再生反應器系統

501．．．流入物

502．．．生物反應器

503．．．旁路液流

508．．．出口

510．．．入口

512．．．流出物

513．．．選擇性管線

514．．．回送活性污泥管線

516．．．管線、埠口

518．．．廢物管線、埠口

550．．．廢水處理系統

551．．．流出物

552．．．活性污泥

554．．．處理系統

559．．．高通量吸附性材料處理系統

560．．．混合區段

561．．．混合液流

570．．．吸附性材料沈積及液體分離區段

571．．．液流

572．．．吸附性材料流出物

586．．．吸附性材料剪切區段

587．．．吸附性材料/生質分離區段

588．．．回送活性污泥管線

590．．．三次處理系統

591．．．已拋光之流出物

595．．．澄清器/沈積裝置

599．．．低通量吸附性材料生物再生反應器系統

601．．．流出物

602．．．生物再生反應器

603．．．旁路液流

604．．．膜操作系統

608．．．出口

610．．．入口

612．．．流出物

613．．．選擇性管線

614．．．活性污泥

616．．．管線

618．．．廢物管線、埠口

622．．．分離次系統

650．．．廢水處理系統

651．．．流出物

652．．．活性污泥

654．．．低濃度廢水處理系統

659．．．高通量吸附性材料處理系統

671．．．流出物

672．．．流出物、經部分負載的吸附性材料

686．．．吸附性材料剪切區段

687．．．吸附性材料/生質分離區段

688．．．已再生的吸附性材料

690．．．三次處理系統

691．．．已拋光之流出物

699．．．低通量吸附性材料生物再生反應器系統

700．．．系統

701．．．流入廢水、流入廢水液流

712．．．流出物

751．．．低濃度廢水流出物

753．．．一次處理系統、一次分離系統

754．．．廢水處理系統

762．．．惰性填充材料

763．．．混合區段

764．．．產物

774．．．固體流出液流

775．．．均化區段

776．．．未經處理的均化固體

777．．．照光/消毒區段

778．．．經消毒的固體

800．．．系統

116776．．．未經處理的均化固體

第1圖為使用生物反應器，其含有一個或多個區段帶有吸附性材料於懸浮液之一種膜生物反應器系統之示意圖；

第2圖為一種使用吸附性材料於膜操作系統上游的生物反應器用於處理廢水之系統之示意圖，該膜操作系統係用於本發明來再生及/或再活化吸附性材料；

第3圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括具有混合區段及吸附性材料沈積及液體傾析區段之高通量吸附性材料處理系統之一個實施例，其係與具有生物再生反應器及膜操作系統之低通量吸附性材料生物再生反應器整合；

第4圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括具有混合區段及吸附性材料沈積及液體分離區段之高通量吸附性材料處理系統之另一個實施例，其係與低通量吸附性材料生物再生反應器整合；

第5圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括高通量吸附性材料處理系統，其係與低通量吸附性材料生物再生反應器之另一個實施例整合；

第6圖為一種廢水處理系統之示意圖，該系統包括高通量吸附性材料處理系統其係與低通量吸附性材料生物再生反應器整合之又一個實施例；

第7圖為根據本發明之一個實施例用以處理廢水之處理流程之示意圖，包括一次固體之照光；及

第8圖為根據本發明之另一個實施例用以處理廢水之處理流程之示意圖，包括一次固體之照光。

100．．．廢水處理系統

102．．．生物反應器系統

104．．．膜操作系統

106．．．流入廢水流

112．．．流出物

Claims (68)

1. 一種用以處理含有生物難處理的及/或生物抑制性化合物之廢水之方法，該方法包含：於一混合區段內混合含有生物難處理的及/或生物抑制性化合物之廢水與吸附性材料歷經足以自該廢水吸附該生物難處理的及/或生物抑制性化合物至該吸附性材料上之時間；自有廢水與具有生物難處理的及/或生物抑制性化合物吸附其上的吸附性材料之混合物分離及去除大部分的廢水；將該具有生物難處理的及/或生物抑制性化合物吸附其上的吸附性材料及小部分的廢水送至一生物再生反應器；將該吸附性材料及廢水保持懸浮於該生物再生反應器內歷經一段時間，以足夠使該生物再生反應器內之微生物能以生物方式作用於至少一部分之被吸附的生物難處理的及/或生物抑制性化合物；自該生物再生反應器排放經生物處理之水流出物；及循環經再生的吸附性材料至該混合區段。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸附性材料有特性在於吸附生物難處理的化合物及生物抑制性化合物之吸附能力、以及供微生物附著至該吸附性材料之能力，其中該吸附性材料之組合特性有助於該吸附性材料之生物再生。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸附性材料係選自於由下列所組成之群組：粒狀活性炭、以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、合成樹脂、及前述吸附性材料之至少一者的組合。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸附性材料包含粒狀活性炭。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該粒狀活性炭係經處理以提供對預定化學品種類、金屬或其它被發現會出現於待處理廢水中之化合物的親和力。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該吸附性材料進一步包括選自於由下列所組成之群組的一者或多者額外吸附性材料：以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、及合成樹脂。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該廢水包含係屬一接受上游廢水處理程序之流出物的低濃度廢水。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該廢水為一低濃度廢水，其具有一生物需氧量化合物濃度低於活性污泥反應器中支持生物活性所要求之一流入進料生物需氧量化合物濃度。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含自該生物再生反應器之水流出物中去除固體。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該等固體係使用膜操作系統去除。
11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該生物再生反應器 之水流出物係通過位在該生物再生反應器中或該生物再生反應器下游且在該生物再生反應器與膜操作系統間的一分離次系統，以將實質上不含吸附性材料之該生物再生反應器之水流出物導入該膜操作系統。
12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該膜操作系統排放一滲透物作為經處理之廢水且活性污泥作為一截留物，又其中該活性污泥係循環至該生物再生反應器。
13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該吸附性材料具有一至少約0.3毫米之有效顆粒大小。
14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該吸附性材料具有一至少約0.5毫米之有效顆粒大小。
15. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該等固體係使用一澄清器及/或一沈積器(settler)去除。
16. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含於循環至該混合區段前，自該吸附性材料剪切任何經蓄積的生質。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包含於循環該吸附性材料至該混合區段前，自該吸附性材料分離該生質。
18. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含拋光經處理廢水，該經處理廢水係分離自有經處理廢水與具有污染物吸附其上的吸附性材料之混合物。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中拋光發生於一吸附性材料過濾系統。
20. 如申請專利範圍第19項之方法，其進一步包含於該生物再生反應器再生來自該吸附性材料過濾系統的吸附性材料。
21. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：提供一被組構及配置來測量經處理廢水及/或經生物處理之水流出物的一參數的感測器；提供一與該感測器作電子連通之控制器，該控制器係經程式規劃以基於所測得的參數來指示一動作的實行；測量經處理廢水及/或經生物處理之水流出物的一參數；及基於所測得的參數來實行一動作。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該所測得的參數為該經處理廢水及/或經生物處理之水流出物中之一者或多者預定化合物之濃度。
23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該動作包含自該生物再生反應器去除至少一部分的吸附性材料。
24. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該動作包含添加吸附性材料至該生物再生反應器。
25. 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包含導入與係屬一上游廢水處理程序之流出物的低濃度廢水分隔的廢水至該生物再生反應器。
26. 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包含導入一簡單碳源至該生物再生反應器。
27. 一種用於廢水之處理之系統，包含：一混合區段包括一廢水入口，一吸附性材料入口，及 一排放出口；一吸附性材料沈積及液體分離區段包括一與該混合區段之該排放出口連通之漿液入口，一經處理之水之出口，及一已污染的吸附性材料之出口；一吸附性材料生物再生反應器系統包括一生物再生反應器包括一與該吸附性材料沈積及液體分離區段之該已污染的吸附性材料之出口相連通的已污染之吸附性材料之入口，且具有吸附性材料之分散團塊，其中該吸附性材料有孔隙且有特性在於吸附生物難處理的化合物及生物抑制性化合物之吸附能力、以及供微生物附著至該吸附性材料之能力，其中該吸附性材料之組合特性有助於該吸附性材料之生物再生，一經生物處理之水的出口，及一經再生的吸附性材料之出口，其與該混合區段之該吸附性材料入口相連通。
28. 如申請專利範圍第27項之系統，其中該吸附性材料係選自於由下列所組成之群組：粒狀活性炭、以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、合成樹脂、及前述吸附性材料之至少一者的組合。
29. 如申請專利範圍第27項之系統，其中該吸附性材料包含粒狀活性炭。
30. 如申請專利範圍第29項之系統，其中該粒狀活性炭係經 處理以提供對預定化學品種類、金屬或其它被發現會出現於待處理廢水中之化合物的親和力。
31. 如申請專利範圍第29項之系統，其中該吸附性材料進一步包括選自於由下列所組成之群組的一者或多者額外吸附性材料：以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、及合成樹脂。
32. 如申請專利範圍第27項之系統，其進一步包含與該經生物處理之水的出口連通之一固體分離裝置。
33. 如申請專利範圍第32項之系統，其中該固體分離裝置為一膜操作系統。
34. 如申請專利範圍第33項之系統，其進一步包含一回送活性污泥管線以供將至少一部分的活性污泥自該膜操作系統回送至該生物再生反應器。
35. 如申請專利範圍第32項之系統，其進一步包含位在該生物再生反應器中或該生物再生反應器下游且在該生物再生反應器與膜操作系統間的分離次系統，以將實質上不含吸附性材料之該生物再生反應器之水流出物導入該膜操作系統。
36. 如申請專利範圍第35項之系統，其中該吸附性材料具有一至少約0.3毫米之有效顆粒大小。
37. 如申請專利範圍第35項之系統，其中該吸附性材料具有一至少約0.5毫米之有效顆粒大小。
38. 如申請專利範圍第32項之系統，其中該固體分離裝置為一澄清器及/或一沈積器。
39. 如申請專利範圍第27項之系統，其進一步包含一剪切區段，其包括與該生物再生反應器之該經再生的吸附性材料之出口連通之一入口及與該混合區段之該吸附性材料入口連通之一出口。
40. 如申請專利範圍第36項之系統，其進一步包含一吸附性材料/生質分離區段，其包括與該剪切區段之出口連通之一入口及與該混合區段之該吸附性材料入口連通之一出口。
41. 如申請專利範圍第27項之系統，其進一步包含一用以自吸附性材料剪切及分離生質之裝置，其包括與該生物再生反應器之該經再生的吸附性材料之出口連通之一入口及與該混合區段之該吸附性材料入口連通之一出口。
42. 如申請專利範圍第27項之系統，其中該生物再生反應器係被組構及配置以供自吸附性材料剪切及分離生質。
43. 如申請專利範圍第27項之系統，其進一步包含排放一低濃度廢水之一上游廢水處理系統，且其中該混合區段之該廢水入口為一低濃度廢水入口。
44. 一種廢水處理系統，包含：一高通量吸附系統包括一用以接納廢水之入口，一吸附性材料源，其係用以接觸該廢水及自該廢水吸附污染物，其中該吸附性材料有孔隙且有特性在於吸附生物難處理的化合物及生物抑制性化合物之吸附能力、以及供微生物附著至該吸附性材 料之能力，其中該吸附性材料之組合特性有助於該吸附性材料之生物再生，一液體出口，其係用以排放大部分的已經由該吸附性材料接觸之經接納之廢水，及一吸附性材料出口，其係用以排放具有被吸附污染物的吸附性材料及小部分的經接納之廢水；及一低通量吸附性材料生物再生反應器系統，其係用以維持該具有被吸附污染物的吸附性材料懸浮歷經一段時間，以足以使微生物消化被吸附污染物，該低通量吸附性材料生物再生反應器系統包括一生物再生反應器具有一入口，其係用以接納來自該高通量吸附系統之該吸附性材料出口的具有被吸附污染物的吸附性材料，一混合液出口，及一吸附性材料出口，其與該高通量吸附系統之該吸附性材料源相連通。
45. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該吸附性材料係選自於由下列所組成之群組：粒狀活性炭、以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、合成樹脂、及前述吸附性材料之至少一者的組合。
46. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該吸附性材料包含粒狀活性炭。
47. 如申請專利範圍第46項之系統，其中該粒狀活性炭係經 處理以提供對預定化學品種類、金屬或其它被發現會出現於待處理廢水中之化合物的親和力。
48. 如申請專利範圍第46項之系統，其中該吸附性材料進一步包括選自於由下列所組成之群組的一者或多者額外吸附性材料：以粒狀鐵為主之化合物、粒狀二氧化錳化合物、粒狀矽酸鋁複合物、及合成樹脂。
49. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該低通量吸附性材料生物再生反應器系統進一步包含與經生物處理之水的出口連通之一固體分離裝置，該固體分離裝置選自於由膜操作系統、澄清器、沈積器、或一澄清器與一沈積器之組合所組成之群組。
50. 如申請專利範圍第49項之系統，其中該固體分離裝置為一膜操作系統。
51. 如申請專利範圍第50項之系統，其進一步包含一回送活性污泥管線以供將至少一部分的活性污泥自該膜操作系統回送至該生物再生反應器。
52. 如申請專利範圍第49項之系統，其進一步包含位在該生物再生反應器中或該生物再生反應器下游且在該生物再生反應器與膜操作系統間的分離次系統，以將實質上不含吸附性材料之該生物再生反應器之水流出物導入該膜操作系統。
53. 如申請專利範圍第52項之系統，其中該吸附性材料具有一至少約0.3毫米之有效顆粒大小。
54. 如申請專利範圍第52項之系統，其中該吸附性材料具有 一至少約0.5毫米之有效顆粒大小。
55. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該低通量吸附性材料生物再生反應器系統進一步包含：一剪切裝置，其係用以自吸附性材料剪切經過度蓄積的生質，該剪切裝置係位在該生物再生反應器內部及/或與該生物再生反應器分開而連結至該吸附性材料出口以接納來自於該生物再生反應器之吸附性材料；一吸附性材料/生質分離區段，其係用以自有吸附性材料與自由態生質之一混合物分離自由態生質；一吸附性材料導管，其係用以將經分離之吸附性材料自該吸附性材料/生質分離區段送至該高通量吸附系統；及一生質導管，其係用以將經分離之生質自該吸附性材料/生質分離區段送至該生物再生反應器或該生物再生反應器之一下游位置。
56. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該低通量吸附性材料生物再生反應器系統進一步包含：一用以自吸附性材料剪切及分離經蓄積生質之組合型裝置，其係位在該生物再生反應器內部及/或與該生物再生反應器分開而連結至該吸附性材料出口以接納來自該生物再生反應器之吸附性材料，且具有用以排放經分離之吸附性材料之一出口及用以排放自由態生質之一出口；一吸附性材料導管，其與該組合型裝置之吸附性材 料出口連通，用以回送吸附性材料至該高通量吸附系統；及一生質導管，其與該組合型裝置之生質出口連通，用以將經分離之生質送至該生物再生反應器或該生物再生反應器之一下游位置。
57. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該低通量吸附性材料生物再生反應器系統進一步包含與該生物再生反應器之該混合液出口作流體連通之一膜操作系統。
58. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該低通量吸附性材料生物再生反應器系統進一步包含與該生物再生反應器之該混合液出口作流體連通之一澄清器及/或一沈積器。
59. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該高通量吸附系統包括一混合區段及一沈積區段。
60. 如申請專利範圍第59項之系統，其中該沈積區段包括具有倒錐形或截頭錐形底部之組態之容器，其吸附性材料出口位在該倒錐形或截頭錐形底部。
61. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該高通量吸附系統包括一吸附性材料過濾裝置。
62. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該高通量吸附系統包括一連續回流(backwash)過濾器。
63. 如申請專利範圍第44項之系統，其中該高通量吸附系統包括一連續再生過濾系統或一連續再生核桃殼過濾器。
64. 如申請專利範圍第44項之系統，其進一步包含排放一低濃度廢水之一上游廢水處理系統，且其中該高通量吸附 系統之該廢水入口為一低濃度廢水入口。
65. 如申請專利範圍第44項之系統，其進一步包含組構及配置來測量該系統之一參數的一感測器；及與該感測器作電子連通之一控制器，該控制器係經程式規劃以基於所測得的該系統之參數來指示一動作的實行。
66. 如申請專利範圍第65項之廢水處理系統，其中該所測得之參數為一者或多者預定化合物之濃度。
67. 如申請專利範圍第65項之廢水處理系統，其中該動作包含自該生物再生反應器去除至少一部分之吸附性材料。
68. 如申請專利範圍第65項之廢水處理系統，其中該動作包含添加吸附性材料至該生物再生反應器。