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CN109311711B - 在压载工艺中除去重金属 - Google Patents

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CN109311711B CN201780035385.7A CN201780035385A CN109311711B CN 109311711 B CN109311711 B CN 109311711B CN 201780035385 A CN201780035385 A CN 201780035385A CN 109311711 B CN109311711 B CN 109311711B
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Abstract

一种用于处理金属污染的废水的系统包括一级处理子系统、二级处理子系统和三级处理子系统。三级处理子系统包括反应器罐、压载物材料的源、凝结剂的源、固体‑液体分离器和控制器，所述控制器被配置成将压载固体从固体‑液体分离器再循环至反应器罐，所述压载固体的量足以在反应器罐中产生金属氢氧化物絮凝物以减小反应器罐中溶解的金属的浓度。

Description

在压载工艺中除去重金属
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年6月6日提交的标题为“REMOVINGHEAVY METALS IN A BALLASTED PROCESS”的美国临时申请序号62/346,017的优先权，该临时申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开内容的一个或更多个方面总体上涉及水和废水处理，并且更具体地，涉及用于在三级处理系统(tertiary treatment system)中从废水中除去溶解的金属污染物的系统和方法。
概述
根据本公开内容的方面，提供了用于处理废水的系统。该系统包括一级处理子系统(primary treatment sub-system)和与一级处理子系统的下游流体连通的二级处理子系统(secondary treatment sub-system)。二级处理子系统被配置成从废水中除去生物污染物并产生包含溶解的金属的部分处理过的废水。该系统还包括与二级处理子系统的下游流体连通的三级处理子系统(tertiary treatment sub-system)。三级处理子系统包括：反应器罐，该反应器罐被配置且被布置成接收来自二级处理子系统的部分处理过的废水，该反应器罐包括至少一个入口和出口；压载物材料(ballast material)的源，其被流体地连接至反应器罐；凝结剂的源，其被流体地连接至反应器罐；固体-液体分离器，其具有被流体地连接至反应器罐的出口的入口并包括贫固体流出物出口(solids-lean effluentoutlet)和压载固体出口(ballasted solid outlet)，该固体-液体分离器被配置成将来自反应器罐的出口的压载流出物分离成贫固体流出物(solids-lean effluent)和压载固体(ballasted solid)，以从贫固体流出物出口排放贫固体流出物并且从压载固体出口排放压载固体；再循环导管(recycle conduit)，其具有被流体地连接至压载固体出口的入口和被流体地连接至反应器罐的出口；以及控制器，其被配置成将压载固体的一部分以一定量通过再循环导管从固体-液体分离器的压载固体出口再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以减小溶解的金属在反应器罐中的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物(metal hydroxide floc)。
在某些实施方案中，控制器被配置成将压载固体的该部分以一定量通过再循环导管从固体-液体分离器的压载固体出口再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以将反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于约10微克/升至低于约5微克/升的量的金属氢氧化物絮凝物。
在某些实施方案中，控制器被配置成将从固体-液体分离器中的压载流出物分离出的约5％和约25％之间的压载固体再循环至反应器罐。控制器可以被配置成将从固体-液体分离器中的压载流出物分离出的约10％的压载固体再循环至反应器罐。
在某些实施方案中，该系统还包括与反应器罐流体连通的金属沉淀剂的源。金属沉淀剂可以是含硫化合物(sulfide-containing compound)。
在某些实施方案中，该系统还包括与反应器罐流体连通的pH调节剂的源。在某些实施方案中，控制器还可以被配置成控制被引入到反应器罐中的pH调节剂的量，以反应器罐中实现一pH，在该pH，包含溶解的金属的化合物大体上不溶。
在某些实施方案中，该系统还包括与反应器罐流体连通的絮凝剂的源和/或与反应器罐流体连通的吸附剂(adsorbant)的源和/或与反应器罐流体连通的pH调节剂的源。
在某些实施方案中，该系统还包括与固体-液体分离器的压载固体出口流体连通的压载物回收系统(ballast recovery system)，该压载物回收系统被配置成从压载固体中分离出压载物，并将分离出的压载物返回至反应器罐和压载物材料的源中的一个。
在某些实施方案中，二级处理系统包括第二反应器罐，所述第二反应器罐被配置且被布置成从废水中除去生物污染物；以及压载物再循环系统，所述压载物再循环系统被配置成将从所述第二反应器罐输出的压载固体的一部分返回至所述第二反应器罐。
根据另一个方面，提供了用于处理废水的方法。该方法包括：在一级处理子系统和二级处理子系统中处理废水，以产生部分处理过的废水，所述部分处理过的废水与废水相比具有减小的有机污染物浓度并且包含溶解的金属；将部分处理过的废水与压载物材料和凝结剂一起引入到反应器罐中以形成压载固体；将来自反应器罐的包含压载固体的压载流出物引入到固体-液体分离器中；在固体-液体分离器中将压载流出物分离成压载固体和贫固体流出物；以及将压载固体的一部分以一定量从固体-液体分离器再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以减小反应器罐中溶解的金属的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
在某些实施方案中，将压载固体的该部分从固体-液体分离器再循环至反应器罐包括将压载固体的该部分以一定量从固体-液体分离器再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以将反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于约10微克/升或降低至低于约5微克/升的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
在某些实施方案中，该方法还包括将絮凝剂与部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到反应器罐中。该方法还可以包括将吸附剂与部分处理过的废水、压载物、絮凝剂和凝结剂一起引入到反应器罐中。
在某些实施方案中，该方法还包括将吸附剂与部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到反应器罐中。
在某些实施方案中，该方法还包括将金属沉淀剂与部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到反应器罐中。
在某些实施方案中，该方法还包括将反应器罐中的部分处理过的废水的pH调节至一pH，在该pH，溶解的金属的化合物大体上不溶。
根据另一个方面，提供了改造废水处理系统以有助于从废水中增加除去溶解的金属的方法。该方法包括将三级处理子系统流体地连接至废水处理系统的二级处理子系统的出口。所述三级处理子系统包括：反应器罐，其被配置且被布置成接收来自二级处理子系统的部分处理过的废水，反应器罐包括至少一个入口和出口；压载物材料的源，其被流体地连接至反应器罐；凝结剂的源，其被流体地连接至反应器罐；固体-液体分离器，其具有被流体地连接至反应器罐的出口的入口并包括贫固体流出物出口和压载固体出口，固体-液体分离器被配置成将来自反应器罐的出口的压载流出物分离成贫固体流出物和压载固体，以从贫固体流出物出口排放贫固体流出物并且从压载固体出口排放压载固体；再循环导管，其具有被流体地连接至压载固体出口的入口和被流体地连接至反应器罐的出口；以及控制器，其被配置成将压载固体的一部分以一定量通过再循环导管从固体-液体分离器的压载固体出口再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以减小反应器罐中溶解的金属的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
在某些实施方案中，该方法还包括提供指令以将控制器配置成将压载固体的一部分以一定量通过再循环导管从固体-液体分离器的压载固体出口再循环至反应器罐，该一定量足以在反应器罐中产生足以将反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于约5微克/升的量的金属氢氧化物絮凝物。
在某些实施方案中，该方法还包括将金属沉淀剂的源流体地连接至反应器罐和/或将pH调节剂的源流体地连接至反应器罐。
在某些实施方案中，该方法还包括提供指令以将控制器编程成控制被引入到反应器罐中的pH调节剂的量，以反应器罐中实现一pH，在该pH，包含部分处理过的废水中的不合意的金属的化合物大体上不溶。
在某些实施方案中，该方法还包括将絮凝剂的源流体地连接至反应器罐和/或将吸附剂的源流体地连接至反应器罐。
附图说明
附图并不意图是按比例绘制。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在附图中被标记，也并不是本公开内容的每个实施方案的每个部件都被示出，其中图示对于允许本领域普通技术人员理解本公开内容不是必要的。
在附图中：
图1呈现了废水处理系统的示意图；以及
图2呈现了图1的废水处理系统的可选择的二级处理子系统的示意图。详述
本公开内容涉及处理水或废水的系统和方法，以例如降低水或废水中金属的浓度，并致使水适合于二次使用或排放至环境。一个或更多个方面涉及废水处理系统以及其操作和有助于其操作的方法。本公开内容不限于本文陈述的部件、系统或子系统的构造和布置的细节，并且能够以多种方式来实践或实施。
一个或更多个方面涉及用于处理具有不合意地高污染物水平的废水的废水处理系统。例如，废水处理系统可以被用于处理具有高浓度的一种或更多种重金属的废水。如本文使用的术语“升高的重金属水平”可以指的是可以比约10μg/l或更大更高的溶解的重金属浓度。废水中的大部分重金属可能在常规的废水处理系统中未经处理并且可能被排放，这导致河流、海湾、河口以及其他水道或水源的潜在污染。重金属通常对生命形式，特别是水生生命有毒。排放的未处理的废水可能超过多种污染物的排放限值，例如特定的重金属，例如锌或铜。随着新的严格法规：要求某些管辖区内的水平低至5μg/l或更小，从废水除去重金属已经变得非常重要。除去金属的典型方法已经使用通过金属氢氧化物絮凝物的方式的沉淀，通常使用沉淀剂例如硫化钠和pH调节剂。这些沉淀剂和pH调节剂本身可以是不合意的污染物，并且可能对于使用是昂贵的。因此，存在以下期望：操作废水处理厂以除去溶解的金属，而不使用显著量的化学剂。
可以与未处理的废水一起排放的污染物可以包括以下中的至少一种：总悬浮固体(total suspended solid)(TSS)、生物活性有机物质、微生物例如病原菌或非病原菌、氮、磷和/或重金属。重金属通常被定义为具有相对高的密度、原子量或原子数的金属。重金属意图比轻金属是更少活性的并且具有更少的可溶性硫化物和氢氧化物。重金属可以以大量或以某种形式有毒。在减少重金属的影响的努力中，许多二次使用和排放源点(pointsource discharger)已经收到更严格的重金属流出物限制(effluent limit)。常规的工艺使重金属从废水中沉淀出。重金属可以作为氢氧化物或硫化物沉淀出。重金属的沉淀不能将重金属浓度降低至处于或低于最低可接受的排放水平。重金属除去系统可以通过使用压载物材料从废水中除去重金属。
本公开内容的一个或更多个方面包括涉及从废水中除去或降低一种或更多种污染物的水平的实施方案。本公开内容的一个或更多个方面涉及废水处理系统及其操作方法和修改方法。
典型地，待被处理的水，例如废水或废水流，包含废物质(waste matter)，在某些情况下，所述废物质可以包括固体、可溶性和不溶性有机和无机材料以及重金属。在排放至环境之前，根据确定的法规要求或指南，这样的流可以被处理以去污或至少部分地致使废水流开始或者对于排放是至少令人满意的。例如，水可以被处理以将其重金属含量降低至可接受的限值内。
提供了用于处理水或废水的系统和方法。根据一个或更多个实施方案，本公开内容涉及一种或更多种用于处理废水的系统和方法，其中待被处理的废水的重金属含量超过目标值。根据一个或更多个实施方案，提供了再循环系统，所述再循环系统将来自压载物反应器罐的处理过的流出物的压载固体再循环至废水处理系统。例如，再循环系统可以被设置成使来自处理过的流出物的压载固体再循环至压载物反应器罐、用于压载物反应器罐的压载物的源或压载物反应器罐上游的系统。在固体-液体分离系统例如澄清器(clarifier)中再循环之前，压载固体可以与处理过的流出物的贫固体部分分离。
根据一个或更多个实施方案，本公开内容涉及一种或更多种用于处理废水的系统和方法。该系统可以接收来自市政源或工业源的废水。例如，废水可以从市政系统或其他大型污水系统(large-scale sewage system)来递送。
根据一个或更多个实施方案，本公开内容涉及一种或更多种系统和用于改造废水处理系统的方法。提供了有助于在废水处理系统中处理废水的方法。在实施方案中，方法包括在来自压载物反应罐的处理过的流出物和压载物反应器罐或压载物材料的源之间设置再循环管线(recycle line)。
在某些实施方案中，提供了有助于废水的处理的方法。废水处理系统可以包括被连接至澄清器的出口的导管。该方法可以包括设置再循环管线，所述再循环管线可流体地连接至废水处理系统的压载物系统下游的处理过的流出物，再循环管线被配置成将来自处理过的流出物的压载固体的一部分引导至压载物系统。压载物系统可以包括固体-液体分离器和再循环导管，所述固体-液体分离器例如澄清器被配置成从来自压载物系统的流出物中分离出压载固体，所述再循环导管将分离出的压载固体引导至压载物材料的源，所述压载物材料的源被流体地连接至压载物反应器罐的入口。
在某些实施方案中，废水处理系统的操作可以包括将来自废水的源的废水引入至生物反应器。如本文使用的，术语“生物反应器”是具有微生物的群体的反应器，所述微生物可以包括用于分解可生物降解材料的多种类型的细菌。当废水穿过废水处理系统时，污染物(pollutant)或污染物(contaminant)转化成无害化合物典型地通过微生物来促进或介导。微生物的生物质典型地需要为生长或生物活性提供适当条件的环境。生物反应器可以包括可以被分隔或可以不被分隔的多个隔室或区域。例如，生物反应器可以包括需氧、厌氧和/或缺氧的隔室或区域。生物反应器的隔室可以包括硝化或反硝化的隔室或区域。生物反应器的大小可以取决于废水处理厂的大小。例如，生物反应器的大小可以在从约50万加仑至约1亿加仑的范围内。生物反应器可以包括一个或更多个被串联或并联地定位的反应器容器或罐。取决于废水的源和使用的生物处理的类型，离开生物处理系统的部分处理过的废水可以包含高于期望的用于排放的水平的颗粒状或溶解的金属，例如从约10μg/l至约100μg/l。
压载废水处理系统可以包括压载物反应器罐和压载物材料的源，所述压载物反应器罐被配置成提供压载流出物，所述压载物材料的源被流体地连接至压载物反应器罐。在某些实施方案中，压载物系统可以包括被流体地连接至压载物反应器罐的凝结剂的源。在某些实施方案中，压载系统可以包括被流体地连接至压载物反应器罐的絮凝剂的源。在某些实施方案中，压载系统可以包括被流体地连接至压载物反应器罐的吸附剂的源。压载系统可以包括被流体地连接至压载物反应器罐的化学品的源(在本文中被称为金属沉淀剂)，所述化学品的源有助于溶解的金属或其化合物例如金属氢氧化物从压载物反应器罐中的液体中沉淀。压载物和任选地另外的组分例如絮凝剂、凝结剂、吸附剂和/或金属沉淀剂的添加改进溶解的固体、胶体固体、颗粒状固体和微生物固体的除去。与常规的澄清系统(clarification system)相比，压载固体的沉淀和增强的可沉降性提供更有效例如更小和/或更迅速的澄清步骤，这可以允许包括生物处理步骤、压载物处理步骤和澄清步骤的小足迹系统(small footprint system)。
絮凝可以是接触和粘附的工艺，由此液体例如废水中的颗粒和胶体形成较大尺寸的材料簇(cluster of material)。颗粒可以以絮凝物在一起成簇。絮凝剂可以包括通过造成液体中的胶体和颗粒或其他悬浮颗粒聚集从而形成絮凝物来促进絮凝的材料或化学品。聚合物可以被用作絮凝剂。例如，可以使用丙烯酸/丙烯酰胺共聚物和改性的聚丙烯酰胺。
凝结可以是使颗粒例如胶体固体固化的工艺。凝结剂可以包括阳离子。它们可以包括可以与带负电荷的颗粒和分子相互作用并减少聚集的屏障的阳离子，例如铝、铁、钙或镁(带正电荷的分子)。凝结剂的实例包括膨润土、聚合氯化铝、聚合羟基氯化铝、氯化铝、氯化羟铝(aluminum chlorohydrate)、硫酸铝、氯化铁、硫酸铁和硫酸亚铁一水合物。
吸附可以是使物质在液相和固相之间的界面处累积的物理和化学工艺。吸附剂可以是粉末状活性炭(PAC)。PAC是有效的吸附剂，因为它是高度多孔材料并且提供污染物可以吸附至的大表面积。PAC可以具有小于约0.1mm的直径和在约20lb/ft3和约50lb/ft3之间范围内的表观密度。PAC可以具有500的最小碘值，如由AWWA标准规定的。
根据本公开内容的某些实施方案，生物反应器可以与压载处理系统结合使用以处理水或废水。本公开内容的系统和方法可以例如在处理厂中是特别有利的，其中小足迹是期望的，诸如例如工厂、小流量厂(small flow plants)或包装厂、混合废水厂、组合固定膜工艺和活性污泥工艺、以及需要硝化的泻湖厂(lagoon plant)的改造。生物反应器工艺与压载沉降组合使用不限于给出的实例。在废水或饮用水的生物和化学处理中的许多用途是可能的。
在某些实施方案中，生物反应器工艺随后的是压载絮凝工艺可以被用于水或废水的生物处理，以除去以下中的至少一种：氮化合物例如硝酸盐、生物活性有机物质、化学活性有机物质、磷化合物和/或重金属。然后，除了溶解的固体、胶体固体和颗粒状固体之外，产生的生物固体还可以被澄清器除去。在某些实施方案中，重金属可以从经历处理的废水中被除去，以在排放至环境之前或在消毒之前提供处理过的废水，从而提供饮用水(potable water)或饮用水(drinking water)以分布至水供应网(water supply grid)。
压载絮凝系统可以包括压载物和任选地凝结剂和/或絮凝剂的添加，以改进溶解的固体、胶体固体、颗粒状固体和微生物固体的除去。在某些实施方案中，压载物可以是磁性压载物。
在某些实施方案中，将压载固体再循环至生物处理工艺、压载絮凝工艺或压载物的源中的至少一种还可以增强整个系统的可靠性。这些特征可以被用于现有的废水处理厂、小流量厂或包装厂、组合下水道溢流(combined sewer overflow)(CSO)处理厂、需要小足迹的新厂以及混合处理厂(固定膜和活性污泥)。一个益处是，现有的生物反应器工艺下游的澄清器可以使用本公开内容的系统容易地可转化成具有压载固体再循环的压载系统。
在本公开内容的某些实施方案中，提供了用于处理废水的系统。该系统包括生物反应器，所述生物反应器被流体地连接至废水的源并被配置成提供生物反应器流出物。生物反应器流出物可以流动至压载絮凝系统，在所述压载絮凝系统中凝结剂的源可以被流体地连接至生物流出物并且被配置成提供凝结的流出物。压载物的源可以被流体地连接至凝结的流出物，并被配置成提供压载流出物。在某些实施方案中，压载物的源可以被流体地连接至生物流出物或凝结的流出物中的至少一种。
压载物的源可以包括粉末状压载物。压载物可以以干燥粉状形式被添加至压载反应器罐。在某些实施方案中，压载物可以由操作者或通过机械来添加，例如通过干燥进料器来添加。澄清器可以被流体地连接至压载反应器罐的压载流出物出口。澄清器可以包括处理过的流出物出口和压载固体出口，并且可以被配置成将来自压载反应器罐的压载流出物分离成大体上无压载物的处理过的流出物和压载固体。澄清器的压载固体出口可以被流体地连接至生物反应器、压载物反应器罐或用于压载物反应器罐的压载物的源。
絮凝剂的源可以被流体地连接至压载物反应器罐。凝结剂、压载物、絮凝剂和吸附剂的源中的至少一种可以被在线提供给生物反应器流出物流。可选择地，可以使用罐，使得生物反应器流出物流动至凝结剂罐，凝结剂从凝结剂的源被添加到所述凝结剂罐中。然后，凝结的流出物可以流动至压载物反应器罐，压载物从压载物的源被添加到所述压载物反应器罐中。然后，压载流出物可以流动至絮凝剂罐，絮凝剂从絮凝剂的源被添加到所述絮凝剂罐中。然后，絮凝剂流出物可以流动至澄清器。在某些实施方案中，絮凝剂罐和絮凝剂的源可以不被包括在压载絮凝系统中，并且压载流出物可以直接流动至澄清器。在某些实施方案中，凝结剂罐和凝结剂的源可以不被包括在压载絮凝系统中。
如上文讨论的，压载物可以是磁性压载物。磁性压载物可以包括惰性材料。磁性压载物可以包括铁磁性材料。磁性压载物可以包括含铁材料。在某些实施方案中，磁性压载物可以包括铁氧化物材料。例如，磁性压载物可以包括磁铁矿(Fe3O4)。磁性压载物可以具有允许其与生物絮凝物和化学絮凝物结合以提供增强的沉降或澄清，并允许其被吸引至磁铁，使得其可以与生物絮凝物分离的粒度。压载物例如磁性压载物的粒度例如平均直径可以小于约100μm。在某些实施方案中，压载物例如磁性压载物的粒度可以小于约40μm。在实施方案中，压载物例如磁性压载物的粒度可以小于约20μm。压载物的粒度可以在约80μm至约100μm之间、在约60μm至约80μm之间、在约40μm至约60μm之间、在约20μm至约40μm之间或在约1μm至约20μm之间。
砂压载系统(sand ballasted system)通常实施较大的压载物大小以有效地回收压载物。砂压载物(sand ballast)是非磁性的。砂压载系统已经实施清洁剂的使用以从砂颗粒中分离生物固体。这可能是细菌附着的大表面的结果，需要单独的涡旋机构的更多剪切力从砂颗粒表面除去生物固体，或者需要解离有助于压载物的结合的化学键。
不同于需要在相对大尺寸的砂颗粒周围生长絮凝物的基于砂的压载物，磁铁矿压载物可以以小尺寸例如小于约100μm使用，这允许磁铁矿颗粒浸渍现有的絮凝物。压载流出物或絮凝剂流出物可以被引导至至少一个澄清器，在所述至少一个澄清器中，压载固体例如磁铁矿压载固体可以通过重力以大于常规的重力澄清器的速率的增强的速率被除去。被配置成提供处理过的流出物和压载固体部分的澄清器可以被流体地连接至以下中的至少一种：压载物的源、压载反应器罐、凝结的流出物和生物反应器。这可以允许压载固体的至少一部分返回至压载物反应器罐和/或压载物的源，例如被连接至压载物的源的压载物罐。生物固体的全部或一部分还可以从系统中除去。这可以涉及利用压载回收系统或在压载回收系统之前浪费掉(waste)生物固体。在某些实施方案中，压载再循环系统可以包括磁性分离设备，所述磁性分离设备可以允许磁性颗粒的再循环，这在例如砂颗粒的情况下将是不可行的。在某些实施方案中，可以采用机械剪切以在压载物再循环之前，例如在磁铁矿再循环之前，剪切生物固体。在某些情况下，例如再播种(re-seeding)和高流量事件，沉降在澄清器中的固体的一部分可以被再循环至压载物反应器罐的前面。这些固体可以被压载，或者通过磁性分离，将固体剥离磁铁矿。
在某些实施方案中，压载物再循环系统可以被定位在澄清器的压载固体出口的下游。压载物再循环系统可以被连接至澄清器的压载固体出口以及压载物的源和压载物反应器罐中的至少一个。
在某些实施方案中，磁性压载物的使用提供相对于其他压载物材料的使用的优点。例如，磁鼓可以被用于以有效的方式从磁性压载物中分离生物固体。任选地，在分离之前，可以使用机械剪切。此工艺可以从压载物中充分地除去生物固体。将沉降的固体再循环至压载物反应器罐还增强性能和可靠性，并且允许在工艺打乱(process upset)或工艺启动中的可处理性和恢复的另外的灵活性。在某些实施方案中，清洁溶液(cleaningsolution)在将压载物与重金属分离时是不必要的。
本公开内容还包括再循环管线。再循环管线可以被连接至澄清器的压载固体出口以及压载物的源和压载物反应器罐中的至少一个。再循环管线可以被配置成将来自压载物流出物的压载固体再循环至压载物的源和压载物反应器罐中的至少一个。
在某些实施方案中，可以使用工艺控制系统。典型地，控制系统可以被电连接至再循环管线，并且可以指令沿着再循环管线的阀打开和关闭。控制系统可以提供阀的调节，以调节通过一个或更多个阀的流量(flow rate)。控制系统可以基于被配置成测量性质的传感器的使用来指令沿着再循环管线的阀打开和关闭。性质可以是系统的性质。例如，性质可以是一种或更多种污染物的浓度。污染物可以是例如重金属。控制系统可以策略性地调节再循环管线中的一个或更多个阀的打开程度(degree of opening)。例如，再循环管线中的阀可以被至少部分地打开，以允许压载固体的一部分被引入至压载物的源。此外，再循环管线中的阀可以被至少部分地打开，以允许压载固体的一部分被引入至压载物反应器罐。再循环管线中的阀的打开程度可以影响被引入至压载物的源或压载物反应器罐的该部分的压载流出物或压载固体。阀的打开程度的策略管理可以导致总体改进的污染物从废水中的除去。
控制系统可以包括一个或更多个传感器。适合于在本文描述的方法和系统中使用的传感器的非限制性实例可以包括能够在处理系统内的任何点处检测废水的性质的任何传感器。传感器可以被定位，例如以便确定压载流出物的重金属浓度。在某些实施方案中，传感器可以检测或测量工艺参数并将值报告至控制系统。控制系统可以被配置成将检测值或测量值与目标值比较。响应于比较的结果，控制系统可以被配置成选择在系统中的一个或更多个导管中的阀的打开程度。
在某些实施方案中，该系统还可以包括测量系统。测量系统可以与控制系统连通。在某些实施方案中，测量系统可以起控制系统的一个或更多个部件的作用。测量系统可以与处理系统中的一个或更多个传感器连通，如先前讨论的。在多个实施方案中，测量系统可以被配置成测量一种或更多种工艺参数。例如，测量系统可以被配置成测量压载流出物中重金属的水平。测量系统可以包括一个或更多个传感器。可以至少部分地基于性质测量，将压载流出物的一部分再循环至压载物的源和压载物反应器罐中的至少一个。
在某些实施方案中，废水处理系统可以在合适的位置，并且被常规地操作。废水处理系统可能遇到其中系统不能合适地处理废水流的时间段，例如当废水的重金属浓度高时。用本公开内容的一个或更多个系统改造废水处理系统可以是有益的。例如，再循环管线可以被放在现有系统上的合适的地方，使得再循环管线可以将压载流出物或压载固体的某些再循环至压载物的源和压载物反应器罐中的至少一个。
用于处理废水的系统在图1中示出，通常以100指示。根据本公开内容的任何上述的方面，处理系统100可以包括一个或更多个处理操作单元，所述一个或更多个处理操作单元可以包括一个或更多个生物反应工艺以及一个或更多个固体减少系统或工艺和固体再循环系统或工艺。废水处理系统100可以包括一级处理部分或子系统100A、二级处理部分或子系统100B以及三级处理部分或子系统100C。
废水处理系统100的一级处理子系统100A经由导管12被流体地连接或可连接至废水的源10并与泵和阀(未示出)相关联。废水的源10可以是市政源、工业源或住宅源(esidential source)。废水可以通过系统上游或下游的泵移动通过系统。废水的源可以包含废物质，在某些情况下，所述废物质可以包括固体、一种或更多种溶解的重金属以及可溶性和不溶性有机和无机材料。
一级处理子系统100A包括一级澄清器15和/或过滤器，例如砂床过滤器，其从来自废水的源10的废水中除去较大的固体、砂和砂砾。从一级处理子系统100A中的废水分离出的废物固体可以经由导管16从系统中除去，并被送去用于丢弃或进一步处理。
在一级处理之后，废水被送到二级处理子系统100B。二级处理子系统100B可以包括一个或更多个生物处理单元20。生物处理单元20可以是具有活性污泥的反应器以与流入物废水混合以形成混合液。活性污泥可以是包含能够分解可生物降解材料的微生物的群体的生物絮凝物。例如，活性污泥可以包含细菌。取决于期望的流出物，一个或更多个生物处理单元20可以是以下中的任何一种或更多种：充气的缺氧、需氧和厌氧处理单元。在实施方案中，生物处理单元20可以包括充气缺氧区，所述充气缺氧区包括充气机25，所述充气机25提供足以保持缺氧条件的溶解的氧，并且如果期望，有助于生物处理单元20的内容物的移动。任选的充气器25在图1中示出，并且可以被连接至气体的源。气体的源可以是空气、氧气或典型地用于生物处理工艺的其他气体。
生物处理单元20可以包括传感器S或多个这样的传感器，所述传感器被配置成测量被包括在生物处理单元20中的混合液的品质。传感器S可以测量例如流量、体积、总悬浮固体、总BOD或物质，例如混合液中的微生物浓度。传感器S可以测量混合液中硝酸盐和/或氨的浓度。传感器S在图1中被示出为布置在生物处理单元20内，然而，在其他实施方案中，例如，任何传感器S(或另外的传感器)可以被设置在生物处理单元流入物导管18上或生物处理单元流出物导管22上。在某些实施方案中，合意的是，将传感器S定位在生物处理单元20中的某位置处，在该位置处，存在生物处理单元20的内容物的显著混合以作为整体提供生物处理单元内的条件的代表性测量。传感器S可以被放置在单元操作的上游或下游的任何位置处，或被放置在单元操作内。
一个或更多个生物处理单元20可以具有混合液出口，所述混合液出口经由导管22与下游固体-液体分离器，例如澄清器30流体连通。澄清器30可以将从一个或更多个生物处理单元20输出的混合液分离成贫固体流出物和富固体活性污泥。贫固体流出物可以包含小于约30mg/L的TSS和/或小于约30mg/L的BOD，并且可以包含以高于排放至环境的可接受水平的水平的一种或更多种金属的浓度，例如大于约10μg/L或大于约5μg/L。在一个实施方案中，TSS浓度可以小于10mg/L。在一个实施方案中，BOD浓度可以小于10mg/L。在一个实例中，贫固体流出物的总氮浓度可以小于3mg/L。在另一个实例中，贫固体流出物的总磷浓度可以小于1mg/L。
活性污泥的一部分可以作为返回活性污泥经由导管34从澄清器30的污泥出口被再循环回至一个或更多个生物处理单元20。从澄清器30的污泥出口输出的活性污泥的第二部分可以经由导管32从系统中除去并被送去用于丢弃或进一步处理。
澄清器的贫固体流出物可以被认为是部分处理过的废水。部分处理过的废水可以被引导至三级处理子系统100C用于进一步处理，例如，用于从部分处理过的废水中除去残余金属。部分处理过的废水可以通过导管36被引导到压载物反应器罐35中。在压载物反应器罐35中，来自压载物的源65的压载物可以被添加至部分处理过的废水，以有助于残余污染物从部分处理过的废水沉降。在某些实施方案中，压载物材料可以是磁性压载物。磁性压载物可以包括惰性材料。磁性压载物可以包括铁磁性材料。磁性压载物可以包括含铁材料。在某些实施方案中，磁性压载物可以包括铁氧化物材料。例如，磁性压载物可以包括磁铁矿(Fe3O4)。磁性压载物可以具有允许其与化学品絮凝物结合以提供增强的沉降或澄清，并允许其被吸引至磁铁，使得其可以与化学絮凝物分离的粒度。磁性压载物的粒度例如直径可以小于100μm。在某些实施方案中，磁性压载物的粒度可以小于约40μm。在实施方案中，磁性压载物的粒度可以小于约20μm。例如，粒度可以在约80μm至约100μm之间、在约60μm至约80μm之间、在约40μm至约60μm之间、在约20μm至约40μm之间或在约1μm至约20μm之间。本文提到的粒度可以是平均粒度。在某些实施方案中，压载物材料可以由磁铁矿组成或基本上由磁铁矿组成。压载物可以以干燥粉状形式来添加。在某些实施方案中，压载物材料可以由操作者或通过机械来添加。例如，压载物材料可以通过干燥进料器来添加。
在某些实施方案中，压载物反应器罐35被流体地连接至絮凝剂的源45。絮凝剂可以包括通过造成液体中的胶体和颗粒或其他悬浮颗粒聚集从而形成絮凝物来促进絮凝的材料或化学品。絮凝剂可以是聚合物。例如，絮凝剂可以是丙烯酸/丙烯酰胺共聚物或改性的聚丙烯酰胺。
在某些实施方案中，压载物反应器罐35被流体地连接至凝结剂的源50。凝结剂可以包括与带负电荷的颗粒和分子相互作用的阳离子，所述带负电荷的颗粒和分子降低聚集的屏障。例如，凝结剂可以包括铝、铁、钙或镁。凝结剂16还可以包括膨润土、聚合氯化铝、聚合羟基氯化铝、氯化铝、氯化羟铝、硫酸铝、氯化铁、硫酸铁和硫酸亚铁一水合物。
在某些实施方案中，压载物反应器罐35被流体地连接至吸附剂的源55。吸附剂可以包括活性炭。例如，吸附剂可以包括粉状活性炭。吸附可以被描述为使物质在液相和固相之间的界面处累积的物理和化学工艺。根据某些实施方案，吸附剂可以是粉状活性炭(PAC)。PAC是有效的吸附剂，因为它是高度多孔材料并且提供污染物可以吸附至的大表面积。PAC可以具有小于0.1mm的直径和在20lbs/ft3和约50lbs/ft3之间范围内的表观密度。PAC可以具有500的最小碘值，如由AWWA(American Water Works Association)标准规定的。
在某些实施方案中，压载物反应器罐35被流体地连接至pH调节剂的源60。pH调节剂的源60可以包括以下中的一种或更多种：酸例如硫酸、碱例如氢氧化钠或缓冲剂例如碳酸氢盐。pH调节剂的源60可以被用于将压载物反应器罐35中的部分处理过的废水的pH调节至一pH，在该pH，一种或更多种不合意的污染物或其化合物，例如一种或更多种金属污染物是大体上不溶的。
在某些实施方案中，压载物反应器罐35被流体地连接至金属沉淀剂的源70。金属沉淀剂可以是造成溶解的金属或其化合物从压载物反应器罐35中的溶液沉淀出的化学品。金属沉淀剂可以包括例如硫酸钠(Na2S)或由例如硫酸钠(Na2S)组成。
压载物反应器罐35可以包括传感器S或多个这样的传感器，所述传感器被配置成测量被包括在压载物反应器罐35中的部分处理过的废水的品质。传感器S可以测量例如流量、体积、总悬浮固体、pH、溶解的金属浓度或被包含在压载物反应器罐35中的部分处理过的废水中的絮凝剂、凝结剂或金属沉淀剂的浓度。传感器S在图1中被示出为布置在压载物反应器罐35内，然而，在其他实施方案中，例如，任何传感器S(或另外的传感器)可以被设置在压载物反应器罐35流入物导管36上或被包括在压载物反应器罐35流出物导管38中。在某些实施方案中，合意的是，将传感器S定位在被包括在压载物反应器罐35中的某位置处，在该位置处，存在被包括在压载物反应器罐35中的内容物的显著混合以作为整体提供压载物反应器罐35中的条件的代表性测量。
来自压载物反应器罐35的压载流出物可以从压载物反应器罐35被引导至固体-液体分离单元，例如澄清器40。澄清器40被配置成将压载流出物分离成处理过的废水部分和压载固体部分。压载固体部分可以包括沉淀的金属氢氧化物。来自澄清器40的处理过的废水可以通过出口导管42来递送，用于排放至环境，或者用于在进一步消毒(如有必要)之后用作饮用水(potable water)或饮用水(drinking water)。处理过的废水可以被递送至例如地表水或加工厂。处理过的废水可以具有小于约10μg/L的一种或更多种重金属的溶解的金属浓度。在一个实施方案中，处理过的废水可以包含小于约5μg/L的一种或更多种重金属。
来自压载物反应器罐35的压载流出物的压载固体部分还可以被分离成废物压载固体部分和再循环的压载固体部分，所述废物压载固体部分可以经由废物固体导管46从系统输出用于丢弃或进一步处理。再循环的压载固体部分可以经由导管44被返回至压载物反应器罐35和/或经由导管76被返回至压载物的源65。通过压载物材料回收系统75，再循环的压载固体部分还可以被分离成丢弃的压载固体部分和压载固体回收部分。丢弃的压载固体部分可以经由废物固体导管46从系统被输出，用于丢弃或进一步处理。压载物材料回收系统75可以包括磁性分离设备。在某些实施方案中，在压载物回收之前，例如在磁铁矿回收之前，可以通过使用机械剪切机来使用机械剪切以从再循环的压载固体部分中的压载物剪切化学固体。例如，压载物材料回收系统75可以包括剪切磨机(shear mill)、水力旋流器和/或包括稀土磁体的固定阵列的旋转鼓。可以在目前公开的压载物回收系统的实施方案中使用的磁鼓的实例在标题为“MAGNETIC DRUM INLET SLIDE AND SCRAPER BLADE”的共同拥有的PCT申请公布第WO2014/088620号中公开，该共同拥有的PCT申请公布为了所有的目的通过引用以其整体并入本文。压载物材料回收系统75可以将回收的压载物材料部分与废物固体部分分离。回收的压载物材料部分可以经由导管48被返回至压载物反应器罐35和/或经由导管76被返回至压载物的源65。
生物处理单元20和压载物反应器罐35中的传感器S可以与控制器80电连通或以其他方式连通，以向控制器提供对应于生物处理单元20和压载物反应器罐35的内容物的性质的信号。控制器80可以控制将絮凝剂、凝结剂、吸附剂、pH调节剂、压载物和/或金属沉淀剂从絮凝剂、凝结剂、吸附剂、pH调节剂、压载物和金属沉淀剂45、50、55、60、65和70的各自的源添加至压载物反应器罐35的量或速率。基于从系统中的一个或更多个传感器S，例如，压载物反应器罐35中或压载物反应器罐35的上游或下游的一个或更多个传感器接收到的信号，控制器80可以控制将絮凝剂、凝结剂、吸附剂、pH调节剂、压载物和/或金属沉淀剂添加至压载物反应器罐35的量或速率。控制器80可以控制系统中的多个导管中的阀的打开程度。阀(未示出)中的一个或更多个可以被连接至控制器80，然而，为了避免复杂化，连接在图1中未示出。
本文公开的系统的控制器80可以使用一个或更多个计算机系统来实施。计算机系统可以是例如通用计算机，例如基于
Figure BDA0001895457430000181
CORETM型处理器、或
Figure BDA0001895457430000182
AtomTM型处理器、Motorola
Figure BDA0001895457430000183
处理器、Sun
Figure BDA0001895457430000184
处理器、Hewlett-Packard PA-
Figure BDA0001895457430000185
处理器或任何其他类型的处理器或其组合的通用计算机。可选择地，计算机系统可以包括专门编程的、专用硬件，例如，专用集成电路(ASIC)或意图用于分析系统的控制器。
计算机系统可以包括典型地连接至一个或更多个存储设备的一个或更多个处理器，该一个或更多个存储设备可以包括例如磁盘驱动存储器、闪速存储设备、RAM存储设备或用于存储数据的其他设备中的任一种或更多种。存储器典型地被用于在处理系统和/或计算机系统的操作期间储存程序和数据。软件，包括实施本公开内容的实施方案的编程代码，可以被存储在计算机可读的和/或可写的非易失性记录介质上，并且然后典型地被拷贝到存储器中，在存储器中然后其可以通过处理器来执行。计算机系统的部件可以通过互连机构来联接，该互连机构可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成在相同设备内的部件之间)和/或网络(例如，在停留在独立的分立设备上的部件之间)。互连机构能够使通信(例如数据、指令)在计算机系统的部件之间交换。计算机系统还可以包括一个或更多个输入设备，例如传感器，诸如以下中的任何：传感器S、键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏和一个或更多个输出设备例如打印设备、显示屏或扬声器。另外，计算机系统可以包含一个或更多个界面，所述一个或更多个界面可以将计算机系统连接至通信网络(除了可以通过计算机系统的部件中的一个或更多个形成的网络之外或作为其替代选择)。
根据一个或更多个实施方案，一个或更多个输入设备可以包括用于测量参数的传感器。废水处理系统100的传感器、阀和/或泵，或这些部件的全部可以被连接至可操作地耦接至计算机系统的通信网络。
控制器80可以包括一个或更多个计算机存储介质例如可读的和/或可写的非易失性的记录介质，其中可以存储定义程序的信号，该程序通过一个或更多个处理器执行。储存介质可以是例如磁盘存储器或闪速存储器。尽管计算机系统可以是可以在其上实践各个方面的一种类型的计算机系统，但应当认识到，方面和实施方案不限于在软件中或在通用计算机系统上实施。实际上，不是在例如通用计算机系统上实施，而是控制器或其部件或子系统可以可选择地被作为专用系统或作为专用可编程的逻辑控制器(PLC)实施或在分布式控制系统中实施。另外，应当认识到，一个或更多个特征或方面可以在软件、硬件或固件或其任何组合中来实施。例如，通过控制器可执行的算法的一个或更多个节段可以在单独的计算机中执行，该单独的计算机继而可以通过一个或更多个网络通信。
在二级处理子系统的另一个实施方案中，通常在图2中以101B指示，压载物反应器罐36可以被布置在澄清器30的贫固体流出物出口的下游。压载物反应器罐36可以接收来自压载物的源66的压载物和/或来自压载物回收系统71的再循环的压载物，以有助于生物絮凝物从来自澄清器30的贫固体流出物中沉降和除去。絮凝剂的源46、凝结剂的源51、吸附剂的源56、pH调节剂的源61和压载物的源66可以被流体地连接至压载物反应器罐36，并且可以类似于被流体地连接至压载物反应器罐35的絮凝剂的源46、凝结剂的源50、吸附剂的源55、pH调节剂的源60和压载物65的源被操作。固体-液体分离器，例如澄清器41可以将来自压载物反应器罐36的压载流出物分离成压载固体部分和贫固体的部分处理过的废水(solids lean partially treated wastewater)，压载物可以从所述压载固体部分在压载物回收系统71中被回收，所述贫固体的部分处理过的废水被送去用于在三级处理子系统100C中进一步处理。压载物回收系统71可以大体上类似于与压载物反应器罐35相关联的压载物回收系统75。
实施例：
在来自市政废水处理厂的滴滤池(trickling filter)的流出物的情况下进行可处理性研究。此研究的目的是确定哪些添加剂可以被用于在处理过的上清液中实现≤14μg/L的总铜浓度。在添加至废水流出物的以下的情况下，进行四个系列的缸测试(jartest)。
1.基线：具有絮凝剂的氯化羟铝(ACH)/氯化铁(含铁的(ferric))絮凝剂。
2.具有pH调节剂的基线：目标pH是8，然而由于废水的不稳定性，目标未完全实现。在此系列中，似乎存在异常值(缸9)。当计算平均值时，这已经被剔除。
3.在100mg/L的凝结剂、pH调节剂和Na2S：此处，pH再次被定目标为8，但没有良好地保持住。
4.在100mg/L的凝结剂、pH调节剂、Na2S和再循环的固体：通过将ACH添加至单独缸中的废水流出物中，产生模拟的再循环固体。
表1.废水品质(TF流出物)
参数(单位) 浓度
TSS(mg/L) 45.5
总磷(mg/L) 6.63
可溶性磷(mg/L) 5.88
总Cu(μg/L) 56.6
可溶性Cu(μg/L)，0.45微米过滤器 15.5
浊度(NTU) 34.1
pH(标准单位) 7.19
系列1：此系列是具有凝结剂和絮凝剂的基线。使用两种凝结剂(含铁的和ACH)。使用的絮凝剂是高分子量、高电荷密度、阴离子的。
表2.基线
Figure BDA0001895457430000211
观察结果：
在Ach添加下的总Cu除去平均值为75％，其中随着改变ACH剂量，具有非常小的变化。可溶性Cu除去平均值为28％，但其随着ACH剂量增加。由较高的ACH剂量产生的较高浓度的氢氧化物絮凝物可以允许可溶性铜含量的较大吸附。
系列2：在此系列中，pH被调节至8的目标，以模拟Cu的最小溶解条件。然而，上述pH条件没有被完全满足。
表3.在pH调节的情况下的基线
Figure BDA0001895457430000212
Figure BDA0001895457430000221
观察结果：
在ACH添加下的总Cu除去平均值为78％。类似于系列1，随着改变ACH剂量，非常小的变化。总Cu除去百分比略高于系列1(无pH调节)。然而，应当注意，目标pH条件没有被完全实现。
可溶性Cu除去百分比平均值为25％，低于在系列1中实现的28％。类似于系列1，它遵循提到的剂量响应。
缸9R达到7.72的pH，其中分别具有81％总Cu和34％可溶性Cu除去。在7.37的pH下，缸9对总Cu表现类似。
系列3：在此系列中，使用100mg/L的凝结剂剂量，其中pH被调节至8的目标。此处，由于不稳定的条件，上述pH条件再次没有被完全满足。Na2S化学作为用于Cu除去的机制被引入此系列中。
表4.基线，在Na2S化学的情况下pH调节
Figure BDA0001895457430000222
观察结果：
在ACH添加下的总Cu除去平均值为75％。随着改变Na2S剂量，存在非常小的总Cu除去量的变化。
可溶性Cu除去百分比平均值为40％，高于系列1和系列2中实现的可溶性Cu除去百分比平均值。
系列4：在此系列中，另外量的固体被用于模拟氢氧化物絮凝物再循环至固体除去反应器。通过将ACH添加到单独缸中的废水流出物中，产生模拟的再循环固体。在此系列中，使用100mg/L的ACH剂量。仅在缸22和缸23中，将pH调节至接近8。引入Na2S。
表5.基线，在Na2S化学和高固体的情况下pH调节
Figure BDA0001895457430000231
*pH没有被调节
观察结果：
在ACH添加下的总Cu除去平均值为84％，相比于先前的系列更高。可溶性Cu除去百分比平均值>62％，远高于先前的系列。
结论
对以下的每个系列，将数据求平均值。
表6：结果总结
Figure BDA0001895457430000232
Figure BDA0001895457430000241
再循环的固体含量驱动总Cu除去效率和可溶性Cu除去效率比Na2S化学或pH调节更大。此现象在总Cu除去和可溶性Cu除去两者中均是明显的。再循环的固体被添加至的所有三个缸对于总Cu都呈现出<10μg/L，以及对于可溶性Cu都呈现出<8μg/L(系列4)。
当没有引入再循环的固体时，用于所有ACH添加测试的平均可溶性Cu浓度是10.9μg/L(30％除去)，相对于当引入再循环的固体时平均可溶性Cu浓度<5.9μg/L(>62％除去)。
当没有引入再循环的固体时，用于所有ACH添加测试的平均总Cu浓度是13.5μg/L(76％除去)，相对于当引入再循环的固体时，平均总Cu浓度9.2μg/L(84％除去)。在添加再循环的固体的情况下的总Cu除去百分比改进不像可溶性Cu除去百分比那样显著。
本文描述的方法和系统在其应用中不限于在先前描述或附图中的图示中阐述的部件的构造和布置的细节。本文描述的方法和系统能够以各种方式能够有其他实施方案并且能够以各种方式实践或实施。另外，本文使用的措辞和术语是为了描述目的而不应当视为是限制性的。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”、“其特征是(characterized by)”、“其特征在于(characterized in that)”及其变型意指涵盖随后列出的项目、其等效物，以及由其后排他性地列出的项目组成的备选实施方案。
在说明书和权利要求中修饰要素的序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似物的使用，本身并不暗示一个要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或其中方法的动作被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个要素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)以区分要素。
本领域的技术人员将容易地理解，本文描述的各个参数和配置意指是示例性的，并且实际的参数和配置将取决于其中使用本公开内容的设备和方法的具体应用。本领域技术人员将认识到或能够使用不超过常规的实验来确定本文描述的特定实施方案的许多等效物。例如，本领域技术人员可以认识到，根据本公开内容的系统及其部件还可以包括系统网络或是水处理系统的部件。因此，应理解，前述的实施方案通过仅实例的方式被呈现并且在所附的权利要求及其等效物的范围内，公开的系统和方法可以以不同于如具体描述的进行实践。本系统和方法涉及本文描述的每个单独的特征、系统或方法。此外，如果这样的特征、系统或方法不是相互不一致的，那么两个或更多个这样的特征、系统或方法的任何组合都被包括在本公开内容的范围内。本文公开的方法的步骤可以以公开的顺序或以备选顺序来进行，并且该方法可以包括另外的或可选择的动作，或者可以在省略公开的动作中的一个或更多个的情况下进行。
另外，应理解，对于本领域技术人员，将容易地想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本公开内容的精神和范围内。在其他情况下，现有设施可以被修改以利用或并入本文描述的方法和系统的任何一个或更多个方面。因此，前述描述和附图通过仅实例的方式。另外，附图中的描述并不将本公开内容限于具体图示的表示。
虽然已经公开了本公开内容的示例性实施方案，但是可以对其作出许多修改、添加和删除，而不偏离如在随附权利要求中陈述的本公开内容及其等效物的精神和范围。

Claims (26)

1.一种用于处理废水的系统，所述系统包括：
一级处理子系统；
二级处理子系统，所述二级处理子系统与所述一级处理子系统的下游流体连通，所述二级处理子系统被配置成从所述废水中除去生物污染物并且产生包含溶解的金属的部分处理过的废水；以及
三级处理子系统，所述三级处理子系统与所述二级处理子系统的下游流体连通，所述三级处理子系统包括：
反应器罐，所述反应器罐被配置且被布置成接收来自所述二级处理子系统的所述部分处理过的废水，所述反应器罐包括至少一个入口和出口；
压载物材料的源，所述压载物材料的源被流体地连接至所述反应器罐；
凝结剂的源，所述凝结剂的源被流体地连接至所述反应器罐；
pH调节剂的源，所述pH调节剂的源与所述反应器罐流体连通；
固体-液体分离器，所述固体-液体分离器具有被流体地连接至所述反应器罐的所述出口的入口，并且包括贫固体流出物出口和压载固体出口，所述固体-液体分离器被配置成将来自所述反应器罐的所述出口的压载流出物分离成贫固体流出物和压载固体，以从所述贫固体流出物出口排放所述贫固体流出物，并从所述压载固体出口排放所述压载固体；
再循环导管，所述再循环导管具有被流体地连接至所述压载固体出口的入口和被流体地连接至所述反应器罐的出口；以及
控制器，所述控制器被配置成将所述压载固体的一部分以一定量通过所述再循环导管从所述固体-液体分离器的所述压载固体出口再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以减小所述反应器罐中溶解的金属的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成将所述压载固体的所述部分以一定量通过所述再循环导管从所述固体-液体分离器的所述压载固体出口再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以将所述反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于10微克/升的量的金属氢氧化物絮凝物。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器被配置成将所述压载固体的所述部分以一定量通过所述再循环导管从所述固体-液体分离器的所述压载固体出口再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以将所述反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于5微克/升的量的金属氢氧化物絮凝物。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器被配置成将从所述固体-液体分离器中的所述压载流出物分离出的在5％和25％之间的压载固体再循环至所述反应器罐。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制器被配置成将从所述固体-液体分离器中的所述压载流出物分离出的10％的压载固体再循环至所述反应器罐。
6.如权利要求1所述的系统，还包括与所述反应器罐流体连通的金属沉淀剂的源。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述金属沉淀剂是含硫化合物。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成控制被引入到所述反应器罐中的pH调节剂的量，以在所述反应器罐中实现一pH，在该pH，包含所述溶解的金属的化合物不溶。
9.如权利要求1所述的系统，还包括与所述反应器罐流体连通的絮凝剂的源。
10.如权利要求9所述的系统，还包括与所述反应器罐流体连通的吸附剂的源。
11.如权利要求1所述的系统，还包括与所述反应器罐流体连通的吸附剂的源。
12.如权利要求1所述的系统，还包括与所述固体-液体分离器的所述压载固体出口流体连通的压载物回收系统，所述压载物回收系统被配置成从所述压载固体中分离压载物，并且将所分离出的压载物返回至所述反应器罐和所述压载物材料的源中的一个。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述二级处理子系统包括：
第二反应器罐，所述第二反应器罐被配置且被布置成从所述废水中除去生物污染物；以及
压载物再循环系统，所述压载物再循环系统被配置成将从所述第二反应器罐输出的压载固体的一部分返回至所述第二反应器罐。
14.一种用于处理废水的方法，所述方法包括：
在一级处理子系统和二级处理子系统中处理所述废水，以产生部分处理过的废水，所述部分处理过的废水与所述废水相比具有减小的有机污染物的浓度并且包含溶解的金属；
将所述部分处理过的废水引入到具有压载物材料和凝结剂的反应器罐中以形成压载固体；
将来自所述反应器罐的包含所述压载固体的压载流出物引入到固体-液体分离器中；
在所述固体-液体分离器中将所述压载流出物分离成压载固体和贫固体流出物；
将所述压载固体的一部分以一定量从所述固体-液体分离器再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以减小所述反应器罐中溶解的金属的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物；以及
将所述反应器罐中的所述部分处理过的废水的pH调节至一pH，在该pH，所述溶解的金属的化合物不溶。
15.如权利要求14所述的方法，其中将所述压载固体的所述部分从所述固体-液体分离器再循环至所述反应器罐包括将所述压载固体的所述部分以一定量从所述固体-液体分离器再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以将所述反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于10微克/升的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
16.如权利要求15所述的方法，其中将所述压载固体的所述部分从所述固体-液体分离器再循环至所述反应器罐包括将所述压载固体的所述部分以一定量从所述固体-液体分离器再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以将所述反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于5微克/升的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物。
17.如权利要求14所述的方法，还包括将絮凝剂与所述部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到所述反应器罐中。
18.如权利要求17所述的方法，还包括将吸附剂与所述部分处理过的废水、压载物、絮凝剂和凝结剂一起引入到所述反应器罐中。
19.如权利要求14所述的方法，还包括将吸附剂与所述部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到所述反应器罐中。
20.如权利要求14所述的方法，还包括将金属沉淀剂与所述部分处理过的废水、压载物和凝结剂一起引入到所述反应器罐中。
21.一种改造废水处理系统以有助于从废水中增加除去溶解的金属的方法，所述方法包括：
将三级处理子系统流体地连接至所述废水处理系统的二级处理子系统的出口，所述三级处理子系统包括：
反应器罐，所述反应器罐被配置且被布置成接收来自所述二级处理子系统的部分处理过的废水，所述反应器罐包括至少一个入口和出口；
压载物材料的源，所述压载物材料的源被流体地连接至所述反应器罐；
凝结剂的源，所述凝结剂的源被流体地连接至所述反应器罐；
固体-液体分离器，所述固体-液体分离器具有被流体地连接至所述反应器罐的所述出口的入口并且包括贫固体流出物出口和压载固体出口，所述固体-液体分离器被配置成将来自所述反应器罐的所述出口的压载流出物分离成贫固体流出物和压载固体，以从所述贫固体流出物出口排放所述贫固体流出物，并且从所述压载固体出口排放所述压载固体；
再循环导管，所述再循环导管具有被流体地连接至所述压载固体出口的入口和被流体地连接至所述反应器罐的出口；以及
控制器，所述控制器被配置成将所述压载固体的一部分以一定量通过所述再循环导管从所述固体-液体分离器的所述压载固体出口再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以减小所述反应器罐中溶解的金属的浓度的量的金属氢氧化物絮凝物；以及
将pH调节剂的源流体地连接至所述反应器罐。
22.如权利要求21所述的方法，还包括提供指令以将所述控制器配置成将所述压载固体的一部分以一定量通过所述再循环导管从所述固体-液体分离器的所述压载固体出口再循环至所述反应器罐，所述一定量足以在所述反应器罐中产生足以将所述反应器罐中溶解的金属的浓度降低至低于5微克/升的量的金属氢氧化物絮凝物。
23.如权利要求21所述的方法，还包括将金属沉淀剂的源流体地连接至所述反应器罐。
24.如权利要求21所述的方法，还包括提供指令以将所述控制器编程成控制被引入到所述反应器罐中的pH调节剂的量，以在所述反应器罐中实现一pH，在该pH，包含所述部分处理过的废水中的不合意的金属的化合物是不溶的。
25.如权利要求21所述的方法，还包括将絮凝剂的源流体地连接至所述反应器罐。
26.如权利要求21所述的方法，还包括将吸附剂的源流体地连接至所述反应器罐。
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