CN105008289B - 废水处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水处理的技术领域，具体涉及处理废水的方法和相关的系统，其中所述系统包括：包括至少一个厌氧罐的第一区域和包括至少一个工程湿地的第二区域。在一些实施方案中，所述系统包括至少一个铝土矿渣元件的第三区域。

Description

废水处理系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年1月11号提交的、名称"Wastewater Treatment System andMethods"的美国申请序列号61/751,524的优先权，其内容通过引用全部并入。
技术领域
通常，本公开涉及一种废水处理系统，所述废水处理系统用于从废水除去污染物、有机物、无机物、金属、病原体、颗粒、药物、营养物和/或个人护理产品至适合于准许排放、循环和/或重复使用的质量。更具体地说，本公开涉及一种系统，所述系统包括用于废水处理的三个区域，所述三个区域包括厌氧沉降/处理罐、工程湿地和金属氧化物型介质(例如铝土矿渣)的床。
背景技术
在排放到环境或循环用于有益利用之前，废水的各种污染物水平通常必须在一定的规定限度内。传统的废水处理系统可能是繁重的、昂贵的、费时的，并且需要高的能量来运行和操作该系统。
发明内容
概括地说，本公开涉及用于处理废水的系统和方法。更具体地说，本公开涉及通过废水系统从废水物流中除去有机物质、悬浮固体、颗粒、金属、乳化油和脂、药物、营养物、个人护理产品、病原体、细菌、微生物和病毒，所述废水系统具有三个区域，包括：第一区域，包括至少一个厌氧沉降/处理罐；第二区域，包括至少一个设置用于曝气(例如，改变曝气程度)的工程湿地；和第三区域，包括至少一个其中具有金属氧化物型介质(例如，铝土矿渣；BR/ZVI；和与铝土矿渣组合的其它介质)的元件。
不受特定机制或理论所束缚，据信这三个区域(和/或组件)的组合可以组合以得到废水处理系统，所述废水处理系统将具有各个种类/类型污染物的污染废水物流除去至低于法定限度和/或至适合于重复利用/循环的质量。
不受特定机制或理论所束缚，据信由于第一区域从废水处理物流除去大部分BOD/COD/TOC，工程湿地被具体设置以集中于氮去除、病原体去除(例如，由粪便大肠菌或大肠杆菌所表示的)、BOD/COD(例如，直至额外的10％，或直至剩余的BOD/COD)和/或剩余的悬浮固体。
在一个方面，提供一种废水处理系统，包括：至少一个厌氧沉降/处理罐，其中所述罐包括多个沿着其长度(例如，水平地和或垂直地)隔开的挡板，其中设置初始沉降罐，来接收废水并从中除去固体颗粒；工程湿地，其中工程湿地与沉降/处理罐液体连通，包括沿着其底部的曝气系统，其中对工程湿地进行设置，来从废水除去剩余有机物、氮、磷相关的营养物、BOD、CBOD、TSS、氨、硝酸盐、药物、个人护理产品、细菌、病毒和无机成分。在一些实施方案中，该系统进一步包括至少一个与工程湿地液体连通的金属氧化物元件(例如铝土矿渣)，其中该金属氧化物元件包括包封介质(例如铝土矿渣)的模块，其中对该模块设置以允许水从中流过，进一步地，其中该元件从废水除去细菌、病毒、氨、药物和个人护理产品；进一步地，其中通过该系统除去污染物。
在本公开另一方面，提供一种方法，包括：使其中有污染物的废水物流流过厌氧沉降/处理罐，其中厌氧沉降/处理罐除去一部分悬浮固体和有机物质，使来自厌氧罐(例如，沉降/处理罐)的废水流过至少一个工程湿地，其中工程湿地包括将废水曝气的曝气系统，其中通过工程湿地除去污染物。在一些实施方案中，该方法进一步包括：使来自工程湿地的废水流过至少一个包括铝土矿渣的元件，其中该元件将废水物流精制(polish)，以提供净化水物流/流出物。
在本公开又一方面，提供一种方法。该方法包括以下步骤：使废水流过废水处理系统，该系统包括厌氧沉降/处理罐、工程湿地和包括铝土矿渣的元件，其中该废水系统从废水物流除去污染物至低于允许的水平。
在本公开再一方面，提供一种处理废水的方法，包括：使废水物流流过至少一个厌氧沉降和处理罐，其中厌氧沉降和处理罐包括：底部和至少一个侧壁、与该罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中设置该控制体积以保持废水；其中该罐进一步包括挡板配置，该挡板配置包括：挡板，位于邻近流入端和设置以分配到罐中的废水流；和至少一个在挡板和流出端壁之间设置的构件，其中配置该构件来促进废水混合和废水流分布；和沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置以促进固体在从流出端排出之前沉降；其中，设置该挡板配置来使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率流过该罐；和通过该挡板配置和表面溢流率在厌氧沉降和处理罐中处理废水，来从废水物流除去至少75％的有机物，以提供低有机物废水物流；使来自厌氧沉降处理罐流出物的低有机物废水物流流入工程湿地中，其中工程湿地与厌氧沉降和处理罐液体连通；将低有机物废水物流曝气，其中将该低有机物废水曝气足以维持好氧细菌；在工程湿地中处理低有机物废水物流，以从低有机物废水除去氨至不大于8ppm的含量，其中工程湿地包括不大于4天的孔隙水水力停留时间；将处理后的水物流从工程湿地排出。
在一些实施方案中，曝气包括以至少1.1scfm/gpm废水的比率将低有机物废水曝气。
在一些实施方案中，曝气足以使低有机物废水在给定温度下维持至少约80％饱和度的溶解氧含量。
在一些实施方案中，该方法包括：使来自工程湿地的低氮废水物流流入至少一个具有包括铝土矿渣的介质的精制元件的进口，其中该元件与工程湿地液体连通，其中该精制元件包括设置以在元件内包封介质的至少一个侧壁、进口和出口，其中设置该元件以允许低氮废水物流通过进口和出口从中流过，和通过介质处理低氮废水，来从低氮废水除去至少约30％的病原体；和使精制的水物流从元件的流出物流出。
在一些实施方案中，使用铝土矿渣元件来代替排放步骤。在一些实施方案中，使精制的水物流从该元件的流出物流出包括排放步骤。
在本公开另一方面，提供一种方法，包括：分析废水物流，来确定污染物分布，该污染物分布包括至少一种污染物；选择目标净化水物流分布，其中净化水物流分布包括在污染物分布中存在的污染物量的上限；和基于目标净化水物流分布和废水物流的污染物分布，选择多个罐模块，基于污染物分布；基于目标净化水物流分布和废水物流的污染物分布，选择多个工程湿地模块，基于污染物分布；基于目标净化水物流分布和废水物流的污染物分布，选择多个铝土矿渣模块，基于污染物分布；设置废水处理系统，其中该系统包括具有该多个罐模块的第一区域、包括该多个工程湿地模块的第二区域和包括该多个铝土矿渣模块的第三区域，以限定废水流程；使废水物流流过由该系统的第一区域、第二区域和第三区域限定的流程；和通过该系统处理废水以通过第一区域、第二区域和第三区域除去污染物；和排放净化水物流，其中净化水物流包括符合目标净化水物流分布的净化水物流分布。
在一些实施方案中，基于对于特定污染物允许的排放许可水平来选择。在一些实施方案中，基于待处理的废水物流中污染物的量来选择。在一些实施方案中，基于在区域中模块的总数(例如，其中区域中的各个模块除去一部分的污染物，来在期望的目标污染物分布下提供附加效应)来选择。在一些实施方案中，基于区域的数量(例如，其中在两个区域中除去污染物的种类或污染物的类型)和/或在各个区域中模块的数量，来选择。
在一些实施方案中，该方法包括：在预定时间量之后，替换罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。在一些实施方案中，该方法包括：在处理预定量的废水之后，替换罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。在一些实施方案中，该方法包括：监控废水处理系统中的至少一个模块以评价该模块的效用。
在一些实施方案中，该方法包括：通过设置至模块的输送装置来移动至少一个模块，以允许该模块的移动性。输送装置的一些非限制性例子包括：轮子、导轨和轮子、多个滚轴、运输带及它们的组合。
在一些实施方案中，该方法包括：通过连接端口如进口和出口连接系统中的多个模块。
在另一方面，提供一种处理废水的方法，包括：使废水物流流过至少一个厌氧沉降和处理罐，其中厌氧沉降和处理罐包括：底部和至少一个侧壁、与该罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中设置该控制体积以保持废水；其中该罐进一步包括挡板配置，该挡板配置包括：挡板，位于邻近流入端和设置以分配到罐中的废水流；和至少一个在挡板和流出端壁之间设置的构件，其中设置该构件来促进废水混合和废水流分布；和沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置来促进固体在从流出端排出之前沉降；其中，设置该挡板配置，来使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率流过该罐；和通过该挡板配置和表面溢流率在厌氧沉降和处理罐中处理废水，来从废水物流除去至少75％的有机物，以提供低有机物废水物流；使来自厌氧沉降处理罐流出物的低有机物废水物流，流入工程湿地中，其中工程湿地与厌氧沉降和处理罐液体连通；将低有机物废水物流曝气，其中将该低有机物废水曝气足以维持好氧细菌；在工程湿地中处理低有机物废水物流，以从低有机物废水除去氨至不大于8ppm的含量，以提供低氮废水物流，其中工程湿地包括不大于4天的孔隙水水力停留时间；使来自工程湿地的低氮废水物流流入至少一个具有包括铝土矿渣的介质的精制元件的进口，其中该元件与工程湿地液体连通，其中该精制元件包括设置以在元件内包封介质的至少一个侧壁、进口和出口，其中设置该元件以允许低氮废水物流通过进口和出口从中流过，和通过介质处理低氮废水，以从低氮废水除去至少约30％的病原体；和将处理后的水物流从工程湿地排出。
在一些实施方案中，该系统包括至少12.5小时至不大于6.5天的水力停留时间。
在一个方面中，提供一种处理废水的方法，包括：将废水引导通过至少一个厌氧沉降和处理罐，其中厌氧沉降和处理罐包括：底部和至少一个侧壁、与该罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中设置该控制体积以保持废水；其中该罐进一步包括挡板配置，该挡板配置包括：(a)曲棍球棍形状的挡板，位于邻近流入端和设置以分配到罐中的废水流；和(b)至少一个在曲棍球棍形状的挡板和流出端壁之间设置的构件，设置曲棍球棍形状的挡板来促进废水混合和废水流分布；和(c)沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置以促进固体在排出之前沉降(例如，和/或防止通过在控制体积中混合废水短路)；其中，充分设计该挡板配置，来使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率(例如，至不大于0.75m/h)引导通过该罐；和其中，通过挡板配置和速度，设置厌氧沉降和处理罐，来从废水物流除去至少75％(例如，至不大于99.9％)的有机物(例如，通过BOD、COD测量的)；将废水从厌氧沉降处理罐引导至工程湿地，其中该湿地与厌氧沉降和处理罐液体连接，其中工程湿地包括沿着其底部的曝气系统，其中通过厌氧沉降罐设置该湿地，来从废水除去氨至不大于8ppm的含量，其中工程湿地包括至少约0.25天的孔隙水水力停留时间(例如，至不大于2天)。
在一些实施方案中，湿地流入物包含不大于400ppm的COD和不大于250ppm的流入物BOD。
在一些实施方案中，厌氧罐的表面溢出率是：至少0.25m/h；至少0.3m/h；至少0.35m/h；至少0.4m/h；至少0.45m/h；至少0.5m/h；至少0.55m/h；至少0.6m/h；至少0.65m/h；至少0.7m/h；或至少0.75m/h。
在一些实施方案中，厌氧罐的表面溢出率是：不大于0.25m/h；不大于0.3m/h；不大于0.35m/h；不大于0.4m/h；不大于0.45m/h；不大于0.5m/h；不大于0.55m/h；不大于约0.6m/h；不大于0.65m/h；不大于0.7m/h；或不大于0.75m/h。
在一些实施方案中，该方法包括从废水除去氨至不大于1ppm的含量。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐来促进固体沉降(如通过挡板配置)和/或表面溢流率。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降罐来促进罐中废水的混合，通过挡板配置(例如，在混合区域中，位于固体区域以上)。
在一些实施方案中，沉降促进器包括设置到最邻近流出端的侧壁的角挡板。在一些实施方案中，沉降促进器包括沿着最邻近流出端的至少一个侧壁的不连续区域(例如，突起脊、向罐的内部控制体积延伸的弓形部分等)。
在一些实施方案中，设置沉降促进器来作为定向混合挡板(例如，将废水引导至混合区域)。
在一些实施方案中，当相对于罐底部时，定向混合挡板以与曲棍球棍形状的挡板的下部相同的方式倾斜(angled)。在一些实施方案中，当相对于罐底部时，定向混合挡板(例如，构件)以与曲棍球棍形状的挡板的下部不同的的方式倾斜。
在一些实施方案中，通过包括一系列挡板(例如，曲棍球棍形状的、至少一个构件和沉降促进器)的挡板配置，使废水物流在挡板上下流过，使得在固体中的微生物与废水之间的相互作用增加，从而增强对生物需氧量(BOD)的除去。
在一些实施方案中，至少一个构件包括流动叶片，该流动叶片设置来放缓通过控制体积的废水流和/或促进固体沉降。
在一些实施方案中，厌氧沉降罐包括彼此隔开的多个构件，在曲棍球棍形状的挡板和沉降促进器之间。
在一些实施方案中，厌氧沉降罐包括：至少一个构件；至少二个构件；至少三个构件；至少四个构件；至少五个构件；至少六个构件；至少七个构件；至少八个构件；至少九个构件；或至少十个构件。
在一些实施方案中，厌氧沉降罐包括：不超过一个构件；不超过二个构件；不超过三个构件；不超过四个构件；不超过五个构件；不超过六个构件；不超过七个构件；不超过八个构件；不超过九个构件；或不超过十个构件。
在一些实施方案中，构件彼此分离，并且平行于曲棍球棍的倾斜部分。在一些实施方案中，构件彼此等距离，并且在罐内占据相同的倾斜位置，其中三个构件位于最邻近罐下端。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐来从废水物流除去金属。在一些实施方案中，金属包括：铅、锌、镉、铁、钼及它们的组合。在一些实施方案中，通过厌氧沉降和处理罐除去了至少约90％(例如，至约99％)的金属。
在一些实施方案中，厌氧罐将包括Zn、Cd、Fe和Mb的金属除去：至少90％；至少92％，至少94％，至少96％，至少98％；或至少99％。
在一些实施方案中，厌氧罐将包括Zn、Cd、Fe和Mb的金属除去：不大于90％；不大于92％；不大于94％；不大于96％；不大于98％；或不大于99％。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐，来从废水物流除去至少70％的磷酸盐(例如，如在流出物中测量的)。在一些实施方案中，通过将絮凝介质加入厌氧罐，增加了磷酸盐的除去率(例如，70％以上，或85％以上)。
在一些实施方案中，厌氧罐从废水物流除去：至少60％；至少65％；至少70％；至少75％；至少80％的磷酸盐。
在一些实施方案中，厌氧罐从废水物流除去：不大于60％；不大于65％；不大于70％；不大于75％；不大于80％的磷酸盐。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐来除去硝酸盐，使得来自厌氧沉降和处理罐的流出物具有至少70％的除去率。
在一些实施方案中，设置厌氧罐以从废水除去：至少70％；至少75％；至少80％；至少85％；至少90％；至少95％；或至少99％的硝酸盐(例如，如在流出物中测量的)。
在一些实施方案中，设置厌氧罐以从废水除去：不大于70％；不大于75％；不大于80％；不大于85％；不大于90％；不大于95％；或不大于99％的硝酸盐(例如，如在流出物中测量的)。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐来除去氮，使得来自厌氧沉降和处理罐的流出物包括至少30％的除去率。
在一些实施方案中，设置厌氧罐以从废水除去：至少30％；至少35％；至少40％；至少45％；至少50％；至少55％；至少60％；至少65％；至少70％；至少75％；或至少80％的氮(例如，如在流出物中测量的)。
在一些实施方案中，设置厌氧罐以从废水除去：不大于30％；不大于35％；不大于40％；不大于45％；不大于50％；不大于55％；不大于60％；不大于65％；不大于70％；不大于75％；或不大于80％的氮(例如，如在流出物中测量的)。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降和处理罐来除去全部的悬浮固体物，使得来自厌氧沉降和处理罐的流出物包括至少90％的除去率。
在一些实施方案中，厌氧沉降和处理罐包括固体区域和混合区域。
在一些实施方案中，沉降和处理罐包括介质，该介质设置来促进利用细菌的絮凝和固体沉降。介质的非限制性实例包括：颗粒状活性炭、粉状活性炭、粘土颗粒、铝土矿渣；石膏；及它们的组合。
在一些实施方案中，将金属盐加入第一区域(例如厌氧沉降罐)。金属盐的一些非限制性实例包括：铁、钙和/或铝盐。不受特定机制或理论的限制，据信将金属盐加入这个厌氧环境中，将降低流入物磷水平小于0.5ppm。
在一些实施方案中，将金属盐加入厌氧沉降/处理罐，将废水物流中硝酸盐量从约10ppm降低至约1ppm。
在一些实施方案中，将金属盐加入厌氧沉降/处理罐，以实现在最终流出物中＜0.1ppm的磷。在一些实施方案中，当将补充的有机物加入工程湿地时，完成了额外的曝气区域或步骤。不受特定机制或理论的限制，据信减少了保留在废水中的残留的添加的有机物的量/存在。
在一些实施方案中，设置工程湿地来将流入物的TSS除去至小于60ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的TSS除去至：不小于60ppm；不小于55ppm；不小于50ppm；不小于45ppm；不小于40ppm；不小于35ppm；不小于30ppm；不小于25ppm；不小于20ppm；不小于15ppm；不小于10ppm；或不小于5ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的TSS除去至：不大于60ppm；不大于55ppm；不大于50ppm；不大于45ppm；不大于40ppm；不大于35ppm；不大于30ppm；不大于25ppm；不大于20ppm；不大于15ppm；不大于10ppm；或不大于5ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来从流入废水除去BOD至小于50ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来将废水中的BOD除去至：不小于50ppm；不小于45ppm；不小于40ppm；不小于35ppm；不小于30ppm；不小于25ppm；不小于20ppm；不小于15ppm；不小于10ppm；或不小于5ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来将废水中的BOD除去至：不大于50ppm；不大于45ppm；不大于40ppm；不大于35ppm；不大于30ppm；不大于25ppm；不大于20ppm；不大于15ppm；不大于10ppm；或不大于5ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来从废水除去COD至小于100ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的COD(CBOD)除去至：不小于100ppm；不小于95ppm；不小于90ppm；不小于85ppm；不小于80ppm；不小于75ppm；不小于70ppm；不小于65ppm；不小于60ppm；不小于55ppm；不小于50ppm；不小于45ppm；不小于40ppm；不小于35ppm；不小于30ppm；不小于25ppm；不小于20ppm；不小于15ppm；不小于10ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的COD(CBOD)除去至：不大于100ppm；不大于95ppm；不大于90ppm；不大于85ppm；不大于80ppm；不大于75ppm；不大于70ppm；不大于65ppm；不大于60ppm；不大于55ppm；不大于50ppm；不大于45ppm；不大于40ppm；不大于35ppm；不大于30ppm；不大于25ppm；不大于20ppm；不大于15ppm；不大于10ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来从废水除去氮，使得来自工程湿地的流出物包含小于40ppm的氮含量。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的氮除去至：不小于40ppm；不小于35ppm；不小于30ppm；不小于25ppm；不小于20ppm；不小于15ppm；不小于10ppm；不小于8ppm；不小于6ppm；不小于4ppm；或不小于2ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的氮除去至：不大于40ppm；不大于35ppm；不大于30ppm；不大于25ppm；不大于20ppm；不大于15ppm；不大于10ppm；不大于8ppm；不大于6ppm；不大于4ppm；或不大于2ppm。
在一些实施方案中，设置工程湿地来从废水除去磷至小于40ppm(例如，比较流出物与流入物/如在流出物中测量的)。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的磷除去至：不小于40ppm；不小于35ppm；不小于30ppm；不小于25ppm；不小于20ppm；不小于15ppm；不小于10ppm；不小于8ppm；不小于6ppm；不小于4ppm；或不小于2ppm。
在一些实施方案中，设置该湿地来将废水中的磷除去至：不大于40ppm；不大于35ppm；不大于30ppm；不大于25ppm；不大于20ppm；不大于15ppm；不大于10ppm；不大于8ppm；不大于6ppm；不大于4ppm；或不大于2ppm。
在一些实施方案中，引导废水通过工程湿地进一步包括当废水穿过该工程湿地时将它曝气。
在一些实施方案中，该湿地包括沿着底部的曝气系统。在一些实施方案中，曝气系统包括一系列曝气装置，设置它们来向附着于生长介质的微生物提供氧(例如，其中具有氧气的空气，或氧气)(来喂养微生物，并促进有机物如氮、BOD和COD的降解)。
在一些实施方案中，将该湿地充分地曝气来从废水除去污染物。如本文中使用的，"充分地曝气"达到或超过对于流入WW物流的理论需氧量(基于COD、BOD、NH3)。在一些实施方案中，充分地曝气包括具有至少约80％的饱和溶解氧含量(其中，溶解氧含量对于废水的水温是特定的)。
在一些实施方案中，该湿地包括好氧部分。在一些实施方案中，该湿地包括厌氧部分。在一些实施方案中，该湿地包括厌氧部分。在一些实施方案中，该湿地包括好氧和缺氧部分的组合。在一些实施方案中，该湿地包括厌氧和好氧部分的组合。
在一些实施方案中，废水在工程湿地中的曝气比率是：至少1标准立方英尺/分钟(scfm)空气/加仑/分(gpm)废水流量。在一些实施方案中，废水在工程湿地中的曝气速率是至少1scfm空气/gpm废水至不大于25scfm空气/gpm废水。
在一些实施方案中，废水(例如，在湿地中的废水部分)的曝气比率是：至少1scfm空气/gpm废水；至少5scfm空气/gpm废水；至少10scfm空气/gpm废水；至少15scfm空气/gpm废水；至少20scfm空气/gpm废水；或至少25scfm空气/gpm废水。
在一些实施方案中，废水(例如，在湿地中的废水部分)的曝气比率是：不大于1scfm空气/gpm废水；不大于5scfm空气/gpm废水；不大于10scfm空气/gpm废水；不大于15scfm空气/gpm废水；不大于20scfm空气/gpm废水；或不大于25scfm空气/gpm废水。
在一些实施方案中，设置该湿地来在0.25天孔体积水力停留时间下处理废水。在一些实施方案中，设置该湿地来处理废水：至少0.5小时孔体积水力停留时间；至少0.75小时孔体积水力停留时间；至少1天孔体积水力停留时间；至少1.25天孔体积水力停留时间；至少1.5天孔体积水力停留时间；至少1.75天孔体积水力停留时间，或至少2天孔体积水力停留时间(例如，通过该湿地)。
在一些实施方案中，设置该湿地来在0.25天孔体积水力停留时间下处理废水。在一些实施方案中，设置该湿地来处理废水：不大于0.5小时孔体积水力停留时间；不大于0.75小时孔体积水力停留时间；不大于1天孔体积水力停留时间；不大于1.25天孔体积水力停留时间；不大于1.5天孔体积水力停留时间；不大于1.75添孔体积水力停留时间，或不大于2天孔体积水力停留时间(例如，通过该湿地)。
在一些实施方案中，该方法包括：将来自工程湿地的流出物引导至至少一个具有包括铝土矿渣的介质的精制元件的进口，其中该元件与工程湿地液体连通，其中该精制元件包括设置以在元件内包封介质的至少一个侧壁、进口和出口，其中设置该元件以允许水通过进口和出口从中流过，进一步地，其中通过介质该元件从水物流除去污染物。通过铝土矿渣元件除去的污染物的非限制性实例包括(其中如果存在的话)：细菌、病毒、氨、药物和个人护理产品。
在一些实施方案中，铝土矿渣元件除去至少80％的病原体(例如，流入物平均10,000cfu/100mL至流出物平均2000cfu/100mL)至99％的病原体(例如，流入物平均1000cfu/100mL至流出物平均10cfu/100mL)(其中，病原体除去率是由可粪便大肠菌除去率表示的)。
在一些实施方案中，铝土矿渣元件除去：至少60％；至少65％；至少70％；至少75％；至少80％；至少85％；至少90％；至少95％；至少98％；或至少99％的病原体(例如，通过测量并比较在流入和流出物流中病原体的含量)。
在一些实施方案中，铝土矿渣元件除去：不大于60％；不大于65％；不大于70％；不大于75％；不大于80％；不大于85％；不大于90％；不大于95％；不大于98％；或不大于99％的病原体(例如，通过测量并比较在流入和流出物流中病原体的含量)。
在本公开另一方面，提供一种处理废水的方法，包括：通过包括挡板配置的厌氧沉降和处理罐从废水物流除去固体和有机物，该挡板配置包括曲棍球棍形状的挡板、与曲棍球棍形状的挡板和流出端壁隔开的多个构件、和沿着罐的流出端壁设置的沉降促进器挡板，并且设置该挡板配置来提供至少0.25m/h的表面溢流率；通过曝气的工程湿地从废水物流除去氨，其中曝气在至少1.1scfm/gpm废水下；和通过铝土矿渣元件从废水物流除去细菌。
在一些实施方案中，曝气足以使废水具有对于其水温至少约50％饱和度直至90％饱和度的溶解氧含量。在一些实施方案中，曝气足以使废水具有对于特定的水温至少约60％饱和度直至80％饱和度的溶解氧含量。在一些实施方案中，曝气足以支持并维持好氧细菌。
在一些实施方案中，曝气是足够的，使得在工程湿地中的废水具有以下溶解氧含量：至少10％的饱和度；至少20％的饱和度；至少30％的饱和度；至少40％的饱和度；至少50％的饱和度；至少60％的饱和度；至少70％的饱和度；至少80％的饱和度；至少90％的饱和度；至少100％的饱和度；或超饱和。
在一些实施方案中，曝气是足够的，使得在工程湿地中的废水具有以下溶解氧含量：不大于10％的饱和度；不大于20％的饱和度；不大于30％的饱和度；不大于40％的饱和度；不大于50％的饱和度；不大于60％的饱和度；不大于70％的饱和度；不大于80％的饱和度；不大于90％的饱和度；不大于100％的饱和度；或超饱和。
在一个实施方案中，曝气装置设置得与水流方向平行。在一个实施方案中，曝气装置设置得与废水流垂直。在一个实施方案中，曝气装置设置得与水流方向呈一定角度。在一个实施方案中，以与通过废水处理装置的水流方向至少平行、垂直和呈一定角度的组合来设置曝气装置。
在本公开另一方面，提供一种废水处理装置，包括：具有至少一个侧壁、进口和出口的单元，其中侧壁完全包封单元的内部空间，但除了进口和出口；至少一个处于内部空间中并位于进口和出口之间的分布板，其中该分布板包括设置来分配并引导废水通过该内部空间的洞；和包括铝土矿渣的介质，该介质位于内部空间中的进口和出口之间，其中设置该介质来处理水并从中除去污染物。
在一些实施方案中，介质基本上由铝土矿渣组成。
在一些实施方案中，介质进一步包括以下的至少一种：零价铁(ZVI)；碳；有机粘结剂材料(如聚合物)；无机粘结剂材料(如水、水泥)；及它们的组合。
在一些实施方案中，介质被粒化。在一些实施方案中，粒化的介质包括至少1/8”至不大于3/8”的平均粒度。
在一些实施方案中，粒化的介质包括以下的平均粒度：至少1/16"；至少1/8"；至少1/2”；至少2/3”；至少3/4"；或至少1"。在一些实施方案中，粒化的介质包括以下的平均粒度：不大于1/16"；不大于1/8"；不大于1/2"；不大于2/3"；不大于3/4"；或不大于1"。
在一些实施方案中，在铝土矿渣元件中介质的平均粒度(未粒化或粒化的)为约1/20”至约3”。
在一些实施方案中，在铝土矿渣元件中介质的平均粒度是：至少1/16"；至少1/8"；至少1/4”；至少1/2”；至少3/4”；或至少1"。在一些实施方案中，在铝土矿渣中介质的平均粒度是：至少1"；至少1.5"；至少2"；至少2.5"或至少3"。
在一些实施方案中，在铝土矿渣元件中介质的平均粒度是：不大于1/16"；不大于1/8"；不大于1/4”；不大于1/2”；不大于3/4”；或不大于1"。在一些实施方案中，在铝土矿渣中介质的平均粒度是：不大于1"；不大于1/5"；不大于2"；不大于2.5”或不大于3”。
在一些实施方案中，单元包括两个设置成隔开的分布板，并且进一步地，其中各个分布板的孔是彼此错开(off-set)的(例如，来促进水的分布/混合)。
在一些实施方案中，分布板中的孔选自：相同尺寸的同心孔、不同尺寸的同心孔或缝(例如，几乎跨过分布板的长度或宽度)。
在一些实施方案中，将进口和出口设置作为连通端口(例如，断开阀，用于进口和出口的搭锁(snap-on)连接/断开)。
在一些实施方案中，侧壁进一步包括出入门，其中设置该出入门来与侧壁一起完全包封内部空间，进一步地，其中设置该出入门，来打开并允许介质插入或从内部空间移出。
在一些实施方案中，该装置包括设置来容纳介质并将介质保持在至少一个侧壁内部的内衬。在一些实施方案中，内衬包括至少一个把手，该把手设置来允许从BR元件除去内衬和在内衬内含有的介质(例如，通过铲车、拖绳、起重机、手工操作等)。
在一些实施方案中，该装置包括在铝土矿渣介质和进口之间的砂子。在一些实施方案中，该装置包括在铝土矿渣介质和出口之间的砂子。
在一些实施方案中，在进口处将废水曝气(例如，在进入介质中之前)。在一些实施方案中，通过曝气装置(例如，沿着底部或沿着侧面或邻近进口或紧挨着分布板来放置)将保持在内部空间中的介质曝气。
在一些实施方案中，该装置包括设置到侧壁(如侧壁的外侧，如最低端或底部)的输送设备，其中设置该输送设备来促进BR元件的移动性。作为非限制性例子，输送设备包括：轮子、导轨和轮子、多个滚轴、运输带及它们的组合。
在一些实施方案中，该装置包括至少一个支撑(例如，把手)，其中设置该支撑，来使BR元件被提升并调节/移动、替换。
在本公开另一方面，提供一种方法，包括：分析废水处理物流来确定污染物分布，该污染物分布包括至少一种污染物；基于污染物分布，选择多个罐模块、湿地模块和铝土矿渣模块；设置包括罐模块、湿地模块和铝土矿渣模块的废水处理系统，以限定废水流程；通过该流程，引导废水流入物通过废水处理系统；通过罐模块、湿地模块和铝土矿渣模块从废水除去污染物，使得来自废水处理系统的流出物包括流出物分布，其中污染物在流出物分布中的水平小于污染物在污染物分布中的水平。在一些实施方案中，流出物分布包括小于将水排放到环境中政府规定的许可水平的污染物水平。
在一些实施方案中，该方法包括：在预定时间量之后，替换罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。在一些实施方案中，该方法包括：在处理预定量的废水之后，替换罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。
在一些实施方案中，该方法进一步包括监控废水处理系统中的各个模块，来评价模块的效用。在一些实施方案中，监控包括：分析来自各个模块的流入物和流出物的水样品(例如，通过监测井、监控器等)，并将数值与对于该类型模块(例如，厌氧罐、工程湿地、铝土矿渣元件)的目标处理范围进行比较。
在一些实施方案中，来自系统的水物流出物包括至少6至不大于9的pH。
在一些实施方案中，厌氧沉降和处理罐的水力停留时间为至少0.25天；至少0.50天；至少0.75天；至少1天；至少1.25天；至少1.5天；至少1.75天；或至少2天。
在一些实施方案中，厌氧沉降和处理罐的水力停留时间为：不大于0.25天；不大于0.50天；不大于0.75天；不大于1天；不大于1.25天；不大于1.5天；不大于1.75天；或不大于2天。
在一些实施方案中，废水在工程湿地中的水力停留时间是：至少0.25天；至少0.50天；至少0.75天；至少1天；至少1.25天；至少1.5天；至少1.75天；至少2天；至少2.25天，至少2.5天，至少2.75天，至少3天，至少3.25天，至少3.5天，至少3.75天，或至少4天。
在一些实施方案中，废水在工程湿地中的水力停留时间是：不大于0.25天；不大于0.50天；不大于0.75天；不大于1天；不大于1.25天；不大于1.5天；不大于1.75天；不大于2天；不大于2.25天，不大于2.5天，不大于2.75天，不大于3天，不大于3.25天，不大于3.5天，不大于3.75天，或不大于4天。
在一些实施方案中，废水在铝土矿渣元件中的水力停留时间是：至少30分钟；至少1小时，至少2小时；至少4小时；至少6小时；至少8小时；至少10小时；或至少12小时。
在一些实施方案中，废水在铝土矿渣元件中的水力停留时间是：不大于30分钟；不大于1小时，不大于2小时；不大于4小时；不大于6小时；不大于8小时；不大于10小时；或不大于12小时。
在一些实施方案中，废水在系统中的水力停留时间为至少约3至约8天。在一些实施方案中，废水在系统中的水力停留时间为至少121/2小时至61/2天。
在一些实施方案中，废水的水力停留时间是：至少121/2小时；至少18小时；至少24小时；至少30小时；至少36小时；至少40小时；至少48小时；至少52小时；至少56小时；至少60小时；至少64小时；或至少72小时。
在一些实施方案中，废水的水力停留时间是：不大于121/2小时；不大于18小时；不大于24小时；不大于30小时；不大于36小时；不大于40小时；不大于48小时；不大于52小时；不大于56小时；不大于60小时；不大于64小时；或不大于72小时。
在一个实施方案中，第一区域(例如厌氧沉降/处理罐)除去至少约50％至不大于90％的BOD/COD/TSS。对于这个实施方案，在第二区域中(例如，曝气的湿地(一个或多个))，任何剩余的可生物降解有机物被除去高达约99％。此外，通过这个第二区域，高达99％的氨是可除去的，因为设置该第二区域来将氨转化成硝酸盐，并且通过调节空气流动/曝气(和/或补充的有机物)将硝酸盐转化成氮气。在一些实施方案中，通过在介质中的植物生长来吸收硝酸盐。进一步地，在第三区域(例如，混合的金属氧化物介质元件)中，将废水精制来进一步除去污染物(例如，磷除去至小于0.1-1ppm，并且残余的氨至小于0.2ppm)，并且被消毒来除去病原体(例如，如通过测量病原体的非限制性实例所显示的：粪便/总大肠菌、大肠杆菌、病毒和水性生物体如贾弟虫)。
在一些实施方案中，捕获包含甲烷的尾气，并用于操作/运行发电机，来为系统泵和/或曝气系统供电。在一些实施方案中，通过由太阳能电池板生产的太阳能产生的电力，来操作泵和/或曝气系统。在一些实施方案中，通过由风力涡轮机生产的风能，来操作泵和/或曝气系统。在一些实施方案中，用来自通过系统的水流的水力，来操作泵和或曝气系统。在一些实施方案中，废水处理系统是零能量系统，不需要外部电源来操作需要电力的组件(例如，曝气系统、泵)。
在一些实施方案中，通过使用如本文中清楚表达的三个区域系统，需要较小的占地空间(例如，规模)的湿地来实现污染物除去。在一些实施方案中，"较小的占地空间"可以通过单位给定表面积的床层中介质的较小的总床层体积来量化。
如本文中使用的，"进口"是指物质进入的位置。在一个实施方案中，废水通过与该区域液体连通的进口进入各个区域。
如本文中使用的，"出口"是指物质出去的位置。在一个实施方案中，废水通过与该区域液体连通的出口离开各个区域。
如本文中使用的，"第一区域"是指最邻近系统进口的区域。在一些实施方案中，第一区域包括至少一个厌氧罐(有时称作沉降和处理罐)。在一个实施方案中，第一区域包括多个厌氧罐。在一个实施方案中，厌氧罐是模块化的(例如，可动的、可互换的)。
如本文中使用的，"厌氧罐"(也称作厌氧沉降/处理罐)是指在厌氧环境中的罐，其中淤泥和/或颗粒从材料沉降，和其中将污染物除去(例如，有机物，包括BOD、COD)。在一些实施方案中，在这个罐中发生厌氧降解。在一些实施方案中，厌氧沉降罐包括厌氧区域。
在一些实施方案中，厌氧沉降罐中没有任何介质。
在一些实施方案中，厌氧罐包括介质。
在一些实施方案中，厌氧罐包括至少一个挡板，该挡板设置来使水流偏转和/或将水引导通过从罐进口到罐出口的水流程。在一些实施方案中，挡板是与罐成一体的。在一些实施方案中，挡板是从罐可调节和/或可拆卸的。
在一些实施方案中，将废水引导通过在罐底部中形成的淤泥(高浓度固体或悬浮固体的区域或面积)。不受特定机制或理论的限制，这被认为改善处理工艺(例如，金属、硝酸盐、磷酸盐、TSS、VSS、COD和BCOD的除去)。在一些实施方案中，设置该厌氧沉降/处理罐，来允许颗粒和淤泥从废水沉降出来(例如，它悬浮在水中)，到罐的底部。
在一些实施方案中，罐包括至少一个排气孔，来将尾气引导出罐和/或维持罐中压力。
在一些实施方案中，罐由无孔材料或具有无孔材料表面涂层的多孔材料构建。
如本文中使用的，"挡板"是指用于将材料流偏转的障碍物。在一些实施方案中，挡板由各种非反应性(不降解)材料构建。在一些实施方案中，挡板包括垂直配置、水平配置、弧形(弓形)配置或倾斜配置。在一些实施方案中，挡板包括倾斜配置(例如，曲棍球棍或双向折弯(dog leg)配置)。在一些实施方案中，挡板是相同配置的。在一些实施方案中，挡板包括不同的配置。在一个或多个实施方案中，挡板的尺寸和形状可以根据需要来改变。
如本文中使用的，"曲棍球棍形状的挡板"是指具有直部和倾斜的下部的挡板。在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板位于最邻近厌氧沉降/处理罐的进口，其中曲棍球棍形状的挡板将废水引导进入罐中。在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板将进入的废水引导通过淤泥区域，即在厌氧罐中具有高浓度淤泥(颗粒状沉降固体)的面积。
在一些实施方案中，当相对于由罐底部产生的平面时，曲棍球棍形状的挡板成锐角。在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板的末端的倾斜角度从大于0度(其中0度表示构件平行于罐的底部表面)至不大于90度(其中90度表示曲棍球棍形状的挡板垂直于罐的底部，或者与挡板主体的其它部分呈直线)。在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板包括在30和80度之间的角度。在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板包括在45和60度之间的角度。
在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板具有以下的角度：至少5度；至少10度；至少15度；至少20度；至少25度；至少30度；至少35度；至少40度；至少45度；至少50度；至少55度；至少60度；至少65度；至少70度；至少75度；至少80度；或至少85度。
在一些实施方案中，曲棍球棍形状的挡板具有以下的角度：不大于5度；不大于10度；不大于15度；不大于20度；不大于25度；不大于30度；不大于35度；不大于40度；不大于45度；不大于50度；不大于55度；不大于60度；不大于65度；不大于70度；不大于75度；不大于80度；或不大于85度。
如本文中使用的，"构件"是指放置在厌氧罐中的物件。在一些实施方案中，构件是位于废水路程中的挡板，使得废水偏转、放缓，并且使固体从废水沉降出来。在一些实施方案中，构件位于曲棍球棍形状的挡板和出口之间，在罐的控制体积中。
在一些实施方案中，当相对于由罐底部产生的平面时，构件成锐角。在一些实施方案中，构件的倾斜角度从大于0度(其中0度表示构件平行于罐的底部表面)至不大于90度(其中90度表构件垂直于罐的底部)。在一些实施方案中，构件包括在30和80度之间的角度。在一些实施方案中，构件包括在45和60度之间的角度。
在一些实施方案中，构件具有以下的角度：至少5度；至少10度；至少15度；至少20度；至少25度；至少30度；至少35度；至少40度；至少45度；至少50度；至少55度；至少60度；至少65度；至少70度；至少75度；至少80度；或至少85度。
在一些实施方案中，构件具有以下的角度：不大于5度；不大于10度；不大于15度；不大于20度；不大于25度；不大于30度；不大于35度；不大于40度；不大于45度；不大于50度；不大于55度；不大于60度；不大于65度；不大于70度；不大于75度；不大于80度；或不大于85度。
在一些实施方案中，厌氧罐包括至少一个构件。在一些实施方案中，厌氧罐包括几个彼此隔开的构件。在一些实施方案中，构件是使水流偏转的挡板(例如，来防止在厌氧罐中的短路和/或死区，和/或来改善混合)。
在一些实施方案中，构件以与曲棍球棍形状的挡板下部倾斜相同的方式倾斜。在一些实施方案中，构件包括与曲棍球棍形状的挡板不同的角度。在一些实施方案中，构件包括相同的倾斜配置(例如，相对于罐的底部)。在一些实施方案中，构件包括彼此不同的角度(例如，相对于罐的底部)。在一些实施方案中，构件彼此等距间隔。在一些实施方案中，构件彼此间隔不同的距离(例如，在构件1和构件2之间的距离不同于在构件2和构件3之间的距离，其中构件1-3顺续地且彼此邻近地位于厌氧罐的进口和出口之间)。
如本文中使用的，"沉降促进器"(有时称作棱柱挡板或角挡板)是指设置来促进固体从废水物流沉降的挡板。在一些实施方案中，设置沉降促进器来使废水向罐的中心偏转(例如，促进固体的混合和沉降)。在一些实施方案中，沉降促进器是侧壁的不连续部分，从侧壁向外朝罐内部倾斜。在一些实施方案中，沉降促进器是连接到最邻近出口的侧壁的挡板。
在一些实施方案中，沉降促进器成锐角，当相对于由罐底部产生的平面时。在一些实施方案中，沉降促进器的倾斜角度从大于0度(其中0度表示构件平行于罐的底部表面)至不大于90度(其中90度表示沉降促进器垂直于罐的底部)。在一些实施方案中，沉降促进器包括在30和80度之间的角度。在一些实施方案中，沉降促进器包括在45和60度之间的角度。
在一些实施方案中，沉降促进器具有以下的角度：至少5度；至少10度；至少15度；至少20度；至少25度；至少30度；至少35度；至少40度；至少45度；至少50度；至少55度；至少60度；至少65度；至少70度；至少75度；至少80度；或至少85度。
在一些实施方案中，沉降促进器具有以下的角度：不大于5度；不大于10度；不大于15度；不大于20度；不大于25度；不大于30度；不大于35度；不大于40度；不大于45度；不大于50度；不大于55度；不大于60度；不大于65度；不大于70度；不大于75度；不大于80度；或不大于85度。
如本文中使用的，"混合区域"是指厌氧沉降和处理罐的上部区域，通常位于固体区域以上，其中固体区域包括高浓度的固体。在一些实施方案中，将废水引导或偏转至混合区域，以促进废水物流的有机物质和无机物质与位于罐中的微生物接触(例如，使反应/接触时间最大化)。
如本文中使用的，"固体区域"是指厌氧沉降罐的下部，其中当废水穿过罐时，固体、有机物质和无机物质通常从废水沉降出来和/或絮凝。
如本文中使用的，"第二区域"是指在第一区域和第三区域之间的区域。在一些实施方案中，第二区域包括至少一个工程湿地。在一些实施方案中，第二区域包括多个工程湿地。在一些实施方案中，工程湿地是模块化的(例如，可动的、可互换的元件)。
如本文中使用的，"工程湿地"是指非天然存在的湿地。在一些实施方案中，工程湿地包括非渗透性的隔层(内衬)，该隔层(内衬)将介质保持在其中。在一些实施方案中，工程湿地包括罐。在一些实施方案中，工程湿地包括便携的罐(例如，模块)。在一些实施方案中，湿地包括与湿地主体液体连通的进口和出口。在一些实施方案中，湿地包括曝气系统，该曝气系统设置来为存在于湿地中的水提供曝气。在一些实施方案中，该湿地是水平地下流动湿地。在一些实施方案中，湿地保持介质。在一些实施方案中，湿地支撑在湿地中生长和/或根植于保持在湿地中的介质中的植被。
如本文中使用的，"曝气"是指引导(例如，循环)空气通过物质的方法。在一些实施方案中，湿地元件包括向存在于湿地中的水提供空气(包括氧气或溶解氧)的曝气。在一些实施方案中，曝气包括将氧气鼓泡到水中。在一些实施方案中，曝气包括将包括氧气(与氮气和二氧化碳一起)的空气鼓泡到水中。
如本文中使用的，"曝气系统"是指用于在物料中产生曝气的系统。在一些实施方案中，在废水离开第一区域之后并且在它进入第二区域之前(例如，在导管/第一区域出口到第二区域进口处)，曝气系统将废水曝气。在一些实施方案中，当废水穿过第二区域或部分第二区域时，曝气系统将废水曝气。
在一些实施方案中，曝气系统包括下列组件：泵、计量器、进口、出口(例如，在湿地中)和导管(来将来自泵的空气引导通过进口至出口)。在一些实施方案中，出口包括导管的开口端。在一些实施方案中，出口包括允许空气从中鼓泡通过的多个穿孔。在一些实施方案中，出口设置有分散器，设置分散器来将大的气泡分散成较小的气泡。在一些实施方案中，曝气是可调节的(例如，大气泡、小气泡)，使得在组件的部分或全部中的曝气设置以从组件的一个部分(例如，工程湿地)到组件的另一部分增加、减少或改变。
在一些实施方案中，位于湿地内部的曝气系统的组件(例如，导管、出口)被称作曝气装置。在一些实施方案中，曝气装置位于湿地的进口。在一些实施方案中，曝气装置位于最邻近湿地的一部分。在一些实施方案中，曝气装置位于整个湿地。在一些实施方案中，曝气系统位于沿着湿地底部。在一些实施方案中，曝气装置位于最邻近湿地的出口。
如本文中使用的，"介质"是指具有表面积的物质。在一些实施方案中，湿地包括介质(例如，保持在湿地内部的介质)，来提供用于植被扎根的面积。在一些实施方案中，在湿地内部的介质提供用于细菌粘附的表面积和/或用于细菌生活的栖息地。介质的一些非限制性实例包括：聚集体(例如岩石)、砂、熔岩岩石、陶瓷(例如珠粒)、塑料(例如BioRingsTM)、聚合物、堆肥、腐土等。进一步地，要指出的是，根据本公开的一个或多个实施例，介质的尺寸和形状是可变的，以便提供每单位体积物料所期望的介质表面积。
如本文中使用的，"第三区域"是指最邻近于系统出口的区域。在一些实施方案中，第三区域包括至少一个其中有铝土矿渣的元件。在一些实施方案中，第三区域包括多个铝土矿渣元件。在一些个实施方案中，铝土矿渣元件是模块化的(例如，可调整的、可活动的、可互换的)。
如本文中使用的，"混合金属氧化物介质"是指包括两种或多种金属氧化物的介质。混合金属氧化物介质的一个非限制性实例是铝土矿渣。
如本文中使用的，"铝土矿渣元件"是指其中有铝土矿渣介质的元件。在一些实施方案中，废水以以下方式流过该元件：下流(例如，重力)、上流(例如，反重力)、基本上水平流动或它们的组合。在一些实施方案中，该元件由无孔材料或具有无孔涂层的多孔材料构建，来将废水保持其中。在一些实施方案中，设置铝土矿渣元件以作为过滤器操作来从废水物流除去污染物。
不受特定机制或理论的限制，据信铝土矿渣元件通过包括以下的一种或多种机制来除去污染物：过滤、沉淀、吸附、吸收、离子交换、硝化、氧化、化学降解和自由基还原。
如本文中使用的，"铝土矿渣"是指颗粒状碱性粘土。铝土矿渣其中包括多种金属和金属氧化物。作为非限制性实例，粗的碱性粘土包括由于中和已经变换/改变的碱性黏土(例如，长时间暴露于大气中的二氧化碳和/或与人为的二氧化碳接触，结果是通常无排出液体，并且与其原始碱性形式相比更加中性)。
如本文中使用的，"ZVI"是指零价铁(例如，铁金属)。ZVI的一些非限制性实例包括：铁屑、铁球、铁颗粒、铁纤维等等。
在一些实施方案中，元件包括一定比例的铝土矿渣和零价铁(ZVI)。
在一些实施方案中，ZVI按以下量存在：不大于约15wt.％；不大于约13wt.％；不大于约11wt.％；不大于约10wt.％；不大于约7wt.％；不大于约5wt.％；不大于约3wt.％；不大于约2.5wt.％；不大于约1wt.％；或者不大于约0.5wt.％。在一些实施方案中，ZVI按以下量存在：至少约15wt.％；至少约13wt.％；至少约11wt.％；至少约10wt.％；至少约7wt.％；至少约5wt.％；至少约3wt.％；至少约2.5wt.％；至少约1wt.％；或至少约0.5wt.％。
在一些实施方案中，将铝土矿渣和ZVI混合，来掺混介质。在一些实施方案中，将BR和ZVI混合，来彻底将ZVI分散到BR中。在一些实施方案中，将组合/混合的BR和ZVI颗粒化，来提供粒化的介质。
不受特定机制或理论所限制，据信通过消除由于ZVI包的降解(生锈)引起的潜在堵塞，粒化的介质可提供改进的穿过元件的水力传导率。
如本文中使用的，"模块"是指独立的组件，它可以作为单元安装。在一些实施方案中，铝土矿渣元件包括模块，它包括其中含有(例如，完全包封)介质的外部侧壁。在一些实施方案中，厌氧罐包括模块。在一些实施方案中，工程湿地包括模块(例如，罐湿地)。
如本文中使用的，"病原体"是指致病剂。病原体的一些非限制性实例包括：细菌(例如，由粪便大肠菌、大肠杆菌、粪便链球菌所表示的)、原生虫(例如，贾弟虫和隐孢子虫)和微生物。
如本文中使用的，"细菌"是指单细胞或非细胞的球状或螺旋状或杆状生物体(缺乏叶绿素)，它们通过分裂来繁殖。
如本文中使用的，"厌氧区域"是指具有支持厌氧细菌能力的区域。
如本文中使用的，"好氧区域"是指具有支持好氧细菌能力的区域。
如本文中使用的，"缺氧区域"是指具有支持微需氧细菌能力的区域。
如本文中使用的，"废水"是指其中具有杂质和/或污染物的水。在一些实施方案中，废水包括：生活废水、工业(或工艺)废水、雨水(例如，径流)和/或它们的组合。作为一些非限制性实例，本公开一个或多个实施方案处理的废水可以包括下列污染物/杂质：病毒、细菌、原生虫、藻类、油、脂、药物、个人护理产品、氨、磷、重金属(例如砷、汞、铬)等。
如本文中使用的，"净化水"是指满足由各政府和/或管理部门设置的规章所设定的纯度界限的水。在一些实施方案中，本公开系统和方法将废水转化成净化水。在一些实施方案中，将净化的废水排放至储存罐用于重复利用(循环)。在一些实施方案中，将净化的废水排放到排水场、进入水体中或者用于灌溉的目的。
如本文中使用的，"溶解氧"(也称作DO)是指溶解在水中的氧量，以ppm计量。对于废水物流的氧饱和度取决于废水的温度。
如本文中使用的，"介质的平均粒度"是指介质的平均粒度。
如本文中使用的，"介质的平均粒径"是指圆形/球形介质的平均直径。
如本文中使用的，"水力传导率"是指当经受水力梯度时，饱和材料传送水的能力的定量测量。作为非限制性实例，水力传导率是饱和材料的孔允许水移动的容易性。在一些实施方案中，水力传导率是材料或材料混合物的函数，并且涉及材料的渗透性特性(例如，材料/介质的粒度)。在一些实施方案中，水力传导率是穿过介质/元件的速度和压降的函数。
如本文中使用的，"水力梯度"是指每单位距离的总水压头的差值。
如本文中使用的，"水力负荷率"是指加到基材(介质)上的废水负荷的比率，并且这个比率可以根据介质粒度和/或要除去的污染物而改变。如本文中使用的，"表面溢流率"是指作为处理罐表面积(m2)的函数的每小时水的体积流动(m3/h)，使得表面溢出率以m/h计量。
如本文中使用的，"水力保持时间"是指水移动穿过材料体积所消耗的时间量。
如本文中使用的，"场地持水量"(或原位水分含量)是指颗粒材料可以保持住多少水分。
如本文中使用的，"区域的pH"是指在区域(例如，第一区域、第二区域或第三区域)中水的平均pH。在一些实施方案中，在废水处理系统中的pH在约4和约11之间。在一些实施方案中，流出物的pH为6至不大于9。
在上文中所述的本发明的各个方面可以被组合以得到废水处理系统或使用该系统的方法，来从废水物流除去污染物和杂质。
在随后的描述中部分地提出了本发明的这些或其它方面、益处和新颖的特征，在检测以下描述和附图下，它们对于本领域技术人员将变成显而易见的，或者它们可以通过实践本发明来学习。
附图说明
图1描绘了本公开废水处理系统的一个实施方案的流程图。
图2A描绘了本公开第二区域或工程湿地的一个实施方案的俯视图。
图2B描绘了图2A的工程湿地的侧视图。
图2C描绘了图2B的工程湿地的放大剖面侧视图。
图3A描绘了可用于本公开第二区域的一个实施方案的穿孔曝气管的实施方案。
图3B描绘了工程湿地的曝气系统的实施方案，包括通过格栅(例如格栅支架)锚定的几个曝气管。
图4描绘了在本公开废水处理系统的第二区域中的曝气系统的一部分的实施方案的剖面透视图。
图5描绘了在图4中描绘的实施方案的放大剖面透视图。
图6A-6C描绘了在图5中描绘的曝气系统的部分的各种透视侧视图。
图7A描绘了本公开第三区域(例如，铝土矿渣元件)的实施方案。
图7B描绘了图7A的第三区域(例如，铝土矿渣元件)的底部的实施方案的剖面侧视图。
图8描绘了本公开第三区域的实施方案的俯视图，包括多个铝土矿渣元件，它们彼此平行设置和连接来接收废水并分散净化的水。
图9描绘了本公开系统的一个实施方案的俯视图。
图10描绘了在图9中描绘的废水处理系统的实施方案的剖面侧视图。
图11A描绘了本公开厌氧沉降罐的实施方案的剖面侧视图(例如，参考实施例部分中的罐3)
图11B到11G描绘了本公开厌氧沉降和处理罐的挡板配置的替代实施方案。
图11B描绘了曲棍球棍形状的挡板、以与曲棍球棍形状挡板相同方式倾斜的单个构件和沉降促进器(例如，连接至侧壁的角挡板)。
图11C描绘了曲棍球棍形状的挡板、以与曲棍球棍形状的挡板下端相同方式倾斜并且彼此等距离间隔开的两个构件和位于前两个构件之上的第三构件(例如，在"混合区域"中，并且当与罐底部的平面相比时，以钝角方向倾斜)，和是以倾斜方向(例如，锐角)放置的挡板的沉降促进器。
图11D描绘了邻近进口的曲棍球棍形状的挡板，接着是位于相对于罐深度彼此高度不同的两个构件，和连接到侧壁的沉降促进器，当相对于由罐底部生成的平面时，沉降促进器以钝角放置。
图11E描绘了曲棍球棍形状的挡板；具有相对于曲棍球棍形状挡板下部不同角度的非常大的构件(纵向的)，其中构件穿过罐的混合体积相当大的部分；和沉降促进器，它从侧壁以锐角倾斜，具有接近0度角度的顶部。
图11F描绘了曲棍球棍形状的挡板、两个具有角度接近0度的构件(例如，～5度，并且彼此等距隔开)，和位于邻近出口的流出侧壁上的沉降促进器。
图12A描绘了一系列具有不同介质的柱，它们可按照实验的实施例来运行。
图12B描绘了各个柱测量的特征，包括孔隙度、空床接触时间(EMCT)和水力停留时间(HRT)。图13是对于在图12A中描绘的五个不同柱实验在151天跨度下测量的流出粪便大肠菌随时间的图示结果，其中测量的粪便大肠菌是病原体存在/病原体除去的指标。图13显示了在整个研究期间对于每个柱相对时间的流出粪便大肠菌浓度。砂子比照柱表现出消毒性能的滞后，如由在第一六个数据点中高流出浓度所示的(第一虚线的左侧)；剩余柱在中试期间运行得更加一致，未表现出低的除去起始时期。当流量加倍时，(即第二虚线的右侧)，在所有柱中粪便大肠菌流出浓度倾向于轻微增加，因为每个柱的空床接触时间从约624分钟减少到约300分钟。
图14是描绘在各浓度下的平均流出粪便大肠菌的图示结果(例如，所有数据，20mL/min和10mL/min(除去砂子滞后)，其中粪便大肠菌数值是对于病原体污染物的指标。
图15描绘了对于图12A的不同介质柱的病原体平均除去率％(如由粪便大肠菌表示的)。砂子具有平均83.1％的病原体除去率；铝土矿渣具有平均94.2％的病原体除去率；铝土矿渣+2.5wt.％零价铁具有94.5％的病原体除去率；堆肥+砂子+2.5wt.％ZVI具有平均94.9％的病原体除去率；和堆肥+铝土矿渣+2.5wt.％ZVI具有平均99.1％的病原体除去率。
图16描绘在三个不同柱中病原体除去率(由粪便大肠菌除去率(％)表示)的图线，显示：有粒化的BR+2.5wt.％ZVI的柱具有78.52％的除去率；有铝土矿渣的柱具有77.97％的除去率；和有铝土矿渣+2.5wt.％ZVI的柱具有80.52％的除去率。
图17描绘了本公开铝土矿渣模块的剖面侧视图的示意图。
图18描绘了具有本公开挡板配置的厌氧罐与具有传统挡板配置的罐相比的计算流体动力学，其中虚线表示通过罐的水速度分布，描述了通过罐的水的移动以及死区或静态区域。
具体实施方式
本公开提供有效地处理废水物流的系统和方法，来将水消毒，并从水除去其它污染物。除了微生物外，污染物的除去可以包括氨、可生物降解的有机物(例如，BOD、CBOD)、TSS、VSS、油、脂、磷、金属、药物和个人护理产品的除去。现在将详细地参考附图，这至少有助于说明本发明的各个相关实施方案。
参考图1，描绘了本公开废水处理系统10的实施方案的示意图。系统10描绘了进口12、出口14和第一区域40、第二区域60和第三区域100，它们彼此液体连通，如通过区域之间的箭头所示。通过进口12，将废水26引导进入系统。
然后，废水26从进口12穿行至第一区域40，第一区域40是至少一个厌氧沉降和处理罐42。设置厌氧沉降/处理罐42，来从废水除去颗粒物和淤泥，并且除去/减少可生物降解有机物。紧接着，废水26从第一区域40的出口58引导至第二区域60(它是至少一个工程湿地62)的进口66。
工程湿地62包括介质68和保持在湿地中和/或扎根于介质68中的植被(种植物)70。并且，通过与工程湿地62经由导管84连通的曝气系统90，将工程湿地62曝气。在一些实施方案中，设置工程湿地62，来从有机物进料室78(如在图9中描绘的)接收有机物(例如，甲醇、木屑、糖蜜等)。在一些实施方案中，有机物进料室78适合于与工程湿地62液体连通(参见，例如图9、10)。在第二区域60中，将废水62消毒，并且从中除去污染物。然后，通过出口74将废水26引导离开第二区域60，并且通过进口114进入第三区域100。
第三区域100包括至少一个铝土矿渣元件102。铝土矿渣元件102在其中包括介质108。在一些实施方案中，介质108包括铝土矿渣。在一些实施方案中，介质基本上由铝土矿渣组成。在一些实施方案中，介质108以特定重量比包括铝土矿渣和ZVI。在一些实施方案中，介质108包括铝土矿渣和ZVI的混合物。
在一些实施方案中，在铝土矿渣元件102中，将废水26消毒，并且处理来除去污染物(如果存在的话)，作为非限制性实例，污染物包括：氨、磷、重金属、药物和个人护理产品。然后，通过出口116将净化水引导排出铝土矿渣元件102。净化水然后通过出口14排出系统10。在一些实施方案中，铝土矿渣元件102的出口116与废水处理系统的出口14相同。
图2A至3B涉及第二区域60、至少一个工程湿地62的实施方案。参考图2A-2C，废水26通过进口66进入湿地62，并且由通过导管84引入工程湿地的空气来曝气，导管84沿着容器64的底部设置。当废水26保持在湿地62中并穿过时，通过来自导管84的空气将它曝气，并且将它引导通过介质68和扎根于介质68中的植物的植物根部。
参考曝气系统90，导管84沿着湿地62的底部设置，并且设置有多个穿孔，来将空气分配到废水26中。分散器88覆盖导管84中的穿孔，并且设置来将气态空气分散到废水26中。格栅76(包括格栅和支架)支撑导管84，来防止介质68挤压导管84。图3A显示其中具有穿孔86的导管84的弯曲部分的放大。图3B描绘通过格栅76锚定到容器64底部的导管84的部分。
参考图4-6C，描绘了工程湿地62的另一实施方案。如在图4和5中所示，容器64的配置，进口66和出口74相似，而曝气系统90(包括导管84和分散器88)是不同的配置。这里，导管84引导穿过容器64的顶部，具有保持在二次管线92中的单独曝气管线。二次管线92通过塞子94连接至导管84，来防止水流进二次管线92和导管84。在一些实施方案中，导管84是可移动的，和/或曝气进入的空气供给/水平是可变的，来调节在湿地中的曝气量。图6A、6B和6C各自描绘了来自导管84的下行(drop down)曝气管线的放大透视图。
图7A和7B描绘了第三区域的实施方案，包括至少一个铝土矿渣元件102。参考图7A和7B，描绘了模块化的铝土矿渣元件。在一些实施方案中，模块的侧壁完全包封铝土矿渣元件102的内部空间，其中容纳了介质108。通过与内部空间液体连通的进口和出口，将废水26引导进入和离开元件102。在一些实施方案中，元件102安装有支架(例如，在各个侧面上)，来使得模块可以移动/调节。在一些实施方案中，支架包括轮子、轮子和导轨配置、支座(例如，它允许提升来移动/移开元件102)及它们的组合。参考图7A，铝土矿渣元件102包括朝向元件102底部的分配板(例如，挡板)110，其中各个分配板110中包括穿孔112，来允许废水26从中流过。在一些实施方案中，当废水通过进口114进入铝土矿渣元件时，设置分配板来分散废水。在一些实施方案中，分配板彼此错开，使得穿孔不排成一直线。图7B描绘了在元件102容器104底座的进口114，说明这个实施方案用于上流模式(例如，反重力)。在图7B中还描绘了连接端口122，设置它来允许铝土矿渣元件模块从进口114和出口116快速连接/断开(例如，使得另一个模块可以替换它)。
参考图8，在支架118顶部上彼此平行地设置多个铝土矿渣元件102，使得废水26能够从各个模块底座的进口114进料(参见，例如图7B)。进一步地，描绘了泵120，用于以上流模式泵送废水26。一旦水被净化，它通过导管排出元件102，并且引导至铝土矿渣元件/模块系统的第三区域的出口116。
不受特定机制或理论的限制，厌氧沉降罐(例如化粪罐)的作用被认为是通过在罐淤泥中含有的厌氧细菌来分解/除去有机物。悬浮固体、有机和无机固体的沉降物，在这个第一区域中被除去。
不受特定机制或理论的限制，据信工程湿地A的作用是用于使用好氧细菌进一步除去BOD(例如，将湿地曝气)，和通过好氧细菌来提供硝化作用(将氨转化成硝酸盐)。不受特定机制或理论的限制，处理的工程湿地部分的作用被认为是除去BOD、硝化作用/反硝化作用和从废水进一步的TSS除去。
实施例1：废水处理系统的实施例
参考图9和10，描绘了废水处理系统的实施方案的示意图。这个示意图作为用于这个实施例的中试来构造和操作。在各个罐(显示了三个)中，设计HRT在流入流量下是0.25至1天。
在各个罐中，存在上流区域和下流区域。各个罐含有三个室(由之后是上流部分的下流部分组成的1室)。分开的室和挡板引导水的流动，允许在废水与淤泥(即位于邻近罐底部的高浓度淤泥区域)中的厌氧细菌之间更好的接触。调整上流室尺寸，使得在1gpm流入流量下，上流速度为0.25m/h。
罐1&2各自含有挡板配置，它是"曲棍球棍"设计(即两个挡板，各自具有基本直的部分，各自直的部分在其末端具有倾斜部分)。罐1&2通过管路串联，使得来自罐1的流出物是向罐2的流入物，测试总共6个室的除去效率。
参考图11，描绘了罐3，它包括：包括曲棍球棍形状挡板、三个构件(叶片挡板)和沉降促进器(例如，位于紧靠出口的侧壁上)的挡板配置。挡板配置基于计算机模拟实验(例如，参见实施例5)。这个罐具有三种不同类型的挡板，它们配合成一个配置。悬浮挡板最靠近进口，并且设置它来将下流与上流部分分开。悬浮挡板包括曲棍球棍形状，具有直的部分(例如，一般垂直的，垂直于罐的底部)和弯曲的底部。和存在三个分开的构件，设置它们来作为导向叶片挡板。构件将水路引导向下，以促进在罐中固体沉降和水混合(例如，防止短路)。紧接着，存在沉降促进器(例如，棱柱形挡板)，设置它来提高整个罐的物流密度。设置沉降促进器，来将水流引导至上流室的中心(例如，以统一的方式)。这个挡板设计在图11中更详细地描绘。
参考图9和10，各个工程湿地罐含有不同的介质，其中在各个湿地内的介质深度约为四英尺深。和设置各个工程湿地，以接受来自曝气系统(或它的部分)的曝气，曝气系统在介质之下(下面)向工程湿地的底部延展。各个湿地包括两种曝气系统：水族箱管道基曝气系统和分散器管道基曝气系统。各个工程湿地被设计成在正常运行条件下1天HRT。
工程湿地1A包括细长环形塑料介质(例如BioRingsTM)(SA＝32ft2/ft3)。工程湿地1A容纳对照水族箱管道曝气系统和十个(10)20英寸长的小气泡分散器。
工程湿地2A包括熔岩岩石(多孔岩石)作为介质，具有1”-2”的平均尺寸。湿地2A包括水族箱管道曝气系统和八段负重的气泡管道，它们各自是69”长。曝气管道包括玻璃纤维格栅，它放在混凝土块上，来防止介质引起曝气管道堵塞。
工程湿地3A包括ASTM 3号石头(聚集体)作为介质，具有1”-2”的平均尺寸。湿地3A含有对照水族箱管道曝气系统和八根负重的气泡管道，它们各自是69”长。曝气管道包括不锈钢金属丝网，它放在混凝土块上，来防止介质引起曝气管道堵塞。
在湿地B中，在这个部分中的各个罐被分成两部分，并且水连续地流过各个部分。第一部分的作用是反硝化作用(即通过厌氧和/或缺氧细菌将硝酸盐转化成氮气)。第一部分包括碳源(例如，糖蜜、甲醇、木片)，来"供给"细菌。第二室的作用是另外的曝气，并且从加入第一室的碳源除去任何残余的BOD。第二室含有用于细菌生长(例如和用于植物、香蒲来扎根)的生长介质，并且被曝气(例如，设置至曝气装置)。
工程湿地1B包括木片作为部分1中的碳源，并且含有BioRings作为部分2中的介质。在部分2中的曝气系统包括水族箱管道和八段负重气泡管道(它们各自是47”长)两者。
工程湿地2B包括岩石作为部分1中的介质。在进入部分1之前，将流入物与作为碳源的水/糖蜜混合物(例如，在低浓度下)(例如，在管线中)混合。工程湿地2B包括部分2中的3号石头介质，并且部分2中的曝气系统包括水族箱管道和九根负重的气泡管道部分(它们各自47”长)两者。不锈钢金属丝网放在混凝土块上，来保护曝气管道(例如，不受介质的重量影响)。不受特定机制或理论的束缚，混合的金属氧化物元件(例如，铝土矿渣元件)被认为是起到提供(如果需要的话)对废水的最终精制(TSS除去)和消毒(病原体除去，如通过粪便大肠菌、大肠杆菌除去所表示的)的作用，形成净化水。该元件将使用两个分开的模块。一个模块包括如从存储设备"收到的"铝土矿渣(例如，碱性粘土)。另一个模块包括粒化形式(例如，粒料)的铝土矿渣+2.5wt.％ZVI。
下表提供通过中试系统获得的数据。
数值以mg/L为单位
数值以mg/L为单位
在一些实施方案中，厌氧沉降/处理罐的水力负荷速率为至少约0.008gal/min/ft2至不大于约0.143gal/min/ft2。
在一些实施方案中，厌氧罐的水力负荷速率是：至少0.01gal/min/ft2；至少0.025gal/min/ft2；至少0.05gal/min/ft2；至少0.075gal/min/ft2；至少0.1gal/min/ft2；至少0.125gal/min/ft2；至少约0.140gal/min/ft2。
在一些实施方案中，厌氧罐的水力负荷率是：不大于0.01gal/min/ft2；不大于0.025gal/min/ft2；不大于0.05gal/min/ft2；不大于0.075gal/min/ft2；不大于0.1gal/min/ft2；不大于0.125gal/min/ft2；不大于约0.140gal/min/ft2。
在一些实施方案中，工程湿地的水力负荷速率是至少约0.002至约0.072gal/min/ft2。
在一些实施方案中，湿地的水力负荷速率是：至少0.002gal/min/ft2；至少0.005gal/min/ft2；至少0.01gal/min/ft2；至少0.03gal/min/ft2；至少0.05gal/min/ft2；或至少0.07gal/min/ft2。
在一些实施方案中，湿地的水力负荷速率是：不大于0.002gal/min/ft2；不大于0.005gal/min/ft2；不大于0.01gal/min/ft2；不大于0.03gal/min/ft2；不大于0.05gal/min/ft2；或不大于0.07gal/min/ft2。
在一些实施方案中，混合金属氧化物介质元件的水力负荷速率是至少约0.011gal/min/ft2至不大于约0.444gal/min/ft2。
在一些实施方案中，BR元件的水力负荷速率是：至少0.05gal/min/ft2；至少0.1gal/min/ft2；至少0.2gal/min/ft2；至少0.3gal/min/ft2；或至少0.4gal/min/ft2。
在一些实施方案中，BR元件的水力负荷速率是：不大于0.05gal/min/ft2；不大于0.1gal/min/ft2；不大于0.2gal/min/ft2；不大于0.3gal/min/ft2；或不大于0.4gal/min/ft2。
在一些实施方案中，水进入系统中的流量为至少约1gpm至约10gpm。在一些实施方案中，水进入系统中的流量为：至少2gpm；至少4gpm；至少6gpm；或至少8gpm。在一些实施方案中，废水进入系统中的流量为不大于2gpm；不大于4gpm；不大于6gpm；或不大于8gpm。
在一些实施方案中，混合金属氧化物元件的水力传导率是至少约0.0009cm/s至不大于约0.19cm/s。
在一些实施方案中，在混合金属氧化物元件中粒化介质的水力传导率是：至少约10-1cm/s至约10-4cm/s。
在一些实施方案中，工程湿地的孔隙度为至少约35％(例如，聚集体)至不大于约95％(例如，塑料介质或中空圆筒形)。
在一些实施方案中，混合金属氧化物介质元件的场地持水量为至少约50％至不大于约60％。
在一些实施方案中，设置厌氧沉降/处理罐来从废水物流除去至少约50％至不大于约99％的BOD/COD。
在一些实施方案中，设置工程湿地，来除去至少约40％至不大于约99.9％的病原体(例如，由粪便大肠菌表示的)。
在一些实施方案中，设置混合金属氧化物介质床层，来除去至少约60％至不大于约100％(即在检出限以下)的病原体(例如，由粪便大肠菌表示的)。
在一些实施方案中，设置混合金属氧化物介质床层，来除去至少约30％至不大于约99％的药物和个人护理产品。
实施例2：柱研究
运行中试，来测试铝土矿渣和ZVI介质消毒性。构建五个柱，每个是30英寸高，直径4英寸。从现有的废水处理系统的前面部分泵送柱流入水(废水通过化粪池系统除去了固体，但是以其它方式经历了有限的(如果有的话)处理)。
各个柱含有不同的介质，包括：砂子(对比)、仅有BR、BR+2.5wt％ZVI；两个柱，BR+2.5wt％ZVI和砂子+2.5wt％ZVI，各自具有堆肥预处理柱，来从流入水除去溶解氧。不受特定理论或机制所限制，据信通过向BR介质加入少量ZVI，将加强废水消毒，而不减少柱的水力传导率(例如，由于铁氧化物在过滤层中的累积)。
构造柱来以上流模式运行。各个柱在底部上含有6.35cm(2.5英寸)的砂子，来保证流入水均匀地分散至整个柱。在放置砂子之后，将76.2cm(30英寸)介质放入柱中。柱的顶部连接至更小的柱，其中用Fischer Scientific Accument AP63pH探针和Hach HQ40d双输入多参数数字仪表LD0101溶解氧/温度探针，来测量pH、溶解氧和温度。在室外设置中将柱从春天到秋天运行151天的时期。
在中试规模的BR和ZVI消毒柱中，BR和ZVI柱比对照(砂子)柱更有效地除去病原体(例如，通过粪便大肠杆菌表示的)。数据显示：含有2.5wt％ZVI的柱比只有BR的柱运行得更好，但是数据分析显示：通过加入ZVI没有实现统计上显著的差异。不受特定机制或理论的限制，因为它始终优于砂子，BR的作用机理被认为是过滤和其它机理的组合；
图12A中说明了在七个(7)柱中运行的五种(5)消毒介质的情况。第一个柱是对照，只含有砂子。第二柱只含有BR。第三种情况由以下组成：含有用过的蘑菇堆肥+2.5wt％ZVI预处理柱，之后是含有砂子+2.5wt％ZVI的柱(即这个情况具有两个串联柱)。第四个柱含有铝土矿渣+2.5wt％ZVI。第五种情况由以下组成：含有用过的蘑菇堆肥+2.5wt％ZVI的预处理柱，之后是含有铝土矿渣+2.5％ZVI的柱(即这个情况具有两个串联柱)。铝土矿渣取自美国德克萨斯的Residue Storage Area。
到所有柱的流量是10mL/min，具有624分钟的空床接触时间；到柱的流量增加至20mL/min，至测试结束，如在图13中显示的。在流量增加之后，空床接触时间减少至约300分钟。水力停留时间随着各种介质的孔隙度而改变，并且从对于有铝土矿渣+ZVI的柱5b的3.8小时变化至对于有用过的蘑菇堆肥+ZVI的柱3a和5a的5.1小时，如在图12B中所示。
粪便大肠菌(FC)浓度是对于中试柱的数据分析的焦点。还监测了其它的参数，包括溶解氧、氧化还原电位、化学需氧量、总有机碳、硝酸盐、氨和磷酸盐。然而，FC浓度显示出与任意这些数据无关。还分析了溶解的三价铁和二价铁在柱流出物中的浓度。然而，大部分的结果低于方法的检出限。
三个月内，来自各个柱的流出物通常被取样两次/周。下表总结了在这个期间用于分析样品的分析方法。在50天之前，通常在柱4(BR+ZVI)处只取一次流入样品，并且假定其它流入物是相同的，因为它们都取自同样的来源；然而，每个柱的流入FC浓度在50天时开始，在各个柱流入物中取出各自的粪便大肠菌样品。对于接着的两个半月，柱每周取样一次，用于流入和流出FC浓度。
测量的中试研究参数和使用的分析方法
下图13显示了在整个研究期间，对于每个柱相对时间的流出FC浓度。在第一个6周监测期间，在每个柱取出流出样品，但是在流入物只取一个样品，并且假定对于所有柱都是一样的。在4周后，在每个柱的流入物和流出物取样品，并且发现柱之间的FC浓度不同。因为在实验持续期间没有对每个柱的流入浓度取样，流出FC浓度是数据分析的焦点，虽然检测了平均的除去百分比。平均的FC流入浓度约为5000CFU/100mL。砂子对照柱在性能上表现出滞后(lag)，如在图13中所示；剩余的柱在中试过程中运行得更加一致。当流量加倍时(如在图上垂直虚线所表示的)，FC流出浓度倾向于轻微增加，因为每个柱的空床接触时间从约600分钟减少到约300分钟。
下图14中最左侧的条显示了各个柱在中试研究过程期间平均的流出浓度。具有堆肥预处理步骤的由两个串联柱组成的柱被认为是单个实体，流入物作为到"A"堆肥柱的流入物，并且流出物作为来自"B"砂子、BR或ZVI介质柱的流出物。FC浓度的方法检出限是10CFU/100mL，和低于检出限的结果被记录为<10；在下面分析中，记录为<10的任意数值被假定为5CFU/100mL。
观察所有数据，对照砂子柱具有最高的平均FC流出物；这个高浓度可能是因为砂子柱在性能中表现出几周的滞后，如在图13中所示。具有堆肥预处理的柱比单一柱表现得稍好，很可能是因为它们具有为单一柱约两倍的水力停留时间。对于具有堆肥预处理的柱，大部分数据低于检出限。
BR+2.5％ZVI柱具有比仅有BR的柱更低的流出浓度；和具有堆肥预处理的BR+2.5％ZVI柱具有比具有堆肥预处理的砂子+2.5％ZVI柱更低的流出浓度；这些结果表明：BR与砂子相比不仅改进消毒，而且加入ZVI看来增强了BR消毒。
参考图14，图线描绘了平均病原体流出浓度(通过粪便大肠菌表示，其中流入的平均值为5030CFU/100mL)。
在图14中各个柱的中间条表示平均FC流出浓度，除去来自砂子柱起始时期和20mL/min流量期间的数据。将来自监测的第一个30天(典型的砂子过滤起始时期)和监测的最后42天的数据从该组中除去。即使算上砂子柱起始时期，所有的柱表现出更低的平均流出FC浓度。
图14中最右侧的条显示出仅将来自监测的最后42天、20mL/min期间的数据除去的平均流出FC浓度。中间柱表明：含有砂子的柱受到起始时期的影响，具有比红色条更高的流出浓度。当包括和不包括来自起始时期的数据时，不含砂子的柱表现得几乎相同。有堆肥预处理的BR+2.5％ZVI柱看上去不遵照这个趋势；然而，大部分数据点是在检出限处或低于检出限，除了一个可能偏离结果的高的值外。
图15是描绘对测试的五个不同柱的病原体平均除去百分比(例如，由粪便大肠菌表示的)的图线。对于这个数据，在每个柱上测量流入和流出FC浓度，并且除去来自监测的第一个6周的数据。FC除去百分比被测量为(CFUinf-CFUeff)/CFUinf。在平均值以下的两个标准偏差以下的任何数据点以及在零以下(表明流出FC浓度高于流入的)的任何数据点被认为是异常值或不可靠数据。低于检出限的报道数据(＜10CFU/100mL)被假定为5，因此，平均百分比没有偏离得高或低。
如同平均流出浓度，平均除去百分比显示出所有的处理柱都表现得比砂子更好，和具有堆肥预处理步骤的柱表现得比没有另外停留时间的柱更好。具有BR+2.5％ZVI的柱表现得比仅有BR的柱稍微好些，和具有堆肥预处理的BR+2.5％ZVI的柱表现得比所有其它处理柱更好。
因为据信由于实验误差，对于大部分研究的流入浓度的可靠数据是不可获得的，流出FC浓度是在统计分析中唯一要考虑的。在BR/ZVI柱试验中，在90％置信水平下，所有处理柱表现得比砂子在统计学上显著地更好；即使在砂子柱发展它的生物消毒层期间的"起始期间"之后，在86％的置信水平下，所有的处理柱表现得比砂子在统计学上显著更好。
不受特定机制或理论的限制，过滤仍然被认为在铝土矿渣元件起到消毒作用。在柱实验中的数据显示出BR比砂子中看到的简单粒状过滤机制更有效地除去FC。这些结果显示出，除了粒状过滤之外，其它机制在通过BR的消毒中起作用。
实施例3：介质粒化试验
为了将有2.5wt.％ZVI的BR+粒化，首先将BR干燥，以除去BR过多的含水量(例如，25-30％含水量，以如收到的形式)。一旦干燥，将BR和ZVI两者都研磨成粉末(例如，细粉)，通过锥形磨来完成(例如，它将组分研磨并混合)。一旦介质被研磨并掺混，向混合物加入水(例如，作为粘合剂)。将介质与粘合剂在Simpson混合器中混合，直至介质形成球/粒料。使粒化的介质风干。改变粒料的平均尺寸。D25是3/8”。粒化的BR/ZVI材料的D50为0.187in(标准US筛目尺寸4)。
在一些实施方案中，粒化介质(BR+ZVI)为约1/20英寸至约3英寸。
实施例4：粒化与未粒化介质的对比
进行柱实验来比较粒化的和未加工的(未粒化的)BR的病原体除去率(例如，通过粪便大肠菌除去率表示的)。三个柱被测试和包括以下介质：粒化的有2.5wt％ZVI的BR，与2.5wt％ZVI手动混合的BR，以及只有BR。每个柱具有4小时的HRT。柱吸入143CFU/100mL的平均粪便大肠菌浓度的流入物。在仅有BR的柱开始运行37天之前，并且在与2.5wt％ZVI手工混合的BR的101天之前，粒化的有2.5wt％ZVI的BR开始运行；约每周从各个柱收集样品。
使用标准方法9222D，对流入和流出样品分析粪便大肠菌浓度，；通过Microbac(认证的外部实验室)分析样品。分析数据的除去百分比，Cinf-Ceff/Cinf。这个数据组包括每个柱9个或更少个样品。结果表明：粒化的有2.5wt％ZVI的BR与未加工(未粒化)BR约一样好。
实施例5：计算流体动力学模型
完成各种挡板配置的计算流体动力学(CFD)模型，来理解不同配置的速度分布。在Ansys Fluent Software Version 13.0上完成建模。运行各个模型，假定1gal/min(gpm)流入流量的淡水进入一个室，加上另一室的一半，其中室被描述成二维的室(由60”水深、6”宽的下流部分，和24”宽的上流部分，和下一个室的6”宽下流部分所组成)。各个室包括：一个下流部分(在曲棍球棍形状的挡板之前，来将水流引导向下)和一个上流部分(在曲棍球棍或"悬浮"挡板之后，来将水物流引导向上)。
参考图18，所得模型描绘了在系统中挡板之间的二维速度矢量分布，其中速度分布是穿过室的水速度的表现，并且显示了"死区"或低速/无混合的区域，如果有的话。
参考图18，左侧的模型具有在图11中描绘的挡板配置(例如，曲棍球棍形状挡板和三个隔开的构件(例如叶片挡板))，而右边的模型是传统挡板设计的。所得CFD模型的通过目测观察到的死区在图18各个模型中圈出。与传统挡板配置相比，本公开挡板配置有小得多的"死区"面积。不受特定机制或理论的限制，据信这可归因于与传统系统相比更高的混合度、改进的处理(例如，促进固体停留，无机固体、有机固体的除去)。
虽然已经详细描述了本发明的各种实施方案，明显的是，本领域技术人员会想到那些实施方案的调整和改变。然而，应当清楚理解的是，这种调整和改变在本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种处理废水的方法，包括：
使含有机物的废水物流流过至少一个厌氧沉降和处理罐，所述有机物具有BOD含量、COD含量和TSS含量，其中所述厌氧沉降和处理罐包括：
底部和至少一个侧壁；
与所述罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中所述控制体积设置以保持废水、微生物和固体，其中所述控制体积包括固体区域和混合区域；
其中所述罐进一步包括挡板配置，所述挡板配置充分设计以促进有机物与位于所述罐中的微生物接触和固体区域中固体沉降和促进混合区域中混合，所述挡板配置包括：
挡板，位于邻近流入端和设置以分配到所述罐中的废水流；和
至少一个在所述挡板和流出端壁之间设置的构件，其中设置所述构件以促进废水混合和废水流分布，和
沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置以促进固体在从所述流出端排出之前沉降；
其中，设置所述挡板配置以使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率流过所述罐；和
通过所述挡板配置和表面溢流率在所述厌氧沉降和处理罐中处理废水，来从废水物流除去至少75％的含BOD、COD和TSS的有机物，以提供低有机物废水物流；
使来自所述厌氧沉降处理罐流出物的低有机物废水物流流入工程湿地中，其中所述工程湿地与所述厌氧沉降和处理罐液体连通；
将所述低有机物废水物流曝气，其中将所述低有机物废水曝气足以维持好氧细菌；
在所述工程湿地中处理所述低有机物废水物流，以从所述低有机物废水除去氨至不大于8ppm的含量，其中所述工程湿地包括不大于4天的孔隙水水力停留时间；
将处理后的水物流从所述工程湿地排出。
2.一种处理废水的方法，包括：
使含磷酸盐的废水物流流过至少一个厌氧沉降和处理罐，其中所述厌氧沉降和处理罐包括：
底部和至少一个侧壁；
与所述罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中所述控制体积设置以保持废水、固体和微生物，其中所述控制体积包括固体区域和混合区域；和
包含金属盐的絮凝介质，其中所述絮凝介质设置以促进利用微生物的絮凝和所述罐的固体区域中固体沉降；
其中所述罐进一步包括挡板配置，包括：
挡板，位于邻近流入端和设置以分配到所述罐中的废水流；和
至少一个在所述挡板和流出端壁之间设置的构件，其中设置所述构件以促进废水混合和废水流分布，和
沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置以促进固体在从所述流出端排出之前沉降；
其中，设置所述挡板配置以使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率流过所述罐；和
通过所述挡板配置和表面溢流率在所述厌氧沉降和处理罐中处理废水，来从废水物流降低磷酸盐水平至低于0.5ppm，以提供低磷酸盐废水物流；
使来自所述厌氧沉降处理罐流出物的低磷酸盐废水物流流入工程湿地中，其中所述工程湿地与所述厌氧沉降和处理罐液体连通；
将所述低磷酸盐废水物流曝气，其中将所述低磷酸盐废水曝气足以维持好氧细菌；
在所述工程湿地中处理所述低磷酸盐废水物流，以从低有机物废水除去氨至不大于8ppm的含量，其中所述工程湿地包括不大于4天的孔隙水水力停留时间；
将处理后的水物流从所述工程湿地排出。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步地，其中所述金属盐为Fe盐、Ca盐、Al盐和它们的组合。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步地，其中所述絮凝介质选自颗粒状活性炭、粉状活性炭、粘土颗粒、铝土矿渣、石膏和它们的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉降促进器包括设置到最邻近流出端的侧壁的角挡板。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉降促进器包括沿着至少一个最邻近流出端的侧壁的不连续区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述厌氧沉降罐包括在所述挡板和所述沉降促进器之间彼此隔开的多个构件。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括三个构件，三个构件彼此间隔等距并且在所述罐内占据相同的倾斜位置，其中所述三个构件位于最邻近于所述罐的下端。
9.根据权利要求1所述的方法，其中曝气包括以至少1.1scfm/gpm废水的比率将所述低有机物废水曝气。
10.根据权利要求6所述的方法，其中曝气足以维持所述低有机物废水在给定温度下至少约80％饱和度的溶解氧含量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述工程湿地包括至少约0.25天的孔隙水水力停留时间。
12.根据权利要求1所述的方法，在排放步骤之前，进一步包括：
使来自所述工程湿地的低氮废水物流流入至少一个具有包括铝土矿渣的介质的精制元件的进口，其中所述元件与所述工程湿地液体连通，其中所述精制元件包括设置以在所述元件内包封所述介质的至少一个侧壁、进口和出口，其中设置所述元件以允许所述低氮废水物流通过所述进口和出口从中流过，和
通过所述介质处理所述低氮废水以从所述低氮废水除去至少约30％的病原体；和
使精制的水物流从所述元件的流出物流出。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步地，其中废水的水力停留时间为至少12小时至不大于6天。
14.一种方法，包括：
分析废水物流来确定污染物分布，所述污染物分布包括至少一种污染物；
选择目标净化水物流分布，其中所述净化水物流分布包括在所述污染物分布中存在的污染物量的上限；和
基于所述目标净化水物流分布和所述废水物流的污染物分布，选择多个罐模块，基于所述污染物分布；
基于所述目标净化水物流分布和所述废水物流的污染物分布，选择多个工程湿地模块，基于所述污染物分布；
基于所述目标净化水物流分布和所述废水物流的污染物分布，选择多个铝土矿渣模块，基于所述污染物分布；
设置废水处理系统，其中所述系统包括具有所述多个罐模块的第一区域、包括所述多个工程湿地模块的第二区域和包括所述多个铝土矿渣模块的第三区域，以限定废水流程；
使废水物流流过由所述系统的第一区域、第二区域和第三区域限定的流程；
通过所述系统处理废水以通过所述第一区域、第二区域和第三区域除去污染物；和
排放净化水物流，其中所述净化水物流包括符合目标净化水物流分布的净化水物流分布。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在预定时间量之后，替换所述罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
在处理预定量的废水之后，替换所述罐模块、湿地模块或铝土矿渣模块中的至少一个模块。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括监控所述废水处理系统中的至少一个模块以评价所述模块的效用。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括通过设置到至少一个模块的输送设备来移动所述模块，以允许所述模块的移动性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述输送设备选自轮子、导轨和轮子、多个滚轴、运输带及它们的组合。
20.根据权利要求14所述的方法，通过连接端口如进口和出口连接所述系统中的多个模块。
21.一种处理废水的方法，包括：
使废水物流流过至少一个厌氧沉降和处理罐，其中所述厌氧沉降和处理罐包括：
底部和至少一个侧壁，
与所述罐中的控制体积液体连通的流入端和流出端，其中所述控制体积设置以保持废水；
其中所述罐进一步包括挡板配置，包括：
挡板，位于邻近流入端和设置以分配到所述罐中的废水流；和
至少一个在所述挡板和流出端壁之间设置的构件，其中设置所述构件以促进废水混合和废水流分布，和
沉降促进器，沿着流出端侧壁设置和设置以促进固体在从所述流出端排出之前沉降；
其中，设置所述挡板配置以使废水沿着至少一个预定流程以至少0.25m/h的表面溢流率流过所述罐；和
通过所述挡板配置和表面溢流率在所述厌氧沉降和处理罐中处理废水，来从废水物流除去至少75％的有机物，以提供低有机物废水物流；
使来自所述厌氧沉降处理罐流出物的低有机物废水物流流入工程湿地中，其中所述工程湿地与所述厌氧沉降和处理罐液体连通；
将所述低有机物废水物流曝气，其中将所述低有机物废水曝气足以维持好氧细菌；
在所述工程湿地中处理所述低有机物废水物流，以从所述低有机物废水除去氨至不大于8ppm的含量，以提供低氮废水物流，其中所述工程湿地包括不大于4天的孔隙水水力停留时间；
使来自所述工程湿地的低氮废水物流流入至少一个具有包括铝土矿渣的介质的精制元件的进口，其中所述元件与所述工程湿地液体连通，其中所述精制元件包括设置以在所述元件内包封所述介质的至少一个侧壁、进口和出口，其中设置所述元件以允许低氮废水物流通过所述进口和出口从中流过，和
通过所述介质处理所述低氮废水以从所述低氮废水除去至少约30％的病原体；和
将处理后的水物流从所述工程湿地排出。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步地，其中废水的水力停留时间为至少12.5小时至不大于6.5天。
23.根据权利要求1所述的方法，进一步地，其中所述厌氧沉降和处理罐设置以从废水物流除去包含Zn、Cd、Fe和Mb的金属。
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