生物活性反应器系统和废水处理方法.pdf

一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器具有粗介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。一个或多个浸没式曝气过滤器与一个或多个浸没式脱氮反应器流体串连，该浸没式曝气过滤器包括粗介质颗粒和包括用于氧化有机物的生物需氧微生物的固定生物膜。一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮，深床脱氮过滤器与一个或多个浸没式曝气过滤器流体串连，深床脱氮过滤器包括小于6mm的微细介质颗粒。来自浸没式曝气过滤器的流出物再循环到浸没式脱氮反应器，在其进入深床脱氮过滤器之前进行预脱氮。在该方法中，废水流入物和来自浸没式曝气过滤器的处理后的流出物一起进入浸没式脱氮反应器。

1、  一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：
一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器包括至少定义一个腔室的多个直立墙和底面，腔室包括介质床，介质床包括粗矿物介质颗粒和包含生物缺氧活性微生物的固定生物膜；
与浸没式脱氮反应器流体串连的一个或多个浸没式曝气过滤器，其包括用于氧化有机物的生物需氧微生物；和
一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮，深床脱氮过滤器与浸没式曝气过滤器流体串连。

2、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器的介质床包括直径约为6mm-45mm的介质颗粒。

3、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式曝气过滤器的介质床包括直径约为6mm-45mm的介质颗粒。

4、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，深床脱氮单元的介质床包括微细介质颗粒。

5、  权利要求4的生物活性反应器系统，其中，微细介质颗粒的尺寸小于6mm。

6、  权利要求4的生物活性反应器系统，其中，介质床包括相对均匀的颗粒。

7、  权利要求1的生物活性反应器系统，还包括用于接收废水流入物的预处理单元。

8、  权利要求7的生物活性反应器系统，还包括从深床脱氮过滤器回到预处理单元从而使脏的反冲洗液从深床脱氮过滤器再循环到进入预处理单元的废水流入物中的管线。

9、  权利要求7的生物活性反应器系统，还包括从浸没式曝气过滤器到进入预处理单元的废水流入物中的管线。

10、  权利要求1的生物活性反应器系统，还包括从浸没式曝气过滤器回到浸没式脱氮反应器从而使一部分来自浸没式曝气过滤器的废水流出物回到浸没式脱氮反应器的管线。

11、  权利要求1的生物活性反应器系统，还包括设置在浸没式曝气过滤器和深床脱氮过滤器之间的一个或多个净化单元，以减少从浸没式曝气过滤器流向深床脱氮过滤器的废水中的悬浮固体。

12、  权利要求11的生物活性反应器系统，还包括在一个或多个净化单元和一个或多个浸没式脱氮反应器之间从而使净化后的流出物再循环到浸没式脱氮反应器的管线。

13、  权利要求11的生物活性反应器系统，还包括一个或多个预处理单元和在净化单元和预处理单元之间用于在净化单元和预处理单元之间再循环净化后的流出物的管线。

14、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，一个或多个深床脱氮过滤器包括下流过滤器。

15、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器是上流过滤器。

16、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，浸没式脱氮反应器是下流过滤器。

17、  权利要求1的生物活性反应器系统，其中，生物活性微生物包括异养细菌和自养细菌。

18、  一种浸没式脱氮过滤的方法，其包括：
将废水流入物供入浸没式脱氮反应器，反应器包括至少定义一个腔室的多个直立墙和底面，腔室包括粗矿物介质颗粒和包含生物缺氧活性微生物的固定生物膜；
使流出浸没式脱氮反应器单元的废水物流进入浸没式曝气过滤器；
使剩余的流出物从浸没式曝气过滤器进入用于脱除悬浮固体和脱氮的深床脱氮过滤器。

19、  权利要求18的方法，还包括将来自浸没式曝气过滤器的一部分流出物流再循环回浸没式脱氮反应器。

20、  权利要求18的方法，其中，废水流入物进入浸没式脱氮反应器之前在预处理单元中进行预处理。

21、  权利要求20的方法，其中，将来自深床脱氮过滤器的脏的反冲洗水再循环到预处理单元。

22、  权利要求20的方法，其中，将浸没式曝气过滤器的流出物再循环到预处理单元。

23、  权利要求18的方法，还包括下述步骤：在将流出物送往深床脱氮过滤器之前使浸没式曝气过滤器的流出物进入净化单元，以减少流出物内的悬浮固体。

24、  权利要求23的方法，其中，从净化单元流出的一部分物流再循环到浸没式脱氮反应器。

25、  权利要求23的方法，其中，从净化单元流出的一部分物流再循环到预处理单元。

26、  权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器是上流过滤器。

27、  权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器是下流过滤器。

28、  权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤器的介质床都包括直径约为6mm-45mm的介质颗粒。

29、  权利要求18的方法，其中，深床脱氮过滤器的介质床包括粒度小于6mm的介质。

30、  权利要求18的方法，其中，浸没式曝气过滤器包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有机物、有机和铵氮的有机物，产生NO_X、CO₂和H₂O。

31、  权利要求18的方法，其中，浸没式脱氮反应器用废水流入物中的BOD作为缺氧微生物的有机碳源将NO_X脱氮。

32、  一种用于废水处理的生物活性反应器系统，该系统包括：
一个或多个浸没式脱氮反应器，该反应器包括至少定义一个腔室的多个直立墙和底面，腔室包括介质床，介质床包括粒度范围约为6mm至约45mm的粗介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜；
与一个或多个浸没式脱氮反应器流体串连的一个或多个浸没式曝气过滤器，浸没式曝气过滤器包括粒度范围约为6mm至约45mm的粗介质颗粒和包括用于氧化有机物的生物需氧微生物的固定生物膜；和
一个或多个深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮，深床脱氮过滤器与一个或多个浸没式曝气过滤器流体串连，深床脱氮过滤器包括小于6mm的微细介质颗粒；
预处理单元，用于接收进入浸没式脱氮反应器之前的废水流入物；
从深床脱氮过滤器回到预处理单元从而使脏的反冲洗液从深床脱氮过滤器再循环到进入预处理单元的废水流入物中的管线；
从浸没式曝气过滤器到进入预处理单元的废水流入物中的管线；
从浸没式曝气过滤器回到浸没式脱氮反应器从而使一部分来自浸没式曝气过滤器的废水流出物回到浸没式脱氮反应器的管线；
设置在浸没式曝气过滤器和深床脱氮过滤器之间的一个或多个净化单元，以减少从浸没式曝气过滤器流向深床脱氮过滤器的废水中的悬浮固体；和
在一个或多个净化单元和一个或多个浸没式脱氮反应器之间从而使净化后的流出物再循环到浸没式脱氮反应器的管线。

生物活性反应器系统和废水处理方法
相关申请的交叉引用
这是普通美国专利申请，要求现在已经放弃的2003年11月7日申请的美国临时专利申请60/518,445的优先权。
技术领域
本发明涉及生物活性反应器系统和废水处理方法。更具体地说，本发明涉及一种系统，该系统包括浸没式脱氮反应器(submerged denitrificationreactor)、浸没式曝气过滤器(submerged aerated filter)和深床脱氮过滤器(deepbed denitrification filter)，该系统用于生物处理废水中的污染物。
背景技术
自中世纪以来，废水和污水处理一直在发展。自从出现了城市污水系统，人们就建立了污水厂用于在区域性的基础上处理这些废物。滴滤池是早期改进的废物处理系统。未处理的液体均匀地分布在矿渣、焦炭、碎石和其它大颗粒床的上面。当液体通过床滴落时，因为床介质表面上存在有细菌和其它微生物，所有液体中的有机和含氮材料会发生氧化。在沉降槽中与液体分离而形成固体碎片。污水处理一般需要几个步骤，除去固体和可溶的胶状生化需氧物质(BOD)。最初的处理步骤是除去固体的物理过程。含原污水的废水流经预处理槽，固体在这里重力沉降，形成污泥。
两步法已经公开在多篇文献中。Tymoszezuk的美国专利3853752中公开了一种改进的需氧生物废液处理法，该方法是将活性污泥法与曝气生物过滤器及非曝气生物滤水池相结合。这些滤水池类似于现有的用于处理饮用水的沙滤器。在第一步骤中用污泥浓缩器提取过量的污泥。
授权于Takeishi等人的美国专利500625l中教导了一种处理有机废水的两步法。第一步在第二步之前，第二步使用需氧滤水池，该需氧滤水池使用其中充填有过滤介质的上流型固液分离器。以很高的SS脱除率和很短的时间进行前期SS(悬浮固体)脱除。在第一步中，含SS的有机废水从分离器下部导入固液分离器，该固液分离器中充填有孔隙率至少为70％的过滤介质。从分离器上部将废水排出分离器，以除去废水中的悬浮固体。第二步将第一步的流出物从滤水池上部导入需氧滤水池，需氧滤水池充填有粒状过滤介质，并且从充填有过滤介质的滤水池下部供应含氧气体。流出物从滤水池下部排出滤水池，以需氧处理流出物。
人们已经进行了很多尝试，以在给定的基底面，即过滤器需要的基底面面积上增加过滤器的容量。这对于现在的污水厂特别重要，为了满足不断增长的人口的需要，必须增加其容量，但是不能增加污水厂的拓展面积。过滤器已经倾向于成为柱体，以通过增加过滤器的高度增加过滤器的容量。过滤器的高度受限于过滤器底座所能承受的重量。
因为废物的生物氧化是在过滤介质表面上进行，所以增加介质中颗粒的表面积可以在给定体积的过滤器中处理更多的废物。因此，为了增加颗粒的表面积，要减小介质颗粒的平均粒度。另外，介质颗粒通常由塑料制成，因为人们已经发现这种介质颗粒特别有利。
人们还发现：淹没过滤介质通常能够提高过滤器的效率。经过过滤器的流动可以是向上流动，也可以是向下流动。空气经由淹没的过滤介质床抽出。保证空气出口不堵塞非常重要，否则废物将停止氧化。当使用的小介质(公称直径约小于5mm)固体部分被截留在介质床内时且必须通过反冲洗(backwashing)除去时，将需要昂贵的反冲洗设备，过滤器单元还要停工。较小的介质和截留的颗粒将造成较高的压头损失条件，这将限制处理能力。当通过反冲洗除去固体时，这样的过滤器公知为生物曝气过滤器(BAF)。在这种情况下，一般在该单元后不再需要沉降槽。
如果在过滤器中使用较大的介质，则固体不会截留在床内，然后被过滤器后面的沉降槽所脱除。在不需要反冲洗的情况下，过滤器已知为滴滤池或浸没式曝气过滤器(SAF)。SAF不同于滤水池(滴滤池)，因为介质床被淹没，氧气从底部被压入该系统。授权于Savage的专利4129374教导了用兼性区将废水脱氮的方法和装置。专利4129374涉及废水处理设备，该设备包括与柱状氧化单元结合的兼性区。在兼性区中，BOD被溶解后因为低的溶解氧条件而产生不可过滤性，因此抑制了通过过滤对BOD和悬浮固体的脱除。
发明内容
本发明的用于废水处理的生物活性反应器系统包括与一个或多个浸没式曝气过滤器流体串连(in fluid communication with)的一个或多个浸没式脱氮反应器和与浸没式曝气过滤器流体串连的一个或多个深床脱氮过滤器。本发明提供了浸没式脱氮反应器和使用了与传统生物过滤器中使用的微细介质相比是粗介质的浸没式曝气过滤器。以前的深床脱氮过滤器为满足NO_X的要求而需要加入甲醇。将来自浸没式曝气过滤器的流出物再循环到浸没式脱氮反应器中，利用流出物中的BOD进行预脱氮。本发明的深床脱氮阶段不需要加入甲醇。
本发明的其它优点是：不需要反冲洗，节省了与之相关地投资费用，易于操作和维修，不会由于反冲洗而中断操作。
本发明用粗介质固定膜生物反应器替代现有系统中的兼性区(facultative zone)(悬浮生长反应器或深床微细介质柱状兼性反应器)和微细介质柱状氧化单元。
在浸没式过滤器和反应器中不使用微细介质可以避免高压头损失，避免空气和水的分配问题，避免一般与生物曝气过滤器相关的潜在的堵塞问题。本发明的浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤器与一般的过滤器相比需要较少的设备和较少的阀门，因为：1)不需要反冲洗，2)过滤器反应器之间没有压头损失差，不会使流入废水和压缩空气的分配复杂化。反冲洗干扰在生物介质床内发展的固定生物膜。因为取消了反冲洗工艺，所以过滤处理法能够不间断地连续进行。
本发明的用于废水处理的生物活性反应器系统包括一个或多个浸没式脱氮反应器，浸没式脱氮反应器优选包括至少定义一个腔室(compartment)的多个直立墙(upright walls)和底面(floor)。在一个方面中，该腔室包括介质床，介质床包括粗矿物介质颗粒(coarse mineral media particles)和具有生物缺氧活性微生物(biologically anoxic acitive microorganisms)的固定生物膜。一个或多个浸没式曝气过滤器包括用于氧化有机物的生物需氧微生物。优选用一个或多个深床脱氮过滤器脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮(denitrificationof oxidized nitrogens)。
浸没式脱氮反应器和浸没式曝气过滤器的优选介质床都包括直径约为6mm-45mm的介质颗粒。相反，深床脱氮单元的介质床包括的微细介质颗粒的粒度优选小于6mm。优选在浸没式曝气过滤器和深床脱氮过滤器之间设置一个或多个净化单元，以减少从浸没式曝气过滤器流向深床脱氮过滤器的废水中的悬浮固体。
本发明的另一方面是浸没式脱氮过滤的方法，在该方法中，将废水流入物供入浸没式脱氮反应器。废水流入物进入浸没式脱氮反应器之前可以在预处理单元中进行预处理。该反应器优选包括至少定义一个腔室的多个直立墙和底面，该腔室包括粗矿物介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。然后使流出浸没式脱氮反应器的废水物流进入浸没式曝气过滤器。在浸没式曝气过滤器中处理后，流出物从浸没式曝气过滤器进入用于脱除悬浮固体和脱氮的深床脱氮过滤器。
优选的方法还可以包括下述步骤：在将流出物送往深床脱氮过滤器之前使浸没式曝气过滤器的流出物进入净化单元，以减少流出物中的悬浮固体。处理后的流出物可以再循环到以前的步骤中，以改善离开该系统的最终流出物的质量。
在本发明的一个优选系统和方法中，浸没式曝气过滤器包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有机物(carbonaceous organics)、有机和铵氮(organicand ammonium nitrogens)的有机物，产生NO_X、CO₂和H₂O。
在该优选的系统和方法中，浸没式脱氮反应器用废水流入物中的BOD作为缺氧微生物的有机碳源将NO_X脱氮。
附图说明
附图示出本发明的生物活性反应器系统。
附图详述
从广义上讲，本发明涉及生物活性反应器系统10和处理流经反应器10的废水的方法。如图所示，该系统的优选实施方案包括与浸没式曝气过滤器(下面称为SAF)40流体串连的浸没式脱氮反应器(下面称为SDR)30，曝气过滤器40与深床脱氮过滤器60流体串连。废水流入物连续流经每一个单元进行处理。
经过或没有经过预处理步骤的引入废水15进入缺氧SDR 30。SDR 30是缺氧粗介质固定膜生物反应器(anoxic course media fixed-film biologicalreactor)30，其使用具有生物膜的粗介质。SDR 30中的缺氧微生物用引入废水中的BOD作为有机碳源。将SDR 30的流出物导入氧化单元，优选导入浸没式曝气过滤器(SAF)。在上流SAF 40中进行废水硝酸化，同时进行BOD氧化。最多75％的SAF 40的流出物通过管线42以再循环物流的形式返回SDR 30，从而将再循环物流脱氮，以降低硝酸盐和亚硝酸盐(NO_X)含量。这种预脱氮处理能够大幅降低深床脱氮过程需要的甲醇量。
SDR 30可以是上流(up flow)操作模式，也可以是下流(down flow)操作模式，这取决于水力要求。SDR 30的流出物进入SAF 40，在SAF 40中，需氧微生物将用BOD表示的有机物或含碳有机物及有机和铵氮氧化，特别是生成NO_X、CO₂和H₂O这样的副产品。
SAF 40的流出物可以进行，也可以不进行用于降低悬浮固体的净化。一部分净化的流出物再循环到SDR 30，用于脱氮，净化的流出物的其余部分进入微细介质深床Denite过滤器，用于脱除悬浮固体，如果需要，可以用补加的有机碳进行脱氮。
预处理单元20接收进入浸没式脱氮反应器之前的废水流入物15。流入物1 5可以是未沉降的原污水(raw unsettled sewage)、混合下水道滥流(combined sewer overflow)(CSO)和污水管滥流(sanitary sewer overflow)(SSO)的混合物。优选在预处理单元20内对未沉降的原污水、SSO和CSO进行粗筛分。粗筛分利用格条之间有1/2英寸开孔的格栅或具有6.0mm开孔的金属网筛(wire mesh screen)，用于防止残渣集聚和废物固体太大而不能从过滤器反冲洗。不需要进行细筛分。在该方法的另一个实施方案中，在废水15进入SDR之前还要除去砂砾。为了防止惰性粒状材料在过滤器内集聚，用离心分离器或曝气沉砂池脱除砂砾。
一个或多个浸没式脱氮反应器30可以都包括有至少定义一个腔室34的多个直立墙33和底面31。腔室34包括介质床，在一个方面中，介质床包括粒度范围为约6mm至约45mm的粗介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。浸没式脱氮反应器30用废水流入物中的BOD作为缺氧微生物的有机碳源将NO_X脱氮。
一个或多个浸没式曝气过滤器40和一个或多个浸没式脱氮反应器30通过两个单元30、40之间的管线流体串连。浸没式曝气过滤器包括介质床，介质床具有粒度范围为约6mm至约45mm的粗介质颗粒和包括用于氧化有机物的生物需氧微生物的固定生物膜。
SAF是上流生物活性反应器40，其具有至少定义一个腔室44的多个直立墙43和底面4l。腔室44中保持有介质床，其中具有直径约为6mm-45mm的介质颗粒。生物活性微生物存在于介质床内。在该上流生物活性单元40中进行废水硝酸化(nitrification)，同时进行BOD氧化。在反应器的底部放置一层暗沟块(underdrain b1ocks)，在其下面排列一个或多个空气支管(airlaterals)。空气支管定义了多个气孔，这些气孔提供了向上射入介质床的空气流。这些空气射流在介质床内产生上升气泡、微生物和废水流体的多个上流区。空气支管与鼓风机连接。在该单元的底面附近设置一个或多个给料管32，将SDR 30中处理的废水送往SAF 40。
SDR 30和SAF 40中的介质颗粒的平均直径在约6mm至约45mm的范围内，例如7mm-14mm。在一个优选的实施方案中，平均直径大于11mm，在一个方面中，大于20mm。介质颗粒一般在整个介质床内均匀分级。均匀分级的介质提供大而无限的孔隙空间，以确保低压头损失，这对于本发明10的SAF 40和SDR 30单元很重要。因为没有使用微细介质，所以单元30、40降低了很高的流体阻力和微细介质产生的压头损失。空气和水的分配问题及一般和生物过滤器相关的堵塞问题也得以最小化。在SAF 40和SDR 30中都勿需使用需要昂贵设备的反冲洗。因此，本发明与一般的曝气过滤器相比需要较少的设施(与反冲洗设备有关)和较少的阀门。尽管机械方面进行了简化，但是，对于单位基底面的过滤器来说，SDR 30和SAF 40的处理容量却得以提高。较大的介质颗粒可以充填更高的高度，结果是更节约基底面。
SDR 30和SAF 40中使用的介质颗粒可以是矿物介质颗粒，可以是粒状或微粒，包括砂砾、浮石、高炉渣或石头，这些都是容易得到且经济的来源。生物活性微生物可以包括异养细菌和自养细菌，这些细菌形成附着在介质床上的生物质。这些生物质将BOD和氨氧化，将硝酸盐还原。生物活性材料优选是固定膜形式，本申请中将这种固定膜定义为在支撑结构如介质上的膜中生长的微生物。
SDR 30和SAF 40的墙33、43和底面31、41可以是钢结构，也可以是混凝土结构，可以是矩形，也可以是圆形(或者其它合适的形状)，这取决于生产商。图中未示出的过滤器介质支撑系统是SAF的重要部分。除支撑介质和生长外，支撑结构还要均匀分配压缩空气和水，即，确保流体的均匀应用或去除。许多系统在增压腔室(plenum chamber)上使用钢板或混凝土底层底板，流体利用喷嘴流向介质。底座可以是美国专利4923606中所述的包括一层互锁的塑料夹套的混凝土暗沟块的Tetra‘T’方块地板。也可以使用其它种类的底座。其它系统使用钢丝网，这些钢丝网同样在增压腔室上面。过滤器底部的失效将导致介质的损失，必须将过滤器全部移出进行修复。过滤器底部的堵塞或部分堵塞都将导致处理效率的降低。
腔室34、44中盛放介质床。因为介质较粗，所以介质床的深度可以是约5m至约9m，如8m。介质上面的干舷(freeboard)包括的深度是约0.4m至约2m。废水在SAF中进行的净化主要是由于生物活性，而不是因为过滤所致。浸没式脱氮反应器30中使用的术语“浸没式”表示介质床是浸没的。术语“浸没式曝气过滤器”40指的是浸没在废水中并且用空气支管曝气的介质床。
压缩空气(process air)通常从集管(header)加入，集管位于紧挨过滤器底部上方或邻近SAF的介质中。压缩空气的流速必须足以保持需氧条件，但不能高到将集聚的生物膜冲走的程度。
本发明的SAF单元40优选是上流系统。一种方法包括用给料管32将废水流入物加入上流生物反应器。尽管该系统可以使用上流模式，也可以使用下流模式，但是图中所示的上流模式是优选的。为了降低对泵的需求，反应器可以沉落到底面上。压缩空气从暗沟块下面的不锈钢支管加入。不会有扩散器、喷嘴或其它小孔被堵塞，也不会造成什么问题。总之，负载在本发明的生物活性反应器系统上的污染物体积大大高于用传统生物过滤器能够得到的污染物体积。
在生物活性反应器系统10的一个实施方案中，用净化单元50减少悬浮固体。净化单元50可以设置在浸没式曝气过滤器40和深床脱氮过滤器60之间。SAF 40的流出物可以进行，也可以不进行用于降低悬浮固体的净化。在净化单元50中对废水处理后，一部分净化的流出物可以再循环到SDR30，用于脱氮。净化的流出物的其余部分进入微细介质深床脱氮过滤器，用于脱除悬浮固体和脱氮。
用一个或多个深床脱氮过滤器60脱除悬浮固体和将氧化氮类脱氮。深床脱氮过滤器60与一个或多个浸没式曝气过滤器40通过管线44流体串连，如果需氧净化，也可以通过净化单元50流体串连。深床脱氮过滤器包括小于6mm的介质颗粒。该方法中使用的深床过滤器60可以由Severn TrentWater Purification，Inc.供应，其商标为TETRA DeepBed^TM Filter。废水流入物从浸没式曝气过滤器40通过管线44直接进入深床脱氮过滤器60，或者通过净化器50进入脱氮过滤器60。废水流入物一般包括可溶BOD、不可溶BOD和悬浮固体。在脱氮过滤过程中，流入物通过过滤介质被过滤，过滤介质可以由砂子和砂砾构成。在一个优选实施方案中，过滤介质由一层深度约为2-6英尺的砂子构成。选择砂子的粒度，使其约为2.0mm-6.0mm，还要选择其规定硬度、球形度和均质系数。这些砂子的性能使空气/水能够有效反冲洗，不会有磨碎损耗，还使其具有良好的固体截留性、过滤速率性能和长的运行时间。砂子介质被过滤介质支撑系统所支撑，过滤介质支撑系统包括大约5层砂砾，砂砾依次被暗沟块支撑。过滤介质也可以被过滤介质支撑板如Savage^TM多孔板所支撑。
优选周期性地对深床过滤器60进行反冲洗和冲击。术语“冲击(bumped)”表示对生物过滤器进行脱气的方法。将生物过滤器脱气包括一系列连续步骤，产生反冲洗流，用于冲洗气体过滤介质。用微生物脱除废水中含有的BOD和污染物。由于过滤介质内的微生物活性如呼吸和脱氮而产生气体。Ellard的美国专利5989427中描述了对生物过滤器脱气的一种优选方法。反冲洗300优选是空气/水反冲洗。
从深床脱氮过滤器60回到预处理单元20的管线可以使脏的反冲洗液再循环到进入预处理单元的废水流入物15中。一部分来自浸没式曝气过滤器40的流出物也可以加入到进入预处理单元20的废水流入物中或直接回到浸没式脱氮反应器30中，以再循环氧化和硝酸化的SAF流出物。SAF 40的流出物在进入深床Denite过滤器60之前利用流出物中的BOD进行预脱氮，从而降低必须加入深床过滤器60中的甲醇量。在一个或多个净化单元50和一个或多个浸没式脱氮反应器30之间还可以存在有管线52，用于将净化后的流出物再循环到浸没式脱氮反应器30中。
浸没式脱氮过滤方法包括预脱氮过程、氧化/硝酸化过程和深床脱氮过程。在该方法中，废水流入物加入浸没式脱氮反应器30。废水流入物在进入浸没式脱氮反应器30之前可以在预处理单元20中进行预处理。反应器优选包括至少定义一个腔室的多个直立墙和底面。腔室包括粗矿物介质颗粒和包括生物缺氧活性微生物的固定生物膜。然后使从浸没式脱氮反应器30流出的废水物流进入浸没式曝气过滤器40。在浸没式曝气过滤器40中处理后，流出物从浸没式曝气过滤器40进入深床脱氮过滤器60，脱除悬浮固体，并且进行脱氮。
该优选的方法还可以包括下述步骤：在将流出物送往深床脱氮过滤器60之前使浸没式曝气过滤器40的流出物进入净化单元50，以减少流出物内的悬浮固体。处理后的流出物可以再循环到以前的步骤中，以改善离开该系统的最终流出物的质量。
在本发明的方法中，浸没式曝气过滤器40包括需氧微生物，用于氧化包括含碳有机物、有机和铵氮的有机物，产生NO_X、CO₂和H₂O。在该优选的方法中，浸没式脱氮反应器用废水流入物中的BOD作为缺氧微生物的有机碳源将NO_X脱氮。
来自深床脱氮过滤器60的废反冲洗水回到预处理单元20，将脏的反冲洗液再循环。一部分来自浸没式曝气过滤器的流出物也可以加入到进入预处理单元的废水流入物中或直接回到浸没式脱氮反应器中，从而将一部分来自浸没式曝气过滤器的废水流出物再循环，在其进入深床Denite过滤器之前进行预脱氮。在一个或多个净化单元50和一个或多个浸没式脱氮反应器30之间还可以存在有管线52，用于将净化后的流出物再循环到浸没式脱氮反应器30中。
以上描述是对本发明的优选实施方案进行的演示和例示，对于本领域普通技术人员来说，其尺寸、形状、材料和其它细节的变化是显而易见的。应当认为：所有这些变化和改进均在附加的权利要求书的保护范围和精神领域内，因此是受到保护的。