專利名稱：廢水處理加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理廢水尤其是城市中水家庭廢水的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
處理污水的過濾系統(tǒng)包含了淹沒式通氣生物過濾器(SABF)，該過濾器包含一種惰性顆粒材料制成的浸沒床，負(fù)責(zé)處理污水中污染物的微生物即附著于該浸沒床上。當(dāng)污水通過所述固定的混和床時，所述微生物群吸收溶解的或顆粒型的污染物，然后對這些污染物進行需氧降解，.產(chǎn)生二氧化碳、水和另外的細(xì)胞物質(zhì)?？諝馔ㄟ^浸沒床為微生物群提供所需氧氣。
浸沒床中包含的常見顆粒類型為膨脹粘土和系統(tǒng)中懸浮介質(zhì)里的聚苯乙烯。在浸沒床深度一般會超過2.5m的帶“深度床”的系統(tǒng)中，一般會使用相對較為粗糙、有效尺寸大約為3mm的顆粒材料。污水流向可與空氣供應(yīng)的方向相反(向下流)，或者與空氣供應(yīng)方向一致(向上流)。
過濾床除了給微生物群提供附著位點外，通常還用作機械過濾器來捕獲污水中的懸浮固體顆粒和生物體碎片。經(jīng)過一段時間之后，過濾床會被生長的微生物和不能被降解的懸浮固體顆粒所阻斷或阻塞，導(dǎo)致經(jīng)過顆粒材料的水流受阻，使驅(qū)動該系統(tǒng)的所需水壓升高。為了去除過濾床內(nèi)所捕獲的過量細(xì)胞物質(zhì)及固體，過濾床需用水回洗以洗掉固體。過濾器固體堆積的速度和通過濾器壓力下降的速度決定了系統(tǒng)所需回洗的頻率，而回洗頻率是決定過濾系統(tǒng)綜合效率的一項重要參數(shù)。
本說明書中所包括的對任意文檔、出版物、實踐、設(shè)備、物質(zhì)、條款、材料等的討論僅僅是為本發(fā)明提供背景基礎(chǔ)。任何此類討論都不能理解為認(rèn)可為形成現(xiàn)在技術(shù)基礎(chǔ)部分或是與本發(fā)明領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域一般常識的任意部分的主旨，從而延后本發(fā)明優(yōu)先權(quán)日或發(fā)明日。

發(fā)明內(nèi)容
一方面本發(fā)明提供了一個用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此池；在處理容器的入口和出口之間為循環(huán)過濾床，該循環(huán)過濾床含有顆粒狀過濾材料，單個的顆粒都具有表面或孔狀結(jié)構(gòu)，選擇性或適合于促進微生物群附著在顆粒上，通氣裝置適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到過濾床；在處理容器的結(jié)構(gòu)和操作特征中，選擇循環(huán)過濾床和通氣裝置以使顆?？梢栽谘h(huán)過濾池內(nèi)彼此之間發(fā)生相對運動；過濾系統(tǒng)的運行將使大部分顆粒材料在一段時間后在循環(huán)過濾床內(nèi)循環(huán)。
在本說明書的上下文中，詞語“循環(huán)”及其文法衍生詞采用其通常含義來描述過濾床內(nèi)顆粒的基本運動，未使用更多限制性詞義的術(shù)語，因為這需要單個顆粒在完全回路里運動到一個特定的起點。
與靜態(tài)過濾床相比，使用循環(huán)過濾床在需要回洗之前能夠儲存更多固體，而且降低穿過過濾床表面的壓頭損失，否則該過濾床的污染物濃度將會很高。在廢水處理加工的一些實施方案里尤其是在家庭應(yīng)用時，回洗水體積約為處理水體積的1％，預(yù)計總體上體積低于5％。
循環(huán)過濾床中所用顆粒材料一般選自顆粒碳材料、加熱處理的膨脹粘土、顆粒狀高爐渣等。
在一項具體實施方案中，顆粒過濾材料為粒狀活性碳(GAC)，其由煤衍化而來，有效尺寸大小為0.6mm～1.5mm，優(yōu)選約0.7mm～1.0mm。材料的有效尺寸指的是按重量計算10％顆?？梢酝ㄟ^的孔徑尺寸。此類合適的GAC體積密度約為400～550kg/m3，更優(yōu)選430～480kg/m3。此類合適的GAC比重約為1.2～1.4.，均勻度約小于2，更優(yōu)選約小于1.6。
過濾床使用的此類顆粒材料可以提供一種物理吸附污染物的有效機制，使該系統(tǒng)所處理流入液的污染物濃度范圍很寬，而對流出液的質(zhì)量無明顯影響。另外，采用材料的大小和比重應(yīng)使過濾床保持適當(dāng)循環(huán)水平所需空氣體積與系統(tǒng)中生物處理過程所需要的空氣量確保一致。出于這種安排，可使用通氣裝置來促使過濾床循環(huán)。另外，由于所吸附污染物可隨后為顆粒過濾材料上的微生物所消化，通氣系統(tǒng)的規(guī)格只需要滿足平均負(fù)載而不是峰值負(fù)載的條件即可，這樣可以不需要昂貴的通氣控制系統(tǒng)。
另一方面，本發(fā)明提供了用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此容器；在處理容器的入口和出口之間為過濾床，該過濾床含有顆粒狀過濾材料，顆粒狀過濾材料的顆粒其比重為1.2～1.4，有效尺寸為0.6mm～1.5mm，通氣裝置適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到過濾床。
所用顆粒材料優(yōu)選為粒狀活性碳材料。顆粒過濾材料的有效尺寸優(yōu)選為0.7～1.0mm。
本系統(tǒng)的一種形式適合于家庭住宅中水處理，大小適合放置到家庭住宅的屋檐下。在一個具體實施方案中，過濾床的高度約低于2.5米，更優(yōu)選約低于2.0米，還可優(yōu)選更低于1.5米。
在一種具體形式里，處理容器通常為長條形并且按軸心垂直掛載，入口位于循環(huán)過濾床的上方，而出口位于循環(huán)過濾床的下方。處理容器的高度和直徑比可為0.5∶1～8∶1，優(yōu)選4∶1～6∶1。
處理容器可包含一個位于過濾床上方的頭部區(qū)。該頭部區(qū)用于容納流入壓頭，該流入頭可產(chǎn)生通過過濾床的頭部水壓。頭部區(qū)可通過介質(zhì)捕獲裝置與過濾床分隔，優(yōu)選篩網(wǎng)形式。
在一種形式中，將一靜態(tài)過濾床置于循環(huán)過濾床的下游。在一具體的形式中，靜態(tài)過濾床置于循環(huán)過濾床的下游，靜態(tài)過濾床含有顆粒材料，其干比重大于1。靜態(tài)過濾床優(yōu)選用沙子或類似的顆粒材料形成。
在一種形式中，將通氣裝置放置于過濾床的下方。在一具體的形式中，通氣裝置位于循環(huán)過濾床和靜態(tài)過濾床之間的接口處或接口之上。
再一方面，本發(fā)明提供了用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此池；在處理容器的入口和出口之間為循環(huán)過濾床，在處理容器內(nèi)循環(huán)過濾床的下游還有一個靜態(tài)過濾床，其含有比重大于1的顆粒材料，該過濾床適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到過濾床的通氣裝置。
可在循環(huán)過濾床和靜態(tài)過濾床之間的接口下方放置一個擴散器，以便在回洗時供應(yīng)空氣以實現(xiàn)過濾床及靜態(tài)過濾床的洗涮來輔助清潔過濾系統(tǒng)。
處理容器入口上游可放置一個收集器在處理前容納及/或緩沖廢水。處理容器出口下游可放置一個儲存容器來存放處理后的水。
另一方面，本發(fā)明提供了一種處理廢水的方法，該方法包括下列步驟提供通氣式生物過濾系統(tǒng)，通氣式生物過濾器包含一個帶有入口和出口的處理容器；在處理容器中有過濾床，過濾床由顆粒狀過濾材料組成，單個的顆粒都具有表面或孔狀結(jié)構(gòu)，選擇性或適合于促進微生物群附著在顆粒上，同時還包含通氣裝置；使廢水經(jīng)入口和出口流過處理容器；使空氣從通氣裝置擴散通過過濾床；循環(huán)過濾床，使顆粒材料在過濾床內(nèi)彼此之間相對運動，從而使大部分顆粒材料在一段時間后在循環(huán)過濾床內(nèi)循環(huán)。
通氣裝置使空氣在過濾床中擴散的方式優(yōu)選受到控制而獲得更好的過濾床循環(huán)效果。
第五方面，本發(fā)明提供了一種處理廢水的方法，該方法包括下列步驟提供有過濾床的通氣式生物過濾系統(tǒng)，所述過濾床包含粘附有微生物的顆粒過濾材料；使廢水通過過濾床使廢水中的固體捕獲到過濾床中；將空氣擴散經(jīng)過過濾床為粘附于顆粒表面的微生物提供氧氣，并促使顆粒在過濾床內(nèi)循環(huán)以促進所捕獲固體在過濾床內(nèi)的分布。


參考附圖便于下文描述本發(fā)明的實施方案。但是無庸置疑的是具體附圖及相關(guān)描述可認(rèn)為不會限制本發(fā)明前面描述的范圍。
附圖中圖1為本發(fā)明一個實施方案中廢水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖2示意性描繪了圖1中所示廢水處理系統(tǒng)中的循環(huán)過濾床；圖3闡述了一段時間后污水處理系統(tǒng)中循環(huán)床和靜態(tài)床的壓頭損失。
本發(fā)明實施方案詳述描述附圖中演示的廢水處理系統(tǒng)優(yōu)選實施方案時，為了清晰起見，將介紹應(yīng)用于家庭住宅中心廢水回收再利用的廢水處理系統(tǒng)。但是，所述廢水處理方法不僅僅限于處理中水(grey water)。
中水指洗衣服、廚房使用及沐浴所產(chǎn)生的廢水，不同于“黑水”或來自馬桶污染更嚴(yán)重的廢水。此類廢水的特征為污染負(fù)荷相對較低、渣滓污染物相對較少，因而可以用生物方法處理。
參照圖1，該圖為用于處理家庭住宅產(chǎn)生中水的廢水處理系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括處理容器11、通過供給管道17與處理容器11相通的廢水儲存池12，以及通過排出管道18與處理容器11相通的處理后水儲存池13，排出管道18中間帶有流量控制堰14。處理容器帶有入口端15接收來自廢水儲存池12的中水，入口端15位于處理容器11的上面部分；也帶有出口端16用于將處理后的水排出處理后水儲存池13，出口端位于處理容器11的下面部分。
廢水儲存池12包括入口篩19。原始的未經(jīng)處理的中水經(jīng)過篩19泵入或吸入到廢水儲存池12。入口篩19可以是適合于清除線頭或頭發(fā)的自潔型篩，例如當(dāng)中水來自洗衣機或沐浴廢水時。廢水儲存池12提供了暫時儲存中水的功能，也可在廢水送到處理容器11處理之前進行緩沖。當(dāng)廢水超過廢水儲存池12的容量或處理后水儲存池13己滿時，進入廢水儲存池12的廢水可以經(jīng)溢流端20導(dǎo)向溢流到下水道。處理容器供給泵21位于廢水儲存池12內(nèi)，將原始的未處理水以預(yù)定的速度從廢水儲存池12經(jīng)入口端15泵到處理容器11。
處理容器11形狀為長條形柱狀結(jié)構(gòu)，一般沿其縱軸形成圓柱。所示形式的容器高2.4m，直徑約250mm?？梢岳斫獾氖侨萜鞯拇笮∪Q于系統(tǒng)10的用途。
容器11包括4個主要的部分頭部區(qū)22，位于頭部區(qū)下面的循環(huán)過濾床23，位于循環(huán)過濾床23下面支撐循環(huán)過濾床23的靜態(tài)過濾床24，以及送氣室25。它些區(qū)域內(nèi)的流體均是相通的，而且入口端15與頭部區(qū)22相連，同時出口端16與充氣室25相連。
處理容器11還包括自啟動虹吸器26，可將水從頭部區(qū)排到下水道里。同時還有通氣系統(tǒng)27，該系統(tǒng)包含通氣泵28和擴散器出口29。擴散器出口29位于循環(huán)過濾床23和靜態(tài)過濾床24之前，適于在廢水在循環(huán)過濾床23內(nèi)進行處理時向循環(huán)過濾床連續(xù)或間歇性地通氣。通氣系統(tǒng)27的目的是向循環(huán)管濾床提供氧氣，以及提供過濾床循環(huán)的驅(qū)動力，這點將在下文進行更詳細(xì)的討論。
最后處理容器10還包含一個位于靜態(tài)過濾床24底部的空氣洗刷分布系統(tǒng)30?？諝庀此⒎植枷到y(tǒng)包括空氣泵31和擴散頭32。
循環(huán)過濾床23含有顆粒過濾材料，為適當(dāng)大小的單個顆粒，其具有粘附微生物從而在顆粒上形成生物膜的表面?？諝馔ㄟ^通氣系統(tǒng)27擴散到過濾床23的底部，以與所處理水流向下相反的方向向上滲透經(jīng)過顆粒材料23。在其他實施方案及/或應(yīng)用中，可同時使用空氣和廢水同時向上流的流向?？諝庵С终掣接谶^濾床23表面單個顆粒的微生物代謝，代謝在吸附及消化廢水中污染物時發(fā)生。過濾床也用作過濾媒介來過濾和捕獲懸浮的固體及產(chǎn)生的生物碎片，并物理地吸附高濃度的上述污染物。
圖1所示實施方案中，所用顆粒過濾材料為粒狀。在一個優(yōu)選實施方案中，所用顆粒過濾材料為粒狀活性碳(GAC)，其為煤衍生的碳，有效尺寸大小為0.6mm～1.5mm，優(yōu)選約0.7mm～1.0mm。此類合適的GAC體積密度約為400～550kg/m3，更優(yōu)選430～480kg/m3。此類合適的GAC比重約為1.2～1.4.，均勻度優(yōu)選約小于2，更優(yōu)選約小于1.6。這樣的媒介可以提供一種物理吸附污染物的有效機制，使該系統(tǒng)可以處理污染物濃度范圍很寬的流入液體，而對流出液的質(zhì)量無明顯影響。其他實施方案中顆粒過濾材料可以是膨脹粘土，只要此類材料可以提供所需的生物學(xué)及物理學(xué)過濾特征即可。材料的有效尺寸指的是按重量計算10％顆?？梢酝ㄟ^的孔徑尺寸。對所用顆粒的尺寸及比重進行選擇以使充氣系統(tǒng)27提供、過濾床23中發(fā)生生物學(xué)處理所需的空氣體積同時也為過濾床提供了適度的循環(huán)。
在所示形式中，循環(huán)過濾床23的深度約為1.5m，而靜態(tài)過濾床24約為300mm。同樣可以理解的是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可根據(jù)處理系統(tǒng)10的具體應(yīng)用改變這些過濾床的大小。
將來自充氣系統(tǒng)27的空氣的擴散方式設(shè)置為可使過濾床23在處理容器11內(nèi)緩慢循環(huán)。過濾床23的緩慢循環(huán)在下文中參照圖2進行更詳細(xì)的討論。
圖2中，箭頭100所示空氣經(jīng)擴散器29導(dǎo)入過濾床23的下部，同時箭頭101所示廢水從過濾床23的上部進入過濾床并經(jīng)過顆粒材料，其流向與經(jīng)過濾床23的空氣流向相反。
將氣流加以調(diào)節(jié)，使過濾床23的顆粒緩慢地從過濾床下部向過濾床的上部移動，并回到過濾床的下部，如箭頭所示。顆粒的循環(huán)使固體從過濾床23表面33向過濾床下部的遷移受到影響，從而減少了壓頭損失。這樣使表面固體濃度明顯降低，從而使經(jīng)過表面33的壓力下降或壓頭損失很低小。
正如所討論的，位于清槽內(nèi)小尺寸及低比重的顆粒材料使過濾床在充氣系統(tǒng)27適當(dāng)?shù)目刂萍膀?qū)動下緩慢循環(huán)。顆粒材料可以隨氣柱上升并隨氣柱的消失而下降。其他實施方案中，顆粒材料可只以環(huán)流或更隨機的方式沿處理容器的一側(cè)移動，另外，顆粒材料的循環(huán)同樣也可以由除了充氣擴散器之外的裝置提供，只要可以實現(xiàn)顆粒材料的適當(dāng)循環(huán)即可。循環(huán)可能需要數(shù)天。過濾床23的循環(huán)使大量固體可以在需要回洗之前儲存于顆粒內(nèi)。
靜態(tài)床24位于循環(huán)過濾床23的下面，也由顆粒材料如沙子構(gòu)成。此過濾床延緩處理容器11中存在的過量固體向處理后水流穿透。而且，經(jīng)過靜態(tài)過濾床24時的壓下下降可用于自動激發(fā)回洗操作。靜態(tài)過濾床24也可攔截可能從循環(huán)床23中顆粒脫落的碎裂過濾顆粒。
處理后的水從處理容器11的充氣室25流經(jīng)流量控制堰14?？稍谂懦龉艿?8內(nèi)安置消毒器34如紫外消毒器或臭氧發(fā)生器，從而殺滅處理后水流中殘留的任意細(xì)菌。流量控制堰14使處理容器11維持固定的過濾速率，同時將處理容器11與處理后水儲存池13中的水隔離開來。
處理后的水自消毒器42流入處理后水儲存池13，在這里這些水可根據(jù)需要經(jīng)處理后水篩網(wǎng)系統(tǒng)50而加以利用。可以理解的是消毒器34是根據(jù)處理后水的用途而選用的。當(dāng)處理后的水滴灌系統(tǒng)中使用，沒有噴霧發(fā)生風(fēng)險或無人體接觸風(fēng)險時，不需要使用消毒器34。但是，如果處理后的水用于噴霧沖洗或是其他應(yīng)用如馬桶沖洗時，可能需要使用消毒器以便符合健康安全原則及規(guī)范。
篩網(wǎng)系統(tǒng)50包括位于處理后水儲存池13中的浸沒式泵51。使用浸沒式泵可以減少泵產(chǎn)生的噪音，這在城區(qū)使用時具有一定的優(yōu)勢。泵51的運行可以手工啟動或通過處理后水篩網(wǎng)系統(tǒng)中的壓力開關(guān)啟動。泵51可以通過低水位開關(guān)關(guān)閉。通常需要在處理后水儲存池13中維持最低限量的水，以確?？梢酝瓿芍辽僖淮蜗挛脑敿?xì)討論的回洗。篩網(wǎng)系統(tǒng)50可附帶精細(xì)篩網(wǎng)52。
經(jīng)過一段時間使用后，懸浮的固體會在處理容器11堆積，尤其是堆積于靜態(tài)過濾層24上，表現(xiàn)為壓頭損失增加，這些處理容器必須加以回洗以除去這些固體。正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài)的回洗閥35供應(yīng)來自處理后水池50的水在回洗過程中使用，這些水通過與排出管首18相連的回洗管道36提供了沖向處理容器11下部的水流?；叵撮y35可以手工控制，定時控制或編程化邏輯控制器(PLC)。另外，在回洗管道36和控制堰14間安置負(fù)重分隔閥37，正常流向條件下處于開放狀態(tài)，當(dāng)有回洗壓力時可以關(guān)閉以防回流水經(jīng)控制堰14發(fā)生短路回流。
回洗過程可包括一個空氣洗刷分布系統(tǒng)30水流應(yīng)用于處理容器11下部之前或同時提供的空氣洗刷器?；叵此米詥雍缥?6回收并排到下水道里，如箭頭24所示。
回洗水在處理容器11流化床的過濾床23及24下面維持一定的速度。劇烈的洗刷動作可使回洗流中被媒介篩網(wǎng)29截取的媒介顆粒固定到過濾床23上。
過一段時間后，在充氣及回洗的作用下過濾床23可能發(fā)生物理降解。脫落顆粒過濾材料的顆粒與回洗水一起沖出系統(tǒng)。這樣的顆粒過濾材料損失需要加以補充，例如作為年度例維護的一部分工作。
系統(tǒng)10運行時，啟動供給泵21將廢水引入處理容器11。如果還未運行，向空氣擴散器29供應(yīng)空氣的充氣空氣泵28通常用一個浮子開關(guān)(未顯示)來啟動。中水向下滲過循環(huán)過濾床23和靜態(tài)過濾床24中顆粒材料，然后收集于充氣室25內(nèi)。
當(dāng)廢水儲存池12內(nèi)處于最低水平時，低水位開關(guān)使供給泵21和充氣空氣泵28關(guān)閉。處理容器供給泵21和充氣空氣泵28也可由處理后水儲存池13中的高水位開關(guān)關(guān)閉。
廢水處理過程的一些實施方案中尤其是家庭應(yīng)用時，占所處理水體積約1％的回洗體積是可行的，預(yù)計總體上該體積低于約5％。圖3所示為經(jīng)過一段時間后循環(huán)床與正常靜態(tài)床的壓頭損失比較。循環(huán)床中的壓頭損失稱為“分布式壓頭損失”，顯著低于正常的壓頭損失曲線。分布式系統(tǒng)的壓頭損失在過濾器使用壽命到期之前不會上升。更低的壓頭條件使使用壽命更長，過濾速度更快。
廢水處理過程的實施方案將參照下列實施例加以描述。
實施例1說明GWM中水處理系統(tǒng)單元為原型模型。中水流從浴缸、沐浴、洗手盆及洗衣機收集。
流入速度300-750L/天流入中水特征中水的特征由家庭清潔及個人護理所用產(chǎn)品的特性確定。對所用及排入原型單元的產(chǎn)品(如無磷洗液)加以選擇以確保獲得最佳操作和處理條件。
處理速度40～50L/小時通氣負(fù)載0.3m/小時～0.5m/小時(注m/小時＝m3/m2/小時，單位時間(小時)單位處理容器面積(m2)的氣體體積(m3))洗刷負(fù)載30m/小時～60m/小時(注m/小時＝m3/m2/小時)處理容器大小及媒介深度處理容器直徑＝200mm處理容器高度＝2000mmGAC深度＝0.7沙子0.3媒介類型GAC有效尺寸0.7～1mmGAC均勻系數(shù)＜1.6沙子有效尺寸1mm沙子均勻系數(shù)＜1.5
處理后水的特征得自17份樣品的結(jié)果表明所有觀察的參數(shù)均有明顯下降。
-平均BOD從42.6mg/L降低到11.4mg/L，表明處理容器內(nèi)發(fā)生了大量的物理和生物過濾。
-脫氮作用使氮減少了60％以上，從4.4mg/L下降到了1.6mg/L。
-99％的流入中水里均發(fā)現(xiàn)低濃度的磷，得到的流出液磷的水平降到不可檢測的水平以下。
-懸浮顆粒結(jié)果顯示，75％的流出液中所含固體在可檢測濃度之下。
-流入液觀察到的病原體材料平均濃度為50,000(CFU/100ml)，而流出液則下降到115(CFU/100ml)，其中CFU＝集落形成單位。GWM處理后的中水特征

實施例2說明研發(fā)家庭中水處理系統(tǒng)(DGTS)用于獲得來自NSW衛(wèi)生部門的鑒定。DGTS建在寄宿學(xué)校里，接收來自超過20名寄宿生沐浴、洗手盆及洗衣機的流水。
流入速度500～5000L/天流入中水的特征由于寄宿生使用大量個人護理產(chǎn)品及洗衣機去污劑，對中水的特征未進行更多的控制。
處理速度40～60L/小時通氣負(fù)載0.3m/小時～0.5m/小時洗刷負(fù)載30m/小時～60m/小時處理容器大小及媒介深度處理容器直徑＝250mm處理容器高度＝2100mmGAC深度＝0.95m沙子深度0.35m媒介類型GAC有效尺寸0.7～1mmGAC均勻系數(shù)＜1.6沙子有效尺寸1mm沙子均勻系數(shù)＜1.5處理后水的特征從新處理系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)非常有限，但是初步結(jié)果顯示SS及BOD分別為90％和95％以上。而且病原體進一步減少，從超過5百萬CFU/100ml下降到檢測限以下。
兩個系統(tǒng)通用的處理過程處理容器中發(fā)生的大量過程改進了原始中水的質(zhì)量。
1.雙層媒介過濾。
GAC層及沙子媒介層均發(fā)生了物理過濾。與普通的靜態(tài)過濾床不同，顆粒從空氣擴散器釋放出來的汽泡運動，使GAC媒介在整個床的深度內(nèi)進行緩慢的再分布。媒介的再分布使收集到的材料在擴散到GAC床的整個深度，從而延長了過濾器的使用時間(注回洗之間運行時間的過濾器使用時間)。
空氣擴散器的位置(位于兩個媒介之間)確保只有GAC介質(zhì)“循環(huán)”，而沙子媒介保持靜止，使得SS更小的碎片得以清除。
2.GAC吸附GAC吸附指分子或顆粒與GAC表面結(jié)合。這與填充固體孔隙的吸附不同。這種結(jié)合通常弱而可逆。所選GAC有極性孔，表面積大，可以高強度地處理流入中水。
3.生物過濾(BF)Bf是泛義術(shù)語，描述用細(xì)菌及微生物(生物體)群去除水中化合物的過程。實際上它并不是過濾，而是水與益生生物體混合，所述生物體將化合物從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)，從而改善水的質(zhì)量。此生物體通常在GAC表面區(qū)域上形成。生物體以中水中的有機污染物(肥皂、香波等)為食物來源。低流速或污染物濃度低時，生物體以吸附到碳上的材料作為食物供給，從而使柱(column)得以自然地再生。
基于中水強度的參數(shù)變化處理容器參數(shù)改變使得可以處理不同強度的中水。
例如，低強度中水需要更少的通氣及更低濃度的GAC。提高這些參數(shù)將使該單元可以處理強度高得多的中水。
參數(shù)范圍使用GWM及DGTS系統(tǒng)的不同中水強度的參數(shù)可介于下列范圍處理容器直徑150～300mm處理容器高度1500～3500mm
GAC深度0.7-2.5沙子深度0.3-0.75換氣負(fù)載0.3m/小時～0.5m/小時洗刷負(fù)載30m/小時～60m/小時系統(tǒng)10以對流及過濾床循環(huán)的單級運行方式運行。這種設(shè)置可以提供增強的硝化作用，因為循環(huán)過濾床確實可以受到更少的阻礙，流出液不會漏經(jīng)過濾床或形成短路。而且，污水中的去污劑及沐浴中肥皂和去污劑的使用可使廢水的堿度顯著升高。當(dāng)使用這種處理后的水灌溉時，一段時間后這種堿性會降低植物對土壤中微量養(yǎng)分的利用度，導(dǎo)致植物應(yīng)激及/或死亡。處理中水的硝化為糾正這種堿性提供了一種方法，因為生成了作為硝化反應(yīng)一部分的氫離子。所示實施方案中，所述系統(tǒng)，回洗之間的間隔可以更久。這樣可以幫助生物體中硝化菌緩慢的發(fā)育，增強柱的硝化潛能。在另一個廢水處理方法的實施方案中，選擇適當(dāng)?shù)那鍧崉┦褂脮r可以產(chǎn)生從pH上來說基本中性的水。
另外，回洗水從床的表面排出，而產(chǎn)品水從床的下部排出。這樣即使是回洗水在離開床表面時是臟的也不會影響到產(chǎn)品水。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)服務(wù)時回洗水中存在的污染物可在到達產(chǎn)品水之前收集于過濾媒介內(nèi)。這樣系統(tǒng)在回洗時實際上需要更少的水，使系統(tǒng)可以更短的時間內(nèi)恢復(fù)服務(wù)，從而提高系統(tǒng)的綜合效率。
盡管系統(tǒng)10是具體參照家庭使用環(huán)境中水處理而描述的，無需置疑所述方法可應(yīng)用其他廢水處理應(yīng)用，如廢水的大規(guī)模商業(yè)處理。在所示實施方案中，系統(tǒng)10適于安裝戶外房子的屋檐下。此外系統(tǒng)也可加以變化以安裝到房子內(nèi)、房子旁或房子下其他合適的位置。其他實施方案中，當(dāng)用于其他用途時廢水處理高度可高于上述高度。在進一步的實施方案中，可在處理容器內(nèi)不同高度的位置放置多個空氣擴散器。
而且，廢水處理方法的實施方案可在多住宅復(fù)合體中使用，將來自各住宅的中水可在位于或鄰近住宅復(fù)合體的一個或多個系統(tǒng)內(nèi)進行集中處理。
可以理解的是，本說明中所公開和定義的發(fā)明擴展到到文本或附圖所述及或明示的兩個或多個單個特性的所有可選組合。
在本發(fā)明下文及前面描述中，除非出于表達語言上下文需要或必要的暗示，術(shù)語“包含”及其變體采用相容含義，即說明所述特性的存在，但不排除本發(fā)明各實施方案中其他特性的存在或加入。
權(quán)利要求
1.一種用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此容器；在所述處理容器的入口和出口之間的循環(huán)過濾床，該循環(huán)過濾床含有顆粒狀過濾材料，單個的顆粒都具有表面或孔狀結(jié)構(gòu)，選擇性或適合于促進微生物附著在顆粒上；通氣裝置，其適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到所述過濾床；在處理容器的結(jié)構(gòu)和操作特征中，選擇循環(huán)過濾床和通氣裝置以使顆?？梢栽谘h(huán)過濾池內(nèi)彼此之間發(fā)生相對運動；過濾系統(tǒng)的運行將使大部分顆粒材料在一段時間后在循環(huán)過濾床內(nèi)循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中循環(huán)過濾床中所用顆粒材料選自顆粒碳材料、加熱處理的膨脹粘土、顆粒狀高爐渣等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中循環(huán)過濾床中所用顆粒材料為粒狀活性碳材料，有效尺寸大小為0.6mm～1.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中所用粒狀活性碳材料有效尺寸大小為0.7mm～1.0mm。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾材料的顆粒比重為1.2～1.4。
6.前述任一項權(quán)利要求所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾材料的顆粒體積密度為400～550kg/m3。
7.一種用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此容器；在所述處理容器的入口和出口之間的循環(huán)過濾床，該過濾床含有顆粒狀過濾材料，顆粒狀過濾材料的顆粒其比重為1.2～1.4，有效尺寸為0.6mm～1.5mm；以及通氣裝置，適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到過濾床。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中循環(huán)過濾床中所用顆粒材料為粒狀活性碳材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述通氣式過濾系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾材料的有效尺寸為0.7～1.0mm。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所要述生物過濾系統(tǒng)，其中所述充氣裝置位于所述過濾床的下面。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所要述生物過濾系統(tǒng)，其中所述入口位于過濾床之上，出口位于過濾床之下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述生物過濾系統(tǒng)，還包括位于所述過濾床下游的靜態(tài)過濾床，所述靜態(tài)過濾床含比重大于1的顆粒材料。
13.一種用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的污水將流過此池；位于處理容器的入口和出口之間的循環(huán)過濾床；位于所述處理容器內(nèi)所述循環(huán)過濾床下游的靜態(tài)過濾床，所述靜態(tài)過濾床比重大于1的顆粒材料；以及適合于廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續(xù)或間歇性地擴散到過濾床的通氣裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述生物過濾系統(tǒng)，其中所述入口位于循環(huán)過濾床之上，出口位于循環(huán)過濾床之下。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述生物過濾系統(tǒng)，其中循環(huán)過濾床中所用顆粒材料與第2～6項權(quán)利要求的定義相同。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～15所述生物過濾系統(tǒng)，其中所述靜態(tài)過濾床位于循環(huán)過濾床下面并支持循環(huán)過濾床。
17.根據(jù)權(quán)利要求12～16所述生物過濾系統(tǒng)，其中所述靜態(tài)過濾床由沙子或類似材料組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求12～17所述生物過濾系統(tǒng)，其中所述充氣裝置位于過濾床和靜態(tài)過濾床之間的位置或旁邊。
19.根據(jù)權(quán)利要求12～18所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述擴散器位于循環(huán)過濾床和靜態(tài)過濾床之間，供應(yīng)空氣以實現(xiàn)過濾床及靜態(tài)過濾床的洗涮以在回洗時輔助清潔該過濾系統(tǒng)。
20.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述處理容器通常為長條形，按軸心垂直掛載。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述生物過濾系統(tǒng)，其中所述處理容器高度和平均直徑比為4∶1～8∶1。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述容器高度和平均直徑比約為6∶1。
23.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述處理容器包括一個位于過濾床上方的頭部區(qū)用于供應(yīng)過濾床上方流入液的壓頭。
24.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述頭部區(qū)經(jīng)通過介質(zhì)捕獲裝置與過濾床分隔。
25.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，還包括一個收集器在處理前容納及/或緩沖廢水，收集器位于處理容器入口的上游。
26.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，還包括位于處理容器出口下游的儲存容器存放處理后的水。
27.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)可加以改造適應(yīng)于處理來自家庭住宅的中水。
28.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中該過濾系統(tǒng)的大小可以調(diào)整以便安裝到居民住宅的屋檐下。
29.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述過濾床的高度約低于2.5米。
30.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述所述過濾床的高度約低于2.0米。
31.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述通氣式生物過濾系統(tǒng)，其中所述過濾床的高度約低于1.5米。
32.一種處理廢水的方法，該方法包括下列步驟提供通氣式生物過濾系統(tǒng)，所述通氣式生物過濾器包含一個帶有入口和出口的處理容器；在處理容器中有過濾床，過濾床包含顆粒狀過濾材料，單個的顆粒都具有表面或孔狀結(jié)構(gòu)，選擇性或適合于促進微生物群附著在所述顆粒上，同時處理容器中還包含通氣裝置；使廢水經(jīng)所述入口和出口流過所述處理容器；使空氣從所述通氣裝置擴散通過所述過濾床；以及循環(huán)過濾床，使顆粒材料在過濾床內(nèi)彼此之間相對運動，從而使大部分顆粒材料在一段時間后在循環(huán)過濾床內(nèi)循環(huán)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述方法，還包括一個步驟控制空氣經(jīng)充氣裝置向所述過濾床擴散的方式以便實現(xiàn)所述過濾床的有效循環(huán)。
34.一種處理廢水的方法，該方法包括下列步驟提供有過濾床的通氣式生物過濾系統(tǒng)，所述過濾床包含粘附有細(xì)菌及/或微生物的顆粒過濾材料；使廢水通過所述過濾床使廢水中的固體捕獲到所述過濾床中；將空氣擴散經(jīng)過所述過濾床為粘附于顆粒表面的細(xì)菌及/或微生物提供氧氣，并促使顆粒在過濾床內(nèi)循環(huán)以促進所捕獲固體在過濾床內(nèi)的分布。
35.根據(jù)權(quán)利要求32～34任一項所述方法，其中所述廢水從過濾床的上部向過濾床的下部流過處理容器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述方法，還包括下列步驟提供靜態(tài)過濾床，所述過濾床含有比重大于1的顆粒材料；將所述靜態(tài)過濾床置于所述過濾床的下游；以及使所述過濾床處理后的水流經(jīng)所述靜態(tài)過濾床。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述方法，其中所述靜態(tài)過濾床由沙子或類似顆粒材料構(gòu)成。
38.根據(jù)權(quán)利要求32～37任一項所述方法，還包括將廢水在所述過濾器上游的收集器內(nèi)在廢水流經(jīng)所述過濾床進行處理之前加以緩沖的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求32～38任一項所述方法，其中所述過濾床中所用顆粒選自顆粒碳材料、加熱處理的膨脹粘土材料、顆粒狀高爐渣等。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述方法，其中所述過濾床中所用顆粒為粒狀活性碳，有效尺寸大小為0.6mm～1.5mm。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述方法，其中所述粒狀活性碳材料有效尺寸大小為0.7mm～1.0mm。
42.根據(jù)權(quán)利要求39～41任一項所述方法，其中所述顆粒過濾材料的顆粒比重為1.2～1.4。
43.根據(jù)權(quán)利要求32～42任一項所述方法，其中所述顆粒過濾材料的顆粒體積密度為400～550kg/m3。
44.基本與本文參考附圖所述相同、用于廢水處理的通氣式生物過濾系統(tǒng)。
45.基本與本文參考附圖所述相同的廢水處理方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理廢水的通氣式生物過濾系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括長條形處理容器(11)，該容器裝有循環(huán)濾床(23)和靜態(tài)濾床(24)。循環(huán)濾床裝有顆粒材料，如比重為1.2～1.4、有效尺寸為0.6mm～1.5mm的顆粒活化碳。循環(huán)濾床位于靜態(tài)濾床之上，通氣系統(tǒng)(27)位于兩個濾床之間。通氣系統(tǒng)用于使流經(jīng)循環(huán)濾床的空氣連續(xù)或間歇地擴散，從而為附著于顆粒材料上的微生物提供氧氣，并促進顆粒材料緩慢循環(huán)。該系統(tǒng)專門用于中水家用回收再用。
文檔編號B01D24/36GK101076498SQ200580039967
公開日2007年11月21日 申請日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者格里格瑞·麥克里恩 申請人:努比亞水系統(tǒng)有限公司