廢水處理加工系統的製作方法
2023-12-05 00:53:06
專利名稱：廢水處理加工系統的製作方法
技術領域：
本發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。
背景技術：
處理汙水的過濾系統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製成的浸沒床，負責處理汙水中汙染物的微生物即附著於該浸沒床上。當汙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汙染物，然後對這些汙染物進行需氧降解，.產生二氧化碳、水和另外的細胞物質。空氣通過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中懸浮介質裡的聚苯乙烯。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。汙水流向可與空氣供應的方向相反(向下流)，或者與空氣供應方向一致(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汙水中的懸浮固體顆粒和生物體碎片。經過一段時間之後，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，導致經過顆粒材料的水流受阻，使驅動該系統的所需水壓升高。為了去除過濾床內所捕獲的過量細胞物質及固體，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所需回洗的頻率，而回洗頻率是決定過濾系統綜合效率的一項重要參數。
本說明書中所包括的對任意文檔、出版物、實踐、設備、物質、條款、材料等的討論僅僅是為本發明提供背景基礎。任何此類討論都不能理解為認可為形成現在技術基礎部分或是與本發明領域相關的技術領域一般常識的任意部分的主旨，從而延後本發明優先權日或發明日。
發明內容
一方面本發明提供了一個用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此池；在處理容器的入口和出口之間為循環過濾床，該循環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構，選擇性或適合於促進微生物群附著在顆粒上，通氣裝置適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到過濾床；在處理容器的結構和操作特徵中，選擇循環過濾床和通氣裝置以使顆粒可以在循環過濾池內彼此之間發生相對運動；過濾系統的運行將使大部分顆粒材料在一段時間後在循環過濾床內循環。
在本說明書的上下文中，詞語「循環」及其文法衍生詞採用其通常含義來描述過濾床內顆粒的基本運動，未使用更多限制性詞義的術語，因為這需要單個顆粒在完全迴路裡運動到一個特定的起點。
與靜態過濾床相比，使用循環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，否則該過濾床的汙染物濃度將會很高。在廢水處理加工的一些實施方案裡尤其是在家庭應用時，回洗水體積約為處理水體積的1％，預計總體上體積低於5％。
循環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，優選約0.7mm～1.0mm。材料的有效尺寸指的是按重量計算10％顆粒可以通過的孔徑尺寸。此類合適的GAC體積密度約為400～550kg/m3，更優選430～480kg/m3。此類合適的GAC比重約為1.2～1.4.，均勻度約小於2，更優選約小於1.6。
過濾床使用的此類顆粒材料可以提供一種物理吸附汙染物的有效機制，使該系統所處理流入液的汙染物濃度範圍很寬，而對流出液的質量無明顯影響。另外，採用材料的大小和比重應使過濾床保持適當循環水平所需空氣體積與系統中生物處理過程所需要的空氣量確保一致。出於這種安排，可使用通氣裝置來促使過濾床循環。另外，由於所吸附汙染物可隨後為顆粒過濾材料上的微生物所消化，通氣系統的規格只需要滿足平均負載而不是峰值負載的條件即可，這樣可以不需要昂貴的通氣控制系統。
另一方面，本發明提供了用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此容器；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，通氣裝置適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到過濾床。
所用顆粒材料優選為粒狀活性碳材料。顆粒過濾材料的有效尺寸優選為0.7～1.0mm。
本系統的一種形式適合於家庭住宅中水處理，大小適合放置到家庭住宅的屋簷下。在一個具體實施方案中，過濾床的高度約低於2.5米，更優選約低於2.0米，還可優選更低於1.5米。
在一種具體形式裡，處理容器通常為長條形並且按軸心垂直掛載，入口位於循環過濾床的上方，而出口位於循環過濾床的下方。處理容器的高度和直徑比可為0.5∶1～8∶1，優選4∶1～6∶1。
處理容器可包含一個位於過濾床上方的頭部區。該頭部區用於容納流入壓頭，該流入頭可產生通過過濾床的頭部水壓。頭部區可通過介質捕獲裝置與過濾床分隔，優選篩網形式。
在一種形式中，將一靜態過濾床置於循環過濾床的下遊。在一具體的形式中，靜態過濾床置於循環過濾床的下遊，靜態過濾床含有顆粒材料，其幹比重大於1。靜態過濾床優選用沙子或類似的顆粒材料形成。
在一種形式中，將通氣裝置放置於過濾床的下方。在一具體的形式中，通氣裝置位於循環過濾床和靜態過濾床之間的接口處或接口之上。
再一方面，本發明提供了用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此池；在處理容器的入口和出口之間為循環過濾床，在處理容器內循環過濾床的下遊還有一個靜態過濾床，其含有比重大於1的顆粒材料，該過濾床適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到過濾床的通氣裝置。
可在循環過濾床和靜態過濾床之間的接口下方放置一個擴散器，以便在回洗時供應空氣以實現過濾床及靜態過濾床的洗涮來輔助清潔過濾系統。
處理容器入口上遊可放置一個收集器在處理前容納及/或緩衝廢水。處理容器出口下遊可放置一個儲存容器來存放處理後的水。
另一方面，本發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，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構，選擇性或適合於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；循環過濾床，使顆粒材料在過濾床內彼此之間相對運動，從而使大部分顆粒材料在一段時間後在循環過濾床內循環。
通氣裝置使空氣在過濾床中擴散的方式優選受到控制而獲得更好的過濾床循環效果。
第五方面，本發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，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；將空氣擴散經過過濾床為粘附於顆粒表面的微生物提供氧氣，並促使顆粒在過濾床內循環以促進所捕獲固體在過濾床內的分布。
參考附圖便於下文描述本發明的實施方案。但是無庸置疑的是具體附圖及相關描述可認為不會限制本發明前面描述的範圍。
附圖中圖1為本發明一個實施方案中廢水處理系統的示意圖。
圖2示意性描繪了圖1中所示廢水處理系統中的循環過濾床；圖3闡述了一段時間後汙水處理系統中循環床和靜態床的壓頭損失。
本發明實施方案詳述描述附圖中演示的廢水處理系統優選實施方案時，為了清晰起見，將介紹應用於家庭住宅中心廢水回收再利用的廢水處理系統。但是，所述廢水處理方法不僅僅限於處理中水(grey water)。
中水指洗衣服、廚房使用及沐浴所產生的廢水，不同於「黑水」或來自馬桶汙染更嚴重的廢水。此類廢水的特徵為汙染負荷相對較低、渣滓汙染物相對較少，因而可以用生物方法處理。
參照圖1，該圖為用於處理家庭住宅產生中水的廢水處理系統10。系統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相通的處理後水儲存池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位於處理容器11的上面部分；也帶有出口端16用於將處理後的水排出處理後水儲存池13，出口端位於處理容器11的下面部分。
廢水儲存池12包括入口篩19。原始的未經處理的中水經過篩19泵入或吸入到廢水儲存池12。入口篩19可以是適合於清除線頭或頭髮的自潔型篩，例如當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處理之前進行緩衝。當廢水超過廢水儲存池12的容量或處理後水儲存池13己滿時，進入廢水儲存池12的廢水可以經溢流端20導向溢流到下水道。處理容器供給泵21位於廢水儲存池12內，將原始的未處理水以預定的速度從廢水儲存池12經入口端15泵到處理容器11。
處理容器11形狀為長條形柱狀結構，一般沿其縱軸形成圓柱。所示形式的容器高2.4m，直徑約250mm。可以理解的是容器的大小取決於系統10的用途。
容器11包括4個主要的部分頭部區22，位於頭部區下面的循環過濾床23，位於循環過濾床23下面支撐循環過濾床23的靜態過濾床24，以及送氣室25。它些區域內的流體均是相通的，而且入口端15與頭部區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，可將水從頭部區排到下水道裡。同時還有通氣系統27，該系統包含通氣泵28和擴散器出口29。擴散器出口29位於循環過濾床23和靜態過濾床24之前，適於在廢水在循環過濾床23內進行處理時向循環過濾床連續或間歇性地通氣。通氣系統27的目的是向循環管濾床提供氧氣，以及提供過濾床循環的驅動力，這點將在下文進行更詳細的討論。
最後處理容器10還包含一個位於靜態過濾床24底部的空氣洗刷分布系統30。空氣洗刷分布系統包括空氣泵31和擴散頭32。
循環過濾床23含有顆粒過濾材料，為適當大小的單個顆粒，其具有粘附微生物從而在顆粒上形成生物膜的表面。空氣通過通氣系統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過顆粒材料23。在其他實施方案及/或應用中，可同時使用空氣和廢水同時向上流的流向。空氣支持粘附於過濾床23表面單個顆粒的微生物代謝，代謝在吸附及消化廢水中汙染物時發生。過濾床也用作過濾媒介來過濾和捕獲懸浮的固體及產生的生物碎片，並物理地吸附高濃度的上述汙染物。
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，優選約0.7mm～1.0mm。此類合適的GAC體積密度約為400～550kg/m3，更優選430～480kg/m3。此類合適的GAC比重約為1.2～1.4.，均勻度優選約小於2，更優選約小於1.6。這樣的媒介可以提供一種物理吸附汙染物的有效機制，使該系統可以處理汙染物濃度範圍很寬的流入液體，而對流出液的質量無明顯影響。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及物理學過濾特徵即可。材料的有效尺寸指的是按重量計算10％顆粒可以通過的孔徑尺寸。對所用顆粒的尺寸及比重進行選擇以使充氣系統27提供、過濾床23中發生生物學處理所需的空氣體積同時也為過濾床提供了適度的循環。
在所示形式中，循環過濾床23的深度約為1.5m，而靜態過濾床24約為300mm。同樣可以理解的是本領域內的技術人員可根據處理系統10的具體應用改變這些過濾床的大小。
將來自充氣系統27的空氣的擴散方式設置為可使過濾床23在處理容器11內緩慢循環。過濾床23的緩慢循環在下文中參照圖2進行更詳細的討論。
圖2中，箭頭100所示空氣經擴散器29導入過濾床23的下部，同時箭頭101所示廢水從過濾床23的上部進入過濾床並經過顆粒材料，其流向與經過濾床23的空氣流向相反。
將氣流加以調節，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，並回到過濾床的下部，如箭頭所示。顆粒的循環使固體從過濾床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，從而使經過表面33的壓力下降或壓頭損失很低小。
正如所討論的，位於清槽內小尺寸及低比重的顆粒材料使過濾床在充氣系統27適當的控制及驅動下緩慢循環。顆粒材料可以隨氣柱上升並隨氣柱的消失而下降。其他實施方案中，顆粒材料可只以環流或更隨機的方式沿處理容器的一側移動，另外，顆粒材料的循環同樣也可以由除了充氣擴散器之外的裝置提供，只要可以實現顆粒材料的適當循環即可。循環可能需要數天。過濾床23的循環使大量固體可以在需要回洗之前儲存於顆粒內。
靜態床24位於循環過濾床23的下面，也由顆粒材料如沙子構成。此過濾床延緩處理容器11中存在的過量固體向處理後水流穿透。而且，經過靜態過濾床24時的壓下下降可用於自動激發回洗操作。靜態過濾床24也可攔截可能從循環床23中顆粒脫落的碎裂過濾顆粒。
處理後的水從處理容器11的充氣室25流經流量控制堰14。可在排出管道18內安置消毒器34如紫外消毒器或臭氧發生器，從而殺滅處理後水流中殘留的任意細菌。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與處理後水儲存池13中的水隔離開來。
處理後的水自消毒器42流入處理後水儲存池13，在這裡這些水可根據需要經處理後水篩網系統50而加以利用。可以理解的是消毒器34是根據處理後水的用途而選用的。當處理後的水滴灌系統中使用，沒有噴霧發生風險或無人體接觸風險時，不需要使用消毒器34。但是，如果處理後的水用於噴霧衝洗或是其他應用如馬桶衝洗時，可能需要使用消毒器以便符合健康安全原則及規範。
篩網系統50包括位於處理後水儲存池13中的浸沒式泵51。使用浸沒式泵可以減少泵產生的噪音，這在城區使用時具有一定的優勢。泵51的運行可以手工啟動或通過處理後水篩網系統中的壓力開關啟動。泵51可以通過低水位開關關閉。通常需要在處理後水儲存池13中維持最低限量的水，以確保可以完成至少一次下文詳細討論的回洗。篩網系統50可附帶精細篩網52。
經過一段時間使用後，懸浮的固體會在處理容器11堆積，尤其是堆積於靜態過濾層24上，表現為壓頭損失增加，這些處理容器必須加以回洗以除去這些固體。正常情況下處於關閉狀態的回洗閥35供應來自處理後水池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提供了衝向處理容器11下部的水流。回洗閥35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間安置負重分隔閥37，正常流向條件下處於開放狀態，當有回洗壓力時可以關閉以防回流水經控制堰14發生短路回流。
回洗過程可包括一個空氣洗刷分布系統30水流應用於處理容器11下部之前或同時提供的空氣洗刷器。回洗水用自啟動虹吸器26回收並排到下水道裡，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29截取的媒介顆粒固定到過濾床23上。
過一段時間後，在充氣及回洗的作用下過濾床23可能發生物理降解。脫落顆粒過濾材料的顆粒與回洗水一起衝出系統。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供應空氣的充氣空氣泵28通常用一個浮子開關(未顯示)來啟動。中水向下滲過循環過濾床23和靜態過濾床24中顆粒材料，然後收集於充氣室25內。
當廢水儲存池12內處於最低水平時，低水位開關使供給泵21和充氣空氣泵28關閉。處理容器供給泵21和充氣空氣泵28也可由處理後水儲存池13中的高水位開關關閉。
廢水處理過程的一些實施方案中尤其是家庭應用時，佔所處理水體積約1％的回洗體積是可行的，預計總體上該體積低於約5％。圖3所示為經過一段時間後循環床與正常靜態床的壓頭損失比較。循環床中的壓頭損失稱為「分布式壓頭損失」，顯著低於正常的壓頭損失曲線。分布式系統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/天流入中水特徵中水的特徵由家庭清潔及個人護理所用產品的特性確定。對所用及排入原型單元的產品(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均勻係數＜1.6沙子有效尺寸1mm沙子均勻係數＜1.5
處理後水的特徵得自17份樣品的結果表明所有觀察的參數均有明顯下降。
-平均BOD從42.6mg/L降低到11.4mg/L，表明處理容器內發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％的流入中水裡均發現低濃度的磷，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處理後的中水特徵
實施例2說明研發家庭中水處理系統(DGTS)用於獲得來自NSW衛生部門的鑑定。DGTS建在寄宿學校裡，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/天流入中水的特徵由於寄宿生使用大量個人護理產品及洗衣機去汙劑，對中水的特徵未進行更多的控制。
處理速度40～60L/小時通氣負載0.3m/小時～0.5m/小時洗刷負載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均勻係數＜1.6沙子有效尺寸1mm沙子均勻係數＜1.5處理後水的特徵從新處理系統所得數據非常有限，但是初步結果顯示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。
兩個系統通用的處理過程處理容器中發生的大量過程改進了原始中水的質量。
1.雙層媒介過濾。
GAC層及沙子媒介層均發生了物理過濾。與普通的靜態過濾床不同，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(位於兩個媒介之間)確保只有GAC介質「循環」，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表面結合。這與填充固體孔隙的吸附不同。這種結合通常弱而可逆。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是泛義術語，描述用細菌及微生物(生物體)群去除水中化合物的過程。實際上它並不是過濾，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轉化為另一種狀態，從而改善水的質量。此生物體通常在GAC表面區域上形成。生物體以中水中的有機汙染物(肥皂、香波等)為食物來源。低流速或汙染物濃度低時，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。
基於中水強度的參數變化處理容器參數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。提高這些參數將使該單元可以處理強度高得多的中水。
參數範圍使用GWM及DGTS系統的不同中水強度的參數可介於下列範圍處理容器直徑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換氣負載0.3m/小時～0.5m/小時洗刷負載30m/小時～60m/小時系統10以對流及過濾床循環的單級運行方式運行。這種設置可以提供增強的硝化作用，因為循環過濾床確實可以受到更少的阻礙，流出液不會漏經過濾床或形成短路。而且，汙水中的去汙劑及沐浴中肥皂和去汙劑的使用可使廢水的鹼度顯著升高。當使用這種處理後的水灌溉時，一段時間後這種鹼性會降低植物對土壤中微量養分的利用度，導致植物應激及/或死亡。處理中水的硝化為糾正這種鹼性提供了一種方法，因為生成了作為硝化反應一部分的氫離子。所示實施方案中，所述系統，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，選擇適當的清潔劑使用時可以產生從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髒的也不會影響到產品水。當系統恢復服務時回洗水中存在的汙染物可在到達產品水之前收集於過濾媒介內。這樣系統在回洗時實際上需要更少的水，使系統可以更短的時間內恢復服務，從而提高系統的綜合效率。
儘管系統10是具體參照家庭使用環境中水處理而描述的，無需置疑所述方法可應用其他廢水處理應用，如廢水的大規模商業處理。在所示實施方案中，系統10適於安裝戶外房子的屋簷下。此外系統也可加以變化以安裝到房子內、房子旁或房子下其他合適的位置。其他實施方案中，當用於其他用途時廢水處理高度可高於上述高度。在進一步的實施方案中，可在處理容器內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複合體中使用，將來自各住宅的中水可在位於或鄰近住宅複合體的一個或多個系統內進行集中處理。
可以理解的是，本說明中所公開和定義的發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。
在本發明下文及前面描述中，除非出於表達語言上下文需要或必要的暗示，術語「包含」及其變體採用相容含義，即說明所述特性的存在，但不排除本發明各實施方案中其他特性的存在或加入。
權利要求
1.一種用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此容器；在所述處理容器的入口和出口之間的循環過濾床，該循環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構，選擇性或適合於促進微生物附著在顆粒上；通氣裝置，其適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到所述過濾床；在處理容器的結構和操作特徵中，選擇循環過濾床和通氣裝置以使顆粒可以在循環過濾池內彼此之間發生相對運動；過濾系統的運行將使大部分顆粒材料在一段時間後在循環過濾床內循環。
2.根據權利要求1所述通氣式過濾系統，其中循環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.根據權利要求2所述通氣式過濾系統，其中循環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.根據權利要求3所述通氣式過濾系統，其中所用粒狀活性碳材料有效尺寸大小為0.7mm～1.0mm。
5.根據前述任一項權利要求所述通氣式過濾系統，其中所述顆粒過濾材料的顆粒比重為1.2～1.4。
6.前述任一項權利要求所述通氣式過濾系統，其中所述顆粒過濾材料的顆粒體積密度為400～550kg/m3。
7.一種用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此容器；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，適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到過濾床。
8.根據權利要求7所述通氣式過濾系統，其中循環過濾床中所用顆粒材料為粒狀活性碳材料。
9.根據權利要求7或8所述通氣式過濾系統，其中所述顆粒過濾材料的有效尺寸為0.7～1.0mm。
10.根據前述任一項權利要求所要述生物過濾系統，其中所述充氣裝置位於所述過濾床的下面。
11.根據前述任一項權利要求所要述生物過濾系統，其中所述入口位於過濾床之上，出口位於過濾床之下。
12.根據權利要求11所述生物過濾系統，還包括位於所述過濾床下遊的靜態過濾床，所述靜態過濾床含比重大於1的顆粒材料。
13.一種用於處理廢水的通氣式生物過濾系統，該系統包括一個具有入口和出口的處理容器，有待處理的汙水將流過此池；位於處理容器的入口和出口之間的循環過濾床；位於所述處理容器內所述循環過濾床下遊的靜態過濾床，所述靜態過濾床比重大於1的顆粒材料；以及適合於廢水在過濾床中進行處理時使空氣連續或間歇性地擴散到過濾床的通氣裝置。
14.根據權利要求13所述生物過濾系統，其中所述入口位於循環過濾床之上，出口位於循環過濾床之下。
15.根據權利要求13或14所述生物過濾系統，其中循環過濾床中所用顆粒材料與第2～6項權利要求的定義相同。
16.根據權利要求12～15所述生物過濾系統，其中所述靜態過濾床位於循環過濾床下面並支持循環過濾床。
17.根據權利要求12～16所述生物過濾系統，其中所述靜態過濾床由沙子或類似材料組成。
18.根據權利要求12～17所述生物過濾系統，其中所述充氣裝置位於過濾床和靜態過濾床之間的位置或旁邊。
19.根據權利要求12～18所述通氣式生物過濾系統，其中所述擴散器位於循環過濾床和靜態過濾床之間，供應空氣以實現過濾床及靜態過濾床的洗涮以在回洗時輔助清潔該過濾系統。
20.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述處理容器通常為長條形，按軸心垂直掛載。
21.根據權利要求20所述生物過濾系統，其中所述處理容器高度和平均直徑比為4∶1～8∶1。
22.根據權利要求21所述通氣式生物過濾系統，其中所述容器高度和平均直徑比約為6∶1。
23.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述處理容器包括一個位於過濾床上方的頭部區用於供應過濾床上方流入液的壓頭。
24.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述頭部區經通過介質捕獲裝置與過濾床分隔。
25.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，還包括一個收集器在處理前容納及/或緩衝廢水，收集器位於處理容器入口的上遊。
26.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，還包括位於處理容器出口下遊的儲存容器存放處理後的水。
27.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中該系統可加以改造適應於處理來自家庭住宅的中水。
28.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中該過濾系統的大小可以調整以便安裝到居民住宅的屋簷下。
29.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述過濾床的高度約低於2.5米。
30.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述所述過濾床的高度約低於2.0米。
31.根據前述任意一項權利要求所述通氣式生物過濾系統，其中所述過濾床的高度約低於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，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構，選擇性或適合於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；以及循環過濾床，使顆粒材料在過濾床內彼此之間相對運動，從而使大部分顆粒材料在一段時間後在循環過濾床內循環。
33.根據權利要求32所述方法，還包括一個步驟控制空氣經充氣裝置向所述過濾床擴散的方式以便實現所述過濾床的有效循環。
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，所述過濾床包含粘附有細菌及/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；將空氣擴散經過所述過濾床為粘附於顆粒表面的細菌及/或微生物提供氧氣，並促使顆粒在過濾床內循環以促進所捕獲固體在過濾床內的分布。
35.根據權利要求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.根據權利要求35所述方法，還包括下列步驟提供靜態過濾床，所述過濾床含有比重大於1的顆粒材料；將所述靜態過濾床置於所述過濾床的下遊；以及使所述過濾床處理後的水流經所述靜態過濾床。
37.根據權利要求36所述方法，其中所述靜態過濾床由沙子或類似顆粒材料構成。
38.根據權利要求32～37任一項所述方法，還包括將廢水在所述過濾器上遊的收集器內在廢水流經所述過濾床進行處理之前加以緩衝的步驟。
39.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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、用於廢水處理的通氣式生物過濾系統。
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
本發明涉及一種用於處理廢水的通氣式生物過濾系統(10)，該系統包括長條形處理容器(11)，該容器裝有循環濾床(23)和靜態濾床(24)。循環濾床裝有顆粒材料，如比重為1.2～1.4、有效尺寸為0.6mm～1.5mm的顆粒活化碳。循環濾床位於靜態濾床之上，通氣系統(27)位於兩個濾床之間。通氣系統用於使流經循環濾床的空氣連續或間歇地擴散，從而為附著於顆粒材料上的微生物提供氧氣，並促進顆粒材料緩慢循環。該系統專門用於中水家用回收再用。
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 優先權日2004年11月22日
發明者格裡格瑞·麥克裡恩 申請人:努比亞水系統有限公司