CN101711228B - 用于污水处理的单元、设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种包括用来进行水处理所需的元件的单元,使得在边远地区按小规模建造水净化设施简单而便宜。
Description
本发明涉及用于污水处理的一种单元、一种设备及一种方法。
发明背景
1.技术领域
在最近十年期间,已经愈来愈重视来自城市和工业活动的废水在将它引回自然之前的净化。
许多孤立的私人住宅仍然没有连接到公共排水系统上,并且它们的废水因此不在公共净化设备中处理。作为取代,这些住宅不得不依靠它们对于净化问题的个别解决方案。
用于单家住宅的普通解决方案采用化粪池(septic tank)的形式,在该化粪池中,在低温下的厌氧发酵过程净化废水。然而这种过程耗费大量的时间,并且出流常常通过大地排出到某类渗透层(例如渗透坑),或通过排放管排出到例如最近的湖泊或河流。
单在丹麦,就有多于300.000处住宅只依靠化粪池进行废水处理。
来自当局的最近要求强迫这样的住宅提供它们的废水的改进净化。尤其是,有对于有机化合物、磷化合物及含氮化合物的重视。
在许多不能连接到公共排水系统上的区域中,一种措施是提供个别解决方案,然而,这些个别解决方案会导致总体过大容量的设备的提供,特别是对于在有限地理区域中用户的集中。共用设备的简单按比例增大也要求过大容量化粪池的设立,以便满足在化粪池中的保持时间,以便设备可处置高峰流量。
而且,在人口稀少地区或边远地区,基础设施常常很落后,由于道路或其它通信装置的缺乏,使地方或边远设备的建造被复杂化。
2.对相关技术的说明
已经提出各种小型净化设备,例如在WO 03/020650(KongstedMaskinfabrik)或WO 2005/026064(Biokube)中公开的那些设备。这样的设备按整套解决方案的形式发送,该整套解决方案包括用来包含功能零件的储箱以及功能零件的组装,这些功能零件然后在要放置设备的地点被组装。
WO 98/23540公开了用于来自一户或多户家庭、机关、娱乐中心、事务所等废水的生物净化、和用于高达近似50人当量(PE)的废水处理系统,所述处理包括废水的曝气(aeration)和生物过滤、硝化及磷的化学沉淀。小型废水处理系统的特征在于,系统包括具有固体过滤器元件和后-净化区的容器,系统具有相对于废水按逆流引导空气的元件,由液位开关控制的泵提供在泵井中,该泵井安装在容器侧上,受时间控制的泵布置成对于沉淀化学制品计量废水,并且系统具有将污泥引导到沉降储箱的元件,该污泥通过曝气和化学沉淀沉积在容器的底部中,该沉降储箱设置在系统的上游。
该系统相当复杂,并且要求例如化学制品的恒定控制和供给以及泵的维护,这在边远地点并不是总是可以实现的。此外,容器的最下部部分包括截头锥体,该截头锥体的最小直径布置在容器中的底部处,将沉淀污泥集中在截头锥体中,这使系统易受堵塞。而且,在WO98/23540中公开的系统要求底部包括具有坚固法兰的基础,该坚固法兰具有比容器大的直径,以便防止系统浮动。
然而,对于边远地点,储箱的运送和现有技术状态的组装与不相称的高昂运输成本和建造成本相关联。此外,这样的设备应该简单,并且要求控制和维护的最小化。
本发明提供对于这些问题的简单而可靠的解决方案。
发明内容
本发明涉及一种单元,该单元包括用来进行废水处理必需的装置,所述单元包括:
a)限定圆筒形腔室的壳体,该壳体具有壁和水平底部,选择性地具有顶部盖,所述腔室设有用于待处理的水的至少一个进口、和用于已处理水的至少一个出口,所述出口在腔室的圆筒形侧壁的下部部分中,
b)设置在所述腔室中的至少一个生物过滤器,所述生物过滤器具有比腔室的侧壁的高度矮的高度,并且以这样一种方式定位在腔室中:使得在圆筒形腔室中在所述生物过滤器下面形成污泥收集腔室,该污泥收集腔室具有与腔室相同的横截面,
c)至少一个空气分布单元,设置在所述腔室中在所述生物过滤器与腔室的底部之间,所述空气分布单元布置成,所有空气都在生物过滤器的下方释放,
d)用来将进口与进口导管相连接的至少一个连接件,
e)用来将出口与出口导管相连接的至少一个连接件,
f)用于用来将压缩空气供给到空气分布单元的管线的至少一个连接件,及
g)用来连接到外部电源上的至少一个连接件。
在第二方面,本发明涉及一种用来处理水的设备,所述设备包括第一储器并且还包括第二储器,该第一储器用来容纳根据本发明的至少一个单元,该第二储器用来容纳在所述水供给到单元之前来自待处理的水的颗粒材料,所述第二储器设有:用于待处理的水的进口;和用来将水从第二储器供给到单元的进口连接器的至少一个导管;用来连接到用来输送已处理水的出口上的至少一个导管;及用来将电力供给到压缩机和/或泵的至少一个连接器。
在第三方面,本发明涉及一种用来处理水的方法,该方法包括以下步骤:
a)按在24小时周期上将负载均匀地分布在单元上的速率,将水供给到根据本发明的单元或设备,以及
b)将电力供给到压缩机,以便将空气供给到空气分布单元。
附图说明
参照附图更详细地公开本发明,在附图中
图1表示在从上方的角度下看到的本发明的单元的实施例
图2表示图1的实施例,其中壳体的两个壁已经去除,及
图3表示从上方看到的图1的实施例。
具体实施方式
本发明涉及一种用于水处理的单元,所述单元包括用来进行水处理所需的元件,所述单元包括:
a)限定圆筒形腔室的壳体,该壳体具有壁和水平底部,选择性地具有顶部盖,所述腔室设有用于待处理的水的至少一个进口、和用于已处理水的至少一个出口,所述出口在腔室的圆筒形侧壁的下部部分中,
b)设置在所述腔室中的至少一个生物过滤器,所述生物过滤器具有比腔室的侧壁的高度矮的高度,并且以这样一种方式定位在腔室中,从而污泥收集腔室形成在圆筒形腔室中在生物过滤器下面,该污泥收集腔室具有与腔室相同的横截面,
c)至少一个空气分布单元,设置在所述腔室中在所述生物过滤器与腔室的底部之间,所述空气分布单元布置成,所有空气都在生物过滤器的下方释放,
d)用来将进口与进口导管相连接的至少一个连接件,
e)用来将出口与出口导管相连接的至少一个连接件,
f)用于用来将压缩空气供给到空气分布单元的管线的至少一个连接件,及
g)用来连接到外部电源上的至少一个连接件。
本发明还涉及一种用于污水的生物净化的方法、和一种在该方法中使用的设备。具体地说,根据本发明的设备是“浸没曝气生物过滤器设备”类型的净化设备,并且其特征在于,设备通过使负载在设备上均匀,而能够处置变化量的来水。这通过控制从用于颗粒材料的积累的储器或储箱到根据本发明的单元的流量而得到,例如使用将均匀进给流输送到单元的泵。
本发明基于提供一种单元的想法,该单元包括废水处理需要的所有功能零件,该单元然后设置在储箱中,该储箱可以由地方可得到的材料在本地生产,并且设有电源和压缩空气源。
功能零件将被制造并且装配到根据本发明的单元上,该单元准备建造在具有水平底部的简单储箱中的所需地点处,并且连接到电源和待处理的水源上,并连接到用来运送已处理水的导管和选择性地压缩机单元上。
与根据本发明的单元一起使用的储箱在最简单实施例中可以是在地中提供有水平底部的坑或凹处,或者是由本地可得到的混凝土或其它材料或由用来装配储箱的预制部件建造的储箱。这样的预制部件优选地是用本地可得到的材料在本地生产的重量较轻的部件。储箱的目的是容纳本发明的单元,并且适当地通过将储箱设有溢流管,保证在包括这样的单元的设备中的恒定水位。此外,储箱可以具有允许它用作供污泥沉积的储罐的尺寸,以便降低污泥除去和维护的频率。
因而,无需将庞大的储箱运送到边远地点处,并且准备安装并且连接到需要的连接件上的单元的运输和运送可以使用较小和轻型卡车或甚至直升飞机来实现。
已经发现,本发明使得在需要的边远位置处按小规模建造水净化设施变得非常简单而又便宜,并因而在可能难以建造常规净化设备的边远位置处,提供对于如下问题的适当解决方案:改进废水的质量,并且降低其对自然的不利影响。
在根据本发明的单元中,颗粒和污泥简单地沉积在其底部处。
在一个实施例中,单元设有呈气动提升泵形式的泵送装置,以便从其底部除去沉积物质。
沉降通过如下保证:考虑到待处理的水量而对具有生物过滤器的单元的尺寸进行设计,以得到在单元中水的驻留时间,比对于固体物质从单元顶部沉降到低部以形成沉淀的预定分数(例如1/2、2/3、3/4、4/5、9/10或99/100)使用的时间长。
在本发明的一个实施例中,本发明的单元可以例如这样使用,通过将形成单个水处理设备的一个或多个单元设置在湖泊或河流或入海口或河湾中,以便对水加以净化和曝气。空气供给到在生物过滤器下面的空气分布单元,这保证空气和待处理的水通过过滤器循环,从而在待处理的水与在过滤器表面上的生物膜中的细菌之间建立接触,借此分解有机物质并且转化氮化合物,并且水被曝气,增加氧含量。
在一个优选实施例中,根据本发明的单元还包括压缩机单元,该压缩机单元连接到用来将空气供给到扩散器的管线上,该压缩机单元提供了一个只需要外部电源就可以被操作的单元。
单元的壳体可以由诸如金属、混凝土或优选地纤维增强材料(如玻璃纤维增强聚酯)之类的材料制成,或者由塑料材料制成,以降低单元的重量。
在一个优选实施例中,使用塑料材料,如诸如聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯之类的聚烯烃。
本发明的单元的壳体优选地是箱形的,并且优选地从上方看具有方形横截面。然而,单元可以具有大致圆筒形形状,具有圆形或矩形横截面。
在本发明的一个实施例中,生物过滤器以这样一种方式定位在腔室中,从而流体分布空间形成在腔室中在过滤器的顶部上,并且单元的至少一个进口呈现至少一个孔的形式,该孔布置在离腔室壁的顶部一段距离处,并且与所述空间连通,提供一种简单的构造。
典型地,在腔室壁的侧面中的出口具有大尺寸,以便保证来自污泥收集腔室的水的足够低流量,以允许污泥的沉降,用来避免污泥用处理过的水输送到接受器。此外,出口的大尺寸允许使用根据本发明的设备的储箱来收集污泥,使堵塞的危险最小,并且在突然高进水量的情况下,也使得设备可以运行,而无需用来除去污泥的泵,该污泥可以简单地以机械方式除去。在本发明的一个实施例中,出口的尺寸与污泥收集腔室的侧面的尺寸相对应。这也能够实现污泥的简单机械去除(如果需要的话)。
按照本发明布置在生物过滤器下面的污泥收集腔室减小堵塞的危险,并且简化设备的运行,该设备包括如以上叙述那样的单元。
至少一个生物过滤器,与单元的壳体的底部相比,优选地竖向地安装。
优选的是使用这样的生物过滤器,该生物过滤器当细菌在其上生长时,不会堵塞或者不降低效率(当使用管路和管件时就会发生这种堵塞或效率降低)。适当的过滤器材料是例如由塑料丝纺成的管子或作为Bioblok过滤器材料可得到的过滤器材料。在一个优选实施例中,在本发明中使用的生物过滤器是Bioblok过滤器,如具有100m2/m3的表面面积的Bioblok 100或具有150m2/m3的表面面积的Bioblok150。
空气分布单元,可以是空气可从该单元按跨过过滤器的底部区域均匀分布的小气泡形式释放的任何单元,并且优选地是扩散器(diffuser)。
典型地,扩散器传送的空气量为每100升储器体积每分钟10至100升空气。
根据本发明的单元优选地设有控制单元,用来按本身已知的方式控制将水供给到单元的速率,以便使负载在单元上在24小时周期上均匀地分布。
在第二方面,本发明涉及一种用来处理水的设备,所述设备包括第一储器并且还包括第二储器,该第一储器用来容纳根据本发明的至少一个单元,该第二储器用来容纳在所述水供给到单元之前来自待处理的水的颗粒材料,所述第二储器设有:用于待处理的水的进口;和用来将水从第二储器供给到单元的进口连接器的至少一个导管;用来连接到用来输送已处理水的出口上的至少一个导管;及用来将电力供给到压缩机和/或泵的至少一个连接器。
优选的是,根据本发明的单元的进口与将水供给到设备的导管在相同水平处,这消除用来将水供给到单元的泵的需要,并且使本发明的设备较少受到这样一种设备的功能停止的影响。
根据本发明的设备可以包括根据本发明的从1至12个单元,这些单元设置在串联或并联工作的各个储箱中,或者可选择地设置在公共储箱中。
当单元按串联放置时,从第一单元离开的被部分地净化的废水转到第二单元,依此类推,导致进一步净化。
较少污染的水可以使用并联的单元进行净化,以增大设备的产能。
因而,根据本发明的设备可以呈现长而窄的设备、或较短但更紧凑的设备的形式。决定净化能力的是,过滤器元件和曝气的体积容量、及以上所叙述的各单元的相互关系。
处理过的水然后经出口排出到接受器。
在另一个实施例中,设备如果计划与小型居住区结合使用,则包括根据本发明的3至12个单元。
包括几个分立的单元的设备实现一种构造,在这些分离单元中,每个单元是分别可替换的,在该构造中,可以按简单而容易的方式替换设备的各个部分,或者如果需要,例如在待处理的水量增加的情况下需要提供更大的产能时,则通过添加更多单元来扩展设备。这个的优点是显然的。
根据一个特别优选的实施例,设备是设有浸没的曝气生物过滤器的种类的小型净化设备,这样的设备优选地具有每天10至150立方米水的处理容量。
供联系优选小型设备使用的单元或段的典型体积将为3m3与40m3。本发明的设备的储箱的内部,如果希望,则借助于分隔壁,可被划分成由根据本发明的单元占据的净化部分、和沉降部分,该分隔壁不是一直到达储箱的底部。
根据本发明的设备优选地设有控制单元,用来按本身已知的方式控制将水供给到单元的速率,以便使负载在单元上在24小时周期上均匀地分布,例如通过控制进给泵的输出。
在本发明的另一个实施例中,根据本发明的一个或多个单元可以用来提供用来净化小溪、河流、支流或小河的设备。这可能对于这样的地区特别有益,在这些地区中,在小溪等的上部河道处的居民将其用于废水排放,并且在更下游的居民将同一小溪等用作饮用水源。在其最简单实施例中,建造拦河坝,并且将水流引导过根据本发明的用于水净化的一个或多个单元,这些单元可以被适当地结合成这样一种拦河坝的一部分。
在第三方面,本发明涉及一种用来处理水的方法,该方法包括以下步骤:
a)按在24小时周期上将负载均匀地分布在单元上的速率,将水供给到根据本发明的单元或根据本发明的设备,和
b)将电力供给到压缩机,以便将空气供给到空气分布单元。
在一个优选实施例中,工艺的控制部分被构造和控制成:使得在设备上的负载在每天总共24小时上均匀地分布。
通过控制相对于时间通过设备的污水的流量,污水可全天均匀分布地通过设备,并由此提供微生物的最佳活动条件。最佳细菌生长条件使得净化更为有效,这又使得在别处有可能是必需的过度容量被减少。
已经惊人和意外地发现,通过根据本发明的方法(在该方法中,在设备上的负载与时间成适当比例)得到的出口分析结果值显著地低于当局对于大得多并且高级得多的系统设置所要求的值。
优选的是,通过使用用来控制供给到单元或设备的水流的电子控制泵,来保证设备的均匀负载。
在一个特别优选的实施例中,水按这样一种速率流过生物降解区,使得在生物降解区中发生沉降。通过首先确定颗粒在水中的平均沉降速率并且然后调节流量,从而水在该区中保持的时间比平均颗粒从该区的顶部沉到底部所用的时间更长,可确定适当速率。通过将水的流量调节到用于希望分数的沉降速率,沉降可沉淀颗粒的任何希望分数。然而,也必须考虑对于细菌的必要供给。
优选实施例的说明
现在参照表示本发明优选实施例的附图,更详细地解释本发明。
参照表示根据本发明的单元的实施例的附图的图1和2。
用于水处理的单元1包括:
a)限定腔室的壳体,该壳体具有壁2和底部3,选择性地具有顶部盖,所述腔室设有至少一个进口4,
b)至少一个生物过滤器5,设置在所述腔室中,
c)至少一个空气分布单元6,设置在所述腔室中在所述生物过滤器5与腔室的底部3之间,并且设有用来将空气供给到扩散器的管线7,及
d)至少一个进口4,
e)至少一个出口8。
此外,这样一种单元设有:用于用来将压缩空气供给到空气分布单元的管线的至少一个连接件;和用来连接到外部电源上的至少一个连接件。
图3表示从上方看到的在图1中表示的单元。
在决定对于本发明的具体实施例要使用的材料之后,根据本发明的单元或设备可以按由本领域的技术人员已知的方式制成。
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Claims (14)
1.一种包括用来进行水处理所需的所有功能部件的单元,所述单元包括
a)限定箱形腔室的壳体,该壳体具有壁和水平底部,选择性地具有顶部盖,所述腔室设有用于待处理的水的至少一个进口、和用于已处理水的至少一个出口,所述出口在所述腔室的侧壁的下部部分中,
b)设置在所述腔室中的至少一个生物过滤器,所述生物过滤器具有比所述腔室的侧壁的高度矮的高度,并且以这样一种方式定位在所述腔室中:使得在所述箱形腔室中在所述生物过滤器下面形成污泥收集腔室,该污泥收集腔室具有与所述腔室相同的横截面,在所述腔室的侧壁的下部部分中的所述出口具有大尺寸以保证从污泥收集腔室流出的水具有足够低的流量,从而允许污泥的沉降,以避免污泥被已处理的水输送到接受器;所述出口的大尺寸允许使用储箱来收集污泥,使堵塞的危险最小,并且在突然高进水量的情况下,也使得设备可以运行,而无需用来除去污泥的泵;
c)至少一个空气分布单元,设置在所述腔室中在所述生物过滤器与所述腔室的所述底部之间,所述空气分布单元布置成使所有空气都在所述生物过滤器的下方被释放,
d)用来将所述进口与进口导管相连接的至少一个连接件,
e)用于将所述出口与出口导管相连的至少一个连接件,
f)用于用来将压缩空气供给到所述空气分布单元的管线的至少一个连接件,
g)用来连接到外部电源上的至少一个连接件,及
压缩机单元,连接到用来将压缩空气供给到所述空气分布单元的所述管线上。
2.根据权利要求1所述的单元,其中,从上方看,所述箱形腔室具有方形横截面。
3.根据权利要求1或2所述的单元,还包括
h)泵送装置,该泵送装置的进口在所述腔室的所述底部处。
4.根据权利要求3所述的单元,其中,
所述压缩机单元连接到用来将压缩空气供给到泵送装置的管线上,该泵送装置呈现气动提升泵送装置的形式。
5.根据权利要求1所述的单元,其中,所述壳体由塑料材料制成。
6.根据权利要求5所述的单元,其中,所述壳体由聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯制成。
7.根据权利要求1所述的单元,其中,所述至少一个进口具有孔(4)的形式,所述孔(4)布置在离所述腔室壁的所述顶部的一段距离处。
8.根据权利要求1所述的单元,其中,所述至少一个生物过滤器(5)相对于所述底部在竖向位置安装。
9.根据权利要求1所述的单元,其中,所述空气分布单元(6)是扩散器。
10.一种用来处理水的设备,所述设备包括
第一储器,该第一储器用来容纳至少一个根据权利要求1-9任一项所述的单元;还包括第二储器,该第二储器用来容纳在水供给到所述单元之前来自待处理的水的颗粒材料,所述第二储器设有:用于待处理的水的进口;和用来将水从所述第二储器供给到所述单元的进口连接器的至少一个导管;用来连接到用以输送已处理水的出口上的至少一个导管;及用来将电力供给到压缩机和/或泵的至少一个连接器。
11.一种用来处理水的设备,所述设备包括
第一储器,用来容纳至少一个根据权利要求1-9任一项所述的单元,并且其中,所述单元的进口与用来将水供给到所述设备的导管在相同水平处。
12.根据权利要求10或11所述的设备,其包括1至12个如权利要求1-9任一项所述的单元,所述单元设置在个别住宅中,串联地工作以提高净化程度,或并联工作以增大产能。
13.根据权利要求10或11所述的设备,其包括1至12个如权利要求1-9任一项所述的单元,所述单元设置在共用住宅中。
14.一种用来处理水的方法,包括如下步骤:
a)按在24小时周期上将负载均匀地分布在单元上的速率,将水供给到根据权利要求1-9任一项所述的单元或根据权利要求10-13任一项所述的设备,以及
b)将电力供给到压缩机,以便将空气供给到所述空气分布单元。
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