CN103153880A

CN103153880A - 污水处理系统

Info

Publication number: CN103153880A
Application number: CN2011800411978A
Authority: CN
Inventors: G·阿米台
Original assignee: Triple T Purification Ltd
Current assignee: Triple T Purification Ltd
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-06-12
Also published as: HRP20190095T1; BR112013004197A2; US20130153492A1; PL2609042T3; CL2013000526A1; PT2609042T; CA2809088C; ES2706062T3; AU2011294744B2; DK2609042T3; CY1121302T1; RS58458B1; BR112013004197B8; MX340893B; SI2609042T1; CA2809088A1; EP2609042B1; BR112013004197B1; AU2011294744A1; WO2012025926A1

Abstract

本发明提供一种用于污水处理的系统。泵送系统将污水从源水槽泵送至接收水槽，而当泵送系统未运行时，管道允许水从源水槽到接收水槽的重力流动。当源水槽中的污水水平面处于第一预定高度时，或者当污水从源水槽至接收水槽的重力流动的速度低于第一预定流速时，控制器驱动泵送系统以将污水从源水槽泵送至接收水槽。当源水槽中的水平面处于源水槽的最低水平面时，或者当接收水槽中的水平面处于接收水槽的最高水平面时，控制器还可以关闭泵送系统。本发明还提供一种本发明的污水处理系统的操作方法和应用于本发明的系统中的泵送系统。

Description

污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理系统。

背景技术

污水处理系统通常包括具有基本不透水的侧面和底部的一个或多个水槽（basins）。例如泥土、砂砾或合成介质（synthetic media）的一个或多个基层设置在底部，以支撑例如细菌、藻类或水生植物的根部的水生生物。这些系统已经用于减少耗氧量（oxygen demand）、悬浮固体（suspended solids）、病原菌（pathogenic bacteria）以及由家庭污水、工业污水和农业污水组成的其它污水。

循环污水处理系统具有两个水槽。污水被引入一个或两个水槽中，然后在两个水槽之间往复流动。贮水和排水周期的频率可以调节，以对例如硝化作用（nitrification）、反硝化作用（denitrification）、硫酸盐还原作用（sulfatereduction）、甲烷生成作用（methanogenesis）的特定的生物反应和非生物反应的条件进行控制。往复式湿地利用泵或气动升液器（airlift）将液体从一个水槽移动到另一个水槽是已知的，例如Behrends发明的、美国专利No.5,863,433中所公开的。

发明内容

此处使用的术语“污水处理系统”涉及用于污水处理的任何系统，并且包括人工湿地过滤器、生物反应器过滤器和滴滤池这些系统。

在本发明的第一方面中，本发明提供一种用于处理污水的系统。本发明的系统包括至少两个水槽，该至少两个水槽用于保存待处理的污水。每个水槽构造为容纳基材用以处理保存在水槽中的污水。每个水槽在输送液体的源水槽的状态和接收液体的接收水槽的状态之间交替。泵送系统将污水从源水槽泵送至接收水槽。在控制器的控制下，泵送系统驱动或停止，该控制器构造为执行水槽之间的泵送状况。当源水槽中的水平面高于接收水槽的水平面时，水在重力作用下可以从源水槽流动到接收水槽。当源水槽中的水平面低于接收水槽的水平面时，水通过泵送系统从源水槽泵送至接收水槽，直到源水槽中的水平面处于最低水平面并且接收水槽中的水平面处于最高水平面。在此阶段，源水槽成为接收水槽并且接收水槽成为源水槽，通过使水沿相反的方向流动，可以重复该处理程序。当本发明的污水处理系统实际包括两个水槽时，系统可以作为往复式湿地，其中污水在两个水槽之间往复移动。

在本发明的第二方面中，本发明提供一种操作本发明的污水处理系统的处理程序。该处理程序起始于初始配置，在该初始配置中源水槽和接收水槽保存待处理的污水，源水槽的水平面高于接收水槽的水平面。允许污水仅在重力作用下从源水槽流动到接收水槽。当两个水槽的水平面大致处于相同的水平面时，将水从源水槽泵送至接收水槽，直到源水槽中的水平面处于最低水平面，并且接收水槽中的水平面处于最高水平面。如此，源水槽成为接收水槽，接收水槽成为源水槽，处理程序可以利用新的源水槽和接收水槽重复。

发明人已经发现，与现有技术的循环系统相比，通过利用重力流动和泵送相结合来将水从一个水槽移动至另一个水槽可以在能源开支方面提供极大的节约。

因此，本发明提供一种用于污水处理的系统，该系统包括：

（a）至少两个水槽，每个水槽在作为输送液体的源水槽的状态和作为接收液体的接收水槽的状态之间交替；

（b）泵送系统，该泵送系统构造为将污水从源水槽泵送至接收水槽；

（c）管道，当所述泵送系统未运行时，该管道允许水从源水槽至接收水槽的重力流动；以及

（d）控制器，该控制器构造为用于一对或者多对源水槽和相邻的接收水槽：

（a）当所述源水槽中的污水水平面处于第一预定高度时，或者当污水从所述源水槽至所述接收水槽的重力流动的速度低于第一预定流速时，驱动所述泵送系统以将污水从源水槽泵送至接收水槽；

（b）当所述源水槽中的所述水平面处于源水槽的最低水平面时，或者当所述接收水槽中的所述水平面处于接收水槽的最高水平面时，或者当流速与能量输入的比值低于预定的标准时，关闭所述泵送系统；

其中，所述第一预定高度低于源水槽的最高水平面。

所述系统实际可以具有两个水槽。

在本发明的一种实施方式，所述系统的每个水槽具有底面，所述水槽的所述底面彼此共面。

在一种实施方式中，将所述泵送系统的泵扬程调整为与实际净扬程相匹配。

所述系统还可以包括泵送腔，该泵送腔在至少一对相邻的水槽之间引导水。所述系统还可以包括污水输送管，该输送管在所述泵送腔内具有两个支管。

所述输送管的所述两个支管中的每个支管可以设置有文丘里抽吸装置。

所述泵送系统可以包括一个或多个离心泵。所述系统可以包括检测至少一个所述水槽中的水平面的一个或多个传感器。

至少一个水槽可以设置有在所述水槽和所述泵送系统之间引导污水的管道系统。至少一个水槽可以设置有用于从所述水槽移除废水的溢流堰。

在本发明的再一个方面中，本发明提供一种用于污水处理的系统的操作方法，该污水处理系统具有至少两个水槽，每个水槽在作为源水槽的状态和作为接收水槽的状态之间交替，所述方法包括：对于每对源水槽和接收水槽而言：

（a）当所述源水槽中的水平面高于所述接收水槽的水平面时，允许污水在重力作用下从所述源水槽至所述接收水槽的重力流动；

（b）当所述源水槽中的污水水平面处于第一预定高度时，或者当污水从所述源水槽至所述接收水槽的重力流动的速度低于第一预定流速时，将污水从所述源水槽泵送至所述接收水槽；

（c）当所述源水槽中的所述水平面处于源水槽的最低水平面时，或者当所述接收水槽中的所述水平面处于接收水槽的最高水平面时，或者当流速与能量输入的比值低于预定的标准时，关闭所述泵送系统；

其中，所述第一预定高度低于源水槽的最高水平面。

本发明的方法可以在实际包括两个水槽的污水处理系统中执行。

本发明还提供一种泵送系统，该泵送系统应用于本发明的用于污水处理的系统中。该泵送系统包括：

（a）容器罐，该容器罐用于容纳待处理的污水，所述容器罐设置有第一输出管8’和第二输出管；

（b）第一泵和第二泵；

（c）处理器，该处理器构造为接收第一水槽和第二水槽中的液面的指示信号，并且驱动和停止所述第一泵和所述第二泵，以执行根据本发明的用于污水处理的系统的操作方法。

所述泵送系统可以设置有分支的污水输送管。

附图说明

为了理解本发明并且知道怎样可以将其在实际中实现，现在将结合附图仅通过非限定的示例的方式来描述具体实施方式，其中：

图1显示根据本发明的一种实施方式的具有两个水槽的用于处理污水的系统的侧视截面图；

图2显示图1所示的系统的俯视图；

图3-图8显示水在图1和图2的系统的两个水槽之间移动的连续阶段；

图9和图10分别显示根据本发明的另一种实施方式的用于污水处理的系统的侧视截面图和俯视图；

图11和图12分别显示根据本发明的第三种实施方式的用于污水处理的系统的侧视截面图和俯视图；

图13显示根据本发明的第四种实施方式的用于污水处理的系统的侧视截面图；

图14和图15分别显示根据本发明的第五种实施方式的用于污水处理的系统的侧视截面图和俯视图；

图16显示根据本发明的第六种实施方式的操作污水处理系统的流程图；

图17显示根据本发明的再一种实施方式的具有两个水槽的用于处理污水的系统的侧视截面图；

图18显示图17的系统的俯视图；以及

图19显示图17和图18的污水处理系统中所使用的泵送系统。

具体实施方式

图1和图2显示根据本发明的一种实施方式的用于处理污水的系统100。系统100通过图1中的侧视截面图和图2中的俯视图显示。

系统100包括围墙1和底面112，该围墙1和底面112均不透水。挡墙15将系统分隔为用于保存待处理的污水的第一水槽2和第二水槽3。此处仅作为示例，本发明的系统可以具有任意数量的水槽。

泵送腔6跨设于（straddle）两个腔室。泵送腔6通过开口7向水槽2开放，通过开口8向水槽3开放，以允许两个水槽之间的直接液压连接。第一推进器9设置在开口7内或开口7上，以将水从水槽2泵送到泵送腔6内。第二推进器10设置在开口8内或开口8上，以将水从水槽3泵送到泵送腔6内。开口8和10处于同一水平面，从而当两个泵9和10未运行时，允许液体在重力作用下在两个水槽之间流动。

使用中，将基材（未图示）引入到用于污水处理的各个水槽内。基材可以选择为任何应用所需要的基材，并且可以由例如砂砾、泥土或合成介质形成，用于固定例如细菌、藻类或植物的生物有机体。特别地，本发明的污水处理系统可以构造成人工湿地。

待处理的污水通过分支输送管11输送至泵送腔6，下文中将进行详细描述。

经由穿孔管28a的分支系统，污水在泵送腔6和第一水槽2之间流动，藉此污水能够交替地实现从水槽2中取用（take up）和释放到水槽2中。同样地，经由穿孔管28b的分支系统，污水在泵送腔6和第二水槽3之间流动。穿孔管28a和穿孔28b的分支系统确保进入水槽的水能够沿着水槽的底部均匀地分布在基材下方，并且确保水能够从水槽均匀地取用至管路系统中。废水可以排放至设置在泵送腔6内的溢流堰14，或者可选择地排放至任何其它装置，例如具有排出件（discharge）18的垂直流动通道17。

系统100还包括用于驱动和停止泵9和10的控制器32，从而如下文所述分别通过连通管线44和46实现污水在两个水槽之间的往复流动的预定状况。第一水槽和第二水槽分别设置有水平面检测器31a和32b，该水平面检测器31a和32b还通过连通管线33a和33b与控制器32连通。在一种实施方式中，控制器能够调整泵送系统的泵扬程（pumping head）与实际净扬程（net actual head）相匹配。

图9和图10显示本发明的系统的另一个实施方式101，其中，泵9和10分别安装在位于水槽2和3内的泵送腔6的壁上。污水通过开口7和8进入位于一个水槽底部的通道19内，并且进入位于另一个水槽内的通道19内。

图11和图12显示另一种实施方式102，其中泵9和10位于泵送腔6内，将水从泵送腔泵送到连接于穿孔管28a和28b的中心主管20。管20可以直接连接于泵出口，或可选择地连接于位于各个泵和管20之间的作为废水堰的中间腔22。

图13显示本发明的系统的另一种实施方式103，其中主管23引导泵9和10之间的水。

图14和图15显示本发明的再一种实施方式，该实施方式中具有较窄的泵送腔6。

图3至图8显示根据本发明的该方面的一种实施方式的使水在两个水槽之间往复流动的示意图。在图3中，显示初始配置，其中第一水槽2和第二水槽3中注满待处理的污水50，并且第一水槽2中的水平面52与第二水槽中的水平面54处于大致相同的高度。当泵9和10处于未运行状态时，可以自动地达到图3显示的初始配置。

图16显示根据本发明的该方面的一种实施方式的起始于图3所示的初始配置的操作系统100的处理程序98的流程图。在图3的配置中，第二水槽是源水槽，第一水槽是接收水槽。

如图4所指示的，处理程序98开始于控制器32驱动泵9，从而将水从第二水槽泵送至第一水槽（步骤200）。控制器32监测各个水槽内的水平面，在步骤202中，判断系统100是否达到如图5和图6所示的配置，即，第一水槽中的水平面52处于预定的最高水平面（或者可选择地第二水槽中的水平面处于预定的最低水平面），或者判断流速与能量输入的比值是否低于预定的比值。能量输入可以是例如提供给泵的电流。如果判断结果为否，则控制器等待第一预定时间（步骤204），然后返回至步骤202。如果水平面已经达到预定的水平面（图5和图6），则进入步骤206，将泵9关闭。

此时，第一水槽成为源水槽，并且第二水槽成为接收水槽。由于第一水槽中的水平面52高于第二水槽的水平面54，在关闭泵9之后，在重力的单独作用下，通过管道28a的系统、泵9、泵送腔6、泵10以及管道28a的系统，污水50能够从第一水槽2流入第二水槽3。控制器32连续地或者周期性地监测各个水槽中的水平面，并且从一个或两个水槽中的水平面的变化率计算出流速。随着污水50从第一水槽流至第二水槽，流速逐渐减小。在步骤208中，控制器周期性地判断流速是否低于第一预定流速。如果判断结果为否，则处理器等待预定的时间（步骤210），然后返回至步骤208。如果流速低于第一预定流速，则系统100已经达到图7所示的配置，即，第一水槽的水平面52略高于第二水槽的水平面54。

在图7的配置中，控制器32驱动泵10，将水从第一水槽泵送至第二水槽（步骤212）。控制器32继续监测各个水槽中的水平面，并且在步骤120中判断系统100是否已经达到图8所示的配置，即，第一水槽中的水平面52处于其最低水平面，并且第二水槽中的水平面54处于其最高水平面（步骤214）。如果判断结果为否，则处理器等待预定的时间（步骤216），然后返回至步骤214。如果第一水槽中的水平面52处于其最高水平面，并且第二水槽中的水平面54处于其最低水平面，则进入步骤124，将泵10关闭（步骤218）。

在这种状态下，第二水槽又成为源水槽，第一水槽成为接收水槽。由于第二水槽中的水平面54高于第一水槽中的水平面52，在重力的单独作用下，通过管道28b的系统、泵10、泵送腔6、泵9以及管道28a的系统，污水50能够从第二水槽3流入第一水槽2。处理器34连续地或者周期性地监测各个水槽中的水平面，并且从一个或两个水槽中的水平面的变化率计算出流速。随着污水50从第一水槽流至第二水槽，流速逐渐减小。在步骤220中，控制器32周期性地判断流速是否低于第二预定流速，该第二预定流速可以等于第一预定流速。如果判断结果为否，则处理器等待预定的时间（步骤222），然后返回至步骤218。如果流速低于第二预定流速，则系统100已经达到图3所示的配置，即，第二水槽的水平面54略高于第一水槽的水平面52。然后处理过程98可以返回至步骤200。

在利用泵送系统的泵送阶段（the episodes of pumping）的过程中，可以将泵送系统控制为：当水槽中的水平面改变时能够使得泵送系统中的水保持恒定的压力。

在执行处理程序98时，可以连续地或周期性地监测污水50的质量。利用控制器通过设置在一个或两个水槽内的一个或多个传感器，可以实现污水质量的监测。可选择地，可以人工实现水质量的监测。

在任何时间，未处理的污水可以通过输送管11输送到泵送腔6，输送管11分支为两个支管12和13。支管12朝向开口7引导进入的污水，并且支管13朝向开口8引导进入的污水。当泵送腔6中的污水的流动是从水槽2流向水槽3时（发生在系统100从图6的配置变化到图8的配置时），如图6和图8中的箭头113所指示的，在支管13的开口处的文丘里抽吸装置（Venturisuction arrangement）17b能够引起污水的自支管13到开口8附近的泵送腔6的释放。同时，通过开口6进入泵送腔6内的污水被压入设置在支管12的开口处的文丘里抽吸装置17a中，从而防止污水的自支管12至泵送腔6的释放。同样地，当泵送腔6中的污水的流动是从水槽3流向水槽2时（发生在系统100从图8的配置变化到图5的配置时），如图4和图5中的箭头114所指示的，在支管12的开口处的文丘里抽吸装置（Venturi suctionarrangement）17a能够引起污水的自支管12到开口7附近的泵送腔6的释放。同时，通过开口8进入泵送腔6内的污水被压入设置在支管12的开口处的文丘里抽吸装置17b中，从而防止污水的自支管13至泵送腔6的释放。这样将减小泵送腔6中在任何时间所储存的待处理污水量。

废水可以通过溢流堰14或者通过垂直流动部17从系统100中移出，在垂直流动部17中，废水通过排出件18排出。从溢流堰排出的废水量与两个水槽中的总水量成比例。当总水量高于目标值时，废水的流速较高。当总水量低于目标值时，废水的流速较低。因此，将溢流水平面设定为特定的预定水平面，会自动引导两个水槽中的总水量满足稳定的平衡。

图17和图18显示根据本发明的一种实施方式的用于污水处理的系统300。系统300通过图17中的侧视截面图和图18中的俯视图显示。系统300具有一些与图1和图2显示的系统10相同的部件，并且在两个系统中相同的部件标注为相同的参考标记，不再赘述。

系统300具有跨设于腔室2和3的泵送腔6’。泵送腔6’构造为容纳泵送系统310，该泵送系统310插入到泵送腔6’中。

在图19中更加详细地示意性地显示泵送系统310。泵送系统210具有用于接收待处理的水的容器罐220。一方面，容器罐通过第一输出管8’向水槽2开放，通过第二输出管10’向水槽3开放。第一离心泵9’通过第一输出管8’在水槽2和容器罐220之间泵送水。第二离心泵10通过第二输出管10’在水槽3和容器罐220之间泵送水。输出管8’和10’构造为分别连接于穿孔管28a和28b的支管系统，并且处于相同的水平面，从而当泵9’和10’未运行时，允许液体在重力的作用下在两个水槽之间流动。

待处理的污水通过输送管11’输送至容器罐220。泵送系统200还包括用于驱动和停止泵9’和10’的控制器32’，以实现污水在两个水槽之间的往复流动的预定状况。处理器32’设置有第一接口（socket）44’和第二接口46，该第一接口44’和第二接口46构造为分别连接于水平面传送器31a和32a。

输送管11可以分支为两个支管12’和13’。在这种情况下，未处理的污水通过输送管11’输送到容器罐220。支管12朝向输出管8’引导进入的污水，支管13’朝向输出管10’开口引导进入的污水。因此，分支输送管如上所述形成为文丘里抽吸装置。

Claims

1.一种用于污水处理的系统，该系统包括：

（b）当所述源水槽中的水平面处于源水槽的最低水平面时，或者当所述接收水槽中的水平面处于接收水槽的最高水平面时，或者当流速与能量输入的比值低于预定的标准时，关闭所述泵送系统；其中，所述第一预定高度低于源水槽的最高水平面。

2.根据权利要求1所述的系统，该系统实际具有两个水槽。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，每个水槽具有底面，所述水槽的所述底面彼此共面。

4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的系统，其中，将所述泵送系统的泵扬程调整为与实际净扬程相匹配。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统，该系统还包括泵送腔，该泵送腔在至少一对相邻的水槽之间引导水。

6.根据权利要求5所述的系统，该系统还包括污水输送管，该输送管在所述泵送腔内具有两个支管。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述输送管的所述两个支管中的每个支管设置有文丘里抽吸装置。

8.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统，其中，所述泵送系统包括一个或多个离心泵。

9.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统，该系统还包括检测至少一个所述水槽中的水平面的一个或多个传感器。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统，其中，至少一个水槽设置有在所述水槽和所述泵送系统之间引导污水的管道系统。

11.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统，其中，至少一个水槽设置有用于从所述水槽移除废水的溢流堰。

12.一种用于污水处理的系统的操作方法，该用于污水处理的系统具有至少两个水槽，每个水槽在作为源水槽的状态和作为接收水槽的状态之间交替，所述方法包括：对于每对源水槽和接收水槽而言：

（c）当所述源水槽中的水平面处于源水槽的最低水平面时，或者当所述接收水槽中的水平面处于接收水槽的最高水平面时，或者当流速与能量输入的比值低于预定的标准时，关闭所述泵送系统；

其中，所述第一预定高度低于源水槽的最高水平面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述系统实际包括两个水槽。

14.一种泵送系统，该泵送系统应用于根据权利要求1-11中的任意一项所述的用于污水处理的系统中，该泵送系统包括：

（b）第一泵和第二泵；

（c）处理器，该处理器构造为接收第一水槽和第二水槽中的液面的指示信号，并且驱动和停止所述第一泵和所述第二泵，以执行根据权利要求12或13所述的用于污水处理的系统的操作方法。

15.根据权利要求14的泵送系统，该泵送系统还包括分支的污水输送管。