CN104150582A - 用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理装置，该装置包括：外部容器、内部容器、支撑模块、填料层、布水管和通气管。支撑模块用于支撑内部容器从而与外部容器隔开以在两者之间形成储水空间；布水管用于将污水引入到内部容器中的填料层内，布水管上开设有一排或多排小孔；通气管用于在储水空间排水时，依靠储水空间内产生的负压将空气吸入到填料层中。此外还提供了一种利用该污水处理装置并用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理系统，该系统包括至少一个污水处理装置、污水收集管、过滤器、楼层排水管和底层排水管。本发明的装置和系统具有节能环保、占地空间小、无需泵送、清理维护方便等优点。

Description

用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理装置及系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理装置及系统。 

背景技术

随着我国城镇化的推进，城市人口和多层建筑的数量都在增加，城市生活污水量增速较快，大大增加了污水处理厂的负担以及成本。当前最有效、最经济的方法就是让一部分生活污水在建筑内就进行相关净化处理，减轻污水处理厂的污水处理量，比如盥洗盆、浴室和厨房等产生的轻度污染的水。 

现有室内生活污水处理方式有简单沉淀净化、活性炭净化和人工湿地净化等。多层建筑的每一层均设置了生活污水处理装置，且楼层间管路相连形成了立体式的污水处理系统，这其中以人工湿地净化污水的效果最明显，人工湿地的上面还可以种各种景观植物。人工湿地净化原理是利用了生物接触氧化法，其原理是用生物接触氧化工艺在人工湿地内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。现有建筑内人工湿地中生物接触氧化所需的氧气一般利用曝气泵连接曝气管供氧，或者让污水直接暴露在空气中流动或跌落等方式完成对污水的曝气。此外应用于多层建筑的人工湿地净化所需的污水需要经过额外的水泵泵送到建筑物顶部。因此，现有的室内污水处理装置占地空间较大，且在在清理、维护和检修方面存在很大的不方便。 

因此，需要一种能有效地处理室内污水的装置及系统，且无需较大的占地面积和空间、成本合理、节能环保，清理维护检修都应更加方便。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化节能立体式污水处理装置，用于解决现有污水处理装置占地面积大、使用爆气泵和水泵、维护检修不方便等问题，本发明污水处理装置包括：外部容器、内部容器、支撑模块、填料层、布水管和通气管。 

所述外部容器为所述污水处理装置的外壳，具有上部开口，其上部开口处设有隔板，所述外部容器的底部还设有排水阀门；所述内部容器位于所述外部容器的内部用于容纳用于过滤和净化污水的所述填料层，其上部开口与所述外部容器的上部开口处于同一平面，所述内部容器的底部开有多个网孔用于排水；所述支撑模块设置在所述外部容器和内部容器之间，位于所述外部容器内的底部，用于支撑所述内部容器从而与所述外部容器隔开以在两者之间形成储水空间；所述布水管用于将污水引入到所述填料层中，所述布水管上开设有一排或多排小孔；所述通气管一端插入到填料层中，另一端则与大气相通，所述通气管用于在所述储水空间排水时，依靠所述储水空间内产生的负压将空气吸入到所述填料层中。 

优选地，所述通气管包括垂直管路和水平管路，其组合为“丰”字形结构。 

优选地，所述垂直管路和水平管路上设有一排或多排小孔。 

优选地，所述布水管包括一条主水管和多条位于所述主水管两侧的分支水管。 

优选地，所述排水阀门为电磁阀门。 

优选地，所述储水空间侧部正对的隔板下设有液位传感器，用于感测所述储水空间中的水位。 

优选地，所述填料层分包括以轻质页岩陶粒填料为主的上层、以石英砂滤料为主的中层和以砾石为主的下层。 

优选地，所述隔板上部设有植被层，用于种植景观植物。 

优选地，所述内部容器上部开口正对的所述隔板的区域设有多个网孔。 

优选地，所述支撑模块为镂空结构PP塑料储水模块。 

此外还提供了一种包括上述污水处理装置并用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理系统，该系统包括至少一个污水处理装置、污水收集管、过滤器、楼层排水管和底层排水管。其中，所述污水收集管用于收集本楼层产生的各种污水，经所述过滤器过滤后流入位于本楼层或下一楼层的所述污水处理装置的布水管中；所述楼层排水管用于将本楼层的所述污水处理装置处理后的污水直接收集排出到所述底层排水管中，或排出到下一楼层的所述污水处理装置的布水管中；所述底层排水管用于连接最低楼层上的所述污水处理装置的外部容器的排水阀门，排出处理后的污水。 

优选地，所述系统还包括连接于所述底层排水管的消毒器，用于将处理后的污水进行消毒。 

优选地，所述系统还包括垂直连通各个楼层的楼层排水管的净水排水管，用于将本楼层的所述污水处理装置处理后的污水直接收集排出到所述底层排水管中。 

优选地，所述系统还包括连接到底层排水管和/或净水排水管的储水池，用于收集最终处理后的所有污水。 

根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置和用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理系统，能够有效便捷地处理室内污水，无需较大的占地面积和空间、无需使用爆气泵和水泵、成本合理、清理维护检修都十分方便。 

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。 

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中： 

图1(a)示意性示出了根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置的剖面图； 

图1(b)示出了从图1(a)所示的装置上方以俯视角度看到的布水管的结构示意图； 

图1(c)示出了图1(a)所示的装置中通气管结构的局部放大示意图； 

图1(d)示意性示出了根据本发明的污水处理装置以模块化方式应用时的示意图； 

图2(a)示意性示出了根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置应用的第一实施例的流程图； 

图2(b)示意性示出了根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置应用的第二实施例的流程图； 

图2(c)示意性示出了根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置应用的第三实施例的流程图； 

图2(d)示意性示出了根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置应用的第四实施例的流程图。 

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。 

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。 

图1(a)示意性示出了根据本发明的一种模块化节能立体式污水处理装置的剖面结构图。模块化节能立体式污水处理装置100包括外部容器101、内部容器103、支撑模块106、填料层107、布水管108和通气管109。 

外部容器101，作为所述污水处理装置100的外壳，主要用于容纳污水处理装置100的整体。外部容器101优选为其底面呈矩形的立方体结构，亦可根据其安放位置处的结构(例如安装在墙体处)进行形状和结构上的调整。所述外部容器101所选用的材料优选为混凝土、不锈钢、玻璃钢或高强度塑料等。外部容器101的上部开口处设有一块隔板103，用于使得所述外部容器101形成基本封闭的结构，以防止内部污水产生的带有异味的气体散发到外面。 

外部容器101的底部还设有排水阀门102，用于将净化后的水排出污水处理装置100。排水阀门102可以为电动阀、电磁阀和气动阀等类型的阀门，且优选采用电磁阀门，方便实现排水阀门102的自动控制。作为一个优选方案，即当排水阀门102采用具有自动控制功能的电磁阀门时，此时还需要设置一个液位传感器113用于通过感测储水空间106a中的液位来控制排水阀门102的开启和闭合。液位传感器113安装在储水空间106a侧部正对的隔板103下，用于实时监测储水空间106a的水位情况，当感测水位达到设定值时，即自动开启排水阀门102进行排水，当水位低于设定值时，即自动关闭排水阀门102。 

内部容器104，位于外部容器101的内部，主要用于容纳填料层107，并与外部容器101之间形成储水空间106a。内部容器104上部开口与外部容器101的上部开口处于同一平面，且与外部容器101共用一块隔板103覆盖。内部容器104的结构与形状外部容器101一致，其材料优选为不锈钢、玻璃钢或高强度塑料等。内部容器104的底部开有多个底部网孔104a，其直径优选约为3～5毫米。 

内部容器104优选设置成可移动的，即可以根据需要从外部容器101中取出。优选地，内部容器104的两侧上部设有一对提升把手105，用于从外部容器101中提升出内部容器104，方便了装置的维护和检修。 

支撑模块106，设置在所述外部容器101和内部容器104之间，优选设置在外部容器101内的底部，用于支撑所述内部容器104从而与外部容器101隔开，以在两者之间形成储水空间。如图1(a)所示，内部容器104与外部容器101之间的间隔区为储水空间106a，污水净化后经内部容器104的底部开设的多个底部网孔104a流入到储水空间106a，以便从排水阀门102排放到外部。支撑模块106优选采用镂空结构的储水模块，其材料优选为PP塑料，可以起到支撑内部容器和蓄水的作用。 

填料层107，位于内部容器104的内部，用于过滤和净化污水。根据本发明的一个优选实施例，在内部容器104里的填料层107包含由不同粒径的颗粒构成的多层填料层107。例如，靠近开口处的上层107a以轻质页岩陶粒填料为主，粒径3～10毫米，从上(开口)至下(底部)颗粒的粒径也逐步减小，中层107b为石英砂滤料，粒径1～4毫米，下层107c为砾石，粒径10～15毫米。污水进入到填料层107中，形成了一个 为微生物提供接触氧化反应的内部场所，进而起到过滤和净化污水的作用。 

布水管108，用于将污水引入到内部容器104中。根据本发明的一个实施例，布水管108的管路布局在内部容器104中填料层107的表面，管路上均开有一排或多排小孔用于向填料层107均匀排水。图1(b)示出了根据本发明的一个实施例，从图1(a)所示的装置上方以俯视角度看到的布水管108的结构示意图。如图1(b)所示，优选地，布水管108包括一条主水管108a和多条分支水管108b。主水管108a依次从外部容器101和内部容器104的同一侧壁上部靠近开口处穿过并进入到内部容器104中，并且一直沿着内部容器104长度方向(即平行于填料层107的表面方向)延伸到内部容器104的另一侧壁附近。多条分支水管108b与主水管108a连接并分布在主水管108a的两侧，且主水管108a和多条分支水管108b均设有一排或多排小孔108c，以便使污水均匀的流入填料层107中。 

如图1(a)所示，布水管108的进水端还可以设有三通110和进水管阀门111。所述三通110可以使布水管108分别连接来自不同污水源的污水管。例如，当根据本发明的污水处理装置应用在多层楼宇系统中时，可以通过三通110连接同楼层的排污水管和上一楼层的排污水管。进水管阀门111用于控制布水管108进水的关闭和打开。进水管阀门111属于常开阀门，只有当检修时才需要关闭该阀门。 

通气管109，用于将外部空气引入到填料层107中，以便为填料层107中的微生物接触氧化反应提供所需的氧气。通气管109一端插入到填料层107中，另一端则暴露在空气中。图1(c)示出了根据本发明的一个实施例的通气管109结构的局部放大示意图。如图1(a)和图1(c)所示，优选地，通气管109包括垂直管路109a和水平管路109b，呈现出“丰”字形结构。垂直管路109a的一端插入到填料层107中，另一端穿过隔板103并与大气相通，水平管路109b与垂直管路109a连接并分布在不同的填料层107中。位于隔板103以下的垂直管路109a以及多条水平管路109b均开有一排或多排小孔109c，用于将外部空气均匀地引入到填料层107中。为了满足填料层107中均匀通气的目的，通气管109的数量优选为4-6组。当储水空间106a通过开启排水阀门102进行排水时， 储水空间106a的水位迅速下降，从而在储水空间106a的内部形成了一定大小的负压，依靠该负压提供的压力，通气管109将空气从大气中自动吸入到填料层107中。通过这种负压进气的方式，基本满足了填料层107中微生物的需氧量，且无需使用曝气泵供氧。 

此外，根据本发明的另一优选实施例，还可以在隔板103上部设有植被层112，该植被层112主要包括陶粒、土壤以及沙粒等物质，主要用于种植各种景观植物。更优选地，内部容器104上部开口正对的隔板103区域可开设隔板网孔103a，植物的根系可以穿过隔板103的网孔进入到内部容器104内的填料层107中，从而植物可以吸收内部容器104中的水分和养分，且植被层112中的陶粒、土壤以及沙粒等物质也可以吸收内部容器104中的水分和养分。植被层113还起到了防止污水产生的带有异味的气体散发到空气中，至此填料层107、植被层和污水共同形成了一个小型的人工湿地，更加有效地促进了微生物的生长，进而也提高了污水的净化效率，使得本发明的污水处理装置更为节能环保。 

根据本发明的模块化节能立体式污水处理装置的工作过程如下：来自污水源的污水经进水阀门111进入到布水管108的水平布水管，进而进入到与水平布水管相连的“丰”字形布水管。通过布水管108均匀的将污水分流到填料层107中，从而在内部容器104中形成一个人工湿地的环境，使微生物在湿地中充分接触和氧化污水。净化后的污水经过内部容器104的底部网孔104a进入到储水空间106a，当储水空间106a的水位达到一定位置时，通过人工方式打开排水阀门102，或是通过液位传感器112向排水阀门102发出控制信号，打开排水阀门102进行排水；当储水空间106a的水位降到设定位置时，即关闭排水阀门102。在排水的过程中，由于储水空间106a和内部容器104中产生了负压，依靠该负压从通气管109吸入足够的空气，满足了微生物的需氧量。 

当本发明的污水处理装置出现故障或更换填料层107时，需先关闭进水管阀门111，再打开隔板103以及卸掉相关管路，然后可以方便地通过提升把手105将内部容器104及其内部填料层107整体取出以进行检修和维护。 

根据本发明的污水处理装置可以制作成模块，从而在不同的应用场合中组合搭配使用。模块化的设计使得污水处理装置的维护和检修更为 方便，降低了成本。图1(d)示意性地示出了本发明的污水处理装置以模块化方式应用时的一个示例性场景。根据本发明的污水处理装置可以安装在多层楼宇建筑中的阳台上，嵌入到阳台的墙体之中以便处理每户在使用时排放的污水。模块化的设计既有效地利用了墙体的空间，避免占用室内外空间，又可以通过搭配植被层起到美化景观的作用。如图1(d)所示，阳台114的三面为护墙或护栏115、一面为建筑墙体116和进入阳台的门117。多个模块化的污水处理装置100均匀间隔地嵌入在阳台的护栏或护墙114中。多个污水处理装置100之间通过管路(图中未示出)相连接形成了一个局部的污水处理系统。污水处理装置100亦可以充当阳台114的护墙或护栏115的一部分，基本无需占用阳台114的走动空间。 

根据本发明的模块化节能污水处理装置特别适用于用在多楼层的楼宇建筑中，通过设置在不同楼层中从而构成立体式的污水处理系统。图2(a)示意性示出了利用上述实施方式描述的污水处理装置201用于多楼层立体式污水处理系统200的第一实施例。该实施例中的污水处理系统200中的污水处理装置201分布在多层建筑中的每一层。如果一层有多户则多层建筑中则还包括多套该污水处理系统，本实施方式仅针对一套污水处理系统进行描述。污水处理系统200包括至少一个上述污水处理装置201、污水收集管202、过滤器203、楼层排水管204、底层排水管205。优选地，还可以包括消毒器206以及储水池。 

污水收集管202用于收集同楼层产生的各种污水，污水收集管202与楼层排水管204通过三通(即图1(a)中所示的三通110)与污水处理装置201的进水端相连接，从而将本楼层和上一楼层的污水通过布水管引入到污水处理装置中进行处理。 

污水收集管202连接有过滤器203用于收集排放的污水中的杂物，例如生活污水中夹杂的毛发、织物等易于堵塞后续管路或网孔的杂物。 

优选地，所述污水处理系统200的最底层的污水处理装置201底部的底层排水管205上设置有消毒器206，用于对净化后的水进行消毒处理，例如采用紫外线消毒器。消毒后的净化水则直接进入储水池，可以在储水池中做进一步净化处理。底层排水管205也可以直接连接到储水池收集处理后的全部污水。 

在本实施例中，所述污水处理系统200中的污水和净化后水均利用楼层间的高度差产生的势能在管路中流动，无需使用水泵提供动力。 

图2(b)示意性示出了多楼层立体式污水处理系统200的第二实施例。在本实施例中，门设置了一根垂直连通各个楼层的净水排水管207，每一层的污水处理装置201排出的净化后的水无需再次流向下一层的污水处理装置，而是直接通过净水排水管207进入到底层排水管205。净化后的水可以在收集后再次进行消毒或过滤，也可以无需进行二次或多次净化，从而减轻了污水处理装置201的负担，特别是减轻了底层的污水处理装置201的负担。底层排水管205和净水排水管207排出的处理后的污水也可以直接连接到储水池以收集处理后的全部污水。本实施例的与第一实施例所描述的相同的部件再次不再赘述。 

图2(c)示意性示出了多楼层立体式污水处理系统200的第三实施例。在本实施例中污水处理系统200应用于多楼层时，每一层(第m层)的污水收集管路202与相邻的下一楼层(第m-1层)的污水处理装置201的进水端相连接。每一层污水处理系统200中的污水均利用楼层间的高度差产生的势能在管路中流动，无需使用水泵提供动力。在该实施例中，最顶部楼层(图2(c)所示的第N层)可以不设有污水处理装置201，以节省成本。最底层(第1层)的污水收集管路202直接与本层的污水处理装置201的进水端相连接外，其他楼层的污水收集管路202均与下一楼层污水处理装置201的进水端相连接。本实施例的与第一实施例所描述的相同的部件再次不再赘述。 

图2(d)示意性示出了多楼层立体式污水处理系统200的第四实施例。在本实施例中，在上述第三实施例的基础上设置了一根垂直的净水排水管207，除楼层最顶层(第N层)外，每一层的污水处理装置201排出的净化后的水直接进入到净水排水管207。净化后的水可以收集后再次处理，或无需进行二次或多次净化，减轻了污水处理装置201的负担，特别是减轻了底层的污水处理装置201的负担。底层排水管205和净水排水管207排出的处理后的污水也可以直接连接到储水池以收集处理后的全部污水。本实施例的与第一实施例所描述的相同的部件再次不再赘述 

根据本发明的用于多楼层立体式污水处理装置及其组成的污水处理 系统，很好地利用了楼层间高度差产生的势能，从而使污水或净化后的水在管路中流动，无需使用水泵提供动力，此外还无需较大的占地面积和空间，且清理维护以及检修都十分方便。 

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。 

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。 

Claims (10)

1.一种模块化节能立体式污水处理装置，包括：外部容器、内部容器、支撑模块、填料层、布水管和通气管；

所述外部容器为所述污水处理装置的外壳，具有上部开口，其上部开口处设有隔板，所述外部容器的底部还设有排水阀门；

所述内部容器位于所述外部容器的内部用于容纳用于过滤和净化污水的所述填料层，其上部开口与所述外部容器的上部开口处于同一平面，所述内部容器的底部开有多个网孔用于排水；

所述支撑模块设置在所述外部容器和内部容器之间，位于所述外部容器内的底部，用于支撑所述内部容器从而与所述外部容器隔开以在两者之间形成储水空间；

所述布水管用于将污水引入到所述填料层中，所述布水管上开设有一排或多排小孔；

所述通气管一端插入到填料层中，另一端则与大气相通，所述通气管用于在所述储水空间排水时，依靠所述储水空间内产生的负压将空气吸入到所述填料层中。

2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述通气管包括垂直管路和水平管路，其组合为“丰”字形结构。

3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于：所述垂直管路和水平管路上设有一排或多排小孔。

4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述布水管包括一条主水管和多条位于所述主水管两侧的分支水管。

5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述填料层分包括以轻质页岩陶粒填料为主的上层、以石英砂滤料为主的中层和以砾石为主的下层。

6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述隔板上部设有植被层，用于种植景观植物。

7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述内部容器上部开口正对的所述隔板的区域设有多个网孔。

8.一种包括如权利要求1至7中任一项所述的污水处理装置的用于多楼层楼宇的模块化节能立体式污水处理系统，该系统包括至少一个所述污水处理装置、污水收集管、过滤器、楼层排水管和底层排水管，其中，

所述污水收集管用于收集本楼层产生的各种污水，经所述过滤器过滤后流入位于本楼层或下一楼层的所述污水处理装置的布水管中；

所述楼层排水管用于将本楼层的所述污水处理装置处理后的污水直接收集排出到所述底层排水管中，或排出到下一楼层的所述污水处理装置的布水管中；

所述底层排水管用于连接最低楼层上的所述污水处理装置的外部容器的排水阀门，排出处理后的污水。

9.根据权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于：所述系统还包括垂直连通各个楼层的楼层排水管的净水排水管，用于将本楼层的所述污水处理装置处理后的污水直接收集排出到所述底层排水管中。

10.根据权利要求8或9所述的污水处理系统，其特征在于：所述系统还包括连接到底层排水管和/或净水排水管的储水池，用于收集最终处理后的所有污水。