CN107207298A

CN107207298A - 包括对饱和下部层通风的主动通风系统的竖直渗漏式植物过滤类型的废水处理设备

Info

Publication number: CN107207298A
Application number: CN201680004666.1A
Authority: CN
Inventors: 乔尔·拜因; 弗洛朗·查沙朗克; 文森特·加尼翁
Original assignee: Ou Bihe
Current assignee: Ou Bihe
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-09-26
Also published as: FR3031516A1; FR3031516B1; EP3242859B1; WO2016110657A1; EP3242859A1

Abstract

本发明涉及一种植物过滤器类型的废水处理设备(1)，在该设备中，废水的流通是竖直流动式的，该设备包括用于接收废水的净化盆池(10)，该盆池包括叠置的至少两个过滤性材料层：‑水饱和的下部层(100)，其位于盆池的底部并包括排水装置；‑非水饱和的上部层(101)，其位于下部层的上方，该上部层包括被动通风装置，所述被动通风装置包括位于上部层的底部的通风排气管网络(4)；所述设备的特征在于，该设备包括用于对饱和的下部层通风的主动通风系统(3)，该主动通风系统(3)位于下部层的底部，并分布在被净化盆池的下部层覆盖的几乎整个表面上，该主动通风系统用于对整个下部层均匀地通风，并在于该设备包括水保持装置(2)，其能够在工作中的盆池中维持具有预定高度的水封，该预定高度对应于下部层的整个高度，并在于上部层具有至少30cm的高度H2。

Description

包括对饱和下部层通风的主动通风系统的竖直渗漏式植物过滤类型的废水处理设备

技术领域

本发明的领域是废水(eaux usées)处理系统的设计和制造领域。更确切地，本发明涉及竖直渗漏式植物过滤类型的废水处理设备的设计。

背景技术

自近二十年来，利用植物过滤器的废水处理经历了非常高度的发展。该类型净化系统主要应用于处理小集体的家庭污水。该类型净化系统具有众多优点：

-良好的景观集成；

-容易且低成本的维护；

-低泥渣产量；

-不消耗能量也不消耗化学产品；

-良好的净化性能；

-对携带物变化的良好适应性。

植物过滤器可以是竖直或水平渗漏式的。

在水平过滤器中，污水到达植物丛中发生在侧面之一，污水然后水平地在植物丛中取道，以在另一端部处被回收。在该情况中，植物丛中的水位维持在距离表面大约5至10cm处，因此过滤器大部分处于饱和且缺氧的环境中。在这些过滤器中，供给一般是连续的，供氧大幅度减少。因而，这种条件有利于由脱硝细菌实行的脱硝反应(导致将硝酸盐还原为气态化合物)。要指出的是，这些细菌是异养的，因此需要有机物质以生长。由于流动速度更慢并且与细菌接触的时间更长，这些过滤器促进对难以生物降解的有机物质的去除。

在竖直过滤器中，废水被传送到表面处，穿过过滤性植物丛竖直地渗漏，并在底部由排水网络回收。借助于以下“被动”通风机制，这些过滤器主要维持在有氧条件中：

-提供由植物根部排出的O₂；

-与每个批次所提供的水刃移动的活塞效应相关的对流；

-同时自表面起并借助于排气管网络通过底部的扩散，其中所述排气管网络连接到通风管道(该扩散允许更新不饱和环境中颗粒间空间的气相)。

所去除的主要污染物是悬浮物质、有机物质、以及氮化合物。在竖直过滤器中，净化机制由物理机制(过滤、吸附)和生物机制(需氧微生物降解、硝化、植物同化)支配。要指出的是，在这些过滤器中，对总氮的处理是微弱的，这是因为该处理限于借助于硝化细菌在有氧条件中的硝化(导致将氨氮氧化为亚硝酸盐、然后氧化为硝酸盐)。

在这些设备中，种植在表面处的植物的主要作用如下：

-借助于液压通道维持过滤性植物丛的渗透性(防止堵塞现象)，其中所述液压通道通过这些植物的杆部、根部和根状茎而产生；

-尤其借助于植物的供氧，促进作为生物滤过膜支撑件的根部和根状茎附近的需氧微生物活性；

-通过芦苇的表面水分蒸发，促进可能地保持在表面处的固态物质的脱水。

在法国，最经常应用的过滤器由两层(即两盆池)的串联竖直过滤器组成，其具有2至2.5m²/EH的过滤器总面积(第一层为1.2至1.5m²/EH，第二层为0.8至1m²/EH；其中EH＝人口当量，其对应于由一个人产生的日污染物，即最经常为60gDBO₅/日、120gDCO/日、90gMES/日、15gNTK/日和2.4gPT/日)。该过滤器的特点之一在于不包括预处理(除了粗略的筛网处理)并在于将未经处理的污水直接传送到第一层的表面上。由此，包含在废水中的颗粒物质由过滤机制保持在表面处，颗粒物质在表面处逐渐地脱水并矿化。因此，泥渣的积累是微弱的(大约1.5cm/年)，这导致间隔非常大的刮除频率(每10至15年一次)。而且，泥渣的量与无附加处理的农业再利用兼容。

目前已知对于以下污染物，由串联的两个竖直过滤器组成的系列(filière)能够获得对于家庭污水的高净化效率(>90％)：悬浮物质(MES)、有机物质(DBO₅和DCO)和被还原的氮(NTK)。相反地，对于总氮(NGL)和磷(PT)，效果是有限的(<30％)。该系列的缺陷还在于具有相对高的占地(2至2.5m²/EH)。

现有技术已经提出了其它解决方案。

由此存在由串联的竖直和水平类型的过滤器的联合组成的混合系列，其尤其用于通过促进硝化和脱硝反应而改善对于总氮的性能。然而，为了达到对于总氮(NGL)的高效率(>85％)，一般利用包括再循环的至少三层(盆池)结构，而导致高的占地(>4m²/EH)。

还存在利用竖直渗漏式紧凑过滤器的解决方案，其中所述过滤器具有多个材料层的叠置并使用多孔过滤性材料，这些解决方案能够促进微生物组织的生长并能够减小占地和限制实施成本。然而，这些过滤器具有堵塞小粒级的额外层的风险，尤其是具有大量携带物的污水的情况中。而且，硝化经常不完全，这些过滤器对于总氮的效率较低(<30％)。

更新近地，现有技术已经提出另一解决方案，其在于实施竖直渗漏式紧凑过滤器，该过滤器具有水饱和的下部层和不饱和的上部层。该解决方案能够通过促进硝化和脱硝反应而改善对总氮的性能，以及减小占地和限制实施成本。然而，该提案难以用单一盆池来处理具有大量携带物的污水(农业食品业、农业等的污水)、硝化经常不完全、对于总氮的效率限于70％。

现有技术中，已知在公开的专利文献DE 42 25 699 C1中描述的解决方案。该解决方案实施这样的净化盆池，在该净化盆池中，废水竖直地流动穿过叠置的四个过滤性材料层。该设备追求优化脱硝反应，但在实践中其产生的效果并非优化的。

现有技术还提出了在公开的专利文献FR 2 973 796 A1中描述的解决方案。在该文献中描述的废水处理设备包括这样的净化盆池，在该净化盆池中，废水竖直地流动。然而，该设备不能有效地处理携带大量有机和氮化的溶解的污染物的污水。

现有技术还提出了在公开的专利文献US 2003/024874 A1中描述的解决方案。在该文献中描述的废水处理设备包括串联安装的多个净化盆池。因此，该设备占地较大。

发明内容

本发明的目的特别地在于解决现有技术的这些缺陷。

更确切地，本发明的目的在于提出一种高性能且占地小的废水处理系统。

本发明的目的还在于提出这样的系统，该系统允许用单一盆池来处理具有大量携带物的污水，其具有比现有技术提出的单一盆池式解决方案所允许的更高的硝化效率和对总氮的高效率。

本发明的目的还在于提出这样的系统，其具有受控的实施成本。

借助于本发明将达到这些目的以及将在下文中说明的目的，本发明的主题在于一种植物过滤器类型的废水处理设备，在该设备中，废水的流通是竖直流动式的，该设备包括用于接收废水的净化盆池，该盆池包括叠置的至少两个过滤性材料层：

-水饱和的下部层，其位于盆池的底部并包括排水装置；

-非水饱和的上部层，其位于下部层的上方，上部层包括被动通风装置，被动通风装置包括位于上部层的底部的通风排气管网络，

该设备的特征在于，该设备包括对饱和的下部层通风的主动通风系统，该主动通风系统位于下部层的底部，并主要分布在被净化盆池的下部层覆盖的整个表面上，主动通风系统用于对整个下部层均匀地通风，

并在于，该设备包括水保持装置，其能够在工作中的盆池中维持具有预定高度的水封，该预定高度对应于下部层的整个高度，上部层具有高度H2≥30cm。

术语“被动通风装置”指例如提供由植物的根部排出的O2或来自表面的扩散。这些系统能够将非水饱和的上部层维持在有氧条件中。

如此实现的不饱和的上部层使过滤器能够促进对保持在表面处的固态颗粒物质的处理，并且不需要为了去除这些物质的至少一大部分进行特殊预处理。

实际上，这样的预处理(例如由化粪池、滗析器-化污池、或厌氧反应器实现的)要求规律地提取未脱水并矿化程度经常较低的泥渣，这经常需要在农业再利用之前的补充处理，导致高的实施成本和限制条件。

借助于本发明的原理，下部层能够使溶解的污染物得到有利的处理。实际上，主动通风系统能够提高降解的反应动力性，尤其是对于携带大量有机和氮化的溶解的污染物的污水。

根据本发明的处理设备适于处理集体废弃的家庭废水，但也适于处理单个住所废弃的废水。该处理设备也可应用于处理工业或农业污水。特别地，该设备有利地适于处理如由农业食品业(肉类行业、水果和蔬菜行业、工业糕点/面包店、奶酪业/奶业、酒厂等)产生的携带大量有机物质并包含颗粒物质的污水。

根据本发明的处理设备由此允许用单一盆池处理具有大量携带物的污水，因此具有减小的占地。

而且，该设备允许处理家庭污水和包含颗粒物质的工业或农业污水而无需预处理(除了粗略的筛网处理)，同时确保对于参数MES、DCO、DBO₅、NTK以及对于总氮的高效率。

还要指出的是，本发明保留了植物过滤器的某些优点：良好的景观集成、容易且低成本的维护、低泥渣产量、比活化泥渣类型的“高强度”工艺更低的能量消耗、不消耗化学产品、高净化效率，以及对携带物变化的良好适应性。

上部层的最小高度H2尤其重要，特别是为了促进颗粒物质通过排水机制的脱水。实际上，借助于该特征而促进的颗粒物质的脱水允许根据本发明的设备摆脱存在于现有技术提出的解决方案中的预处理。

通风排气管网络特别适于携带有颗粒物质的污水的情况，其目的在于通过借助于排水和有氧矿化的脱水机制来促进对保持在表面处的颗粒物质的处理。

借助于位于下部层底部并分布在被下部层覆盖的几乎整个表面上的主动通风系统，饱和的下部层中的降解反应动力性由此可以在所述下部层中是均匀的。

当然，术语“主动通风系统”指这样的通风系统：在该通风系统中，主动地提供空气，例如借助于形式可以是泵、风扇或增压器的装置。

根据一个具体特征，净化盆池包括用于分批次地提供废水的供应系统。

这样的废水供应系统能够改善对上部层的给氧。实际上，由于污水的到来以不连续的方式(分“批次”)地实行，存在对流效应，该对流效应与每个批次提供的水刃的移动的活塞效应相关。而且，该系统允许获得废水在净化盆池的整个表面上的良好分布。

有利地，给饱和的下部层通风的主动通风系统是间歇式主动通风系统。

如此设计的通风系统一方面能够降低能量消耗，另一方面也能够通过促进硝化和脱硝反应而改善对总氮的处理。

根据本发明的一个具体实施方式，间歇式主动通风系统包括时间设定器。

例如，可以将该系统设定为实施通风一小时、然后停止通风一小时的循环。

根据一个优选实施方式，所述设备包括用于确定下部层中所溶解的氧气和/或氧化还原电位参数的传感器，并且间歇式主动通风系统包括与所述传感器相连的自动开关。

根据一个有利特征，所述废水处理设备包括并联安装的多个净化盆池。

优选地，用于对每个净化盆池的饱和下部层通风的间歇式主动通风系统形成通风网络，并且该通风网络包括用于交替地给各个间歇式主动通风系统供给空气的供给装置。

这些空气交替供给装置的形式可以是借助于阀门而交替地供给各个通风系统的泵、风扇或增压器。

根据另一有利特征，用于给每个净化盆池提供废水的废水提供系统形成废水提供网络，该废水提供网络包括用于交替地供给各个废水提供系统的交替供给装置。

用于交替地供给各个提供系统的交替供给装置尤其允许具有休止时期，其促进保持在表面处的颗粒物质的脱水和矿化。而且，这种包括多个净化盆池的设备由此允许在实施这些休止时期的同时处理废水的连续流。

附图说明

阅读以下对示例性而非限制性地提供的本发明的优选实施方式的说明和附图，本发明的其它特征和优点将更清楚地显现，在附图中：

图1是根据本发明的废水处理设备的侧视图的示意图；

图2是根据本发明的废水处理设备的俯视图的示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，废水处理设备1是竖直渗漏式(根据定义意味着废水在设备中沿着竖直流动而流通)植物过滤器类型的。

设备1包括净化盆池10。

在图1和2中，该净化盆池具有：

-未经处理的废水的入口E；

-空气入口A；

-处理过的废水的出口S。

如在图1中所示，密封复合件9位于盆池的侧面和底部。该密封复合件的形式例如是布置在防下陷地工织物上的高密度聚乙烯(PEHD)地膜。

围绕盆池还布置有边缘部90，这些边缘部可以由聚丙烯、木材或混凝土制成。边缘部尤其能够保护过滤器免受流水并保护密封复合件免受外部损害(UV、啮齿动物、恶意破坏等)。

净化盆池10包括至少两个叠置的过滤性材料层：下部层100和位于该下部层上方的上部层101。

在过滤性材料上部层中种植有植物8以促进保持在表面处的颗粒物质的脱水、辅助维持过滤器的渗透性，并促进根部和根茎部附近的需氧微生物的活性。这些植物例如是Phragmite(芦苇属)、Glyceria(甜茅属)、Scirpus(藨草属)、Phalaris(草芦属)类型的植物。

该上部层101是非水饱和的。该上部层包括被动通风装置。这些被动通风装置包括位于上部层底部的通风排气管网络4。

下部层100是水饱和的，并位于盆池的底部。该下部层包括用于排走处理过的废水的排水装置。

所述设备还包括能够在工作中的盆池里维持具有预定高度的水封的水保持装置2，其中所述预定高度对应于下部层100的整个高度。

如图所示，设备1包括用于饱和的下部层的主动通风系统3。该主动通风系统位于下部层的底部，并在被净化盆池的下部层覆盖的几乎整个表面上延伸。

根据具体实施方式，用于饱和的下部层的主动通风系统是可例如包括以下装置的间歇式系统：

-时间设定器；

-与传感器相连的自动开关，传感器位于处理设备中，并用于确定下部层中的溶解的氧气和/或氧化还原电位参数。

净化盆池包括用于分批次地提供废水的废水提供系统5。

所述设备可包括一个或多个并联安装的净化盆池。

在多个盆池并联的情况中，可交替地向这些盆池供给废水：用于给每个盆池提供废水的废水提供系统形成用于废水提供网络，该网络包括用于交替地供给所述各个废水提供系统的交替供给装置。例如，这些交替供给装置由手动或自动阀门形成，所述阀门布置在供给系统(自动引水器或抽水站)和盆池之间。该交替尤其允许具有促进保持在表面处的颗粒物质的脱水和矿化的休止时期。

仍是在多个盆池并联的情况中，(由每个盆池的饱和的下部层的间歇式通风系统形成的)人工通风网络也可以被交替地供给：通风网络包括用于给各个通风系统交替地供给空气的空气交替供给装置。例如，空气交替供给装置的形式是手动或自动阀门，其布置在空气输配系统(泵、风扇、增压器)和盆池之间。

根据本发明的废水处理设备可以以如下的方式运行并配置。

该设备可以用未经处理的废水来供给——该废水仅预先经过筛网(网眼为20至30mm)以去除最粗大的废料。然后借助于废水提供系统5的供给斜坡部将废水传送到工作中的盆池的表面处，其中所述供给斜坡部可以是暴露在空气中的或是埋入地下的(如图1所示)。为了具有在整个表面上的良好分布，由各个废水提供系统形成的供给网络由主进水器50和多个扩散器51组成，在所述多个扩散器下方安装有防冲蚀板片6。在供给斜坡部埋入地下的情况中，可在主要进水器的端部处安装控制井500，以允许管道的清空和(如有必要)其清洁。

污水的到来以不连续的方式、分“批次”地实行，这促进在整个表面上良好的分布和通过对流对不饱和的上部层101更好的给氧。如果高程差允许，分批次的供给可通过无需能量地运行的自动引水器获得。在无斜度或斜度非常小的地形的情况中，供给包括包含至少一个泵的抽水站。

废水竖直地渗漏到盆池的不饱和的上部层中，该上部层例如由至少两个具有不同粒级的砾石次级层形成。例如具有位于表面处的第一次级层1010——其高度为从15到40cm，其粒级为2至6mm；然后具有位于第一次级层下方的第二次级层1011——其高度为15到30cm并具有4到20mm的更大粒级。上该部层由此具有高度H2≥30cm。而且，还可以在表面处添加高度为5到15cm的堆肥层102，以改善过滤性能并促进在启动时芦苇的生长。

可在该上部层的底部布置连接到至少一个被动通风管道40的通风排气管网络4，以便有助于维持上部层的有氧条件，也包括在借助于用于饱和的下部层的主动通风系统的人工通风的停止阶段期间。

在携带有颗粒物质的污水的情况中，尤其推荐通风排气管网络4，以促进对保持在表面处的颗粒物质的处理，所述处理借助于排水脱水机制和有氧矿化机制。

被部分处理的废水然后到达水饱和的下部层100，该下部层具有借助于主动通风系统的人工通风。借助于水保持装置2维持水位，该水保持装置的形式是位于出口处的加载井6。该下部层由至少一个高度H1为40到150cm的的、粒级为10到40mm的砾石次级层组成。

主动通风系统3布置在盆池的底部，并包括由多根穿孔的管组成的空气输配网络，该空气输配网络使得空气均匀地分配在下部层的整个表面上。所述管可例如是具有自调节式滴头的管，它们即使在大的长度上也能确保均匀分配并且抗堵塞性优异。被传送到盆池的底部的空气中存在的氧气在饱和的下部层的液相中扩散，由此对于需氧微生物降解是可用的。空气供给装置可例如包括泵、风扇或增压器。根据待处理的污染性携带物，空气流率的范围是从0.1到1.5Nm³/m².h。

如前所述，通风系统可以是间歇式系统。

处理后的水然后经由至少一个横向收集管7(如图1所示)被排水装置回收，其中横向收集管7连接到通向加载井6的排出管路70。该井设有曲拐部，该曲拐部具有水出口，该水出口的高度可以是可调节的(在盆池的底部和饱和的下部层的上高度之间可调节，如果存在中间被动通风排气管，则所述上高度对应于该中间被动通风排气管的下高度)。位于曲拐部基部的清空塞子71允许在必要的情况下清空饱和的下部层，例如在人工通风故障(断电、压缩机故障等)的情况中，以预防在具有大量携带物的污水的情况中的长时间缺氧风险和堵塞风险。排水装置也可以连接到被动通风管道40。

处理后的水然后被排向自然环境(河流、沟渠、湖、大海等)、渗入地下、排向存储区域以用于再利用、或排向最终处理。

可以通过设置上部表面过滤器或通过添加一个或多个并联和/或交替地被供给的额外过滤器或过滤器组而增大根据本发明的处理设备的处理能力。

根据可考虑的变型，具有不同粒级的不同的砾石层可以被允许固定并生长净化性细菌和/或具有允许去除某些污染物的化学特性的其它类型的过滤性材料代替：

-具有高比表面积的多孔材料，例如膨胀粘土或片岩；

-具有离子交换特性的、尤其具有保持铵离子(NH₄ ⁺)的能力的材料，例如沸石；

-允许磷酸盐的沉淀和/或吸附的材料，例如炼钢厂的炉渣、磷灰石；

-允许为脱氮作用提供碳的材料，例如木屑或其它有机产品衍生物；

-为缓冲pH值提供碱度的材料。

根据待处理的污水的构成，所述污水处理设备可在上游或下游包括额外单元。在上游，该设备可包括例如去油设备、存储容器、污水中性化设备和/或养料添加系统，以改善污水的生物可降解性。在下游，该设备可包括例如消毒设备、砂过滤器、除磷设备和/或有植被的废料区域。

Claims

1.一种植物过滤器类型的废水处理设备(1)，在该设备中，废水的流通是竖直流动式的，该设备包括用于接收废水的净化盆池(10)，该盆池包括叠置的至少两个过滤性材料层：

-水饱和的下部层(100)，其位于所述盆池的底部并包括排水装置；

-非水饱和的上部层(101)，其位于所述下部层的上方，该上部层包括被动通风装置，所述被动通风装置包括位于所述上部层的底部的通风排气管网络(4)，

所述设备的特征在于，该设备包括对饱和的所述下部层通风的主动通风系统(3)，该主动通风系统(3)位于所述下部层的底部，并分布在被所述净化盆池的下部层覆盖的几乎整个表面上，所述主动通风系统用于对整个所述下部层均匀地通风，

并在于，该设备包括水保持装置(2)，其能够在工作中的所述盆池中维持具有预定高度的水封，该预定高度对应于所述下部层的整个高度，

并在于，所述上部层具有高度H2>30cm。

2.如权利要求1所述的废水处理设备(1)，其特征在于，所述净化盆池(10)包括用于分批次地提供废水的供应系统(5)。

3.如上述权利要求中任一项所述的废水处理设备(1)，其特征在于，用于饱和的所述下部层(100)的所述主动通风系统(3)是间歇式主动通风系统。

4.如权利要求3所述的废水处理设备(1)，其特征在于，所述间歇式主动通风系统包括时间设定器。

5.如权利要求3所述的废水处理设备(1)，其特征在于，所述设备包括用于确定所述下部层(100)中所溶解的氧气和/或氧化还原电位参数的传感器，并在于，所述间歇式主动通风系统包括与所述传感器相连的自动开关。

6.如上述权利要求中任一项所述的废水处理设备(1)，其特征在于，所述设备包括并联安装的多个净化盆池(10)。

7.如权利要求4和6所述的废水处理设备(1)，其特征在于，用于给每个所述净化盆池(10)的饱和下部层通风的间歇式主动通风系统形成通风网络，并在于，该通风网络包括用于交替地给各个所述间歇式主动通风系统供给空气的供给装置。

8.如权利要求2和权利要求6或7所述的废水处理设备(1)，其特征在于，用于给每个所述净化盆池(10)提供废水的废水提供系统(5)形成废水提供网络，该废水提供网络包括用于交替地供给各个所述废水提供系统的交替供给装置。