CN1099383C - 污水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种液体或液体和固体污水的处理系统。系统封闭在管道、导管(10)或槽内，该系统含有一个或多个倾斜地其上有众多分解污水的生物如蚯蚓和毛蠓过滤床(12、13、14)和上层空间。水介质污水进口(11)在最上面的过滤床上端，固体废料进口(31)(如果有的话)在水介质进口下游，以便水介质流过和围绕固体废料流过。滤液出口(28)在通过该系统物流的下游。手工或输送设备用于除去固体。

Description

一种污水处理装置和方法

背景技术

本发明涉及对含水介质和固体有机物的处理方法，以除去对人类或环境有害或有毒的组分。

用于常规含水介质处理系统的输送管或导管未进行专门设计来进行任何处理，因此尽管这些管道几乎耗用了整个废水处理系统的费用，但在导入或离开处理系统的大多数管道内很少有有效的处理出现。在集中的污水处理流程中，收集系统的费用可能象安装处理装置的费用一样多。在分散的单个住房的典型现场处理系统中，直径100毫米、长10～20米的管或等价装置导入处理容器，而20-30米长的管将处理容器连接到处置/再利用区。在处置区，除槽支承材料、集料衬等外，通常还要用20-40米长的管道。通常，处理容器设计成相当大，以便为处理提供足够的停留时间，需氧处理系统和无氧处理系统通常都是巨大的和深的，以便为含水介质的处理提供足够的停留时间。

在污水分散地段中，当公用网状网络的份额按比例分配到每一相连的服务地段时，需要有大大多于60米的100毫米直径的管道。

已更多建议含水介质管道作为需氧处理系统。在大多数时间它们在含水介质液面上方有可利用的通风空间，处理系统是看不见的，它们常常安装在温度的变化范围适中的地面下或建筑物中。

用已分解的和正在分解的固体有机废料床来过滤水介质的方法是已知的，并在商业上得到了应用。该方法使用较深的床层来进行过滤。它还使用过滤床层大致均匀地装载技术。这就造成一些实际的限制。

1.经处理的水的排出口比水介质的进入管道低很多。在地面很平或水位高的地方，这就常常需要用泵输送流出液。

2.从系统中除去的生物固体不断被二次污染，病原体在除去以前不失活。

3.在重负荷期，因为水介质不能流到其他任何地方，所以有可能存在暂时淹没床层的情况。这就使在这些环境下能存活的差异较小生物群体遭到破坏。

4.沿长轴放置水平的处理容器比竖直安装的处理容器的表面积大。

发明目的

本发明的一个目的是避免使用仅具有将污水输送到处理系统的唯一功能的管道。

本发明的另一目的是克服现有污水处理系统的上述问题。

发明概述

根据本发明，提供这样一种封闭的污水处理系统，该系统有众多分解污水的活生物和上层空气空间的倾斜过滤床，在过滤床上端上方有水介质进口，有经过滤的水介质出口，任选在水介质进口的下游有固体废物输入区和排放固体的装置。

因此，本发明涉及水介质净化系统以及水介质和固体有机废料处理系统。在整个说明书中使用的术语“污水”可指这些输入物流中的任一种。

发明详述

在有一个以上过滤床层的场合下，各床层优选在竖直方向上重叠放置。在两床层之间优选有通风空间。

为防止废料或可能的疾病带菌体造成的环境污染，所以应将过滤床层封闭。封闭体系通常可为管、导管或槽。导管或管道通常轴向有较低的内表面，过滤床在该内表面上并在导管或管的整个长度方向上都有过滤床层。

固体有机废料输入槽可装在含水介质进口的下游，以使水介质流经和围绕经输入槽加入的固体有机废料流动。

在本发明的一个实施方案中，其中的一个过滤床起作输送带的作用，它将经分解的有机废料在处理系统的下游端排出。在本发明的另一实施方案中，经分解的有机物借助滤液流通过这一过滤床层或每一过滤床层输送，并从处理系统的下游端排走。

收集过滤床滤液的设备可安装在最低过滤床层的下方，或者如果不需要滤液，那么滤液可直接渗透到最低过滤床下方的土壤中。

如果需要，可适当将经分解的有机物、不可生物降解的固体或过滤床表面生长残渣收集起来。

处理系统可随便放置或吊在地板下、埋在地下或地中或适合特定处理的任何其他的形式。

要处理的水介质流通过一根含水介质管道或一系列管道进入处理系统，并沿过滤床和通过过滤床流动。

如果该系统用来处理固体有机废物，那么此有机废物，如食物废物屑桶或废纸筐等，以几乎未处理的形式经水介质进口管道下游的固体废物进口槽直接送入系统，或者用该废料粉碎机对固体有机废物进行处理，从而作为含水介质的组分送入系统。水介质进料流沿过滤床层表面洗涤和沉积固体有机废物。水介质的液体部分渗透到过滤材料形成的床中，并可收集起来再利用，或者排入第二过滤床或进入土壤中。固体有机废物滞留在过滤床中或过滤床上。

在过滤床上所需的空间的大小由加到过滤床中的固体有机物的最大粒度决定。

在液体部分流经过滤床层的同时，加到过滤床层的废物在与有机碎片接触的水分和空气的存在下迅速分解。

在过滤床上方和孔道中的空气、水介质中的水分以及固体有机物中或溶解或悬浮在水介质中的能量和营养物对水介质中特有的微生物及在正在分解和已分解的有机物中生活的引入或随遇的无脊椎动物和微生物的有机物腐烂提供了很好的环境。

本发明的一个实施方案有效地使用正在分解的固体废物和完全分解的废物作为废水的物理和生物过滤介质。

当水介质加入时，进口处附近的可腐烂固体废物起到生物膜生长的介质的作用。大的分散的废物颗粒不断加入，并不断被生物消化和被水介质腐蚀，以致它们被破碎成越来越小的颗粒，最终形成腐殖质胶体和溶解的腐殖质化合物。润温期和干燥循环与分散的蠕虫浇铸物以及昆虫和螨虫屎的挤压作用在由封闭体系中分解的固体形成的堆肥床内构成相当稳定的堆肥团粒结构。

蠕虫、甲虫、螨、弹尾目和昆虫幼虫通过堆肥的运动使堆肥介质松散，防止了床内排水堵塞。因此，堆肥床起到对氧气交换有巨大的润湿表面积的极好的排水土壤床的作用。每当由正常的散居家庭产生的废水脉冲进入堆肥床时，都将空气吸入堆肥床层。在正常使用时可在堆肥床表面出现部分淹没。在这种场合下，废水迅速通过生物孔渗透，象水力活塞一样将新鲜空气吸入这些孔的空间中。

与水中处理系统不同，本发明迅速将更大的固体废物(它们有高的需氧量)过滤到被空气包围的堆肥床表面上。因为空气中有22％的氧，比水有更快的扩散速率，因此用这种方法可处理更高的生物负荷量。

如果固体有机废料入口大，那么，当被沿这样的碎片流过的水介质润湿时，固体有机碎片本身构成起滴流过滤团聚物作用的大的表面积介质。

积累在过滤床层表面上的固体有机废物腐烂产生的堆肥起到很细的需氧过滤介质和吸附处理接触表面的作用。

封闭体系的构造使水介质从封闭体系的进口端沿倾斜过滤床表面轴向流动。

由于蠕虫、毛蠓、螨类、弹尾目和其他土壤生物的作用而防止了过滤床层表面和任何有机物集聚物堵塞。

渗透速率和曝露到空气中的表面积可通过将增量剂如聚苯乙烯球或颗粒加到过滤床表面的办法来增加。

象有机介质一样的细堆肥为加到有机物上的无脊堆动物和微生物提供了栖息场所。

堆肥床起着废水的自生过滤介质的作用，也可用来为将固体废料分解成稳定腐殖质化合物的有机物提供适宜的栖息地。

废水可沿管道或导管的一点或多点流入管道或导管。

废水将在沿堆肥床长度方向的不同距离处渗入堆肥床，该距离与输入的流速、时间和废水的渗透速率有关。长时间的高流速则在沿堆肥床方向上有最长的渗透距离。对于任何特定的情况来说，优选堆肥床足够长，以致在床的远端部分偶尔在水力负荷最高情况下才被润湿。

渗透率将根据组合的固体废物层、堆肥床和堆肥床支持介质的渗透性而沿堆肥床的长度方向上变化。在经常润湿的高流量区，微生物的菌胶团残渣和细颗粒固体可覆盖在堆肥床层和颗粒固体废物的表面上，使高负荷区的流体渗透性比渗透边界的渗透性低。这一希望的现象也在过滤床的横切面上观测到，如果内表面是弯曲的，以致最低点远离床边缘的话。

固体废物由于废水流动被分布在表面上。分布的形式与沿堆肥床的废水的速度、水力流动和渗透形式以及固体颗粒的大小、形状、浮性、粘着性、机械强度、分解速率和可腐蚀性(errodability)有关。堆肥/固体废料沉积物表面的浸蚀与废水速度以及表面特性有关。通常，浸蚀能改变较小团粒或颗粒的位置，但在大的水介质流速可将大漂浮性的固体沿过滤床带到固体颗粒和过滤床之间的摩擦力大于水介质流动在固体颗粒上产生的摩擦阻力的地方的场合下，较大碎片的移动也可出现。

通常，对封闭体系和过滤床层的形状和长度适当设置，以及其中的生物是适当控制，应使从封闭体系中除去的堆肥速率大致等于生成的堆肥数量。

该系统产生的生物固体可作为类似堆肥结构材料来收获。优选在此系统的低水力输入期后进行收获。

经过滤的污水也从最低的过滤床下方排出。可不经进一步的处理而渗透到土壤中，或者可将它收集起来，再用于一些特定的用途。在使用第二过滤床的场合下，滤液完全可用于冲洗卫生间、浇花等用途。

固体有机物随着它被下述的各种方法分解而逐渐地从进入点移向排出端。

生物活动性也可使固体物质移动。特别是，产生堆肥的蠕虫和各种昆虫(如毛蠓)的活动性产生小的易碎的浇铸物和虫屎，它们通常以使堆肥床轴向表面外形变平的方式沉积起来。由于蠕虫喜欢在较干燥的边缘区浇铸，所以使床层表面呈曲线，这一活动性使堆肥床层表面的体积密度下降，也使渗透率提高。综合的效果是在表面高流速期间提高了表面的可侵蚀性(errodability)。

生物活动性及时稳定反映出各种重要的因素的复杂相互作用，如含水量、食物的可利用性、氧气供给情况和温度。与每一特定的竞争性地利用栖息场所能力的生物能力有关的群体梯度将是很清楚的。

及时选择的压力将能从有代表性的生物中培养出更适宜的生物，它能更有效地利用更热的、更温的或氧更低的区域。

如果在过滤床上出现的颗粒积累到使导管内不能通过最大流量。而且又不能使堆积的固体分散在足够大的区域时，使在沉积速率和分散速率之间不能保持动态平衡时，那么可能出现表面流堵塞的情况。

生物活动性使堆肥/固体废料表面的高度保持在动态平衡状态下。这就意味着，当固体沉积时，固体沿堆肥床的长度方向上被洗涤并借助洗涤和生物活动性向下通过固体可渗透的堆肥床。如果床支承材料的孔径太小，以致很细的固体不能输送，它们积累在床内，使渗透速率下降到水力供应速率超过过滤床层的渗透速率，那么可能出现内部堵塞。为了避免这一点，可通过控制床材料的孔径来将床设计成可渗透很细的胶体固体或渗透较大粒径的颗粒。

在实践中，如采用较高的固体有机废料加入速率，已表明0.5-1毫米孔径的介质在上层可保持有效的堆肥层动态平衡。

对于很高固体有机废料加入速率的系统来说，如果需要更快的固体通过速率，那么孔径应适当加大。

如水介质相对清洁，在过滤床中使用的介质可为很细的颗粒，应为土壤和垃圾生物如蚯蚓和/或毛蠓，以消耗在介质上生长和被介质滤出的微生物的生长。细砂、粉状活性炭或其他通常有效粒度为0.1毫米或更小的适合颗粒材料是两种优选的介质，如果滤液循环用于冲洗或类似应用的话。在水介质加入速率超过渗透速率的场合下，则将有表面流。可将此方便地用来把细的堆肥化的固体有机废物输送到可很方便地将其除去的处理系统的低端。

所需的管道或导管的大小取决于固体和加入的水力负荷速率。高的固体负荷将需要更陡的梯度，因此要求产生较大的表面积和较大渗透区的较高废水流。管道或导管的斜率应为这样的，以致固体材料沿足够长的堆肥床层均匀地分散，使分解速率和堆肥除去速率等于固体沉积速率。

可使用的过滤床层梯度的范围与固体加入速率、加入固体的大小和水介质加入速率有关。过滤床的斜度应设计为使固体更均匀地分布在过滤床层的表面上。

如果处理导管的梯度是高的，可能需要垂直于废水流方向的横向档板，以防止堆肥床层冲刷太快和使未过滤的废水通过支承材料开孔。因为固体有机废物和床介质的渗透速率和可侵蚀性(errodability)沿处理导管的长度方向上变化，对于某些应用来说，可能还需要沿处理导管长度方向上来调节过滤床的梯度。

在床要机械前进的场合下，优选设计这样一系统，以致峰值流渗透区未达到堆肥床末端时停止，使堆肥熟化段在收获以前不会被废水中的病菌再次污染。

在低固体负荷的情况下，借助废水的运动和生物活动性来被动输送固体可与床层定期保养结合起来，除去不可堆肥的和可缓慢降解的加堆肥固体。这样的保养可用一股或数股水流射向堆肥床来冲洗表面上积累的堆肥和不能制堆肥的固体。

可用在滤液排出点的过滤材料来把这些细的制堆肥固体从滤液中过滤出来，或者借助导管过滤床介质中的第二个更细的过滤材料来将其滤出，这样接受流过初级堆肥床的滤液和初级过滤床洗出的有机固体。

在高的固体加入速率情况下或在加入大的不可制堆肥的固体如塑料、玻璃或金属的情况下，形成活动堆肥床可能是必要的，以便沿容器长度方向上的某点或一些点排出积累的固体物。理想的是，只有当沉积的新鲜废料经过足够长的时间使它们完全分解成无病原体的稳定腐殖质后才排放固体物。

容器、导管或管道的内部体积必需足够大，以防止在一定固体有机废料运动速率和固体沉积速率下管道阻塞。在高的固体负荷下，固体的移动可通过把堆肥床支承介质制成环状输送带并使它缓慢转动或脉冲送到堆肥排出点来进行。用进入建筑物的合并水流驱动的马达或机械可用来提供与含水介质流速有关的规则运动。

用于装堆肥的封闭体系、管道或导管优选具有为特定的废料负荷提供适用于环境的尺寸。

优选的是，过滤床包括不可生物降解的支承介质如耐用的纤维填料、耐用的热塑性编织物或直的排水导管，它们沿封闭体系延伸将封闭体系分成上区和下区，并且适合于水介质和细分散的有机物通过，上区适合于存留部分分解的有机物和堆肥，此封闭体系有一定的截面和长度，保持足够的过滤介质，以致进入封闭体系的水介质在封闭体系的堆肥长度方向上被吸收。封闭体系可包括从过滤床层除去或洗出不希望的表面积累物的设备。在一个实施例中，除去或洗出设备包括沿封闭体系具有一定间隔的许多喷水嘴以及按预定时间操作喷水嘴的控制设备。

在另一实施方案中，可在第一过滤床后安装第二过滤床。这样可除去通过第一粗过滤床介质的细粒有机介质。

在本发明的导管或在管道处理的应用中，在导管或管道内的固定的或移动的支承介质、一般为不可生物降解的热塑性纤维材料上形成长的堆肥薄床。

附图说明

图1是根据本发明的一个方面的封闭污水处理系统的截面图；

图2为图1系统的放大的端部截面图；

图3为图1所示的左端部分放大截面图；

图4为图1所示的右端部分放大截面图；

图5为根据本发明另一方面的封闭的污水处理系统的端部截面图。

在所有附图中，相同的编号指相同的部件。

优选的实施方案的说明

实施例1

这一实施例涉及一用于处理废水和固体有机废料的导管处理系统，以便回收和贮存再用于冲洗卫生间或各种灰水应用场合的滤液。

参考图1-4，该处理系统包括一有适宜的增强肋的作为处理封闭体系的挤塑塑料导管10。封闭体系的安装倾斜度为约1∶100，高端有废水和固体有机废料进口11。

三个过滤床12、13、14由污个排水支承元件15、16、17支承，后者可在导管侧面上的槽18、19、20中滑动。两侧面与污水支承元件构成的空间含有支承元件上放有的或在上形成的过滤介质，这样以使整个过滤床和支承元件很好取出，用于保养或更换介质。

污水支承元件床的上下水平面装有覆盖材料。最上面的排水支承元件15在其上表面装有其孔径约为1毫米的热塑性编织纤维材料21。污水支承元件15的下表面有粘合在上面的土建布(geotextile)织物22。类似的土建布织物23、24装在另两个支承元件的上下表面上。

在污水支承元件的每端有通气的空间25、26、27，以便在高负荷时使过量的废水能从旁路通过。在下游端，有污水通道，以便使水从旁路通到第二和第三过滤床13、14。

固体输入槽31设在废水进口11下游的倾面上，滤液出口28在封闭体系最低处。

使用时，废水通过进口11进入，固体废物通过槽31进入。这样设计安装此槽，使废水通过或围绕在第一过滤床12上的固体废料流动，第一过滤床的设计使其中的细堆肥物质借助于床中的生物的作用流经床而得到洗涤。一旦通过此床，此细堆肥物便积累在土建布层上，并形成第二个堆肥物过滤薄床。在这一层中的堆肥物仅比水稍重，并易于冲刷和向下流，通过排水孔20排出。一旦沉积在第二过滤床13上，细的悬浮固体有机物在低的水用量期，易于通过除去导管端盖和滑出过滤床支承元件来除去。

将聚苯乙烯泡沫球或一些类似的增量性材料30加到过滤床表面，上层过滤床12的净化效果会更好。

出口28排出的滤液适合于收集并用于回收水应用场合，如冲洗卫生间、圆林灌溉等。

实施例2

在该实施例中，滤液不需再利用。在这种情况下，至少为150毫米粗的有槽加肋管50缠在土建布织物51中，并安装在细砂床52中，用20毫米石块聚料或类似物回填。管腔有可取出的有槽的排水管元件53，在它下面有空间54和大约1毫米孔径的热塑性编织网55。在废水源和生物固体收集槽之间连续形成管道，或者可按适宜的间隔连接几个废水源和有几个生物固体收集槽。通过此管中的槽56排出的污水渗透到管下和管周围的土壤中。在管腔中的可取出的元件53可在一长的时间间隔下进行过滤床保养，以除去积累的不可堆肥的固体。

Claims (13)

1.一种封闭的污水处理装置，该系统包括具有众多分解污水的活的无脊椎动物和微生物和上层空间的倾斜过滤床、位于上端的在过滤床层上方的水介质污水进口、经过滤的水介质出口、在水介质进口下游的固体废物进入区以及固体排出装置。

2.根据权利要求1的处理装置，其中过滤床包括多个在竖直方向上叠置的过滤床。

3.根据权利要求1或2的处理装置，其中所说过滤床封闭在导管、管道或槽中。

4.根据权利要求1或2的处理装置，其中所说过滤床封闭在导管内，并可从导管末端取出。

5.根据权利要求1或2的处理装置，其中所述固体废物进入区包括沟槽。

6.根据权利要求1或2的处理装置，其中最上面的过渡床部分由堆肥床组成。

7.根据权利要求1或2的处理装置，其中所说过滤床或至少一个过滤床层由污染有蚯蚓和/或毛蠓的颗粒材料组成。

8.根据权利要求1或2的处理装置，其中过渡床层封闭在槽内，而经过滤的水介质出口为构成槽基底的地面。

9.根据权利要求1或2的处理装置，其中将增量性材料加到过滤床或每一过滤床表面，以提高有氧能力和渗透速率。

10.根据权利要求1或2的处理装置，其中过滤床封闭在侧面形成轴向槽的加肋热塑性塑料制成的导管中，轴向槽用以支承可取出的热塑性排水和支承元件。

11.根据权利要求1或2的处理装置，其中分解污水的生物选自蚯蚓、甲虫、螨类和昆虫幼虫。

12.一种处理固体废料排出物和水介质污水的方法，所说方法包括：

将所说水介质污水引入水介质污水进口；

将所说固体废料排出物引入位于水介质污水进口下游的固体废料进入区；

使所说水介质污水和固体废料排出物流向倾斜过滤床，该过滤床具有分解污水的活的无脊椎动物和微生物以及上层空间，其中所说倾斜过滤床和上层空间是一种封闭结构；

使所说水介质污水和固体废料排出物通过所述过滤床而将其过滤并分解；

除去经过滤和分解的水介质和固体。

13.根据权利要求12的方法，其中所说过滤床包括多个在竖直方向上叠置的过滤床，并且过滤和分解步骤包括将经部分过滤和分解的水介质污水和固体废料排出物从一个过滤床输送到另一个过滤床。