申请日2014.03.15
公开(公告)日2015.12.30
IPC分类号C02F1/52
摘要
一种活动的污水处理和水再利用系统，用于快速部署以加强现有废水系统和/或提供替代永久性设施的临时服务，该系统包括：(a)改性站，其中原污水首先被研磨成可悬浮砂砾，其pH首先被降低以杀死酸性敏感生物体，然后被升高以杀死碱性敏感生物体，并且然后被中和;(b)澄清站，利用倒锥形箱使溶液在注入有化学品之后循环，以使小颗粒絮凝以便收集在用于虹吸出去的层中;以及(c)清理站，其中澄清的水经过介质过滤器以去除残余的固体和味道，排放水清洁到足以用于灌溉、水生生物和排放至水路;并且其中无菌沉渣被压制成半干燥固体、然后干燥、压碎、粉末化和装袋，以用作高硝酸盐生物质肥料或者用于化石-燃料动力的利用废能发电应用。
权利要求书
1.一种便携式污水处理系统，包括：
污水入口装置，用于接收未经处理的污水并且将所述未经处理 的污水以污水流的形式引导至所述处理系统中;
澄清装置，与所述污水入口装置接合，用于使所述污水澄清以 变成经处理的污水;
消毒装置，接合在所述污水入口装置与所述澄清装置之间，用 于以非生物的方式对所述污水进行消毒;
絮凝装置，接合在所述消毒装置与所述澄清器之间，用于使得 悬浮在所述污水中的固体物料从溶液中沉淀并且团聚在一起以便去 除;
聚合物处理装置，用于处理所述污水，以防止絮凝的固体物料 粘附至所述澄清装置;
过滤装置，用于过滤所述经处理污水;
监控装置，用于控制所述污水处理系统;以及
运输装置，用于在公路上运输所述便携式污水处理系统。
2.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述污水入口 装置包括：
贮存器，适于储存来自各种污水源的流入污水;
循环泵，适于形成在所述贮存器内循环的污水流;
密实物料过滤器，在所述污水流内接合于所述循环泵的下游;
至少一个研磨机，接合于所述密实物料过滤器的下游并且适于 将所述污水流内的中等尺寸的固体物料研磨成具有大致相似尺寸的 固体物料颗粒;
至少一个浸渍泵，适于进一步将所述固体物料的尺寸减小至具 有大致相似尺寸的颗粒;
推送泵，接合于所述浸渍泵的下游并且适于在所述便携式污水 处理系统内推送所述污水流;以及
平衡水箱，接合于所述推送泵的下游并且适于平衡所述便携式 污水处理系统内的污水流压力。
3.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述澄清装置 包括：
箱，所述箱具有：
竖直轴线，所述竖直轴线在顶部与底部之间延伸;
箱壁，所述箱壁围绕所述竖直轴线并且限定澄清器内部， 所述箱壁进一步限定：
保持室，所述保持室邻近所述顶部设置，所述保持室 具有大致竖直的柱形侧部，所述柱形侧部在所述顶部的下 方以间隔的距离延伸;和
循环室，所述循环室设置于所述保持室的下方并且延 伸至所述底部，所述循环室具有大致锥形壁，所述锥形壁 从邻近所述保持室向邻近所述底部相对于所述竖直轴线 以选定的角度会聚;
污水流注射口，所述污水流注射口邻近所述底部接合于所述循 环室并且与所述澄清器内部流体连通;以及
集管装置，所述集管装置设置于所述保持室内并且适于从所述 澄清器中虹吸出经处理污水的经处理污水流。
4.根据权利要求3所述的便携式污水处理系统，其中，所述污水流注 射口适于沿着与所述锥形壁成切向的方向将所述污水流注射到所述 澄清器中。
5.根据权利要求3所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的角 度不大于二十九度(29deg.)。
6.根据权利要求3所述的便携式污水处理系统，其中，所述集管装置 包括：
出口，所述出口设置在所述保持室内并且适于提供用于所述经 处理污水离开所述澄清器的路径;
中央歧管，所述中央歧管接合于所述出口并且大致水平地横过 所述保持室延伸;以及
多个收集臂，所述多个收集臂接合于所述中央歧管并且从所述 中央歧管朝向所述竖直壁延伸。
7.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述消毒装置 包括：
酸注射装置，所述酸注射装置接合在所述平衡水箱的下游，用 于将选定的酸注射到所述污水流中并且用于使所述污水流的pH降 低至小于7.0的值;
碱注射装置，所述碱注射装置接合在所述酸注射装置的下游， 用于将选定的碱注射到所述污水流中，以用于使所述污水流的pH 升高至大于7.0的值;
中和剂注射装置，所述中和剂注射装置接合于所述碱注射装置 的下游，用于将pH中和剂注射到所述污水流中，以用于使所述污 水流的pH回到大致等于7.0的值。
8.根据权利要求7所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的酸 将所述污水流的pH降低至介于2.0与2.5之间的值。
9.根据权利要求8所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的酸 从以下酸的组中选出，所述酸包括：硫的化合物、溴的化合物、氯 的化合物、卤素化合物、氯胺和臭氧。
10.根据权利要求8所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的酸 在所述污水流中电离以产生溶解的二氧化硫(SO2)。
11.根据权利要求9所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的酸 为硫酸(H2SO4)。
12.根据权利要求10所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的酸 电离以形成悬浮在所述污水流内的浓度按体积介于百万分之二十 (20)(ppm)与100ppm之间的二氧化硫。
13.根据权利要求12所述的便携式污水处理系统，其中，所述二氧化硫 的浓度为75ppm。
14.根据权利要求7所述的便携式污水处理系统，其中，所述酸注射装 置包括：
酸储存箱，所述酸储存箱接合于所述污水处理系统并且适于储 存选定体积的酸;
泵，所述泵接合于所述酸储存箱与所述污水处理系统之间并且 适于将酸从所述储存箱泵送至所述污水流。
15.根据权利要求7所述的便携式污水处理系统，其中，所述酸注射装 置包括：
二氧化硫发生器，所述二氧化硫发生器在所述平衡水箱的上游 接合于所述污水流中，并且具有：
污水保持室;
氧气源;以及
硫焚烧器，所述硫焚烧器结合于所述室，
其中所述硫焚烧器使得所述硫与来自所述氧气源的氧气反应 以在所述污水保持室内且在具有所述污水的情况下生成二氧化硫 (SO2)气体;并且
其中所述污水吸收选定量的所述二氧化硫气体。
16.根据权利要求7所述的便携式污水处理系统，其中，所述碱注射装 置包括：
碱储存箱，所述碱储存箱接合于所述污水处理系统并且适于储 存选定体积的碱;
泵，所述泵接合于所述碱储存箱与所述污水处理系统之间并且 适于在所述酸注射系统的下游将碱从所述碱储存箱泵送至所述污水 流中。
17.根据权利要求7所述的便携式污水处理系统，其中，所述选定的碱 从以下碱化合物的组中选出，所述碱化合物包括：
氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)。
18.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述絮凝装置 包括：
絮凝物储存箱，所述絮凝物储存箱接合于所述污水流并且适于 储存选定体积的絮凝物;
泵，所述泵结合于所述絮凝物储存箱与所述污水处理系统之间 并且适于在所述消毒装置的下游将絮凝物从所述絮凝物储存箱泵送 至所述污水流中。
19.根据权利要求18所述的便携式污水处理系统，其中，所述絮凝物从 以下离子化合物的组中选出，所述离子化合物包括：
氯化铁(FeCl)、硫酸亚铁(FeSO4)以及硫酸铝(AlSO4)。
20.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述聚合物处 理装置包括：
聚合物储存箱，所述聚合物储存箱接合于所述污水处理系统并 且适于储存选定体积的聚合物;
泵，所述泵接合于所述聚合物储存箱与所述污水处理系统之间 并且适于在所述絮凝装置的下游将聚合物从所述聚合物储存箱泵送 至所述污水流系统中。
21.根据权利要求20所述的便携式污水处理系统，其中，所述聚合物从 以下化合物的组中选出，所述化合物包括：
从德克萨斯州休斯顿市的PEP科技公司购得的商标名为CAT FLOC、CATFLOC+HI、CATFLOC+LO、CATCOHI、ANFLOCHI、 ANFLOCMED以及ANCO的专有化学品。
22.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述过滤装置 包括：
静水井，所述静水井接合于所述澄清器并且设置在所述经处理 污水流内且位于所述排放口的下游;
多介质过滤器，所述多介质过滤器具有由砂砾、石榴石和无烟 煤的交替层形成的至少一个层级;以及
最终过滤器，所述最终过滤器具有至少一层颗粒状活性炭。
23.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述监控装置 包括：
亚硫酸盐分析器，所述亚硫酸盐分析器适于检测残存在所述经 处理污水流内的消毒剂的残余量。
24.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，还包括：
沉渣处理装置，所述沉渣处理装置接合于所述澄清装置以用于 去除和清理由所述水处理系统产生的所述絮凝的固体物料。
25.根据权利要求24所述的便携式污水处理系统，其中，所述沉渣处理 装置包括：
沉渣出口，所述沉渣出口设置在所述锥形壁内;
沉渣出口阀，所述沉渣出口阀接合于所述沉渣出口;
沉渣箱，所述沉渣箱接合于所述沉渣出口阀;
沉渣混合器，所述沉渣混合器接合在所述沉渣箱内;以及
沉渣压滤器，所述沉渣压滤器接合于所述沉渣储存箱。
26.根据权利要求1所述的便携式污水处理系统，其中，所述运输装置 包括：
至少一个拖车，所述拖车适于运载所述便携式污水处理系统， 所述拖车具有：
大致平坦的甲板，所述甲板具有：
纵向轴线，所述纵向轴线在舌状件端与卡车端之间延 伸;
顶部表面，所述顶部表面与所述纵向轴线及相对的底 部表面基本同延;
多个轨道，所述轨道设置在所述底部表面上，在所述 纵向的相对侧上平行且以间隔距离隔开，所述轨道适于接 合支承表面以在所述便携式污水系统运行时支撑所述便 携式污水处理系统;
舌状件装置，所述舌状件装置接合于所述舌状件端，并且 适于接合于牵引拖拉机以用于在所述公路上牵引所述至少一 个拖车;以及
卡车，所述卡车设置在所述卡车端，并且具有多个卡车轮， 所述卡车轮适于接合所述道路并且适于在所述舌状件装置接 合于所述牵引拖拉机时支撑所述拖车。
27.根据权利要求26所述的便携式污水处理系统，其中，所述至少一个 拖车包括：
第一拖车和第二拖车，所述第一拖车适于支撑和运载所述污水 入口装置;并且
所述第二拖车适于支撑和运载所述澄清装置、所述消毒装置、 所述絮凝装置、所述聚合物处理装置、所述过滤装置和所述监控装 置。
28.根据权利要求26所述的便携式污水处理系统，其中，
当所述便携式污水处理系统运行时，所述卡车轮悬置在所述支 承表面之上。
29.一种对未经处理的污水进行非生物处理的改进方法，所述改进方法 包括：
提供污水处理系统，所述污水处理系统具有：
污水入口装置，所述污水入口装置用于接收所述未经处理 的污水并且将所述未经处理的污水以污水流的形式引导至所 述处理系统中;
澄清装置，所述澄清装置接合于所述污水入口装置，用于 使所述未经处理的污水澄清以变成经处理的污水;
消毒装置，所述消毒装置接合在所述污水入口装置和所述 澄清装置之间，用于以非生物的方式对所述污水进行消毒;
絮凝装置，所述絮凝装置接合在所述消毒装置与所述澄清 器之间;
聚合物处理装置，所述聚合物处理装置用于将聚合物引入 到所述污水中;
过滤装置，所述过滤装置用于过滤所述经处理的污水;
监控装置，所述监控装置用于控制所述污水处理系统;然 后
将所述未经处理的污水引导至所述污水入口装置中;然后
使用所述消毒装置对所述未经处理的污水进行消毒;然后
操作所述絮凝装置，以使固体物料悬浮在所述污水中以便从溶 液中沉淀和团聚在一起;然后
将聚合物从所述聚合物处理装置引入到所述污水中，以防止絮 凝的固体物料粘附至所述澄清装置;然后
将所述污水引导至所述澄清器中;然后
使用所述澄清器使所述污水澄清，以从所述污水中去除所述固 体物料;然后
使用所述过滤装置过滤所述经处理的污水;然后
将所述经处理的污水从所述污水处理系统排放。
30.根据权利要求29所述的改进方法，其中：
所述消毒装置包括：
酸注射装置，所述酸注射装置接合于所述平衡水箱的下 游，用于将选定的酸注射到所述污水中;
碱注射装置，所述碱注射装置接合于所述酸注射装置的下 游，用于将选定的碱注射到所述污水中;
中和剂注射装置，所述中和剂注射装置接合于所述碱注射 装置的下游，用于将pH中和剂注射到所述污水中;并且 所述消毒步骤进一步包括以下步骤：
使用所述酸注射装置将选定量的酸注射到所述污水中，以 使所述污水流的pH降低至小于7.0的值;然后
使用所述碱注射装置将选定量的碱注射到所述污水中，以 使所述污水流的所述pH升高至大于7.0的值;然后
将选定量的中和剂注射到所述污水中，以使所述污水流的 所述pH回到大致等于7.0的值。
31.根据权利要求29所述的改进方法，其中：
所述澄清装置包括箱，所述箱具有：
竖直轴线，所述竖直轴线在顶部与底部之间延伸;
箱壁，所述箱壁围绕所述竖直轴线并且限定澄清器内部， 所述箱壁进一步限定：
保持室，所述保持室邻近所述顶部设置，所述保持室 具有大致竖直的柱形侧部，所述柱形侧部在所述顶部的下 方以隔开的距离延伸;和
循环室，所述循环室设置于所述保持室的下方并且延 伸至所述底部，所述循环室具有大致锥形壁，所述锥形壁 从邻近所述保持室向邻近所述底部相对于所述竖直轴线 以选定的角度会聚;
污水流注射口，所述污水流注射口邻近所述底部接合于所 述循环室并且与所述澄清器内部流体连通;以及
集管装置，所述集管装置设置于所述保持室内并且适于从 所述澄清器虹吸出经处理污水的经处理污水流;并且 所述澄清步骤进一步包括以下步骤：
将所述污水以连续污水流的形式注射到所述污水流注射 口中;然后
使用所述集管装置将所述经处理污水以连续的经处理污 水流的形式从所述保持室虹吸出去;然后
将所述经处理污水流引导至所述过滤装置。
32.根据权利要求31所述的改进方法，进一步包括以下步骤：
提供沉渣处理系统，所述沉渣处理系统具有：
沉渣出口，所述沉渣出口设置在所述锥形壁内;
沉渣出口阀，所述沉渣出口阀接合于所述沉渣出口;
沉渣箱，所述沉渣箱接合于所述沉渣出口阀;
沉渣混合器，所述沉渣混合器接合在所述沉渣箱内;以及
沉渣压滤器，所述沉渣压滤器接合于所述沉渣储存箱;然 后
在所述澄清步骤的过程中：
周期性打开所述沉渣出口阀;然后
将所述固体物料引导至所述沉渣箱中;然后
关闭所述沉渣出口阀;并且
操作所述沉渣混合器和所述沉渣压滤器以从所述沉渣中 去除水;然后
储存所述沉渣，以用作肥料和燃料。
说明书
便携式非生物型循环污水处理设备
代理所编号
No.0683M-001-PCT
发明人信息：
丹尼尔R.史密斯，美国公民，居住于加利福尼亚州教堂市;肯尼斯 A.罗伯逊，美国公民，居住于德克萨斯州奥斯汀市，他们在以下说明书“便 携式非生物型循环污水处理设备”中作出了新的有用的改进。
本申请要求2013年3月15日提交的临时申请序列号No.61/779,432 的优先权。
技术领域
本发明总体涉及城市污水处理设施和方法，并且具体地涉及适于在临 时地点进行短期服务以缓和污水处理容量的暂时不足的污水设备。更具体 地，本发明涉及单一便携式非生物型污水处理系统，其适于在临时地点之 间的国道和州道上以无需拆卸的方式移动，并且本发明还涉及用于使得这 样的污水处理设施便携的装置和方法。
背景技术
现今用于处理城市污水的在用的大多数废水处理设备为生物类型的。 众所周知的是，来自这样的设备的液体废料在未经高级或三级处理(这需 要额外的装备和土地空间)的情况下不适于再次使用。固体废料也需要相 当多的处理和空间，要么丢弃要么被处理以作为肥料或燃料而再次使用。 因此对于这样的设备而言的土地需求和装备尺寸是非常大的，从而导致在 构建或扩大这类设备时需要显著的资本投资。存在对紧凑的单一便携式废 水处理设备的需求，其无需大量预处理或物料处理空间。
众所周知的是，对于液体和固体两者而言，二氧化硫是有效且快速的 消毒剂，并且其在经济性方面也是可接受的选择。用于化学消毒和除水系 统的先前设计未能获得广泛接受的主要原因是装备尺寸减小得不够或者 设计成用于批量操作的系统造成的限制性。存在对这样的废水处理系统的 需求，其将在有限空间内以快速的方式对液体和固体两者进行持续消毒。
临时建筑工地可能发展成由工人以及一些时候连同他们的家人一次 占据数个月甚至数年的很大的营地。由于通常位于偏远乡村环境或者靠近 小的现有的聚居地，即便当地有处理容量，这些营地的污水处理需求可能 容易地超过当地的处理容量。这可能要求这些城市当局增加更多的处理容 量，而一旦在建筑工期之后营地被遣散时，这样的处理容量可能远远超出 当地所需。存在对于临时废水处理设施的需求，该临时废水处理设施能够 容易地架设以用于临时处理容量的增加并且在不再需要时能有效和快速 地移除和重新定位。此外，存在对于这样的污水处理设备的需求，其能够 以极少拆卸或无需拆卸的方式在国道或当地道路上从一个这样的地点移 动至另一这样的地点。
发明内容
一种活动的污水处理和水再利用系统，用于快速部署以加强现有废水 系统和/或提供替代永久性设施的临时服务，该污水处理和水再利用系统包 括：(a)改性站，其中原污水首先被研磨成可悬浮砂砾，其pH首先被降 低以杀死酸性敏感生物体，然后被升高以杀死碱性敏感生物体，并且然后 被中和;(b)澄清站，利用倒锥形箱使溶液在被注入有化学品之后循环， 以使小颗粒絮凝以便收集在层中，从而虹吸出去;以及(c)清理站，其 中澄清的水流经介质过滤器以去除残余的固体和味道，将清洁到足以用于 灌溉、水生生物和排放水排放至水路;并且其中无菌沉渣被压制成半干燥 固体、然后进行干燥、压碎、粉末化和装袋，以用作高硝酸盐生物质肥料 或者用于化石-燃料动力的利用废能发电应用。