申请日2009.04.17
公开(公告)日2011.04.06
IPC分类号C02F3/32; C02F3/30; C02F3/12; C02F3/06
摘要
一种用于生活污水和工业污水的生物处理的植物系统，包括预处理容器(14)和净化容器(16)。预处理容器具有用于沉淀和反硝化作用的两个外层隔室，其围绕用于硝化/BOD去除的内层隔室(38)。在沉淀隔室和反硝化隔室之间的分隔壁用作除渣栅。净化容器具有在外层隔室(52)中的水生植物的浮选床，外层隔室(52)围绕包括过滤床的中央室(51)。空气扩散器(58)与三个壁(54、56)一起提供了水在外层隔室(52)中的循环。
权利要求书
1.一种植物系统(10)，所述植物系统(10)适合于对生活污水(12)和工业废水中的至少一种提供有效处理，其特征为，包括：
根据权利要求9所述的用于预处理污水的预处理容器(14)，所述预处理容器(14)通过连接到生活污水(12)排放和工业废水排放中的至少一个的入口(26)接收所述污水和废水;
根据权利要求15所述的净化容器(16)，所述净化容器(16)通过与所述容器(16)的入口(53)连接而接收从所述容器(14)的出口(28)抽出的所述预处理的污水或废水;和
净化水的出口(62)，所述净化水的出口(62)排放所述水。
2.根据权利要求1所述的植物系统，其中，所述容器(14)具有一个外层隔室(34)和另一个外层隔室(42)，所述一个外层隔室(34)提供厌氧生物床，所述另一个外层隔室(42)提供沉淀作用。
3.根据权利要求1所述的植物系统，其中，所述容器(14)在内层隔室(51)内部设置有需氧生物床，所述内层隔室(51)适合于污水的有效的最终生物膜预处理。
4.根据权利要求1所述的植物系统，其中，整个预处理容器(14)位于地下，从而允许来自植物系统(10)的净化容器(16)的净化水依靠重力再循环。
5.根据权利要求1所述的植物系统，其中，所述容器(14)在运行时依靠重力从多个家庭(12)接收原污水。
6.根据权利要求1所述的植物系统，其中，所述容器(14)的运行模式从提高高的反硝化作用和磷还原的厌氧条件改变为在所述内层隔室(51)中的连续的通风过程，从而使得在运行时，有机碳(BOD)的强烈氧化状态成为可能。
7.根据权利要求1所述的植物系统，其中，在运行时，来自所述植物系统(10)的适当部分的净化水流出物再循环回到所述预处理容器(14)的厌氧隔室。
8.根据权利要求1所述的植物系统，其中，由有效的热交换和热守恒引起的优化的生物过程和稳定的温度防止过多的污泥或挥发性可溶物质的任何堆积，并且消除由常规的腐化池系统产生的气味。
9.一种适合于预处理生活污水和工业废水的容器(14)，其特征为，包括：
至少一个防水的外层壁(15)，其带有盖子(42)，所述外层壁(15)具有用于原污水的入口(26)和预处理污水的出口(28)，所述入口(26)和所述出口(28)都位于所述容器的顶部;
防水的内层壁(37)，其形成包括所述出口(28)的内层隔室(38);
所述外层壁(15)和所述内层壁(37)形成外层隔室;
防水的第一壁(30)，其将所述外层隔室从所述外层隔室的顶部到所述外层隔室的底部分隔为两部分;和
防水的第二壁(32)，其通过留下开口而将所述外层隔室从所述容器的顶部分隔，所述第二壁(32)短于所述第一壁(30)，所述开口允许污水流入所述外层隔室第一壁和第二壁(30、32)之间的通道(34)，所述第一壁和第二壁(30、32)形成所述外层隔室中的除渣栅;
旁路(35)，其连接所述外层隔室和所述内层隔室(38)，位于所述内层壁(37)的下部脊之上，所述旁路(35)位于所述第一壁的安置所述原污水 入口(26)的相对侧;和
泵装置(40)，其连接到在所述内层隔室(38)中的所述出口(28)，引起预处理的流体的连续流动。
10.根据权利要求9所述的容器，其中，所述容器利用由聚合微纤维增强的复合轻混凝土在模件中预制，或由聚氨基甲酸酯预制。
11.根据权利要求9所述的容器，其中，在运行时，生物床由用于生物膜发展的高孔隙率的预制的聚乙烯管状块组成。
12.根据权利要求9所述的容器，其中，在运行时，所述内层隔室(38)通过与紧挨所述第一壁(30)的通道(34)的底部相邻的旁路(35)接收原污水，从而允许污水顺时针逆着转向袖廊壁(32)连续地流动，允许无机颗粒的沉淀并提高表面渣的浮选。
13.根据权利要求9所述的容器，其中，在运行时，无沉淀的污水进入所述通道的所述隔室中的厌氧反硝化生物床，且最后通过在所述通道和所述内部池之间的所述旁路(35)，在到达位于所述内层隔室(38)的上部脊之上的具有分流出口的泵(40)之前，到达所述内层隔室(38)中的高度穿孔的需氧生物床。
14.根据权利要求9所述的容器，其中，所述内层隔室(38)被填充有用于需氧预处理的高孔隙率的预制填充物。
15.一种适合于对生活污水和工业废水提供有效处理的净化容器(16)，其特征为，包括：
对大气开口的防水的至少一个外层壁(48)，其具有用于预处理的污水的入口(53)和用于净化水的出口(62)，所述入口(53)和所述出口(62)都位于所述容器的顶部;
防水的内层壁(50)，其形成内层隔室(51);
所述外层壁(48)和所述内层壁(50)形成外层隔室(52);
所述入口(53)适合于将预处理的污水排放到所述外层隔室(52)中;
所述出口(62)被安置成以连续的流动从所述内层隔室(51)排放净化水;
防水的第一壁(54)，其连接到所述外层壁(48)和内层壁(50)之间的所述外层隔室(52)的底部，到达直到所述容器(16)的水位之下的水平;
第二壁(56)和第三壁(56)，每一个都位于防水的第一壁(54)的一侧，连接到所述外层壁(48)和内层壁(50)，从所述容器(16)的水位朝着所述容器(16)的底部突出，留下用于流体从下面通过的开口，且与所述第一壁(54)形成通道，用于污水的循环;
旁路(60)，其用于流体在所述外层隔室(52)和所述内层隔室(51)之间通过;
空气扩散器(58)，其形成空气/提升效果，且使流体在所述外层隔室(52)中循环;且
由具有微纤维增强的复合轻混凝土、玻璃-纤维增强塑料和聚氨基甲酸酯中的至少一种的预制模件构造。
16.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器(16)设置有以下四种组合物中的至少一种的选择的水生和沼泽植物的生物床：莎草和香蒲、莎草和白菖蒲、香蒲和白菖蒲和莎草，以及香蒲和芦苇，所述组合物在其广阔的根围中提供用于维持高的无脊椎动物数量的主要栖息地，从而无脊椎动物的吃草防止过多的生物膜和生物质堆积;
水薄荷和水-车前草被提供给所述净化容器(16)，因为其在生物群落发展中的有利作用;并且
所选择的具有广阔的根围的水生和沼泽植物被提供在所述净化容器(16)中，用于维持强烈的微生物过程和无脊椎动物在生物床中的吃草，从而消除过多的污泥或气味的形成。
17.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器至少3/4部分的高度位于地下，从而允许净化水依靠重力流出。
18.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器利用由聚合微纤维增强的复合轻混凝土在模件中预制，或是预制的增强的聚氨基甲酸酯。
19.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器在运行时包括整合的生物床，由高孔隙率的预制的聚乙烯管状块组成，具有用于所选择的水生和沼泽植物的支撑介质，所述整合的生物床占据所述外层隔室(52)的上部，在所述整合的生物床下面的所述剩余的无障碍空间允许氧化水和按剂量加入的预处理的污水的快速循环。
20.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器在运行时以有规律的剂量从在其外面的主要的腐化系统或任何其他的预处理设备接收预处理的污水。
21.根据权利要求15所述的容器，其中，所述容器在运行时通过与所述外层隔室(52)的底部相邻的所述入口(60)接收预处理的污水，所述污水连续地顺时针循环，且通过漩涡机械设备或空气泵通风，引起高紊流的水平旋转移动，从而预定速度的流动防止悬浮的颗粒的沉淀。
22.根据权利要求15所述的容器，其中，在运行时，净化水通过在底部封闭的穿孔的垂直管和位于所述内层隔室(51)的上部脊下面的分流出口离开所述内层隔室(51)，所述循环通道(52)和所述穿孔的垂直管可选地提供冠状的放电臭氧发生器和电子监控设备。
23.根据权利要求20所述的容器，其中，所述漩涡机械设备的运行模式的改变允许连续的通风过程，从而使得在用于维持所期望的高速率的有机碳(BOD)还原和硝化的高的氧饱和状态与缺氧条件状态之间的受控制的转移成为可能。
24.根据权利要求15所述的容器，其中，所述内层隔室(51)被填充有具有高的磷吸附能力的矿物，其中，在所述出口(62)处的水位决定整个植物系统中的水位。
25.根据权利要求15所述的容器，其中，在世界较暖和的地方，冷却设备基于净化水沿着所述外层隔室(52)的外层壁的另外的出口而应用。
26.根据权利要求15所述的容器，其中，所述至少一个循环通道包括结合的器皿系统，提供污水到达外部通道的任何流入由于水压差异而引起相等量的水从所述内层隔室(51)流出。
说明书
用于处理污水的植物系统
技术领域
本发明涉及植物系统(phytosystem)、动态腐化系统和容器，并且其结合提供在任何气候条件和任意地区的生活污水和工业污水的闭环有效处理。所述植物系统也允许流出水的重新使用和再循环，从而减少对现有的中央水处理系统的需求，并且缓解地下水储量的压力。
背景技术
存在对分散的废水源、地下水污染和缩减的水资源的管理的世界范围内的问题的可持续解决方案的增长的需求。地下水污染的全球性问题在一些国家引起了立法的变化。这些变化遵循现实，其中，废水系统可由增长来指引，而不是增长取决于现有的中央废水系统。
分散系统应该是基于自然生命周期可持续的，并且对人来说在经济上是可承担的。用于分散系统的制造和运行的能量应该是最小的。分散系统应该至少是CO2-中和的，且允许根据当地的条件和需求的营养物再循环的灵活性。
探求可选的低能量、低维护系统，包括对常规的腐化系统的选择是受高度关注的，以解决与该技术领域有关的问题。目的是通过发展简单持久、坚固耐用的植物系统来解决这些问题，在具有高程度的与水有关的疾病的地方和普遍缺水的地方，所述简单持久、坚固耐用的植物系统可显著提高公共健康并保护水质量，而同时是有成本效益的且在环境上是适当的。
涉及经济学和逻辑学的环境论支持这些可选的现实世界的解决方案，而不是传统的中央收集和处理厂。另一方面，许多市售的“绿色”现场废水系统不是可持续的。
专利申请文件KR 20030044647A描述了膜分离类型的腐化池，作为在韩国的传统的池的可选的解决方案，其是具有3-隔室的类型的腐化系统。系统的主要部分是由半渗透复合膜组成的容器。相似的系统也被称作膜生物反应器(MBR)。Korean Hyundai公司和Japanese Hitachi Zosen公司使膜在污水的预处理和处理中的应用商业化。根据KR 20030044647的描述，圆柱形的封闭物可由例如金属的材料制造。
此外，KR 20030044647文件描述了入口和旁路可以是正方形的或未指定的。袖廊壁(transept wall)中的开口不用作转向机械装置(deflectingmechanism)。这样的系统在活性污泥上运行。因此，不需要除渣栅。
同样，生物床仅形成隔室的体积的一部分。在文件KR 20030044647中的内层圆柱形封闭物包括用于污水的最终处理的膜组件，其中，组件的原理功能是使渗透物从活性污泥中分离。然后，渗透物通过真空泵排放到系统外面。由于活性污泥处理，在KR 20030044647中的内层隔室通常是积极地通风的。此外，渗透物离开系统，且不能依靠重力再循环用于进一步的氮的还原，且原污水不能依靠重力进入沉淀隔室。
另一篇专利申请WO 03042114A1公开了一种生物处理系统，其中，污水流是线性的“塞流”。在WO 03042114中，在具有“低产率”VSS的流出物中产生了过多的污泥或挥发性悬浮固体(VSS)。
发明概述
本发明提供了在任何气候且在任何地区的有效的生活污水的预处理。植物系统也允许流出水的重新使用和再循环，从而减少对现有的中央水处理系统的需求，并且缓解对地下水储量的压力。
因此，本发明阐述了植物系统，其适合于提供生活污水和工业污水中的至少一种的有效处理。所述植物系统包括：
根据所附的权利要求9所述的用于预处理污水的预处理容器，所述预处理容器通过连接到生活污水出口和工业污水出口中的至少一个的入口接收污水;
根据权利要求15所述的净化容器，所述净化容器通过与容器的入口连接而接收从所述预处理容器的出口抽出的预处理的污水;和
用于排放净化水的出口。
在本发明的一个实施方案中，容器的外层隔室之一设置有厌氧生物床，而内层隔室具有用于矿物固体的沉淀和堆积的生物固体的最初分解的作用。
一个实施方案包括：预处理容器的内层隔室设置有适合于污水的有效的最终固定膜预处理的生物床。
另一个实施方案包括：整个预处理容器安置于地下，从而允许来自植物系统的净化容器的净化水依靠重力的再循环。
又一实施方案包括：预处理容器在运行时接收来自多个家庭的原污水。
另外的实施方案包括：预处理容器将其运行模式从提高高的反硝化作用和磷还原的厌氧条件改变为在内层隔室中的需氧条件，从而使得在运行时，有机碳(BOD)的主要的还原状态成为可能。
又一实施方案包括：在运行时，从植物系统流出的适当部分的净化水再循环回到预处理容器的厌氧隔室。
又一实施方案包括：当利用标准的聚氨基甲酸酯(PU)PVC容器时，由于热隔离，由有效的热交换或热守恒引起的优化的生物过程和稳定的温度减少生物固体的堆积，并且消除由常规的腐化池系统产生的气味。
此外，本发明阐述了容器，其适合于预处理生活污水和工业污水。因此，其包括：
至少一个防水的外层壁，其带有盖子，所述防水的外层壁具有用于原污水的入口和预处理的污水的出口，两者都位于容器的上部脊处;
防水的内层壁，其形成包括出口的内层隔室;
外层壁和内层壁形成外层隔室;
防水的第一壁，其将外层隔室从外层隔室的顶部到外层隔室的底部分隔为两部分;和
第二壁，其将外层隔室从容器的顶部分隔，下至开口，所述开口允许污水转向并在外层隔室的第一壁和第二壁之间的通道中流动，第二壁在外层隔室的顶部中形成除渣栅;
旁路，其连接外层隔室和内层隔室，位于内层壁的下部脊之上，所述旁路安置于第一壁的安置原污水入口的相对侧;和
泵装置，其连接到内层隔室中的出口，引起流体的连续的流动。
在本发明的一个实施方案中，其利用由聚合微纤维增强的复合轻混凝土在模件中预制，或是由超轻型聚合材料在模件中预制。
一个实施方案在运行时提供生物床，所述生物床由用于生物膜发展的高孔隙率的预制的聚乙烯管状块组成。
另一个实施方案提供，外层隔室在运行时通过紧挨第一壁的通道的上部脊处的入口接收原污水，其关于旁路对角地安置于内部池，从而允许污水顺时针逆着转向袖廊第二壁连续地流动，允许矿物固体的沉淀和悬浮的有机颗粒的浮选以及表面渣的形成。
另外的实施方案提供，在运行时，无沉淀的原污水进入通道的外层隔室中的厌氧的反硝化作用生物床，且最后通过在通道和内层池之间的紧挨着第一壁的旁路，在到达位于内层隔室的上部脊之上的具有分流出口(shunt outlet)的泵之前，到达内层隔室中的高度穿孔的大量需氧的生物床。
又一实施方案包括：内层隔室被填充用于需氧预处理的高孔隙率的预制的填充物。
此外，本发明阐述了净化容器，其适合于提供生活污水和工业污水的有效处理。因此，其包括：
对大气开口的防水的至少一个外层壁，其具有用于预处理的污水的入口和用于净化水的出口，两者都位于容器的上部脊处;
防水的内层壁，其形成内层隔室;
外层壁和内层壁形成外层隔室;
入口适合于以连续的流动将预处理的污水排放到外层隔室中;
出口被安置成从内层隔室排放净化水;
防水的第一壁，其连接到在外层壁和内层壁之间的外层隔室的底部，到达直到容器的水位之下的水平;
第二壁和第三壁的每一个都位于防水的第一壁的两侧，连接到外层壁和内层壁，从容器的水位朝着容器的底部突出。第二壁和第三壁在底部具有相同的开口，允许流体通过，且和第一壁一起在通道中形成瀑布和漩涡效应，用于污水以预定的速率循环和氧饱和;
旁路，其用于流体在外层隔室和内层隔室之间通过;
通风扩散器，其导致流体在袖廊第一壁和袖廊第二壁之间的空气提升，引起在袖廊第一壁和袖廊第三壁之间的瀑布流动到在外层隔室中的液体的漩涡再循环;
泵装置，其用于用泵抽入预定剂量的预处理的污水，且利用水压差异，引起相等剂量的净化水通过在内层的圆柱形容器的中心的出口流出;以及
由具有微纤维增强的复合轻混凝土、玻璃-纤维增强塑料和聚氨基甲酸酯中的至少一种的预制的模件构造。
一个实施方案包括：容器设置有整合的生物床，其由以下四种组合物中的至少一种的选择的水生和沼泽植物组成：莎草和香蒲、莎草和白菖蒲、香蒲和白菖蒲和莎草、以及香蒲和芦苇，这些组合物在其广阔的根围中提供用于维持高的无脊椎动物数量的主要栖息地，从而强烈的无脊椎动物的吃草防止过多的生物膜的生长和生物质的堆积;并且
水薄荷(water mynth)和水-车前草被提供给净化容器，因为其在生物群落中的有利作用和溶解的有机碳的连续供应;并且
所选择的具有广阔的根围的水生和沼泽植物被提供在净化容器中，用于维持强烈的微生物过程和无脊椎动物在生物床中的吃草，防止生物固体的任何堆积或在分解过程中产生的任何气味。
另一个实施方案包括：容器至少3/4部分的高度位于地下，从而允许净化水依靠重力流出。
另外的实施方案提供：容器在运行时包括整合的生物床，由高孔隙率的预制的聚乙烯管状块组成，具有所选择的水生和沼泽植物的支撑介质，整合的生物床占据外层隔室的上部，在整合的生物床下面的剩余的无障碍空间允许氧化水和按剂量预处理的污水的快速循环。
又一实施方案包括：容器在运行时以有规律的剂量从在其外面的主要的腐化系统或任何其他的预处理设备接收预处理的污水。
另一个实施方案包括：容器在运行时通过与外层隔室的底部相邻的入口接收预处理的污水，污水连续地顺时针循环，且通过漩涡机械设备或空气泵通风，引起高紊流的水平旋转移动，从而预定速度的流动防止悬浮的颗粒的沉淀。
又一实施方案包括：在运行时，净化水通过在底部封闭的穿孔的垂直管和位于内层隔室的上部脊下面的分流出口离开内层隔室，循环通道和穿孔的垂直管可选地提供冠状的放电臭氧发生器(coronary discharge ozonegenerator)和电子监控设备。
又一实施方案包括：漩涡机械设备的运行模式的改变允许连续的通风过程，从而使得在用于维持所期望的高速率的有机碳(BOD)还原和硝化的高的氧饱和状态与缺氧条件状态之间的受控制的转移成为可能。
又一实施方案包括：内层隔室(51)被填充具有高的磷吸附能力的矿物，其中，出口(62)处的水位决定整个植物系统中的水位。
一个另外的实施方案包括：在世界更暖和的地方，冷却设备基于净化水沿着外层隔室的外层壁的另外的出口而应用。
另外的实施方案包括：至少一个循环通道包括结合的器皿系统，提供污水到达外部通道的任何流入由于水压差异而引起相等量的水从内层隔室(51)流出。