专利名称：水处理系统和水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及家庭和工业用水的处理，更具体地涉及一种水处理系统以及用于水处理系统的水处理装置。
背景技术：
由于饮用水的质量不总是能够达到所需标准，以及全世界范围内对水的需求日益增加，而水资源却越来越少，因此，对饮用水的三级处理以及诸如灰水等污水的回收正变得越来越重要。“灰水”指的是卫生水用于洗澡、清洗、洗衣或者洗碗等之后所产生的水。
小型水处理系统的一般应用包括(1)回收洗澡和洗衣机等产生的家庭灰水，用于冲洗厕所；以及(2)被安装在自来水主管线上用于对饮用水进行三级处理，以去除已经进入输送分配管线中的悬浮和溶解的固体物、以及杀掉和去除有害细菌。
已经提出了多种不同的方案用于这种回收应用。在欧洲专利申请EP-A-0677130中公开了一种水管理系统，其中，待处理水首先被输送到第一处理阶段，固体颗粒在第一处理阶段被沉淀出来。根据常规方式，使用一个流态化装置将沉淀的固体物排到合适的排水管中。固体颗粒已经沉淀的水溢出到一个水箱中并且随后被泵送到一个液/液旋流器中进行第二阶段的处理，该旋流器设计成用来从水中去除比水更轻的污染物。污染物和少量水被排到排水管，而大量的水从旋流器的底部排出并且被泵送到处于屋顶上的储水箱中，以便在需要时使用。该储水箱可以与一个专用管道系统连接，以便将水供给到例如卫生间贮水箱。
在EP-A-0677130公开的水管理系统中，由于待处理水经过两个不同的阶段进行处理，因此，该系统结构复杂，需要的部件数目较多，这种系统的制造、安装和使用也比较麻烦，批量生产的成本也较高，不利于广泛地推广和应用。此外，待处理水在经过沉淀之后，仅经过水流旋流器旋转分离，处理过的水的水质不是十分理想。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、部件数目较少、便于制造、安装和使用、以及成本低廉的水处理系统，这种水处理系统还能够提高处理过的水的水质。
本发明的上述目的是通过提供一种水处理系统来实现的，该水处理系统包括与待处理水源连通的水处理装置；用于收集处理过的水的处理水收集箱；用于将从所述水处理装置流出的废水排出的排水管；其中，所述水处理装置由进水室和安装在所述进水室中的过滤器主体构成，所述进水室由壳体构成，在所述壳体与所述过滤器主体之间形成有环形空间，所述壳体上端形成有切向入口，在其下端形成有出口，所述过滤器主体下端通向所述处理水收集箱，所述切向入口使进入进水室的待处理水进行旋转运动，从而将含有重或大的悬浮颗粒物的少量废水旋转到所述环形空间中，去除了重或大的颗粒物的水被输送到所述过滤器主体进行处理。
过滤器主体是一个杯形容器，其中从上到下依次布置着介质床、介质支撑砾石层和喷嘴收集器。
介质床可以由硅砂、石榴石、陶瓷、塑料、或者活性炭等构成。
过滤器主体上端一体地形成具有中心开口的导水环，在其上方布置着滤网。
邻近导水环的下方与导水环间隔开地形成有环形反洗流槽，环形反洗流槽底侧通过反洗溢流通道与进水室的出口连通。
壳体的顶端形成有向内凸出的定向部，使得进入的水流保持由切向入口赋予的角向动量。优选地，向内凸出的定向部是拧在壳体上的中心向内凸出的带螺纹的盖，如图5所示。
待处理水在其中进行旋转运动的壳体的那部分的长度使得待处理水在其中具有充足时间旋转，从而使大或重的颗粒物充分地运动到环形空间中。
壳体的下部逐渐地收缩，以使进入环形空间的废水加速旋转到出口。
出口是与切向入口相同取向的切向出口，从而使水流以相同方向旋转进入和流出进水室，并且出口设置在进水室的最下部位置。
水处理系统还包括处理水储存箱，一个泵将处理过的水从处理水收集箱泵送到处理水储存箱准备使用，处理水储存箱还设置有溢出装置和自来水供应装置。
利用处理过的水或者自来水对介质床进行反洗，向上流过介质床的反洗水流速控制成使得介质床的介质可以充分地松动以释放出被捕获的污染物，但是不至于使介质流失到环形反洗流槽或者环形空间。
水处理系统还包括添加消毒剂装置，添加消毒剂装置包括用于储存消毒剂的容器、以及将消毒剂添加到进水室中的化学计量泵。消毒剂优选地是氯气水溶液。
水处理系统还包括一个可编程逻辑控制器，用于控制水处理系统的运行。
根据本发明的另一方面，提供一种用于水处理系统的水处理装置，它由进水室和安装在进水室中的过滤器主体构成，进水室由壳体构成，在壳体与过滤器主体之间形成有环形空间，壳体上端形成有切向入口，在其下端形成有出口，过滤器主体下端通向处理水收集箱，切向入口使进入进水室的待处理水进行旋转运动，从而将含有重或大的悬浮颗粒物的少量废水旋转到环形空间中，去除了重或大的颗粒物的水被输送到过滤器主体进行处理。
本发明的其它目的、特征和优点从以下结合附图的描述中将变得更加明显。
图1是根据本发明的水处理系统的示意图；图2是根据本发明的进水室和过滤器主体的立体图；图3是根据本发明的进水室和过滤器主体组装在一起的立体图；图4是根据本发明的进水室和过滤器主体组装在一起的剖视图；图5是图4所示剖视图的顶部放大示意图；图6是本发明的进水室取下定向部的顶部部分示意立体图；以及图7是根据本发明的进水室的底部部分示意立体图。
具体实施例方式
以下将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。其中，在不同附图中的相同标号表示同一部件。
图1是根据本发明的水处理系统的示意图。来自诸如洗澡、清洗、洗衣或者洗碗等产生灰水的灰水源10的灰水经过管道11在重力作用下或者通过泵被泵送到水处理装置20。灰水在经过水处理装置20被处理后，包含有固体颗粒物等的废水从水处理装置20下方侧部经过管道21排出，并通过一个水封的存水弯管22排到排水管23中，以防止污浊空气进入到水处理系统中。处理过的水经过水处理装置20底部管道24流入到处理水收集箱25中。在处理水收集箱25中的处理过的水通过泵26经过管道27被泵送到处理水储存箱50中，准备用于冲洗厕所等。
本发明的水处理装置20由图2所示的进水室30和过滤器主体40组成。进水室30实际上由一个封闭的柱形空心壳体31构成，在壳体31上端形成有切向入口32，该切向入口32与通向灰水源10的管道11连接，该切向入 32使得进入进水室30的灰水进行旋转运动。在壳体31下端形成有切向出口33，该切向出口33与通向排水管23的管道21连接。如图4所示，在壳体31的顶端形成有向内凸出的定向部34，使得进入水流保持由切向入口32赋予的角向动量。优选地，向内凸出的定向部34是一个拧在壳体31上的中心向内凸出的带螺纹的盖。
进水室30可以模制成一个单一件，也可以是由多个部件组装而成。图6和图7分别示出了进水室30由多个部件组装而成的情况下进水室的顶部部分和底部部分的示意立体图。
过滤器主体40对称地固定在进水室30中。过滤器主体40是一个杯形容器，其尺寸小于进水室30的壳体31，从而在过滤器主体40与壳体31之间形成一个环形空间35，如图4所示。在过滤器主体40的上端是与过滤器主体40成一体形成的导水环41，导水环41具有中心开口并且在其上方布置着一个滤网42。滤网42使水通过，同时滤出固体物，滤网42还降低了水的旋转速率，以避免扰动介质床。在邻近导水环41的下方与导水环41间隔开地形成有环形反洗流槽43，环形反洗流槽43底侧通过反洗溢流通道44与进水室30的切向出口33连通。在过滤器主体40中与环形反洗流槽43间隔开地从上到下依次布置着介质床45、介质支撑砾石层46和喷嘴收集器47。喷嘴收集器47下端延伸穿过壳体31与通向处理水收集箱25的管道24连接。
进水室30的切向入口32设计成使得进入的灰水进行旋转运动，灰水的旋转运动又产生了离心力。该离心力使得分离过程开始，它将重或大的悬浮颗粒物旋转到进水室30外侧，从而将进入的灰水分成两个部分。包含有大部分大和重的总悬浮固体物、以及大部分生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)的少量灰水进入环形空间35，而不必通过过滤器主体40中的介质床45，从而减少了沉积在介质床45上的污物，从而显著提高了过滤器主体40的过滤效率。进入灰水在其中进行旋转运动的进水室30那部分的长度应当足够长，以使进入灰水在其中具有充足的时间进行旋转运动，从而使重或大的颗粒物充分地运动到进水室30的外侧壁并向下进入环形空间35中。进水室30的下部优选地是逐渐收缩，以使进入环形空间35的灰水加速旋转到位于过滤器主体40下方的废水收集区并进入切向出口33。切向出口33布置成使废水以与进入灰水相同旋转方向旋转排出，即，使得进入灰水和废水都以顺时针方向或者逆时针旋转。为了使废水不滞留在进水室30中，切向出口33优选地设置在进水室的最下部位置。
通过旋转排除了重或大的颗粒物的灰水输送到导水环41，通过导水环进入过滤器主体40内部，随后灰水渗透通过介质床45，介质床45过滤和/或吸附污染物、并使经过过滤处理过的水经喷嘴收集器47排出过滤器主体40进入处理水收集箱25。介质床45所采用的介质类型主要取决于所包含的污染物种类，例如可以是简单的硅砂、石榴石、陶瓷、塑料、或者活性炭等。灰水通过过滤器主体40的流量是由介质床单位面积的流速决定的。
在通常的向下流动的过滤过程中，需要使用一个气源来帮助分开介质的泥球，但本发明的水处理系统不需要使用气源，因为它不打算用于长期在线的过滤。因此，本发明的水处理系统有效地是流线式过滤(edgefiltration)，仅仅只有少量的深部过滤(depth filtration)。
本发明的水处理系统还设置有可编程逻辑控制器60，用于控制水处理系统的运行。在正常过滤运行过程中，灰水被旋转进入到过滤器主体40中进行过滤，过滤后的水排到处理水收集箱25中。处理水收集箱25中设置有分别与可编程逻辑控制器60连通的上部液面开关61和下部液面开关62。当处理水收集箱25中的液面达到上部液面开关61时，上部液面开关61被启动。来自上部液面开关61的信号通过可编程逻辑控制器60起动泵26，泵26将处理过的水从处理水收集箱25泵送到处理水储存箱50，准备用于冲洗厕所等。一旦处理水收集箱25中的液面下降到下部液面开关62，下部液面开关62被启动。来自下部液面开关62的信号通过可编程逻辑控制器60停止泵26。过滤器主体40处理了一定量的灰水之后，介质床45上会沉积相当量的污物，灰水处理效率逐渐降低，因此，需要对介质床45进行反洗，以去除污物。当可编程逻辑控制器60中的计数器记录到泵26已经停止和起动了设定次数，通常为20次，水处理系统进入反洗程序。
如图1所示，对过滤器主体40的反洗可以采用两种反洗模式之一进行。在反洗模式1中，当可编程逻辑控制器60中的计数器记录到泵26已经停止和起动了设定次数之后，可编程逻辑控制器60关闭管道27上的电磁阀64，打开与管道24和管道27连通的管道65上的电磁阀66，同时起动泵26，从而使处理水收集箱25中的处理过的水被泵送向上流过介质床45。处理过的水以受控速率向上流过介质床45，使得介质床45的介质可以充分松动以释放出被捕获的污染物，但是不至于使介质流失到环形反洗流槽43或者环形空间35。带有污染物的反洗水通过环形反洗流槽43和导水环41之间的间隙流入环形反洗流槽43，并流经反洗溢流通道44通过切向出口33排出。带有污染物的反洗水也可直接从导水环41溢出流到环形空间35经切向出口33排出。
在反洗模式2中，采用自来水对过滤器主体进行反洗。当可编程逻辑控制器60中的计数器记录到泵26已经停止和起动了设定次数之后，可编程逻辑控制器60开启与自来水源以及管道24连通的管道68上的球阀69，从而使自来水向上流过介质床45。球阀69控制自来水以受控速率向上流过介质床45，使得介质床45的介质可以充分松动以释放出被捕获的污染物，但是不至于使介质流失到环形反洗流槽43或者环形空间35。带有污染物的反洗水通过环形反洗流槽43和导水环41之间的间隙流入环形反洗流槽43，并流经反洗溢流通道44通过切向出口33排出。带有污染物的反洗水也可直接从导水环41溢出流到环形空间35经切向出口33排出。
在反洗过程中，介质床45中的介质需要被松动，介质床之上需要具有一个相对空间以便介质能够被松动。反洗水流速取决于使用介质的比重，并以此来设定反洗模式1或者反洗模式2，从而确保介质能够充分地松动以便被清洗，但不至于将介质排到废水中。
如果进入水处理系统的灰水超过了其处理能力，水处理系统简单地使过量的灰水溢出到排水管，从而避免出现故障。处理水储存箱50具有液面开关51，当处理水储存箱50已经装满时，来自液面开关51的信号通过可编程逻辑控制器60防止泵26起动。处理水储存箱50还设置有溢出装置52，以将过多的水排到排水管23。此外，处理水储存箱50还设置有与自来水源54连通的自来水供应装置55，以便在没有充足的处理过的水可用于冲洗厕所的情况下，将自来水供应到处理水储存箱50中。
本发明的水处理系统还可根据需要设置有添加消毒剂装置。添加消毒剂装置包括用于储存消毒剂的容器70、以及通过管道71将容器70与管道11连接起来的化学计量泵72。一定量的消毒剂通过化学计量泵72被泵送到进入水处理装置的灰水中，从而使得不会有大肠菌或者细菌在整个水处理系统中生长。当然，消毒剂可以直接被引入到灰水输入管线中，也可通过电磁操作的活塞添加药剂系统或采用类似球阀的漂浮驱动机构将消毒剂添加到灰水中。消毒剂优选地为稀释的氯气水溶液。容器70可以设置有一个用于探测其中消毒剂液面的装置，例如液面开关73。液面开关73与可编程逻辑控制器60连通。当液面开关73指示容器70中的消毒剂液面较低时，可编程逻辑控制器60可启动一个听得见或看得见的警报，以提醒用户补充消毒剂。万一消毒剂没有被补充，与可编程逻辑控制器60连通的泵26将不运行，未经过消毒处理的水将被排到排水管23，而不会被储存到处理水储存箱50中。化学计量泵72或者其它类似装置可以根据在灰水入口检测到的液流来启动，也可以根据泵26的启动或者根据处理水收集箱25中的液面来启动。尽管诸如氯气的消毒剂在过滤、反洗以及对水消毒过程中是有益的，但通常情况下不打算添加任何化学试剂来改善处理水的质量。
根据本发明的水处理系统结构简单、部件数目较少，制造、使用和维修方便。在对灰水进行处理时，灰水从切向入口旋转地进入进水室，在离心力作用下最大可能地将大或重的污染物诸如砂石、碎屑等旋转到进水室的侧壁，通过形成在进水室与过滤器主体之间的环形空间直接地由切向出口排出，从而避免了大或重的污染物进入到介质床，减少了过滤器主体处理污染物的量，从而能够显著提高对灰水的处理效率。灰水经过旋转分离和介质床过滤两个步骤的处理，处理过的水的水质也得以提高。
以上以灰水为处理对象对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明的水处理系统不仅仅用于灰水的处理，也可用于对其它污水进行处理。尽管已参照附图详细描述了本发明的优选实施例，但应当理解的是，在不超出权利要求书范围的情况下可以对本发明进行各种改进和修改。
权利要求
1.一种水处理系统，包括与待处理水源(10)连通的水处理装置(20)；用于收集处理过的水的处理水收集箱(25)；用于将从所述水处理装置(20)流出的废水排出的排水管(23)；其特征在于所述水处理装置(20)由进水室(30)和安装在所述进水室(30)中的过滤器主体(40)构成，所述进水室(30)由壳体(31)构成，在所述壳体(31)与所述过滤器主体(40)之间形成有环形空间(35)，所述壳体(31)上端形成有切向入口(32)，在其下端形成有出口(33)，所述过滤器主体(40)下端通向所述处理水收集箱(25)，所述切向入口(32)使进入进水室(30)的待处理水进行旋转运动，从而将含有重或大的悬浮颗粒物的少量废水旋转到所述环形空间(35)中，去除了重或大的颗粒物的水被输送到所述过滤器主体(40)进行处理。
2.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，所述过滤器主体(40)是一个杯形容器，其中从上到下依次布置着介质床(45)、介质支撑砾石层(46)和喷嘴收集器(47)。
3.如权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，所述介质床(45)可以由硅砂、石榴石、陶瓷、塑料、或者活性炭等构成。
4.如权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，所述过滤器主体(40)上端一体地形成具有中心开口的导水环(41)，在其上方布置着滤网(42)。
5.如权利要求4所述的水处理系统，其特征在于，在邻近所述导水环(41)的下方与所述导水环(41)间隔开地形成有环形反洗流槽(43)，所述环形反洗流槽(43)底侧通过反洗溢流通道(44)与所述进水室(30)的所述出口(33)连通。
6.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，所述壳体(31)的顶端形成有向内凸出的定向部(34)，使得进入的水流保持由所述切向入口(32)赋予的角向动量。
7.如权利要求6所述的水处理系统，其特征在于，向内凸出的定向部(34)是拧在壳体(31)上的中心向内凸出的带螺纹的盖。
8.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，待处理水在其中进行旋转运动的所述壳体(31)的那部分的长度使得待处理水在其中具有充足时间旋转，从而使大或重的颗粒物充分地运动到所述环形空间(35)中。
9.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，所述壳体(31)的下部逐渐地收缩，以使进入所述环形空间(35)的废水加速旋转到所述出口(33)。
10.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，所述出口(33)是与所述切向入口(32)相同取向的切向出口，从而使水流以相同方向旋转进入和流出所述进水室(30)，并且所述出口(33)设置在所述进水室(30)的最下部位置。
11.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，还包括处理水储存箱(50)，一个泵(26)将处理过的水从所述处理水收集箱(25)泵送到所述处理水储存箱(50)准备使用，所述处理水储存箱(50)还设置有溢出装置(52)和自来水供应装置(55)。
12.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，利用处理过的水或者自来水对介质床(45)进行反洗，向上流过介质床(45)的反洗水流速控制成使得介质床(45)的介质可以充分地松动以释放出被捕获的污染物，但是不至于使介质流失到所述环形反洗流槽(43)或者环形空间(35)。
13.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，还包括添加消毒剂装置，所述添加消毒剂装置包括用于储存消毒剂的容器(70)、以及将消毒剂添加到所述进水室(30)中的化学计量泵(72)。
14.如权利要求13所述的水处理系统，其特征在于，所述消毒剂是氯气水溶液。
15.如上述任一权利要求所述的水处理系统，其特征在于，还包括可编程逻辑控制器(60)，用于控制所述水处理系统的运行。
16.一种用于水处理系统的水处理装置，其特征在于，由进水室(30)和安装在所述进水室(30)中的过滤器主体(40)构成，所述进水室(30)由壳体(31)构成，在所述壳体(31)与所述过滤器主体(40)之间形成有环形空间(35)，所述壳体(31)上端形成有切向入口(32)，在其下端形成有出口(33)，所述过滤器主体(40)下端通向所述处理水收集箱(25)，所述切向入口(32)使进入进水室(30)的待处理水进行旋转运动，从而将含有重或大的悬浮颗粒物的少量废水旋转到所述环形空间(35)中，去除了重或大的颗粒物的水被输送到所述过滤器主体(40)进行处理。
17.如权利要求16所述的水处理装置，其特征在于，所述过滤器主体(40)是一个杯形容器，其中从上到下依次布置着介质床(45)、介质支撑砾石层(46)和喷嘴收集器(47)。
18.如权利要求17所述的水处理装置，其特征在于，所述介质床(45)可以由硅砂、石榴石、陶瓷、塑料、或者活性炭等构成。
19.如权利要求17所述的水处理装置，其特征在于，所述过滤器主体(40)上端一体地形成具有中心开口的导水环(41)，在其上方布置着滤网(42)。
20.如权利要求19所述的水处理装置，其特征在于，在邻近所述导水环(41)的下方与所述导水环(41)间隔开地形成有环形反洗流槽(43)，所述环形反洗流槽(43)底侧通过反洗溢流通道(44)与所述进水室(30)的所述出口(33)连通。
21.如权利要求16所述的水处理装置，其特征在于，所述壳体(31)的顶端形成有向内凸出的定向部(34)，使得进入的水流保持由所述切向入口(32)赋予的角向动量。
22.如权利要求21所述的水处理装置，其特征在于，向内凸出的定向部(34)是拧在壳体(31)上的中心向内凸出的带螺纹的盖。
23.如权利要求16所述的水处理装置，其特征在于，待处理水在其中进行旋转运动的所述壳体(31)的那部分的长度使得待处理水在其中具有充足时间旋转，从而使大或重的颗粒物充分地运动到所述环形空间(35)中。
24.如权利要求16所述的水处理装置，其特征在于，所述壳体(31)的下部逐渐地收缩，以使进入所述环形空间(35)的废水加速旋转到所述出口(33)。
25.如权利要求16所述的水处理装置，其特征在于，所述出口(33)是与所述切向入口(32)相同取向的切向出口，从而使水流以相同方向旋转进入和流出所述进水室(30)，并且所述出口(33)设置在所述进水室(30)的最下部位置。
全文摘要
本发明涉及一种水处理系统，它包括与待处理水源连通的水处理装置；用于收集处理过的水的处理水收集箱；用于将从水处理装置流出的废水排出的排水管；其中，水处理装置由进水室和安装在进水室中的过滤器主体构成，进水室由壳体构成，在壳体与过滤器主体之间形成有环形空间，壳体上端形成有切向入口，在其下端形成有出口，过滤器主体下端通向处理水收集箱，切向入口使进入进水室的待处理水进行旋转运动，从而将含有重或大的悬浮颗粒物的少量废水旋转到环形空间中，去除了重或大的颗粒物的水被输送到过滤器主体进行处理。这种水处理系统结构简单、部件数目较少，制造、使用和维修方便，而且能够显著提高对待处理水的处理效率，处理过的水的水质也得以提高。本发明还涉及一种用于水处理系统的水处理装置。
文档编号C02F1/00GK1483676SQ0214246
公开日2004年3月24日 申请日期2002年9月20日 优先权日2002年9月20日
发明者宋梓华, 黄锦良 申请人:宋梓华, 黄锦良