专利名称：水处理装置、方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理装置以及水处理装置的操作方法。该以装置可用于处理生活用水的系统中，也可以所有形式用于使用水处理的商用和工业应用中。
发明内容
在第一个方面，本发明提供一种模块式(modular)水处理装置，其包括多个小室，在使用中每个小室分别配置成容纳处理床；和多个位于各个相邻小室之间的隔板部件，在使用中在处理床之间提供气隙；其中所述的小室和隔板部件是可堆叠的，以提供多阶段处理装置，其中待处理的水通过各个处理床滤过。
该处理装置的进水中存在有少量悬浮固体和溶解的有机物质。模块式水处理装置配置成具有可扩展(flexible)的结构，使得可以通过加入更多的小室和隔板部件来为处理装置增加更大的容量。系统的模块特性也便于维护。
在一个实施方式中，处理装置可以配置成在没有蚯蚓堆肥处理的情况下对进水进行过滤。另外可选地或额外地，在另一个实施方式中，处理床可以配置成接纳蚯蚓堆肥处理工艺。与所有种类的虫一样，蚯蚓堆肥(vermicomposting)处理可以采用其它生物体，如甲虫、螨、蜘蛛、蛆、苍蝇蚴、细菌、真菌、线虫和原虫，以消耗水中的污染物。
在一个实施方式中，隔板部件可以包括一个或多个通气开口，当隔板部件和小室堆叠配置时用于对过滤材料层进行通气。
通过使蚯蚓堆肥处理摄入足够的氧，同时还促进来自其中存在的生物体的废气如CO2的排出，有机材料层的通气增强蚯蚓堆肥处理的作用。
在该实施方式的一种形式中，隔板部件或每个隔板部件可以具有中心孔，该孔由外周壁形成，该壁中具有一个或多个通气开口。在该实施方式的另一种形式中，通气开口或每个通气开口可以是槽和/或洞，其轴线的排列方向与中心孔相同。
在一个实施方式中，隔板部件和小室在使用中可以设置成通过互配的凸部和凹部系统而联锁(interlock)。
在一种另外可选的配置中，每个小室可以分别具有与其集成在一起的所述隔板部件。但这种集成小室和隔板部件单元在使用中可以仍通过互配的凸部和凹部系统与其它类似小室和隔板部件单元而联锁。
在一个实施方式中，小室或每个小室的基底可以装有可移动筛网(mesh screen)，在使用中支撑小室或每个小室中的处理床。
在第二个方面，本发明提供用于第一个方面所定义的模块式水处理装置的模块，该模块包括小室和隔板部件，配置成可以与类似模块堆叠作为多阶段处理装置的一部分。
在第三个方面，本发明提供用于第一个方面所定义的模块式水处理装置的隔板部件，隔板部件或每个隔板部件具有中心孔，该孔由外周壁形成，该壁中具有一个或多个通气开口。
在第四个方面，本发明提供一种水处理方法，其包括以下步骤—将处理床放置在多个可堆叠小室的每个小室内；—将可堆叠小室和各自的隔板部件配置成堆叠体，得到多阶段处理装置，所述隔板部件位于各个相邻小室之间，在处理床之间提供气隙；和—使含有可生物降解固体的水进入堆叠体，使水通过堆叠的多个处理床滤过。
在一个实施方式中，处理床可以均被配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
在一个实施方式中，该方法可以进一步包括以下步骤将筛网置于其上配有处理床的小室或每个小室的基底部位。
在该方法的一个实施方式中，配置处理床的步骤可以包括选择粒状有机材料用于处理床中。
在另外可选的实施方式中，配置处理床的步骤可以包括选择粒状有机材料和无机材料，无机材料离散地分隔在粒状有机材料当中。
在该可选方法的一种形式中，所选择的无机材料可以是纤维状或多孔的织物材料。在一种形式中，织物材料可以制成卷(wad)、簇(tuft)或垫座的形状。在该方法的一种形式中，无机材料可以由尼龙纤维或无光纤维(matte)制成。
纤维状或多孔无机材料的存在可以建立另外可选的宿主环境，蠕虫和其它生物体和有机体可以在其中移动一段时间，例如，如果材料突然流入生物体未使用过的堆叠体中。这种栖所的差异可以促进这些有机体的发育，有助于它们应付废水进料中的任何环境波动。无机材料的存在也有利于具有开放多孔结构的床，这样可以有助于其中的排水、避免积水或过饱和。
在一个实施方式中，有机材料可以是下列物质之一泥煤、coco-peat、蛭石、沸石、米糠、堆肥基肥、硅石、硅藻土、活性炭、木炭、粘土或其任意组合。有机材料可以包括其它的有机支撑材料，如腐殖质。
在该方法的一个实施方式中，配置处理床的步骤还可以包括将由无机物质制成的过滤织物定位于筛网和粒状有机材料之间。
在该方法的一个实施方式中，配置处理床的步骤还可以包括将最上面的筛网定位于小室或每个小室中粒状有机材料上面的区域。在该方法本实施方式的一种形式中，配置处理床的步骤还可以包括将由无机物质制成的过滤织物定位于最上面的筛网和粒状有机材料之间。
筛网可以分散进水的流动，使得水均匀地通过有机材料滤过，这促进了蚯蚓堆肥处理过程，并降低了有机层腐蚀或失调的风险。此外，过滤织物可以提供开放结构，该结构能够在装置经受很高的液压负荷期间或者当陌生物质经由流入的水流导入有机材料中时使敏感的有机体从有机材料中迁移出来。
筛网和过滤织物的组合可以将进水的水流分散成液滴的形式，这还可以通过水的滴流增加对氧的摄取。
在任何这些实施方式中，过滤织物可以配置成与粒状有机材料接触。在任何这些实施方式中，过滤织物的无机物质可以是尼龙。例如，较粗的筛网材料可以是金属线尼龙，相对较细的过滤织物可以是细的无光尼龙。
该方法的一个实施方式还包括将待处理的水从贮水罐输送至堆叠体中的步骤。在该实施方式中，输送水的步骤可以包括在规定的时间内调节预定量的水向堆叠体的输送，换句话说，即每单位面积调节以恒定的质量流量。在该实施方式的一种配置方式中，将水输送至堆叠体的步骤是间歇式的，换句话说，即，以脉冲的方式输送，然后当没有水提供给处理堆叠体时进入“静息”期。
该方法的一个实施方式还包括在水通过堆叠体中多个过滤材料层滤过后收集水的步骤。在该方法的一种形式中，收集水的步骤包括通过重力将水收集在收集贮水罐中。
在一些实施方式中，收集水的步骤，不管是否通过重力，还可以与通过向其施加紫外线处理收集水的进一个步骤结合在一起，以便在其再利用之前进一步纯化经处理过的水。
在第五个方面，本发明提供一种水处理方法，其包括以下步骤—将处理床放置在小室中，处理床包括粒状有机材料和无机材料，无机材料配置成离散地分隔在粒状有机材料当中；和—使含有可生物降解固体的水流入小室，使水通过处理床滤过；其中所述的处理床配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
该水处理方法的一个实施方式还可以包括第四个方面中所定义的任何方法步骤。
在第六个方面，本发明提供用于水处理装置的处理床，该处理床包括粒状有机材料和无机材料，无机材料配置成离散地分隔在粒状有机材料当中。
在第七个方面，本发明提供一种水处理方法，其包括以下步骤—将处理床配置成支撑在小室中；和—调节预定量的含有可生物降解固体的水在规定的时间内向小室的输送，使水通过处理床滤过；其中所述的处理床配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
在一个实施方式中，在规定时间内将预定量水输送至堆叠体可以每单位面积恒定的质量流量进行控制。在该方法的另一种配置方式种，将水输送至堆叠体的步骤可以是间歇式的，换句话说，即以脉冲的方式输送，当没有水供应给处理堆叠体时则进入“静息”期。
该水处理方法的一个实施方式还可以包括第五个方面中所定义的任何方法步骤。
在第八个方面，本发明提供一种水处理系统，该系统包括—贮水罐，用于接收含有可生物降解固体的水；—处理装置；—调节水向处理装置的输送的装置；和—收集贮水罐，用于接收至少部分被过滤且其固体已被生物降解的水。
在一个实施方式中，处理装置可以依照第一个方面所定义的装置。
在一个实施方式中，调节水输送的工具可以在规定时间内以每单位面积恒定的质量流量将预定量的水输送至堆叠体。在该系统的另一种配置方式中，调节水输送至堆叠体的工具可以间歇式地工作，换句话说，即，以脉冲方式输送，当没有水供应给处理堆叠体时进入“静息”期。
在一种形式中，调节水输送的工具可以包括可控的泵或阀门中的一种。
在一个实施方式中，第八个方面的水处理系统可以额外地包括水网系统，其中在使用中将水从收集贮水罐引入水网系统以分配给一个或多个用户。
在另一个实施方式中，第八个方面的水处理系统可以进一步包括多个处理装置，每一个均与各自的居住区(dwelling)相连。
在另一个方面，第八个方面的水处理系统可以进一步包括与居住区相连的处理装置，其中用于接收水的贮水罐和收集贮水罐也与居住区相连。
在一个另外可选的实施例中，第八个方面的水处理系统可以包括与居住区相连的处理装置和用于接收水的贮水罐，其中收集贮水罐可为多个居住区共用，例如在街道、村落、或甚至住宅小区中。
在一个实施方式中，第八个方面的水处理系统可以包括第一个方面所定义的模块式水处理装置。
根据下面对本发明具体实施方式
的说明可以更全面地理解本发明。该说明提供附图进行参考。应当认识到，附图和相关说明的具体性不能替代前面对本发明较宽范围的概述。
在附图中图1是用于根据本发明实施方式的模块式水处理装置中的一个模块的透视图；图2是用于根据本发明实施方式的模块式水处理装置中另一个模块的透视图；图3是图2的模块的隔板部件一部分的详细透视图；图4是图2的模块的隔板部件的底透视图；图5是图2的模块的隔板部件的上透视图；图6是图2的模块的小室的透视图；图7是图6的小室的侧面正视图；图8是四个堆叠体的透视图，每个堆叠体有四个图2的模块，四个堆叠体位于支撑座上；图9是其上未装有四个堆叠体的图8的支撑座的透视图；图10是图8四个堆叠体和底座位于单个贮水罐上部时的透视图；图11是两个堆叠体的透视图，每个堆叠体都具有四个图2的模块，两个堆叠体安在支撑台上，并位于储存仓中；图12是水处理系统的透视图，该系统包括接收水的贮水罐、图11所示类型的处理装置、和用于接收已根据本发明的方法处理过的水的收集贮水罐；图13是图2的模块的小室根据本发明设置成筛选和预消化有机物质时的侧面正视图示意图；图14是图2的模块的小室根据本发明配置成用于有机物质初级蚯蚓堆肥处理时的侧面正视图示意图；图15是图2的模块的小室根据本发明配置成用于有机物质次级或三级蚯蚓堆肥处理时的侧面正视图示意图；图16是两个堆叠体的透视图，每个堆叠体都具有两个图1的模块，两个堆叠体安在支撑物上，并位于贮水罐上面；
图17是四个堆叠体的透视图，每个堆叠体具有3个图1的模块，四个堆叠体安在支撑物上，并位于用于接收已根据本发明方法处理过的水的收集贮水罐上面；图18是图16和17的装置通过管道配置连接在一起时的透视图。
图19是图16-18所示类型的两阶段灰水处理装置与来自家庭用的多种灰水进水源连接时的示意图。
具体实施例方式
在下文水处理系统的描述中，术语“灰水(gray water)”是指来自家庭洗涤和厨房区的水流。该废液流含有来自浴室、淋浴器和面盆的冲洗用水，以及来自洗衣用的冲洗用水和所有厨房冲洗用水。这种液流可以含有用过的冲洗用水，该水中含有来自身体和衣物洗涤的有机成分(可能包括尿液和少量粪便)。灰水还可以包括进入排水系统的厨房垃圾。其范围从食物碎屑至油脂和脂肪。有机食物垃圾的数量极大地取决于排水系统所附任何有机碎屑浸渍机制的存在而变化。灰水还可以包括用于家庭洗涤和冲洗过程中的化学物质以及一定量来自被洗衣物的棉绒和其它纤维。
灰水不同于“黑水”，黑水的定义是从卫生间冲下来的废水流，其包括粪便、尿液和带有多种其它废物的卫生纸。这种废液流包含大多数废水中发现的营养物和感染性有机体，正是主要由于这些内容物，使得黑水不经有效、昂贵的处理方法在环境中的再利用成为难题。
现在将在若干实施方式中描述的水处理装置是一种多层装置，该装置使得来自家庭废水来源的单程液流能够通过每层滴流，并为天然微生物活体提供适当环境，以消耗来自水中的有机食物。然后，高度氧合的透明“再利用水”离开处理装置，可作为产品提供。
参考图1和图2，显示了以单元单位10形式的单级模块，其可以堆叠成多层排列方式，下文将对此进行说明。每个单元10可以由两个组件制成。第一个组件是单元体12形式的小室，用于包含多种配置方式的过滤组件和蚯蚓堆肥处理组件，下文将对此进行说明。第二个组件是隔板部件14形式的隔板组件，该组件放置在相连单元体12的顶部，其作用是支撑紧靠上面的单元体12，并提供使用过程中将空气导入多层装置的装置。
在图2中，显示了具有单元体12A和隔板部件14A的单元10A的另一实施方式，形状上单元10A的尺寸通常较图1所示的矩形单元10更接近正方形。除这些尺寸之外，使用单元10和10A，在所有方面将以类似方式实施。
在图2所示的具体方式中，图6也进行了更详细的描绘，单元体12A的形状是中空的四面(矩形或正方形)圆柱体，通常由挤出的塑料材料制成。单元体12A四壁的每个壁均呈波纹状，具有多个垂直方向的侧壁肋16，以提供负荷下的结构强度。单元体12A的最上缘20配置成与隔板部件14A联锁，并支撑该部件。单元体每个壁的最下边缘区具有侧凸缘22，其朝内向单元体12A形成的空间内凸出，这在图2中所示最清楚。在使用中，该侧凸缘22的作用是支撑和保持使用过程中位于单元体12A内的多层材料，同时还使随重力而流的水经由侧凸缘22形成的正方形(或矩形)开口24流过与其紧接的单元体和隔板部件。在图6中，显示的侧凸缘安装有筛网26，其置于此处是为了在使用过程中支撑单元体12A的内容物。
图2中隔板部件14A的具体形式更详细地示于图4和图5。隔板部件14A具有由形式为正方形环套28的外周壁形成的中心孔26(通常形状为正方形或矩形)。在使用中，隔板部件14A被固定并与位于紧靠其下的单元体12A的最上缘20联锁。与单元体12A类似，隔板部件14A通常也由挤出塑料材料制成。隔板部件四个侧面中每一面的通用形式配置成向内形成角，使得正方形(或矩形)孔26最上缘处的边缘25配置成尺寸与位于其上的次相紧接的单元体12A的基底处的由侧凸缘22形成的正方形(或矩形)开口24匹配，同时隔板部件14A最下缘23配置成尺寸与位于其下紧接的单元体12A的最上缘20相同，并在使用中与其联锁。
因为隔板部件14A的四个侧面(正方形环套28)的形状通常朝内形成角度，这些侧面上可以形成许多切口(cut-out)或凹部30。如图1所示，更详细地描绘于图3、4和5，在一种方式中，这些凹部30可以包括大体上垂直的32和大体上水平的34平板部件。大体上水平的平板34可以形成多个小洞36以，使周围空气得意进入堆叠的的单元体12A和隔板部件14A的配置内部，否则在使用中由于各个单元体和隔板部件相啮合、联锁因而大体上气密(在一些实施方式中还可以是这种情况单元体和隔板部件被挤出，作为一个元件整体形成)。另外，凹部30的大体上垂直的平板32还可以配置成包括许多长槽38，用于有助于堆叠的单元体和隔板部件的通气。
单元体和隔板部件通常通过使用互配的凸部和凹部系统联锁，得到具有一定稳定性的堆叠体。在图2和5所示的具体方式中，隔板部件14A的最上面39具有多个环状凹部(或孔洞40)，其用于插入相应的插脚，该插脚可以在相邻单元体的一部分上形成突出，或者作为分离的元件位于以某种形式摩擦互配的隔板部件和单元体内相应的凸部中。在其它实施方式中，可以有集成的凸部，从隔板部件伸出，进入排列于单元体中的相应凹部中。在另外其它的实施方式中，联锁特征可以是任何形式的翼片、长槽或者其它与任何组件分离或集成形成的凸部，使得多个隔板部件和单元体能够牢固固定，以形成图8所示类型的垂直堆叠体，下文将对此详细描述。
在其它实施方式中，单元体和隔板部件的具体形状不仅可以是四面(如矩形或正方形)，而且可以是环形或多角形或其它一些便于制造的形状和形式。
现在参照图8，显示了一种水处理装置，该装置包括插有隔板部件14A的16个单独的单元体12A，它们配置成4个单独的堆叠体42，每个堆叠体42具有4个单元体12A和三个隔板部件14A组件。预定要处理的水被分开，以便平行通过4个单元10A的每一个堆叠体42。如果待处理水的量增加，可以向处理装置上加上任何数量的额外的具有4个单元的堆叠体42，当然，如果待处理水的量减少，一个或多个堆叠体42可以“离线”一段时间。
在图8所示的实施方式中，四个堆叠体配置成固定在网格状支撑架上，图9更详细地显示了这一点。在使用中，网格状托架位于贮水罐46的顶部，并配置成与贮水罐46的最上缘相吻合，其可以参见图10所示的构造。被处理的水在4个单元堆叠体42中通过多个处理阶段过滤后，并通过网格状支撑架44中的洞43后，在重力作用下下落至贮水罐46中。在图8和10所示的实施方式中，4个堆叠体42以两排每排两个的方式设置成固定在支撑架44上。
在图11所示的实施方式中，有两个由四个单元体12和三个隔板部件14组成的堆叠体50。这些堆叠体中的每一个分别固定在第五个单元体12B和隔板部件14B的顶部，第五个单元体12B位于平台52上，该平台坐落于储存仓51内的周围地面上。在本实施方式中，被处理的水收集在第五个单元体12B的每一个中，单元体12B起到集水池的作用，以储存水用于进一步再利用。
通过使家庭废水源通过四个独立的处理阶段滴流，每个堆叠体使其能够得以单程处理。每一个连续处理阶段均配置在单独的单元体内，以天然微生物活体的不同处理环境工作，以连续提供有效消耗，从而从水中处理有机物质。
参照图12，在操作中，例如，缓冲池54形式的灰水贮水罐用来收集来自家庭的灰水。贮池54设置成大得足以容纳家庭住所早晨和晚上通常出现的高峰流速。该池54中装有泵55，泵55由电子控制系统控制，该泵将未加工的灰水流入液在24小时内连续加入至水处理单元的每个堆叠体上。以这种方式，过滤单元的介质内存在的有机群体不再会受过高液压负荷的刺激，如果灰水流入液直接进入水处理单元的堆叠体中则可能会发生这种刺激。通过平衡废水的进料速度，降低了蚯蚓堆肥处理床中有机物质变成厌氧性的操作风险。
在其它实施方式中，电子控制系统可以调节水流，将预定量的水在规定时间内输送至堆叠体，换句话说，即将每单位面积恒定的质量流量输送至堆叠体(升/平方米·秒)。输送还可以是间歇式的，这在一些实验中显示出对蠕虫和其它生物提供“静息期”，以更有效地在流入任何新物质之前消化过滤床中存在的食物原料。另外据信，这种类型的“脉冲”系统在水流开始进入堆叠体内时可以引入额外的空气。
在图11所示的实施方式中，在使用中灰水流可以经由定量泵从缓冲池通过垂直管道56向上流动，将灰水流输送至水处理单元每个堆叠体50顶部的位置。垂直管道56与90度管道弯头58连接，90度管道弯头58的位置高于每个堆叠体50顶部的水平，然后90度弯头与装有T形接头60的较小的管道连接。从T形接头60的每个臂，将更小的管道62设置成延伸到每个堆叠体50中最上面的单元顶部之上的区域。在使用中，灰水经由垂直管道56、90度弯头58、T形接头60和两个小管道62流过，输送至堆叠体50最上面的单元中，然后进行水处理。
在图11所示的实施方式中，水处理之后，水移动至每个堆叠体中的第五储存单元12B中，以备以后再利用。管道和连接器系统可以安置成去除被处理的水用于其它家庭用途，例如花园浇水、hosingpathways、抽水马桶等。在图12所示的实施方式中，水在重力作用下从处理堆叠体流动到贮水罐64中，贮水罐64可以位于地下，例如，在后院中。然后水从该贮水罐64引出，以备再利用。
现在参照图13，示意图显示了位于水处理模块堆叠体最上面的单元体12A中的内部结构的一个实施方式。该第一个处理阶段称为初级过滤和预消化阶段。来自入口管道70的灰水入流分散至很宽的筛网72上，筛网72的位置距单元体12A最上缘20下面有一段很短的距离。筛网72将所有的大固体物质(例如，来自浴室、水池、淋浴器和洗涤机的食物碎屑、浸渍的有机物、毛发等)截留，然后这种被截留的物质被缓慢分解，随着时间过去在水流的作用下成为更小的微粒。筛网72还发挥作用将流入的灰水分散成液滴，从而保护单元中最下层有机物质的完整性免受水喷射造成的冲蚀。宽目过滤筛网72下是一层更细的市售过滤织物74，通常其形式为尼龙网平板，其进一步发挥作用保护随后的有机物质层76免受流入水分散造成的冲蚀。取决于被处理材料的性质，为该目的可能仅需要筛网72或过滤织物74中的一种。
在通过筛网和过滤层之后，注入的灰水然后在重力的作用下滤过进入到有机物质床76中，有机物质床76可以包括微粒或泥煤颗粒、蛭石和其它物质如沸石的混合物。在一些实施方式中，有机介质可以包括米糠、堆肥基肥或其它有机物质，例如硅石、硅藻土、活性炭或木炭、粘土等。过滤织物层74的位置与有机物质床76的上表面相邻。
有机物质床中的水处理包括泥煤过滤和蚯蚓堆肥处理技术的组合，用于处理废水和相关的有机固体。可以将蚯蚓堆肥蠕虫78和其它相关有机体接种在泥煤层(优选椰子泥煤/椰皮纤维)中，为蠕虫的繁殖提供良好的环境。该床足够深，具有足够的液压容量，使泥煤床能够过滤流出物，同时为进行蚯蚓堆肥处理有机体提供栖所，使其以流入废水中可获得的食物和有机体为食。该床还可以配置成足够浅，以保证不会因为该饱和介质的重量引起椰子泥煤和成熟的蚯蚓堆肥处理床压实。有机物质床深度的例子为约100毫米，但显然该深度取决于多个因素如泥煤/蛭石的粒度分布和容积密度、形成的床的孔隙度等。
蚯蚓堆肥处理是加速有机物质自然分解的蚯蚓(堆肥蠕虫)加工，使用微生物体以快速饲养的方法消化食物来源。蚯蚓堆肥或蠕虫培养的生物科学已经被广泛研究。饮用水中的粒状有机物质被减小成微观颗粒，它们反过来被细菌、真菌、原虫和线虫消耗。蚯蚓选择性地摄取有机物质，减小被摄取物质的大小，将其与肠粘液和酶混合。因此，蚯蚓将所需的独特有机生物学和营养物自然返还至水中，当用于花园灌溉时，可以将营养物返还至土壤。
在本发明的装置中，每个床的深度可变，使最大有效氧水平足以保证大量需氧的分解生物体在椰子泥煤和蚯蚓堆肥处理床内健康地发挥功能。位于每个椰子泥煤/蚯蚓堆肥处理层上面和下面的隔板部件还包含有空白区或开放空间，使空气能够移动到床的表面，从而促进需氧生物体在有机层内健康地发挥功能。通过位于隔板部件14A内的洞36或槽38有助于每张床周围足够的空气流动，使空气能够移动至(多个)堆叠体中的单元体中。
如图13所示，有多个被隔开的由无机织物(如尼龙)制成的卷、簇或垫座80，它们无规地遍布组成有机物质床的泥煤、蛭石等分散。这些离散的织物垫座80在有机床内发挥多种功能。在物质流入至蠕虫和其它有机生物(如昆虫如幼蜱和螨)未使用过的堆叠体内期间，垫座80的存在建立了一种另外可选的宿主环境，这些生物和其它需氧有机体可以迁移至其中一段时间直至情况稳定。这种差异称为“群落交错区(ecotone)”或栖所，可以促进这些有机体的发育，有助于它们对付可能发生的任何环境变化，例如，如果有机物质中产生了超过通常量的氨，或者如果罕见或有毒成分突然存在于废水进料中。
如果大量的某些类型进料污染物进入堆叠体，有机物质的需氧床有可能变成厌氧环境。这种变化对存在于其中的需氧生物和有机体是致命的，例如如果大量脂肪物质进入床中。无机垫座80的存在有利于具有多孔开放结构的床，可以促进排水、避免其中的积水或过饱和。含脂肪物质的水滞留可以迅速地将有机床“封闭”，形成很厚的凝胶状将空气排除在外的生物污泥，使床变成厌氧状态。仅有机床中，生物污泥可以将整张床连接在一起，阻止任何水流通过。通过使用离散的无机垫座来有助于有机床的排水，含有溶解氧的进料废水流有助于将床保持在健康的需氧状态下。以这种方式，需氧有机体持续繁殖，消耗来自废水流中的有机物质。
当认为需要时，可以在泥煤床层中混合多种物质，以便促进更好地通过床排水。可以使用蛭石，利用其阳离子交换特性以及其具有的多种类型的栖所，这些特性将为滤器带来更大的生物体多样性。当去除磷酸盐是所标明的处理目标(例如，如果被处理的流出液排出至水源)时，可以加入使用磷酸盐吸收介质。由于其阳离子交换和清除特性，可以引入沸石或膨润土，其取决于被处理的水的来源和组成。
有机泥煤床的内容物由宽的筛网26支撑，该筛网具有大约90％的开放空间，在使用中位于单元体12A底面上的侧凸缘22形成的正方形(或矩形)开口24中，该结构更清楚地显示于图2和6。筛网26还起到将灰水分散成液滴的作用，从而保护位于下一个堆叠体最低单元中的有机物质层的完整性。通常筛网由中性或惰性材料制成，如硬塑料。较纤细的过滤织物层82位于宽筛网过滤筛和有机泥煤床之间，通常其形式为尼龙网平板，进一步支撑单元中的有机泥煤床。取决于被处理物质的性质，可以不需要有过滤织物层。
除降低床冲蚀的发生率之外，使用位于泥煤床上面和下面的过滤织物如尼龙(一层或多层)还具有以下优势在滤器可能承受很高的液压负荷高峰的期间或者当进料污染物进入床中、需要一些物种迁移至不同群落交错区时，过滤层可提供开放结构，使敏感的有机体能够进行迁移。建立多种栖所可以增加床内生态系统的耐用性。(多个)过滤织物层还有助于床的热调节，以稳定蠕虫和水中污染物上饲养的其它生物体的繁殖。最后，(多个)过滤织物层可以减缓水移动的速度，从而增加水在床中的滞留时间，以提高滤过效率和细微物质的捕获。
堆叠体的设计使大量气流可以经过每张床的顶部，以脱除任何氨、CO2或任何流出物处理过程中可能产生的其它气体。新鲜空气被带进来，更新每张床表面周围的陈旧空气。每张床中出现的有机体需要氧进行呼吸，因此富氧空气的获得使得每层中的生物能更好地发挥功能。
处理堆叠体最上面的单元体(例如图8所示)配置成在维护期间便于去除，更换以新介质，如果泥煤变得很难分解或变紧密。“收取”的第一层床可以用于蠕虫生产，并与蠕虫有益菌和其它有机体一起对需要接种的新过滤床进行接种。
现在灰水处于初级处理流出阶段。然后该灰水流出物进一步通过过滤堆叠体42内三层的每一层滤过。每层均包含在自身的单元12A中。
现在参照图14，示意图显示了位于处理堆叠体42的第二个单元体中的内部结构的一个实施方式。该第二处理阶段称为初级蚯蚓堆肥处理阶段。来自初级过滤和预消化阶段的灰水流入液通过位于第一和第二单元体之间的隔板部件14A滴流，在此期间该液体可以被氧合。流入的水分散到宽的筛网72B上，筛网72B的位置距第二单元体12A最上缘20下面有一段很短的距离。筛网发挥作用将流入的灰水分散成液滴，从而保护单元中最下层有机物质的完整性免受水喷射造成的冲蚀。宽过滤筛网下面是一层更细的过滤织物74B，通常其形式为尼龙网平板，其进一步发挥作用保护随后的有机物质层免受流入水造成的冲蚀，其还具有与上文关于初级过滤和预消化阶段所述的功能相似的其它功能。取决于被处理材料的性质，为该目的可能仅需要筛网72B或过滤织物74B中的一种。
在通过筛网72B和过滤织物层74B之后，注入的灰水然后在重力的作用下滤过进入到有机物质床76B中，有机物质床76B可以包括泥煤、蛭石和其它物质如沸石的混合物。在该阶段中，泥煤的填充较前面的处理床更致密，但是通常配置成床的深度较薄。因此，床配置成更缓慢地滤过，以获得程度更高的蚯蚓堆肥处理活性，同时配置成足够浅，使床的上下表面被充分氧合。这种配置方式可以支持更高负载的蠕虫和其它有机活体。
如图13所示，在第二处理单元中有机泥煤床的内容物由宽筛网26和较纤细的过滤织物层82B(其通常形式为尼龙网平板)支撑，其目的与之前所述的第一处理单元相同。
灰水现在所处的阶段中，蚯蚓堆肥活性处于良好的状态。然后灰水流出液通过过滤堆叠体内的另外两层滤过。每层都包含在自身的单元中。第三单元层是次级蚯蚓堆肥处理消化阶段，第四(和最后的)单元层是三级处理(或“精加工”)阶段。
现在参照图15，示意图显示了位于处理堆叠体第三和第四单元体中的内部结构的一个实施方式。由于各个阶段中床的结构和单元内容物都是相同的，为简便起见，在此仅描述一次。
来自初级蚯蚓堆肥处理阶段的灰水流入液通过位于第二和第三单元体之间的隔板部件滴流，期间该液体可以被氧合。流入的水被分散到过滤织物层74C上，过虑织物层74C的作用是将流入的灰水分散成液滴，以保护第三单元中有机物质的完整性免受流入水的冲蚀作用，其还具有与在上文对初级过滤和预消化阶段已描述的功能类似的其它功能。
在通过过滤织物74C之后，进入的中水然后在重力作用下滤过进入有机物质床76C，有机物质床76C可以包括泥煤、蛭石和其它物质如沸石的混合物。在该阶段中，泥煤床的深度配置成较前两个阶段深得多，填充也更致密，以支持更高程度的蠕虫活性(例如，床的深度为170mm)。由于来自进料灰水的有机物质有很大一部分已经被该阶段消耗，第三和第四阶段中存在的蠕虫和有机体没有那么大的氧需求。因此，第三和第四阶段配置成保留时间长得多，以便能够保留和处理绝大多数剩余的有机物质，在第四阶段中进行更加复杂的消化过程。
如图15所示，第三和第四处理单元中的有机泥煤床的内容物由较纤细的过滤织物82C支撑，该织物通常形式为尼龙网平板，其目的与之前关于第一和第二处理单元所描述的目的相同。
过滤系统内使用连续泥煤/蚯蚓堆肥处理床的多层方法具有以下优势每个床层是独立的，这样不会立即将椰子泥煤/蚯蚓堆肥处理床压在其下。每个单元中的每张床均有其自己的内部填充物和设计，这些在初级筛选预消化阶段和初级、次级和三级蚯蚓堆肥过滤之间是不同的，因为每个阶段在灰水处理中均要完成特定的任务。
然后经处理过的流出液流入贮水槽，该贮水槽可以是堆叠体中的第五单元12B(如图11所示)或是更大的贮水容器或贮水槽46(如图10所示)，其位于次级和三级过滤和蚯蚓堆肥处理之下。然后这种经处理和更新过的灰水通过泵输送至再利用区，所述的泵配置成进入这些容器或贮水槽中，这取决于当地的要求。该装置的示意图示于图12，其位置靠近家庭住宅。
经处理的流出液可以储存在滤器的底部储存部件内，等待分配至种植的景观(植物)，或通过泵运送至三级处理系统(例如，加氯消毒或随重力加料通过UV处理单元进行消毒)，或者立即在家庭居住区中被再利用作盥洗系统内的冲洗用水。
来自任一阶段的处理过的流出液可以通过小径管(通过重力或泵)运送至远程的集中化次级(或三级)处理系统。
上文所述的系统使来自家庭废水的灰水的水处理和再利用能够与黑水分隔开。取粪便荷载(与盥洗室冲洗水一起构成来自家庭住宅的总废水流的大约30％)，并将其与其余废水流混合在一起是无益的，因为黑水含有大多数致病菌和感染性有机体。正是这些有机体在处理过程中很难清除。通过避免这些有机体混合到大多数废水流中，处理灰水(例如仅来自洗衣房、淋浴器、洗碗机和水池的废水)进料，这种处理相对于处理黑水和灰水废水的混合废水来说，可以更高的速度和效率运转。
附图中所示的装置可以为灰水废水(含有或不含浸渍的有机厨房垃圾固体)提供初级处理，以便将营养物再循环进废水流中，随后其被再利用为富营养物的灌溉用水，用于种植的景观(植物)，或者用作辅助处理系统进行次级处理的制剂。
该装置还可以用于经初级处理的灰水流出液的次级和三级处理，或者为种植的景观内再利用提供高质量的灌溉用水，或者在住宅内用作盥洗室冲洗用水，或者用作辅助处理系统进行进一步三级处理的制剂。
在一些实施方式中，该装置可以用作之前已独立经受初级处理的黑水流出液的次级和三级处理系统。例如，得到的水可以用于为种植的景观内再利用提供高质量的灌溉用水。
一旦废水流已经初级水平处理，或达到次级或三级水平，它便可以在小径管道系统内(在加压或在重力作用下)运送至其可以处理至更高水平的区域，或者从若干分布的滤器收集并运送至适当的场所供再利用。
在一些实施方式中，预计到，本文所述的处理床堆叠体可以与两个通风口连接，一个是排气口，另一个是进气口。以这种方式，可以实现将缺氧空气排出系统，并更换以富氧空气，以及可能对床进行加热。这是因为高温和低温将会降低蚯蚓堆肥处理系统中有机体的代谢。床内的生物体在两种极端情况下会以非最佳方式发挥作用。
在某些气候的极端条件下，如果温度降低至床内有机体有效功能将会降低的水平，可能需要升高床的温度升高。这可以通过多种方式实现，例如，使加热的空气流过堆叠体中的隔板组件，或者使加热的液体通过配置在蚯蚓堆肥处理床内的管道循环，使用包围堆叠体自身的外罩，或者将加热器元件嵌在罐壁中。
现在参照图16-19，显示了灰水处理系统的另一个实施方式，该系统包括初级过滤和蚯蚓堆肥处理阶段，其后为次级过滤和蚯蚓堆肥处理阶段。收集经处理的灰水，其通过水网进行多种家用和商用用途，如图19所示。图19是通过管道连接至来自家庭的多种灰水进料来源的两阶段装置。
现在参照图16中的一个具体实施方式
，灰水流流入分流盒，在此通过流经分配扇100分成两条水流，进入处理单元10的各堆叠体102。
在这种情况下，灰水流入液通过两个初级筛分和消化层(每层均包含在各自的单元10内)滤过，收集在位于这些堆叠体下的槽102中。
在所有其它方面，这些处理单元10的内部构造与已经对图13描述的实施方式相同。
现在参照图17，将中水流出液从槽102泵至初级和次级蚯蚓堆肥处理工艺，在本实施例中其位于配置在四个单独的堆叠体106中的单元10的三层中。
在所有其它方面中，这些堆叠体106内的处理单元的内部构造与已经对图14和15所示描述的实施方式相同。
然后，经处理的流出液流入位于次级滤器下的大槽108内。然后这种经处理和更新的灰水通过泵110输送至再利用区，泵110位于个密封的活塞筒中，该活塞筒地平地横靠在次级滤器旁。
初级筛分和消化堆叠体(图16)和初级和次级蚯蚓堆肥处理堆叠体(图17)的组装构造描绘于图18。
通过在家庭管道工程中以微小的改动使灰水和黑水分开，本发明者相信通过使灰水部分安全地再循环和处理，每户住宅可以节省75％的饮用水用量。这种低成本的解决方法可以节省有价值的资源(饮用水)，并产生“再生水”用于非饮用用途。可以预计，这种再生水可以在无需担忧被高水平感染性有机体污染的情况下网状分布在已开发的环境中。
还可以预计，本发明的装置和系统可以在无下水道地区改造成现有的现场废水处理系统。例如，化粪池系统常常不能充分地处理和处置大量的废水。如果将绝大部分家庭废水(灰水)转移至灰水处理系统，则能够使现有的化粪池系统更有效地发挥黑水处理系统的作用。
使用本装置和系统可以预计的另一优势是在待处理废水的排放成问题的环境敏感区域，可以从废水流中回收水。在土地面积很小、再利用区域在住宅群综合区内的区域(例如，运动场、植树的小路和人行道)内，选择将灰水和黑水分开处理具有明显的益处。灰水可以如上文所述进行现场预处理，并采集至小径管道系统到达次级处理滤器，然后在此可以分配至开需要进行再利用的开发区内，而没有与含黑水来源物质的流出液再利用相关的风险。可以预计，通过添加UV或臭氧纯化装置，再循环水甚至可以安全地用于家用。
具体实施例采用图18的组装装置产生的一组实施例数据在表1中给出。对于两阶段初级处理(初级筛分和消化)(P1)，之后是三阶段次级处理装置(初级和次级蚯蚓堆肥处理工艺)(S1)，给出的数据显示，由于进行过滤和堆肥加工，存在的各种有机物质的浓度大幅度降低。
尽管本发明参照具体的实施方式和实施例描述，本领域专业技术人员应当认识到，本发明还可以许多其它形式进行实施。
权利要求
1.一种模块式水处理装置，其包括多个小室，在使用中每个小室分别设置成容纳处理床；和多个位于各个相邻小室之间的隔板部件，在使用中用于在处理床之间提供气隙；其中所述的小室和隔板部件是能够堆叠的，以提供多阶段处理装置，其中待处理的水通过每个处理床滤过。
2.根据权利要求1的装置，其中所述的处理床设置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
3.根据权利要求1或2的装置，其中所述的隔板部件包括一个或多个通气开口，在使用中当隔板部件和小室设置成堆叠体中时对过滤材料层进行通气。
4.根据权利要求3的装置，其中所述的隔板部件或每个隔板部件具有中心孔，所述的孔由外周壁形成，所述的壁中具有一个或多个通气开口。
5.根据权利要求3或4的装置，其中所述的通气开口或每个通气开口是槽和/或洞，其轴线的排列方向与中心孔相同。
6.根据前述权利要求中任意一项的装置，其中所述的隔板部件和小室在使用中设置成通过互配的凸部和凹部系统联锁。
7.根据权利要求1-5中任意一项的装置，其中所述的每个小室分别具有与其集成在一起的所述隔板部件。
8.根据前述权利要求中任意一项的装置，其中所述的小室或每个小室的基底装有可移动筛网，在使用中支撑小室或每个小室中的处理床。
9.用于根据前述权利要求中任意一项的模块式水处理装置的模块，其包括小室和隔板部件，配置成能够与类似模块堆叠作为多阶段处理装置的一部分。
10.用于根据前述权利要求中任意一项的模块式水处理装置的隔板部件，所述的隔板部件或每个隔板部件具有中心孔，所述的孔由外周壁形成，所述的壁中具有一个或多个通气开口。
11.一种水处理方法，其包括以下步骤-将处理床放置在多个可堆叠小室的每个小室内；-将可堆叠小室和各自的隔板部件配置成堆叠体，以提供多阶段处理装置，所述隔板部件位于各个相邻小室之间，以在处理床之间提供气隙；和-使含有可生物降解固体的水进入堆叠体，使水通过堆叠体中的多个处理床滤过。
12.根据权利要求11的方法，其中所述的每个处理床均被配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
13.根据权利要求11或12的方法，其进一步包括以下步骤将筛网置于其上配有处理床的小室或每个小室的基底部位。
14.根据权利要求11-13中任意一项的方法，其中所述的配置处理床的步骤包括选择粒状有机材料用于处理床中。
15.根据权利要求11-13中任意一项的方法，其中所述的配置处理床的步骤包括选择粒状有机材料和无机材料，无机材料离散地分隔在粒状有机材料当中。
16.根据权利要求15的方法，其中所述的无机材料是纤维状或多孔的织物材料。
17.根据权利要求16的方法，其中所述的织物材料的形状为以制成卷、簇或垫座的形状。
18.根据权利要求15-17中任意一项的方法，其中所述的无机材料是尼龙纤维。
19.根据权利要求11-18中任意一项的方法，其中所述的有机材料包括泥煤、椰子泥煤、蛭石、沸石、米糠、堆肥基肥、硅石、硅藻土、活性炭、木炭、粘土中的一种或其任意的组合。
20.根据权利要求15-19中任意一项的方法，其中所述的配置处理床的步骤还包括将由无机物质制成的过滤织物定位于筛网和粒状有机材料之间。
21.根据权利要求15-20中任意一项的方法，其中所述的配置处理床的步骤还包括将最上面的筛网定位于小室或每个小室中粒状有机材料之上的区域。
22.根据权利要求21的方法，其中所述的配置处理床的步骤还包括将由无机物质制成的过滤织物定位于最上面的筛网和粒状有机材料之间。
23.根据权利要求20或22的方法，其中所述的过滤织物配置成与所述的粒状有机材料接触。
24.根据权利要求20-23中任意一项的方法，其中所述的无机物质是尼龙。
25.根据权利要求11-24中任意一项的方法，其还包括将水从贮水罐输送至所述堆叠体中的步骤。
26.根据权利要求25的方法，其中所述的输送水的步骤包括在规定的时间内调节预定量的水向所述堆叠体的输送。
27.根据权利要求25或26的方法，其中所述的将水输送至堆叠体的步骤是间歇式的。
28.根据权利要求11-27中任意一项的方法，其还包括在水通过堆叠体中多个过滤材料层滤过之后收集水的步骤。
29.根据权利要求28的方法，其中所述的收集水的步骤包括通过重力将水收集在收集贮水罐中。
30.根据权利要求28或29的方法，其进一步包括在收集水时通过施加紫外光对水进行处理的步骤。
31.一种水处理方法，其包括以下步骤-将处理床放置在小室中，所述的处理床包括粒状有机材料和无机材料，所述的无机材料配置成离散地分隔在所述的粒状有机材料当中；和-使含有可生物降解固体的水流入所述小室，使水通过所述处理床滤过；其中所述的处理床配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
32.根据权利要求26的水处理方法，其还包括权利要求11-14或19-31中任意一项所述的方法步骤。
33.一种用于水处理装置的处理床，所述的处理床包括粒状有机材料和无机材料，所述的无机材料配置成离散地分隔在所述的粒状有机材料当中。
34.一种水处理方法，其包括以下步骤-将处理床配置成支撑在小室中；和-调节预定量的含有可生物降解固体的水在规定的时间内向所述小室的输送，使水通过所述的处理床滤过；其中所述的处理床配置成容纳蚯蚓堆肥处理工艺。
35.根据权利要求34的方法，其中所述的将水输送至小室的步骤是间歇式的。
36.根据权利要求34或35的水处理方法，其还包括根据权利要求11-25或权利要求28-32中任意一项所述的方法步骤。
37.一种水处理系统，其包括-贮水罐，用于接收含有可生物降解固体的水；-处理装置；-调节水向处理装置输送的工具；和-收集贮水罐，用于接收至少部分被过滤且其固体已被生物降解的水。
38.根据权利要求38的水处理系统，其中所述的处理装置是根据权利要求1-10中任意一项所述的装置。
39.根据权利要求37或38的水处理系统，其中所述的调节水输送的工具间歇式地工作。
40.根据权利要求39的水处理系统，其中所述的调节水输送的工具包括可控的泵或阀门中的一种。
41.根据权利要求37-40中任意一项的水处理系统，其额外地包括水网系统，其中在使用中将水从所述的收集贮水罐引入所述的水网系统，以分配给一个或多个用户。
42.根据权利要求37-41中任意一项的水处理系统，其进一步包括多个处理装置，每一个所述的处理装置均与各自的居住区相连。
43.根据权利要求37-42中任意一项的水处理系统，其中所述的处理装置与居住区相连，其中用于接收水的贮水罐和收集贮水罐也与居住区相连。
44.根据权利要求37-42中任意一项的水处理系统，其中所述的处理装置和用于接收水的贮水罐与居住区相连，其中所述的收集贮水罐为多个居住区所共用。
45.根据权利要求37-44中任意一项的水处理系统，其包括根据权利要求1-10中任意一项所述的模块式水处理装置。
全文摘要
本发明公开了一种模块式水处理装置，其具有多个单元12和多个分别位于相邻单元12之间的隔板14，在使用中每个所述的单元分别配置成容纳处理床。在使用中，隔板14用于在单元12之间提供气隙。单元12和隔板14是可堆叠的，以提供多阶段处理装置，其中待处理的水通过各个位于单元12内的处理床滤过。
文档编号C02F3/04GK1997597SQ200580023166
公开日2007年7月11日 申请日期2005年7月11日 优先权日2004年7月9日
发明者P·W·希尔 申请人:布莱克&格雷控股私人有限公司