专利名称：用于水的扩散曝气和废水处理的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及废水处理，更特别地，涉及生物废水处理。
背景技术：
认为以下美国专利可代表本领域的现状7，303，677 ;7，300，571 ;6，908，547 ;6，645，374 ;5，486，475 和 5，482，859。
发明内容
本发明寻求提供改进的废水处理系统和方法。因此，根据本发明的ー个优选实施方式，提供一种用于处理废水的系统，其包括至少ー个水处理路径，具有至少ー个废水入口、用于将路径的内部与外部空气隔开的至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部、以及至少ー个已处理废水出ロ，并且水处理路径被布置为用于当废水从至少ー个废水入口流至至少ー个已处理废水出口时至少对废水进行需氧处理；至少ー个废水供应管道，将废水供应至水处理路径的至少ー个废水入口，以及至少ー个已处理废水管道，从至少一个水处理路径的至少ー个已处理废水出口供应已处理废水。根据本发明的优选实施方式，还提供一种用于处理废水的方法，其包括提供至少一个水处理路径，水处理路径具有至少ー个废水入口、用于将路径的内部与外部空气隔开的至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部、以及至少ー个已处理废水出口，并且水处理路径被布置为用于当废水从所述至少一个废水入口流至所述至少一个已处理废水出口时至少对废水进行需氧处理；将废水供应至水处理路径的所述至少一个废水入口 ；以及从所述至少一个水处理路径的所述至少一个已处理废水出ロ供应已处理废水。优选地，将所述至少ー个水处理路径的所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成在其内表面上支撑生物薄膜。根据本发明的优选实施方式，氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与路径的流限制横截面面积的比例是至少200 I。更优选地，氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与路径的流限制横截面面积的比例是至少1000 I。附加地或可替换地，路径的水压直径是5至20mm。优选地，氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与路径的总体积的比例是至少100 I。更优选地，氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与路径的总体积的比例是至少150 I。更优选地，氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与路径的总体积的比例是至少200 I。根据本发明的优选实施方式，将所述至少ー个水处理路径构造为促进通过其中的大体活塞型的废水流，并将路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少4个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N N=7. 4*Q*L/(W*D)其中N:理论级的数量；Q :单位流量，单位为m3/s ；
L :流动路径长度，单位为米；W :流动路径宽度，单位为米；以及D :流动路径深度或间隔，単位为米。根据本发明的优选实施方式，将所述至少ー个水处理路径构造为促进通过其中的大体活塞型的废水流，并将路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少8个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N N=7. 4*Q*L/(W*D)其中N :理论级的数量；Q :单位流量，单位为m3/s ；L :流动路径长度，单位为米；W :流动路径宽度，单位为米；以及D :流动路径深度或间隔，单位为米。优选地，将所述至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成螺旋形布置，以限定所述至少一个水处理路径。根据本发明的优选实施方式，将所述至少ー个水处理路径布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道。另外，所述至少一个水处理路径包括多个堆叠的路径，将所述多个堆叠的路径中的每ー个均布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道，并且，竖直气流通道相互对准。附加地或可替换地，用于处理废水的系统还包括用于提供通过竖直气流通道的竖直气流的至少ー个风扇。优选地，竖直气流通道具有4至20mm之间的横向厚度。根据本发明的优选实施方式，所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部包含微孔聚丙烯和微孔聚烯烃中的至少ー种。附加地或可替换地，所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部包括至少ー个织物层。根据本发明的优选实施方式，该方法还包括，将所述至少ー个水处理路径构造为促进通过其中的大体活塞型的废水流，并将路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少4个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N
N=7. 4*Q*L/ (W*D)其中N :理论级的数量；Q :单位流量，单位为m3/s ；L :流动路径长度，单位为米；W :流动路径宽度，单位为米；以及D :流动路径深度或间隔，単位为米。根据本发明的优选实施方式，该方法还包括，将所述至少ー个水处理路径构造为促进通过其中的大体活塞型的废水流，并将路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由 此构造的活塞流反应器中提供至少8个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N N=7. 4*Q*IV (W*D)其中N :理论级的数量；Q :单位流量，单位为m3/s ；L :流动路径长度，单位为米；W :流动路径宽度，单位为米；以及D :流动路径深度或间隔，単位为米。根据本发明的优选实施方式，该方法还包括，将所述至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成螺旋形布置，以限定至少ー个水处理路径。根据本发明的优选实施方式，该方法还包括，将所述至少ー个水处理路径布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道。附加地或可替换地，该方法还包括，提供多个堆叠的水处理路径，所述多个堆叠的水处理路径中的每个布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道；并将竖直气流通道相互对准。附加地或可替换地，该方法还包括，提供通过竖直气流通道的竖直气流。
从以下详细描述中，结合附图，将更充分地理解和认识本发明，其中图I是根据本发明的优选实施方式构造和操作的分散式废水处理系统的简化示意图；图2是根据本发明的优选实施方式构造和操作的废水处理设备的简化图；图3是图I和图2的废水处理设备的模块化单元的简化图。
具体实施例方式现在參照图I，其是根据本发明的优选实施方式构造和操作的分布式废水处理系统的简化示意图。如图I所示，可将来自乡镇或村庄的废水经由废水管道100供应至多个根据本发明的优选实施方式构造和操作的分布式的、紧凑的、低能量废水处理设备102，每个废水处理设备均经由分支废水供应管线104从废水管道100接收废水。如总体上可在图I中看到的，废水处理设备102具有相对小的占地面积。由于其低能量需求，可用光伏板106对其供电。现在參考图2，其是根据本发明的优选实施方式构造和操作的紧凑的、低能量废水处理设备的简化图。如图2所示，该紧凑的、低能量废水处理设备102包括多个堆叠的模块化废水处理单元110，每个废水处理单元均优选地包括大体螺旋形缠绕的大体水平的废水路径112，该路径被布置为在其绕圈之间限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道114。优选地，単元110相互堆叠，使得其相应的竖直气流通道114相互对准。废水经由优选地为模块化的废水供应歧管116供应到每个路径112供应，并且经由同样优选地为模块化的已处理废水歧管118从每个路径112接收已处理废水。 优选地，用风扇120产生通过多个堆叠单元110的气流通道114的竖直气流，可用分布式电源(诸如光伏板106 (图I))、或用任何其他适当的电源对风扇120供电。可替换地，在可通过热量或风产生足够的气流的地方，可部分地或完全地避免使用电カ以及避免可能使用风扇120。应理解，在图2的所示实施方式中，虽然处理设备102包括单个风扇120，但是，多个堆叠単元110中的ー个或多个可包括附加的风扇120。在单个风扇和多个风扇两种实施方式中，处理设备102均包括单个进气ロ。在可替换实施方式中，单个风扇可对多个处理设备102提供通过与多个设备102中的姆个的进气ロ连接的集管(header)的竖直气流。在图2的所示实施方式中，相应的堆叠单元110的路径112示出为并联。应理解的是，可替换地，其可为串联。还应理解的是，根据废水的性质和处理需求，多个设备102可为串联或并联地互连。应进一歩理解，对于通过其中的连续水流和多级废水处理，多个设备102的废水入口和废水出口可串联地互连。现在參考图3，其是图I和图2所示的废水处理设备102的模块化单元110的简化图。如图3所示，在每个单元110中，大体螺旋形缠绕的大体水平的废水路径112被包围在圆柱形外壳122内。优选地，用大体竖直延伸的螺旋形缠绕的壁部124形成路径112，每个壁部由一定长度的氧气可透过且水不可透过的材料125形成，优选地是微孔聚丙烯或其他微孔聚烯烃，优选地在至少ー侧上附接至织物126，优选地附接塑料织物。氧气可透过且水不可透过的材料125优选地具有小于100微米的厚度，更优选地具有小于50微米的厚度。织物126优选地具有小于100微米的厚度，并且其特征在于具有小于50g/m2的単位面积重量。路径112优选地具有范围在4mm至20mm的间隔，以在两个相邻壁部之间提供废水流。氧气可透过且水不可透过的材料125广泛使用在建筑エ业中作为屋面材料，并且还应用在制造一次性防护服中，诸如在商业上可从德国栋比尔的Bohme Clopay公司获得的 16gsm M icroflex Embossed Breathable Film (微弯压纹透气薄膜)。织物 126 典型地是无纺布，例如在商业上可从以色列特拉维夫的Avogl Ltd获得的IOgsm HydrophilicDurable White (亲水耐久白)、目录号为N-S70-26I。优选地，通过在壁部材料的多个折层上应用热压、超声焊接或类似的方式而连接于其自身上、或通过在兼容材料的附加膜上应用热压、超声焊接或类似的方式而连接于壁部材料的边缘上，来密封壁部124的相应的顶边缘127和底边缘128。优选地，用沿着其延伸的内部隔离件132将壁部124彼此分离。优选地，壁部124呈现锥形顶面区域134，其对沿着竖直气流通道114的气流提供相对低的阻力，如箭头136所示。优选地，沿着路径112的大部分高度，用隔离件132将壁部124的内表面分隔4至20mm的横向距离。优选地，路径112缠绕成使得相邻绕圈的壁部124的外表面分隔4至20mm的横向距离，从而限定具有4至20mm的横向厚度的螺旋形竖直气流通道114。优选地，通过在壁部124的相邻绕圈之间提供隔离件138，来保持通道114的横向厚度。优选地，隔离件132和138是排水网或加固网或围栏屏或类似的三维塑料编织网格产品，诸如在商业上可从英国艾塞克斯莫尔登的BoddingtonLtd获得的排水B网、目录号为 B-420/4. 6/0. 7、零件号 009442。经由与废水供应歧管116连接的废水供应互连管道142，经由在螺旋形缠绕的废水路径112的内端处形成于路径112的壁部124中的孔140，对路径的内部供应废水。可替换地，歧管118可用作废水供应歧管，且歧管116可用作已处理废水出口歧管，使得从螺旋 的外端供应废水且废水沿着路径112朝着螺旋的内部流动。在路径112的内部处存在废水会导致在壁部124的内表面上形成生物薄膜150。生物薄膜150经由氧气可透过壁部124接收氧气，并与废水操作地接触以对其进行处理。本发明的特别特征是，废水以与形成于路径112的内表面上的生物薄膜150操作地接触的方式流过路径112，该生物薄膜150经由其上形成有生物薄膜的壁部124而从路径112外部的气流接收氧气。生物薄膜150优选地包括多层。在ー个非常稳定且适当操作的系统中，生物薄膜沿着流动路径具有不同的组成，主要包括以下层的变化百分比I.在最接近壁部124的地方，生物薄膜将主要包含需氧细菌，并且在流动路径进一歩向下的地方，生物薄膜将包含使氨氧化并还原碳酸盐的更多的自养细菌；2.在最接近壁部124的生物薄膜层附近的地方，生物薄膜将更富含使有机物氧化的异养需氧细菌；3a.在离壁部124最远、且位于沿着流动路径最上游的地方，即废水中的有机物的浓度相对高的地方，生物薄膜层的特征将在于，通过还原CO2或其他可替换电子受体而使有机物氧化的厌氧细菌的高浓度；以及3b.在位于沿着流动路径最下游的地方，离壁部124最远的层将包括利用ー侧上的水中剩余的溶解的有机物和通过另ー侧上的第一层中的硝化作用产生的硝酸盐来执行反硝化作用的异养细菌。优选地，水流入通过路径112的足够湍流的液流，从而在生物薄膜150的层上连续地施加剪切，并从而防止路径112的过度生长和堵塞。本发明的特别特征是，用于泵送供应至路径112的废水的能量需求可能相对低或可忽略，取决于地形和废水管道100 (图I)中的流动压カ以及沿着它们的能量损耗。优选地，氧气可透过且水不可透过的壁部124的表面积与路径112的流限制横截面面积的比例是至少200 1，且更优选地至少1000 I。典型的水压直径是5至20mm。优选地，路径112构造为氧气可透过且水不可透过的壁部124的表面积与路径的总体积的比例为至少100 I，更优选地至少150 I，且最优选地至少200: I。每单位体积的大表面积可提供紧凑性，这在选择处理工艺时是ー个重要因素。
路径112构造为促进通过该路径的大体活塞型(plug，栓塞型)的废水流。优选地，路径112的长度、宽度和流动路径深度选择成以在由此构造的活塞流反应器中优选地提供至少4个、更优选地至少8个理论级(theoretical stage),其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N N=7. 4*Q*L/ (W*D)其中N :理论级的数量；Q :单位流量，单位为m3/s ；L :流动路径长度，单位为米；W :流动路径宽度，单位为米；以及 D :流动路径深度或间隔，単位为米。本领域的技术人员将理解，本发明并不限于已在上文中特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文中描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域的技术人员在阅读以上描述的基础上将认识到的且不在现有技术中的变型。
权利要求
1.一种用于处理废水的系统，包括 至少ー个水处理路径，具有至少ー个废水入口、用于将所述路径的内部与外部空气隔开的至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部、以及至少ー个已处理废水出口，并且所述水处理路径被布置为用于当所述废水从所述至少ー个废水入口流至所述至少ー个已处理废水出口时至少对所述废水进行需氧处理； 至少ー个废水供应管道，将所述废水供应至所述水处理路径的所述至少一个废水入ロ，以及 至少ー个已处理废水管道，从所述至少ー个水处理路径的所述至少一个已处理废水出口供应已处理废水。
2.根据权利要求I所述的用于处理废水的系统，其中，所述至少一个水处理路径的所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成在其内表面上支撑生物薄膜。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的流限制横截面面积的比例是至少200: I。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的流限制横截面面积的比例是至少1000: I。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述路径的水压直径是5至20mm。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少100: I。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少150: I。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少200: I。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中 所述至少一个水处理路径构造成促进通过其中的大体活塞型的废水流；并且所述路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少.4个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N :N=7. 4*Q*L/(W*D) 其中 N :理论级的数量； Q:単位流量，单位为m3/s; L :流动路径长度，单位为米； W :流动路径宽度，单位为米；以及 D :流动路径深度或间隔，単位为米。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中 所述至少一个水处理路径构造成促进通过其中的大体活塞型的废水流；并且所述路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少.8个理论级，其中，用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N :N=7. 4*Q*L/(W*D)其中 N :理论级的数量； Q:単位流量，单位为m3/s; L :流动路径长度，单位为米； W :流动路径宽度，单位为米；以及 D :流动路径深度或间隔，単位为米。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成螺旋形布置，以限定所述至少一个水处理路径。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，将所述至少ー个水处理路径布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道。
13.根据权利要求12所述的用于处理废水的系统，其中 所述至少一个水处理路径包括多个堆叠的路径，所述多个堆叠的路径中的每个均布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道；并且 所述竖直气流通道相互对准。
14.根据权利要求12或13所述的用于处理废水的系统，还包括用于提供通过所述竖直气流通道的竖直气流的至少ー个风扇。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述竖直气流通道具有4至20mm之间的横向厚度。
16.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部包含微孔聚丙烯和微孔聚烯烃中的至少ー种。
17.根据前述权利要求中任一项所述的用于处理废水的系统，其中，所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部包括至少ー个织物层。
18.一种用于处理废水的方法，包括 提供至少ー个水处理路径，所述水处理路径具有至少ー个废水入口、用于将所述路径的内部与外部空气隔开的至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部、以及至少ー个已处理废水出口，并且所述水处理路径被布置为用于当废水从所述至少一个废水入口流至所述至少ー个已处理废水出口时至少对所述废水进行需氧处理； 将所述废水供应至所述水处理路径的所述至少一个废水入ロ ； 以及 从所述至少ー个水处理路径的所述至少一个已处理废水出口供应已处理废水。
19.根据权利要求18所述的用于处理废水的方法，其中，将所述至少ー个水处理路径的所述至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成在其内表面上支撑生物薄膜。
20.根据权利要求18或19所述的用于处理废水的方法，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的流限制横截面面积的比例是至少200: I。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的流限制横截面面积的比例是至少1000: I。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述路径的水压直径是5至20mm。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少100: I。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少150: I。
25.根据权利要求18-24中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述氧气可透过且水不可透过的壁部的表面积与所述路径的总体积的比例是至少200: I。
26.根据权利要求18-25中任一项所述的用于处理废水的方法，包括 将所述至少ー个水处理路径构造为促进通过其中的大体活塞型的废水流；以及 将所述路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少4个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N :N=7. 4*Q*L/(W*D) 其中 N :理论级的数量； Q:単位流量，单位为m3/s; L :流动路径长度，单位为米； W :流动路径宽度，单位为米；以及 D :流动路径深度或间隔，単位为米。
27.根据权利要求18-26中任一项所述的用于处理废水的方法，还包括 将所述至少ー个水处理路径构造成促进通过其中的大体活塞型的废水流；以及 将所述路径的长度、宽度和流动路径深度选择成在由此构造的活塞流反应器中提供至少8个理论级，其中，利用以下等式计算活塞流反应器中的理论级的数量N :N=7. 4*Q*L/(W*D) 其中 N :理论级的数量； Q:単位流量，单位为m3/s; L :流动路径长度，单位为米； W :流动路径宽度，单位为米；以及 D :流动路径深度或间隔，単位为米。
28.根据权利要求18-27中任一项所述的用于处理废水的方法，还包括将所述至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部布置成螺旋形布置，以限定所述至少一个水处理路径。
29.根据权利要求18-28中任一项所述的用于处理废水的方法，还包括将所述至少ー个水处理路径布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道。
30.根据权利要求29所述的用于处理废水的方法，还包括 提供多个堆叠的水处理路径； 将所述多个堆叠的水处理路径中的每个均布置为限定具有螺旋形横截面的大体竖直的气流通道；以及 将所述竖直气流通道相互对准。
31.根据权利要求29或30所述的用于处理废水的方法，还包括提供通过所述竖直气流通道的竖直气流。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述竖直气流通道具有4至20mm之间的横向厚度。
33.根据权利要求18-32中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部包含微孔聚丙烯和微孔聚烯烃中的至少ー种。
34.根据权利要求18-33中任一项所述的用于处理废水的方法，其中，所述至少ー个氧气可透过且水不可透过的壁部包括至少ー个织物层。
全文摘要
一种用于处理废水的系统，其包括至少一个水处理路径，具有至少一个废水入口、用于将路径的内部与外部空气隔开的至少一个氧气可透过且水不可透过的壁部、以及至少一个已处理废水出口，并且水处理路径被布置为用于当废水从至少一个废水入口流至至少一个已处理废水出口时至少对废水进行需氧处理；至少一个废水供应管道，将废水供应至水处理路径的至少一个废水入口，以及至少一个已处理废水管道，从至少一个水处理路径的至少一个已处理废水出口供应已处理废水。
文档编号C02F1/44GK102695678SQ201080056908
公开日2012年9月26日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者塔玛·阿什拉吉·阿米里, 廖·埃什德, 罗内恩·伊扎克·申希特, 艾坦·巴鲁吉·莱维 申请人:埃墨伏希有限公司