模块化生物床的制作方法

本申请涉及一种用于废水处理的模块和方法，以及用于生长细菌的载体元件、对载体元件的使用和一种废水处理系统。

背景技术：

从有害化合物比如有机营养物质来净化污水是非常重要的，以免污染环境。未经净化的污水或废水还会对人类和动物造成很大的感染危险。

以生物方式净化污水的一种方法是使用所谓的生物模块，该生物模块例如能够用于在渗透之前处理废水或者能够被合并到生物床中。生物模块为适合于降解污染颗粒的生物膜寄主细菌的生长提供表面区域。水流过生物模块并且生物膜中的细菌以生物的过程对水进行净化。因此，大量的生物膜提供有效的水净化。为了确保重要的生物膜，有利的是向生物膜提供一定量的氧气。缺氧会导致无法正确地净化水的“坏死的”生物膜。坏死的生物材料还会导致生物模块堵塞，生物模块堵塞能够使生物模块完全失效。此外，许多生物模块都要求巨大的尺寸。对于生物膜而言，要想在获得巨大的表面区域的同时还维持足够良好的氧气流动，这对于该领域的行业而言是一项艰巨的任务。

市场上可获得几种生物模块。瑞典公司wostmanecologyab销售一种名为“wmfilter”的生物床，这种生物床自2016年起以名称“bdt-avlopp”呈现在该公司的瑞典语宣传手册中。该生物床包括空心的圆柱形生物块，所述生物块之间具有褶皱的纹理织物，以实现上述用于生物膜生长的表面。

瑞典公司fannva-teknikab销售另一种类型的产品，即一种名为的模块，该模块自2016年起以名称“ekologiskavloppsrensningmedteknologi”呈现在瑞典语宣传手册中。该模块使用热塑性材料作为褶皱的纺织材料之间的间隔物。纺织物为生物膜提供生长表面，并且每隔一个褶皱填充有水，其余的褶皱保持氧气。

上述已知的生物模块以及许多其它生物模块仍然具有某些缺点。这些结构都没有设法规避由于缺氧而引起的堵塞问题。

瑞典申请人bagawatertechnologyab公司正销售一种解决了许多现有问题的生物模块。这些被称为“bagaeasy”的生物模块中的一些生物模块自2014年起以名称“针对多达1000人(或更多)的单户家庭的污水处理厂”呈现在baga公司的英文宣传手册中。由于生物模块背后的技术取决于巨大的表面区域与供氧之间的平衡，所以在该领域仍需要进一步发展。

实用新型公开出版物cn200984481u中示出现有技术的废水处理系统的一个实例。us2007/0181474a1和us4708792a中反映出其他的背景技术。

从以上内容可以看出，还存在有改进的余地。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供这样一种理念，所述理念相比现有技术具有改进并且解决或至少减轻上述问题。该目的通过所附独立权利要求中所阐述的技术来实现，相关的从属权利要求中限定优选实施例。

第一方面，提供一种用于废水处理的模块。该模块包括以夹层结构来布置的多个载体元件。载体元件构造成由废水流来灌注。该模块还包括布置在载体元件之间并且构造成引导废水流通过模块的多个分隔件。这是一种有利的废水处理模块，因为与其他类型的水处理装置相比，由分隔件分开的夹层结构使得水行进更长的距离通过模块。由于废水在模块内行进一段时间，这样促进了净化过程，所以净化效果增强。此外，与现有技术的模块相比，本发明的模块以减小的占地面积呈现出非常紧凑的结构。紧凑性使模块的生产成本更加低廉，并且由于必须移动以便掩埋模块所需的土壤体较少，所以也使模块更便宜且更易于安装。

在一个实施例中，载体元件和分隔件构造成由微生物生长物所覆盖。微生物生长物包括微生物并在载体元件和分隔件上形成所谓的生物皮肤。微生物提供对通过水处理模块的废水的有效净化。

在一个实施例中，分隔件布置成以曲折的方式来引导水流通过模块。这使得水行进长的距离通过模块，这意味着水被更加有效地净化。

优选地，每个载体元件都包括由不规则扭曲的细丝构成的板。这为微生物生长物的附着提供巨大的表面区域，这样导致在每个载体元件中有大量的生物皮肤。

分隔件可以包括土工织物片材。该材料是有利的，因为它易于低廉地来制造并且便于处理。它可以例如包括聚乙烯。分隔件可以可替代地包括开孔泡沫塑料或其他合适的可渗透材料。此外，由于分隔件优选不由有机材料制成，所以它们在水净化模块中不分解。

在一个实施例中，分隔件是可半透水的。因此，进入模块的一部分水会穿过分隔件。由于微生物生长物需要湿润才能存活，因此使用可半透水的分隔件是有利的，因为通过分隔件的水引起分隔件的底面变湿，使得生物皮肤也能够在分隔件的底面生长。

在一个实施例中，模块还包括用于将废水输送到模块的分配管。这是将水有效地引入模块的优选方式。

模块优选地还包括用于向微生物供应氧气的空气进入通道和空气排出通道。与不具有这种通道的模块相比，具有空气通道是有利的，使得模块内的空气循环得以改善。由于微生物需要氧气来生长，所以这是有利的方案。

第二方面，提供一种处理废水的方法。该方法包括提供模块并向模块供应废水的步骤，其中水行进通过模块。该方法的优点在于它提供对穿过模块的水的有效处理。

在一个实施例中，该方法还包括如下步骤：为模块中微生物生长物提供合适环境，优选通过向模块供应氧气并提供湿润来提供合适环境。在模块内部生长微生物对于水的处理而言是有利的，这是因为它们会从水中除去杂质。

水优选部分地穿过分隔件并且部分地沿着模块的载体元件行进，使得水通过对水进行净化的微生物。这种曲折且细分的流动路径的优点在于，载体元件的所有面上以及分隔件上的微生物生长物受到促进并且受益于由水所带来的潮湿和营养。通过使得模块的所有内表面适宜于微生物，处理变得特别有效。

该方法还可以包括借助于空气供应装置向模块主动地供应空气的步骤。这在包括彼此连接的一对或多个模块的较大组件中是有利的，此时自然通风无法向微生物提供足够的氧合作用。

第三方面，提供一种待包括在废水处理模块中的载体元件。该载体元件包括不规则扭曲的细丝。该载体元件是有利的，因为它提供适合于微生物生长物所附着的巨大的表面区域。

第四方面，提供一种载体元件在废水处理模块中的应用。在水处理模块中使用载体元件是有益的，因为它适合于分解微生物生长。

第五方面，提供一种废水处理系统，包括污泥分离器和至少一个水净化模块。

附图说明

下文中会参照附图对本发明的实施例进行说明，其中附图示出本发明的理念是如何能够被付诸到实践中的非限制性示例。

图1是废水净化系统的立体图；

图2是根据一个实施例的模块的立体图；

图3示出图2中的模块在生物床组件中的横截面图；

图4是载体元件的一部分的立体图；

图5是根据一个实施例的具有土工织物和网的载体元件的局部立体图；

图6是图2中所示的模块的截面图；和

图7是示出根据另一实施例的模块的类似于图6的截面图。

具体实施方式

参照图1，示出了一种废水处理或净化系统1。系统1包括具有入口3和出口4的化粪池或污泥分离器2，该入口3用于未处理的废水，该出口4用于由污泥分离器2处理过(颗粒沉降)并有待进一步处理的水。污泥分离器2的目的在于将颗粒杂质与流动通过污泥分离器2的水分离，这是因为在系统1的后续步骤中不期望有颗粒杂质。此外，系统1还包括废水净化装置或模块5，废水在经由排放管6排放之前，在该废水净化装置或模块5中被净化。在所示实施例中，废水净化模块5布置在地面g以下约0.5m处。模块5在侧表面以及顶侧和底侧由保护橡胶片21覆盖(见图3)。在模块5的顶部设置有土工织物保护片(未示出)，并且模块5由土壤体(未示出)覆盖。

在其他实施例中，模块5可以布置在地面g以下的其他深度处或地面g之上。作为示例，污泥分离器2可以是由本发明人所开发的wo2000/004972a1中公开的那种污泥分离器。然而，其他类型的颗粒分离单元也可以安装在水净化模块5之前或上游。

现在参照图2和图3来更详细地描述废水净化模块5。模块5包括多个载体元件，在该实施例中为板7的形状，在后文中会对此加以详细阐释。载体板7一个摞一个竖向堆叠，从而形成多个层。在各层载体板7之间夹有分隔件8。在所公开的实施例中，分隔件包括例如由聚乙烯制成的可透水的土工织物片材8。土工织物片材8以重叠的方式布置在不同层级的载体板7之间，并且土工织物片材8不覆盖载体板7的整个表面。相反地，土工织物片材8布置成覆盖每对载体板7之间的预定区域。在所示实施例中，每隔一层载体板7，在载体板7之间，土工织物8在板7的中部区域中设置成条8a，而非一直到板7的长边7a。

此外，在剩余的载体板7对之间，沿着板7的每个长边7a设置有两个土工织物条8b，在中间留出没有土工织物覆盖的区段。设置在板7的中间区域中的土工织物条8a比相邻板对的未被土工织物覆盖的部分--即沿着板7的长边7a位于条8b之间的区域--更宽。类似地，条8b比相邻板对中未被土工织物覆盖的区域更宽。因此，借助于土工织物片材8a、8b，迷宫路径形成为通过模块5。

净化模块5还包括长形的分配管9，分配管9连接到污泥分离器2的出口4并且设置在构成模块5的堆叠的载体板7的顶部。分配管9沿其长度具有多个穿孔18a、18b，使得待净化的水能够达到模块5的整个延伸部分。此外，模块5包括空气进入通道10和空气排出通道11。如图1所示，两个通道10、11水平地延伸穿过模块5，并且如图1所示朝着地面g继续延伸为竖直管10a和11a。

如图3所示，模块5布置在生物床组件12中，该生物床组件12具有嵌入在砾石层13中的排放管6。在砾石层13和模块5之间设置有沙层14。沙层14和砾石层13允许在水朝向排放管6流动的途中对水进一步净化。

图4中示出载体板7的一部分。板7包括例如是热塑性聚合物的无数细丝15，细丝15能够被热固化以获得板状的形状。优选地，细丝15不规则地扭曲在一起，这样在细丝15之间形成无数间隙16。此外，优选使用这样的细丝15：所述细丝15直径为大约2-3mm，具有无光泽的并且凹凸不平的或粗糙的表面。在本实施例中，板7优选为大约40mm厚。在其他实施例中，细丝15的直径和板7的厚度可以变化。粗糙的细丝15为微生物生长物提供适当的表面。细丝15的扭曲且曲折的形状为每个载体板7内的微生物提供非常巨大的附着区域。作为示例，具有110×55×25cm的尺寸的模块5具有82m²的附着表面。

在一些实施例中，塑料网17插在第一载体板7和相邻的土工织物片材8之间，以便第一载体板7以均匀的方式将片材8压向相邻的载体板7。图5中示出这样的一层组件，其包括载体板7、土工织物片材8和网17。

下文中，将结合图1和图6来描述系统1的水净化过程。在使用中，载体板7的细丝15和土工织物片材8由微生物生长物覆盖，微生物生长物分解bod(生化需氧量)和cod(化学需氧量)。

待处理或净化的水或污水经由入口3从家庭或其他设施流到污泥分离器2。在该化粪池或污泥分离器2中，颗粒杂质被从水中除去。颗粒杂质的分解需要大量的氧气。因此，有利的是在污泥分离器2中就已经去除、至少在很大程度上去除这些杂质。此后，水经由出口4从分离器2通过分配管9流入净化模块5。水从分配管9通过穿孔18a、18b滴到载体板7的夹层结构中。由于载体板7包括间隙16，所以水能够流动穿过所述载体板。载体板7由以图6中箭头所示的方式流动通过模块5的废水来灌注。

由于织物片材8由微生物生长物覆盖，所以它们是可半透水的。因此，水会部分地汇集在每个片材8的顶部并沿着每个片材8流动，并且因此流动穿过位于每个片材8之上的载体板7。这在图6中以黑实线箭头来标记。然而，一些水会滴过片材8，这由液滴19来标记。因此，水缓慢地、主要是来回地流动通过每层载体板7，并且部分地通过模块5的片材8，使得允许细菌将其中所携带的杂质减少(cod和bod)。在图5所示的包括将土工织物8压向板7的网17的实施例中，水更加均匀地汇集在土工织物8的顶部上，从而促使更均匀生成生物皮肤。

当水达到模块5的底层时，它流淌出到沙层14中，然后通过砾石层13，最终通过排放管6。

进入的空气流动通过空气进入通道10，有效地向模块5提供氧气。图6中以虚线箭头示出氧气输送。即，氧气从空气进入通道10以及从分配管9朝向空气排出通道11输送。整个模块5从而被有效地供以氧气。

每层载体板7仅能够容纳一定量的水。因此，不能被第一层吸收以及处理的水会排出第一层载体板7并且下降到下一层。在这个过程中，老化和坏死的微生物生长物会被从第一层载体板7上冲走并随着过量的水被携带到下一层载体板7。由此产生连锁反应，使得来自每层的过量的水将坏死的微生物生长物朝向模块5的出口携带。因此，模块5是自清洁的，并且由于材料堆积而导致堵塞的风险降低。这种冲洗过程对于具有彼此连接的多个模块5的较大组件(未示出)而言是至关重要的，因为这样的组件更有可能发生堵塞。在这种具有更多模块5的组件中，也会有很大程度的冲洗，这是因为组件被暴露于更大的水流量。

在一个实施例(未示出)中，两个或更多个模块能够彼此连接。在这种情况下，引导管22以大约10cm插入到第一模块5的空气通道10、11中。引导管22的相对端突出到模块5外大约10cm。管22的突出部分可插入到第二相邻模块的空气通道中，由此两个模块的空气通道对准，并且空气能够流动通过模块组件。在图2中示意性地示出位于空气排出通道11中的引导管22。

如果需要，如图2所示，压缩机20或另一空气供应装置可以连接到空气进入通道10。这在模块5上存在高生物负荷的情况下，或者例如当多个模块5彼此连接从而形成长的空气通道10、11时，可能是适合的。

图7中示出稍加改动的废水处理模块5’，其中，在竖向堆叠的载体板7的顶部上的长形分配管9邻近模块5’的侧面设置。分隔件8略有不同，并且以另一种构造来放置，这样在模块5’内产生改变了的废水流(如箭头所示)。

上文中已经以生物床实施方式描述了废水处理模块5，但是也可以将模块5用于渗透实施方案中或增强的渗透实施方案中。在增强的渗透实施方案的情况下，将砾石层13和排放管6从组件中排除。在渗透实施方案的情况下，将沙层14和砾石层13两者以及排放管6都从组件中排除。

应当理解，本发明的概念不限于在此所述的实施例，并且在所附权利要求中所阐述的本发明的范围内许多修改都是可行的。例如，分隔件8不限于由土工织物来制成，可替代地，它们能够包括开孔泡沫塑料或其他的可渗透材料。此外，分隔件8可以具有不同的厚度，并且分隔件8和塑料网17可以被制成一个单元。载体元件7和分隔件8的数量以及这些部件的相互关联的布置可以根据具体的净化要求或设计要求来变化。只要达到对废水进行处理的目的，就可以在模块5中使用不同的流动模式。