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CN102007076A - 用于处理污水的植物系统 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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。
附图简述
下面，为了更好地理解本发明的实施方案和给出的实施例，参考伴随的描述性正文中的附图，其中：
图1示例性地说明了根据本发明的适合于净化污水的植物系统的一个实施方案；
图2示例性地说明了根据本发明的用于污水的最初处理的预处理容器的横截面图；
图3示例性地说明了根据本发明的用于污水的预处理的图2中的预处理容器的顶视图；
图4示例性地说明了根据本发明的净化容器的侧视图；以及
图5示例性地说明了根据图4的净化容器的剪切的(cut)上视图。
优选的实施方案的详述
本发明是通过多年在湖重建和水系统的管理中的共同经验，结合对淡水沿海地的深海底的微生物群落和新陈代谢相互作用的应用研究而受到启发的。此外，本发明相对于构造、安装、运行和对任何气候条件和减少的空间的适应性来说，特别地对于其安装和最佳运行所需的小的覆盖区来说是大体上简化的且紧凑的生物系统。事实上，本发明的植物系统和容器不需要任何经常的维护，且其成为当地环境的丰富的组成。
在应用研究和显微镜观察的过程中，得出结论：有可能发展一种在封闭的环形容器中结合受控制的循环水力学和生物学过程的系统。适应基本的植物系统的容器的尺寸显现为是相互依赖的，且因此对于整个系统的功能来说是有必要的。进一步观察到，可在适当地设计的隔室中模仿在自然的湖生态系统中发生的热交换和热传递现象。为了平衡营养物分解和营养物转移，应用发生在湖沿海地中和所选择的水和沼泽区域的广阔的根围中的微生物过程的观察。物理和生物过程的设计受益于对菌株的多样性和密度的差异的观察，与特定的根围和特定的氧化还原电势和传导率条件有关。密切的根表面-细菌关系的微观结构也反映在吃草的无脊椎动物特别是纤毛虫原生动物的密度和组成中。在水净化的最终阶段中的独特的浮游动物(甲壳类)群落的存在反映净化水的质量。已知这些群落通常出现在非常贫营养的湖中。
因此，通过结合和放大发生在自然生态系统中的生物和物理过程，根据本发明，有可能发展一种完整的生物解决方案。一个技术障碍涉及在环境上适当的材料，该材料用于可重复的工业预制的制造，或用于容器/器皿的现场构造。
本发明的植物系统代表优化的物理和微生物过程以及包括在以下自然生态系统中发现的元素的相互作用的功能整合：快速流动的小溪、瀑布、淡水湿地和水溶液培养的(plaur)群落。本发明的植物系统包括在且设计成最佳尺寸的构造框架。植物系统的高性能的特定价值是植物根部系统(根围)、细菌和吃草的无脊椎动物(原生动物)之间的营养和合作关系的实际应用。应用于或提供于本发明的植物系统的水生植物是根据其所观察到的生理学特征、广阔的根部系统来选择的，广阔的根部系统维持大量的吃草动物，防止生物膜的过度生长或过多的生物固体的堆积。
因此，植物系统受益于地面和水之间的热交换以及运行中的系统内的能量守恒。因为应用的涡流和通风机制，转移到水和生物床的地热是高度有效且稳定的，地热反映在全年的强烈的生物活性中。在世界更暖和的地方，相同的漩涡循环提高冷却效果，这是由于热从液态环境传递到外层壁，通过在外层壁的外部上的净化水的另外的出口冷却外层壁。
本发明提供了废水的移动和无规律的流动的解决方案。在很长一段时间内没有废水流动的情况下，由于营养物的内部再循环和新陈代谢的稳定性，植物系统维持其功能性能力。当植物系统成熟时，保留在植物系统内的营养物的总量也增加。特别地，以对于植物和动物来说更难获得的形式，例如木质素、丹宁酸或腐殖酸。这意味着在植物系统内具有CO2-/碳循环，植物系统用作CO2的网池(net-sink)或可以至少是碳中和的。通过提供营养物例如磷和氮，通过提高微生物与根围内的有机化合物反应的增长，微生物数量影响碳在植物中的储存。另一方面，已知更高的植被以维生素、酶、螯合物等的形式排放大量溶解的有机碳，这使净化水富足并且产生了对无脊椎动物的生长有利的条件。
所观察的植物根-细菌结合是高度寄主专化的。观察到革兰氏阴性的专性好氧杆菌(gram-negative obligate aerobic rod)的高密度。相同的高的寄主专化性对于无脊椎动物(原生动物)来说是有效的，无脊椎动物(原生动物)对维持植物系统的功能稳定性是重要的。在微生物群落中的移动被认为对以下因素是有响应的，如植物流出物的排放、氧和碳迁移到根部以及在生物床中的氧条件。具有营养物和有机化合物的高度含氧水的连续的流动以及相对地稳定的生物床内的温度导致与微生物群落和无脊椎动物有关的植物的快速的代谢更新。
为了使降解过程恰当地运行，有必要以可控制的方式连续地和最佳地提供用于通气的能量。有必要提供有机底物(污水)，并且去除由微生物产生的过多的生物质。在植物系统中观察到的处理过程的高强度来源于污水与整个生物床的延伸的生物可利用的表面积和体积的长的接触时间，且强烈的氧提供也由贯穿系统的反向的垂直氧分布(inverted vertical oxygendistribution)来显示。结果，废水在该植物系统中的保留时间可减少为一天，而全部的外部能量需求保持在＜35瓦特每人相等物(person equivalent)(PE)的水平。通过应用简单的太阳能或风能发电机，可独立地从中央电网为该低的能量消耗的植物系统提供能量。
此外，本发明的植物系统可设计成与在生物床的溶液培养部分中的丝状绿藻一起运行，而不是与更高的水生和沼泽植物。在这种情况下的减少的土壤水分蒸发蒸腾损失总量将允许更高体积的净化水被重新用于灌溉、地下水补给和其他经济及环境目的。
与其它矿物吸收剂结合的或
Figure BPA00001245330900092
类型的磷吸收介质可用在净化水的流出物中，用来进一步还原并再循环磷，且用来平衡在最终的水接受器中的氮∶磷的比例(N∶P)。系统的设计是灵活的，且可个别地适合于满足当地或特定的需求。可通过远程电子监测和控制来增加植物系统的功能和性能。
由于生物床中强烈的通风、高的液体速率以及提高的且稳定的微生物过程的独特结合，本发明的植物系统可设计为用于具有高的BOD负荷和具有范围从一m3/天到250m3/天的流动的生活污水。植物系统的功能灵活性允许其应用于垃圾渗滤液的处理、来自常规的废水处理厂的流出物的精炼(polishing)，或植物系统可用作降低质量的淡水的恢复的工具。植物系统也提供了对特定的工业废水的有效处理，包括那些含有人造内分泌干扰物(EDC)和多芳香烃(PAH)的工业废水。
图1示例性地说明了污水净化植物系统10，其中，污水来自居住建筑物12。应理解，植物系统10也在工业应用中运行。此外，将来自居住建筑物12的污水提供给本发明的动态预处理系统14，且预处理的污水流入本发明的净化容器16，其中，根据本发明净化预处理的污水。当污水被净化成干净的水时，使干净的水再循环和重新使用或排放到地下或排放到最终的接收器，例如池塘18。
净化容器16可以多种不同的外部形状20预制，而且在图1中的那些腐化池14的外部形状是实施例，并不是想要将本发明限制为仅为那些形状。在图1中也描述了容器的内层圆柱壁22和通道24。在一个优选的实施方案中，容器16以与腐化池14相同的方式机械地构造，但不具有盖子以及分离和转向壁，如在图4和图5中所描述的。
本发明或首次应用具有微纤维增强的复合轻混凝土或玻璃-纤维增强塑料、GRP、或聚氨基甲酸酯，以获得与其他构造材料或预制的塑料容器相比便宜的、轻重量、防水、耐用、易于运输和安装有低摩擦的内表面的容器，以保证所期望的循环水的水压行为。通过应用新颖的构造材料，整个植物系统变得便宜得多、对社会来说更承担得起、更可靠且制造和现场安装所需的时间显著地少于目前所使用的相同体积的任何其他的构造。
植物系统在其他领域的应用是，例如：污染的渗滤液的处理、来自常规的废水处理厂的流出物的精炼和作为降低质量的淡水的恢复的工具。本发明的具有其容器14、16的植物系统与其他生物处理系统不同，其中，污水流是如在WO 03042114A1中通过应用连续的流的线性的“塞流”。设计了用于最佳处理的通道的数量和尺寸。放置在循环通道中的整合的生物床模仿在湖和湿地中的自然的生物群落。循环通道包括结合的器皿系统。意味着，污水到达外层通道24的任何流入引起相等量的净化水从内部圆柱形的池中流出。
接近循环通道的底部的流体的不断被驱动的流动导致从地面转移的热的再利用。这使得，通道外部温度低至负33℃时不会结冰。整合的生物床由至少五种水生和沼泽植物以及与植物根围共存的几百种无脊椎动物组成。这不仅导致有机物质的降解，而且导致颗粒有机物质的连续消耗。因此，与其他处理系统相反，不产生过多的污泥或挥发性悬浮固体(VSS)。与在WO 03042114A1中所引用的流出物中的“低产率”VSS相反。许多种无脊椎动物出现且以飞的形式离开开放的植物系统，这促进了有机碳和其他主要的营养物的支持的再循环(onside recycling)，正如在开放的自然生态系统中所发生的。
预处理的污水被用泵抽到植物系统的第一、外层循环通道。对于特定的植物系统，例如具有60m3/天的能力的植物系统，包括生物床的外层通道的体积将为约50m3。消耗到达外层通道的平均流入的1000升每小时的污水意味着，在该通道中，污水的流入剂量将被通道中刚好进行一个完整的循环(25m)的净化水稀释50倍。这个体积将仅在生物床中处理之后进入内层通道，在生物床中进行连续的强烈氧化时期，随后是受控制的厌氧条件时期。每一个另外的循环通道增加净化水与按剂量加入的污水的比率。晚上，通常在污水的流入处于其最慢的地方，水在通道中自动地循环，且为接受早晨新的污水剂量做好“准备”。该植物系统与发生在河中的生物自净化具有许多类似。但是，在本发明的情形中，植物系统比自然的线性过程具有高得多的效率。在视觉上，所发明的过程可比喻为流经过多个池塘，其中，流需要沿着池塘的周边流动至少一次。
在冬天，低温使生物化学和生物过程变慢，导致生物处理系统更低的效率。与温度在水表面降为零的自然水体相反，本发明通过驱动底部的水向上运动和预设的连续的液体循环，将地热传递到整合的生物床。这即使是在严寒的冬天也能实现，在生物床中的水温在4℃到8℃之间变动。
在冬天，反硝化作用过程也显著变慢。在生长季节，根群积极地吸收在强烈的污水通风过程中形成的硝酸盐。在冬天，由于低温和缺乏足够的有机碳的供应，反硝化过程中不可缺少的这个过程变慢(在流出水中的BOD5最后低于3mg/升)。
为了增加反硝化速率的强度，在运行时应用从强烈的氧化状态到厌氧(anoxy)状态的受控制的转换。此外，预先确定的一部分净化水流出物再循环回到MSS的反硝化隔室。
单独的一立方米的生物块的延伸的表面积为约300平方米，且随着增加的大型植物根的量增加至少一百倍。在通道24中，根据本发明安装漩涡机械设备。
本发明的一个实施方案将例如以下种类作为标准的选择的水生和沼泽植物应用：莎草(苔属植物)、香蒲(香蒲属)和白菖蒲(菖蒲属)，其中，在其广阔的根围中提供主要的栖息地，用于维持高的无脊椎动物(原生动物)的数量。无脊椎动物的吃草防止过多的生物膜生长和生物质堆积。其他两种植物种类：水薄荷(薄荷属)和水-车前草(泽泻属)可以加入，这是由于其在生物群落发展中明显有利的角色，由于溶解的有机碳和酶的根部分泌物。所选择的植物的根部和根茎具有对生物床的微观结构有利的效果，且其刺激硝化细菌的发展和增长。为了经济和美学目的，以及为了改进的处理工艺，植物系统和其容器也可使用竹子和其他植物。
由于生物、水压和物理过程的平衡的应用，有可能使植物系统的效率与任何先前已知的生物系统相比增加至少200％。结果，植物系统的保留时间可减少为1天-2天。本发明应用标准化的预制的管状生物块，该生物块具有确定的机械参数，诸如密度、孔隙率和浮力，因此，可精确地设计整合的生物床(biological bed)(生物床(bio-bed))的功能参数。
通过将所选择的水生和沼泽植物的特定的且广阔的根部系统与所确定的生物床介质的结构结合，获得了异常高的延伸的生物学上可利用的表面积。延伸的生物活性表面与为有机材料的分解负责的微生物过程的强度高度相关。因此，这表明，这个机械特征和生理学特征的结合产生具有独特的功能能力的生物床，用来在更短的时间内有效地处理具有更高流速和更高营养物负荷的废水，而不产生在另外的能量输入、化学物质的加入或通常在其他处理系统中使用的其他改进的测量的加入的投资。
因为本发明将用于水移动的漩涡原理应用于水的通风和循环，所以获得了整个植物系统的独特的功能灵活性。漩涡的应用改进了在植物系统内的所期望的通风、强烈的氧化和颗粒浮选，这提高了植物根围的生长，允许从需氧条件到厌氧条件的直接转换，同时使用非常低量的外部能量。
通过应用漩涡通风和循环，获得了高的紊流的同时的垂直流动和水平流动。这表明，这种低能量漩涡设备在圆形隔室中的首次有利的应用包括显著缩短的处理工艺，且使得处理工艺显著地便宜得多。通风和循环周期或顺序得到显著更好的掌握和控制。
图2示例性地说明了根据本发明的植物系统的多功能腐化系统(MSS)的横截面图，多功能腐化系统包括适合于预处理污水的腐化容器14。在系统10中机械特征和生物特征的这个结合是非常有效的，其中污水来自居住建筑物12。此外，来自居住建筑物12的污水在预处理容器14中被预处理，预处理容器14将预处理的污水提供给植物系统10，在植物系统中，污水被进一步处理，以根据所期望的质量标准来净化。当污水在净化容器16中被净化为干净的水时，可选地，干净的水可释放到最终的接收器，例如池塘18。
容器14可以多种不同的外部形状20形成，在图1中的那些外部形状20是实施例，并不是想要将本发明限制为仅为那些形状。在图2中描述了容器14的内层圆柱壁37。
在图2中，容器14装备有原污水入口26和用于预处理的污水的出口28。在一个实施方案中，MSS是防水的圆柱形容器14的形状，直径为200cm，具有轴向地安置的内层隔室38，直径为80cm。在图2中描述了泵40，在按剂量将污水加入到植物系统时，泵40在内层隔室38中搅拌污水。整个构造由具有聚合微纤维增强的预制的复合混凝土制造，或预制为聚氨基甲酸酯容器。圆柱形容器14和内层隔室38两者都高200cm。容器具有底板和塑料盖子。内层隔室38由位于内层圆柱壁37的下部脊之上的直径为10cm的旁路35连接，从而将污水分流到内层隔室38，以将预处理的污水通过出口28用泵抽出。相邻的通道34在袖廊壁30和32之间。一个壁30紧挨着原污水入口26，且高200cm和宽60cm，且使水紧密地从容器14的上部延伸到容器14的底部，在外层壁15和内层壁37之间连接。外层壁15和内层壁37构成外层隔室/通道。
另一袖廊壁32具有等于壁30的50％的长度，且位于通道的相对侧，且通过将外层隔室分成两半而用作转向器。上部壁32通过壁中的开口在外层隔室的两半之间将流体转向，且作为除渣栅运行，且下半部分通过通道连接壁30、32的两侧，通道允许流体的自由移动，同时上半部分32防止污水渣进入生物床隔室。
壁30从隔室的底部到达约隔室的顶部。第二转向袖廊壁32开始于隔室的顶部，且在隔室的底部之上留下特定的开口，在本发明的一个实施方案中，其等于袖廊的长度的1/2，作为袖廊的总长度的特定部分。这与文件KR 20030044647中的情况不同，其中，在袖廊壁中的开口不用作转向机械装置。KR 20030044647中的系统在活性污泥上运行，而不需要除渣栅。
此外，关于入口26、外层隔室、内层隔室38、旁路35和出口28，容器14可以与在图4和图5中所描述的容器16相同的方式制造。
根据本发明，首次应用了具有微纤维增强和聚氨基甲酸酯-聚乙烯化合物的复合轻混凝土，以获得与其他构造材料或预制的塑料容器相比便宜的、轻重量、防水、耐用、易于运输和安装的隔室。通过应用这种构造材料，MSS变得便宜得多、对社会来说更承担得起且更可靠。
本发明的具有其利用的容器14、16的系统10不同于其他预处理系统，其中，在隔室之间的污水流通常是被动的。转向驱动的污水在容器14的功能显然不同的隔室中流动，导致从地面传递的热和从流入的污水保留的热的优良的再利用。这使得外部的温度低至负33℃时液体不会结冰。沉淀过程、反硝化作用过程和磷还原过程是相对稳定的。因此，与常规的腐化池系统相反，不存在过多的污泥堆积。通过应用标准化的预制的具有确定的机械参数诸如密度、孔隙率和浮力的填充物，可精确地设计缺氧的和通风的生物床的功能参数。
延伸的生物活性表面与生物膜的发展、为有机材料的分解和硝酸盐的还原负责的微生物过程的强度高度相关。因此，这表明，这个机械特征和生理学特征的结合包括具有独特的功能能力的简单系统，用来在更短的时间内有效地预处理具有更高流速和更高营养物负荷的污水，而不产生在另外的能量、化学物质或常规上使用的广阔的污水排放系统的投资。通过本发明，在一个圆柱形容器加强了整合的生物功能和机械功能。主要存在四个技术贡献，例如：有机颗粒和无机颗粒的机械沉淀；生物预处理(需氧分解和缺氧过程，例如反硝化作用和磷还原)；通风；以及将预处理的污水用泵抽出系统。MSS提供了在植物系统10的最终生物处理之前，使污水在1m3/天到10m3/天之间流动的理想的解决方案，或可用作唯一的与排放到土壤排水区域、湿地、泻湖或池塘结合的机械-生物处理，其中，可发生污水的最终的自然精炼。通过MSS处理的效率比目前的欧洲水质量标准所要求的高得多。
在内部池38内部，放置预制的高孔隙率的管状填充物(300m2/m3)。填充物用作另外的需氧生物床，且用作淹没的污水计量泵(submergedsewage dosing pump)的支撑物。泵装备有水位传感器和计时器，且可选地装备有可使下面的需氧的生物床充满空气的空气喷射通风装置。MSS被由增强的聚乙烯(HDPE)制造的具有检修孔的盖子覆盖，60cm的直径允许到达泵，且20cm的直径用于无机沉淀物的排放。可选地，当MSS需要放置在地下更深处时，盖子可装备有允许到达池的烟囱状物。来自淹没的泵的出口管位于MSS容器的脊处。水平的出口管引导预处理的污水流出系统，且水平的出口管通过矩形的分流结点(shunt joint)与垂直的管连接。在袖廊壁之间的圆柱形MSS的一半用作沉淀室。MSS的另一半被填充入极大地提升预处理过程的厌氧生物床，且为了加强反硝化作用过程，其允许在植物系统中处理的水的可选的再循环。缺氧生物床的体积是2m3，而生物学上活性延伸的表面积超过300m2/m3。
原污水在MSS的第一半中经历了沉淀过程，其中，固体的一部分将沉淀，且另一部分将形成经历缓慢的分解的表面渣。部分地净化的污水移到下一个具有生物床的隔室，其中，在改进的生物膜中的过程将进一步处理部分地净化的污水。生物床具有厌氧的特征，允许加速的反硝化作用和磷的生物还原，特别是当来自植物系统10所处理的水被再循环时。在通过生物床之后，预处理的污水进入具有淹没的计量泵的内部池。当达到预定的水位时，传感器打开泵，泵将污水抽到容器外面。在植物系统10中的最终的排放或进一步的处理的方法中，预处理的污水可通过位于出口管的垂直部分上的空气喷射来通风。
上面所引用的MSS的尺寸保证了污水的工作体积在约4m3，这对于一个家庭来说意味着3天到4天的污水保留时间。来自沉淀室的堆积的无机沉淀的周期清除，通过使液体的流动反向将冲洗两个隔室和内部池。MSS可作为一个家庭的自动的污水处理单元来安装，装备有生物床、自有的泵和通气系统。在这样的装置中，预处理的污水可通过沟渠系统或土壤床排水装置进一步被处理。其也可被排放到池塘或具有水生植物的泻湖。自有的泵系统允许根据当地的条件和需求排放预处理的污水。图3示例性地说明了根据本发明的用于污水的预处理的图2中的腐化容器14的顶视图。沉淀隔室位于在图3中的上部分的盖子42的下面，处于两个袖廊壁30、32之间，其中，壁32是转向壁。在图3中，在上部隔室下面和在盖子42下面的隔室是由管状网组成的生物反硝化作用床。内层圆柱形池38由管状网和细孔网组成，且细孔网形成用于可淹没的计量泵40的基部，可淹没的计量泵40为常规的基于土壤的处理或植物系统提供预处理的污水/废水-在这种情况下，其可称为“串联处理系统(tandem system)”(MSS+容器16)。
壁30是具有与容器/池14的高度相等的高度的垂直的防水的壁。在本发明的一个实施方案中，转向壁32约为壁30的1/2。转向壁32驱使在生物反硝化作用床下面的污水向下流动。
因此，本发明提供被称为2-或3-隔室腐化池的动态系统10作为常规的被动系统的替换，动态系统10具有遵循本文所描述的改进的所有的环境优势。
此外，图3描述了提供通道以维护计量泵40的检修孔44。也描述了检修孔46，通过检修孔46，来自容器14的无机沉淀随时被吸出容器，例如对于家庭容器来说每十年。腐化容器14也可在植物系统的处理之前应用于储存和预处理工业废水。
图4说明了具有外层壁48的容器16，在此是圆柱形的，但其他形状是可能的，且容器16也具有内层圆柱壁50。内层壁50形成内层隔室51，且外层壁48形成外层隔室通道52。污水通过入口53进入到外层隔室52，根据图4中的箭头使污水在外层隔室52中循环。此外，外层隔室具有三个以半径方式连接到外层壁48和内层壁50的壁，其中，壁54连接到池底部且到达水位的下面约20cm。而壁56每一个都位于壁54的每一侧，达到约高达水位，且在离容器的底部约20cm处停止，这允许水根据图4中的箭头在壁54、56之间流动。这是新颖的实施方案，允许污水在外层隔室48中再循环。在本发明的一个实施方案中，空气扩散器58产生在壁54和56之间的空气提升泵的效果，提高了水的漩涡运动和瀑布运动以及隔室48中的循环。
在内部池壁50中的完整体(whole)60用作使处理的污水进入内层隔室51和最终使污水流出在图5中所显示的净化水的出口的旁路。
在图5中，示例性地说明了根据图4的容器16具有外层壁48和内层壁50及其各自的隔室52和51的剪切的上视图。在上视图中描述了循环壁54、56，以及污水的入口53和用于将净化水输送到例如池塘18的出口62。在本发明的一个实施方案中，内层隔室51包括预定量的矿物吸附剂填充物，例如用于吸附流出的净化水中的溶解的磷的
Figure BPA00001245330900171
或对于外层隔室52来说，其包括根据本发明的生物床。
图3中，容器14位于地下，使得原污水可依靠重力进入沉淀隔室42，这不是文件KR 20030044647中的情况。预处理的污水以预定的剂量从淹没的泵(未显示)离开内层隔室51，这不是KR 20030044647中的情况。虽然泵未显示，但泵可作为图2中显示的泵插入腐化池14。净化水的预定部分依靠重力再循环回到反硝化隔室，用于硝酸盐的进一步反硝化作用。这不是KR 20030044647中的情况，其中，渗透物用真空泵抽出系统，而未提及进一步的水处理。
本发明不限于给出的实施例和实施方式，但对本领域技术人员来说，可从所附的整个权利要求中得出。

Claims (26)

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。
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