申请日2005.11.22
公开(公告)日2012.06.06
IPC分类号B01D24/36; C02F3/08
摘要
本发明涉及一种用于处理废水的通气式生物过滤系统(10)，该系统包括长条形处理容器(11)，该容器装有循环滤床(23)和静态滤床(24)。循环滤床装有颗粒材料，如比重为1.2～1.4、有效尺寸为0.6mm～1.5mm的颗粒活化碳。循环滤床位于静态滤床之上，通气系统(27)位于两个滤床之间。通气系统用于使流经循环滤床的空气连续或间歇地扩散，从而为附着于颗粒材料上的微生物提供氧气，并促进颗粒材料缓慢循环。该系统专门用于中水家用回收再用。
权利要求书
1.一种用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：
一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此容器;
在所述处理容器的入口和出口之间的循环过滤床，该循环过滤床用 于捕获过滤床污水中的固体，含有颗粒状过滤材料，颗粒状过滤材料的 颗粒比重为1.2～1.4，有效尺寸为0.6mm～1.5mm，每一个颗粒都具 有选择性或适合的表面或孔状结构，以便于促进微生物附着在每一个颗 粒上;
通气装置，其适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇 性地扩散到所述过滤床;
在处理容器的结构和操作特征中，选择循环过滤床和通气装置以使 颗粒可以在循环过滤床内彼此之间发生相对运动;
过滤系统的运行将使大部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内 循环从而促进所捕获固体在所述过滤床内的分布。
2.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中循环过滤床中所 用颗粒材料选自颗粒碳材料、加热处理的膨胀粘土、颗粒状高炉渣。
3.根据权利要求2所述通气式生物过滤系统，其中循环过滤床中所 用颗粒材料为粒状活性碳材料。
4.根据权利要求3所述通气式生物过滤系统，其中所用粒状活性碳 材料有效尺寸大小为0.7mm～1.0mm。
5.前述任一项权利要求所述通气式生物过滤系统，其中所述颗粒过滤 材料的颗粒体积密度为400～550kg/m3。
6.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中所述通气装置位 于所述过滤床的下面。
7.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中所述入口位于过 滤床之上，出口位于过滤床之下。
8.根据权利要求7所述通气式生物过滤系统，还包括位于所述过滤 床下游的静态过滤床，所述静态过滤床含比重大于1的颗粒材料。
9.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中所述处理容器为 长条形，按轴心垂直挂载。
10.根据权利要求9所述通气式生物过滤系统，其中所述处理容器高 度和平均直径比为4∶1～8∶1。
11.根据权利要求10所述通气式生物过滤系统，其中所述容器高度 和平均直径比为6∶1。
12.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中所述处理容器包 括一个位于循环过滤床上方的头部区用于供应循环过滤床上方流入液的 压头。
13.根据权利要求12所述通气式生物过滤系统，其中所述头部区通 过介质捕获装置与循环过滤床分隔。
14.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，还包括一个收集器， 其在处理前容纳及/或缓冲废水，该收集器位于处理容器入口的上游。
15.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，还包括位于处理容器 出口下游的储存容器，其用于存放处理后的水。
16.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中该系统可加以改 造适应于处理来自家庭住宅的中水。
17.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中该过滤系统的大 小可以调整以便安装到居民住宅的屋檐下。
18.根据权利要求1所述通气式生物过滤系统，其中所述循环过滤床 的高度低于2.5米。
19.根据权利要求18所述通气式生物过滤系统，其中所述所述循环 过滤床的高度低于2.0米。
20.根据权利要求19所述通气式生物过滤系统，其中所述循环过滤 床的高度低于1.5米。
21.一种用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：
一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此容器;
在所述处理容器的入口和出口之间的循环过滤床，该过滤床用于捕 获过滤床污水中的固体，含有颗粒状过滤材料，颗粒状过滤材料的颗粒 比重为1.2～1.4，有效尺寸为0.6mm～1.5mm;以及
通气装置，适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇性 地扩散到过滤床;
在处理容器的结构和操作特征中，选择循环过滤床和通气装置以使 颗粒可以在循环过滤床内彼此之间发生相对运动;
过滤系统的运行将使大部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内 循环从而促进所捕获固体在所述过滤床内的分布。
22.根据权利要求21所述通气式生物过滤系统，其中循环过滤床中 所用颗粒材料为粒状活性碳材料。
23.根据权利要求21所述通气式生物过滤系统，其中所述颗粒过滤 材料的有效尺寸为0.7～1.0mm。
24.一种用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：
一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此容器;
位于处理容器的入口和出口之间的循环过滤床，该循环过滤床含有 颗粒状过滤材料，颗粒状过滤材料的颗粒比重为1.2～1.4，有效尺寸 为0.6mm～1.5mm;
位于所述处理容器内所述循环过滤床下游的静态过滤床，所述静态 过滤床含比重大于1的颗粒材料;循环过滤床和静态过滤床均用于捕获 循环过滤床和静态过滤床内污水中的固体;以及
适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇性地扩散到过 滤床的通气装置;
在处理容器的结构和操作特征中，选择循环过滤床和通气装置以使 颗粒可以在循环过滤床内彼此之间发生相对运动;
过滤系统的运行将使大部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内 循环从而促进所捕获固体在所述过滤床内的分布。
25.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述入口位于 循环过滤床之上，出口位于循环过滤床之下。
26.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中循环过滤床中 所用颗粒材料选自颗粒碳材料、加热处理的膨胀粘土、颗粒状高炉渣。
27.根据权利要求26所述通气式生物过滤系统，其中循环过滤床中 所用颗粒材料为粒状活性碳材料。
28.根据权利要求27所述通气式生物过滤系统，其中所用粒状活性 碳材料有效尺寸大小为0.7mm～1.0mm。
29.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述颗粒过滤 材料的颗粒体积密度为400～550kg/m3。
30.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述静态过滤 床位于循环过滤床下面并支持循环过滤床。
31.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述静态过滤床 由沙子或类似材料组成。
32.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述通气装置位 于循环过滤床和静态过滤床之间的位置或旁边。
33.根据权利要求24所述通气式生物过滤系统，其中所述系统还包括 位于循环过滤床和静态过滤床之间的扩散器，供应空气以实现循环过滤 床及静态过滤床的洗涮以在回洗时辅助清洁该过滤系统。
34.一种处理废水的方法，该方法包括下列步骤：
提供通气式生物过滤系统，所述通气式生物过滤器包含一个带有入 口和出口的处理容器;在处理容器中有捕获过滤床内污水中固体的过滤 床，过滤床包含颗粒状过滤材料，颗粒状过滤材料的颗粒比重为1.2～ 1.4，有效尺寸为0.6mm～1.5mm，每个颗粒都具有选择性或适合的表面 或孔状结构，以便于促进微生物群附着在所述颗粒上，同时处理容器中 还包含通气装置;
使废水经所述入口和出口流过所述处理容器;
使空气从所述通气装置扩散通过所述过滤床;以及
循环过滤床，使颗粒材料在过滤床内彼此之间相对运动，从而使大 部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内循环从而促进所捕获固体在 所述过滤床内的分布。
35.根据权利要求34所述方法，还包括一个步骤控制空气经通气装置 向所述过滤床扩散的方式以便实现所述过滤床的有效循环。
36.根据权利要求34所述方法，还包括将废水在所述循环过滤床上游 的收集器内在废水流经所述循环过滤床进行处理之前加以缓冲的步骤。
37.根据权利要求34所述方法，其中所述循环过滤床中所用颗粒选自 颗粒碳材料、加热处理的膨胀粘土材料、颗粒状高炉渣。
38.根据权利要求37所述方法，其中所述循环过滤床中所用颗粒为粒 状活性碳，有效尺寸大小为0.6mm～1.5mm。
39.根据权利要求38所述方法，其中所述粒状活性碳材料有效尺寸大 小为0.7mm～1.0mm。
40.根据权利要求34所述方法，其中所述颗粒过滤材料的颗粒体积密 度为400～550kg/m3。
41.根据权利要求34～35任一项所述方法，其中所述废水从过滤床的 上部向过滤床的下部流过处理容器。
42.根据权利要求41所述方法，还包括下列步骤：
提供静态过滤床，所述过滤床含有比重大于1的颗粒材料;
将所述静态过滤床置于所述循环过滤床的下游;以及
使所述循环过滤床处理后的水流经所述静态过滤床。
43.根据权利要求42所述方法，其中所述静态过滤床由沙子或类似颗 粒材料构成。
44.一种处理废水的方法，该方法包括下列步骤：
提供有循环过滤床的通气式生物过滤系统，所述循环过滤床包含粘 附有细菌及/或微生物的颗粒过滤材料;
使废水通过所述循环过滤床使废水中的固体捕获到所述过滤床中;
将空气扩散经过所述循环过滤床为粘附于颗粒表面的细菌及/或微 生物提供氧气，并促使颗粒在循环过滤床内循环以促进所捕获固体在循 环过滤床内的分布，颗粒状过滤材料的颗粒比重为1.2～1.4，有效尺 寸为0.6mm～1.5mm。
45.根据权利要求44所述方法，其中所述废水从过滤床的上部向过滤 床的下部流过处理容器。
46.根据权利要求45所述方法，还包括下列步骤：
提供静态过滤床，所述过滤床含有比重大于1的颗粒材料;
将所述静态过滤床置于所述循环过滤床的下游;以及
使所述循环过滤床处理后的水流经所述静态过滤床。
47.根据权利要求46所述方法，其中所述静态过滤床由沙子或类似颗 粒材料构成。
说明书
一种通气式生物过滤系统及其废水处理方法
发明领域
本发明涉及一种处理废水尤其是城市中水家庭废水的方法和系统。
发明背景
处理污水的过滤系统包含了淹没式通气生物过滤器(SABF)，该过滤器包含一种惰性颗粒材料制成的浸没床，负责处理污水中污染物的微生物即附着于该浸没床上。当污水通过所述固定的混和床时，所述微生物群吸收溶解的或颗粒型的污染物，然后对这些污染物进行需氧降解，.产生二氧化碳、水和另外的细胞物质。空气通过浸没床为微生物群提供所需氧气。
浸没床中包含的常见颗粒类型为膨胀粘土和系统中悬浮介质里的聚苯乙烯。在浸没床深度一般会超过2.5m的带“深度床”的系统中，一般会使用相对较为粗糙、有效尺寸大约为3mm的颗粒材料。污水流向可与空气供应的方向相反(向下流)，或者与空气供应方向一致(向上流)。
过滤床除了给微生物群提供附着位点外，通常还用作机械过滤器来捕获污水中的悬浮固体颗粒和生物体碎片。经过一段时间之后，过滤床会被生长的微生物和不能被降解的悬浮固体颗粒所阻断或阻塞，导致经过颗粒材料的水流受阻，使驱动该系统的所需水压升高。为了去除过滤床内所捕获的过量细胞物质及固体，过滤床需用水回洗以洗掉固体。过滤器固体堆积的速度和通过滤器压力下降的速度决定了系统所需回洗的频率，而回洗频率是决定过滤系统综合效率的一项重要参数。
本说明书中所包括的对任意文档、出版物、实践、设备、物质、条款、材料等的讨论仅仅是为本发明提供背景基础。任何此类讨论都不能理解为认可为形成现在技术基础部分或是与本发明领域相关的技术领域一般常识的任意部分的主旨，从而延后本发明优先权日或发明日。
发明内容
一方面本发明提供了一个用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此池;在处理容器的入口和出口之间为循环过滤床，该过滤床用于捕获过滤床污水中的固体，含有颗粒状过滤材料及通气装置，单个的颗粒都具有表面或孔状结构，选择性或适合于促进微生物群附着在颗粒上，通气装置适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇性地扩散到过滤床;在处理容器的结构和操作特征中，选择循环过滤床和通气装置以使颗粒可以在循环过滤池内彼此之间发生相对运动;过滤系统的运行将使大部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内循环从而促进所捕获固体在过滤床内的分布。
在本说明书的上下文中，词语“循环”及其文法衍生词采用其通常含义来描述过滤床内颗粒的基本运动，未使用更多限制性词义的术语，因为这需要单个颗粒在完全回路里运动到一个特定的起点。
与静态过滤床相比，使用循环过滤床在需要回洗之前能够储存更多固体，而且降低穿过过滤床表面的压头损失，否则该过滤床的污染物浓度将会很高。在废水处理加工的一些实施方案里尤其是在家庭应用时，回洗水体积约为处理水体积的1%，预计总体上体积低于5%。
循环过滤床中所用颗粒材料一般选自颗粒碳材料、加热处理的膨胀粘土、颗粒状高炉渣等。
在一项具体实施方案中，颗粒过滤材料为粒状活性碳(GAC)，其由煤衍化而来，有效尺寸大小为0.6mm～1.5mm，优选约0.7mm～1.0mm。材料的有效尺寸指的是按重量计算10%颗粒可以通过的孔径尺寸。此类合适的GAC体积密度约为400～550kg/m3，更优选 430～480kg/m3。此类合适的GAC比重约为1.2～1.4.，均匀度约小于2，更优选约小于1.6。
过滤床使用的此类颗粒材料可以提供一种物理吸附污染物的有效机制，使该系统所处理流入液的污染物浓度范围很宽，而对流出液的质量无明显影响。另外，采用材料的大小和比重应使过滤床保持适当循环水平所需空气体积与系统中生物处理过程所需要的空气量确保一致。出于这种安排，可使用通气装置来促使过滤床循环。另外，由于所吸附污染物可随后为颗粒过滤材料上的微生物所消化，通气系统的规格只需要满足平均负载而不是峰值负载的条件即可，这样可以不需要昂贵的通气控制系统。
另一方面，本发明提供了用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此容器;在处理容器的入口和出口之间为过滤床，该过滤床用于捕获过滤床污水中的固体，含有颗粒状过滤材料及通气装置，颗粒状过滤材料的颗粒其比重为1.2～1.4，有效尺寸为0.6mm～1.5mm，通气装置适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇性地扩散到过滤床。
所用颗粒材料优选为粒状活性碳材料。颗粒过滤材料的有效尺寸优选为0.7～1.0mm。
本系统的一种形式适合于家庭住宅中水处理，大小适合放置到家庭住宅的屋檐下。在一个具体实施方案中，过滤床的高度约低于2.5米，更优选约低于2.0米，还可优选更低于1.5米。
在一种具体形式里，处理容器通常为长条形并且按轴心垂直挂载，入口位于循环过滤床的上方，而出口位于循环过滤床的下方。处理容器的高度和直径比可为0.5∶1～8∶1，优选4∶1～6∶1。
处理容器可包含一个位于过滤床上方的头部区。该头部区用于容纳流入压头，该流入头可产生通过过滤床的头部水压。头部区可通过介质捕获装置与过滤床分隔，优选筛网形式。
在一种形式中，将一静态过滤床置于循环过滤床的下游。在一具 体的形式中，静态过滤床置于循环过滤床的下游，静态过滤床含有颗粒材料，其干比重大于1。静态过滤床优选用沙子或类似的颗粒材料形成。
在一种形式中，将通气装置放置于过滤床的下方。在一具体的形式中，通气装置位于循环过滤床和静态过滤床之间的接口处或接口之上。
再一方面，本发明提供了用于处理废水的通气式生物过滤系统，该系统包括：一个具有入口和出口的处理容器，有待处理的污水将流过此池;在处理容器的入口和出口之间为循环过滤床，在处理容器内循环过滤床的下游还有一个静态过滤床，其含有比重大于1的颗粒材料，循环过滤床和静态过滤床均用于捕获过滤床污水中的固体;以及适合于废水在过滤床中进行处理时使空气连续或间歇性地扩散到过滤床的通气装置。
可在循环过滤床和静态过滤床之间的接口下方放置一个扩散器，以便在回洗时供应空气以实现过滤床及静态过滤床的洗涮来辅助清洁过滤系统。
处理容器入口上游可放置一个收集器在处理前容纳及/或缓冲废水。处理容器出口下游可放置一个储存容器来存放处理后的水。
另一方面，本发明提供了一种处理废水的方法，该方法包括下列步骤：提供通气式生物过滤系统，通气式生物过滤器包含一个带有入口和出口的处理容器;在处理容器中有捕获过滤床内污水中固体的过滤床，过滤床由颗粒状过滤材料组成，单个的颗粒都具有表面或孔状结构，选择性或适合于促进微生物群附着在颗粒上，同时还包含通气装置;使废水经入口和出口流过处理容器;使空气从通气装置扩散通过过滤床;循环过滤床，使颗粒材料在过滤床内彼此之间相对运动，从而使大部分颗粒材料在一段时间后在循环过滤床内循环从而促进所捕获固体在过滤床内的分布。
通气装置使空气在过滤床中扩散的方式优选受到控制而获得更好的过滤床循环效果。
第五方面，本发明提供了一种处理废水的方法，该方法包括下列步骤：提供有过滤床的通气式生物过滤系统，所述过滤床包含粘附有微生物的颗粒过滤材料;使废水通过过滤床使废水中的固体捕获到过滤床中;将空气扩散经过过滤床为粘附于颗粒表面的微生物提供氧气，并促使颗粒在过滤床内循环以促进所捕获固体在过滤床内的分布。
