CN101076498B - 一种通气式生物过滤系统及其废水处理方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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。 

附图说明

参考附图便于下文描述本发明的实施方案。但是无庸置疑的是具体附图及相关描述可认为不会限制本发明前面描述的范围。 

附图中： 

图1为本发明一个实施方案中废水处理系统的示意图。 

图2示意性描绘了图1中所示废水处理系统中的循环过滤床； 

图3阐述了一段时间后污水处理系统中循环床和静态床的压头损失。 

本发明实施方案详述 

描述附图中演示的废水处理系统优选实施方案时，为了清晰起见，将介绍应用于家庭住宅中心废水回收再利用的废水处理系统。但是，所述废水处理方法不仅仅限于处理中水(grey water)。 

中水指洗衣服、厨房使用及沐浴所产生的废水，不同于“黑水”或来自马桶污染更严重的废水。此类废水的特征为污染负荷相对较低、渣滓污染物相对较少，因而可以用生物方法处理。 

参照图1，该图为用于处理家庭住宅产生中水的废水处理系统10。系统10包括处理容器11、通过供给管道17与处理容器11相通的废水储存池12，以及通过排出管道18与处理容器11相通的处理后水储存池13，排出管道18中间带有流量控制堰14。处理容器带有入口端15接收来自废水储存池12的中水，入口端15位于处理容器11的上面部分；也带有出口端16用于将处理后的水排出处理后水储存池13，出口端位于处理容器11的下面部分。

废水储存池12包括入口筛19。原始的未经处理的中水经过筛19泵入或吸入到废水储存池12。入口筛19可以是适合于清除线头或头发的自洁型筛，例如当中水来自洗衣机或沐浴废水时。废水储存池12提供了暂时储存中水的功能，也可在废水送到处理容器11处理之前进行缓冲。当废水超过废水储存池12的容量或处理后水储存池13已满时，进入废水储存池12的废水可以经溢流端口20导向溢流到下水道。处理容器供给泵21位于废水储存池12内，将原始的未处理水以预定的速度从废水储存池12经入口端15泵到处理容器11。 

处理容器11形状为长条形柱状结构，一般沿其纵轴形成圆柱。所示形式的容器高2.4m，直径约250mm。可以理解的是容器的大小取决于系统10的用途。 

容器11包括4个主要的部分：头部区22，位于头部区下面的循环过滤床23，位于循环过滤床23下面支撑循环过滤床23的静态过滤床24，以及送气室25。它些区域内的流体均是相通的，而且入口端15与头部区22相连，同时出口端16与充气室25相连。 

处理容器11还包括自启动虹吸器26，可将水从头部区排到下水道里。同时还有通气系统27，该系统包含通气泵28和扩散器出口29。扩散器出口29位于循环过滤床23和静态过滤床24之间，适于在废水在循环过滤床23内进行处理时向循环过滤床连续或间歇性地通气。通气系统27的目的是向循环管滤床提供氧气，以及提供过滤床循环的驱动力，这点将在下文进行更详细的讨论。 

最后处理容器10还包含一个位于静态过滤床24底部的空气洗刷分布系统30。空气洗刷分布系统包括空气泵31和扩散头32。 

循环过滤床23含有颗粒过滤材料，为适当大小的单个颗粒，其具有粘附微生物从而在颗粒上形成生物膜的表面。空气通过通气系统27扩散到过滤床23的底部，以与所处理水流向下相反的方向向上渗透经过颗粒材料23。在其他实施方案及/或应用中，可同时使用空气和废水同时向上流的流向。空气支持粘附于过滤床23表面单个颗粒的微生 物代谢，代谢在吸附及消化废水中污染物时发生。过滤床也用作过滤媒介来过滤和捕获悬浮的固体及产生的生物碎片，并物理地吸附高浓度的上述污染物。 

图1所示实施方案中，所用颗粒过滤材料为粒状。在一个优选实施方案中，所用颗粒过滤材料为粒状活性碳(GAC)，其为煤衍生的碳，有效尺寸大小为0.6mm～1.5mm，优选约0.7mm～1.0mm。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.，均匀度优选约小于2，更优选约小于1.6。这样的媒介可以提供一种物理吸附污染物的有效机制，使该系统可以处理污染物浓度范围很宽的流入液体，而对流出液的质量无明显影响。其他实施方案中颗粒过滤材料可以是膨胀粘土，只要此类材料可以提供所需的生物学及物理学过滤特征即可。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。对所用颗粒的尺寸及比重进行选择以使充气系统27提供、过滤床23中发生生物学处理所需的空气体积同时也为过滤床提供了适度的循环。 

在所示形式中，循环过滤床23的深度约为1.5m，而静态过滤床24约为300mm。同样可以理解的是本领域内的技术人员可根据处理系统10的具体应用改变这些过滤床的大小。 

将来自充气系统27的空气的扩散方式设置为可使过滤床23在处理容器11内缓慢循环。过滤床23的缓慢循环在下文中参照图2进行更详细的讨论。 

图2中，箭头100所示空气经扩散器29导入过滤床23的下部，同时箭头101所示废水从过滤床23的上部进入过滤床并经过颗粒材料，其流向与经过滤床23的空气流向相反。 

将气流加以调节，使过滤床23的颗粒缓慢地从过滤床下部向过滤床的上部移动，并回到过滤床的下部，如箭头所示。颗粒的循环使固体从过滤床23表面33向过滤床下部的迁移受到影响，从而减少了压头损失。这样使表面固体浓度明显降低，从而使经过表面33的压力下降或压头损失很低小。 

正如所讨论的，位于清槽内小尺寸及低比重的颗粒材料使过滤床在充气系统27适当的控制及驱动下缓慢循环。颗粒材料可以随气柱上升并随气柱的消失而下降。其他实施方案中，颗粒材料可只以环流或更随机的方式沿处理容器的一侧移动，另外，颗粒材料的循环同样也可以由除了充气扩散器之外的装置提供，只要可以实现颗粒材料的适当循环即可。循环可能需要数天。过滤床23的循环使大量固体可以在需要回洗之前储存于颗粒内。 

静态床24位于循环过滤床23的下面，也由颗粒材料如沙子构成。此过滤床延缓处理容器11中存在的过量固体向处理后水流穿透。而且，经过静态过滤床24时的压下下降可用于自动激发回洗操作。静态过滤床24也可拦截可能从循环床23中颗粒脱落的碎裂过滤颗粒。 

处理后的水从处理容器11的充气室25流经流量控制堰14。可在排出管道18内安置消毒器34如紫外消毒器或臭氧发生器，从而杀灭处理后水流中残留的任意细菌。流量控制堰14使处理容器11维持固定的过滤速率，同时将处理容器11与处理后水储存池13中的水隔离开来。 

处理后的水自消毒器34流入处理后水储存池13，在这里这些水可根据需要经处理后水筛网系统50而加以利用。可以理解的是消毒器34是根据处理后水的用途而选用的。当处理后的水滴灌系统中使用，没有喷雾发生风险或无人体接触风险时，不需要使用消毒器34。但是，如果处理后的水用于喷雾冲洗或是其他应用如马桶冲洗时，可能需要使用消毒器以便符合健康安全原则及规范。 

筛网系统50包括位于处理后水储存池13中的浸没式泵51。使用浸没式泵可以减少泵产生的噪音，这在城区使用时具有一定的优势。泵51的运行可以手工启动或通过处理后水筛网系统中的压力开关启动。泵51可以通过低水位开关关闭。通常需要在处理后水储存池13中维持最低限量的水，以确保可以完成至少一次下文详细讨论的回洗。筛网系统50可附带精细筛网52。 

经过一段时间使用后，悬浮的固体会在处理容器11堆积，尤其是堆积于静态过滤层24上，表现为压头损失增加，这些处理容器必须加以回洗以除去这些固体。正常情况下处于关闭状态的回洗阀35供应来自处理后水池50的水在回洗过程中使用，这些水通过与排出管首18相连的回洗管道36提供了冲向处理容器11下部的水流。回洗阀35可以手工控制，定时控制或编程化逻辑控制器(PLC)。另外，在回洗管道36和控制堰14间安置负重分隔阀37，正常流向条件下处于开放状态，当有回洗压力时可以关闭以防回流水经控制堰14发生短路回流。

回洗过程可包括一个空气洗刷分布系统30水流应用于处理容器11下部之前或同时提供的空气洗刷器。回洗水用自启动虹吸器26回收并排到下水道里，如箭头所示。 

回洗水在处理容器11流化床的过滤床23及24下面维持一定的速度。剧烈的洗刷动作可使回洗流中被媒介筛网29截取的媒介颗粒固定到过滤床23上。 

过一段时间后，在充气及回洗的作用下过滤床23可能发生物理降解。脱落颗粒过滤材料的颗粒与回洗水一起冲出系统。这样的颗粒过滤材料损失需要加以补充，例如作为年度例维护的一部分工作。 

系统10运行时，启动供给泵21将废水引入处理容器11。如果还未运行，向空气扩散器29供应空气的充气空气泵28通常用一个浮子开关(未显示)来启动。中水向下渗过循环过滤床23和静态过滤床24中颗粒材料，然后收集于充气室25内。 

当废水储存池12内处于最低水平时，低水位开关使供给泵21和充气空气泵28关闭。处理容器供给泵21和充气空气泵28也可由处理后水储存池13中的高水位开关关闭。 

废水处理过程的一些实施方案中尤其是家庭应用时，占所处理水体积约1％的回洗体积是可行的，预计总体上该体积低于约5％。图3所示为经过一段时间后循环床与正常静态床的压头损失比较。循环床中的压头损失称为“分布式压头损失”，显著低于正常的压头损失曲线。分布式系统的压头损失在过滤器使用寿命到期之前不会上升。更低的压头条件使使用寿命更长，过滤速度更快。 

废水处理过程的实施方案将参照下列实施例加以描述。 

实施例1 

说明 

GWM中水处理系统单元为原型模型。中水流从浴缸、沐浴、洗手盆及洗衣机收集。 

流入速度 

300-750L/天 

流入中水特征 

中水的特征由家庭清洁及个人护理所用产品的特性确定。对所用及排入原型单元的产品(如无磷洗液)加以选择以确保获得最佳操作和处理条件。 

处理速度 

40～50L/小时 

通气负载 

0.3m/小时～0.5m/小时(注：m/小时＝m³/m²/小时，单位时间(小时)单位处理容器面积(m²)的气体体积(m³)) 

洗刷负载 

30m/小时～60m/小时(注：m/小时＝m³/m²/小时) 

处理容器大小及媒介深度 

处理容器直径＝200mm 

处理容器高度＝2000mm 

GAC深度＝0.7 

沙子：0.3 

媒介类型 

GAC有效尺寸0.7～1mm 

GAC均匀系数＜1.6 

沙子有效尺寸1mm 

沙子均匀系数＜1.5 

处理后水的特征 

得自17份样品的结果表明所有观察的参数均有明显下降。 

-平均BOD从42.6mg/L降低到11.4mg/L，表明处理容器内发生了大量的物理和生物过滤。 

-脱氮作用使氮减少了60％以上，从4.4mg/L下降到了1.6mg/L。 

-99％的流入中水里均发现低浓度的磷，得到的流出液磷的水平降到不可检测的水平以下。 

-悬浮颗粒结果显示，75％的流出液中所含固体在可检测浓度之下。 

-流入液观察到的病原体材料平均浓度为50,000(CFU/100ml)，而流出液则下降到115(CFU/100ml)，其中CFU＝集落形成单位。GWM处理后的中水特征 

实施例2 

说明 

研发家庭中水处理系统(DGTS)用于获得来自NSW卫生部门的鉴定。DGTS建在寄宿学校里，接收来自超过20名寄宿生沐浴、洗手盆及洗衣机的流水。 

流入速度 

500～5000L/天 

流入中水的特征 

由于寄宿生使用大量个人护理产品及洗衣机去污剂，对中水的特征未进行更多的控制。 

处理速度 

40～60L/小时 

通气负载 

0.3m/小时～0.5m/小时 

洗刷负载 

30m/小时～60m/小时 

处理容器大小及媒介深度 

处理容器直径＝250mm 

处理容器高度＝2100mm 

GAC深度＝0.95m 

沙子深度：0.35m 

媒介类型 

GAC有效尺寸0.7～1mm 

GAC均匀系数＜1.6 

沙子有效尺寸1mm 

沙子均匀系数＜1.5 

处理后水的特征 

从新处理系统所得数据非常有限，但是初步结果显示SS及BOD分别为90％和95％以上。而且病原体进一步减少，从超过5百万CFU/100ml下降到检测限以下。 

两个系统通用的处理过程 

处理容器中发生的大量过程改进了原始中水的质量。 

1.双层媒介过滤。 

GAC层及沙子媒介层均发生了物理过滤。与普通的静态过滤床不同，颗粒从空气扩散器释放出来的汽泡运动，使GAC媒介在整个床的深度内进行缓慢的再分布。媒介的再分布使收集到的材料在扩散到GAC床的整个深度，从而延长了过滤器的使用时间(注：回洗之间运行时间的过滤器使用时间)。 

空气扩散器的位置(位于两个媒介之间)确保只有GAC介质“循环”，而沙子媒介保持静止，使得SS更小的碎片得以清除。 

2.GAC吸附 

GAC吸附指分子或颗粒与GAC表面结合。这与填充固体孔隙的吸附不同。这种结合通常弱而可逆。所选GAC有极性孔，表面积大，可以高强度地处理流入中水。 

3.生物过滤(BF) 

Bf是泛义术语，描述用细菌及微生物(生物体)群去除水中化合物的过程。实际上它并不是过滤，而是水与益生生物体混合，所述生物体将化合物从一种状态转化为另一种状态，从而改善水的质量。此生物体通常在GAC表面区域上形成。生物体以中水中的有机污染物(肥皂、香波等)为食物来源。低流速或污染物浓度低时，生物体以吸附到碳上的材料作为食物供给，从而使柱(column)得以自然地再生。 

基于中水强度的参数变化 

处理容器参数改变使得可以处理不同强度的中水。 

例如，低强度中水需要更少的通气及更低浓度的GAC。提高这些参数将使该单元可以处理强度高得多的中水。 

参数范围 

使用GWM及DGTS系统的不同中水强度的参数可介于下列范围： 

处理容器直径：150～300mm 

处理容器高度：1500～3500mm 

GAC深度：0.7-2.5 

沙子深度：0.3-0.75 

换气负载：0.3m/小时～0.5m/小时 

洗刷负载：30m/小时～60m/小时 

系统10以对流及过滤床循环的单级运行方式运行。这种设置可以提供增强的硝化作用，因为循环过滤床确实可以受到更少的阻碍，流出液不会漏经过滤床或形成短路。而且，污水中的去污剂及沐浴中肥皂和去污剂的使用可使废水的碱度显著升高。当使用这种处理后的水灌溉时，一段时间后这种碱性会降低植物对土壤中微量养分的利用度，导致植物应激及/或死亡。处理中水的硝化为纠正这种碱性提供了一种方法，因为生成了作为硝化反应一部分的氢离子。所示实施方案中，所述系统，回洗之间的间隔可以更久。这样可以帮助生物体中硝化菌缓慢的发育，增强柱的硝化潜能。在另一个废水处理方法的实施方案中，选择适当的清洁剂使用时可以产生从pH上来说基本中性的水。 

另外，回洗水从床的表面排出，而产品水从床的下部排出。这样即使是回洗水在离开床表面时是脏的也不会影响到产品水。当系统恢复服务时回洗水中存在的污染物可在到达产品水之前收集于过滤媒介内。这样系统在回洗时实际上需要更少的水，使系统可以更短的时间内恢复服务，从而提高系统的综合效率。 

尽管系统10是具体参照家庭使用环境中水处理而描述的，无需置疑所述方法可应用其他废水处理应用，如废水的大规模商业处理。在所示实施方案中，系统10适于安装户外房子的屋檐下。此外系统也可加以变化以安装到房子内、房子旁或房子下其他合适的位置。其他实施方案中，当用于其他用途时废水处理高度可高于上述高度。在进一步的实施方案中，可在处理容器内不同高度的位置放置多个空气扩散器。 

而且，废水处理方法的实施方案可在多住宅复合体中使用，将来自各住宅的中水可在位于或邻近住宅复合体的一个或多个系统内进行  集中处理。 

可以理解的是，本说明中所公开和定义的发明扩展到到文本或附图所述及或明示的两个或多个单个特性的所有可选组合。 

在本发明下文及前面描述中，除非出于表达语言上下文需要或必要的暗示，术语“包含”及其变体采用相容含义，即说明所述特性的存在，但不排除本发明各实施方案中其他特性的存在或加入。 

Claims (47)

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。

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