本發(fā)明涉及一種利用能夠處理灰水和黑水的浸沒式膜用于生物反應(yīng)器型廢水的生物處理的移動(dòng)設(shè)備。其還涉及一種使得重新利用該廢水，或可選地將其排放至自然界中同時(shí)保證保護(hù)環(huán)境成為可能的系統(tǒng)。這種生物處理傳統(tǒng)上使用存在于儲(chǔ)液器中的活化的凈化污泥來完成，待處理的廢水被供應(yīng)在該儲(chǔ)液器中。這些細(xì)菌實(shí)際上消耗有機(jī)污染物，然后膜系統(tǒng)使得能夠執(zhí)行固/液分離，如果適用，可從膜的下游獲得被充分地過濾的濾液以排放。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備受制于非常特別的約束條件，因?yàn)樗仨?)緊湊，即，具有小的體積，2)具有相當(dāng)大的操作自主性，因?yàn)槠湫枰浅Ｉ俚娜藶楦深A(yù)，以及3)鑒于所需的移動(dòng)性，易于運(yùn)輸。

預(yù)期的潛在用途之一是鐵道機(jī)車車輛例如鐵路車輛中的來自火車廁所的廢水的處理。可能有多種其他應(yīng)用，特別是在公共廁所、用于各類活動(dòng)的移動(dòng)式廁所等的領(lǐng)域，以及任何其他形式的運(yùn)輸系統(tǒng)，例如船只、房車(rv)或非集合式公共衛(wèi)生設(shè)備(ncs)、高速公路休息站等，本發(fā)明的特征之一是設(shè)備未連接到公共衛(wèi)生網(wǎng)。

因此，它能夠是移動(dòng)的，如在火車的情況下，并且必須保證在盡可能長的時(shí)間上，幾周和理想地幾個(gè)月內(nèi)，有效地處理來自廢水的污染物，而無需人為干預(yù)。因此，有必要控制細(xì)菌學(xué)過程及其由曝氣-缺氧-厭氧循環(huán)、溫度、ph組成的各種參數(shù)以及過濾和膜堵塞參數(shù)，以確保生物質(zhì)在緊湊性要求所施加的體積條件下的壽命和生長，從而在這方面實(shí)現(xiàn)自主性。

緊湊性旨在允許在維護(hù)階段進(jìn)行簡化的處理，這典型地必須能夠由單個(gè)操作員完成，而且不超過兩個(gè)。為此，該設(shè)備必須具有允許由一個(gè)或兩個(gè)人處理的體積、重量和配置。

為了解決這些問題和下文中將會(huì)描述的其他問題，根據(jù)本發(fā)明的利用膜來處理生物反應(yīng)器廢水的設(shè)備，其傳統(tǒng)地具有用于待處理的廢水的進(jìn)口管和被連接至滲透泵的用于處理和過濾后的水的出口管，其特征在于，其包括容器，內(nèi)部體積在50l和300l之間，并且具有帶兩個(gè)大的垂直側(cè)面的平行六面體外觀，該容器形成儲(chǔ)液器，其中細(xì)菌的濃度在3g/l和30g/l之間變化，被分為由n-1(2≤n≤3)個(gè)垂直的中間間隔墻劃分的n欄，每個(gè)中間垂直間隔墻具有在欄之間的使該欄之間的廢水能夠循環(huán)的上通道和下通道。包括也具有垂直外觀的平行的平面過濾膜的組件的并且呈現(xiàn)1m²和12m²之間的膜表面面積的膜過濾器，也位于該欄中的一個(gè)欄的上部分中，在n＝3時(shí)為中央欄的上部分中，在上通道下面，該膜被連接至收集過濾后的水的下游收集器并且被連接至出口管，滲透泵確保跨膜流量小于亞臨界流量。至少一個(gè)微細(xì)氣泡擴(kuò)散器位于每欄的基部，每個(gè)擴(kuò)散器被連接至確保每個(gè)擴(kuò)散器其中的氣流大于或等于10nm³/h的調(diào)節(jié)電磁閥和泵裝置。

這些幾何和物理化學(xué)特性的組合確保滿足被指定給本發(fā)明設(shè)備的緊湊性和自主性的目標(biāo)。更具體地，在該體積中，通過這種幾何構(gòu)造的使用和適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，例如氣流速率，能夠使生物質(zhì)的最佳氧化作用以及用于其的受控的和穩(wěn)定的環(huán)境的提供成為可能。這些來自于研究和測(cè)試的參數(shù)的開發(fā)，使得所有的引用參數(shù)能夠達(dá)到令人滿意的值，即，能夠長期確保在細(xì)菌媒介的存在和生長的管理上的平衡而不會(huì)損害水力操作的動(dòng)力學(xué)。

因此，在遇到的問題中，應(yīng)當(dāng)注意，在過濾期間，污泥趨于沉積在膜表面上，產(chǎn)生生物膜。有必要確保這不會(huì)變成緊密的“餅”，然后逐漸和越來越多地影響過濾。由此產(chǎn)生的堵塞將大幅度地降低系統(tǒng)的自主性。在本發(fā)明的上下文中做出的所有技術(shù)選擇最終導(dǎo)致通過測(cè)量1)細(xì)菌濃度，2)其對(duì)膜的影響，以及3)該細(xì)菌的氧供應(yīng)，通過管理儲(chǔ)液器中污泥的水力流動(dòng)等來控制過濾過程。

堵塞特別地受限于與膜對(duì)齊的切向流動(dòng)，因?yàn)槠溆伤x擇的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，其中膜表面被放置平行于水力流動(dòng)，并且參與形成這些層流。然后，由擴(kuò)散器發(fā)出的氣流速率使得能夠確保切向速度足以與膜表面一致。

根據(jù)本發(fā)明，由微細(xì)氣泡擴(kuò)散器所放出的氣流在其各自欄中的方向和功能相同，引導(dǎo)兩個(gè)相鄰的欄的擴(kuò)散器相對(duì)于廢水的循環(huán)方向?qū)α⒌毓ぷ?，它們的氣流速率又地被?dú)立地進(jìn)行控制。

實(shí)際上，這相當(dāng)于說，擴(kuò)散器在污泥循環(huán)回路中以相反的方向注入空氣，這使得可以具有能夠組織空氣的循環(huán)速度的系統(tǒng)，使得可以更好地控制氧的傳遞速率，這與細(xì)菌濃度直接相關(guān)。過濾顯然只有在空氣擴(kuò)散器被激活時(shí)才能完成，否則膜會(huì)迅速變臟，反而是由該擴(kuò)散器注入的空氣限制膜堵塞，大氣泡的定期注入還使得可以“疏通(unclog)”膜。然而，有必要在氧氣傳遞的需求和膜的動(dòng)態(tài)撇渣的機(jī)械需求之間找到可接受的折衷，其中氧氣傳遞的需求倡導(dǎo)廢水的低移動(dòng)速度的解決方案，膜的動(dòng)態(tài)撇渣的機(jī)械需求相反地倡導(dǎo)更高的速度。

為了確?？缒ち魉僭趤喤R界流速以下，保證具有跨膜壓的這種流速的均衡性和因此對(duì)水力回路的流變學(xué)的控制，膜被放置為使得，以相同的橫向距離e一方面將膜彼此分開并且另一方面將末端膜與大的側(cè)面或至少一個(gè)中央隔板分開，該膜的垂直側(cè)面位于儲(chǔ)液器的小的側(cè)面附近。該想法不是為廢水的流動(dòng)提供優(yōu)選的路徑，優(yōu)選的路徑必須能夠在相同條件下與膜表面相撞，而不考慮膜的位置，這有助于膜之間的全局流動(dòng)是層流和均勻的。

在實(shí)踐中，上部和下部通道在水力回路中產(chǎn)生壓力損失，其形成儲(chǔ)液器內(nèi)部的至少一個(gè)回路，并且特別地使得可以控制其中的廢水流動(dòng)的速度，其中來自擴(kuò)散器的氣流速率有助于移動(dòng)該水力回路中的污泥。湍流可以在這些位置產(chǎn)生，這在下部是有益的，因?yàn)樗梢员苊鈹U(kuò)散器的許多孔口的變臟，這特別用于校準(zhǔn)氣泡：后者必須不能具有過大的直徑，過大的直徑會(huì)降低氧的傳遞能力。同時(shí)，由于能量損失，這些壓力損失降低了系統(tǒng)的總效率，導(dǎo)致上通道和下通道的精細(xì)校準(zhǔn)。生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)思想之一，其在設(shè)計(jì)的每個(gè)步驟中都能找到，是對(duì)改進(jìn)氧傳遞的不斷關(guān)注，這對(duì)于確保根據(jù)所需目標(biāo)的細(xì)菌媒介的可持續(xù)性至關(guān)重要。在這方面，氣泡的尺寸必須保持盡可能的小，以保證最大可能的特定交換表面，這產(chǎn)生最好的氧的傳遞速率。此外，由相對(duì)的擴(kuò)散設(shè)備控制的氣泡的速度，生物質(zhì)和氣泡之間的接觸次數(shù)被優(yōu)化。

儲(chǔ)液器的幾何形狀以及存在于該儲(chǔ)液器內(nèi)部的部件被設(shè)計(jì)和選擇以改善流動(dòng)的流體動(dòng)力學(xué)，這也使得可以優(yōu)化均勻的氧傳遞并且可以限制膜和擴(kuò)散器的堵塞現(xiàn)象。

實(shí)際上，膜可以是平面超濾膜。被使用的膜表面接近于所算得的理論膜表面，使得滲透流量低于亞臨界流量，例如15lmh。

更具體地，膜能夠由具有過濾外墻和中空的內(nèi)體積的矩形平面板形成，通過一個(gè)系統(tǒng)在靠近其的角處將彼此緊固，該系統(tǒng)維持其的分隔距離e并且包括拉伸每個(gè)膜的設(shè)備。

它們一方面在儲(chǔ)液器的大側(cè)面的對(duì)面被平行取向，另一方面在中間隔墻的對(duì)面被平行取向，或者在具有三欄的結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)中間墻之間被平行取向。通過位于欄的底部的擴(kuò)散器排放的氣泡氧化的液體環(huán)境中的細(xì)菌處理過的在膜之間循環(huán)的廢水流，基本上是層流的。因此，過濾是切向地完成，這使得空氣流的存在是必需的，后者有助于在欄中的污泥的循環(huán)基本上沿著它們的軸線的方向。

該板通過形成墊片的墊圈在每個(gè)角處彼此保持距離，在每個(gè)膜的每個(gè)角中形成的圓孔口與該墊圈的圓形中央開口形成被旋轉(zhuǎn)軸插入其中的通道，后者在該通道中被設(shè)置為具有凸輪。根據(jù)其位置，位于每個(gè)角中的凸輪被要求與位于其他三個(gè)角中的凸輪協(xié)同地，同時(shí)拉伸所有的膜板。

更具體地，在具有兩欄的儲(chǔ)液器的方案中，承載凸輪的軸連接儲(chǔ)液器的兩個(gè)大的側(cè)面，并且其位于不具有膜的欄中的末端具有吸震擋塊。該軸還包括用于將凸輪阻擋在每個(gè)膜的拉伸位置處的裝置。

這些用于阻擋該凸輪的裝置能夠例如由在沒有膜的欄中的靠近中間隔墻的側(cè)面的被放置在軸上的螺母組成。在具有膜過濾器的所述欄的側(cè)面上，凹口軸環(huán)從靠近中間隔墻的該軸徑向地突出，并且被移動(dòng)至與凹口冠部或凹口區(qū)接觸，該凹口冠部或凹口區(qū)通過緊固該螺母被固定至該墻來朝向隔板并與隔板接觸。

一種工具，可以是能夠從外部被致動(dòng)的能夠被插入橫向地穿過軸的孔口的簡單桿件，使得可以旋轉(zhuǎn)該軸以便拉伸膜板。

該膜還被連接至由具有中央孔口的墊片組成的中樞的輪軸，該墊片的中央開口與所述膜的相同形狀的同軸開口形成用于過濾后的液體的排放收集器，該排放收集器具有垂直于膜的外觀，在其末端通過法蘭被關(guān)閉，該法蘭中的一個(gè)法蘭靠在該輪軸的第一端上，另一個(gè)法蘭靠在中間墻的表面上且與該輪軸所靠的表面相對(duì)。該兩個(gè)法蘭相對(duì)彼此被緊固以便可調(diào)節(jié)地壓縮該輪軸。這些墊片，如該系統(tǒng)的被應(yīng)用于膜板的角的墊圈，具有相對(duì)應(yīng)于膜之間的間隔距離的厚度e?？梢曰叵氲?，這個(gè)距離也是兩端膜與面對(duì)它們的墻之間遵循的距離，以避免不利于待處理的廢水的任何流動(dòng)軸線，這將導(dǎo)致非均勻過濾、細(xì)小氣泡聚并成大氣泡、污泥的不均勻循環(huán)速度以及潛在死區(qū)的產(chǎn)生。

用于過濾后的水的吸入管被緊固至抵靠在中間墻的法蘭并且被連接至收集器。該法蘭例如通過螺釘被擰緊，該螺釘?shù)念^部靠在該法蘭中的一個(gè)法蘭上并且該螺釘被擰緊在另一個(gè)法蘭中，這使得可以調(diào)節(jié)該組件的壓縮。

廢水進(jìn)口管實(shí)際上位于儲(chǔ)液器的上部中，在上通道的上方，并且具有小于50mm的內(nèi)直徑。在實(shí)踐中，在水力回路中，生物反應(yīng)器被放置在防止可能損壞過濾膜的異物通過的裝置的下游。該儲(chǔ)液器還包括位于儲(chǔ)液器的下部中的排空管，該排空管的上段穿過頂部穿透儲(chǔ)液器并且具有至少等于20mm的直徑。位于擴(kuò)散器上面的下段，包括具有矩形出口孔的逐漸更平坦的部分，該矩形出口孔具有的表面面積基本上等于上段的表面面積。必須在數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)排空該儲(chǔ)液器，這要求該管具有一定的截面面積。由于下部中受限的空間和確保均勻的水力流動(dòng)，特別是由于大部分的擴(kuò)散器，所以該管的截面必須如上所述在其中進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)一種可能性，膜是具有0.04μm的孔徑或具有對(duì)應(yīng)于分子量150kda的截留分子量(mwco)的超濾膜。它們可以由聚醚砜pes制成。

非常普遍地，本發(fā)明被設(shè)計(jì)來用于約50l至300l的儲(chǔ)存容積：更具體地，在50cm至200cm之間的高度，15cm至40cm的厚度以及與膜的寬度大致相同的寬度(見下文)。

該體積與最初提出的約束條件相匹配，即創(chuàng)建一個(gè)緊湊的移動(dòng)產(chǎn)品，具有高細(xì)菌濃度和數(shù)月的自主性。

本發(fā)明現(xiàn)將參照附圖來進(jìn)行描述，其中：

-圖1是具有兩欄的膜生物反應(yīng)器設(shè)備的儲(chǔ)液器的截面示意圖；

-圖2示出了該儲(chǔ)液器的各部件的透視圖；

-圖3是膜和收集器的拉伸系統(tǒng)的示意性剖視圖；

-圖4是使用這種系統(tǒng)被拉伸的膜的部分前視圖；以及

-圖5非常示意性地示出了具有三欄的儲(chǔ)液器結(jié)構(gòu)。

參考圖1，儲(chǔ)液器(1)通過中間隔墻(4)被橫斷地分為兩欄(2)和(3)。欄側(cè)向地受儲(chǔ)液器(1)的平行于隔墻(4)的大的墻的限制。欄(2)包括由一組彼此保持相同距離e的數(shù)個(gè)平行的膜(6)(實(shí)際上，是約3mm厚的薄板膜)組成的膜過濾器(5)。兩個(gè)末端的膜(6)還一方面與儲(chǔ)液器(1)的外墻保持相同的距離e，另一方面與中間隔墻(4)保持相同的距離e。膜過濾器(5)包括收集器(7)，由膜(6)過濾的水通過形成在收集器(7)中的孔口被排放。這個(gè)收集器(7)被連接至出口管(8)，出口管(8)將過濾后的水帶回至根據(jù)本發(fā)明的廢水處理設(shè)備所屬于的水力回路中，例如用于來自廁所的廢水的在沖水系統(tǒng)的儲(chǔ)液器的上游的回收環(huán)路。為了確保正確的排放過濾后的水，該管(8)出現(xiàn)在滲透泵(未示出)中，該滲透泵使過濾后的水再循環(huán)例如至該沖水系統(tǒng)儲(chǔ)液器，或另一個(gè)后處理設(shè)備，或自然環(huán)境中。

圖1還示出了用于為位于儲(chǔ)液器(1)的兩欄(2,3)的底部中的兩個(gè)擴(kuò)散器(11,12)供應(yīng)空氣的管(9,10)，并且和廢水進(jìn)口管(36)一樣被連接在泵(未示出)的上游。上通道(13)和下通道(14)使得可以確保污泥在儲(chǔ)液器(1)內(nèi)部的環(huán)路中循環(huán)。

除圖1中所示的設(shè)備以外，即擴(kuò)散器(11)和(12)及其空氣供應(yīng)管(9)和(10)，膜過濾器(5)及其吸入管(8)，以及最后的廢水進(jìn)口管(36)，以下圖2中可見的元件也出現(xiàn)在儲(chǔ)液器中：排空管(37)和用于快速連接延長各種前述管的外部管的的板(15)。

為了確保其正確操作，膜過濾器(5)的膜(6)能夠被拉伸，特別地在其表面區(qū)域的任何位置處他們之間保持相同的間隔e，因此確保污泥的最可能均勻的流動(dòng)，而不會(huì)幫助遷移，并且還不會(huì)引入壓力損失。該拉伸設(shè)備位于膜過濾器(5)的每個(gè)角處，并且以凸輪(18)為基礎(chǔ)(具體地參見圖3)。

更具體地說，膜(6)被墊圈(19)分隔，墊圈(19)形成墊片并且圍繞形成軸(20)的凸輪(18)的部分，軸(20)連接儲(chǔ)液器(1)的大的側(cè)面。軸(20)的凸輪部分(18)只需要存在于膜(6)處，特別地如圖3和4中所示的。實(shí)際上，存在于每個(gè)膜(6)的每個(gè)角處的圓孔口與墊圈(19)的圓形開口同軸，一起生成旋轉(zhuǎn)軸(20)處于其中的通道，或更具體地其凸輪(18)，能夠旋轉(zhuǎn)。軸(20)的末端中的一個(gè)包括對(duì)儲(chǔ)液器(1)的墻或大的側(cè)面中的一個(gè)相關(guān)的止動(dòng)點(diǎn)(dogpoint)(21)(未示出)。軸(20)的另一末端包括抵靠儲(chǔ)液器(1)的上墻的吸震擋塊(22)。這個(gè)擋塊(22)特別地用于吸收能夠影響儲(chǔ)液器的沖撞和震動(dòng)，特別地在其被放置在軌道車輛中的實(shí)際條件下時(shí)。

軸(20)還包括橫向孔口(23)，延長的工具可以被插入該橫向孔口(23)中來使軸(20)以拉伸和限制膜過濾器(5)的膜(6)為目的而旋轉(zhuǎn)，如圖4中所示的此時(shí)凸輪形成的部分(18)被彼此分開。

當(dāng)螺母(25)被緊固向中間隔墻(4)時(shí)在軸(20)上移動(dòng)，有助于將與中間隔墻(4)固定在一起的凹口冠部或凹口區(qū)(26)壓抵從軸(20)徑向地突出的凹口軸環(huán)(27)，并因此將該組件限制在膜(6)的拉伸位置中，如通過圖3和4所示的。膜過濾器(5)的膜(6)確實(shí)被拉伸至這里，準(zhǔn)備好被使用。

各個(gè)膜(6)使用位于膜過濾器(5)的四個(gè)角中的墊圈(19)維持距離，如通過圖3所示的，相似的解決方案被重復(fù)用在收集器(7)處。確實(shí)，在這個(gè)位置，收集器(7)也由一系列墊圈型的墊片(28)制成，墊片的中央孔口與形成在各個(gè)膜(6)中的同軸開口一起形成用于膜板(6)中的過濾后的液體的排放收集器(7)(用箭頭符號(hào)表示)。這些墊片(28)具有與墊圈(19)相同的厚度，并且其在膜過濾器內(nèi)部維持鄰近的膜(6)之間的間隔e與角墊圈(19)相同。過濾后的水在收集器(7)中通過形成在膜(6)中的開口的邊沿流動(dòng)。

兩個(gè)法蘭(29,30)阻塞收集器(7)的兩個(gè)末端，并且通過抵在法蘭(29)的凹槽(32)中的螺栓(31)來連接，同時(shí)螺紋端結(jié)合在法蘭(30)的螺紋孔口(33)中。法蘭(30)具有被連接出口管(8)的吸入管(35)，該出口管(8)將過濾后的水輸送向根據(jù)本發(fā)明的具有膜的生物反應(yīng)器處理設(shè)備所屬的水力回路。在這種特定使用場(chǎng)景中，被放置在下游的滲透泵(未示出)能夠處理約90l/h的流量。實(shí)際上，該設(shè)備被指定為每小時(shí)處理15l至20l廢水，相當(dāng)于沖水系統(tǒng)在15次和20次操作之間(每次約0.45l水+0.3l含尿的糞便物和溶解的廁紙)，并且在這方面，該泵因此主要被制成需要的尺寸。在其他使用場(chǎng)景中，部件的體積和尺寸將與待處理的廢水的量相關(guān)。

多次重點(diǎn)都在于，在反應(yīng)器(1)中放置膜過濾器(5)的膜(6)以避免任何對(duì)污泥的有利的途徑，那會(huì)對(duì)整個(gè)過濾過程不利。再一次強(qiáng)調(diào)，在欄的橫向維度中，相同的厚度e一方面被保持在所有的膜(6)之間以及膜(6)和儲(chǔ)液器(1)的外墻之間，另一方被保持在膜(6)和中間隔墻(4)之間。在寬度(未示出)上，即，在膜(6)的側(cè)面上，然而其還適合于確保廢水不能通過有利的通路。這是膜(6)延伸至儲(chǔ)液器(1)的小的側(cè)面附近的原因。

這些膜能夠具有高達(dá)約6m²的表面面積。根據(jù)一種可能性，廢水供應(yīng)管(36)，具有約47mm的內(nèi)徑，在任何情況下小于50mm，出現(xiàn)在儲(chǔ)液器(1)的上部中，優(yōu)選地在污泥的水平面的上方，以產(chǎn)生水力間斷，避免任何虹吸作用的可能。排空管(37)出現(xiàn)在下部中，并且裝備有足夠大的截面來允許快速排空，其上部具有約22mm或更大的直徑，而其位于擴(kuò)散器處并且具有更小的空間的下部，是扁平的且具有例如約24mm×9mm的矩形出口截面。

圖5非常示意性地示出了具有通過隔墻(4,4')分開的三個(gè)鄰近的欄(2,2',3)的儲(chǔ)液器(1)，其中兩個(gè)廢水循環(huán)環(huán)路(通過示出流動(dòng)的方向的箭頭來表示)共處。擴(kuò)散器(11,11',12)被放置在欄(2,2',3)的底部，執(zhí)行與具有兩欄的版本相同的功能。在這種結(jié)構(gòu)中，膜過濾器(未示出)被放置在該兩個(gè)循環(huán)環(huán)路共享的中央欄(3)的上部中。其與具有兩欄的情景完全一樣地工作，欄(2,2',3)之間的循環(huán)通過上通道(13,13')和下通道(14,14')來提供。

然而，所示的結(jié)構(gòu)相對(duì)于本發(fā)明并不是窮盡的，相反地，本發(fā)明涵蓋本領(lǐng)域的技術(shù)人員可獲得的在形狀、材料和結(jié)構(gòu)方面的可替換的實(shí)施例。