分散式源分离污水系统 相关申请的交叉引用
本申请要求于 2008 年 5 月 15 日提交的第 61/053,466 号美国临时专利申请和于 200 年 4 月 7 日提交的第 61/042,820 号美国临时专利申请的优先权， 这两个临时专利申请 的全部内容通过引用包含在本文中。
技术领域
本发明一般地涉及污水系统。更具体地， 本发明涉及分散式污水系统。背景技术 用水管理变得越来越重要， 特别是在世界上的缺水地区， 诸如例如美国的阳光地 带。在这些地区， 水税通常很高， 由此， 存在节约水以及回收水的强烈动机。
此外， 污水的管理和处理也变得越来越重要， 这是由于与之相关的成本、 环境事 务、 和更严格的处置标准。
在没有城市污水系统可用的地区， 可以使用分散式污水系统， 诸如例如化粪池。 这 种化粪池通常具有两个隔间， 其中第一隔间接收废水， 第二隔间将经处理的水输出到过滤 场 ( 还称为排干场或渗漏场 )， 该第二隔间可跨越大的面积， 例如， 对三个卧室的房屋而言， 2 面积为 200 至 300m 。废水中的固体落到第一隔间的底部， 并且浮渣浮至表面。处于第一隔 间与第二隔间之间的分隔装置具有开口， 该开口允许带有浮渣的水从第一隔间流到第二隔 间， 在第二隔间固体可在水中进行附加沉淀。第一隔间和第二隔间中的厌氧菌活动将固体 沉淀物转化为污泥。 第二隔间中存在的液体穿过化粪池的出口行进到过滤场中， 在过滤场， 水中存在的杂质在土壤中分解。
必须定期将化粪池中的污泥清除干净。这通常涉及工程车， 该工程车将化粪池隔 间中的污泥抽出并将其运至城市污水处理设施， 在城市污水处理设施， 污泥被倾卸和处理。
代表性地， 在这种污水处理设施， 污泥与多种污染物以及由也使用城市水处理设 施的行业所产生的化学制品相互混合。这使得污泥成分与这些污染物和化学制品结合， 从 而产生极难消除的有毒物质。通常， 通过昂贵的燃烧过程来消除这类有毒物质。
不同于化粪池系统， 分散式污水系统包括置于接收污水的容器中的旋转式生物接 触器盘 (RBCD)。在这种系统中， 间隔开的盘安装在旋转轴上并部分地浸没在污水中。可由 塑料或任何其它合适材料制成的 RBCD 随着时间推移而积聚细菌。 随着 RBCD 在污水中旋转， 细菌捕获并消化污水中的物质。随着 RBCD 旋转出水并曝露于空气， 曝露于空气促进 RBCD 上所形成的细菌对物质的消化， 这样在 RBCD 上使污物转化为生物质。经处理的污水从容器 输出至过滤场。
在 RBCD 积聚生物质一段时间之后， 生物质脱离 RBCD 并落到容器底部。需要将积 聚在容器底部的生物质定期抽出。
通常， 污水直接到达容器中并在其中溶解。同样， 需要大量 RBCD 以确保对污水进 行充分处理。此外， RBCD 系统通常需要电动机来使轴和盘旋转。电动机必须在持续潮湿的
环境下工作， 因此电动机容易于出现短期和中期故障， 在这些故障情况下， 污水处理系统的 效率急剧下降。
因此， 希望提供一种分散式污水处理， 其允许在源头对固体物质进行分离， 具有操 作可靠性， 具有小的过滤场覆盖区域， 并且产生可重新使用的水。 发明内容
本发明的目的是消除或减小之前污水处理系统的至少一个缺点。
在第一方面， 本发明提供了用于处理污水的设备， 并且该污水包括水和废物品， 该 设备包括壳体和形成在该壳体内的污水接收隔间。 污水接收隔间具有污水流入道以从该污 水流入道接收污水。污水接收隔间具有底部。污水中的废物品中的一些沉到所述底部以形 成固体沉淀物。该设备还包括形成在壳体内的第一处理隔间。第一处理隔间与污水接收隔 间流体连通。第一处理隔间从污水处理隔间接收污水。该设备还包括安装在壳体内的螺旋 推运器， 该螺旋推运器具有第一端和第二端。第一端设置在污水接收隔间的底部。该设备 还包括设置在污水接收隔间外侧并与螺旋推运器的第二端邻近的接收器。 该设备还包括安 装在壳体中的可旋转轴。可旋转轴穿过第一处理隔间延伸。可旋转轴上固定有生物接触器 材料。生物接触器材料设置在第一处理隔间中。该设备还包括形成在壳体内并与第一处理 隔间流体连通的水轮隔间。 水轮可旋转地安装在水轮隔间中并与可旋转轴以及与螺旋推运 器的第二端可操作地连接。该设备还包括可操作地联接至水轮的空气源。空气源使水轮转 动， 并且水轮使可旋转轴旋转， 以使得当可旋转轴旋转时生物接触器材料相继穿过污水并 穿过空气。 生物接触器材料相继穿过污水并穿过空气使微生物形成在生物接触器材料上并 使微生物对污水中存在的废物品的一部分进行消耗， 以产生经处理的水。水轮还使螺旋推 运器旋转。螺旋推运器在旋转时将来自污水接收隔间的底部的固体沉淀物转移至接收器。 该设备还包括流出道， 该流出道与第一处理隔间并与过滤场流体连通， 以将经处理的水输 出至过滤场。
在对结合附图对本发明的具体实施方式所进行的以下描述进行研读之后， 对本领 域技术人员而言， 本发明的其它方面和特征将变得显而易见。 附图说明
现在参照附图并仅通过实施例对本发明的实施方式进行描述， 在附图中 ： 图 1 示出连接至房屋的本发明的设备 ； 图 2 示出本发明的示例性设备的俯视图 ； 图 3 示出图 2 的设备的侧视图 ； 图 4 示出本发明的设备的后侧立体图 ； 图 5 示出图 4 的立体图的放大图 ； 图 6 示出图 4 的设备的侧视立体图 ； 图 7 示出可与图 4 的设备一起使用的一般气动提升泵系统 ； 图 8 示出图 4 的设备的前侧立体图 ； 图 9A 和 9B 示出可与图 4 的设备一起使用的水轮的实施方式 ； 图 10 示出图 9A 和 9B 的水轮的前侧功能性视图 ；图 11 示出图 4 的设备的侧视图 ； 图 12A-12C 示出可与图 4 的设备仪器使用的可旋转轴的实施方式 ； 图 13 示出如何使本发明的设备与房屋集成在一起 ； 图 14 示出如何能够获得通过本发明的方法所取得的固体有机废物 ； 以及 图 15 示出本发明的处理污水的示例性实施方法。具体实施方式
通常， 本发明提供用于在产生污水和废水的地方而非在集中式处理设施对污水和 废水进行处理的系统和方法。 该系统或设备在接收隔间接收污水并且在该接收隔间将固体 从液体中分离。通过螺旋推运器 (auger) 将固体从接收隔间中取出。液体污水流经一系 列处理隔间， 这些处理隔间包括旋转式生物接触器盘 (RBCD)， 以通过这些 RBCD 进行处理。 RBCD 固定至旋转轴。 通过由气流驱动的半浸没式水轮 (quasi-submerged turbine) 为旋转 轴和螺旋推运器提供动力。
图 1 示出房屋 100 的方框示意的俯视图， 其中该房屋 100 的污水系统 ( 未示出 ) 通 过流入道 104 与本发明的污水处理设备 102 的示例性实施方式连接。流出道 106 将经处理 的水从设备 102 输送至过滤场 108， 过滤场 108 还称为精制场。 在为三个卧室的房屋处理污 水的设备 102 的情况下， 过滤场 108 的尺寸对于渗透性土壤而言通常为 10m2。虽然图 1 示 出了房屋 100， 但是本发明的污水处理设备可与一组房屋、 公寓建筑、 小别墅、 餐厅、 商店、 或 产生污水和废水的任何其它合适类型的居住建筑连接。污水处理设备 102 通常位于地下， 流入道 104 也位于地下 ； 但是， 在不背离本发明的范围的情况下， 污水处理设备 102 还可以 完全地或部分地位于地上。作为位于房屋外侧的可替代方案， 例如该设备还可以位于房屋 100 的车库或地下室中。
图 2 示出示例性设备 102 的敞开的俯视图。 图 3 是沿图 2 的线 III-III 取得的侧视 图。参照图 2 和 3， 设备 102 包括壳体 103 和形成于壳体 103 内的污水接收隔间 (SRC)110。 SRC 110 从流入道 104( 污水流入道 ) 接收污水。流入道 104 可以是管或任何其它合适类型 的管道， 诸如例如管子。通常， 溢到 SRC 110 中的污水不但包含溶解在水中的物质， 还包含 未溶解的固体废物品。固体废物品的一些最终沉淀到 SRC110 的底部 112。
图 3 示出位于 SRC 110 的 V 形底部 116 上方的污水水位 114。图 3 还示出倾斜的 螺旋推运器 118( 还可称为阿基米德螺旋 )， 螺旋推运器 118 在其第一端 120 可旋转地固定 至 V 形底部 116。如下文所述， 螺旋推运器的第二端 122 可操作地连接至图 2 所示的水轮 124。这样， 水轮 124 使螺旋推运器 118 旋转， 螺旋推运器 118 将固体物质沉淀物从底部 112 转移至接收器 126。每隔一定时间， 或当需要时， 例如可穿过舱口 ( 未示出 ) 将接收器 126 从设备 102 中移除并在堆肥场倒空。这样可提供堆肥， 而堆肥可用于园艺目的或用于其它 合适的目的。
本领域技术人员可以理解， SRC 110 的底部无需是 V 形。当然， SRC 110 的底部可 以是任何合适的凸形， 固体废物品可在该任何合适的凸形处沉淀。此外， 螺旋推运器 118 的 第一端 120 无需固定至 V 形底部 116。当然， 可以通过任何合适的装置诸如例如将第一端 120 定位在 SRC 110 底部 112 的支架， 将螺旋推运器 118 安装在壳体 103 内。
本领域技术人员可以理解， 将固体废物从污水中分离以在污水处理初期获得液体污物的益处是 ： 其减少了可在污水中溶解的物质的量， 从而简化了液体污物的处理。
设备 102 还包括处理隔间， 污水在处理隔间中被处理。 图 2 示出第一处理隔间 128， 第一处理隔间 128 通过开口 130 与 SRC 110 流体连通。当图 3 所示的污水水位 114 到达开 口 130 的高度时， SRC 110 中存在的污水从 SRC 110 中溢到第一处理隔间中。图 4 是设备 102 的敞开的后侧立体图， 其也示出水位 114 和开口 130。虽然图 2 和 3 所示的设备 102 的 示意图与图 4 所示的有所不同， 但是它们在功能上是等效的。
本领域技术人员可以理解， 本发明的设备可包括任何数量的处理隔间。 例如， 参照 图 2， 设备 102 包括第二处理隔间 132， 第二处理隔间 132 通过第一壁 134 中的一个或多个 开口与第一处理隔间 128 流体连通。设备 102 还包括第三处理隔间 136， 第三处理隔间 136 通过第二壁 138 中的一个或多个开口与第二处理隔间 130 流体连通。
设备 102 包括安装在壳体 103 中的可旋转轴 140。从图 4 可见， 可旋转轴 140 的一 端固定在 V 形槽 141 的底部， V 形槽 141 限定于壁 139 中。旋转轴 140 上固定有由生物接触 器材料制成的一系列盘 142(RBCD)。在第一、 第二和第三处理隔间 (128、 132、 和 136) 中分 别示出 5 个、 4 个、 和 3 个盘 142。实际上， 盘的数量可取决于待由设备 102 进行处理的生物 负荷。 盘可由塑料诸如例如聚乙烯、 聚氯乙烯、 聚苯乙烯、 发泡聚苯乙烯制成， 或由任何其它 合适的材料制成。虽然并未在图 2 中示出， 但是正如下文所描述的那样， 可旋转轴 140 与水 轮 124 可操作地连接， 水轮 124 使可旋转轴 140 旋转。本领域技术人员可以理解， 该可旋转 轴可由任何合适的刚性材料如塑料、 高密度聚乙烯 (HDPE) 等制成。此外， 可旋转轴 140 和 盘 142 可以是中空的并且可漂浮。 如在图 2 和 4 中对于设备 102 所示的那样， 本发明的设备还包括废水接收隔间 (UWRC)146。UWRC 146 通过废水流入道 148 连接至废水循环 ( 未示出 )。废水循环可以包 括， 例如来自家庭浴室和淋浴室、 以及洗衣机的废水。废水循环与使自己的容纳物溢到 SRC 110 中的污水系统不同。通过使 UWRC 146 与 SRC 110 分离， 当 UWRC 146 中的废水溢到设备 102 中时， 避免了污水中存在的固体废物的溶解增加。
如在图 4 中可见， UWRC 146 通过溢流开口 150 与 SRC 110 流体连通， 当过多的污水 充注 SRC 110 时， 污水可通过溢流开口 150 从 SRC110 溢到 UWRC 146 中。溢流开口 150 可 具有防止固体溢到 UWRC 146 中的过滤器 152。 过滤器 152 可以是梳形过滤器或任何其它合 适类型的过滤器， 如筛网过滤器。
图 4 中还示出由壁 139 所限定的一系列开口 154。开口 154 允许 UWRC 146 与第一 处理隔间 128 之间的流体连通。开口 154 可呈任何形状并且可存在任何数量的开口 154。 在图 4 中还示出了废水水位 156。 本领域技术人员可以理解， 废水水位 156 与第一处理隔间 128、 第二处理隔间 132 和第三处理隔间 136 中的水位相同， 因为这些隔间全部都相互流体 连通。此外， 如图 4 所示， 盘 142 仅部分地浸没在水中以使盘能够相继穿过污水以及穿过空 气， 从而使微生物形成在生物接触器材料上并对废水中存在的废物的一部分进行消耗， 进 而产生经处理的水。
图 5 示出 SRC 110 的一个区域的放大图， 图中示出了溢流开口 150、 过滤器 152 和 污水水位 114。还示出了分水器 158， 该分水器 158 从气动提升泵系统接收经处理的水， 其 中将在下文对气动提升泵系统进行描述。由气动提升泵提供至分水器 158 的经处理的水从 孔 160 涌出并到达过滤器组件 162 上， 过滤器组件 162 防止固体从 SRC 100 溢到第一处理
隔间 128 中。虽然孔 160 被示出为位于分水器 158 的顶部， 但是这些孔也可以位于分水器 158 的底部， 或者位于分水器 158 上的任何位置。水从分水器 158 涌出到过滤器组件 162 上 起到将过滤器组件 162 中存在的固体从该过滤器组件 162 清除的作用。此外， 气动提升泵 系统对来自设备 110 的处理隔间之一中的水进行再循环以使其回到 SRC 110 中， 将在下文 对此进行更详细地描述。这实现了对水进行进一步处理。分水器 158 具有开口 164， 工人可 以接近开口 164 以通过用鱼线或任何其它合适的柔性清洁工具对分水器 158 和气动提升泵 系统进行清洁。
过滤器组件 162 被示出为通过支架 166 连接至分水器 158 ； 然而， 本领域技术人员 可以理解， 可通过任何其它合适的方式， 如可通过与壳体的壁和隔板中的任一个连接的支 架， 将过滤器组件安装在壳体 103 中。过滤器组件 162 被示出为包括圆形构件 163， 来自分 水器 158 的水落在该圆形构件 163 上。圆形构件上固定有纤维过滤器 161( 呈梳形布置 )。 落到圆形构件 163 上的水在该圆形构件 163 上流动， 从而在其朝着纤维过滤器向下流动时 散开。这样允许对纤维过滤器 161 进行更加彻底的清洗。纤维过滤器 161 可包括直径为 1mm 的多个纤维， 形成具有 6mm 厚度的梳形过滤器， 并且纤维过滤器 161 可在至少覆盖开口 130 宽度的宽度上展开。圆形构件可以简单地是管道的切下部分。本领域技术人员可以理 解， 在不背离本公开范围的情况下， 可以使用其它任何类型的过滤器组件， 无论其是否与分 水器相连。 本领域技术人员还可以理解， 即使在不存在任何过滤器组件的情况下， 设备也可 以运行。
图 4 和 5 还示出了水流出道 175， 水流出道 175 也连接至气动提升系统， 将在下文 对此进行描述。此外， 在图 4 和 5 中还示出了通风孔 173。通风孔 173 使设备 102 能够通 风。
如图 4 和 5 中所示， 示例性设备 102 的 SRC 110 包括两个分区 168 和 170， 这两个 分区 168 和 170 通过在隔板 174 中限定的开口 172 相连。污水流入道 104 使污水溢到分区 170 中。污水使自身散布在分区 168 与 170 之间。位于分区 168 中存在的污水中的任何固 体废物最终可以沉淀到分区 168 的倾斜底部， 并从此处朝着分区 170 下滑， 在分区 170， 该固 体废物可沉淀至底部 112。
如图 2 所示， 设备 102 包括沉淀隔间 144， 沉淀隔间 144 与第三处理隔间 136 流体 连通。沉淀隔间 144 不具有盘 142 并且允许仍存在沉淀隔间中的污水 / 经处理的水中的沉 淀物沉淀于沉淀隔间 144 的底部。沉淀隔间 144 通过管道 123 与蓄水池 145 流体连通。可 将泵组件 ( 未示出 ) 连接至蓄水池 145， 以使用户能够将蓄水池 145 中存在的经处理的水用 于任何合适的目的， 诸如例如浇灌草坪或园艺布置。
图 6 示出设备 102 的敞开的侧视立体图。从图 6 中可见， 第三处理隔间 136 容纳 过滤介质 180， 过滤介质 180 包括漂浮的材料片。该材料可与制成盘 142 的材料 ( 例如密 度比水轻的 HDPE) 相同。虽然并未在图 6 中示出， 但是第三处理隔间配备有位于过滤介质 180 下方的空气扩散器。空气扩散器将空气中存在的氧气流供应至第三处理隔间 136。主 要通过盘在第三处理隔间 136 中旋转来实现对过滤介质的搅动。与过滤介质 180 的存在、 氧气的存在以及对过滤介质的搅动相结合， 第三处理隔间 136 中存在且处于处理的前面阶 段中的水允许在第三处理隔间 136 中连续发生硝化。
对过滤介质 180 的搅动确保积聚在过滤介质部件上的物质脱离， 以使处理过程得以连续 ( 再生 )。在使用过滤介质的现有技术的处理系统中， 对过滤介质的氧供应必须足 够高以允许对过滤介质的搅动。在本发明的设备中， 旋转盘 142 在第三处理隔间中的存在 也导致对过滤介质 180 的搅动， 这样相对于使用过滤介质的现有技术的系统， 减少了所需 的氧供应。虽未在图中示出， 但是小翼片可被添加到第三处理隔间的盘 142 上以提供附加 的水搅动。对过滤介质 180 片的搅动允许积聚在所述过滤介质片上的微生物和物质 ( 生物 质 ) 从该过滤介质片上脱离并沉淀到设备 102 的底部。
本领域技术人员可以理解， 一旦第三处理隔间 136 中存在的经处理的水发生硝 化， 那么通过将所述经处理的水转移 ( 例如， 通过使用气动提升泵 ) 至 SRC 110 以在第一处 理隔间 128 中进行后续处理， 可以使第三处理隔间 136 或处于第三处理隔间 136 下游的任 何隔间 ( 例如， 沉淀隔间 144) 中的经处理的水产生反硝化。本领域技术人员还可以理解， 正是具体的有机物质在第一处理隔间中的存在可以允许反硝化发生。
如之前有关图 5 所提到的那样， 气动提升泵可用于设备 102 中。在设备 102 中， 气 动提升泵用于将经处理的水从处理隔间和 / 或沉淀隔间的任何一个输送至 SRC 110。图 7 示出可在设备 102 中使用的气动提升泵的一般实施例。
图 7 的气动提升泵包括管道 200， 管道 200 可设置在处理隔间 128、 132 和 136 中 任一个中和 / 或设置在沉淀隔间 144 中。管道 200 的底部部分 202 被设置为与设备 102 的 底部邻近。气泵 204 通过管子 206 连接至底部部分 202。气泵 204 将空气泵送至底部部分 202 以使气泡形成在底部区域 202 中存在的污水 / 经处理的水中。 这些气泡减小了管道 200 中存在的污水 / 经处理的水的密度， 这样使所述污水 / 经处理的水的水位升高至如图 4 所 示的废水水位 156( 污水 / 经处理的水的水位 ) 之上。管道 208 连接至管道 200。管道 208 朝向 SRC 110 倾斜并且具有输出端 210。当污水 / 废水的水位升高至管道 208 与管道 200 的连接水位 212 时， 管道 200 中的污水 / 废水进入管道 208 并向输出端 210 输送。管道 200 具有另一端部 230， 该另一端部 230 可与接近管道连接以允许对管道 200 进行清洁。 可替换 地， 可对端部 230 加盖或使其敞开。
通过将图 5 与图 7 对比， 本领域技术人员可以理解， 图 5 中所示的水流出道 175 与 管道 208 的输出端 210 相对应。此外， 图 4 示出管道的底部部分 216 置于第二处理隔间 132 中， 底部部分 216 与设备 102 的底部 218 邻近。如在图 4 中所示， 底部 218 可以呈槽形， 以 允许沉淀物积聚在槽的底部。本领域技术人员可以理解， 在图 4 的情况下， 底部 216 对应于 图 7 所示的管道 200 的底部 202。如之前所述， 分水器 158 和水流出道 175 都与气动提升泵 系统连接。它们可与同一气动提升泵系统连接或与不同的气动提升泵系统连接。在后一种 情况下， 单个的泵可用于两个气动提升泵系统， 或者每个气动提升泵系统可以具有其自己 的泵。在不背离本发明的范围的情况下， 可以是膜片泵或任何其它合适类型气泵的气泵可 位于设备的壳体 103 内侧或该壳体外侧。通过使用气动提升泵系统， 可将沉淀在处理隔间 和 / 或沉淀隔间底部的沉淀物定期泵送至 SRC 110。这克服了使淤泥泵送车来为设备 102 提供服务的需要。
图 6 示出与气动提升泵系统 ( 未示出 ) 连接的第一接近管道 250， 气动提升泵系 统将来自沉淀隔间 144 的水泵送至图 5 的分水器 158。图 6 还示出与另一气动提升泵系统 ( 未示出 ) 连接的第二接近管道 253， 该另一气动提升泵系统将来自第二处理隔间的水泵送 至图 5 的水流出道 175。可将柔性清洁工具引入接近管道 250 和 252 中， 以对这两个管道各自的气动提升泵系统的管道进行清洁。图 6 还示出水轮 124， 水轮 124 设置在位于壁 256 与 258 之间的水轮隔间 254 中。
图 8 示出设备 102 的敞开的、 剖切的立体图。壁 256 未被示出以允许更好地观察 水轮 124 以及其与螺旋推运器 118 和旋转轴 140 的连接。水轮 124 被示出为处于敞开状态 以对水轮腔室 300 进行观察 ； 然而， 这些腔室由盘形壁封盖， 下面将对此进行进一步描述。 水轮安装于壁 256( 未示出 ) 和 258 并处于半完全浸没的水位。连接至空气源 ( 例如， 泵) 的空气管道 265 输送为水轮 124 提供动力的空气。
水轮 124 与固定至壁 256( 在图 6 中示出 ) 和 258 的链轮组件 260 连接。第一链 262 使水轮 124 连接至链轮组件 260。第一链 262 与安装在水轮 124 的毂 264 上的链轮 ( 未 示出 ) 以及链轮组件 260 的链轮 266 接合。链轮组件 260 通过第二链 268 连接至螺旋推运 器 118， 第二链 268 与齿轮组件 260 的链轮 ( 未示出 ) 以及螺旋推运器 118 的链轮 270 接 合。虽未示出， 但是螺旋推运器 118 的第二端 122 可旋转地安装在壳体 103 中。链轮组件 260 还通过第三链 272 连接至可旋转轴 140， 第三链 272 与链轮组件 260 的链轮 274 以及安 装在可旋转轴 140 上的链轮 276 固定。
随着水轮 124 旋转， 链轮和链系统使螺旋推运器 118 转动以将固体沉淀物从 SRC 110 的底部 112 转移至接收器 126 中。此外， 随着水轮 124 旋转， 链轮和链系统使可旋转轴 140 转动以使盘 142 相继穿过污水和空气， 从而使微生物形成在盘 142 上并消耗污水中存在 的废物品。 本领域技术人员可以理解， 使水轮 124 与螺旋推运器 118 互连以及使水轮 124 与 可旋转轴 140 互连的链轮的尺寸比决定了螺旋推运器 118 和可旋转轴相对于水轮 124 转速 的转速。通常， 水轮 124 可以以 0.3 转每分钟 (rpm) 旋转， 螺旋推运器 118 可以以 0.1rpm 旋转， 可旋转轴 140 可以以 1.3rpm 旋转。本领域技术人员可以理解， 可以基于多种因素使 用任何其它合适的转速， 这些因素例如包括待由设备 102 进行处理的生物负荷和盘 142 的 表面积。
本领域技术人员可以理解， 可通过任何其它合适的装置如通过皮带和滑轮而不是 链和链轮， 使水轮 124 与螺旋推运器 118 和可旋转轴 140 可操作地联接。
虽然在图 8 中并未示出， 但是水轮隔间可通过位于水位 176 以下并限定在壁 256 中的开口与沉淀隔间 144 流体连通。 在这种情况下， 所述开口可处于壁 258 的底部区域。 此 外， 可将水轮隔间 254 的底部建造为朝向沉淀隔间 144 倾斜， 以允许积聚在水轮隔间 254 中 的任何沉淀物从水轮隔间 254 滑出并进入沉淀隔间 144， 在沉淀隔间 144， 可以使用气动提 升泵系统以将这些沉淀物转移至 SRC 100。可替换地， 水轮隔间 254 可容纳不与沉淀隔间 144 的水体连通的水体。此外， 如在图 8 中所示， 可在壁 258 的开口中设有风扇 278 从而为 设备 102 提供附加的通风。
可通过衬套组件 ( 未示出 ) 将可旋转轴固定就位在第一 139( 图 4) 处以及壁 258 处。还可通过类似装置将可旋转轴固定就位在限定处理 / 沉淀隔间的任何壁。可旋转轴 140 可以是漂浮的 ( 浮动的 ) 可旋转轴， 下面将对此进行描述。 将在下面对这种浮动的可旋 转轴进行描述。通过使用具有正确选择直径的漂浮的 ( 浮动的 ) 轴， 可以省去在各处理隔 间使用中间支撑点以及相对应的衬套。通过使用浮动的轴， 可将绝大多数摩擦基本上限制 在轴 / 盘与水之间的接触区域。轴 / 盘上的竖直载荷直接传递至水。浮动的轴避免了对轴
承和衬套的需求， 这样可极大地简化设备 102 的长期维护。为了增加轴 / 盘的浮力， 可以将 盘挖空。
图 9A 和 9B 分别示出水轮 124 的立体图和敞开的侧视图。水轮 124 具有一对间隔 开的盘形壁 298。在盘形壁 298 之间形成有多个第一隔板 302， 并且第一隔板 302 中每一个 从毂 264 起朝向盘形壁 298 的外周 304 径向向外延伸。对于所有成对相邻近的第一隔板而 言， 邻近的第一隔板 302 之间的角度可基本相等。盘形壁 298 和第一隔板 302 限定水轮 124 的腔室 300。
水轮 124 具有与盘形壁 298 以及各自的第一隔板 302 连接的第二隔板 306。第二 隔板 309 中每一个与第一隔板 302 处于 90°的角度。但是， 该角度可以大于或小于 90°。 在任何情况下， 该角度都应小于 180°。
水轮 124 还具有与盘形壁 298 和各自的第二隔板 306 连接的第三隔板 308。第三 隔板 308 中每一个与第一隔板 302 相对于彼此的角度小于 90°。此外， 第三隔板 308 中每 一个从其各自的第二隔板 306 起并在邻近的第二隔板 306 上方延伸。这样限定了使水轮 124 的外侧与各自腔室 300 连接的通道 310。虽然第三隔板与第一隔板之间的角度在图 9B 中被示出为小于 90°， 但是 90°或大于 90°的角度也是可行的。 图 10 示出了操作中的水轮 124 的敞开的侧视图。水轮 124 半浸没在存在于水轮 隔间 254 中的水中。但是， 在不背离本公开范围的情况下， 水轮 124 可以完全地浸没或部分 地浸没。位于水轮 124 下方的空气源 ( 图 8 中的参考标号 265) 产生穿过通道 310 进入腔 室 300 的空气。这使水从接收空气的腔室 300 中挤出。空气进入腔室 300 中使水轮 124 获 得扭矩并使水轮 124 在箭头 312 所示的方向上转动。
本领域技术人员可以理解， 第三隔板 308 在邻近的第二隔板 306 上方延伸确保隔 间 300 将空气保持于其中， 直到对应的通道 310 向上转动以允许水进入腔室。空气留在腔 室 300 中越久， 水轮 124 所获得的扭矩就越大。
通道 310 相对于腔室 300 的较小尺寸导致当水进入水轮以充注腔室 300 时， 水快 速且持久地流过通道 310。这种快速且持久的水流防止沉淀物在通道 310 中以及腔室 300 中过度堆积。
图 11 示出示例性设备 102 的另一敞开的侧视图。空气管道 400 可在一端与在图 8 中所示的风扇 278 连接。管道 400 的另一端与悬在接收器 126 上方的可移动隔板 410 中 的开口连接， 该接收器 126 可以是标准的回收或堆肥接收器。 图 11 还示出接近面板 401， 在 该接近面板 401 后面可存放将经处理的水从蓄水池 145 泵出的电气泵送系统。
图 12A-12C 示出固定有盘 142 的漂浮的可旋转轴 (BRS)500。在不背离本公开范 围的情况下， 可以使用 BRS 500 以替代可旋转轴 140。BRS 500 和盘 142 可以由高密度聚乙 烯 (HDPE) 制成或由任何其它合适的材料制成。 BRS 500 包括用于将 BRS 500 可滑动地固定 在设备 102 内的板 502 和 504， 还包括主体 506 和用于与图 8 的链 272 联接的链轮 508。图 12A 示出与主体 506 分离的盘 502 和 504 ； 图 12B 示出固定于主体 506 的板 502 和 504 ； 图 12C 示出沿线 XIIC-XIIC 取得的图 12B 的截面图。在图 12C 中所示的内部 510 是中空的。 此外， 盘 142 也可以是中空的。例如， 制造这种中空盘可以包括以两个完全的 0.25 英寸厚 的盘开始。随后， 在每个盘中形成约 0.125 英寸深的凹陷 ( 通过机械加工或其它任何合适 的工艺 )。 然后， 在两个盘的凹陷彼此相对的情况下使这两个盘靠近并粘合。 这样产生厚度
为 0.5 英寸的中空盘。
参照图 4， 在使用 BRS 500 替代可旋转轴 140 的情况下， 可以用竖直槽孔替代壁 139 中的 V 形槽 140。第一板 500 可位于 UWRC 146 中并与 BRS 500 的主体 506 连接。这样 可使 BRS 500 相对于壁 139 进行竖直滑动接合。参照图 8， 壁 258 在这种情况下还可包括槽 孔， 板 504 可位于水轮隔间 254 中并与 BRS 500 的主体 506 连接。这样可使 BRS 500 相对 于壁 258 进行竖直滑动接合。由此， BRS 500 可以有效地漂浮在废水中并可允许竖直运动 以适应废水水位 176 的波动， 或因沉淀物在盘 142 上积聚所产生的 BRS 500/ 盘 142 的重量 的波动。可将链和链轮组件组装起来， 以使得链 272 中存在充足的垂度。可替换地， 任何合 适的链张紧装置都可以与链 272 一起使用。
本领域技术人员可以理解， 板 502 和 504 可以通过任何合适的装置诸如例如通过 板和主体上的互补纹路 (tread)、 通过紧固件、 通过卡扣等固定至主体 506。
图 13 示出与房屋 100 连接的示例性设备 102 的概览图。房屋 100 可具有如由井 供应 ( 未示出 ) 的供水系统 600， 以及外部供水系统 602， 例如市政供水系统。浴室 / 淋浴 室 604 和亚麻洗衣机 (linen washer)606 的输出可与设备 102 的 UWRC 146 连接。卫生间 608、 浴室水槽 610、 洗碗机 612、 厨房水槽 614、 和垃圾粉碎机 616 的输出全部都可与设备 102 的 SRC 110 连接。房屋 100 被示出为具有通风孔 618。专用通风孔 620 也可以连接至 设备 102。接收器 126 被示出为位于设备 102 的外侧， 以指示该接收器 126 的内容物可被倾 倒至堆肥场。接收器 126 通常容纳来自洗手间 608 和水槽 610 和 614 的未溶解固体， 还容 纳来自垃圾粉碎机的经粉碎的厨馀。此外， 本领域技术人员可以理解， 接收器 126 可容纳通 过设备 102 接收的固体废物的好气分解 (aerobicdecomposition) 过程而得到的矿化物质， 还可容纳从在设备 102 接收的固体废物好气分解过程而得到的物质。如箭头 622 所示， 设 备 102 将经处理的水输出至精制场。
图 14 示出对从设备 102 获得的有机物质进行循环的示例性方法。在步骤 700， 将 接收器 126 从设备 102 中取出并在步骤 702 将该接收器 126 曝露于阳光。用空的接收器取 代从设备中取出的那个接收器。在夏季将接收器 126 曝露于阳光允许通过干燥毁灭病原 体。在步骤 704， 将接收器 126 的内容物倒出， 并将其以任何合适的比例与土壤混合。一旦 确定该混合物是安全的， 则可将其直接用作观赏园艺的肥料。 在一段时期例如一年后， 可将 土壤 / 有机物质混合物在收获作物时用作肥料。 在步骤 706， 当安装在设备中的接收器被拆 除以进行步骤 702、 704、 和 706 时， 可将已清空的接收器 126 返回设备 102。
图 15 示出本发明的处理污水的示例性方法。在步骤 900， 在污水接收隔间 (SRC) 接收污水。在步骤 902， 将污水中存在的固体从污水中分离。因此， 产生固体和液体污水。 本领域技术人员可以理解， 液体污水中仍然可能包含固体 ； 然而， 这些固体的量比最初被接 收在 SRC 中的固体多。在步骤 904， 将固体从 SRC 向接收器转移， 并且在步骤 906， 将固体从 接收器中取出。
在步骤 908， 将液体污水提供至第一处理隔间以通过 RBCD 进行处理。在步骤 910， 通过 RBCD 将液体污水提供至第二处理隔间。在步骤 912， 将来自第二处理隔间的液体污水 ( 还简称为污水或经处理的水 ) 提供至 SRC。步骤 912 可以以任何时间量且在一天中以任 何次数进行 ( 例如， 一天 4 次， 每次 30 分钟 )。
在步骤 914， 将液体污水提供至第三处理隔间以通过 RBCD 且可选地通过过滤介质( 可称为悬浮滤床处理 (fluidized filter treatment)) 进行处理。在步骤 916， 将液体污 水提供至沉淀隔间。在步骤 918， 将来自沉淀隔间的液体污水提供至 SRC。步骤 918 可以以 任何时间量且在一天中以任意次数进行 ( 例如， 一天 4 次， 每次 30 分钟 )。可以在同一气泵 提供动力的情况下同时进行步骤 912 和 918。
最后， 在步骤 920， 将此时成为相对比较清洁的经处理的水的液体污水输出至过滤 场， 在过滤场， 仍存在于液体污水中的任何物质都可以分解。
本领域技术人员可以理解， 设备 102 可以配备有警报系统， 警报系统可以用信号 告知链的损坏或泵的故障。可将警报发送至设备 102 的服务供应商。当探测到警报时， 服 务供应商可以进行所需的维护。即使因任何原因链故障和 / 或可旋转轴停止转动， 第三处 理隔间中的介质也仍将对水进行处理。 这是有利的， 原因在于， 该设备的用户不太可能得不 到污水处理功能。如上所述， 第三处理隔间中的盘 142 可配备有翼片以增加水的搅动。其 它处理隔间中的盘 142 也可配备有这种翼片。
例如在图 6 中所示的示例性设备 102 中， 第一处理隔间 128 通过位于壁 134( 图 2) 的底部区域中的开口 ( 未示出 ) 连接至第二处理隔间。由此， 污水从开口 130 处一般地向 下流动直至第二处理隔间， 其中污水从 SRC 110 起并穿过开口 130 被接收。这种向下流动 可有利于固体物质在第一处理隔间与第二处理隔间之间的结合部附近积聚。由此， 安装在 该结合部处的气动提升泵系统将有助于使固体物质再循环回到 SRC 110。
此外， 在设备 102 中， 第二处理隔间 132 通过壁 138 中的槽孔 800( 在图 6 的实施 例中仅示出一个 ) 连接至第三处理隔间 136。这使污水从位于壁 134 底部区域的开口朝向 槽孔 800 一般地向上流动。
此外， 在设备 102 中， 第三处理隔间 134 通过位于壁 804 底部的开口 802 连接至沉 淀隔间 144。由此， 污水从槽孔 800 处一般地向下流动直至沉淀隔间。这种向下流动可有利 于固体物质在第三处理隔间与沉淀隔间之间的结合部附近积聚。由此， 安装在该结合部处 的气动提升泵系统将有助于使固体物质再循环回 SRC 110。
虽然图中并未示出， 但是本发明的设备可设有一个或多个舱口盖。本公开的设备 可具有任何合适的尺寸， 并具有任合合适数量的处理隔间以及任合合适数量的盘。盘和 / 或处理隔间的尺寸、 数量通常由与设备连接的房屋 / 建筑、 或房屋 / 建筑群的居住情况来决 定。对于三个卧室的房屋而言， 设备可具有 7 英尺 ( 约 2.1m) 的长度、 3.5 英尺 ( 约 1.05m) 的宽度、 和 5.6 英尺 ( 约 1.68m) 的高度。用于该设备的精制场 ( 过滤场 ) 的尺寸可约为 2 10m 。盘 142(RBCD) 的直径可约为 2.6 英尺 ( 约 78cm)。盘之间的间隔可为 3/4 英寸 ( 约 20mm)。水轮的直径可约为 34 英寸 ( 约 70cm)， 并且水轮可为 6 英寸 ( 约 15cm) 厚。
本公开的设备的壳体可由任何合适的材料如混凝土、 铝、 玻璃纤维、 塑料 ( 例如， 聚丙烯、 聚乙烯、 聚碳酸酯、 HDPE 等 )、 和塑料 / 树脂混合物制成。 在制造设备中的多个隔间、 可旋转轴、 盘、 水轮等中所使用的材料可由上述塑料制成或由任何其它合适的材料制成。 可 以通过任何合适的装置如环氧树脂紧固件等将设备的构件相互固定。此外， 本公开的设备 可由待通过任何合适的工艺组装起来的模制部件制成。 这些模制部件可通过注模或任何其 它合适的模制工艺制成。
本领域技术人员可以理解， 虽然被示出为具有 UWRC 146、 蓄水池 145、 过滤介质 180、 和气动提升泵系统， 但是本发明的设备可在不具有这些的情况下工作。 此外， 在不背离本公开范围的情况下， 本发明的设备可在污水从一个处理隔间向另一处理隔间进行任何合 适的流动 ( 向下、 向上或其它 ) 的情况下工作。
出于解释的目的， 在之前的描述中记载了了大量细节以提供对本发明实施方式的 彻底理解。但是， 对本领域技术人员显而易见的是， 这些特定的细节并非实施本发明所需 的。
如上所述， 本发明提供了用于不在集中式处理设施处理污水的系统和方法。该系 统或设备在接收隔间接收污水并在接收隔间将固体从液体中分离。 可以通过螺旋推运器将 该固体从接收隔间中取出。液体污水流过一系列容纳 RBCD 的处理隔间以通过这些 RBCD 进 行处理。这些 RBCD 固定至旋转轴。通过由空气驱动的半浸没式水轮来为旋转轴和螺旋推 运器提供动力。有利地， 本公开的设备无需通过工程车进行定期泵送污泥。在设备底部形 成的任何沉淀物而是被泵送回污水接收隔间中一天若干次， 在污水接收隔间， 沉淀物可沉 淀并通过螺旋推运器被移除。
本发明的上述实施方式仅仅作为实施例。在不背离本发明的范围的情况下， 本领 域技术人员可对具体实施方式进行各种改变、 修改和变型， 其中本发明的范围仅由所附权 利要求所限定。