[发明专利]包括用于家庭和花园的处理和回用灰水的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于回收和净化大部分家庭废水的方法和系统。具体而言，提供了一种利用垂直流人工湿地原理的回用灰水的新型系统和方法。

背景技术

随着生活水平提高以及随着世界人口增加，对淡水的需求剧增。世界范围内的可用淡水源非常有限，而且在很多情况下，它们在空间或时间上分布不均。环境问题和水价的飙升促使尽可能多得回用(reuse)家庭废水[Rogers P.：Scientific American 299，August 2008，28-35]。

目前重复利用非饮用水的方法要求安装和维护昂贵且复杂的设备，并且需要大量能量。然而，针对回用家庭用水问题的廉价且技术上简单的方案能显著减轻很多地区的周期性或长期的水短缺问题，并且在国家和全球水平上提供大量的淡水节约。近些年来，灰水已成为家庭节约的目标。灰水(graywater)是除来自厕所的废水之外的家中使用的任何废水，包括洗澡水以及洗衣服和洗碗之后的排放水，其占家庭总消耗量的50～80％；已进行多种尝试以将灰水用于灌溉花园或用于不需要饮用水的其他用途，而不是将其弃置于下水道中。

US 5,106,493描述了一种处理和回用灰水的系统；该系统包括用于水净化的过滤装置和氯化装置、至少两个泵和机电控制装置。后来还描述了用于处理灰水的其他装置和变体，包括专用管道、过滤器、化学品和软件。一部分废水因此能够被回收并且或多或少地被方便地应用，特别是当住宅配有并行的灰水管道时，诸如在US 2008/0175668中所述的那样。然而，复杂且昂贵的管道安装和变化阻挡了很多客户。尽管节水系统具有重要性，但是每月的节约可能看来相当不明显，而且很多人不愿意在未来上投资太多，即使处于较贫穷区域的人们。

已公开了循环垂直流人工湿地(RVFCW)，其包括三层床和位于该床之下的蓄水槽，所述三层床具有覆盖在过滤器上面的带植被的有机质土壤，所述过滤器由凝灰岩或塑料滤料上层和石灰质卵石下层组成。[A.Gross et al，″Recycled Vertical Flow Constructed Wetland(RVFCW)-A Novel Method to Recycle Graywater for Landscape Irrigation in Small Communities and Households″(循环垂直流人工湿地(RVFCW)—一种再生灰水以便在小型社区和家庭中用于景观灌溉的新型方法)，Chemosphere 66，2007，916-923]。

灰水原水直接流入带有有机质土壤的植物根部区域能阻止不良气味和蚊子，并且降低了疾病的人类接触和传播的可能性。灰水经过多孔过滤器向蓄水槽渗漏，进一步阻止气味发展并增强有机物的降解和硝酸化作用。石灰质卵石缓冲了因硝酸化作用和生物降解而产生的酸性。然后当水经过空气落向蓄水槽时其被充气。来自蓄水槽的水被循环回上面的过滤器，以稀释额外量的灰水并减少有机质过载的风险或者对过滤器的其他损害(诸如过量氯化)。因为水不止一次经过过滤器，因此为达到特定水质所需的表面积可被减小。已发现8小时后RVFCW基本上去除了所有的悬浮固体、生物需氧量(BOD)和约80％的化学需氧量。尽管粪便大肠杆菌类在8小时之后从其初始浓度降低了3～4个数量级，但是该水平仍不足以满足当前关于无限制灌溉的法规。

这种RVFCW不能长时间地循环灰水，因为在7～14天的短时间后过滤器会变得被粘土和淤泥阻塞。由此灰水不会被输送经过过滤器，而是在带植被的有机质土壤层之上汇集，从床上向外溢出而不会被净化。因此，这种RVFCW不适合为家庭应用提供可靠且持续的循环水来源。

与这种RVFCW相关的另一缺点是灰水通过穿孔管而被引入位于泥煤与卵石层之间的带植被的有机质土壤，如在Hebrew的类似文章中所述[Water and Irrigation(水与灌溉)，August，2003，No.442，pp.14-21]。随着植物的根部持续生长，根部会阻塞管的穿孔，从而阻止灰水排放至过滤器并造成RVFCW在连续净化灰水时无效。

与这种RVFCW相关的另一缺点是在将灰水引入RVFCW之前的一段时间内将该灰水收集在澄清槽中。除经历迅速的细菌增长之外(这些细菌中的一些可能是致病的)，灰水在澄清槽中停留时会发出讨厌的气味。另外，澄清槽需要定期清洗和处理沉淀的淤泥。

本发明的目的是提供一种用于有效、高效和连续的灰水处理的新型系统，以便用作用于家庭应用的安全且可靠的循环净化水来源。