[发明专利]集成公用系统

说明书

分案申请说明

本申请是申请日为2007年10月8日、申请号为200780037683.6(国际申请号PCT/NZ2007/000297)的、题为“集成公用系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种集成公用系统(utility system)。更具体地，本发明的集成公用系统的目的是，将废水处理的废弃能量循环利用，使其能够与现有供水系统相结合并得到重用。

背景技术

家用或非家用装备需要如电、水、水加热和污水处理之类的公用设施。大多数装备依赖于同网状服务的连接，这些服务无法被所有未来的建筑地点所使用，尤其是远离城市中心的地点。提供这些服务的基础设施无法满足日益增长的需求，也无法继续无限扩张。此外，将这些公用设施提供给偏远地区效率低而成本高。此外，从集中式工厂提供公用服务还可能易受自然灾害和基础设施故障的影响而中断。如果大部分居民都连接到相同的工厂，则对集中式工厂的破坏潜在地对大部分居民具有重大影响。

供电

传统的供电来自集中式的大型发电站，经由传输和分发网络将电力以网状输送至人口中心。电力需求持续增长，要求增加这些资本密集型基础设施的容量。长期规划需求基于估计预测，并且根据在局部级做出的判定来撤销长期规划需求，通常容量增长的动力产生于所述局部级。

此外，满足短期峰值需求水平通常造成较高的边际成本。为了提供发电和传输网络容量的投资确定性，对用户的供电合同正变得更加侧重于固定线路收费而不是可变耗电收费。这种间接的供消关系消除了在用户级提高能量效率的动机。

大部分发电依赖于化石燃料提供的热能，这带来了温室气体排放的后果。对于大型集中式发电，生物燃料一般没有竞争力，且可再生替代物可管理性较差而且较不成熟，因此不能依赖其产生基本负荷的发电量。

现场发电是一种传统替代方式，使用发动机驱动的发电机。典型地，在性能、使用管理方面，这些方式并不成熟，一般作为最后选用的手段。新兴的改进方案如房屋大小的斯特林(Stirling)发动机和燃气涡轮系统(仍采用化石燃料)，如果配置合适，该系统可以向装备提供组合的热和电。此外，这些发电系统都未被设计为与家用水和废水系统进行交互，以对水进行消毒并将水再循环给住户。

针对个人居住区的太阳能和风力发电系统也正变得日益普及，对于强度较低的能量摄取/产生而言，上述系统是可接受的选择方案。然而，使用这些系统，供应的连续性或对需求的满足得不到保证，而且这些系统也无法经济地提供大功率和峰值负荷需求。

废水处理

在大多数城市中心，集中式污水处理相对比较常见，在集中式污水处理中，每个装备连接至排水系统，以将污水传送至大型集中式废水处理厂(WWTP)。利用各种处理过程来处理废水，其中，生物处理(更具体地，活性污泥处理)是最主要的方法。

直到最近，大多数经过处理的污水排放被排放至本地受纳水体或海洋。最近，存在这样一种趋势：将三级处理添加至基本的活性污泥处理，以提高排放质量，并允许通过将排放物地下注入至蓄水层或再循环至水坝(用作饮用水水源)来间接重用排放物。

通常对来自大型集中式WWTP的过剩污泥进行机械脱水，然后将其处置为作为肥料补充掩埋于地下或用于农业使用。在人口高度密集的城区中，作为优选的处置选项，通常将过剩的污泥焚化。目前，多数大型集中式WWTP产生两种对环境有害的排放，即处理后的污水排放和过剩的污泥。废水和污泥处理/处置过程是温室气体(尤其是二氧化碳和甲烷)的非常重要的发生源，施加于地表或掩埋于地下的污泥会随时间产生温室气体。

集中式废水处理较为昂贵，在新城市发展中，安装网状系统正更多地成为一种约束。随着可靠的基于薄膜的处理过程的出现，目前全球存在一种更加分散化的废水处理系统的趋势。

最常见的独家住宅废水处理过程是化粪池系统。该系统不涉及任何机械组件，但需要较大的容器来进行废水的天然生物处理和污泥的保持，典型地约每5天左右将污泥抽出一次，以便在其他地点进行掩埋处置。此后，在法国的排水系统中，典型地将来自化粪池的污水用于地下灌溉，而废水通常最终排放至受纳水体。在世界上的许多地方，这些排放已经导致了对受纳水体的严重环境影响，这些影响主要是由与废水相关的养分所导致的水体的富营养化引起的。