CN102010095A - 小型水力自动生物过滤工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型水力自动生物过滤工艺，该工艺由数个运行周期组成，每个运行周期包括过滤过程和反冲洗过程。其中过滤过程是指首先将待处理原水或水窖水注入小型水力自动生物过滤装置中的原水箱，然后进入虹吸上升管，其次向下流入石英砂柱，并依次通过生物活性炭柱、纳米金属簇柱，进入反冲水箱，最后经溢流管进入出水水箱，即可得到净化水；反冲洗过程是指当虹吸上升管中的待处理原水或水窖水水位上升到虹吸辅助管的管口时，反冲洗水箱中流出的水流依次进入生物活性炭柱与石英砂柱进行反冲洗；当反冲洗水箱的水位下降到虹吸破坏头时，反冲洗结束，恢复过滤过程。本发明操作简单，去除污染物效果显著，适用于我国西北村镇集雨窖水水质的处理。

Description

小型水力自动生物过滤工艺

技术领域

本发明涉及农村饮用水处理技术领域，尤其涉及小型水力自动生物过滤工艺。

背景技术

由于淡水资源的日益紧缺以及农村分散居住地供水成本的提高，雨水资源的收集、利用已越来越受到重视，有效收集和利用雨水是解决缺水地区缺水问题的有效途径，尤其是西北干旱缺水地区的农村，将雨季的降雨储存在水窖的这种供水方式已成为饮用水源的最后一道用水保障。但是，由于储存于水窖中的雨水受到固态废物碎屑(垃圾、动物粪便等)、空气沉降物、化肥、农药、车辆排放物以及其它由人类活动带来的污染。此外，雨水在窖中长期储存，导致水变质、变味，直接饮用会对人畜产生极大危害。调查发现，水中微生物、有机物、总氮等经常超标，色度和浊度较差，超标的污染物主要包括细菌、大肠杆菌、色度、浊度、重金属等；在有机微污染物方面检出了多环芳烃、酞酸酯等。而目前国内大部分的净化器都是针对相对较干净的市政管网给水及作为饮用水水源的江河湖泊水，具体针对集雨水水质，适合西北农村分散式应用的小型集雨水净化工艺还未见报道。

目前，在水处理领域中的生物活性炭技术有很好的去除有机物、氨氮以及色度的效果，在杀菌和控制重金属上效果欠佳，而多元微电解技术几乎对有机物没有去除效果，但在置换水中重金属和杀菌的方面有良好的作用。此外，现有的微污染水处理设备大多数都需要专业人员操作调试，西北农村分散居住地的人员文化水平普遍较低，还不具备操作这样设备的水平，而自动化程度高、操作简易的设备多采用电气自控系统价格昂贵，西北农村人口大多还不具备购买这样设备的条件。

在这个背景下有待研发一种简单易操作、专门针对处理这种特殊微污染水的水处理工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对我国西北村镇集雨窖水水质、操作简单的小型水力自动生物过滤工艺。

为解决上述问题，本发明所述的一种小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：该工艺由数个运行周期组成，每个运行周期包括过滤过程和反冲洗过程；其中

所述过滤过程是指首先将待处理原水或水窖水通过提升泵或重力注入小型水力自动生物过滤装置中的原水箱，然后经U型管通过流量计控制进入虹吸上升管，其次进入所述虹吸上升管的待处理原水或水窖水向下流入石英砂柱，并依次通过生物活性炭柱、纳米金属簇柱，经反冲止回阀、强制反冲阀进入反冲水箱，最后经所述反冲洗水箱的溢流管进入出水水箱，即可得到净化水；

所述反冲洗过程是指当所述虹吸上升管中的待处理原水或水窖水水位上升到虹吸辅助管的管口时，水从所述虹吸辅助管流下，由辅助抽气管和微型水射抽气管将所述虹吸上升管顶部和虹吸下降管管中的空气抽出，所述虹吸下降管将水封盒中的水吸出，所述虹吸上升管中的水位升高至其管顶，最终使得所述虹吸上升管水流与所述虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流，该连续虹吸水流从所述虹吸下降管管口冲出进入所述水封盒；此时，反冲洗水箱中流出的水流通过所述过滤止回阀依次进入所述生物活性炭柱与所述石英砂柱对其进行反冲洗，反冲洗水向上进入所述虹吸上升管，然后越过所述虹吸上升管顶部，再向下进入所述虹吸下降管，最后排至所述水封盒经过反冲出水管排出；当所述反冲洗水箱的水位下降到虹吸破坏头时，反冲洗结束，所述小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

该工艺中的一个运行周期还包括强制反冲洗过程；所述强制反冲洗过程是指在所述过滤过程中关闭所述强制反冲洗阀，当所述虹吸辅助管中的下落水流与所述虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流时，打开强制反冲洗阀，反冲洗水箱中流出的水流通过所述过滤止回阀依次进入所述生物活性炭柱与所述石英砂柱对其进行反冲洗，反冲洗水向上进入所述虹吸上升管，然后越过所述虹吸上升管顶部，再向下进入所述虹吸下降管，最后排至所述水封盒经过反冲出水管排出；强制反冲洗结束，所述小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

所述石英砂柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.25～0.5mm的石英砂。

所述生物活性炭柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.8～1.2mm的椰壳颗粒活性碳。

所述纳米金属簇柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.5～1.0mm的纳米金属簇颗粒；其中纳米金属簇颗粒由铜锌稀土合金制成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明中设有串联在一起的石英砂柱、生物活性炭柱和纳米金属簇柱，因此，可通过几种滤料的进行优化组合，扬长避短，使其对窖水污染物有很好的去处效果。

2、由于本发明中设有由虹吸上升管、辅助虹吸管和虹吸下降管构成的虹吸组件，因此，可通过水力作用完成自动反冲洗的功能。

3、由于本发明采用生物活性炭过滤技术，水中可生物降解有机物通过生物活性炭上的生物膜进行处理减少了活性炭吸附负荷，使得生物活性炭技术和传统活性炭技术相比可以使活性炭的使用寿命增加10倍左右；并且本使用新型采用纳米金属簇进行杀菌，而不是传统的液氯杀菌，这样反冲洗水中不含有氯消毒剂，从而使得生物活性炭柱上的生物膜不会被氯消毒剂杀死。同时，将生物活性炭置于纳米金属簇之前可以拦截大部分细菌和部分重金属离子，因此，在一定程度上降低了纳米金属簇的负荷延长它的使用寿命。

4、经实际测试，采用本发明后集雨窖水中的细菌、大肠杆菌、色度、浊度、重金属、有机物等得到有效去除，所处理的水质达到国家饮用水标准。

以甘肃省白银市会宁县一处水窖水处理为例，细菌总数为980CFU/ml、总大肠杆菌群为1000MPN/100ml、色度为5度、浊度为15NTU、重金属六价铬为0.07mg/L、高锰酸钾指数为4.5mg/L、氨氮为0.67mg/L，采用本发明处理后，细菌总数为80CFU/ml、总大肠杆菌群为0MPN/100ml、色度为0度、浊度为0.8NTU、重金属六价铬为0.03mg/L、高锰酸钾指数为2.3mg/L，处理水质达到GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。

5、本发明操作简单，适用于我国西北村镇集雨窖水水质的处理。

具体实施方式

一种小型水力自动生物过滤工艺，该工艺由数个运行周期组成，每个运行周期包括过滤过程和反冲洗过程。其中：

过滤过程是指首先将待处理原水或水窖水通过提升泵或重力注入小型水力自动生物过滤装置(兰州交通大学提供)中的原水箱，然后经U型管通过流量计控制进入虹吸上升管，其次进入虹吸上升管的待处理原水或水窖水向下流入石英砂柱，并依次通过生物活性炭柱、纳米金属簇柱，经反冲止回阀、强制反冲阀(此时强制反冲阀应为开启状态)进入反冲水箱，最后经反冲洗水箱的溢流管进入出水水箱，即可得到净化水。

反冲洗过程是指当虹吸上升管中的待处理原水或水窖水水位上升到虹吸辅助管的管口时，水从虹吸辅助管流下，依靠下降水流在管中形成的真空和水流的夹气作用，由辅助抽气管和微型水射抽气管将虹吸上升管顶部和虹吸下降管管中的空气抽出，使虹吸辅助管中的真空度逐渐增大。其结果是，虹吸下降管将水封盒中的水吸出，虹吸上升管中的水位升高至其管顶，最终使得虹吸上升管水流与虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流，该连续虹吸水流从虹吸下降管管口冲出进入水封盒；此时，连续虹吸水流形成时石英砂柱上部压力骤降，促使反冲洗水箱中流出的水流通过过滤止回阀依次进入生物活性炭柱与石英砂柱对其进行反冲洗(由于反冲止回阀的阻挡，从反冲洗水箱流出的水流无法进入不需要反冲清洗的纳米金属簇柱中)，反冲洗水向上进入虹吸上升管，然后越过虹吸上升管顶部，再向下进入虹吸下降管，最后排至水封盒经过反冲出水管排出；当反冲洗水箱的水位下降到虹吸破坏头时，空气进入虹吸破坏管然后再进入虹吸上升管管顶，虹吸作用被破坏，反冲洗结束，小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

如遇到水质恶化，该工艺中的一个运行周期还包括强制反冲洗过程。强制反冲洗过程是指在过滤过程中关闭强制反冲洗阀，当虹吸辅助管中的下落水流与虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流时，打开强制反冲洗阀，反冲洗水箱中流出的水流通过过滤止回阀依次进入生物活性炭柱与石英砂柱对其进行反冲洗，反冲洗水向上进入虹吸上升管，然后越过虹吸上升管顶部，再向下进入虹吸下降管，最后排至水封盒经过反冲出水管排出；强制反冲洗结束，小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

其中：石英砂柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.25～0.5mm的石英砂；生物活性炭柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.8～1.2mm的椰壳颗粒活性碳；纳米金属簇柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.5～1.0mm的纳米金属簇颗粒；其中纳米金属簇颗粒由铜锌稀土合金制成。

Claims (5)

1.一种小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：该工艺由数个运行周期组成，每个运行周期包括过滤过程和反冲洗过程；其中

所述过滤过程是指首先将待处理原水或水窖水通过提升泵或重力注入小型水力自动生物过滤装置中的原水箱，然后经U型管通过流量计控制进入虹吸上升管，其次进入所述虹吸上升管的待处理原水或水窖水向下流入石英砂柱，并依次通过生物活性炭柱、纳米金属簇柱，经反冲止回阀、强制反冲阀进入反冲水箱，最后经所述反冲洗水箱的溢流管进入出水水箱，即可得到净化水；

所述反冲洗过程是指当所述虹吸上升管中的待处理原水或水窖水水位上升到虹吸辅助管的管口时，水从所述虹吸辅助管流下，由辅助抽气管和微型水射抽气管将所述虹吸上升管顶部和虹吸下降管管中的空气抽出，所述虹吸下降管将水封盒中的水吸出，所述虹吸上升管中的水位升高至其管顶，最终使得所述虹吸上升管水流与所述虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流，该连续虹吸水流从所述虹吸下降管管口冲出进入所述水封盒；此时，反冲洗水箱中流出的水流通过所述过滤止回阀依次进入所述生物活性炭柱与所述石英砂柱对其进行反冲洗，反冲洗水向上进入所述虹吸上升管，然后越过所述虹吸上升管顶部，再向下进入所述虹吸下降管，最后排至所述水封盒经过反冲出水管排出；当所述反冲洗水箱的水位下降到虹吸破坏头时，反冲洗结束，所述小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

2.如权利要求1所述的小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：该工艺中的一个运行周期还包括强制反冲洗过程；所述强制反冲洗过程是指在所述过滤过程中关闭所述强制反冲洗阀，当所述虹吸辅助管中的下落水流与所述虹吸下降管中的上升水柱汇成一股连续虹吸水流时，打开强制反冲洗阀，反冲洗水箱中流出的水流通过所述过滤止回阀依次进入所述生物活性炭柱与所述石英砂柱对其进行反冲洗，反冲洗水向上进入所述虹吸上升管，然后越过所述虹吸上升管顶部，再向下进入所述虹吸下降管，最后排至所述水封盒经过反冲出水管排出；强制反冲洗结束，所述小型水力自动生物过滤装置恢复为过滤过程。

3.如权利要求1所述的小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：所述石英砂柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.25～0.5mm的石英砂。

4.如权利要求1所述的小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：所述生物活性炭柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.8～1.2mm的椰壳颗粒活性碳。

5.如权利要求1所述的小型水力自动生物过滤工艺，其特征在于：所述纳米金属簇柱内底部设有高度为5～10cm、粒径为3～5mm的石榴石承托层，该承托层的上部则设有高度为40～60cm、粒径为0.5～1.0mm的纳米金属簇颗粒；其中纳米金属簇颗粒由铜锌稀土合金制成。