CN102765803B

CN102765803B - 一种浅层叠慢滤工艺方法

Info

Publication number: CN102765803B
Application number: CN2012102287204A
Authority: CN
Inventors: 曹相生; 孟雪征; 焦双吉
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102765803A

Abstract

一种浅层叠慢滤装置及工艺方法，属于水处理技术领域。采用限制滤速和恒水位降速过滤的运行方式将慢滤池的滤层厚度降至0.15m，之后将浅层慢滤池叠加起来，达到降低占地面积的目的。通过溢流和跌水的方式不仅实现了充氧，而且实现了恒水位降速过滤。采用通气立管汇集各层慢滤池出水，从而避免了虹吸对降速过滤的破坏。本发明的浅层叠慢滤工艺及装置可用于饮用水处理，也可用于污水的深度处理。

Description

一种浅层叠慢滤工艺方法

技术领域

本发明涉及一种慢滤池的工艺及装置，属于水处理技术领域。

背景技术

我国的水处理面临双重压力。一方面，水污染加重的趋势未能得到有效遏制，因此水处理的任务越来越重。另一方面，随着经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，人们对水质的要求越来越高。在这双重压力下，水处理工作任重道远。

在此背景下，在城镇给水处理领域，仅仅去除传统的浊度、细菌等污染物质已然不能满足人民对水质日益增长的需求，城镇给水处理越来越多地关注微量有机物的去除。在城镇污水处理领域，除了要去除悬浮物、有机物、氮和磷等传统污染物外，微量有机物的去除也提上日程。

无论是在污水处理领域还是给水处理领域，生物过滤工艺均是去除水中的微量有机物的有效技术之一。在诸多生物过滤工艺中，古老的慢滤池在去除微量有机物方面具有明显优势，因此今日得以再次受到重视。当前，包括英国在内的诸多欧洲自来水厂广泛采用了慢滤工艺。一直以来，慢滤池也被用于污水的脱氮和深度处理。

运行良好的慢滤池表层会生成一层粘性滤膜（schmutzdecke）。大量细菌、真菌、藻类甚至微型动物等会在慢滤池内生长，并形成一个完整的生态系统。依靠这些微生物共同作用，慢滤池能够较好地去除嗅和色度，同时对细菌和病毒的去除率可达到90%以上。我们的试验表明，慢滤池在去除典型的微量有机物——邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）方面，具有良好的性能（孟雪征等，慢滤池去除污水中邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯的效能，环境工程学报，2012（已录用））。

但慢滤池的负荷很低，其最大的缺点就是占地面积大，这使慢滤池的应用范围受到了限制。

发明内容

基于现有的水环境状况和水处理技术的需求，本发明提出一种浅层慢滤池工艺和装置。通过减少滤层厚度和在构造上的叠加，在保证处理效果的前提下，大幅度减少了慢滤池占地面积，从而使慢滤池重新成为一种经济高效的水处理工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种浅层叠慢滤装置及工艺方法，其特征在于，所用的装置为多个慢滤池在竖直方向成层叠放置，每个慢滤池内填充一层粒径为0.6-0.8mm的石英砂为滤料，滤层厚度为0.15m，滤层的下部为承托层，承托层中设有集水管；采用跌水和逐层溢流的方式进行充氧，并采用等水位降速的过滤模式，将原水通过进水管送至最顶层的慢滤池上面，使原水跌落进入最上层慢滤池，待原水充满最上层慢滤池砂层上部的空间后，会溢流到第二层慢滤池的上部空间，然后跌落到第二个慢滤池内；之后再从第二层慢滤池溢流并跌落到第三层慢滤池，依次类推，这种逐层向下溢流的方式一方面可以给水充氧，另一方面也保证了每层慢滤池砂层以上水位的恒定；在最低一层慢滤池的下面设有集水池，集水池分割成两部分；每一个慢滤池中的集水管均与一立管连接，立管的顶端与大气相通，并将集水管中的水引入集水池中；集水池的另一部分接受从最底层慢滤池溢流并跌落的原水，然后将此原水再输送到浅层叠慢滤装置工艺的前端；通过设置慢滤池砂层上部的水深来控制原水的起始过滤速度不大于0.2m/h。

每层滤池之间的垂直距离（上层慢滤池底部和下层慢滤池池壁上缘）取决于跌水充氧的要求。优选采用0.2m。

每层慢滤池的起始滤速不大于0.2m/h。随着过滤时间的延长，滤速会慢慢降低。当滤池出水量降到非常低或滤速小于0.1m/h后，可采用刮砂的方式恢复过滤速度，在慢滤池滤层上面的池壁上开有刮砂孔，过滤时采用橡胶密封圈和螺栓将刮砂孔密闭，以防漏水。刮砂时则打开刮砂孔，完成刮砂工作。可采用推耙将滤层表面的砂子由一侧的刮砂孔推到另一侧的方式来完成刮砂工作。

为了保证上层慢滤池溢流的水能全部跌落到下层慢滤池内，可以采用导流斜板的方式，或下层慢滤池的平面尺寸大于上层慢滤池平面尺寸的方式。

本发明的技术方案特征如下：

（1）通过限定滤速大幅度降低了慢滤池的滤层厚度。美国土木工程协会的《Water Treatment Plant Design》推荐慢滤的砂层厚度在0.46-0.89m之间，而美国大部分慢滤水厂都将0.76m作为砂层的最小设计厚度。但我们对慢滤池的长期运行发现，滤速较低时滤层底部的砂子不会起到过滤效果。也就是说滤速较低时，污染物穿透滤层的深度大幅度下降。我们的试验表明，对于粒径为0.6-0.8mm的石英砂滤料，将砂层厚度降到0.15m，同时把滤速限制在0.2m/h以下时，完全可以保证过滤水质。

（2）采用等水位降速过滤模式。将滤层厚度大幅度降低后，为了保证出水水质，采用降速过滤模式。即根据滤料粒径和滤层深度确定出允许的最大滤速，然后在此基础上进行降速过滤。这样可以确保污染物不会穿透滤层，出现泄露。另外，与等速过滤相比，降速过滤的出水水质也相对较好。

（3）将滤池叠放在一起，大幅度降低占地面积。慢滤的最大缺点就是占地面积大。既然通过上述措施大幅度降低了慢滤池滤层厚度，那么将慢滤池叠放在一起就有了可能。这样可大幅降低滤池的占地面积。慢滤池的叠放数量可根据处理水量和基建费用，通过技术和经济比较确定，一般可叠放2～20层。

（4）采用跌水和逐层溢流的方式进行充氧，并实现恒水位降速过滤。慢滤池内的微生物处理（微量）有机物和氨氮时需要氧气，而原水中的氧有时候浓度较低，无法满足微生物所需。为此把水送至最顶层的慢滤池，进水管的出水跌水进入最上层慢滤池。待处理水充满最上层慢滤池砂层上部的空间后，会溢流到第二层慢滤池的上部空间，然后跌落到第二个慢滤池内。之后再从第二层慢滤池溢流到第三层慢滤池。这种逐层向下溢流的方式一方面可以给水充氧，另一方面也保证了每层慢滤池砂层以上水位的恒定，从而实现了恒水位降速过滤。慢滤池池壁最高点距滤床表层高0.3m，也就是砂层以上水深或过滤水头不超过0.3m。这样确保了每层慢滤池的滤速不大于0.2m/h。

（5）所采用的慢滤池也可根据出水水质的要求选用除了0.6-0.8mm石英砂之外的其他滤料。当选用其他滤料时，应相应地调整滤速和所需的滤层厚度。

（6）慢滤池出水管借鉴建筑排水的方式，将每层水平设置的集水管汇入同一根带有伸顶通气的立管。所有慢滤池出水经过立管汇集后进入浅层叠慢滤池装置底部的集水池，然后流入下游的处理单元。为了防止慢滤池出水管产生虹吸后加大慢滤池的滤速，立管的顶部必须与大气相通。立管的设计可参照建筑排水立管的模式。

（7）本发明的浅层叠慢滤工艺及装置可用于饮用水处理，也可用于污水的深度处理。

附图说明

图1是浅层叠慢滤工艺及装置的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具体实施方式如下。

待处理水通过管道到达浅层叠慢滤装置的最上层（第一层慢滤池）。管道出口高于第一层慢滤池池壁的最高点，其高差可根据跌水曝气来计算。这里取0.2m。

每层慢滤池的基本构造相同。这里采用圆形慢滤池，慢滤池内充填粒径为0.6-0.8mm的石英砂为滤料，滤层厚度0.15m。滤层下部为0.15m的承托层，内有集水管来收集处理后的水并将其引出慢滤池。滤层上部的空间高度为0.3m。

当第一层慢滤池内0.3m高度的上部空间充满原水后，原水则顺着第一层慢滤池外壁下向溢流。这样在第一层慢滤池外壁形成了薄层水膜，有利于空气中的氧向水中传递。之后，溢流的水通过导流斜板跌落进入第二层慢滤池。在原水的跌落过程中，可对水继续充氧。

当原水流满第二层慢滤池后，则顺着第二层慢滤池外壁溢流到下一层。以此类推，原水最后流至最下一层慢滤池。

最下一层慢滤池下面设集水池。集水池实质上就是一个不装填滤料和承托层的慢滤池。集水池分为两部分，一部分用以收集最下层慢滤池的溢流出水。收集的溢流出水送回处理流程的前端。另一部分则作为上部所有慢滤池出水的汇集设施。

每层慢滤池的起始滤速不大于0.2m/h。随着过滤时间的延长，滤速会慢慢降低。当滤池出水量降到非常低或滤速小于0.1m/h后，可采用刮砂的方式恢复过滤速度。

每层滤池之间的垂直距离（上层慢滤池底部和下层慢滤池池壁上缘）取决于跌水充氧的要求。这里采用0.2m。

在每层慢滤池的池壁四周接近砂层的表面处，设刮砂孔，孔的大小应满足刮砂所需。过滤时采用橡胶密封圈和螺栓将刮砂孔密闭，以防漏水。刮砂时则打开刮砂孔，完成刮砂工作。可采用推耙将滤层表面的砂子由一侧的刮砂孔推到另一侧的方式来完成刮砂工作。

采用上述方式建立了一套浅层叠慢滤装置，用以处理生活污水的二级处理出水，浅层慢滤池的主要参数见表1，其进出水水质见表2。

表1浅层慢滤池的主要设计和运行参数

表2浅层慢滤池对主要污染物的去除效果

Claims

1.一种浅层叠慢滤工艺方法，其特征在于，所用的装置为多个慢滤池在竖直方向成层叠放置，每个慢滤池内填充一层粒径为0.6-0.8mm的石英砂为滤料，滤层厚度为0.15m，滤层的下部为承托层，承托层中设有集水管；采用跌水和逐层溢流的方式进行充氧，并采用等水位降速的过滤模式，将原水通过进水管送至最顶层的慢滤池上面，使原水跌落进入最上层慢滤池，待原水充满最上层慢滤池砂层上部的空间后，会溢流到第二层慢滤池的上部空间，然后跌落到第二个慢滤池内；之后再从第二层慢滤池溢流并跌落到第三层慢滤池，依次类推，这种逐层向下溢流的方式一方面可以给水充氧，另一方面也保证了每层慢滤池砂层以上水位的恒定；在最低一层慢滤池的下面设有集水池，集水池分割成两部分；每一个慢滤池中的集水管均与一立管连接，立管的顶端与大气相通，并将集水管中的水引入集水池中；集水池的另一部分接受从最底层慢滤池溢流并跌落的原水，然后将此原水再输送到浅层叠慢滤装置工艺的前端；通过设置慢滤池砂层上部的水深来控制原水的起始过滤速度不大于0.2m/h。

2.按照权利要求1的工艺方法，其特征在于，每层慢滤池的起始滤速不大于0.2m/h，随着过滤时间的延长，滤速会慢慢降低，当滤池滤速小于0.1m/h后或出水水质不符合预期目标时，采用刮砂的方式恢复过滤速度；在慢滤池滤层上面的池壁上开有刮砂孔，过滤时采用橡胶密封圈和螺栓将刮砂孔密闭，以防漏水；刮砂时则打开刮砂孔，完成刮砂工作。

3.按照权利要求1的工艺方法，其特征在于，采用导流斜板的方式或下层慢滤池的平面尺寸大于上层慢滤池平面尺寸的方式，使上层慢滤池溢流的水能全部跌落到下层慢滤池内。