CN104695506A - 一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法及系统，包括：在水源附近建造若干个沉入地下并固定的沉入淹没式滤池；所述沉入淹没式滤池的开放表面距水源水位面的高度差在20cm以上；将水源中的水引入所述沉入淹没式滤池，经沉入淹没式滤池进行渗滤处理后，导出到集水装置；再由供水装置将所述集水装置中的水进行供出。该取水方法及系统结合了天然滤层渗滤取水及地面水厂水处理的优点，原理、结构简单，易于建造，不受任何地质条件限制，方便维护维修，运行成本低，产水量及水质稳定，使用寿命长，适合任何具有稳定水源地区，尤其适用其它取水方法受到限制的山区县乡镇村，是一种填补空白的取水方法。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法及系统。
背景技术
目前国内居民饮用水的取水方法主要分三大类：
一、地表取水方法
采用地面处理方法，通过抽取江河湖泊的地表水源，输送到地面水厂进行沉淀、絮凝、澄清、过滤、药物处理、灭菌等工艺处理，达到饮用水国家标准后再输送到供水管网。
该地面水厂进行取水的方式存在以下缺点：
(1)占地面积大，一般水厂占地规模都在几千到几万平方米，对于山区和土地资源紧张地区应用受到限制；
(2)建设费用高；
(3)复杂的处理工艺及处理过程中多次能源消耗造成运行成本高。
二、天然滤层渗滤取水方法
江河流域经过亿万年冲积形成的天然沙卵石层(天然滤层，也称为含水层)中含有洁净的清水，通过用渗流井8、辐射井9、大口井10等取水设施，采取天然滤层12中一定深度的浅层地下水，同时河床表面的江河水在重力作用下不断通过天然滤层12的过滤后，对浅层地下水进行补充，地面水厂所应用的沉淀、絮凝、澄清、过滤处理等工艺在地表水经过天然滤层下渗过程中一次完成。
如图4所示，大口井取水设备是在离河床较近的地方设置大口井10和取水泵站；辐射井取水设备是可以设置在离河床稍远的地方，设置辐射井9，并在地下铺设辐射取水管11；渗流井取水设备是设置在离河床比较远的地方，设置渗流井8，渗流井8还包括：在基岩层13设置竖井16、输水平巷15、集水硐室14和辐射取水管11。
上述方法为近二十年开始较为普及的比较经济的取水方法，主要应用于各大流域中上游沿岸的中小城市及县乡镇等，其优点是：
(1)占地面积小，取水设施主要建于河床下，只需在河床附近设置一取水泵站，一般占地1000平方米以下；
(2)建设成本低，由于水处理过程是利用了天然滤层，无需地面水厂的复杂设施；
(3)运行成本低，渗滤过程是通过自然重力，无需另外消耗能源。
但是，天然滤层渗滤取水存在以下缺点：
(1)对水源的水质要求相对较高，由于水处理过程是完全依赖于天然滤层，而天然滤层形成后其性质无法改变，其水处理能力受到制约，只适合应用于各流域中上游水质较好地区；
(2)受地质条件限制，天然滤层渗滤取水对滤层厚度要求较大，一般为8～10米，而且还要求滤层组成成份性质是否符合水质处理，应用限制较大；
(3)天然滤层面积要求较大，天然滤层的渗滤速度是不可人为控制的，而且适合取水的天然滤层的渗滤速度值一般都很小，若保证一定的产水量，需要较大的取水面积，较多的取水点，地下取水管的长度及施工难度相应增加；
(4)天然滤层渗滤取水，淤塞现象普遍存在，运行5年左右产水量一般减少30％，5年后衰减更快，产水量不稳定，水厂使用寿命受到限制，由于天然滤层为无边界开放式滤层，面积大、厚度高，对于应用反冲洗等技术手段处理滤层淤塞的维修维护非常困难，维护成本很高，是天然滤层渗滤取水的最大缺点。
三、深井采取深层地下水
通过钻深井，采取深层地下水的方法，由于我国目前地下水资源严重匮乏，国家已严格限制对地下水的开采。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，解决现有的取水方法能耗高、受水质及地质条件限制的问题。
本发明的另一个目的是提供一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，包括：
在水源附近建造若干个沉入地下并固定的沉入淹没式滤池；所述沉入淹没式滤池的开放表面距水源水位面的高度差在20cm以上；
将水源中的水引入所述沉入淹没式滤池，经沉入淹没式滤池进行渗滤处理后，导出到集水装置；
再由供水装置将所述集水装置中的水进行供出。
优选地，还包括：
当水源水位面与集水装置水位面之间的水位差达到一个规定的阀值时，启动反冲洗系统对沉入淹没式滤池进行反冲洗。
优选地，反冲洗是采用气和水组合使用的方式进行反冲洗；其中，反冲洗的强度为4～20L/S*m2。
优选地，沉入淹没式滤池中装填有渗滤介质层，渗滤介质层包括上层和下层；上层为过滤层，过滤层由粒径为0.5～4mm的介质组成，介质包括石英砂、细沙、活性炭、锰砂、陶瓷颗粒、无烟煤和粗沙中的至少一种；过滤层的厚度为0.5～6m；
下层为承托层，由粒径为4～35mm的砾石组成，承托层的厚度为150～1000mm。
优选地，单个沉入淹没式滤池的面积为0.5～25m2。
优选地，经过沉入淹没式滤池渗滤处理后的水经导水管导出到集水装置；导水管口下设2～6m的储水空间，导水管的管通径为40～400mm。
优选地，集水装置为集水井；集水井上沿口高度高于水源最高水位1m以上。
本发明还提供了一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，包括：
至少一个沉入地下并固定、用于对水进行渗滤处理的沉入淹没式滤池；
至少一个用于将经过沉入淹没式滤池处理的水进行储存的集水装置；
至少一个用于将水源中的水引入至沉入淹没式滤池，及将经过沉入淹没式滤池处理的水输送至集水装置的导水装置。
优选地，还包括：
用于对沉入淹没式滤池进行反冲洗操作的反冲洗系统。
优选地，还包括：
至少一个用于将集水装置中的水向外进行供给的供水装置。
本发明的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法的工作原理是：在水源附近设置沉入淹没式滤池，在供水管网附近设置集水装置，并用导水装置将二者连接起来；当集水装置向外供水时，产生水源水位面与集水装置内水位面的水位差h，利用U形管原理使水源通过沉入淹没式滤池中的渗滤介质层过滤后经导水装置汇入集水装置，再由供水装置供出的进行连续取水的方法；其中，沉入淹没式滤池在过滤过程中必然会产生淤塞，当淤塞逐渐加大，供水时水源水位面与集水装置内水位面的水位差h逐渐增大，h达到一个规定的阀值时(达到导水装置的水口位)，启动反冲洗系统对渗滤介质层进行反冲洗操作，反冲洗出来的淤塞物会在水源的水流流速作用下排泄至沉入淹没式滤池的下游部分。
本发明的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统由导水装置、沉入淹没式滤池组及集水装置组成，本发明的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法及系统结合了天然滤层渗滤取水及地面水厂水处理的优点，原理、结构简单，易于建造，不受任何地质条件限制，方便维护维修，运行成本低，产水量及水质稳定，使用寿命长，适合任何具有稳定水源地区，尤其适用其它取水方法受到限制的山区县乡镇村，是一种填补空白的取水方法；本方法适合建造取水量在0.3～5万m3/d的水厂。
本申请的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法及系统的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明的渗滤取水系统占地少、造价省、运行成本低。
(2)本发明兼备了地面水厂便于维护维修的优点，并且沉入淹没式滤池具有边界条件，淤塞后反冲洗清淤维护方便，清淤效果好，能够保证稳定的产水量和较高的使用寿命。
(3)本发明的沉入淹没式滤池中的渗滤介质可根据水质进行有针对性的调整，达到最佳的水处理能力，保证水质稳定，避免了天然滤层渗滤取水对天然滤层水处理能力的依赖，对水源水质条件比天然滤层渗滤取水的要求相对宽松。
(4)本发明的渗滤取水方法及系统克服了渗流井、辐射井等天然滤层渗滤取水设备受到天然滤层地质条件的限制，无论是否有天然滤层的存在，只要有具备条件的水源就能应用此方法进行取水，对地质条件无依赖性，尤其适用其它取水方法受到限制的山区乡镇村，应用范围得到很大提高。
附图说明
图1为本申请的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的一个实施例的剖面示意图。
图2为本申请的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的一个实施例的平面示意图。
图3为某处渗流井与地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的平面对照图。
图4为三种天然滤层渗滤取水设施结构示意图。
其中，1、引水渠；2、渗滤介质层；3、沉入淹没式滤池；4、导水管；5、集水井；6、反冲洗系统；7、供水泵；8、渗流井；9、辐射井；10、大口井；11、辐射取水管；12、天然滤层；13、基岩层；14、集水硐室；15、输水平巷；16、竖井；17、渗流井取水范围。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
实施例1
在岷江川主寺段建立地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，其中，设计产水量为3000m3/d，设计渗滤速度为8m/h，水源水质：浑浊度最大为60NTU，菌落总数为136，Fe含量为0.38mg/l，Mn含量为0.91mg/l。
参见图1和图2，图1为本申请的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的一个实施例的剖面图；图2为本申请的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的一个实施例的平面示意图；该系统包括引水渠1、5个沉入淹没式滤池3、4个导水管4、集水井5、供水泵7和反冲洗系统6。
其中，引水渠1将水源中的水分别引入5个沉入淹没式滤池3，根据现场条件，两个沉入淹没式滤池3集中布置，其余三个沉入淹没式滤池3分散布置；上述沉入淹没式滤池3沉入地下并固定，上沿开放表面距水源水位面的高度差：枯水期0.4m，洪水期1.6m；根据设计产水量及设计渗滤速度，确定单个沉入淹没式滤池3的面积为3.2m2。
上述沉入淹没式滤池3中装填有渗滤介质层2，渗滤介质层2包括上层和下层，根据水源水质条件，确定渗滤介质层2的厚度为1.6m；上层由粒径为0.5～1.2mm的石英砂层和粒径为0.6～1.5mm的锰砂层组成，石英砂层的厚度为0.8m，锰砂层的厚度为0.4m；
下层由粒径为4～20mm的砾石层组成，承托层的厚度为0.4m；
导水管4连接沉入淹没式滤池3和集水井5管路，导水管4的材质符合国家饮用水输送管路标准，根据上述沉入淹没式滤池3的产水量，确定导水管4的通径单个滤池为65mm，双滤池组合为100mm。
集水井5汇集存储经过上述沉入淹没式滤池3处理过的水并由此输送至供水管网，集水井5的内径为2m；导水管4口下设2m的储水空间，集水井5上沿口高度高于洪水期水源最高水位1.5m。
供水泵7将集水井5内汇集的渗滤水输送至供水管网。
反冲洗系统6，沉入淹没式滤池3淤塞时用于清淤的维护维修系统，保证取水的正常进行，保障稳定的取水量，其采用气水反冲洗方式进行，反冲洗强度为10L/S*m2。
工作过程为：在岷江川主寺段附近建造五个沉入淹没式滤池3，沉入淹没式滤池3集中布置，在供水管网附近设置集水井5，并用导水管4将二者连接起来；当集水井5向外供水时，产生水源水位面与井内水位面的水位差h，利用U形管原理使水源中的水通过沉入淹没式滤池3中的渗滤介质层2过滤后经导水管4汇入集水井5，再由供水泵7供出，实现连续取水；而沉入淹没式滤池3在过滤过程中必然会产生淤塞，当淤塞逐渐增大，供水时，水源水位面与集水井内的水位面的水位差h逐渐增大，h达到一个规定的阀值时(达到导水管的水口位)，启动反冲洗系统6对渗滤介质层2进行反冲洗操作，反冲洗出来的淤塞物会在水源的水流流速作用下排泄至沉入淹没式滤池3的下游部分。
实施例2
在金沙江攀枝花段建立地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，其中，设计产水量为15000m3/d，设计渗滤速度为4m/h，水源水质：浑浊度最大为3000NTU，菌落总数为192，大肠杆菌为27MPN/100ml，Fe含量为0.65mg/l。
参见图3，图3为在金沙江攀枝花段分别建立渗流井和本实施例的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统的平面方案对比图，从图3中可以看出，采用渗流井方案的渗流井取水范围17非常大，需在地下20多米深处的基岩层内开凿近百米长的隧道式输水平巷，设50多根几十米长的辐射取水管，施工难度及造价很高，而本发明系统的取水面积小，仅需设置一引水渠，在引水渠下设置沉入淹没式滤池，在地下4.5m深处沙卵石层内埋设导水管即能达到设计要求，施工难度及造价比渗流井方案很大程度地降低，且易于维护。
本发明的渗滤取水系统包括引水渠1、10个沉入淹没式滤池3、1个导水管4、1个集水井5、1个供水泵7和1个反冲洗系统6；与渗流井相比，本发明的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统具有取水面积小，施工简单，造价省，易于维护的优点。
其中，引水渠1将水源中的水分别引入10个沉入淹没式滤池3，根据现场条件，10个沉入淹没式滤池3集中布置；上述沉入淹没式滤池3沉入地下并固定，上沿开放表面距水源水位面的高度差：枯水期2.2m，洪水期8.1m；根据设计产水量及设计渗滤速度，确定单个沉入淹没式滤池3的面积为16m2。
上述沉入淹没式滤池3中装填有渗滤介质层2，渗滤介质层2包括上层和下层，根据水源水质条件，确定渗滤介质层2的厚度为3.7m；上层由粒径为0.5～1.2mm的石英砂层、粒径为0.6～1.5mm的活性炭层和粒径为0.6～1.5mm的陶瓷颗粒层组成，石英砂层的厚度为2.5m，活性炭层的厚度为0.4m，陶瓷颗粒层的厚度为0.2m；
下层由粒径为4～20mm的砾石层承托层组成，承托层的厚度为0.6m；
导水管4连接沉入淹没式滤池3和集水井5管路，导水管4的材质符合国家饮用水输送管路标准，根据上述沉入淹没式滤池3的产水量，确定导水管4的通径300mm。
集水井5汇集存储经过上述沉入淹没式滤池3处理过的水并由此输送至供水管网，集水井5的内径为5m；导水管口下设5m的储水空间，集水井上沿口高度高于洪水期水源最高水位2.4m。
供水泵7将集水井5内汇集的渗滤水输送至供水管网。
反冲洗系统6，沉入淹没式滤池3淤塞时用于清淤的维护维修系统，保证取水的正常进行，保障稳定的取水量，其采用气水反冲洗方式进行，反冲洗强度为15L/S*m2。
工作过程为：在金沙江攀枝花段附近建造10个沉入淹没式滤池3，沉入淹没式滤池3集中布置，在供水管网附近设置集水井5，并用导水管4将二者连接起来；当集水井5向外供水时，产生水源水位面与井内水位面的水位差h，利用U形管原理使水源中的水通过沉入淹没式滤池3中的渗滤介质层2过滤后经导水管4汇入集水井5，再由供水泵7供出，实现连续取水；而沉入淹没式滤池3在过滤过程中必然会产生淤塞，当淤塞逐渐增大，供水时，水源水位面与集水井内的水位面的水位差h逐渐增大，h达到一个规定的阀值时(达到导水管的水口位)，启动反冲洗系统6对渗滤介质层2进行反冲洗操作，反冲洗出来的淤塞物会在水源的水流流速作用下排泄至沉入淹没式滤池3的下游部分。
Claims (10)
1.一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是，包括：
在水源附近建造若干个沉入地下并固定的沉入淹没式滤池；所述沉入淹没式滤池的开放表面距水源水位面的高度差在20cm以上；
将水源中的水引入所述沉入淹没式滤池，经沉入淹没式滤池进行渗滤处理后，导出到集水装置；
再由供水装置将所述集水装置中的水进行供出。
2.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是，还包括：
当水源水位面与集水装置水位面之间的水位差达到一个规定的阀值时，启动反冲洗系统对沉入淹没式滤池进行反冲洗。
3.根据权利要求2述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是：所述反冲洗是采用气水反冲洗方式进行，反冲洗强度为4～20L/S*m2。
4.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是：所述沉入淹没式滤池中装填有渗滤介质层，渗滤介质层包括上层和下层；上层为过滤层，过滤层由粒径为0.5～4mm的介质组成，所述介质包括石英砂、细沙、活性炭、锰砂、陶瓷颗粒、无烟煤和粗沙中的至少一种；所述过滤层的厚度为0.5～6m；
下层为承托层，由粒径为4～35mm的砾石组成，所述承托层的厚度为150～1000mm。
5.根据权利要求1或4所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是：所述单个沉入淹没式滤池的面积为0.5～25m2。
6.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是：经过沉入淹没式滤池渗滤处理后的水经导水管导出到集水装置；所述导水管的管通径为40～400mm。
7.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水方法，其特征是：所述集水装置为集水井；所述集水井上沿口高度高于水源最高水位1m以上。
8.一种地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，其特征是，包括：
至少一个沉入地下并固定、用于对水进行渗滤处理的沉入淹没式滤池；
至少一个用于将经过沉入淹没式滤池处理的水进行储存的集水装置；
至少一个用于将水源中的水引入至沉入淹没式滤池，及将经过沉入淹没式滤池处理的水输送至集水装置的导水装置。
9.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，其特征是，还包括：
至少一个用于对沉入淹没式滤池进行反冲洗操作的反冲洗系统。
10.根据权利要求1所述的地表沉入淹没式滤池渗滤取水系统，其特征是，还包括：
至少一个用于将集水装置中的水向外进行供给的供水装置。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |