CN110204149B - 配水配气曝气多功能滤管、多功能滤管滤池及水处理方法 - Google Patents
配水配气曝气多功能滤管、多功能滤管滤池及水处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种配水配气曝气多功能滤管、多功能滤管滤池及水处理方法，滤管为条形管状结构，其横截面为拱门形，其顶部分布有滤管顶部配气孔，两侧腰部对称设有滤管两侧配气孔，底板上分布有滤管配水孔以及竖管插入孔；滤管顶部外壁上对应滤管顶部配气孔的位置可拆卸连接曝气器。本发明滤管通用性强，既可以用在不需要曝气的常规滤池上也可以用在需要曝气的滤池上。本发明滤管可广泛应用在V型滤池、深床滤池、翻板滤池等各种类型的新建滤池上，也可用于各种滤池的改造工程中，实现了用一套工艺系统取代曝气生物滤池中曝气工艺和配水、配气工艺所需要的两个独立的水处理工艺系统的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是一种水处理装置组件及水处理方法。
背景技术
曝气生物滤池在水处理工艺中通过曝气功能实现有机物氧化降解，该工艺不仅可以有效的去除混凝、沉淀不能去除的一些细小悬浮颗粒及胶体物质，还能高效的去除COD、BOD、磷、重金属、细菌及病毒等水体中的有害物质。因此，在自来水生产预处理和污水处理工程中都是不可或缺的工艺单元。
传统曝气生物滤池为了实现滤水、反冲洗和曝气工艺，是通过一套服务于滤水及反冲运行的配水、配气系统外加一套曝气系统，也就是两个独立系统来实现的。配水、配气系统通常采用滤砖、滤头或滤管等组件加上辅助管道组成，曝气系统由专用的曝气管道和曝气器或曝气管组成。
现有的曝气生物滤池的配水配气曝气系统存在结构复杂、建设和维护工作难度大、成本高等诸多缺点。即使是采用较为技术先进的滤管配水配气系统也仍然存在一些难以克服的缺陷，例如：普通生物滤池和曝气生物滤池的滤管不能通用；滤管采用机械钻孔方法加工的曝气孔径很难做到一致、会影响曝气气泡的生成数量和质量，系统的曝气量难以实现精准控制等等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种配水配气曝气多功能滤管、多功能滤管滤池及水处理方法，要解决曝气气泡的生成数量和质量难以保证的技术问题；并解决曝气量难以精准控制的问题，解决曝气生物滤池配水配气曝气系统结构复杂效率低下的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种配水配气曝气多功能滤管，所述滤管为条形管状结构，其横截面为拱门形；所述滤管的顶部分布有滤管顶部配气孔，两侧腰部对称设有滤管两侧配气孔，底板上分布有滤管配水孔以及竖管插入孔；所述滤管顶部外壁上对应滤管顶部配气孔的位置可拆卸连接曝气器。
所述滤管顶部外壁对应曝气器安装部位设有曝气器安装槽，所述曝气器安装槽包括垂直设置的一对侧板以及水平设置在侧板外侧面的卡槽；所述曝气器安装槽沿着滤管的长向通长设置或者与曝气器一一对应设置。
所述曝气器包括与滤管卡接的曝气器膜盒以及安装在曝气器膜盒与滤管之间的曝气器膜片。
所述曝气器膜盒为方形盖状结构，包括水平设置的膜盒顶板、对称垂直设置在膜盒顶板两侧的一对侧板以及水平设置在侧板底部内侧的卡勾；所述曝气器膜盒扣合在滤管曝气器安装槽上、并通过卡勾与曝气器安装槽的卡槽对应连接；所述膜盒顶板对应滤管顶部配气孔设有曝气释放孔。
所述膜盒顶板另外两侧的内侧面、围绕曝气释放孔环向设有限位侧板；所述限位侧板围合形成卡合曝气器膜片的定位槽；其中限位侧板为弧形、弧度与曝气器膜片弧度相适应，限位侧板至少有两个，成对设置或者均匀间隔，能卡接曝气器膜片且不影响曝气器膜盒与滤管的曝气器安装槽卡合即可。
所述曝气器膜盒功能包括保护膜片、定位膜片、支撑滤池支撑层材料以及在滤管上安装固定。曝气器膜盒采用物理性能良好的弹性PC材料制作，通过自身弹性卡接在曝气器安装槽的上，或者曝气器膜盒为硬质材料制成，通过卡勾和卡槽滑动连接实现曝气器膜盒和曝气器安装槽的对应连接。
所述曝气器膜片对应卡接在膜盒顶板的定位槽内；所述曝气器膜片包括内圈功能部以及外圈密封部；其中内圈功能部为圆形片状结构，其中心有用激光打出的高精度膜片曝气孔；外圈密封部环向位于内圈功能部的外围，其断面为圆形、且断面直径大于内圈功能部的厚度；所述曝气器膜片满填在曝气器安装槽的一对侧板之间，其中外圈密封部紧密贴合在曝气器安装槽的侧板内侧。
曝气器膜片由橡胶制成膜片曝气孔是由有激光打出的高精度孔、用于精准曝气。
所述滤管的两侧腰部对应设有一道凹槽，滤管两侧配气孔设置在凹槽槽底；所述滤管配水孔有两排，对称设置在滤管底板长轴两侧；所述滤管配水孔、滤管两侧配气孔以及滤管顶部配气孔均沿着滤管长向均匀间隔分布。
一种多功能滤管滤池，包括滤池、滤管和竖管，所述滤管为配水配气曝气多功能滤管；其中竖管通过竖管插入孔与滤管连接。
一种应用多功能滤管滤池的水处理方法，包括过滤、曝气工况。
过滤工况：
滤池过滤时，原水经进水布水渠流入滤料层进行过滤，滤后水经水平安装在滤池底部的滤管的滤管配水孔收集后,通过垂直安装在集水槽中的竖管中的竖管配水管进入集水渠，经滤后水出水管流向滤后水池。
曝气工况：
在滤水同时，压缩空气经供气主管、曝气量控制阀进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管的竖管配气孔下方时，压缩空气由竖管配气孔进入、经由竖管配气管进入滤管并在其上部形成第二气垫层，然后，通过滤管顶部配气孔进入曝气器曝气膜片的功能部的下方，最后经曝气孔生成曝气气泡从池底部上升均匀的进入滤料层，实现曝气功能。
曝气工况中，通过曝气量控制阀调节曝气量，第二气垫层的厚度位于滤管两侧配气孔上方。
一种应用多功能滤管滤池的水处理方法，包括反冲洗工况，滤池反冲洗包括气冲洗阶段、气水混合冲洗阶段和水冲洗阶段。
在气冲洗阶段和气水混合冲洗阶段中，压缩空气经供气主管、反冲洗气量控制阀进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管的竖管配气孔下方时，反冲气由竖管配气孔进入、经由竖管配气管进入滤管并在其上部形成第二气垫层，因反冲洗气量远大于曝气量，第二气垫层厚度达到滤管两侧配气孔的下方，反冲气经滤管两侧配气孔生成反冲洗气泡进入滤料层实现气冲洗功能。
在气水混合冲洗阶段和水冲洗阶段中，反冲洗水经反冲水管进入集水渠，反冲洗水经竖管的竖管配水管进入滤管后，经滤管配水孔进入滤料层实现水冲洗功能；
在气冲洗结束后第一个气垫层的余气将通过竖管上的余气释放孔进入竖管配气管并汇入滤管顶部第二气垫层，然后经滤管顶部配气孔和曝气器曝气孔释放到滤料层中。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明多功能滤管可以一管多能的实现配水、配气和曝气功能，并通过在滤管顶部安装高效单孔膜曝气器而提高曝气气泡的数量和质量,经曝气器生成的曝气气泡动力效率高、能耗低、氧利用率高、气泡细小而均匀、流速稳定；曝气器运行可靠、不易堵塞，曝气器与滤管可拆卸连接，安装方便快捷，灵活性高；曝气器膜片具有耐酸、碱、苯、酚、油等介质、不易破裂、使用寿命长的优点。
本发明滤管的配水孔、两侧配气孔、顶部配气孔三者独立分布，水处理的各个工况中不同孔之间互不影响，各自功能独立、互不干涉，可保证滤池各个部位配水、配气、曝气量的均衡一致。
本发明滤管和曝气器安装在滤池的最底部，可以保证滤料层任何部位都能均匀的获得氧气，解决了传统生物滤池由于曝气头或曝气管安装在配气、配气组件上方，使曝气器下方造成部分滤料层得不到氧气而影响曝气效果和出水水质的问题。
本发明滤管通用性强，既可以用在不需要曝气的常规滤池上也可以用在需要曝气的滤池上。滤管用在常规滤池上时，滤管顶部不安装曝气器，顶部配气孔用于余气释放；滤管用在曝气生物滤池上时，顶部配气孔上方安装曝气器实现曝气和余气释放功能。
本发明滤管作为组件组成的结构简单、高效的配水、配气、曝气滤池水处理工艺系统可广泛应用在V型滤池、深床滤池、翻板滤池等各种类型的新建滤池上，也可用于各种滤池的改造工程中；使用本发明滤管可降低建设工程量和工程投资、方便生产工艺的控制和运行管理、减少滤池维护工作量、提高设备使用率；同时，实现了用一套工艺系统取代曝气生物滤池中曝气工艺和配水、配气工艺所需要的两个独立的水处理工艺系统的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1A是本发明配水配气曝气多功能滤管结构的主视示意图。
图1B是本发明配水配气曝气多功能滤管结构的剖面示意图。
图2是本发明滤管顶部曝气器安装槽局部结构示意图。
图3A是本发明曝气器膜盒结构的仰视示意图。
图3B是本发明曝气器膜盒结构的剖面示意图。
图4A是本发明曝气器膜片结构的仰视示意图。
图4B是本发明曝气器膜片结构的剖面示意图。
图5A是本发明曝气器膜盒与膜片组合结构的仰视示意图。
图5B是本发明曝气器膜盒与膜片组合结构的剖面示意图。
图6是本发明滤管和曝气器组合安装结构示意图。
图7是本发明多功能滤管滤池的结构示意图。
图8是本发明配水配气曝气多功能滤管结构的仰视示意图。
图9是本发明配水配气曝气多功能滤管与竖管组合结构示意图。
附图标记：1-滤管、1.1-竖管插入孔、1.2-滤管配水孔、1.3-滤管两侧配气孔、1.4-滤管顶部配气孔、1.5-曝气器安装槽、1.6-曝气器膜盒、1.6.1-膜盒顶板、1.6.2-曝气释放孔、1.6.3-侧板、1.6.4-卡钩、1.7-曝气器膜片、1.7.1-膜片曝气孔、1.7.2-外圈密封部、1.7.3-内圈功能部、2-竖管、2.1-竖管配水管、2.2-竖管配气管、2.3-竖管配气孔、2.4-竖管余气释放孔、3-曝气量控制阀、4-反冲洗气量控制阀、5-翻板阀驱动气缸、6-翻板阀、7-滤料层、8-进水布水渠、9-反冲洗排水渠、10-供气主管、11-滤后水出水管、12-反冲水管。
具体实施方式
实施例参见图1A、1B所示，一种配水配气曝气多功能滤管，所述滤管1为条形管状结构，其横截面为拱门形；所述滤管1的顶部分布有滤管顶部配气孔1.4，两侧腰部对应设有一道凹槽，滤管两侧配气孔1.3设置在凹槽槽底；所述滤管配水孔1.2有两排，对称设置在滤管底板长轴两侧，底板上还设置有一个竖管插入孔1.1；所述滤管配水孔1.2、滤管两侧配气孔1.3以及滤管顶部配气孔1.4均沿着滤管1长向均匀间隔分布。
参见图2所示，所述滤管1顶部外壁上对应滤管顶部配气孔1.4的位置设置曝气器安装槽1.5，安装槽沿着滤管的长向通常设置或者与曝气器一一对应设置；所述滤管1顶部外壁对应曝气器设有曝气器安装槽1.5，所述曝气器安装槽1.5包括垂直设置的一对侧板以及水平设置在侧板外侧面的一对卡槽。
参见图3A、3B所示，所述曝气器膜盒1.6为盖状结构，包括水平设置的膜盒顶板1.6.1、对称垂直设置在膜盒顶板两侧的一对侧板及水平设置在侧板底部内侧的卡勾1.6.4；所述膜盒顶板中部设有曝气释放孔1.6.2；所述膜盒顶板1.6.1另外两侧，设有一对限位侧板1.6.3；所述限位侧板围合形成卡合曝气器膜片1.7的定位槽。
参见图4A、4B所示，所述曝气器膜片1.7包括内圈功能部1.7.3以及外圈密封部1.7.2；其中内圈功能部1.7.3为圆形片状结构，其中心开有膜片曝气孔1.7.1；外圈密封部1.7.2环向位于内圈功能部1.7.3的外围，其断面为圆形、且断面直径大于内圈功能部1.7.3的厚度。
参见图5A、5B所示，所述曝气器膜片1.7定位卡装在膜盒顶板1.6.1的一对限位侧板1.6.3内。
参见图6所示，所述滤管1顶部外壁上对应滤管顶部配气孔1.4的位置可拆卸连接曝气器；所述曝气器包括与滤管1卡接的曝气器膜盒1.6以及安装在曝气器膜盒1.6与滤管1之间的曝气器膜片1.7；所述曝气器膜盒1.6扣合在曝气器安装槽1.5上，并通过卡勾1.6.4与曝气器安装槽1.5的卡槽对应连接；所述曝气器膜片1.7满填在曝气器安装槽1.5的一对侧板之间，其中外圈密封部1.7.2紧密贴合在曝气器安装槽1.5的侧板内侧。
参见图7所示，一种多功能滤管滤池，本例中以翻板滤池为例，包括滤管1、竖管2、曝气量控制阀3、反冲洗气量控制阀4、翻板阀驱动气缸5、翻板阀6、滤料层7、进水布水渠8、反冲洗排水渠9、供气主管10、滤后水出水管11以及反冲水管12。
参见图8、图9所示，滤池的配水、配气和曝气系统采用的是多功能滤管和竖管组合，滤管顶部安装有曝气器，滤管安装在滤池底板上方。竖管下部安装在滤池的集水渠中，其上部通过竖管插入孔1.1与滤管连接。
多功能滤管滤池运行时分为过滤、曝气工况和反冲洗工况：
过滤、曝气工况：
滤池过滤时，原水经进水布水渠8流入滤料层7进行过滤，利用水重力作用，渗透穿过滤料层7，原水中的悬浮物和滤料层中脱落的生物膜被阻留在滤料层中，滤后水经水平安装在滤池底部的滤管1的滤管配水孔1.2收集后,通过垂直安装在集水槽中的竖管2中的竖管配水管2.1进入集水渠，经滤后水出水管11流向滤后水池。
在滤水同时，压缩空气经供气主管10、曝气量控制阀3进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管2的竖管配气孔2.3下方时，压缩空气经竖管配气孔2.3、竖管配气管2.2进入滤管1并在其上部形成第二气垫层后，通过滤管顶部配气孔1.4进入曝气器曝气膜片1.7的功能部1.7.3的下方，最后经曝气孔1.7.1生成曝气气泡从池底部均匀的进入滤料层，实现曝气功能。此时，通过自控系统对曝气量控制阀调节以实现滤池的精准曝气。
在该工况中，由于曝气设计气量较小，滤管内第二气垫层的厚度被限制在滤管两侧配气孔1.3的上方、滤管两侧配气孔不会释放压缩空气；滤池自控系统控制翻板阀驱动气缸5驱动翻板阀6关闭。
反冲洗工况：
滤池反冲洗时，进水布水渠停止进水、曝气量控制阀关闭，让进入池内的原水继续过滤，待池内水位降至滤料层上20厘米时关闭滤后出水阀，然后通过启动风机和反冲洗水泵，并开关相应的反冲洗气、水控制阀门按气冲、气水混合冲、水冲三个阶段对滤池进行反冲洗，当一个反冲过程结束后，先后分别按45°、90°的不同开启度按一定的时间控制程序，顺序打开排水翻板阀将反冲水和滤池内集聚的污物排出。
在气冲洗阶段和气水混合冲洗阶段，压缩空气经供气主管10、反冲洗气量控制阀4进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管2的竖管配气孔2.3下方时，经由竖管配气管2.2进入滤管1并在其上部形成第二气垫层，因反冲洗气量远大于曝气量，第二气垫层厚度达到滤管两侧配气孔1.3的下方，使反冲气通过滤管两侧配气孔1.3生成反冲洗气泡进入滤料层以实现气冲洗功能。
在气水混合冲洗阶段和水冲洗阶段中，反冲洗水经反冲水管12进入集水渠，经竖管2的竖管配水管2.1进入滤管1后，经滤管配水孔1.2进入滤料层以实现水冲洗功能。
气冲洗结束后第一个气垫层的余气将通过竖管上的余气释放孔2.4进入竖管配气管并汇入滤管顶部第二气垫层，然后经滤管顶部配气孔和曝气器曝气孔释放到滤料层中。
Claims (5)
1.一种配水配气曝气多功能滤管，其特征在于：
所述滤管(1)为条形管状结构，其横截面为拱门形；
所述滤管(1)的顶部分布有滤管顶部配气孔(1.4)，两侧腰部对称设有滤管两侧配气孔(1.3)，底板上分布有滤管配水孔(1.2)以及竖管插入孔(1.1)；
所述滤管(1)顶部外壁上对应滤管顶部配气孔(1.4)的位置可拆卸连接曝气器；
所述滤管(1)顶部外壁对应曝气器设有曝气器安装槽(1.5)，所述曝气器安装槽包括垂直设置的一对侧板以及水平设置在侧板外侧面的卡槽；
所述曝气器安装槽(1.5)沿着滤管的长向通长设置或者与曝气器一一对应设置；
所述曝气器包括与滤管(1)卡接的曝气器膜盒(1.6)以及安装在曝气器膜盒(1.6)与滤管(1)之间的曝气器膜片(1.7)；
所述曝气器膜盒(1.6)为盖状结构，包括水平设置的膜盒顶板(1.6.1)、设置在膜盒顶板中心设置的曝气释放孔(1.6.2)以及水平设置在两侧侧板内侧的一对卡勾(1.6.4)；
所述曝气器膜盒(1.6)扣合在曝气器安装槽(1.5)上、并通过卡勾(1.6.4)与曝气器安装槽(1.5)的卡槽对应连接；
所述膜盒顶板(1.6.1)的另外两侧，围绕曝气释放孔(1.6.2)环向设有限位侧板(1.6.3)；
所述限位侧板围合形成卡合曝气器膜片(1.7)的定位槽；
所述曝气器膜片(1.7)对应卡接在膜盒顶板(1.6.1)的限位侧板(1.6.3)内；
所述曝气器膜片(1.7)包括内圈功能部(1.7.3)以及外圈密封部(1.7.2)；
其中内圈功能部(1.7.3)为圆形片状结构，其中心对应滤管顶部配气孔(1.4)开有膜片曝气孔(1.7.1)；外圈密封部(1.7.2)环向位于内圈功能部(1.7.3)的外围，其断面为圆形、且断面直径大于内圈功能部(1.7.3)的厚度；
所述曝气器膜片(1.7)满填在曝气器安装槽(1.5)的一对侧板之间，其中外圈密封部(1.7.2)紧密贴合在曝气器安装槽(1.5)的侧板内侧。
2.根据权利要求1所述的配水配气曝气多功能滤管，其特征在于：
所述滤管(1)的两侧腰部对应设有一道凹槽，滤管两侧配气孔(1.3)设置在凹槽槽底；所述滤管配水孔(1.2)有两排，对称设置在滤管底板长轴两侧；
所述滤管配水孔(1.2)、滤管两侧配气孔(1.3)以及滤管顶部配气孔(1.4)均沿着滤管(1)长向均匀间隔分布。
3.一种多功能滤管滤池，包括滤池、滤管和竖管，其特征在于：所述滤管(1)为权利要求1或2所述的配水配气曝气多功能滤管；其中竖管（2）通过竖管插入孔(1.1)与滤管连接。
4.一种应用权利要求3所述的多功能滤管滤池的水处理方法，包括过滤、曝气工况，其特征在于：
过滤工况：
滤池过滤时，原水经进水布水渠(8)流入滤料层(7)进行过滤，滤后水经水平安装在滤池底部的滤管(1)的滤管配水孔(1.2)收集后,通过垂直安装在集水槽中的竖管(2)中的竖管配水管(2.1)进入集水渠，经滤后水出水管(11)流向滤后水池；
曝气工况：
在滤水同时，压缩空气经供气主管(10)、曝气量控制阀(3)进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管(2)的竖管配气孔(2.3)下方时，压缩空气由竖管配气孔进入、经由竖管配气管进入滤管(1)并在其上部形成第二气垫层，然后，通过滤管顶部配气孔(1.4)进入曝气器膜片(1.7)的功能部(1.7.3)的下方，最后经曝气孔(1.7.1)生成曝气气泡从池底部上升均匀的进入滤料层（7），实现曝气功能；
曝气工况中，通过曝气量控制阀(3)调节曝气量，第二气垫层的厚度被控制在滤管两侧配气孔(1.3)上方。
5.一种应用权利要求3所述的多功能滤管滤池的水处理方法，包括反冲洗工况，其特征在于：
滤池反冲洗包括气冲洗阶段、气水混合冲洗阶段和水冲洗三个阶段；
在气冲洗阶段和气水混合冲洗阶段中，压缩空气经供气主管（10）、反冲洗气量控制阀（4）进入集水渠并在其上部形成第一气垫层，当第一气垫层厚度达到竖管（2）的竖管配气孔（2.3）下方时，反冲气经由竖管配气管进入滤管（1）并在其上部形成第二气垫层，因反冲洗气量远大于曝气量，第二气垫层厚度会达到滤管两侧配气孔（1.3）的下方，反冲气经滤管两侧配气孔生成反冲洗气泡进入滤料层(7)实现气冲洗功能；
在气水混合冲洗阶段和水冲洗阶段中，反冲洗水经反冲水管(12)进入集水渠，经竖管(2)的竖管配水管(2.1)进入滤管(1)后，经滤管配水孔(1.2)进入滤料层(7)实现水冲洗功能；
在气冲洗结束后,第一个气垫层的余气将通过竖管上的余气释放孔(2.4)进入竖管配气管(2.2),汇入滤管(1)顶部第二气垫层，然后,经滤管顶部配气孔(1.4)、曝气器曝气孔（1.7.1）释放到滤料层中。
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