CN110734125B - 可调水位的高效型滤池反冲洗方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可调水位的高效型滤池反冲洗方法及结构，其在设置有滤层的滤池上配置水位调节阀；对于滤池反冲洗过程，通过计算该反冲洗各个阶段滤层的膨胀高度来确定滤池所需的最佳水位高度，据此调整水位调节阀，使滤池内水位被控制在所需的最佳水位上；如此，通过对滤池的水位控制以满足不同反冲洗阶段的水位需求，进而确保反冲洗效果，节水节能，同时避免滤料流失；其结构简单操作方便，既适用于新建工程，也适用于旧池改建工程。改建时只需将原洗水槽拆除，配置水位调节阀即可，只需很少改动；因此，适合普遍推广应用，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及过滤池领域技术，尤其是指一种可调水位的高效型滤池反冲洗方法及结构。
背景技术
给水及废水处理中广泛使用过滤工艺(包括普通快滤池、V型滤池及曝气生物滤池等)和适用于此工艺的气水反冲洗技术(一般分为三个阶段：双风机-单气洗，一风机一水泵-气水混合洗及双水泵-单水洗)。
请参照图1至图3所示，其显示了一种常见的传统的上向流曝气生物滤池的结构示意。传统曝气生物滤池均需要在滤池1的上部设置排放反冲洗废水的洗水槽3，洗水槽3的槽顶距滤料面的垂直高度至少等于滤料的最大膨胀高度再加上此槽本身的高度，往往达到60-100厘米，甚至更多。滤池反冲洗出来的废水从此槽的槽顶溢入槽中并排出池外。洗水槽3的槽顶以下的这一水层是排不走的，也就是反冲洗时滤层上仍保持着这么厚的水层。而反冲洗的第一阶段-气洗，技术上要求此水层的厚度不能太大，约10厘米左右为好，以利于从滤池底部通入的反洗空气在上升过程中由小气泡逐渐聚合成大气泡，对其周围的滤层进行“挤压-放松-挤压-放松”之反复循环作用，增强对滤料颗粒表面污物的扰动、剪切。而过厚的水层则妨碍气泡的聚合增大，降低了气洗及气水联合洗中气的剪切效果。此外，反冲洗后期，为了排清如此厚的水层中的污物，往往需要额外延长单水洗时间或设置初滤水排除装置，耗水耗电。
传统滤池，在进行反冲洗时，很难避免滤料流失：由于洗水槽3的存在(通常，它的面积至少占滤池有效面积的20％-25％)，反冲洗水位高度至少等于滤层膨胀高度、洗水槽3高度和溢流涌水厚度三者之和，而且，这个水位在整个反冲洗过程中保持不变。反冲洗水流从洗水槽旁通过时，由于过水断面缩小，其上升速度也相应增加20％-25％，流态可能从层流转变为紊流，一些小颗粒滤料会被裹挟一起流入洗水槽3排走；在实际工程中，如果气、水强度取值失当，或布气孔配置、滤板设计、施工及运行操作中任何一个环节的偏差或失误，滤料流失就会更加严重。所以，滤料流失是滤池运行中十分普遍存在的严重问题。
此外，滤池过滤周期结束时，洗水槽的上面仍保留1.5-2.0米或更厚的已经预处理的待滤水层(对于上向流滤池而言，此水层则是已滤过的清洁水层)，反洗前必须当作废水排掉，这无疑是对水资源和能量的巨大的浪费。
因此，本发明申请人精心研究了一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有工艺技术存在之缺失，其主要目的是提供一种可调水位的高效型滤池反冲洗方法及结构，通过对滤池反冲洗过程中的水位控制，以满足不同反冲洗阶段的最佳水位需求，进而确保反冲洗效果，避免滤料流失，节水节能。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种可调水位的高效型滤池反冲洗方法，在设置有滤层的滤池上配置水位调节阀；在滤池的反冲洗工艺中，先行计算出各反冲洗阶段滤层的膨胀高度以决定滤池所需的最佳水位，进而调整水位调节阀，使滤池水位被控制在所需最佳水位上。
作为一种优选方案，所述水位调节阀为下开式闸板阀，调整其向下打开的开度以调节滤池水位。
作为一种优选方案，所述反冲洗过程包括有单气洗阶段；滤池正常过滤时，滤池的水位高度为第一水位；需要进行单气洗时，先调整水位调节阀使池内水位高度为第二水位，所述第二水位低于第一水位；待第二水位以上的水层排出后，再启动反冲洗风机进行单气洗；在单气洗阶段，滤池不向外出水或排水。
作为一种优选方案，所述反冲洗过程还包括有气水混合洗阶段；单气洗结束后，先调整水位调节阀使池内水位为第三水位，所述第三水位低于第一水位且高于第二水位；利用反冲洗风机、反冲洗水泵，进行气水混合洗，滤池的反冲洗废水从第三水位处排出；第三水位高于计算的气水混合洗所导致的滤料膨胀高度。
作为一种优选方案，所述反冲洗阶段还包括有单水洗阶段；气水混合洗结束后，先调整水位调节阀使池内水位高度为第四水位，所述第四水位高于第三水位且低于第一水位；利用反洗水泵；滤池的反冲洗废水从第四水位处排出；第四水位高于计算的单水洗所导致的滤料膨胀高度。
作为一种优选方案，单水洗完成后，停止全部反洗水泵让滤池静置一设定时间段以使悬浮滤料沉降、滤层恢复初始密实状态；然后，调整水位调节阀使池内水位高度为第二水位，滤层上面的冲洗废水从第二水位处排出。
一种可调水位的高效型滤池反冲洗结构，包括有用于设置滤层的滤池，所述滤池为上向流滤池；所述滤池上配置有水位调节阀；所述滤池连接有进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管；所述进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管的管路上均设置有启闭阀；所述出水管、反冲洗排水管经水位调节阀连通滤池，所述水位调节阀控制滤池的过滤工作水位和反冲洗各阶段的最佳水位。
作为一种优选方案，所述滤池具有滤料槽及通过水位调节阀连通的出水排水槽，调整水位调节阀的开度以控制滤料槽溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽与出水排水槽之间的隔壁上，所述出水管、反冲洗排水管从出水排水槽分别接至清水池和废水调节池。
一种可调水位的高效型滤池反冲洗结构，包括有用于设置滤层的滤池，所述滤池为下向流滤池；所述滤池上配置有水位调节阀；所述滤池连接有进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管；所述进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管的管路上均设置有气动的启闭阀；所述进水管、反冲洗排水管经水位调节阀连通滤池，所述水位调节阀控制滤池的过滤工作水位和反冲洗各阶段的最佳水位。
作为一种优选方案，所述滤池具有滤料槽及通过水位调节阀连通的进水排水槽，调整水位调节阀的开度可以控制滤料槽溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽与进水排水槽之间的隔壁上，所述进水管、反冲洗排水管从进水排水槽分别接至进水泵和废水调节池。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和效益。具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过对滤池的水位控制以满足反冲洗各阶段的最佳水位需求，进而确保反冲洗效果，避免滤料流失，节水节能；
以及，所述水位调节阀为下开式闸板阀，向下为开，向上为关，其信号输出至PLC控制器，开度调整灵活方便；
本发明之技术方案，结构简单可行，既适用于新建工程，也适用于旧池改建工程。改建时只需将原洗水槽拆除，在滤池上配置水位调节阀即可，改动工程量很少，因此，适合于普遍推广应用，实用性强。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例(上向流曝气生物滤池)对本发明进行详细说明：
附图说明
图1是传统曝气生物滤池的结构示意图；
图2是图1中A-A处截面图；
图3是图2中B-B处截面图；
图4是本发明之实施例中曝气生物滤池的结构示意图；
图5是图4中C-C处截面图；
图6是图5中D-D处截面图；
图7是本发明之实施例中曝气生物滤池的反冲洗自动控制过程框图；
图8是本发明之实施例中曝气生物滤池的电控连接框图。
附图标识说明：
滤池1 出水排水槽2
洗水槽3
滤池10 进水管11
出水管12 反冲洗进水管13
反冲洗空气管14 反冲洗排水管15
出水排水槽16 滤料槽17
配水配气槽18 配水配气室19
滤柱20 滤梁21
滤板22 曝气管23
滤料24 支承墙25
闸孔26 闸板27
进水启闭阀① 出水启闭阀②
反洗气启闭阀③ 曝气阀④
反洗水启闭阀⑤ 排水阀⑥
水位调节阀⑦
第一水位H1 第二水位H2
第三水位H3 第四水位H4
具体实施方式
请参照图4至图8所示，其显示出了本发明之实施例的具体结构。
需要说明的是，本实施例中，是以上向流滤池10为例作说明，且是以三个反冲洗阶段：单气洗、气水混合洗、单水洗为例作说明。事实上，本发明之反冲洗方法，并不局限于该种滤池10结构，也不局限于此三种反冲洗阶段及反冲洗顺序。
首先，介绍一种可调水位的高效型滤池10反冲洗方法，在设置有滤层24的滤池10上配置水位调节阀；对于反冲洗过程，先行计算反冲洗各阶段滤层膨胀高度以决定滤池10所需的最佳水位高度，以此调整水位调节阀，使滤池10内水位被控制在所需的最佳水位上；如此，把传统的曝气生物滤池在整个反冲洗过程中水位保持不变的状况，改变为可以结合不同的反冲洗阶段(还包括正常过滤运行阶段)来灵活调节水位，以更好地满足相应阶段的最佳水位需求。
所述水位调节阀为下开式闸板阀27，调整其向下打开的开度便能调节滤池10水位。
此处，结合三个反冲洗阶段：单气洗、气水混合洗、单水洗为例，对滤池10反冲洗方法作说明：
所述反冲洗过程包括有单气洗阶段、气水混合洗阶段及单水洗阶段；
滤池10正常过滤时，水位高度为第一水位H1；需要进行单气洗时，先调整水位调节阀⑦使池内水位降为第二水位H2，第二水位之上的清水仍进入清水池，所述第二水位H2低于第一水位H1，且高于滤层顶面约10cm(例如：9-11cm)，待第二水位H2上的水层排出后，启动两台反洗风机进行单气洗；在单气洗阶段，滤池10不向外出水或排水。
单气洗结束后，调整水位调节阀使池内水位为第三水位H3，所述第三水位H3低于第一水位H1且高于第二水位H2；停止一台反冲洗风机、开启一台反冲洗水泵，进行气水混合洗，滤池10的反冲洗废水从第三水位H3处排出；第三水位H3略高于计算的、由一台反洗水泵所导致的滤层24的膨胀高度。
气水混合洗结束后，调整水位调节阀使池内水位为第四水位H4，所述第四水位H4高于第三水位H3且低于第一水位H1；停止第二台反洗风机、加开第二台反洗水泵，滤池10的反冲洗废水从第四水位H4处排出；在单水洗阶段，第四水位H4略高于计算的、由两台反洗水泵导致的滤层24的膨胀高度。
单水洗完成后，停止两台反洗水泵，让滤池10静置一设定时间段以使悬浮滤料24沉降、滤层恢复初始密实状态；然后，调整水位调节阀使池内水位为第二水位H2，滤层上面的废水从第二水位H2处排出。
接下来，结合图4至8以及具体的滤池10结构，作较详细的说明：
一种可调水位的高效型滤池10反冲洗结构，包括有用于设置滤层24的滤池10，所述滤池10上配置有水位调节阀；所述滤池10连接有进水管11、出水管12、反冲洗进水管13、反冲洗空气管14、反冲洗排水管15；所述进水管11、出水管12、反冲洗进水管13、反冲洗空气管14、反冲洗排水管15均设置有气动启闭阀；所述出水管12、反冲洗排水管15经水位调节阀连通滤池10，所述水位调节阀控制滤池10的过滤水位及反冲洗各阶段的排水水位。所述水位调节阀为下开式闸板阀27，调整其向下打开的开度便可以调节滤池10的水位。所述滤池10具有滤料槽17及经水位调节阀连通的出水排水槽16，调整水位调节阀以控制滤料槽17溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽17与出水排水槽16之间的隔壁上，所述出水管12、反冲洗排水管15从出水排水槽16分别连接到清水池或废水调节池。通常，还设置有PLC控制器；所述PLC控制器按照设计程序控制各气动启闭阀，并调整水位调节阀的开度，智能化程度高。
所述水位调节阀装设应用极为简易。只需取消滤池10原有的洗水槽，并在此槽外端的支承墙25上开一个闸孔26(优选为方形)，其孔底比设计滤层24面高一设定高度(例如：10厘米)，其孔顶比滤层的最大膨胀高度高另一设定高度(例如：10厘米)。在此闸孔26的外侧安装一个尺寸与闸孔26一致的气动水位调节阀(即：下开式闸板阀27，此阀的阀板向下为开、向上为关；)当然也可采用电动水位调节阀。闸孔26及调节阀的数量与原设计的洗水槽相同(此数量由池的面积大小决定，同一格滤池的几个调节阀必须实行联动，即每次开关动作的时间及开度完全一致)。此阀可以根据反冲洗各阶段的最佳水位通过PLC灵活调整其开度。为了实现滤池10运行的自动化，滤池10所有控制阀门(也就是前述的启闭阀)均可以使用气动蝶阀。除上述几点之外，滤池10的其它部分与标准设计完全一致，不需要变更。本发明之技术方案，既适用于新建工程，也适用于旧池改建工程。对于改建工程，只需要将原洗水槽拆除，将其在支承墙25上的出口堵死，并在此出口之下适当位置处新开闸孔26，配上水位调节阀即可。闸孔26及调节阀的数量与原来的洗水槽相同。
从图4至6，不难看出，所述曝气生物滤池10具有配水配气槽18、配水配气室19、滤柱20、滤梁21、滤板22，曝气管23，所述配水配气槽18通过配气孔、配水孔连接配水配气室19；所述进水管11、出水管12、反冲洗空气管14、反冲洗进水管13、反冲洗排水管15相应配置有进水启闭阀、出水启闭阀、反洗气启闭阀、曝气阀、反洗水启闭阀、排水阀。在滤料槽17内，可以装设卵石支承层、生物陶粒等。
此处，以上向流滤池10为例，说明滤池10与水位调节阀的工况(下向流滤池略有不同，在此暂不详述)如下：
滤池10正常运行时，水位调节阀⑦的开度为1/5～1/3(第一水位H1，不局限于此开度，也可另调)，原水泵出水经进水管11启闭阀①从滤池10底进入过滤层，滤过水从水位调节阀⑦上方之孔隙流至出水排水槽16，经出水管12和出水启闭阀②进入清水池。当运行周期结束、第一阶段反冲洗-单气洗开始前，关闭进水启闭阀①(对于由多格池组成的池组，则关闭该格池在池组总配水渠上的进水闸板)停止滤池10的原水泵及曝气风机、关闭曝气阀④，并全开水位调节阀⑦，滤层上方的滤过水依旧通过出水管12和出水启闭阀②进入清水池，待上述水层排出后(达到第二水位H2，水面高于滤层24面约10厘米，持续约3min，高度及时间均可调)关闭出水启闭阀②、打开反洗气启闭阀③和两台风机(空气强度为12-16l/s.m2，持续时间约5min，空气强度及时间均可调)，进行单气洗。
单气洗结束后，停止一台反冲洗风机，水位调节阀⑦的开度改为约2/3(第三水位H3，此处，按一台反冲洗水泵的水量导致的滤层膨胀高度加5厘米余量定)，同时开启一台反冲洗水泵及反洗水启闭阀⑤、排水阀⑥，进入第二阶段气水混合洗。反冲洗废水经排水阀⑥和排水管进入废水调节池，持续时间约3-5min。
气水混合洗结束，停止还在运行的第二台风机，关闭反洗气启闭阀③，同时调整水位调节阀⑦的开度为约1/3(第四水位H4，此处，按两台反冲洗水泵的水量导致的滤层膨胀高度加5厘米余量定)，开启第二台反冲洗水泵，进入第三阶段-单水洗，持续时间约5min。然后关闭反洗水启闭阀⑤，停止全部反冲洗水泵，单水洗完成，静置约3-5min让悬浮滤料24沉降、滤层恢复初始密实状态，然后全开水位调节阀⑦(第二水位H2)，滤层上面的废水排至废水调节池，再关闭滤池10的排水阀⑥。
至此反冲洗过程结束，可转入正常运行工况：水位调节阀⑦的开度恢复为1/5～1/3(第一水位H1，不局限于此开度，也可另调)，开启滤池10的原水泵，打开进水启闭阀①和出水启闭阀②，滤池10重新进入下一个过滤周期。
上述滤层膨胀高度的计算可按下列公式：
q＝0.034(ρ-ρ0)0.8d1.4F(e，m0)/μ0.6
F(e，m0)＝(m0+e)2.4/(1-m0)0.6/(1+e)1.8
e＝(L-L0)/L0
式中：
q—滤层的反冲洗强度，l/(s.m2)；q＝Q/A；
Q—滤池10反冲洗水泵流量，l/s；
A—滤层表面积，m2；
ρ，ρ0—分别为滤料24与水的密度；
d—滤料24颗粒直径，mm；
μ—水的粘滞系数；
e—滤层的膨胀率，100％；
m0--滤层膨胀前的孔隙率；
F(e，m0)--e，m0的函数；
L，L0--分别为滤层反冲洗时的厚度与冲洗前的厚度，m。
需要说明的是：前述水位调节阀⑦的开度、水位高度、空气强度、各个持续时间段长度等，在实际滤池10运行及反冲洗时，均可灵活调整，可以不受限于本实施例的数据。
以及，滤池按水流方向分上向流和下向流，以上，是以上向流滤池为例作说明，其原水从滤池底进入，由滤池上溢出；而下向流滤池则刚好相反，其是滤池上进水，滤池底出水。
若设计为下向流滤池，则所述可调水位的高效型滤池反冲洗结构，包括有用于设置滤层的滤池，所述滤池上配置有水位调节阀；所述滤池连接有进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管；所述进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管的管路上均设置有气动的启闭阀；所述进水管、反冲洗排水管经水位调节阀连通滤池，所述水位调节阀控制滤池的过滤工作水位和反冲洗各阶段的最佳水位。所述滤池具有滤料槽及通过水位调节阀连通的进水排水槽，调整水位调节阀的开度可以控制滤料槽溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽与进水排水槽之间的隔壁上，所述进水管、反冲洗排水管从进水排水槽分别接至进水泵和废水调节池。
本发明的设计重点在于，其主要是通过对滤池的水位控制以满足反冲洗各阶段的最佳水位需求，进而确保反冲洗效果，避免滤料流失，节水节能；
以及，所述水位调节阀为下开式闸板阀，向下为开，向上为关，其信号输出至PLC控制器，开度调整灵活方便；
本发明之技术方案，结构简单可行，既适用于新建工程，也适用于旧池改建工程。改建时只需将原洗水槽拆除，在滤池上配置水位调节阀即可，改动工程量很少，因此，适合于普遍推广应用，实用性强。
以上所述，仅是本发明的一个实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种可调水位的高效型滤池反冲洗方法，其特征在于：在设置有滤层的滤池上配置水位调节阀，通过水位调节阀连通出水排水槽，且所述滤池不设置洗水槽；在滤池的反冲洗工艺中，先行计算出各反冲洗阶段滤层的膨胀高度以决定滤池所需的最佳水位，进而调整水位调节阀的开度，使滤池水位被控制在所需最佳水位上；
滤池正常过滤时，水位调节阀将滤池水位高度控制为第一水位；
所述反冲洗工艺包括有单气洗阶段、气水混合洗阶段和单水洗阶段；需要进行单气洗时，先调整水位调节阀使池内水位高度为第二水位，所述第二水位低于第一水位且高于滤层顶面，待第二水位以上的水层排出后，再启动反冲洗风机进行单气洗，在单气洗阶段，滤池不向外出水或排水；单气洗结束后，先调整水位调节阀使池内水位为第三水位，所述第三水位低于第一水位且高于第二水位，利用反冲洗风机、反冲洗水泵，进行气水混合洗，滤池的反冲洗废水从第三水位处排出，第三水位高于计算的气水混合洗所导致的滤料膨胀高度；气水混合洗结束后，先调整水位调节阀使池内水位高度为第四水位，所述第四水位高于第三水位且低于第一水位，利用反洗水泵，滤池的反冲洗废水从第四水位处排出，第四水位高于计算的单水洗所导致的滤料膨胀高度；单水洗完成 后，停止全部反洗水泵让滤池静置一设定时间段以使悬浮滤料沉降、滤层恢复初始密实状态；然后，调整水位调节阀使池内水位高度为第二水位，滤层上面的冲洗废水从第二水位处排出。
2.根据权利要求1所述的可调水位的高效型滤池反冲洗方法，其特征在于：所述水位调节阀为下开式闸板阀，调整其向下打开的开度以调节滤池水位。
3.一种可调水位的高效型滤池反冲洗结构，其特征在于：其包括有用于设置滤层的滤池，所述滤池不设置洗水槽，所述滤池为上向流滤池，所述滤池上配置有水位调节阀，所述水位调节阀为下开式闸板阀，调整其向下打开的开度以调节滤池水位；其利用权利要求1所述的可调水位的高效型滤池反冲洗方法进行反冲洗；所述滤池连接有进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管；所述进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管的管路上均设置有启闭阀；所述出水管、反冲洗排水管经水位调节阀连通滤池，所述水位调节阀控制滤池的过滤工作水位和反冲洗各阶段的最佳水位；
所述滤池具有滤料槽及通过水位调节阀连通的出水排水槽，调整水位调节阀的开度以控制滤料槽溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽与出水排水槽之间的隔壁上，所述出水管、反冲洗排水 管从出水排水槽分别接至清水池和废水调节池。
4.一种可调水位的高效型滤池反冲洗结构，其特征在于：其包括有用于设置滤层的滤池，所述滤池不设置洗水槽，所述滤池为下向流滤池，所述滤池上配置有水位调节阀，所述水位调节阀为下开式闸板阀，调整其向下打开的开度以调节滤池水位；其利用权利要求1所述的可调水位的高效型滤池反冲洗方法进行反冲洗；所述滤池连接有进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管；所述进水管、出水管、反冲洗进水管、反冲洗空气管、反冲洗排水管的管路上均设置有气动的启闭阀；所述进水管、反冲洗排水管经水位 调节阀连通滤池，所述水位调节阀控制滤池的过滤工作水位和反冲洗各阶段的最佳水位；
所述滤池具有滤料槽及通过水位调节阀连通的进水排水槽，调整水位调节阀的开度可以控制滤料槽溢水水位；所述水位调节阀装设于滤料槽与进水排水槽之间的隔壁上，所述进水管、反冲洗 排水管从进水排水槽分别接至进水泵和废水调节池。
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