CN109264938A - 一种炭砂滤池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种炭砂滤池，包括过滤模块和反冲洗模块，过滤模块包括进水配水槽、过滤区和气水分配室，反冲洗模块包括反冲洗进水管、反冲洗进气管、气水分配槽和排水槽，过滤区包括至少两层滤料，活性炭滤料位于上层，石英砂滤料位于下层，其特征在于，活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径根据活性炭滤料和石英砂滤料的密度差而确定。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种炭砂滤池。
背景技术
在水处理领域中，深度处理是指在常规给水处理工艺之后，通过一定的处理过程继续去除水中的，浊度、有机物和氨氮等污染物。深度处理工艺中研究较多且在工程上应用较广的工艺为臭氧-生物活性炭工艺。该工艺设置在砂滤池之后，将臭氧氧化和生物活性炭滤池联用，通过臭氧氧化、活性炭物理化学吸附和生物降解作用，进一步去除水中的有机物和氨氮，全面提高出水水质。近年来，臭氧-生物活性炭工艺的出水安全性问题逐渐受到关注：一方面是臭氧氧化副产物的问题；另一方面是由于活性炭工艺的“生物泄露”导致出水的生物安全性问题。
为降低“生物泄露”风险，目前通常采用的做法如下：
将一层石英砂添加到下向流活性炭滤池中，即在传统活性炭池炭层下部敷设一层石英砂，以提高对细菌和颗粒物的拦截效果，提高活性炭池出水的稳定性。然而，这样的“活性炭滤池”仅简单地增加了一层石英砂，虽然在一定程度上提高了活性炭池出水的稳定性，但是由于石英砂的有效粒径与常规砂滤池的相同，一般在0.7～1.0mm范围，且与颗粒活性炭相近，导致反冲洗效果普遍不理想，存在反冲洗水洗强度过大，活性炭流失问题。另外，如降低反冲洗水洗强度，砂滤层反冲洗又难以完全奏效，且易造成混层，使砂垫层完全失去作用。
将活性炭池与砂滤池倒置，即将活性炭池设于砂滤池之前。如此一来，深度处理阶段由于一般难以接受额外增加一级砂滤处理，臭氧-活性炭池的进水水质势必变差。为减少由此对下向流活性炭池带来的问题，如污堵速度快，反洗频率高等，很多新建或改建项目采用上向流池型设计。但这一***存在以下缺点：1)对前级混凝、絮凝及澄清处理要求提高；2)后臭氧接触设备抗污堵能力要求提高，臭氧耗量略有增加；3)颗粒活性炭产品可选范围减少(最高设计滤速必须低于膨胀滤速，以避免活性炭流失)。
发明内容
本发明提供了一种炭砂滤池，包括过滤模块和反冲洗模块，过滤模块包括进水配水槽、过滤区和气水分配室。
过滤区包括至少两层滤料，活性炭滤料位于上层，石英砂滤料位于下层，其特征在于，活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径根据活性炭滤料和石英砂滤料的密度差而确定。
气水分配室包括滤头、滤板和承托层，滤板上布置多根滤头，承托层安装在滤板上方，承托层上填充活性炭和石英砂滤料。
优选地，进水配水槽是U型槽，U型槽还具有排出反洗废水的作用。
优选地，进水配水槽是V型槽。
优选地，反冲气洗和反冲水洗的强度根据活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径而确定。
优选地，反冲气洗和反冲水洗的时间根据活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径而确定。
优选地，活性炭滤料的有效粒径为0.7-2.0mm。
优选地，活性炭滤料的有效粒径为0.9-1.8mm。
优选地，石英砂滤料的有效粒径为0.25mm-0.75mm。
优选地，石英砂滤料的有效粒径为0.28mm或0.55mm。
优选地，所述槽的顶面到过滤区的活性炭滤料的顶面之间的距离为活性炭滤料和石英砂滤料的总厚度的35％-40％。
附图说明
下面结合附图详细描述的本发明的优选实施方式中，本发明的优点和目的可以得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系，附图并非按比例绘制。附图中:
图1示出根据本发明的第一实施例的炭砂滤池的示意图。
图2示出根据本发明的第一实施例的炭砂滤池的配水渠和U型槽。
图3示出沿图2的线F-F截取的截面图。
图4示出在过滤阶段，根据第一实施例的炭砂滤池的工作示意图。
图5示出在反冲洗阶段，根据第一实施例的炭砂滤池的工作示意图。
图6示出根据本发明的第二实施例的炭砂滤池的示意图。
图7示出在过滤阶段，根据第二实施例的炭砂滤池的工作示意图。
图8示出在反冲洗阶段，根据第二实施例的炭砂滤池的工作示意图。
具体实施方式
将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括A、B、C等”仅指示所包括的部件A、B、C等的排列顺序，并不排除在A和B之间和/或B和C之间包括其它部件的可能性。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
图1-5示出根据本发明的第一实施例的炭砂滤池。参见图1，炭砂滤池包括过滤模块和反冲洗模块。过滤模块包括进水配水槽(在本实施例中为U型槽，具有多个横向的进水配水槽)1、过滤区13和气水分配室14。在本实施例中，U型槽除了进水配水的作用之外，还在反冲洗阶段起到了排出反洗废水的作用(如图5所示)。U型槽1与炭砂滤池的进水阀门11连接，接收进水。参见图4，过滤区13包括至少两层滤料(上层为活性炭滤料，下层为石英砂滤料)，这两层滤料位于承托层17上方。气水分配室14位于过滤区下方，并且左右对称设置，包括滤板15和滤头18，滤板15上均匀布置多个滤头18，承托层17位于滤板15上方。
参见图1，反冲洗模块包括反冲洗进水管7、反冲洗进气管4、反冲洗气水分配槽19和反冲洗排水槽21。反冲洗进水管和反冲洗进气管与滤池底部的气水分配槽19(如图4所示)连接，气水分配槽对反冲洗水和反冲洗气进行分配，然后经由气水分配孔20进入气水分配室14中，通过气水分配室的滤头进行配水和配气。参见图4，反冲洗排水槽21位于气水分配槽上方，并与反冲洗废水池10通过例如反冲洗阀门2连通。
另外，图1中还示出了反冲洗进水管7经由反冲洗水泵8与反冲洗水池9连接，从而反冲洗水池经由反冲洗水泵8将水泵送到反冲洗进水管7。经滤池过滤之后的水经由滤后水调节阀6排出到滤后水出口12，并且如图1所示，过滤后的水还可以进入反冲洗池以充当反冲洗水。反冲洗进气管4连接到鼓风机5，反冲洗排气阀3在打开时可以排出反冲洗气。初滤水阀16可用于对反冲洗水进行初始过滤。图1中还示出了反冲洗水位L1和过滤水位L2。
图2示出了炭砂滤池的配水渠22和U型槽1的剖面图，图3示出沿图2的截线F-F截取的截面图，从图2和图3中可以看出横向U型槽均匀分布在配水渠的两侧，配水渠的水经由U型槽进入滤池，U型槽确保水流在滤床上的均匀分布和滤速一致。同时，U型槽的设置防止在反冲洗水洗阶段由于堰上水力负荷较高，导致滤料被水流带走。
图4描述了在过滤阶段，根据第一实施例的炭砂滤池的工作过程。在过滤开始后，水流经由配水渠和均匀排布的U型槽流入滤池，从而微生物附着在由活性炭构成的滤床上形成固定生物膜，水流自上而下通过滤床，水中残存的少量有机物在生物膜及氧气的作用下进行生物降解，微污染有机物及致嗅味物质则被颗粒活性炭进行物理吸附；经过颗粒活性炭层的水继续自上而下通过石英砂滤层，从颗粒活性炭层脱落的生物膜及水中的细微颗粒物被砂滤层截留；经石英砂滤层过滤的水继续向下通过砾石承托层并经滤头进入滤板之下的清水区。最后，过滤后的水通过出水管排出池体。
应注意，在本发明中，颗粒活性炭和石英砂的有效粒径范围根据两者的密度差而确定，而且颗粒活性炭的粒径和比重与石英砂的粒径和比重在水洗膨胀率和水洗后分级方面彼此匹配。一般而言，石英砂的堆积密度为1.5-1.7g/cm3，颗粒活性炭的堆积密度为0.4-0.6g/cm3。颗粒活性炭的有效粒径为0.7-2.0mm，优选地为0.9-1.8mm，均匀系数不大于1.5，优选地不大于1.4，颗粒活性炭层的高度为1.0-2.5m，优选地为1.5-2.2m。石英砂的有效粒径为0.25mm-0.75mm，优选地为0.28mm或0.55mm，石英砂层的高度为0.3-0.5m。另外，砾石承托层的粒径为4x8mm，高度为100-150mm，填充要求保证该承托层能够覆盖滤头并避免滤头堵塞即可。
图5描述了在反冲洗阶段，根据第一实施例的炭砂滤池的工作过程。在反冲洗开始后，首先关闭进水阀门11停止进水，同时保持滤后水调节阀6的打开状态不变，继续过滤直至滤池内的液位降至滤料表面，然后关闭滤后水调节阀6。接着，启动鼓风机5，打开进气阀使反冲洗气进入反冲洗进气管4。反冲洗气首先进入气水分配槽19，气水分配槽对反冲洗气进行分配，然后经由气水分配孔20进入气水分配室14中，在滤板15下方形成气垫层，在该阶段可以控制进气流量为20～30Nm3/(m2.h)以使气泡均匀。然后，将进气流量增加到50～60Nm3/(m2.h)，通过气流搅动水流和滤料使滤料处于流化悬浮状态，滤料之间的摩擦剥离颗粒活性炭滤料上附着的生物膜，积存在滤料之间老化脱落的生物膜及细微颗粒物被气流水流带至上层，气冲时间大约持续4～6分钟。接着，停止反冲洗气，打开排气阀3排除气垫层。
在反冲气洗结束之后，启动反冲洗水泵8，根据颗粒活性炭和石英砂的有效粒径而确定反冲水洗强度及反冲水洗时间，例如最大反冲水洗强度为30-40m/h，在反冲水洗阶段，允许滤床有20％-40％的膨胀率，可确保在气洗阶段混合在一起的滤料重新分级。当然，滤床的膨胀率受到许多因素的影响，比如滤料的粒径、密度、水温和反冲水洗强度。反冲水洗产生的污水溢流到反冲洗排水槽21，最终排入反洗废水池。
通过本发明的两种滤料的选择，可以使得过滤出水浊度低，所需的反冲水洗强度低，并且在反冲水洗结束后，两种滤料的掺混比例小。例如，当颗粒活性炭厚度为500mm，石英砂厚度为300mm，水温为15℃时，最佳反冲水洗强度为30-40m/h，两种滤料的膨胀率为15-25％，在两种滤料沉降后掺混比小于15％。炭砂滤池的U型槽顶面到活性炭滤层顶面的距离为全部滤料厚度的35～40％，这样可以满足反冲洗膨胀率的要求。
本发明的炭砂滤池的颗粒活性炭和石英砂的有效粒径范围根据两者的密度差而选择，而且颗粒活性炭的粒径和比重与石英砂的粒径和比重在水洗膨胀率和水洗后分级方面彼此匹配，使得在冲洗水流量相同时它们的膨胀程度基本一致，使它们在重新开始过滤以前重新得到良好分级。
图1至图5示出的炭砂滤池具有U型槽，主要用于滤池宽度大(例如大于4m)或反冲水洗强度高(例如大于25m/h)的情况。图6至图8示出根据本发明的第二实施例的炭砂滤池。该第二实施例的炭砂滤池与第一实施例的炭砂滤池的主要区别在于第二实施例的炭砂滤池具有V型槽来代替U型槽。
如图6所示，炭砂滤池包括过滤模块和反冲洗模块。过滤模块包括用于进水分配槽1’(在本实施例中为V型槽)、过滤区13和气水分配室14。在本实施例中，V型槽除了进水配水的作用之外，还在反冲洗阶段具有表面扫洗的作用，可加速将滤料中反冲洗到水面的生物膜和悬浮物迅速通过反冲洗废水管排走，大大缩短了反洗时间并节约了水量。V型槽1’与炭砂滤池的进水阀门11连接，接收进水。参见图7，过滤区13包括至少两层滤料(上层为活性炭滤料，下层为石英砂滤料)，这两层滤料位于承托层17上方。气水分配室14位于过滤区下方，并且左右对称设置，包括滤板15和滤头18，滤板15上均匀布置多个滤头18，承托层17位于滤板15上方。
参见图6，反冲洗模块包括反冲洗进水管7和反冲洗进气管4。反冲洗进水管和反冲洗进气管与滤池底部的气水分配槽19(如图8所示)连接，气水分配槽对反冲洗水和反冲洗气进行分配，然后经由气水分配孔20进入气水分配室14中，通过气水分配室的滤头进行配水和配气。参见图6，反冲洗排水槽21位于气水分配槽上方，并与反冲洗废水池10通过例如反冲洗阀门2连通。
另外，图6中还示出了反冲洗进水管7经由反冲洗水泵8与反冲洗水池9连接，从而反冲洗水池经由反冲洗水泵8将水泵送到反冲洗进水管7。经滤池过滤之后的水经由滤后水调节阀6排出到滤后水出口12，并且如图6所示，过滤后的水还可以进入反冲洗池以充当反冲洗水。反冲洗进气管4连接到鼓风机5，反冲洗排气阀3在打开时可以排出反冲洗气。初滤水阀16可用于对反冲洗水进行初始过滤。图6中还示出了反冲洗水位L1和过滤水位L2。
图7示出根据本发明第二实施例的炭砂滤池在过滤阶段的工作过程，该阶段的工作过程与图4的根据第一实施例的炭砂滤池的工作过程类似，在此不再赘述。
图8示出根据本发明第二实施例的炭砂滤池在反冲洗阶段的工作过程，该阶段的工作过程与图5的根据第一实施例的炭砂滤池的工作过程类似。需要注意的是，在反冲洗时仍保持V型槽进水，这样通过原水进水的表面辅助扫洗可加速将滤料中反洗到水面的生物膜和悬浮物迅速通过反冲洗废水管排走，大大缩短了反洗时间并节约了水量。反冲洗废水槽顶部的楔形缓冲出水堰，可有效避免滤料流失。同样地，炭砂滤池的V型槽的排水楔形槽顶面到活性炭滤层顶面的距离为全部滤料厚度的35～40％，这样可以满足反冲洗膨胀率的要求。
以上描述了本发明的炭砂滤池，其具有如下优点：
根据不同滤料的密度差设计对应的滤料粒径，并设计对应的反冲洗强度，显著降低了生物泄露风险，出水水质好，浊度低(确保低于0.2NTU，大多低于0.1NTU,节省后续的砂滤或膜处理；
反冲水洗强度较常规炭砂滤池低，反洗过程中颗粒活性炭基本无流失，反冲洗效果好，反洗后颗粒活性炭与石英砂滤料分界清晰，无混层现象；
由于反洗效果好、无滤料流失，炭砂滤池可工作数年无需维护或补充滤料。
而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
Claims (10)
1.一种炭砂滤池，包括过滤模块和反冲洗模块，过滤模块包括进水配水槽、过滤区和气水分配室，反冲洗模块包括反冲洗进水管和反冲洗进气管，过滤区包括至少两层滤料，活性炭滤料位于上层，石英砂滤料位于下层，其特征在于，活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径根据活性炭滤料和石英砂滤料的密度差而确定。
2.如权利要求1所述的炭砂滤池，其特征在于，进水配水槽是U型槽，同时起到进水配水和在反冲洗阶段排出反洗废水的作用。
3.如权利要求1所述的炭砂滤池，其特征在于，进水配水槽是V型槽，同时起到进水配水和在反冲洗阶段进行表面扫洗的作用。
4.如权利要求1至3中任一项所述的炭砂滤池，其特征在于，反冲气洗和反冲水洗的强度根据活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径而确定。
5.如权利要求1至3中任一项所述的炭砂滤池，其特征在于，反冲气洗和反冲水洗的时间根据活性炭滤料的有效粒径和石英砂滤料的有效粒径而确定。
6.如权利要求1至3中任一项所述的炭砂滤池，其特征在于，活性炭滤料的有效粒径为0.7-2.0mm。
7.如权利要求6所述的炭砂滤池，其特征在于，活性炭滤料的有效粒径为0.9-1.8mm。
8.如权利要求1至3中任一项所述的炭砂滤池，其特征在于，石英砂滤料的有效粒径为0.25mm-0.75mm。
9.如权利要求1至3中任一项所述的炭砂滤池，其特征在于，石英砂滤料的有效粒径为0.28mm或0.55mm。
10.如权利要求1至3所述的炭砂滤池，其特征在于，所述槽的顶面到过滤区的活性炭滤料的顶面之间的距离为活性炭滤料和石英砂滤料的总厚度的35％-40％。
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