HD智能高效過(guò)濾器在農(nóng)村自來(lái)水廠的應(yīng)用

1、湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)論文系 部： 建筑工程系 學(xué)生姓名： 歐陽(yáng)群文 指導(dǎo)老師： 曹紅葵 專 業(yè)： 環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)班 級(jí)： 環(huán)0901 HD智能高效過(guò)濾器在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用 歐陽(yáng)群文 湖南城建學(xué)院材料工程系 湖南湘潭摘要 HD智能高效過(guò)濾器(以下簡(jiǎn)稱“HD”)是一種高速、高效、智能過(guò)濾器。該過(guò)濾器是采用自適應(yīng)長(zhǎng)纖維濾料，小阻力配水系統(tǒng)，氣水聯(lián)合沖洗方式，具備傳統(tǒng)過(guò)濾器的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)多方面優(yōu)于傳統(tǒng)過(guò)濾器以及其他輕質(zhì)填料過(guò)濾池的特點(diǎn)，是一種更適應(yīng)、新型、高效的過(guò)濾技術(shù)。HD特別適合農(nóng)村自來(lái)水廠處理農(nóng)村生活污水處理中的過(guò)濾設(shè)備。關(guān)鍵詞 HD、傳統(tǒng)過(guò)濾器、農(nóng)村生活污水、自適應(yīng)

2、長(zhǎng)纖維濾料1 前言 解決農(nóng)村生活污水，改善環(huán)境衛(wèi)生，一直以來(lái)是困擾著農(nóng)村自來(lái)水處理中的一大問(wèn)題。近年來(lái)，隨著城市工業(yè)的發(fā)展，以及農(nóng)村生活的狀況提高，使得農(nóng)村生活污水源更加復(fù)雜化。針對(duì)源水濁度50NTU，采用微絮凝+接觸過(guò)濾+消毒的工藝，過(guò)濾設(shè)備可采用HD，消毒設(shè)備可采用二氧化氯。處理后的水達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB57492006）。2 農(nóng)村生活水環(huán)境污染現(xiàn)狀和特點(diǎn) 2.1農(nóng)村生活水環(huán)境污染現(xiàn)狀 農(nóng)村水環(huán)境是指分布在廣大農(nóng)村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫(kù)等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國(guó)總計(jì)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)45412個(gè)，村民委員會(huì)739980個(gè)，鄉(xiāng)村戶數(shù)23692.7萬(wàn)戶，鄉(xiāng)村人口達(dá)91

3、960萬(wàn)人。農(nóng)村人口分散，人口數(shù)量多，沒(méi)有任何生活污水的收集和處理設(shè)施，這使農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據(jù)測(cè)算，全國(guó)農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸，嚴(yán)重污染了農(nóng)村地區(qū)居住環(huán)境，農(nóng)村大部分地區(qū)河、湖等水體普遍受到污染，飲用水水質(zhì)安全受到嚴(yán)重威脅，直接危害農(nóng)民的身體健康，嚴(yán)重影響農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，極易導(dǎo)致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據(jù)估算，農(nóng)村環(huán)境問(wèn)題每年造成的經(jīng)濟(jì)損失已超過(guò)千億元，我國(guó)農(nóng)村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔(dān)憂。 改革開(kāi)放的三十多年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力獲得了較大幅度的提高。畜禽散養(yǎng)戶的不斷增多，大量畜禽糞便沒(méi)有處理就直接排放，糞便污染逐年加重。有資料顯示，養(yǎng)殖一頭豬所產(chǎn)生的廢水是一

4、個(gè)人的7倍，而養(yǎng)殖一頭牛則是22倍。這些有機(jī)物未經(jīng)處理，滲入地下或進(jìn)入地表水，使水環(huán)境中硝態(tài)氮、硬度和細(xì)菌總數(shù)超標(biāo)，嚴(yán)重威脅著居民飲用水的安全。 2.1.2農(nóng)村污水特點(diǎn) 農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)：廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水，這些用水分散，農(nóng)村沒(méi)有任何收集的設(shè)施，隨著雨水的沖刷，隨著地表流入河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫(kù)等地表水體、土壤水和地下水體，其中有機(jī)物含量大是其主要的特點(diǎn)。 （1）水質(zhì)特點(diǎn)。a農(nóng)村村鎮(zhèn)人口較少，分布廣泛且分散，大部分沒(méi)有污水排放管網(wǎng)；b農(nóng)村生活污水濃度低，變化大；c大部分農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大，水中基本上不含有重金屬和有毒有害物質(zhì)（但隨著人們生活水平的提高，部

5、分生活污水中可能含有重金屬和有毒有害物質(zhì)），含一定量的氮、磷，水質(zhì)波動(dòng)大，可生化性強(qiáng)；d不同時(shí)段的水質(zhì)不同；e廁所排放的污水水質(zhì)較差，但可進(jìn)入化糞池用作肥料。 （2）水量特征。a一般農(nóng)村的生活污水量都比較小，除小城鎮(zhèn)外，農(nóng)村人口居住分散，水量相對(duì)較少，相應(yīng)地產(chǎn)生的生活污水量也較?。籦變化系數(shù)大，居民生活規(guī)律相近，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水排放量早晚比白天大，夜間排水量小，甚至可能斷流，水量變化明顯，即無(wú)水排放呈不連續(xù)狀態(tài)，具有變化幅度大的特點(diǎn)；c在上午、中午、下午都有一個(gè)高峰時(shí)段。 （3）排放體制特征。農(nóng)村生活污水一般呈粗放型排放。很多農(nóng)村尚無(wú)完善的污水排放系統(tǒng)，污水沿道路邊溝或路面排放至就近的水體。少

6、部分地區(qū)具有完善的污水排放系統(tǒng)。農(nóng)村生活污水中有機(jī)物含量高，N、P含量增多。人們無(wú)意識(shí)的排放和雨水的沖刷，使大量的有機(jī)質(zhì)和N、P等物質(zhì)流入湖泊等水體，如果不加以處理利用，常常會(huì)引起富營(yíng)養(yǎng)化，給人們的身體健康帶來(lái)不利影響。 3 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)路線 農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇要量力而行，充分考慮到農(nóng)村地區(qū)財(cái)力狀況薄弱、農(nóng)民實(shí)際承受能力較低這一普遍情況，處理工藝的選擇不能盲目攀比，不能一味地選擇時(shí)髦先進(jìn)、處理效果好、自動(dòng)化控制水平很高的處理工藝，而著重應(yīng)該考慮選用既成熟可靠，又適合農(nóng)村特點(diǎn)和實(shí)際的污水處理適用技術(shù)。建議污水處理技術(shù)的選擇優(yōu)先達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：一是達(dá)標(biāo)排放或回用；二是注重經(jīng)濟(jì)適用，運(yùn)行成

7、本低，管理維護(hù)簡(jiǎn)單。而污水在通過(guò)前提的處理后，到達(dá)過(guò)濾裝置中運(yùn)用HD。HD是一種高速、高效、智能過(guò)濾器。該過(guò)濾器是采用自適應(yīng)纖維濾料，小阻力配水系統(tǒng)，氣水聯(lián)合沖洗方式。具備傳統(tǒng)過(guò)濾器的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)多方面優(yōu)于傳統(tǒng)過(guò)濾器以及其他輕質(zhì)填料過(guò)濾池的特點(diǎn)，是一種更適應(yīng)、新型、高效的過(guò)濾技術(shù)。在采用HD裝置處理的污水后使其各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都能達(dá)標(biāo)。4 HD簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)過(guò)濾器過(guò)濾設(shè)備采用砂層過(guò)濾，砂濾的缺點(diǎn)是占地大、跑濾料、維護(hù)管理困難。而HD采用自適應(yīng)纖維濾料作為一種新型的過(guò)濾器過(guò)濾濾料，該濾料具有出水水質(zhì)好、占地小、不跑料、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)村生活污水處理的理想設(shè)備。4.1 自適應(yīng)纖維濾料HD

8、是采用自適應(yīng)纖維球?yàn)V料，自適應(yīng)纖維濾料器有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是出水孔板在下部，一種是出水孔板在上部，長(zhǎng)纖維束一端固定在出水孔板上，另一端與一質(zhì)量極小的限制纖維束相對(duì)位置的構(gòu)件連接。所謂自適應(yīng)，是指不依靠其他裝置，僅靠水流對(duì)纖維層的水頭阻力實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維層的壓縮。實(shí)際上，長(zhǎng)纖維絲的縱向剛度很小，只要對(duì)纖維進(jìn)行適當(dāng)處理并保持適宜的裝填密度，依靠濾層的水頭阻力就完全可以像纖維球過(guò)濾器一樣將纖維層壓縮。該過(guò)濾濾料工作原理見(jiàn)圖1。 圖1 自適應(yīng)纖維過(guò)濾濾料 當(dāng)水流自上向下通過(guò)纖維層時(shí)，在水頭阻力作用下，纖維承受向下的縱向壓力且越往下則纖維所受的向下壓力越大。由于纖維縱向剛度很小，當(dāng)縱向壓力足夠大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生彎

9、曲，進(jìn)而纖維層會(huì)整體下移，最下部纖維首先彎曲并被壓縮，此彎曲、壓縮的過(guò)程逐漸上移，直至纖維層的支撐力與纖維層的水頭阻力平衡（壓縮過(guò)程需35min ）。由于纖維層所受的縱向壓力沿水流方向依次遞增，所以纖維層沿水流方向被壓縮彎曲的程度也依次增大，濾層孔隙率和過(guò)濾孔徑沿水流方向由大到小分布，這樣就達(dá)到了高效截留懸浮物的理想床層狀態(tài)。清潔床層壓縮達(dá)到平衡后的壓縮情況見(jiàn)表 1。 表1 自壓式纖維過(guò)濾裝置壓縮達(dá)到平衡時(shí)的情況纖維層位置由上至下cm纖維層各段初始高度cm各段被壓縮后高度cm02020 20 78.3 99 119.578.3 99 119.5 136.558.3 20.7 20.5 1713

10、6.515013.5壓縮比（壓后高/壓前高）10.91 0.63 0.46 0.410.37注： 流速為30m/h ，水溫為13 。4.1.2 自適應(yīng)纖維濾料特點(diǎn)自適應(yīng)纖維過(guò)濾器的有效過(guò)濾面積大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，出現(xiàn)機(jī)械故障的因素極少，且接近出水位置的纖維壓縮比大，大都呈橫向狀態(tài)。自適應(yīng)纖維系統(tǒng)在纖維束濾料基礎(chǔ)上，增加了出水孔板，使其兼有纖維濾料和顆粒濾料的優(yōu)點(diǎn)，由于濾料特殊的結(jié)構(gòu)，使濾床孔隙率很快形成上大下小的梯度密度，使過(guò)濾器濾速快、截污量大、易反沖洗，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)，使加藥、混合、絮凝、過(guò)濾等過(guò)程在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，使設(shè)備能有效除去養(yǎng)殖水體中懸浮有機(jī)物，降低水體COD、氨氮、亞硝酸鹽等，特

11、別適合于暫養(yǎng)池循環(huán)水固體懸浮物過(guò)濾。4.1.3 HD工作原理在進(jìn)水泵的吸收管段投加絮凝劑，絮凝劑和原水通過(guò)水泵葉輪攪拌作用將兩者快速均勻混合，并和原水中的細(xì)小懸浮物和膠體物質(zhì)進(jìn)行微絮反應(yīng)。原水經(jīng)過(guò)增壓后進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)部水結(jié)構(gòu)進(jìn)行均勻布水，絮凝反應(yīng)后的原水通過(guò)濾床，大量的微絮凝絮體被截留。剛開(kāi)始過(guò)濾的出水濁度一般達(dá)不到要求，這時(shí)的出水叫正排水，排水經(jīng)過(guò)管道排放處理。排水時(shí)間一般為23分鐘后，切換閥門(mén)，將合格水送至清水池或者其他用水點(diǎn)。直到過(guò)濾水頭損失達(dá)到設(shè)定值或者達(dá)到設(shè)定的過(guò)濾時(shí)間，即一個(gè)過(guò)濾周期，此時(shí)將進(jìn)行反沖洗。反沖洗時(shí)，清水由反沖洗泵送入，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器底部，由下至上對(duì)濾床進(jìn)行松動(dòng)12分鐘，而后

12、停止松動(dòng)，由反沖洗風(fēng)機(jī)供應(yīng)空氣沖洗35分鐘，再氣水同時(shí)反沖洗810分鐘，最后水漂12分鐘，整個(gè)反沖洗過(guò)程約1520分鐘。見(jiàn)圖2所示。 JY 加藥管 QS 清水管 KQ空氣管FX 反洗管XD 消毒管1.原水增壓泵 2.加藥設(shè)備3.羅茨風(fēng)機(jī) 4.HD高效過(guò)濾器 5.反洗水泵 6.消毒設(shè)備V1 原水進(jìn)水閥 v2 正洗排水閥 v3 過(guò)濾出水閥 v4 水沖閥 v5 排水閥 v6 進(jìn)氣閥 v7 排尾閥 圖2 工作原理圖4.1.4 HD與傳統(tǒng)過(guò)濾器的對(duì)比傳統(tǒng)過(guò)濾器過(guò)濾設(shè)備采用砂層過(guò)濾，砂濾的缺點(diǎn)是占地大、跑濾料、維護(hù)管理困難。自適應(yīng)纖維濾料作為一種新型的過(guò)濾器過(guò)濾濾料，具有出水水質(zhì)好、占地小、不跑料、運(yùn)行費(fèi)

13、用低、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，是水處理的理想設(shè)備。HD結(jié)構(gòu)如圖3所示。它是由兩個(gè)支座支撐濾布的垂直安裝于中央集水管的平行過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)串聯(lián)起來(lái)的，一套裝置的過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)數(shù)量一般為220個(gè)，每個(gè)過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)由4小塊扇形組合而成。過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)與HD先連接，原水進(jìn)口通過(guò)原水泵到達(dá)HD，再經(jīng)過(guò)反洗風(fēng)機(jī)使得進(jìn)來(lái)的水通過(guò)反洗水泵后，達(dá)到達(dá)標(biāo)排放清水。如圖4所示。 圖3 HD外形結(jié)構(gòu)圖 圖4 HD平面布置圖5 HD與傳統(tǒng)過(guò)濾器設(shè)計(jì)參數(shù)5.1 HD與傳統(tǒng)過(guò)濾器設(shè)計(jì)參數(shù)及應(yīng)用特點(diǎn)目前傳統(tǒng)過(guò)濾器一般采用向下流過(guò)濾方式，因而反沖洗過(guò)后造成濾料粒徑自上至下逐漸增大了濾層結(jié)構(gòu)，上層的小粒徑濾料起著主要的載污作用，因此大大增加了各種過(guò)濾條件，

14、使得傳統(tǒng)過(guò)濾器在過(guò)濾中得到許多限制因素，而HD在采用傳統(tǒng)過(guò)濾器的基礎(chǔ)上在過(guò)濾器核心上下部位加了過(guò)濾纖維，使得在過(guò)濾中起到了很好的作用。以下是兩種過(guò)濾的應(yīng)用對(duì)比，見(jiàn)下表2。表2 HD與傳統(tǒng)過(guò)濾器設(shè)計(jì)參數(shù)及應(yīng)用特點(diǎn) 類型工作壓力Mpa工作溫度水頭損失Mpa納污量kg/m³反沖洗耗水過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾周期特點(diǎn)HD0.45550.050.116361%1.5%HD自適應(yīng)短纖維濾料824h（視水情況而定）工藝路線成熟可靠，應(yīng)用廣泛；運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單；自適應(yīng)性，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)濾料；反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗；主體材質(zhì)可采用碳鋼、不銹鋼。傳統(tǒng)過(guò)濾器0.65450.550.3492%3.5%傳統(tǒng)砂濾16 32

15、h（視水情況而定）納污量小，運(yùn)行不穩(wěn)定；操作過(guò)于復(fù)雜，反沖洗運(yùn)行麻煩；主體結(jié)構(gòu)主要是鐵制，易于老化。由表2知，在兩種設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，HD各方面的特點(diǎn)都強(qiáng)于傳統(tǒng)過(guò)濾器，從而能使HD更好的運(yùn)用在農(nóng)村生活污水處理的實(shí)際工程當(dāng)中。5.2 HD反沖洗設(shè)備反沖洗是為恢復(fù)濾池正常工作所采用的反向水流沖洗濾層的操作過(guò)程。操作反沖洗設(shè)備時(shí)水流經(jīng)底部排水系統(tǒng)反向通過(guò)濾池，以沖洗掉濾料中的堵塞物質(zhì)，并減少產(chǎn)生水頭損失的因素。反沖洗設(shè)備中水泵和風(fēng)機(jī)的好壞直接關(guān)系到反沖洗的效率。傳統(tǒng)過(guò)濾器的反沖洗設(shè)備落后使得過(guò)濾效果到不到理想的要求，而HD過(guò)濾器采用優(yōu)良的水泵和風(fēng)機(jī)，使得效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)過(guò)濾器。下表是HD與傳統(tǒng)過(guò)

16、濾器反沖洗設(shè)備參數(shù)對(duì)比：表3 參數(shù)對(duì)比表直徑mm 項(xiàng)目類型350800100016002000HD效過(guò)濾器水泵流量m³/h3.91117.55070揚(yáng)程（m）10.61013.712.513.6電機(jī)功率kw0.370.751.535.5風(fēng)機(jī)風(fēng)量m³/min0.341.812.847.1411.44升壓Kpa3960606060電機(jī)功率Kw0.755.55.51522傳統(tǒng)過(guò)濾器水泵流量m³/h2.89.2154060揚(yáng)程（m）121213.513.013.6電機(jī)功率kw0.370.751.535.5風(fēng)機(jī)風(fēng)量m³/min0.250.651.22.54.8升壓

17、Kpa2550505050電機(jī)功率Kw0.755.55.51522 其中HD需要的空氣壓力為：3480Kpa，水壓力為：0.10.2Mpa，反沖時(shí)間更是只需1520min；而傳統(tǒng)的過(guò)濾器這些參數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于HD。5.3 HD設(shè)備規(guī)格HD主體材質(zhì)采用碳鋼、不銹鋼。大大提高了設(shè)備的使用壽命，為此，在設(shè)備制造過(guò)程中同樣是節(jié)約了設(shè)備原材料的使用，從而大大降低了生產(chǎn)成本和運(yùn)用成本；每個(gè)設(shè)備的規(guī)格在設(shè)計(jì)的同時(shí)都考慮了在實(shí)際當(dāng)中運(yùn)用的效果。以下是HD在設(shè)備規(guī)格及選型上與傳統(tǒng)過(guò)濾器的對(duì)比： 表4 設(shè)備規(guī)格對(duì)比直 徑（mm）處理水量m³/h濾料重量/kg設(shè)備凈重/kg設(shè)備高度/mmHD3504.25.6

18、13522008002248580354010003177890366016008019321604200200012529836904500傳統(tǒng)過(guò)濾器3503.16.6160230080018606803650100028951120381016007021823804500200010532040505000 注：濾前水質(zhì)若含有各種金屬離子時(shí),則應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。6 結(jié)論HD經(jīng)濟(jì)適用，運(yùn)行成本低，管理維護(hù)簡(jiǎn)單；小阻力配水系統(tǒng)，氣水聯(lián)合沖洗方式, 具有出水水質(zhì)好、占地小、不跑料、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，是水處理的理想設(shè)備。同時(shí)HD具備傳統(tǒng)過(guò)濾器的主要優(yōu)點(diǎn)，且多方面優(yōu)于傳統(tǒng)過(guò)濾器以及其他輕

19、質(zhì)填料過(guò)濾池的特點(diǎn)，是一種更適應(yīng)、新型、高效的過(guò)濾技術(shù)。HD在小流量農(nóng)村生活污水處理中具有比傳統(tǒng)過(guò)濾器更先進(jìn)更快速的過(guò)濾時(shí)間，未來(lái)更是需改進(jìn)其更先進(jìn)的技術(shù)，達(dá)到更大量處理更多污水的污水達(dá)標(biāo)。參 考 文 獻(xiàn) 1何剛，等新農(nóng)村污水治理工作的探討J北京水務(wù)，2007，（6）2肖剛，肖勁中，等廣州恒德水處理科技有限公司3成先雄，嚴(yán)群農(nóng)村生活污水土地處理技術(shù)J四川環(huán)境，2005，（2） 4洪嘉年農(nóng)村水環(huán)境污染防治的認(rèn)識(shí)和建議J給水排水，2006，（1）5 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB574985）國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),1986.8 致謝詞 時(shí)光荏苒，歲月如梭，這世上唯一不變的就是變化。轉(zhuǎn)眼間，真的是轉(zhuǎn)眼間，隨著畢業(yè)答辯的到來(lái)也宣布著大學(xué)時(shí)光即將結(jié)束。首先誠(chéng)摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師曹老師。在本論文寫(xiě)作工廠中我的導(dǎo)師傾注了大量心血，從選題到到審查到修改，到一遍的指出論文的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循偱善誘，在此我表示衷心的感謝。同時(shí)我還要感謝在學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師及支持我的同學(xué)和朋友。本論文是在曹老師的多次來(lái)來(lái)回回的修改之下才得以完成的。論文的最終定稿使我復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有那么一點(diǎn)點(diǎn)小成就。我要感謝，非常感謝咱們可敬可愛(ài)的曹紅葵老師，