專利名稱：一種地埋式滲濾水處理裝置及應用該裝置的水處理方法
技術領域：
本發明屬于水、廢水或污水的處理技術領域，具體涉及地埋式滲濾水處理裝置和
處理方法，適用于地表水、游泳池水、游樂水、回用水、工業循環用水等的水處理。
背景技術：
現代化工業快速發展的今天，人們的物質生活水平的不斷提高，各個行業和不同 領域對水的使用量也大幅提高，隨之而來的二次水污染問題也十分嚴重，有些地區已發展 到嚴重影響人類生存的程度，為此，水處理行業許多專家和工程師們都在不斷努力探索解 決水污染的問題。 目前，已在實際應用或試用中所涉及到適用于地表水、游泳池水、游樂水、回用水、 工業循環用水等領域的水處理裝置有壓力罐(砂缸)、膜過濾、氣浮括泥機和虹吸自清潔 過濾機，它們的作用特點均為分離被污染水中的雜質和有害氣體，使水得以活化，并借助消 毒藥劑滅菌滅藻來達到凈化水質的目的。但在實際應用中也暴露出不同的經濟和效用上的 問題和缺陷。 比如壓力罐(砂缸)，由于該設備是將原水通過一定壓力作用于濾料，進行分離 污物的方法，所以只能解決輕度污染的原水(如游泳池水，欲池水)，對于地表水(如河、湖、 景觀水等)中度污染的水體因加壓后易導致污物穿透濾料層，同時增加了污物與濾料的粘 附和纖維的絞結作用，使濾料容易堵塞死機，一些微小顆粒物也易穿過濾料層，處理后的水 質效果也不好；且該設備因無曝氣功能，不具活化水效用；因加壓過濾消耗大量能源，同時 還要相關藥物對原水進行混疑絮疑作用，使用成本高昂。 膜過濾法雖能耗相對不過大，但極易堵塞，要經常人工清潔或更換過濾膜，且不能 對水進行活化，只能應用于小規模輕度污染(如游泳池、欲池、噴泉水)領域，對中度污染的 水原因易堵塞使濾水周期變短，而頻繁清潔或更換過濾膜，由于不具備自清潔功能，給運行 維護管理也帶來極為不便，同時還要相關藥物對原水進行混疑絮疑作用，使用成本高昂。
氣浮括泥機處理法，需要機械曝氣和機械括污，能耗大，機電故障率高，使用壽命 短，運行維護費用高，需要機房，綜合工程建設成本高。 虹吸自清潔過濾機水處理法是目前公認較好處理方法，但該方法應用設備體積高 (高約4. 5-5. 5米)，由于該方法的專用裝置需利用水的水柱壓力和大氣壓力，使高位前置 (即原水)曝氣裝置，與反沖洗凈水槽和低位排污水槽均為敞開式，并形成上中下結構布 局，應用中必須設立機房，增加了綜合工程成本；其構成的水處理系統對放置設備選址需較 高要求，尤其在無建造機房的條件下得不到應用；除此，該方法所用過濾機裝置在實際應用 中，由于采用虹吸原理反沖洗，當長期不用時，濾料因殘余微生物作用，會使濾料表面形成 生物膜，當這種生物膜將濾料間隙堵塞達到初始過濾的水不能穿過濾料至凈水槽時，在凈 水槽缺水的情況下，因無凈水沿過濾方向的反向推動濾料，會導致開機后需要反沖洗時虹 吸啟動所產生的初始負壓不足以啟動反洗，就會產生反沖失敗而使原水經反沖洗排污管自 然流出，即跑水現象，致使設備運行可靠性差，不穩定。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的上述問題，提供一種地埋式高效節能的滲濾 水處理裝置及其方法，它能以地埋的方式應用于水處理領域，且以重力滲濾方法實現過濾 過程，具有低揚程大流量的特點，因而以更節能高效、更低綜合成本和使水處理系統結構簡 易。本發明水處理裝置應用較靈活，且占地面積小，出水水質穩定，可解決地表水、游泳池 水、游樂水、回用水、工業循環用水等被中度污染過的水體水質問題，應用領域寬，適用面 廣。 為實現本發明目的，采用如下技術方案 —種地埋式滲濾水處理裝置，包括進水管、凈水出水管、曝氣桶和濾缸，濾缸側設 有維護觀察室，所述曝氣桶、濾缸和濾缸維護觀察室均為地埋式，濾缸內設有濾料層，其特 征在于濾缸自上至下為壓水緩沖室、濾料層和凈水室，壓水緩沖室與濾料層之間設置有減 壓板、壓力緩沖室側壁連通進水管，頂部連通反沖洗排污管，濾料層下部設承托濾板；濾缸 中部固定有帶觀察窗的進料孔法蘭，濾缸底部凈水室開一凈水出水口與曝氣桶相通，濾缸 側壁與曝氣桶交接，曝氣桶為傘狀頂，傘狀頂的錐面板上連有兩個對稱的進氣管，錐面板中 間連接一圓筒，圓筒口部連接一帶蓋板的T字形出氣管，曝氣桶內部裝有曝氣筒，曝氣筒上 端裝有曝氣水分器，凈水出水管穿過曝氣桶與曝氣筒下端的出水口連通，曝氣筒置于曝氣 桶中心，其環形間隙形成凈水室，所述反沖洗排污管的上端和凈水室內分別裝有水位傳感 頭。 進一步，上述濾料為至少兩層復合濾料層。粒徑可以自上層到下層逐漸增大，濾料 采用密度不同、粒徑不同、作用不同的礦石組合成的多層復合濾料，且按一定的配比來滿足 不同的水質處理要求。不但可過濾水中不溶微生物，去除固定顆粒，還可以去除細菌或者藻 類等，從而有效提高水質。 再進一步，所述曝氣水分器為規則開鑿或不規則開鑿有若干水槽孔的碟形板。 所述壓水緩沖室為內徑大于進水管管徑的一段空腔。 所述濾缸為2-6組，對稱布置于曝氣桶側壁。 本發明另一 目的是應用上述處理裝置的水處理方法 (1)待處理水經進水管進入壓力緩沖室減壓，通過壓力緩沖室底部出水孔落于減 壓板； (2)經步驟(1)的兩級緩沖后進入濾缸并靠重力自濾料層滲透，對原水懸浮物進 行分離，凈水進入濾缸底部的凈水室，通過凈水出水口進入同側曝氣桶和曝氣筒中間環形 間隙所形成的凈水室內； (3)凈水水位上升越過曝氣筒頂端時，凈水由曝氣水分器中過水槽孔通過，并重力
向下加速運動，與曝氣筒底部水面沖擊，這一運動過程中水中的廢氣自曝氣水分器的排氣
孔向上排出，并經出氣管排入大氣中，同時大氣中的空氣經進氣管吸入凈水室； (4)當水位傳感頭進行檢測到反沖洗排污管上升到設定水位時，啟動抽吸泵，抽吸
泵將濾料上面和緩沖室里的污水按過濾方向的反向抽吸，濾料向上膨脹，濾料層所截留的
懸浮物體抽離濾缸，濾料得以洗凈并在凈水室內的水位下降至設定位置，關閉抽吸泵，反沖
洗過程結束。
上述處理方法中還包括步驟曝氣筒底部的凈水通過加藥裝置加氯滅菌滅藻，加 入0. 3到lmg/L的余氯離子，水質濁度可控制在0. 4mg/L至5mg/L以下。
相比現有技術水處理裝置及方法，本發明有益效果在于 (1)本發明裝置整體結構緊湊，整體可埋于地下，施工簡單，且不影響地面景觀的 布置。本發明裝置埋地深度根據進出水流量大小的不同為1.5米-2米，污水直接經濾缸過 濾無需前置沉淀，由于采用重力流滲透過濾法，水中污物被自然態分離于濾料表層，而不會 穿透濾料，因此不會導致濾料在長期運行中吸附污物而堵塞死機現象。本發明裝置采用后 置曝氣(即處理后的凈水曝氣活化)，利用流體動力學原理，通過加速水的撞擊性運動，并 增大水與空氣的表面接觸面積，使水中有害氣體(如氨氮、二氣化碳、沼氣等帶氣字頭物質 成分)汽化溢出得以分離，同時使空氣中的氧氣被水吸收(溶解氧可達10mg/L以上)，使水 得以活化，達到機械曝氣的效果，從而提高水質鮮化透明度。本裝置的反沖洗是通過反沖洗 排污管水柱壓力水位來自動檢測濾料所截的污物量，并借助抽吸動力將濾料上部的污水抽 出，這一過程使濾料上部形成負壓，同時由曝氣筒與曝氣桶之間構成凈水室的凈水(在長 期不運行時均保存著待反沖洗的水量)在其重力作用下，沿過濾方向的反方向經濾料底部 向上推動濾料，當凈水經過濾料層不同粒徑濾料之間間隙向上運動時，水與濾料之間形成 磨擦力，從而使濾料向上膨脹，把濾料表層的污物攪動的同時被抽吸排出，這一過程與抽吸 動力是同步進行且屬強制性的，所以克服了虹吸反沖洗靠水的動能啟動虹吸的過程多損失 的水量的缺陷，也克服了虹吸法中不同狀態下不能被啟動而跑水的現象，因此完全實現可 靠穩定運行。 綜上所述，本發明不但滿足了水質處理質量的污物分離，而且實現了水中廢氣的 分離，同時為水體提供了無能耗的曝氣功能。本發明的基本裝置為單缸布置，在曝氣裝置不 變的情況下，還可以并聯同等水處理量的多缸并聯組合式結構，以滿足更大的水處理流量 的要求。本裝置因可地埋設置，所以由它構成的水處理系統管網路徑可變得更為簡易，進水 揚程更低，同等流量下的能耗也非常低，實際應用中可減少機房的土建工程成本，因此具有 良好的經濟效益。 (2)本發明過濾水量大，過濾流速在30至40m/h，按單缸及其組合，可滿足各類不 同流量的水處理要求。 (3)由于地埋布置，通常靠近水體放置，水處理系統管線短，水阻小，實現低揚程大 流量的低能耗效果；工程造價大幅降低。 (4)使用壽命長，因裝置內各部件無機械傳動件，無磨損問題，濾料均為高硬度材 料，在運行中幾乎無磨損，裝置主體為高強度塑料制成，具有很強的耐腐耐候性，使用壽命 長；在水處理過程中基本上只消耗較低的電費和加氯費用，運行維護費用極低，易于推廣應 用。
圖1為本發明地埋式滲濾水處理裝置一實例結構示意圖；
圖2為圖1所示地埋式滲濾水處理裝置的俯向示圖；
圖3為本發明實例反沖洗排污管與濾缸的部分剖面示意圖；
圖4本發明實例1中曝氣水分器過水斷面示意 圖5本發明實例曝氣水分器俯向示圖；
圖6為本發明實例2四缸組合式結構示意圖。 圖中l-曝氣桶、ll-曝氣筒、12-帶桶蓋板的T字形出氣管、13-進氣管、14-圓筒、 111-曝氣水分器、112-出水管、2-濾缸、21-進水管、22-壓力緩沖室、23-濾料層、24-凈水 室、25-減壓板、26-進料孔法蘭、27-反沖洗排污管、28-承托濾板、29-凈水出水口、3-維護 觀觀察室、31-桶蓋、。 圖6中2-1為第二濾缸、2-2為第三濾缸、2-3為第四濾缸、21-1為第二濾缸的進 水管、21-2為第三濾缸的進水管、21-3為第四濾缸的進水管、27-l為第二濾缸的反沖洗排 污管、27-2為第二濾缸的反沖洗排污管、27-3為第三濾缸的反沖洗排污管、3-l為第二維護 觀察室、31-1為第二維護觀察室的桶蓋
具體實施例方式
下面結合具體實施例來對本發明進行進一步說明，
實施例1 參見圖1、2、3，地埋式高效節能滲濾水處理裝置，包括進水管21、凈水出水管、曝 氣桶和濾缸，濾缸側設有維護觀察室，所述曝氣桶、濾缸和濾缸維護觀察室均為地埋式，曝 氣桶、濾缸和濾缸維護觀察室為耐腐蝕塑料制成。 濾缸2內具有多層濾料層23，上述濾料采用密度不同、粒徑不同、作用不同的礦石 組合成的多層復合濾料，且按一定的配比來滿足不同的水質處理要求。濾料下面有承托濾 板28，濾料層23上部有減壓板25，減壓板25上方為壓水緩沖室22，壓力緩沖室22側壁連 通進水管21。 濾缸2頂部連通反沖洗排污管27，濾缸2中部設有帶觀察窗的進料孔法蘭26，靠 進料孔法蘭26側與濾缸交接一維護觀觀察室3，維護觀察室3上口有桶蓋31供維護進入查 看。 濾缸2底部為凈水室，凈水室具有凈水出水口 29進入曝氣桶1，曝氣桶1與濾缸交 接即共用一側壁分隔，曝氣桶1內設有曝氣筒ll，曝氣筒11與曝氣桶1之間的環形間隙為 凈水室的一部分，與濾缸2的底部凈水室相通。 曝氣桶1的上部為倒斗型，其上端的錐面板上對稱設置兩個進氣管13，錐面板中 央連一圓筒14，圓筒14上口與具有桶蓋板的T字形出氣管12相通。 曝氣筒11上端裝有曝氣水分器111，曝氣桶1和曝氣筒11呈中心對稱狀，中間間
隙形成凈水室，曝氣筒11的下端設有凈水出水管112并穿過曝氣桶1排出凈水。 反沖洗排污管27的上端和凈水室內分別裝有第一水位傳感頭4和第二水位傳感
頭41。 曝氣桶1、濾缸2和維護觀察桶3所構成的地埋式水處理裝置主體，曝氣桶1、濾缸 2和維護觀察室3主體高度一致，除反沖洗排污管27、進氣管13和帶桶蓋板的T字形出氣 管12露在地面外，其它部分均埋入地下。 參見圖4和5，曝氣水分器111布置若干規則或不規則水槽孔的碟形板，通過改變 水的流態使水與空氣充分接觸，并在曝氣筒11內作重力下落形成沖擊運動，從而把水中的 廢氣(如氨氮、二氧化碳、沼氣等有害氣體)分離掉，同時把氧氣溶于水中，使水達到充分活化的目的。
應用上述地埋式高效節能滲濾水處理裝置的一種水處理方法，包括以下步驟
(1)待處理的原水經進水管21進入壓力緩沖室22減壓后，通過壓力緩沖室22底 部出水孔重力落在減壓板25上，經兩級緩沖后進入濾缸的濾料層，壓水緩沖室22為一段相 比進水管內徑大的容器，瞬間可釋放進水壓力； (2)靠重力滲透通過濾料層23，對原水懸浮物進行分離，凈水進入濾缸底部凈水 室24，通過凈水出水口 29進入同側曝氣桶1和曝氣筒11中間間隙所形成的凈水室內；
(3)隨著凈水水位的上升超過曝氣筒11頂端時，凈水就由曝氣水分器111中過水 槽孔改變流態，增大水與空氣接觸面積并重力向下加速運動，與曝氣筒11底部水面發生沖 擊，由于水向下運動過程中水會在克服空氣阻力時產生氣壓，該氣壓將把這一運動過程水 中的廢氣一并從曝氣水分器111中間排氣孔向上排出，并經帶桶蓋板的T字形出氣管12排 入大氣中，這一過程中的水向下運動時也會產生負壓，將大氣中的空氣經進氣管13吸入凈 水室，從而形成空氣對流的過程。 (4)反沖洗，在以上過濾過程，當濾料層截留的懸浮物體超過一定量時，水的滲透 阻力加大，使水位經反沖洗排污管27上升形成等量的水柱壓力，這一壓力被控制在不改變 出水水質要求的設定值，為此采用第一水位傳感頭4進行檢測，當這一水位達到第一水位 傳感頭4時就開始啟動抽吸泵，抽吸泵將濾料上面和緩沖室里的污水按過濾方向的反向抽 吸，此時濾料在凈水室的重力和大氣壓力下同時反向作用于濾料，這樣就使濾料向上膨脹， 把所截留的懸浮物體抽離濾缸，濾料得以洗凈并在凈水室內的水位下降至第二傳感頭41 的預設位置時，關閉抽吸泵，反沖洗過程結束，進入下一輪過濾和反沖洗的循環工作狀態。
以上所述一種地埋式高效節能滲濾水處理裝置及其方法，在水處理實際應用中的 被處理的水體循環周期按不同水質標準要求設定，并通過水泵電氣控制系統進行控制。處 理后的凈水通過加藥裝置加氯，使水中殘留的細菌和藻細胞得以殺滅，并使水體中維持0.3 至lmg/L的余氯量，這樣就確保了水質在一定時間內不變質，水質透明度可以達到1. 5米以 上深度，水質效果良好。 經過實驗證明，本發明裝置對地表水、雨水、工業循環水、泳池水的處理效果非常 顯著，按實際應用的水質要求達到或超過國家《地表水環境質量標準》GB3838-2002II類和 生活飲用水衛生標準GB5749-2006。
實施例2 與實施例1單缸過濾結構不同的是，本實施例在曝氣桶不變的情況下，可將多個 濾缸進行并聯，組合成滿足不同流量要求的多缸結構體，以下以四缸組合的技術方案作進 一步說明。 這種多缸組合的水處理裝置包括四個完全相同的實施例1單缸，四個濾缸呈對稱 與曝氣桶交接，其中每二個單缸交接于同一個維護觀察室，四個濾缸的進水管各接一個電 控制閥，電控閥的另一端接至公共進水管，四個濾缸反沖洗排污管上端的水位傳感頭相互 錯位不在同一水平線上。 應用本實施例多缸組合的水處理裝置的水處理方法，包括如下步驟 1、待處理的原水經四個電控閥分別分配給四個濾缸，經上述單缸所述方法的步驟
所處理的凈水匯集到曝氣桶l和曝氣筒ll中間間隙所形成的凈水室內，并按上述單缸所述
7方法的步驟將凈水從出水管流出。 2、四個單缸上的反沖洗排污管上端錯位的水位傳感頭，按各自不同步的先后反洗 要求優選反洗秩序，同時經電控裝置自動關閉不反洗的單缸進水電控閥，使四缸確保反洗 的唯一性。 上述實施例為本發明的其一實施方案，但并不將本發明局限于這些具體實施方 式。本領域技術人員應該認識到，本發明涵蓋了權利要求書范圍內所可能包括的所有備選 方案、改進方案和等效方案。基于本發明的精神，亦有多種變化，皆應在本發明申請的專利 范圍內。
權利要求
一種地埋式滲濾水處理裝置，包括進水管(21)、凈水出水管、曝氣桶和濾缸，濾缸側設有維護觀察室，所述曝氣桶、濾缸和濾缸維護觀察室均為地埋式，濾缸內設有濾料層，其特征在于濾缸自上至下為壓水緩沖室(22)、濾料層和凈水室，壓水緩沖室(22)與濾料層之間設置有減壓板(25)，壓力緩沖室側壁連通進水管(21)，頂部連通反沖洗排污管(27)，濾料層下部設承托濾板(28)；濾缸(2)中部固定有帶觀察窗的進料孔法蘭(26)，濾缸底部凈水室開一凈水出水口(29)與曝氣桶相通，濾缸側壁與曝氣桶(1)交接，曝氣桶(1)為傘狀頂，傘狀頂的錐面板上連有兩個對稱的進氣管(13)，錐面板中間連接一圓筒(14)，圓筒口部連接一帶蓋板的T字形出氣管(12)，曝氣桶內部裝有曝氣筒(11)，曝氣筒上端裝有曝氣水分器(111)，凈水出水管(112)穿過曝氣桶與曝氣筒下端的出水口連通，曝氣筒置于曝氣桶中心，其環形間隙形成凈水室，所述反沖洗排污管(27)的上端和凈水室內分別裝有水位傳感頭。
2. 如權利要求1所述地埋式滲濾水處理裝置，其特征在于所述濾料為至少兩層復合濾 料層。
3. 如權利要求2所述地埋式滲濾水處理裝置，其特征在于所述曝氣水分器(111)為規 則開鑿或不規則開鑿有若干水槽孔的碟形板。
4. 如權利要求3所述地埋式滲濾水處理裝置，其特征在于所述壓水緩沖室為內徑大于 進水管管徑的一段空腔。
5. 如權利要求2所述地埋式滲濾水處理裝置，其特征在于所述濾缸為2-6組，對稱布置 于曝氣桶側壁。
6. —種應用如權利要求1所述地埋式滲濾水處理裝置的水處理方法，其特征在于包括 如下步驟(1) 待處理水經進水管進入壓力緩沖室減壓，通過壓力緩沖室底部出水孔落于減壓板；(2) 經步驟(1)的兩級緩沖后進入濾缸并靠重力自濾料層滲透，對原水懸浮物進行分 離，凈水進入濾缸底部的凈水室，通過凈水出水口進入同側曝氣桶和曝氣筒中間環形間隙 所形成的凈水室內；(3) 凈水水位上升越過曝氣筒頂端時，凈水由曝氣水分器中過水槽孔通過，并重力向下 加速運動，與曝氣筒底部水面沖擊，這一運動過程中水中的廢氣自曝氣水分器的排氣孔向 上排出，并經出氣管排入大氣中，同時大氣中的空氣經進氣管吸入凈水室；(4) 當水位傳感頭進行檢測到反沖洗排污管上升到設定水位時，啟動抽吸泵，抽吸泵將 濾料上面和緩沖室里的污水按過濾方向的反向抽吸，濾料向上膨脹，濾料層所截留的懸浮 物體抽離濾缸，濾料得以洗凈并在凈水室內的水位下降至設定位置，關閉抽吸泵，反沖洗過 程結束。
7. 如權利要求1所述的水處理方法，其特征在于還包括曝氣筒底部的凈水通過加藥裝 置加氯滅菌滅藻。
全文摘要
一種地埋式滲濾水處理裝置，包括進水管、凈水出水管、曝氣桶和濾缸，曝氣桶和濾缸地埋，濾缸自上至下為壓水緩沖室、濾料層和凈水室，壓水緩沖室與濾料層之間設有減壓板，側壁連通進水管，頂部連通反沖洗排污管，濾料層下部設承托濾板；濾缸中部固帶觀察窗的進料孔法蘭，濾缸底部凈水室與曝氣桶相通，曝氣桶為傘狀頂，傘狀頂連兩個對稱的進氣管和圓筒，圓筒口部連接出氣管，曝氣桶內部裝有曝氣筒，曝氣筒上端裝有曝氣水分器，凈水出水管穿過曝氣桶與曝氣筒下端的出水口連通，曝氣筒置于曝氣桶中心，其環形間隙形成凈水室，反沖洗排污管的上端和凈水室內分別裝有水位傳感頭。本發明低揚程大流量，節能高效，綜合成本低，應用領域寬。
文檔編號C02F3/12GK101786718SQ20101011092
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者吳水平 申請人:杭州王清熙水處理設備工程有限公司