生物慢滤技术及其推广应用的建议

生物慢滤技术及其推广应用的建议湖北省农村饮水安全工程建设管理办公室汪富贵二○○八年一月一.问题的提出

我省县级行政区“十一五”农村饮水安全工程规划完成后，工程分类统计情况见表1。表1湖北省农村饮水安全工程分类情况统计时期分类工程处数（处）受益人口（万人）备注“十一五”初已有情况集中供水工程（200人以上）管网延伸00联村水厂958554.3处平5786人单村水厂3435312.7处平910人小计4393867.0处平1973人分散供水工程——2278.8合计——3145.8另有无设施1503万人“十一五”期间规划情况集中供水工程（200人以上）管网延伸921527.8处平5730人联村水厂1155569.9处平4934人单村水厂7215444.6处平616人小计92911542.3处平1660人分散供水工程3967567.3处平17人合计1609.6“十一五”末情况集中供水工程（200人以上）管网延伸921527.8处平5730人联村水厂21131124.2处平5320人单村水厂10650757.3处平711人小计136842409.3处平1761人分散供水工程2200合计4609.3从表1可以看出，无论是“十一五”初的已有情况，还是“十一五”规划情况，我省集中供水工程除管网延伸外，其规模都较小，“十一五”末，联村水厂2113处，处平5320人；单村水厂10650处，处平711人。无论是联村水厂还是单村水厂，大部分水厂均达不到“千吨万人”这一规模。此外，还有近一半的农村人口仍然为分散供水。农村水厂规模过小，最大的一个问题，就是供水水质难以保证，并由此产生恶性循环，用户少用或不用，使水厂难以为继甚至倒闭。采用一般水处理技术以保证供水水质，除一次性投资相对较大难以承受外，运行成本、管理技术、管理人才对于广大农村来说更是一个难以解决的问题，一些水厂虽有其设施，也闲之不用，仍然直取直供，停留在人饮解困工程阶段的供水水平上。

因此，结合我省农村经济发展水平和“十一五”农村饮水安全工程规划的实际情况，探索科学、经济、便于运用管理的农村中小水厂水处理技术就成为农村饮水安全工作的当务之急。不解决农村水厂的水质达标问题，就不能从人饮解困阶段跨入饮水安全阶段，我们所做的工作就跟不上时代发展的步伐。解决农村水厂水质达标问题成本太高（一次性投资和运行成本）、技术要求太高又不符合实际。正是在这种社会背景下，生物慢滤技术在解决农村中小水厂水质达标方面显示出了强大的生命力，它具有结构简单、运行稳定、造价和运行成本低廉、管理简单、水质处理效果良好等特点，具有广阔的推广应用价值。

二.生物慢滤技术简介

1.生物慢滤的原理2.传统慢滤与生物慢滤的差别借助于在滤料表面自然形成的生物滤膜上的寄生微生物群体的新陈代谢活动和滤膜、滤料的过滤作用，吸收水中的各类胶体及矿物质，净化水质，是生物化学过程和物理吸附过程共同作用的结果。因此，生物滤膜的形成及其维持是生物慢滤技术的关键。传统慢滤与生物慢滤的根本差别就在于有无生物滤膜的存在。4.滤料的要求3.生物滤膜产生的主要条件要有滤料作为培养基体。要有阳光照射在水面。滤料表面要有足够的水深（不低于30cm）。要尽可能避免水体的扰动，以促进生物滤膜的快速形成，保护生物滤膜的稳定成熟。滤料以石英砂为宜，一般河砂、陶粒、沸石亦可，有关研究表明，当滤料表面形成稳定成熟的生物滤膜后，滤料类型与水质净化效果无明显关系。

有关试验选取0.95～1.35mm、0.3～0.9mm、0.15～0.3mm粗、中、细三种粒径进行，研究了滤料粒径对浊度、有机物、氨氮和细菌等污染物的去除效果，结论如下：5.滤料的粒径

在相同滤速下，粒径越小，形成稳定成熟的生物滤膜需要的时间越短。0.95～1.35mm的石英砂需40～60天；0.3～0.9mm的石英砂需15～30天；0.15～0.3mm的石英砂需15天。一旦生物滤膜形成后，粗、中、细三种粒径对浊度、色度、氨氮、有机物、重金属等去除效果影响不大，但对细菌的去除差别较大，粒径越小，去除细菌的效果越好。因此，当原水细菌含量较高时，应选用细的滤料，否则，应增加消毒环节，特别是在肠道传染病高发季节。试验和工程实际经验表明，粒径0.3～1.0mm的滤料是生物慢滤的最佳粒径，属中偏粗砂。当原水细菌含量较高时，可选中偏细砂，粒径0.2～0.9mm为宜。6.滤料的填装高度7.滤料的分层有关研究表明，当选用0.3～1.0mm粒径的滤料时，其混合填筑与上细下粗分层填筑的去除效果差别不大，特别是生物滤膜形成之后。因此，一般只强调粒径0.3～1.0mm的选取，不强调分层。如有条件分层，应为上细下粗，但不可上粗下细。有关研究表明，滤料的填装高度对有机物、氨氮的处理效果有一定的影响，但其影响主要反映在50cm高度内，大于50cm后其影响不大。而其填装高度对于浊度、细菌、重金属的去除效果影响不大。综合考虑各方面的影响，一般取填装高度为80～120cm，实际工程中大多取100cm。8.慢滤速度从理论上说，慢滤慢滤，越慢水质效果越好，这一规律可以从大地层就是大自然界的一个天然慢滤来理解，一般深层地下水优于浅层地下水。滤速越慢，其生物化学过程和物理吸附过程越充分，水质净化效果越好。然而，滤速越慢，所需要的过滤面积也越大，工程投资也越大。通过大量试验研究和工程经验，慢滤速度以0.1～0.3m/h为宜，即每天每平方米慢滤面积水处理控制在2.4～7.2吨水为宜，太低则不经济，太高则水质难以保证。工程规模较小时，可取较低滤速；工程规模较大时，可取较高滤速。一般取0.2m/h。9.生物慢滤效果

大量的研究成果和工程实践表明，采用生物慢滤技术，可使原水中的有机污染物、重金属和病原菌的去除率达90％以上，可使长年浊度不超过60NTU的水降低到3NTU内，大肠杆菌、藻类可基本消除，细菌大部分消除，氨氮绝大部分消除，铁锰等矿物质大部分消除。如辅以沉砂池和粗滤池降低浊度，辅以消毒灭杀细菌，则可以适应一般常规水处理条件。并达到一般常规水处理效果。10.生物慢滤的优缺点

生物慢滤技术具有如下优点：无需投加混凝剂甚至是消毒剂，水处理过程生态、环保。既节约了成本，又减少了工作量，更为重要的是避免了混凝剂、消毒剂施用过多时对人体的伤害，混凝剂、消毒剂的剂量在常规水处理和一体化设施水处理中是较难以把握的一个技术问题，少了达不到效果，多了对人体又有毒害。正是基于这一点，生物慢滤技术的发明国——英国（1840年发明），在近几年改用欧盟标准对水厂进行技术改造的过程中，又回过头来废除传统的常规水处理工艺，而采用生物慢滤技术，值得我们深思和借鉴。当规模不大时，一次性投资相对较小，造价低廉。最小的一体化净水器或最简单的常规净化设施均需3～5万元，而运用生物慢滤技术其投资不会超过1万元。

然而，生物慢滤技术对于供水规模较大的情况也有无法弥补的缺点。一是占地面积大，按100升一个人考虑，0.2m/h的滤速，10000个人要208平方米的慢滤面积；二是水处理效率低，一天一个平方米慢滤面积只能产生2.4～7.2吨水。因此，当供水规模较大时，运用生物慢滤技术反而不经济。运行管理简单。一次建成，一年清洗2～3次，即可实现无人职守。高度自动化，运行成本低，甚至是无成本。净化效果好。水处理安全、卫生、可靠，水质满足供水水质要求，并且更环保、更生态、更天然。便于就地取材，无论何地都可就地取材建筑。便于小型、微型化。10.生物慢滤的优缺点

在“十一五”农村饮水安全工程规划中，各地已高度重视水源选择，把水源选择正确与否作为规划成败的关键所在。高氟水不选，苦咸水不选，污染严重的地表水、地下水不选，以泉水、山泉汇流水、水库水、大江大河水、深层地下水、河流源头水、湖水为集中供水工程水源，应该说来，这些水源均可适用于生物慢滤技术，只是辅助水处理措施有所不同。浊度较大的水源，应辅以沉砂池和粗滤池，铁、锰含量较大的水源应辅以曝气措施等。此外，也可通过慢滤速度的控制或生物滤膜的特别设计进一步优化水质。三.生物慢滤技术适用条件

1.水源条件2.供水规模条件

表2为福建省建瓯市村级供水工程水处理方案造价情况对比表供水规模(t/d)生物慢滤结构不锈钢一体化结构常规钢筋混凝土一体化结构303.55.31005.56.230099.510500121111表2建瓯村级日供水量30～500t水处理系统各方案造价情况表万元3.地形条件应当说，生物慢滤技术更适合山区地形一些，可以利用有利的水位控制条件，实现取水、水处理、供水自压自流。对于平原湖区则需辅以提水措施。上表反映出一个变化规律，即从一次性投资来看，随着供水规模的增大，生物慢滤技术的优势在逐渐降低，一体化设施和常规水处理设施的优势在上升，基本上以供水规模为每天500吨为平衡点，对应的受益人口约为5000人。定性地说来，这一变化规律也适用于我省的情况，只是数值概念还有待进一步研究。而生物慢滤技术的运行成本大大低于其它方式，因而，在5000人供水规模以内，如按等额年总成本的概念分析其生物慢滤技术一定是更为合算的。因此，对于我省来说，可将供水人口5000人，供水规模500吨作为采用生物慢滤技术的规模上限。对于更大规模的情况，要进行细致的经济技术比较后再确定。四.工程规模的确定及总体布置要求1.建筑物及基本设施生物慢滤水处理工艺流程示意图

一般分取水口、沉砂拦污池、输水管、旁通阀、水龙头、闸阀、滤速表、粗滤池、慢滤池、排污管、闸阀、清水池、供水管等。如取地下水则应先行曝气再进入输水管。这里讲的工程规模是指生物慢滤面积的确定，根据选定的慢滤速度和人均用水定额，查表3即可得出人均慢滤面积，再乘以人数即得所需要的慢滤面积（仅对24h自动制水而言）。2.工程规模确定滤速人均日定额（L/人·d）0.1m/h2.4t/m20.2m/h4.8t/m20.3m/h7.2t/m2500.02080.01040.0069600.02500.01250.0083700.02940.01470.0098800.03330.01670.0111900.03850.01890.01251000.04170.02080.01381100.04580.02290.01531200.05000.02500.0167人均慢滤面积m2/人

如非24小时制水，则应根据工作小时另行计算所需要的面积。粗滤池面积可按慢滤池面积的40～80％考虑，原水浊度较高时，取较大比例；原水浊度较低时，取较小比例。当规模不大时，亦可等量考虑。同时要注意其滤速不宜过大。3.总体布置的基本要求

三池（指粗滤池、慢滤池、清水池，下同）尽可能布置在一起，以便于集中管理。三池布置在一起时，粗滤池的设计水面高程高出慢滤池设计水面高程的最小高度为0.6m。沉砂、拦污池应布置在取水口，以防阻塞输水管道。输水管径的确定，应把有利的地形条件用好用足，并适当留有水头余地（至粗滤池前的进水闸阀处仍有10m左右的水头，其水准基点为清水池底），以便于调节滤速。三池的高差、水位控制、排污、溢流等问题，要妥善处理，实现自流自排，尤其要注意地埋池条件下的排污问题。粗滤池和慢滤池可连体建筑，以节约工程量。滤速的控制可通过粗滤池前的进水闸阀和慢滤池后的出水闸阀调控。当地形条件受到限制时，三池可分开建筑，用管路串联在一起，注意水力学计算，解决好水位控制问题。当日供水量较大时（大于每日供水150吨），可建造2～3个慢滤池并联运行，以便于运行管理。当原水水质较好且长年浊度低于60NTU时，可不建粗滤池。池体结构就地取材，可为砖砌体、石砌体或钢筋混凝土结构，但均应作好防渗处理，并满足稳定和生产运行管理要求。池体形状因地制宜，可为圆形、方形甚至是不规则形状，但均应满足生产规模和水质处理要求。输水管，宜采用PE管，地埋，其深度不小于0.8m，并作好接头防渗漏处理，以防冻、防盗、防破坏、防损坏、防漏水。回填时注意岩渣等坚硬物体接触PE管而伤管。清水池一定要加盖避光，以防池中孳生藻类。粗滤池和慢滤池池顶一般为开敞式，特别是慢滤池，其池顶必须有阳光直射。但为了防止封冻结冰，在冬季可临时支护防冻透明尼龙薄膜罩。水体从粗滤池入慢滤池，其布置要求为尽可能减少慢滤池顶部水体的紊动，以保护生物滤膜的稳定；同时注意从空气中携带氧气入水，以满足生物滤膜上的好氧微生物的生理需求。五.粗滤池与生物慢滤池的构造要求

生物慢滤池水处理工艺流程图

生物慢滤池剖面图

1.粗滤池的构造要求

水流流向粗滤池的水流流向一般采用竖流式向上方向。选取这种流向，一便于与慢滤池连体建筑，以节约建筑成本，同时满足慢滤池上部进水要求；二便于粗滤池的反冲洗，反冲洗水流自上而下，由细自粗便于沉积物的排去。设计滤速，一般取0.5～1.2m/h，宜低不宜高，以保证过滤效果。滤速的考虑与粗滤池面积的考虑是同时进行的。为了减少生物慢滤池的刮砂周期，慢滤池的进水浊度应控制在30NTU以内，而一般水源难以满足这一要求，故应设置粗滤池，以将浊度降低在30NTU以内。滤料及其粒径分层粗滤池顺水流方向自下而上滤料粒径由粗而细。其滤料可采用粗细碎石、粗细瓜米石等，均不得含有石灰质的滤料，以石英岩质为宜。滤料下部为承托层，采用砾石、鹅卵石，但不得含有石灰质的石料。具体粒径及层厚要求见表4。构造层粒径厚度备注承托层砾石、鹅卵石700均不得含有石灰质的承托料和滤料，以石英岩质为宜。第一层16～32600第二层8～16500第三层4～8400第四层2～4300∑2500表4竖流式粗滤池滤料组成要求mm

表层水深表层水深通过溢流堰（平水缺）控制，以1000mm为宜，以利生物慢滤池取水不致于扰动粗滤池，取清留浑。顶部超高取300mm。粗滤池承托层底高有300mm即可。粗滤池基底厚度应不小于300mm。因此，粗滤池建基面以上的总高度为4400mm。排污管于承托层之底下，管径应不小于160mm，以保证反冲洗效果。排污管口应为自由出流。粗滤池进水管宜为花管，并贯通层底，以使进水水流均匀分布，提高过滤效果。2.生物慢滤池的构造要求

水流流向生物慢滤池的水流方向必须是垂直向下方向，以便于阳光直接照射，从而快速形成并维持生物滤膜。设计滤速一般取0.2m/h甚至更低，与确定慢滤面积时一并考虑。滤速低则效果更好。滤料及粒径分层生物慢滤池的滤料以采用石英砂为宜，粒径取0.3～1.0mm的中粗砂。层厚取1000mm（也可取1200mm）。承托层的滤料及粒径分层承托层逆水流方向（自下而上）如下布置：第一层16～32mm100mm层厚第二层8～16mm100mm层厚第三层4～8mm50mm层厚第四层2～4mm50mm层厚∑300mm承托层与慢滤层之间用厚度为10mm的棕毛片相隔，以防滤料流失。承托层底部干铺平砖150mm厚，砖下设集水槽，槽深200mm。