集雨水窖一体化生物慢滤净化装置的研制

集雨水窖一体化生物慢滤净化装置的研制

0雨水集蓄工程水质问题集水区工程是指对雨水进行人工收集、储存和调节的供水工程。其规模小、造价低、技术相对简单,已成为我国解决农村生活用水困难的一条有效途径。以集雨水窖或水柜蓄水为饮用水源的约有2000万人,主要分布在中国西北及北方干旱地区、滨海及海岛地区、以及西南岩溶发育严重漏水地区的农村。这些地区淡水资源匮乏或时空分布不能满足使用需求,农村地区常利用屋面、庭院、场地以及道路收集雨水,兴建水窖(池、柜)蓄存雨水,在旱季或降雨间隔期间,供人畜生活饮用水源。雨水在收集过程中往往将泥沙、人畜废弃物等污染物带入蓄水设施中,收集的雨水极易受到污染。加之水在蓄水设施中储存较长时间,容易产生大量微生物,甚至肉眼可见物和水生动植物,使水窖水质变差。雨水集蓄工程水质指标中,大肠杆菌、细菌总数、浊度和肉眼可见物等普遍超标。因此,收集储存的水窖水质不能达到生活饮用水卫生标准要求,特别是浊度等感官性状指标和微生物指标极易超标。集雨系统一般规模较小,水质处理较为困难,目前缺乏有效适用的水处理技术。对雨水集蓄工程中窖水的水质问题研究较少。因此,如何改善集雨系统水质是关系到农村居民防疾病、保健康的大事,也是雨水安全集蓄利用工程面临的工作重点和难点。本文提出了一种适合农村地区自然经济状况的一体化集雨窖水生物慢滤净化装置,并在现场开展了试验应用及对水质的净化效果观测。1采用综合雨水处理装置1.1机械过滤及吸附作用生物慢滤水处理是通过将需要净化处理的水以很慢的流速通过慢滤砂层,取得净化效果。其对水质的净化机理比较复杂。慢滤水处理方法不仅有机械过滤及吸附作用,同时也有物理化学和生物化学等复杂的共同作用。当水流慢慢通过细砂渗透一段时间后,在砂层表面形成一层很薄的生物膜,当水通过这层生物膜时,细菌和病原微生物被过滤,被过滤掉的细菌和病原微生物既可能死亡,也可能被粘状物上的生命体吃掉,从而达到去除污染物的效果。室内砂柱试验显示,慢滤出水浊度低于1,对氨氮、重金属、有机物CODMn有显著去除效果,微生物指标达到饮水标准要求。1.2系统装置设计目前水处理净化的方法很多,但多数设备庞大结构复杂,需要耗能或易耗材料而造成运行费用高,使用维护复杂,劳动强度大,不太适合农村单户家庭小规模集雨水质净化应用。生物慢滤净水处理工艺比较符合农村小规模净化饮用水的要求。但现有的生物慢滤装置均为独立的装置,制造费用较高;并且使用时需要首先通过人工或其他方式从储水设施中取水添加到生物慢滤装置中,效率低,使用不便;因使用原因易导致运行效果差。本研究所设计的一体化水窖生物慢滤装置如图1所示。由蓄水池、清水池和慢滤砂槽三部分构成,蓄水池和清水池通过慢滤砂槽连通。本系统将生物慢滤装置和储水设施相结合,使生物慢滤装置成为储水结构的一个组成部分,可有效降低造价,运行过程中不需要人工干预,避免了因操作不当而影响水质处理效果的可能。蓄水池通过进流管承接和储存由集流面汇集到的雨水(必要时需经预处理后再进入蓄水池)。储存在蓄水池中的雨水经慢滤砂槽渗滤后,水质得到净化,进入清水池。根据用水需要,用水户可随时从清水池取水。在正常运行条件下,经过几周的熟化,砂槽内滤料上可生长生物膜,从而具有去除污染物的功能。一般情况下,慢滤池的设计要求见表1。砂槽的设计须满足滤速和过流能力两方面的要求。正常情况下,过流能力要求为可满足储水设施服务人口的每日用水需求。由于慢滤系统会自动连续运行,加上清水池的储水调节作用,慢滤砂槽断面在满足方便施工的情况下,一般也能满足过流能力。1.3采用综合储水装置(1)水池混凝土资为长方形地上或地下储水水窖。将水窖分成两格形成蓄水池(左侧)和清水池(右侧),如图1示。底板和顶板为现浇混凝土,墙体为砖砌砂浆抹面防渗处理。在蓄水池和清水池顶部留有人孔,水窖建于地下时人孔应高出地面并加盖。一般地,蓄水池和清水池建筑材料可为砖、石、混凝土或其他材料。其尺寸可根据水量情况确定。(2)旋转轴抹面防渗蓄水池和清水池之间的隔墙底部预留宽×高为40cm×20cm的连通孔。在水窖底部用砖砌成横断面宽×高为40cm×20cm、长度约2m的砂槽。砂槽侧墙抹面防渗,并通过隔墙的连通孔将蓄水池和清水池连通。砂槽内装填0.3~0.8mm粒径的石英砂。在隔墙两侧砂槽顶部盖厚度35cm不透水混凝土预制板,并将盖板与隔墙、水窖边墙及砂槽立墙的接缝用水泥砂浆抹实防渗。这样就形成完全密封的慢滤防渗段,并在密封段两端各留出30cm长的暴露石英砂段。一般地,慢滤砂槽可现场浇筑,亦可采用预制件现场安装;砂槽槽体材料和形状以便于施工、造价低且符合供水标准为宜。为方面就地取材节省费用,砂槽内填装合适粒径的过滤材料,可为石英砂、河沙或海沙。1.4慢滤砂运行周期来自集流面的雨水,经必要的预处理通过进水管进入蓄水池后,蓄水池和清水池间存在着水头差,蓄水池中的水经慢滤砂槽慢速渗滤至清水池,直至蓄水池和清水池间水头差为零。在此过程中,水中的污染物得以去除。当因用水(从清水池取水)导致清水池中水位降低、或因发生降雨有雨水进入蓄水池导致蓄水池中水位上升时,蓄水池和清水池间产生水头差,则将自动重复上述过程。在运行过程中,水中的杂质会被滤料截流,使慢滤砂层尤其是滤料表层产生堵塞。当滤料发生堵塞,流速下降而不能满足用水需要时,可将滤料表层的生物膜和1~3cm沙子用铲子刮去,将刮去的沙子冲洗干净后重新铺放于滤料表层使用或补充新的滤料,即可恢复使用。滤料清洗周期,即慢滤槽运行周期主要与原水浊度有关。原水浊度愈低,运行周期愈长。对传统慢滤池,当原水浊度为10时,运行周期可达3个月或更长。经过粗滤和蓄水池沉淀后,集雨窖水的浊度较低,其运行周期也会更长。本试验开展已近两年,尚没有产生严重的堵塞,仍能满足用水要求,说明运行周期至少在两年以上。粗滤池采用1~2mm或更粗一些的砂石,主要对较大颗粒等杂质起物理过滤作用。其大小应满足汇水过流要求。当粗滤池出现堵塞阻水现象时,可将其滤料掏出清洗再回填即可。2慢滤去除雨水中的各指标检测2007年在野外建成上述慢滤装置的集雨系统和储水水窖,开展水窖蓄水净化试验。水窖蓄水后,每天从清水池取水约50~60L模拟用户日常用水情况。经过两周运行后,2007年8月第一次从蓄水池和清水池分别取水样化验,对比净化效果。以后两次取样间隔时间多数在10d左右,共取样7次,检测结果如表2。表中各指标值为每次三个水样结果的平均值。结果显示,pH值超过了饮用水的水质标准,碱化原因为新建水窖内水泥石中的Ca(OH)2在窖水的长期作用下发生溶解的结果。同样的原因,与处理前水的pH值相比,处理后水的pH值平均高出18%。可以看出PH值有随着使用时间增加而减小的趋势。正常蓄水情况下,一般经过1~2年后pH值可恢复正常。浊度平均降低63%,慢滤处理后其浊度多数小于1、个别小于2,平均接近1,达到饮水水质标准要求。细菌总数、总大肠杆菌、耐热大肠杆菌指标的去除率分别达到82%、100%和100%。对CODMn的去除率平均为34%,表明该慢滤系统对去除雨水中的有机污染也有一定效果。对肉眼可见物的去除率达100%。另外,检测结果表明,慢滤前后对于氨氮和硝酸盐指标的去除效果不明显。这可能与处理前雨水中这些指标本身就低有关。而且这些指标基本上都低于标准限值。3生物慢滤装置本研究设