生物慢濾水處理技術(shù)應(yīng)用

生物慢濾水處理技術(shù)應(yīng)用摘要：三峽庫區(qū)所在縣市屬山區(qū)，地勢險(xiǎn)要，以長江為最低河谷地帶組成了深谷高嶺相間，起伏不平的波狀地貌，地勢高低懸殊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成降雨存在嚴(yán)重的時(shí)空分布不均，高山、半高山地區(qū)季節(jié)性缺水嚴(yán)重。該區(qū)人均收入偏低，經(jīng)濟(jì)落后，村民生活較困難，村民飲水主要靠引用泉水、天然降水及池塘水，水量較少，且水質(zhì)較差?，F(xiàn)以秭歸縣為例，分析生物慢濾水處理技術(shù)在農(nóng)村安全飲水工程中實(shí)施的可行性、必要性及建成后的效果，以求進(jìn)一步發(fā)展和在三峽庫區(qū)農(nóng)村安全飲水工程中全面推廣生物慢濾水處理技術(shù)。關(guān)鍵詞：三峽，農(nóng)村，生物慢濾，提高，飲用水質(zhì)量，安全1背景保障飲水安全，維護(hù)人的健康生命是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水利的第一需要，也是當(dāng)前農(nóng)村水利的第一要?jiǎng)?wù)。獲得安全飲用水是人類生存最基本的需求，關(guān)系人民群眾的身體健康和生命安全；實(shí)現(xiàn)飲水安全是廣大人民群眾的強(qiáng)烈愿望和“全面建設(shè)小康社會(huì)”的基本要求，也是各級(jí)政府的職責(zé)。秭歸縣位于湖北省西部、長江西陵峽兩岸、三峽工程壩上庫首，是偉大愛國詩人屈原的故鄉(xiāng)，中國臍橙之鄉(xiāng)。全縣轄12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、186個(gè)村、6個(gè)居委會(huì)，全縣總面積2427平方公里，據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)實(shí)地調(diào)查評(píng)估，2004年底，全縣農(nóng)村飲水不安全人口24萬人，因三峽移民搬遷，增加新的飲水不安全人口2.0萬人。秭歸縣政府歷來重視農(nóng)村飲水安全工作，近幾年來，秭歸縣政府在上級(jí)各級(jí)黨委政府及各部門的支持下，搶抓國家飲水安全項(xiàng)目建設(shè)機(jī)遇，圍繞“飲水安全進(jìn)萬家”的思路，突出科技興水，大膽創(chuàng)新實(shí)踐，探索出了人畜飲水安全的新路子，有力的促進(jìn)了全縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，經(jīng)過“十一五”飲水安全工程的建設(shè)，全縣共解決了11.55萬飲水不安全人口，共建設(shè)了生物慢濾水廠181座，使群眾用水有了保證，水質(zhì)大為改善，生活水平明顯提高。但秭歸縣農(nóng)村的飲水安全問題依然嚴(yán)峻，目前全縣建設(shè)的農(nóng)村水廠基本上為單村水廠，水廠配套設(shè)施簡單，沒有消毒設(shè)施，難以保證農(nóng)民生活用水的健康；水源大部分為山泉水，到了干旱季節(jié)，水源的水量不足，季節(jié)性缺水嚴(yán)重，水源保證率差，嚴(yán)重影響了農(nóng)民的正常生活需求。12農(nóng)村飲水安全工作面臨的現(xiàn)狀獨(dú)特的長江西陵峽流域及鄂西山地構(gòu)成秭歸縣全境高山深谷起伏，溝壑網(wǎng)狀分布，匯成大小溪流135條，分別注入境內(nèi)8條河流，水系較發(fā)育，加上氣候溫和的長江峽谷地帶充沛的降雨量，全縣水資源比較豐富。由于全年降雨時(shí)空分布不均，地表徑流量也隨之時(shí)大時(shí)小，造成明顯的豐、枯差異，因而水力資源未能充分利用。自2005年開始實(shí)施農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)以來，秭歸縣以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，致力于項(xiàng)目規(guī)劃爭取、項(xiàng)目服務(wù)和監(jiān)管，結(jié)合我縣實(shí)際，大膽探索、勇于實(shí)踐，采用引、蓄、集水為主的辦法解決水源問題，運(yùn)用生物慢濾水處理技術(shù)解決水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題，推行集鎮(zhèn)水廠企業(yè)化動(dòng)作和農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)的管理模式解決水利設(shè)施重建輕管的問題，注重規(guī)范建設(shè)、注重工程質(zhì)量、注重生物慢濾新技術(shù)運(yùn)用、注重制度建設(shè)，在上級(jí)黨委、政府、各級(jí)主管部門的正確領(lǐng)導(dǎo)和大力支持下，在各部門大力配合、受益群眾的廣泛參與下，通過項(xiàng)目建設(shè)與管理單位的共同努力，全縣飲水安全工作取得較好的效果，真正讓飲水安全工程這一“民生工程”真正成為人民群眾的“滿意工程”。“十一五”期間，全縣共興建水廠20處解決不安全從數(shù)為13103人；改造水廠11處，解決不安全人數(shù)為18394人，水廠管網(wǎng)延伸31處，解決不安全人數(shù)為11556人；建引水工程186處，解決不安全人數(shù)為47774人；建小型分散工程290處，解決不安全人數(shù)為24673人。單獨(dú)解決農(nóng)村學(xué)校4所3000人。“十一五”期間共解決11.85萬人?！笆晃濉鞭r(nóng)村飲水安全工程總投資為5325萬元,其中申請中央投資3573萬元,省級(jí)投資757.94萬元，地方群眾自籌994.05萬元,人均投資449.37元/人。3生物慢濾水處理技術(shù)的應(yīng)用生物慢濾水處理技術(shù)，是山區(qū)水質(zhì)凈化處理的重要方法之一，近兩年我縣按照“三池集中（粗濾池、慢濾池、清水池）、封閉運(yùn)行（水池加蓋、修筑圍墻與外界隔離）、廠區(qū)綠化（植樹種草）、廠景美觀”的建設(shè)要求，認(rèn)真地組織實(shí)施，建成了234處生物慢濾水廠，實(shí)踐證明，效果良好，得到項(xiàng)目區(qū)群眾的認(rèn)可與好評(píng)。今年，全縣將新建集中生物慢濾水廠31處。3．1工程規(guī)模的確定2生物慢濾池平面積的確定：一般情況下，按供水人口計(jì)算，每100人取1～1.5m2，最少不低于1m2,可用供水人數(shù)乘以0.01～0.015的系數(shù)。也可以利用公式直接計(jì)算出設(shè)計(jì)慢濾面積F，即：F=QN/24V式中;Q—供水定額，取60L/d?人；N—供水人數(shù)；V—濾速，取0.2～0.3m/h,一般取0.2m/h。當(dāng)供水量較大時(shí)（每日超過150t），可建2～3個(gè)慢濾池并聯(lián)運(yùn)行。粗濾池面積的確定：可根據(jù)原水濁度的高低，按已確定的慢濾面積的40～80%來確定粗濾池面積，渾濁度越高，面積越大。如果慢濾面積小，也可以等量考慮。當(dāng)原水水質(zhì)較好且長年濁度低于60NTU時(shí)，可不建粗濾池。但是，如果采用的是山洪水或原水濁度超過500NTU時(shí)，則必須在粗濾池前設(shè)置沉沙凼（根據(jù)濁度確定處數(shù)）實(shí)行預(yù)沉，否則會(huì)使慢濾池封堵，不能透水。粗濾池進(jìn)水濁度應(yīng)小于500NTU，慢濾池進(jìn)水濁度應(yīng)小于20NTU。3．2三池的高差和水位控制1、慢濾池底部集水槽和出水管必須等于或高于清水池（或調(diào)節(jié)池）的設(shè)計(jì)水位。2、慢濾池進(jìn)水管口和溢流管口的水位高度為1.8m，加上20㎝的超高水位，其內(nèi)空高度為2m，再加上20㎝的底厚，慢濾池建基面上的總高度為2.2m。3、粗濾池內(nèi)空高度約為2.5m，出水口水位高度為2.3m，總之，其出水口水位應(yīng)等于或高于慢濾池設(shè)計(jì)水位50㎝，這是最低的高差要求。粗濾池前的進(jìn)水閘閥到清水池底，應(yīng)有10m左右水頭，以便調(diào)節(jié)濾速。4、慢濾池的進(jìn)出水進(jìn)水：水流方向自上而下，通常采用2種形式：一是多孔墻進(jìn)水，形成拋物線均勻布水。采用此種方法進(jìn)水，如果是聯(lián)體建筑，可確定好高度后直接建穿花格墻。就是在粗、慢濾池隔墻上粗濾池設(shè)計(jì)水位的水平線上設(shè)多處溢流孔。二是管道進(jìn)水。進(jìn)水口向上，形成喇叭口，呈噴狀均勻布水。也可以在慢濾池上面布置1根水平進(jìn)水管，鉆孔后，利用水壓噴射狀均勻布水。3總之，要盡可能減少慢濾池頂部水體的紊動(dòng)，以保護(hù)生物濾膜的穩(wěn)定，同時(shí)還要注意從空氣中攜帶氧氣入水，以滿足生物濾膜上的好氧生物的生理需求。出水：一是采用多孔集流管，在池底橫設(shè)一根管徑大于出水管的管道，鉆孔集水。二是采用集水槽，在池底輪砌單磚，也可用12㎝磚留縫錯(cuò)縫干砌2～3層，再在上面鋪磚，鋪磚時(shí)留縫15㎜為宜。另有在池墻外側(cè)建集水槽的方法，因多占土地，增加投資而建議不予采用。但是不管采用何種方法，池底都要放2%以上坡降，以便于匯集水流至出水管。5、粗濾池的進(jìn)出水進(jìn)水：水流流向采用豎流式向上方向，進(jìn)水管貫通底層，以使進(jìn)水水流均勻分布，提高過濾效果。出水：同慢濾池進(jìn)水。出水管以上應(yīng)有20㎝超高水位，并設(shè)溢流管自由出流。其排污管應(yīng)布置在承托層底下，管徑不小于160㎜，排污管口應(yīng)為自由出流。6、濾料控制生物慢濾效果的好壞，首先取決于濾料的等級(jí)分類和裝填高度。濾料分級(jí)必須定制專用鋼絲篩篩選并洗凈，裝填時(shí)必須按順序從大到小，從下到上，分層裝填。慢濾池的承托層上面應(yīng)鋪上無毒塑料網(wǎng)以防濾料漏失。詳見下表：濾料分級(jí)及裝填厚度單位：㎜構(gòu)造層粗濾池慢濾池備注粒徑厚度粒徑厚度承托層礫石、鵝卵石500①16～32②8～16③4～8100100①粗濾池濾料和慢濾池承托層均不得含有石灰質(zhì)，以石英巖質(zhì)為宜，一般河砂、陶粒、沸石亦可。②慢濾池濾料必須選用石英砂。濾料層①16～32②8～1644～8④2～4350350300300①2～4②1～2③0.6～1.2200200200合計(jì)18009006、反沖洗管設(shè)置粗濾池反沖洗管道的設(shè)置：粗濾池原水從水池底部進(jìn)入，通過過濾后從頂部溢出進(jìn)入慢濾池。反沖洗系統(tǒng)是以水池中心為圓點(diǎn)，根據(jù)填充的材料厚度分三層布置沖洗管道，管道成“十”字型或“＊”字型設(shè)置并將管徑從進(jìn)水的Ф63主管變?yōu)闆_洗的Ф32支管，封堵支管管口并在管壁鉆3—6mm的小孔，水流從小孔噴射而出，因水的快速運(yùn)動(dòng)從而對(duì)濾料進(jìn)行反沖洗。這種設(shè)置方法，其進(jìn)水既可以底部也可以從頂部。慢濾池反沖洗管的設(shè)置：慢濾池進(jìn)水是經(jīng)過了粗濾的水，水質(zhì)已有所改善，在該池中主要是生物膜的吸附和濾料的再次過濾，考慮到在慢濾過程中污物主要集中在生物膜、濾料表層。因此在0.3-1mm的濾料層表面向下50－100mm處設(shè)置沖洗管道，排列以池中心為圓點(diǎn)放射性的布置6條呈“*”字型的管道，管徑從進(jìn)水Ф63主管變?yōu)闆_洗的Ф32支管，封堵支管管口并在管身鉆小孔。以增加水壓力從而達(dá)到?jīng)_洗效果。污物排放則是通過兩條排污管進(jìn)行排放。一條是在生物膜下、濾料上，主要是排放濾料污物，另一條是在進(jìn)水口下、生物膜以上至少300－500mm，主要是排放生物膜以上的污物。7、慢濾池倒U形出水管與虹吸破壞管的設(shè)置慢濾池出水管設(shè)置在池底集水槽內(nèi)，在池外將管道設(shè)置為拱形或倒“U”5形，過水頂端與慢濾池設(shè)計(jì)水位齊平，一般高出頂層濾料500mm左右。管道斷面形狀一般成圓形，其孔口尺寸應(yīng)根據(jù)出水流量來確定。在倒“U”管的頂部加裝一條虹吸破壞管，采用三通連接一端在倒“U”管頂部，從慢濾池外部池壁進(jìn)入池內(nèi)，管道進(jìn)口高程可與正常設(shè)計(jì)水位齊平，與倒“U”管的頂部保持水平或稍高，其管徑為出水管的1/2～1/3。當(dāng)慢濾池水位高于虹吸破壞管進(jìn)口時(shí)，水流在自壓的作用下通過出水管進(jìn)入清水池。當(dāng)慢濾池的水位低于虹吸破壞管的進(jìn)口時(shí)，空氣進(jìn)入倒“U”管頂部形成空氣阻隔，使出水管無法形成虹吸現(xiàn)象，從而自動(dòng)斷流，確保了濾料以上有效養(yǎng)水層，從而達(dá)到了對(duì)生物粘膜的保護(hù)作。8、清水池設(shè)計(jì)清水池即調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的型式和位置，應(yīng)根據(jù)以下要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：①清水池應(yīng)設(shè)在濾池（或凈水器）的下游或多水源井的匯流處。②有適宜高地的水廠，應(yīng)選擇高位水池。③地勢平坦的小型水廠，可選擇水塔。④聯(lián)片集中供水工程需分壓供水時(shí)，可分設(shè)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，并與加壓泵站前池或減壓池相結(jié)合。⑤調(diào)節(jié)構(gòu)筑物應(yīng)位于工程地質(zhì)條件良好、環(huán)境衛(wèi)生和便于管理的地段。調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的有效容積，應(yīng)根據(jù)以下要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：①有可靠供水系統(tǒng)的工程，單獨(dú)設(shè)立的清水池和高位水池可按最高日用水量的20%～40%設(shè)計(jì)；同時(shí)設(shè)置清水池和高位水池時(shí)，清水池可按最高日用水量的10%～20%設(shè)計(jì)，高位水池可按最高日用水量的20%～30%設(shè)計(jì)；水塔可按最高日用水量的10%～20%設(shè)計(jì)；向凈水設(shè)施提供沖洗用水的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，其有效容積應(yīng)增加水廠自用水量。取值時(shí)，規(guī)模較大的工程宜取低值，小規(guī)模工程宜取高值。②輸水管道和設(shè)備等維修時(shí)不能滿足基本生活用水需要的Ⅳ型、Ⅴ型工程，調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的有效容積可按最高日用水量的40%～60%設(shè)計(jì)。③供生活飲用水的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物容積，不應(yīng)考慮灌溉用水。清水池的最低運(yùn)行水位，應(yīng)滿足最不利用戶接管點(diǎn)的最小服務(wù)水頭要求；最高運(yùn)行水位，應(yīng)滿足凈水構(gòu)筑物或凈水器的豎向高程布置。6Ⅰ～Ⅳ型供水工程的清水池、高位水池的個(gè)數(shù)或分格數(shù)，應(yīng)不少于2個(gè)，并能單獨(dú)工作和分別泄空。清水池、高位水池應(yīng)有保證水的流動(dòng)、避免死角的措施，大于50m3時(shí)應(yīng)設(shè)導(dǎo)流墻。清水池和高位水池應(yīng)加蓋，周圍及頂部應(yīng)覆土，并可分別種植風(fēng)景樹種及草本植物。在寒冷地區(qū)，調(diào)節(jié)構(gòu)筑物應(yīng)有防凍措施。調(diào)節(jié)構(gòu)筑物進(jìn)水管、溢流管、出水管、排空管、通氣孔、檢修孔（即“四管兩孔”）的設(shè)置：①進(jìn)水管的內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)最高日工作時(shí)用水量確定；進(jìn)水管管口宜設(shè)在平均水位以下。②出水管內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)最高日最高時(shí)用水量確定；出水管管口位置應(yīng)滿足（1.8～2.0）D，即管徑1.8～2.0倍的最小淹沒深度和（1.0～1.25）D的懸空高度。③溢流管的內(nèi)徑應(yīng)等于或略大于進(jìn)水管的內(nèi)徑；溢流管管口應(yīng)與最高設(shè)計(jì)水位持平。④排空管內(nèi)徑應(yīng)按2h排空計(jì)算確定，且不小于100㎜。⑤進(jìn)水管、出水管、排空管均應(yīng)設(shè)閥門，溢流管不應(yīng)設(shè)閥門。⑥通氣孔應(yīng)設(shè)在水池頂部，直徑不宜小于150㎜，出口宜高出覆土表面0.7m。⑦檢修孔直徑宜不小于70cm。⑧通氣孔、溢流管和檢修孔應(yīng)有防止雜物和動(dòng)物進(jìn)入池內(nèi)的措施；溢流管、排空管應(yīng)有合理的排水出路。清水池和高位水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合《給水排水工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069）的規(guī)定。水處理工藝流程圖、生物慢濾池剖面圖如圖1所示。濾料反沖洗系統(tǒng)分層布置放射狀管道剖面圖如圖2所示。生物慢濾水處理技術(shù)的推廣應(yīng)用秭歸縣地處鄂西山區(qū),為三峽庫首第一縣，飲水水源大都來自山泉水和水庫堰塘水，由于面源污染較重，水質(zhì)大腸桿菌、濃度、氨氮、有機(jī)物等超標(biāo)，全縣水質(zhì)不達(dá)標(biāo)人數(shù)占飲水不安全人數(shù)的25.4%。生物慢濾水處理技術(shù)是通過生物化學(xué)作用和物理吸附作用從而維持生態(tài)平衡的水處理工藝。運(yùn)用實(shí)踐表明，生7物慢濾技術(shù)具有一次性投資小、水處理零成本、凈化效果好、水處理過程生態(tài)環(huán)保、運(yùn)行簡單、運(yùn)行維護(hù)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適合山區(qū)丘陵地帶中小型供水工程，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家也在推廣該項(xiàng)技術(shù)。再就是對(duì)原水廠生物慢濾設(shè)施進(jìn)行維修和改造，以確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)；另一方面采取管網(wǎng)延伸措施擴(kuò)大供