集雨水窖一體化生物慢濾凈化裝置的研制

集雨水窖一體化生物慢濾凈化裝置的研制

0雨水集蓄工程水質(zhì)問(wèn)題集水區(qū)工程是指對(duì)雨水進(jìn)行人工收集、儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)的供水工程。其規(guī)模小、造價(jià)低、技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單,已成為我國(guó)解決農(nóng)村生活用水困難的一條有效途徑。以集雨水窖或水柜蓄水為飲用水源的約有2000萬(wàn)人,主要分布在中國(guó)西北及北方干旱地區(qū)、濱海及海島地區(qū)、以及西南巖溶發(fā)育嚴(yán)重漏水地區(qū)的農(nóng)村。這些地區(qū)淡水資源匱乏或時(shí)空分布不能滿(mǎn)足使用需求,農(nóng)村地區(qū)常利用屋面、庭院、場(chǎng)地以及道路收集雨水,興建水窖(池、柜)蓄存雨水,在旱季或降雨間隔期間,供人畜生活飲用水源。雨水在收集過(guò)程中往往將泥沙、人畜廢棄物等污染物帶入蓄水設(shè)施中,收集的雨水極易受到污染。加之水在蓄水設(shè)施中儲(chǔ)存較長(zhǎng)時(shí)間,容易產(chǎn)生大量微生物,甚至肉眼可見(jiàn)物和水生動(dòng)植物,使水窖水質(zhì)變差。雨水集蓄工程水質(zhì)指標(biāo)中,大腸桿菌、細(xì)菌總數(shù)、濁度和肉眼可見(jiàn)物等普遍超標(biāo)。因此,收集儲(chǔ)存的水窖水質(zhì)不能達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,特別是濁度等感官性狀指標(biāo)和微生物指標(biāo)極易超標(biāo)。集雨系統(tǒng)一般規(guī)模較小,水質(zhì)處理較為困難,目前缺乏有效適用的水處理技術(shù)。對(duì)雨水集蓄工程中窖水的水質(zhì)問(wèn)題研究較少。因此,如何改善集雨系統(tǒng)水質(zhì)是關(guān)系到農(nóng)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臨的工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文提出了一種適合農(nóng)村地區(qū)自然經(jīng)濟(jì)狀況的一體化集雨窖水生物慢濾凈化裝置,并在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了試驗(yàn)應(yīng)用及對(duì)水質(zhì)的凈化效果觀(guān)測(cè)。1采用綜合雨水處理裝置1.1機(jī)械過(guò)濾及吸附作用生物慢濾水處理是通過(guò)將需要凈化處理的水以很慢的流速通過(guò)慢濾砂層,取得凈化效果。其對(duì)水質(zhì)的凈化機(jī)理比較復(fù)雜。慢濾水處理方法不僅有機(jī)械過(guò)濾及吸附作用,同時(shí)也有物理化學(xué)和生物化學(xué)等復(fù)雜的共同作用。當(dāng)水流慢慢通過(guò)細(xì)砂滲透一段時(shí)間后,在砂層表面形成一層很薄的生物膜,當(dāng)水通過(guò)這層生物膜時(shí),細(xì)菌和病原微生物被過(guò)濾,被過(guò)濾掉的細(xì)菌和病原微生物既可能死亡,也可能被粘狀物上的生命體吃掉,從而達(dá)到去除污染物的效果。室內(nèi)砂柱試驗(yàn)顯示,慢濾出水濁度低于1,對(duì)氨氮、重金屬、有機(jī)物CODMn有顯著去除效果,微生物指標(biāo)達(dá)到飲水標(biāo)準(zhǔn)要求。1.2系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)目前水處理凈化的方法很多,但多數(shù)設(shè)備龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要耗能或易耗材料而造成運(yùn)行費(fèi)用高,使用維護(hù)復(fù)雜,勞動(dòng)強(qiáng)度大,不太適合農(nóng)村單戶(hù)家庭小規(guī)模集雨水質(zhì)凈化應(yīng)用。生物慢濾凈水處理工藝比較符合農(nóng)村小規(guī)模凈化飲用水的要求。但現(xiàn)有的生物慢濾裝置均為獨(dú)立的裝置,制造費(fèi)用較高;并且使用時(shí)需要首先通過(guò)人工或其他方式從儲(chǔ)水設(shè)施中取水添加到生物慢濾裝置中,效率低,使用不便;因使用原因易導(dǎo)致運(yùn)行效果差。本研究所設(shè)計(jì)的一體化水窖生物慢濾裝置如圖1所示。由蓄水池、清水池和慢濾砂槽三部分構(gòu)成,蓄水池和清水池通過(guò)慢濾砂槽連通。本系統(tǒng)將生物慢濾裝置和儲(chǔ)水設(shè)施相結(jié)合,使生物慢濾裝置成為儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分,可有效降低造價(jià),運(yùn)行過(guò)程中不需要人工干預(yù),避免了因操作不當(dāng)而影響水質(zhì)處理效果的可能。蓄水池通過(guò)進(jìn)流管承接和儲(chǔ)存由集流面匯集到的雨水(必要時(shí)需經(jīng)預(yù)處理后再進(jìn)入蓄水池)。儲(chǔ)存在蓄水池中的雨水經(jīng)慢濾砂槽滲濾后,水質(zhì)得到凈化,進(jìn)入清水池。根據(jù)用水需要,用水戶(hù)可隨時(shí)從清水池取水。在正常運(yùn)行條件下,經(jīng)過(guò)幾周的熟化,砂槽內(nèi)濾料上可生長(zhǎng)生物膜,從而具有去除污染物的功能。一般情況下,慢濾池的設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表1。砂槽的設(shè)計(jì)須滿(mǎn)足濾速和過(guò)流能力兩方面的要求。正常情況下,過(guò)流能力要求為可滿(mǎn)足儲(chǔ)水設(shè)施服務(wù)人口的每日用水需求。由于慢濾系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行,加上清水池的儲(chǔ)水調(diào)節(jié)作用,慢濾砂槽斷面在滿(mǎn)足方便施工的情況下,一般也能滿(mǎn)足過(guò)流能力。1.3采用綜合儲(chǔ)水裝置(1)水池混凝土資為長(zhǎng)方形地上或地下儲(chǔ)水水窖。將水窖分成兩格形成蓄水池(左側(cè))和清水池(右側(cè)),如圖1示。底板和頂板為現(xiàn)澆混凝土,墻體為磚砌砂漿抹面防滲處理。在蓄水池和清水池頂部留有人孔,水窖建于地下時(shí)人孔應(yīng)高出地面并加蓋。一般地,蓄水池和清水池建筑材料可為磚、石、混凝土或其他材料。其尺寸可根據(jù)水量情況確定。(2)旋轉(zhuǎn)軸抹面防滲蓄水池和清水池之間的隔墻底部預(yù)留寬×高為40cm×20cm的連通孔。在水窖底部用磚砌成橫斷面寬×高為40cm×20cm、長(zhǎng)度約2m的砂槽。砂槽側(cè)墻抹面防滲,并通過(guò)隔墻的連通孔將蓄水池和清水池連通。砂槽內(nèi)裝填0.3~0.8mm粒徑的石英砂。在隔墻兩側(cè)砂槽頂部蓋厚度35cm不透水混凝土預(yù)制板,并將蓋板與隔墻、水窖邊墻及砂槽立墻的接縫用水泥砂漿抹實(shí)防滲。這樣就形成完全密封的慢濾防滲段,并在密封段兩端各留出30cm長(zhǎng)的暴露石英砂段。一般地,慢濾砂槽可現(xiàn)場(chǎng)澆筑,亦可采用預(yù)制件現(xiàn)場(chǎng)安裝;砂槽槽體材料和形狀以便于施工、造價(jià)低且符合供水標(biāo)準(zhǔn)為宜。為方面就地取材節(jié)省費(fèi)用,砂槽內(nèi)填裝合適粒徑的過(guò)濾材料,可為石英砂、河沙或海沙。1.4慢濾砂運(yùn)行周期來(lái)自集流面的雨水,經(jīng)必要的預(yù)處理通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入蓄水池后,蓄水池和清水池間存在著水頭差,蓄水池中的水經(jīng)慢濾砂槽慢速滲濾至清水池,直至蓄水池和清水池間水頭差為零。在此過(guò)程中,水中的污染物得以去除。當(dāng)因用水(從清水池取水)導(dǎo)致清水池中水位降低、或因發(fā)生降雨有雨水進(jìn)入蓄水池導(dǎo)致蓄水池中水位上升時(shí),蓄水池和清水池間產(chǎn)生水頭差,則將自動(dòng)重復(fù)上述過(guò)程。在運(yùn)行過(guò)程中,水中的雜質(zhì)會(huì)被濾料截流,使慢濾砂層尤其是濾料表層產(chǎn)生堵塞。當(dāng)濾料發(fā)生堵塞,流速下降而不能滿(mǎn)足用水需要時(shí),可將濾料表層的生物膜和1~3cm沙子用鏟子刮去,將刮去的沙子沖洗干凈后重新鋪放于濾料表層使用或補(bǔ)充新的濾料,即可恢復(fù)使用。濾料清洗周期,即慢濾槽運(yùn)行周期主要與原水濁度有關(guān)。原水濁度愈低,運(yùn)行周期愈長(zhǎng)。對(duì)傳統(tǒng)慢濾池,當(dāng)原水濁度為10時(shí),運(yùn)行周期可達(dá)3個(gè)月或更長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)粗濾和蓄水池沉淀后,集雨窖水的濁度較低,其運(yùn)行周期也會(huì)更長(zhǎng)。本試驗(yàn)開(kāi)展已近兩年,尚沒(méi)有產(chǎn)生嚴(yán)重的堵塞,仍能滿(mǎn)足用水要求,說(shuō)明運(yùn)行周期至少在兩年以上。粗濾池采用1~2mm或更粗一些的砂石,主要對(duì)較大顆粒等雜質(zhì)起物理過(guò)濾作用。其大小應(yīng)滿(mǎn)足匯水過(guò)流要求。當(dāng)粗濾池出現(xiàn)堵塞阻水現(xiàn)象時(shí),可將其濾料掏出清洗再回填即可。2慢濾去除雨水中的各指標(biāo)檢測(cè)2007年在野外建成上述慢濾裝置的集雨系統(tǒng)和儲(chǔ)水水窖,開(kāi)展水窖蓄水凈化試驗(yàn)。水窖蓄水后,每天從清水池取水約50~60L模擬用戶(hù)日常用水情況。經(jīng)過(guò)兩周運(yùn)行后,2007年8月第一次從蓄水池和清水池分別取水樣化驗(yàn),對(duì)比凈化效果。以后兩次取樣間隔時(shí)間多數(shù)在10d左右,共取樣7次,檢測(cè)結(jié)果如表2。表中各指標(biāo)值為每次三個(gè)水樣結(jié)果的平均值。結(jié)果顯示,pH值超過(guò)了飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),堿化原因?yàn)樾陆ㄋ褍?nèi)水泥石中的Ca(OH)2在窖水的長(zhǎng)期作用下發(fā)生溶解的結(jié)果。同樣的原因,與處理前水的pH值相比,處理后水的pH值平均高出18%?？梢钥闯鯬H值有隨著使用時(shí)間增加而減小的趨勢(shì)。正常蓄水情況下,一般經(jīng)過(guò)1~2年后pH值可恢復(fù)正常。濁度平均降低63%,慢濾處理后其濁度多數(shù)小于1、個(gè)別小于2,平均接近1,達(dá)到飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。細(xì)菌總數(shù)、總大腸桿菌、耐熱大腸桿菌指標(biāo)的去除率分別達(dá)到82%、100%和100%。對(duì)CODMn的去除率平均為34%,表明該慢濾系統(tǒng)對(duì)去除雨水中的有機(jī)污染也有一定效果。對(duì)肉眼可見(jiàn)物的去除率達(dá)100%。另外,檢測(cè)結(jié)果表明,慢濾前后對(duì)于氨氮和硝酸鹽指標(biāo)的去除效果不明顯。這可能與處理前雨水中這些指標(biāo)本身就低有關(guān)。而且這些指標(biāo)基本上都低于標(biāo)準(zhǔn)限值。3生物慢濾裝置本研究設(shè)