专利名称：一种地埋式渗滤水处理装置及应用该装置的水处理方法
技术领域：
本发明属于水、废水或污水的处理技术领域，具体涉及地埋式渗滤水处理装置和
处理方法，适用于地表水、游泳池水、游乐水、回用水、工业循环用水等的水处理。
背景技术：
现代化工业快速发展的今天，人们的物质生活水平的不断提高，各个行业和不同 领域对水的使用量也大幅提高，随之而来的二次水污染问题也十分严重，有些地区已发展 到严重影响人类生存的程度，为此，水处理行业许多专家和工程师们都在不断努力探索解 决水污染的问题。 目前，已在实际应用或试用中所涉及到适用于地表水、游泳池水、游乐水、回用水、 工业循环用水等领域的水处理装置有压力罐(砂缸)、膜过滤、气浮括泥机和虹吸自清洁 过滤机，它们的作用特点均为分离被污染水中的杂质和有害气体，使水得以活化，并借助消 毒药剂灭菌灭藻来达到净化水质的目的。但在实际应用中也暴露出不同的经济和效用上的 问题和缺陷。 比如压力罐(砂缸)，由于该设备是将原水通过一定压力作用于滤料，进行分离 污物的方法，所以只能解决轻度污染的原水(如游泳池水，欲池水)，对于地表水(如河、湖、 景观水等)中度污染的水体因加压后易导致污物穿透滤料层，同时增加了污物与滤料的粘 附和纤维的绞结作用，使滤料容易堵塞死机，一些微小颗粒物也易穿过滤料层，处理后的水 质效果也不好；且该设备因无曝气功能，不具活化水效用；因加压过滤消耗大量能源，同时 还要相关药物对原水进行混疑絮疑作用，使用成本高昂。 膜过滤法虽能耗相对不过大，但极易堵塞，要经常人工清洁或更换过滤膜，且不能 对水进行活化，只能应用于小规模轻度污染(如游泳池、欲池、喷泉水)领域，对中度污染的 水原因易堵塞使滤水周期变短，而频繁清洁或更换过滤膜，由于不具备自清洁功能，给运行 维护管理也带来极为不便，同时还要相关药物对原水进行混疑絮疑作用，使用成本高昂。
气浮括泥机处理法，需要机械曝气和机械括污，能耗大，机电故障率高，使用寿命 短，运行维护费用高，需要机房，综合工程建设成本高。 虹吸自清洁过滤机水处理法是目前公认较好处理方法，但该方法应用设备体积高 (高约4. 5-5. 5米)，由于该方法的专用装置需利用水的水柱压力和大气压力，使高位前置 (即原水)曝气装置，与反冲洗净水槽和低位排污水槽均为敞开式，并形成上中下结构布 局，应用中必须设立机房，增加了综合工程成本；其构成的水处理系统对放置设备选址需较 高要求，尤其在无建造机房的条件下得不到应用；除此，该方法所用过滤机装置在实际应用 中，由于采用虹吸原理反冲洗，当长期不用时，滤料因残余微生物作用，会使滤料表面形成 生物膜，当这种生物膜将滤料间隙堵塞达到初始过滤的水不能穿过滤料至净水槽时，在净 水槽缺水的情况下，因无净水沿过滤方向的反向推动滤料，会导致开机后需要反冲洗时虹 吸启动所产生的初始负压不足以启动反洗，就会产生反冲失败而使原水经反冲洗排污管自 然流出，即跑水现象，致使设备运行可靠性差，不稳定。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述问题，提供一种地埋式高效节能的渗滤 水处理装置及其方法，它能以地埋的方式应用于水处理领域，且以重力渗滤方法实现过滤 过程，具有低扬程大流量的特点，因而以更节能高效、更低综合成本和使水处理系统结构简 易。本发明水处理装置应用较灵活，且占地面积小，出水水质稳定，可解决地表水、游泳池 水、游乐水、回用水、工业循环用水等被中度污染过的水体水质问题，应用领域宽，适用面 广。 为实现本发明目的，采用如下技术方案 —种地埋式渗滤水处理装置，包括进水管、净水出水管、曝气桶和滤缸，滤缸侧设 有维护观察室，所述曝气桶、滤缸和滤缸维护观察室均为地埋式，滤缸内设有滤料层，其特 征在于滤缸自上至下为压水缓冲室、滤料层和净水室，压水缓冲室与滤料层之间设置有减 压板、压力缓冲室侧壁连通进水管，顶部连通反冲洗排污管，滤料层下部设承托滤板；滤缸 中部固定有带观察窗的进料孔法兰，滤缸底部净水室开一净水出水口与曝气桶相通，滤缸 侧壁与曝气桶交接，曝气桶为伞状顶，伞状顶的锥面板上连有两个对称的进气管，锥面板中 间连接一圆筒，圆筒口部连接一带盖板的T字形出气管，曝气桶内部装有曝气筒，曝气筒上 端装有曝气水分器，净水出水管穿过曝气桶与曝气筒下端的出水口连通，曝气筒置于曝气 桶中心，其环形间隙形成净水室，所述反冲洗排污管的上端和净水室内分别装有水位传感 头。 进一步，上述滤料为至少两层复合滤料层。粒径可以自上层到下层逐渐增大，滤料 采用密度不同、粒径不同、作用不同的矿石组合成的多层复合滤料，且按一定的配比来满足 不同的水质处理要求。不但可过滤水中不溶微生物，去除固定颗粒，还可以去除细菌或者藻 类等，从而有效提高水质。 再进一步，所述曝气水分器为规则开凿或不规则开凿有若干水槽孔的碟形板。 所述压水缓冲室为内径大于进水管管径的一段空腔。 所述滤缸为2-6组，对称布置于曝气桶侧壁。 本发明另一 目的是应用上述处理装置的水处理方法 (1)待处理水经进水管进入压力缓冲室减压，通过压力缓冲室底部出水孔落于减 压板； (2)经步骤(1)的两级缓冲后进入滤缸并靠重力自滤料层渗透，对原水悬浮物进 行分离，净水进入滤缸底部的净水室，通过净水出水口进入同侧曝气桶和曝气筒中间环形 间隙所形成的净水室内； (3)净水水位上升越过曝气筒顶端时，净水由曝气水分器中过水槽孔通过，并重力
向下加速运动，与曝气筒底部水面冲击，这一运动过程中水中的废气自曝气水分器的排气
孔向上排出，并经出气管排入大气中，同时大气中的空气经进气管吸入净水室； (4)当水位传感头进行检测到反冲洗排污管上升到设定水位时，启动抽吸泵，抽吸
泵将滤料上面和缓冲室里的污水按过滤方向的反向抽吸，滤料向上膨胀，滤料层所截留的
悬浮物体抽离滤缸，滤料得以洗净并在净水室内的水位下降至设定位置，关闭抽吸泵，反冲
洗过程结束。
上述处理方法中还包括步骤曝气筒底部的净水通过加药装置加氯灭菌灭藻，加 入0. 3到lmg/L的余氯离子，水质浊度可控制在0. 4mg/L至5mg/L以下。
相比现有技术水处理装置及方法，本发明有益效果在于 (1)本发明装置整体结构紧凑，整体可埋于地下，施工简单，且不影响地面景观的 布置。本发明装置埋地深度根据进出水流量大小的不同为1.5米-2米，污水直接经滤缸过 滤无需前置沉淀，由于采用重力流渗透过滤法，水中污物被自然态分离于滤料表层，而不会 穿透滤料，因此不会导致滤料在长期运行中吸附污物而堵塞死机现象。本发明装置采用后 置曝气(即处理后的净水曝气活化)，利用流体动力学原理，通过加速水的撞击性运动，并 增大水与空气的表面接触面积，使水中有害气体(如氨氮、二气化碳、沼气等带气字头物质 成分)汽化溢出得以分离，同时使空气中的氧气被水吸收(溶解氧可达10mg/L以上)，使水 得以活化，达到机械曝气的效果，从而提高水质鲜化透明度。本装置的反冲洗是通过反冲洗 排污管水柱压力水位来自动检测滤料所截的污物量，并借助抽吸动力将滤料上部的污水抽 出，这一过程使滤料上部形成负压，同时由曝气筒与曝气桶之间构成净水室的净水(在长 期不运行时均保存着待反冲洗的水量)在其重力作用下，沿过滤方向的反方向经滤料底部 向上推动滤料，当净水经过滤料层不同粒径滤料之间间隙向上运动时，水与滤料之间形成 磨擦力，从而使滤料向上膨胀，把滤料表层的污物搅动的同时被抽吸排出，这一过程与抽吸 动力是同步进行且属强制性的，所以克服了虹吸反冲洗靠水的动能启动虹吸的过程多损失 的水量的缺陷，也克服了虹吸法中不同状态下不能被启动而跑水的现象，因此完全实现可 靠稳定运行。 综上所述，本发明不但满足了水质处理质量的污物分离，而且实现了水中废气的 分离，同时为水体提供了无能耗的曝气功能。本发明的基本装置为单缸布置，在曝气装置不 变的情况下，还可以并联同等水处理量的多缸并联组合式结构，以满足更大的水处理流量 的要求。本装置因可地埋设置，所以由它构成的水处理系统管网路径可变得更为简易，进水 扬程更低，同等流量下的能耗也非常低，实际应用中可减少机房的土建工程成本，因此具有 良好的经济效益。 (2)本发明过滤水量大，过滤流速在30至40m/h，按单缸及其组合，可满足各类不 同流量的水处理要求。 (3)由于地埋布置，通常靠近水体放置，水处理系统管线短，水阻小，实现低扬程大 流量的低能耗效果；工程造价大幅降低。 (4)使用寿命长，因装置内各部件无机械传动件，无磨损问题，滤料均为高硬度材 料，在运行中几乎无磨损，装置主体为高强度塑料制成，具有很强的耐腐耐候性，使用寿命 长；在水处理过程中基本上只消耗较低的电费和加氯费用，运行维护费用极低，易于推广应 用。
图1为本发明地埋式渗滤水处理装置一实例结构示意图；
图2为图1所示地埋式渗滤水处理装置的俯向示图；
图3为本发明实例反冲洗排污管与滤缸的部分剖面示意图；
图4本发明实例1中曝气水分器过水断面示意 图5本发明实例曝气水分器俯向示图；
图6为本发明实例2四缸组合式结构示意图。 图中l-曝气桶、ll-曝气筒、12-带桶盖板的T字形出气管、13-进气管、14-圆筒、 111-曝气水分器、112-出水管、2-滤缸、21-进水管、22-压力缓冲室、23-滤料层、24-净水 室、25-减压板、26-进料孔法兰、27-反冲洗排污管、28-承托滤板、29-净水出水口、3-维护 观观察室、31-桶盖、。 图6中2-1为第二滤缸、2-2为第三滤缸、2-3为第四滤缸、21-1为第二滤缸的进 水管、21-2为第三滤缸的进水管、21-3为第四滤缸的进水管、27-l为第二滤缸的反冲洗排 污管、27-2为第二滤缸的反冲洗排污管、27-3为第三滤缸的反冲洗排污管、3-l为第二维护 观察室、31-1为第二维护观察室的桶盖
具体实施例方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，
实施例1 参见图1、2、3，地埋式高效节能渗滤水处理装置，包括进水管21、净水出水管、曝 气桶和滤缸，滤缸侧设有维护观察室，所述曝气桶、滤缸和滤缸维护观察室均为地埋式，曝 气桶、滤缸和滤缸维护观察室为耐腐蚀塑料制成。 滤缸2内具有多层滤料层23，上述滤料采用密度不同、粒径不同、作用不同的矿石 组合成的多层复合滤料，且按一定的配比来满足不同的水质处理要求。滤料下面有承托滤 板28，滤料层23上部有减压板25，减压板25上方为压水缓冲室22，压力缓冲室22侧壁连 通进水管21。 滤缸2顶部连通反冲洗排污管27，滤缸2中部设有带观察窗的进料孔法兰26，靠 进料孔法兰26侧与滤缸交接一维护观观察室3，维护观察室3上口有桶盖31供维护进入查 看。 滤缸2底部为净水室，净水室具有净水出水口 29进入曝气桶1，曝气桶1与滤缸交 接即共用一侧壁分隔，曝气桶1内设有曝气筒ll，曝气筒11与曝气桶1之间的环形间隙为 净水室的一部分，与滤缸2的底部净水室相通。 曝气桶1的上部为倒斗型，其上端的锥面板上对称设置两个进气管13，锥面板中 央连一圆筒14，圆筒14上口与具有桶盖板的T字形出气管12相通。 曝气筒11上端装有曝气水分器111，曝气桶1和曝气筒11呈中心对称状，中间间
隙形成净水室，曝气筒11的下端设有净水出水管112并穿过曝气桶1排出净水。 反冲洗排污管27的上端和净水室内分别装有第一水位传感头4和第二水位传感
头41。 曝气桶1、滤缸2和维护观察桶3所构成的地埋式水处理装置主体，曝气桶1、滤缸 2和维护观察室3主体高度一致，除反冲洗排污管27、进气管13和带桶盖板的T字形出气 管12露在地面外，其它部分均埋入地下。 参见图4和5，曝气水分器111布置若干规则或不规则水槽孔的碟形板，通过改变 水的流态使水与空气充分接触，并在曝气筒11内作重力下落形成冲击运动，从而把水中的 废气(如氨氮、二氧化碳、沼气等有害气体)分离掉，同时把氧气溶于水中，使水达到充分活化的目的。
应用上述地埋式高效节能渗滤水处理装置的一种水处理方法，包括以下步骤
(1)待处理的原水经进水管21进入压力缓冲室22减压后，通过压力缓冲室22底 部出水孔重力落在减压板25上，经两级缓冲后进入滤缸的滤料层，压水缓冲室22为一段相 比进水管内径大的容器，瞬间可释放进水压力； (2)靠重力渗透通过滤料层23，对原水悬浮物进行分离，净水进入滤缸底部净水 室24，通过净水出水口 29进入同侧曝气桶1和曝气筒11中间间隙所形成的净水室内；
(3)随着净水水位的上升超过曝气筒11顶端时，净水就由曝气水分器111中过水 槽孔改变流态，增大水与空气接触面积并重力向下加速运动，与曝气筒11底部水面发生冲 击，由于水向下运动过程中水会在克服空气阻力时产生气压，该气压将把这一运动过程水 中的废气一并从曝气水分器111中间排气孔向上排出，并经带桶盖板的T字形出气管12排 入大气中，这一过程中的水向下运动时也会产生负压，将大气中的空气经进气管13吸入净 水室，从而形成空气对流的过程。 (4)反冲洗，在以上过滤过程，当滤料层截留的悬浮物体超过一定量时，水的渗透 阻力加大，使水位经反冲洗排污管27上升形成等量的水柱压力，这一压力被控制在不改变 出水水质要求的设定值，为此采用第一水位传感头4进行检测，当这一水位达到第一水位 传感头4时就开始启动抽吸泵，抽吸泵将滤料上面和缓冲室里的污水按过滤方向的反向抽 吸，此时滤料在净水室的重力和大气压力下同时反向作用于滤料，这样就使滤料向上膨胀， 把所截留的悬浮物体抽离滤缸，滤料得以洗净并在净水室内的水位下降至第二传感头41 的预设位置时，关闭抽吸泵，反冲洗过程结束，进入下一轮过滤和反冲洗的循环工作状态。
以上所述一种地埋式高效节能渗滤水处理装置及其方法，在水处理实际应用中的 被处理的水体循环周期按不同水质标准要求设定，并通过水泵电气控制系统进行控制。处 理后的净水通过加药装置加氯，使水中残留的细菌和藻细胞得以杀灭，并使水体中维持0.3 至lmg/L的余氯量，这样就确保了水质在一定时间内不变质，水质透明度可以达到1. 5米以 上深度，水质效果良好。 经过实验证明，本发明装置对地表水、雨水、工业循环水、泳池水的处理效果非常 显著，按实际应用的水质要求达到或超过国家《地表水环境质量标准》GB3838-2002II类和 生活饮用水卫生标准GB5749-2006。
实施例2 与实施例1单缸过滤结构不同的是，本实施例在曝气桶不变的情况下，可将多个 滤缸进行并联，组合成满足不同流量要求的多缸结构体，以下以四缸组合的技术方案作进 一步说明。 这种多缸组合的水处理装置包括四个完全相同的实施例1单缸，四个滤缸呈对称 与曝气桶交接，其中每二个单缸交接于同一个维护观察室，四个滤缸的进水管各接一个电 控制阀，电控阀的另一端接至公共进水管，四个滤缸反冲洗排污管上端的水位传感头相互 错位不在同一水平线上。 应用本实施例多缸组合的水处理装置的水处理方法，包括如下步骤 1、待处理的原水经四个电控阀分别分配给四个滤缸，经上述单缸所述方法的步骤
所处理的净水汇集到曝气桶l和曝气筒ll中间间隙所形成的净水室内，并按上述单缸所述
7方法的步骤将净水从出水管流出。 2、四个单缸上的反冲洗排污管上端错位的水位传感头，按各自不同步的先后反洗 要求优选反洗秩序，同时经电控装置自动关闭不反洗的单缸进水电控阀，使四缸确保反洗 的唯一性。 上述实施例为本发明的其一实施方案，但并不将本发明局限于这些具体实施方 式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选 方案、改进方案和等效方案。基于本发明的精神，亦有多种变化，皆应在本发明申请的专利 范围内。
权利要求
一种地埋式渗滤水处理装置，包括进水管(21)、净水出水管、曝气桶和滤缸，滤缸侧设有维护观察室，所述曝气桶、滤缸和滤缸维护观察室均为地埋式，滤缸内设有滤料层，其特征在于滤缸自上至下为压水缓冲室(22)、滤料层和净水室，压水缓冲室(22)与滤料层之间设置有减压板(25)，压力缓冲室侧壁连通进水管(21)，顶部连通反冲洗排污管(27)，滤料层下部设承托滤板(28)；滤缸(2)中部固定有带观察窗的进料孔法兰(26)，滤缸底部净水室开一净水出水口(29)与曝气桶相通，滤缸侧壁与曝气桶(1)交接，曝气桶(1)为伞状顶，伞状顶的锥面板上连有两个对称的进气管(13)，锥面板中间连接一圆筒(14)，圆筒口部连接一带盖板的T字形出气管(12)，曝气桶内部装有曝气筒(11)，曝气筒上端装有曝气水分器(111)，净水出水管(112)穿过曝气桶与曝气筒下端的出水口连通，曝气筒置于曝气桶中心，其环形间隙形成净水室，所述反冲洗排污管(27)的上端和净水室内分别装有水位传感头。
2. 如权利要求1所述地埋式渗滤水处理装置，其特征在于所述滤料为至少两层复合滤 料层。
3. 如权利要求2所述地埋式渗滤水处理装置，其特征在于所述曝气水分器(111)为规 则开凿或不规则开凿有若干水槽孔的碟形板。
4. 如权利要求3所述地埋式渗滤水处理装置，其特征在于所述压水缓冲室为内径大于 进水管管径的一段空腔。
5. 如权利要求2所述地埋式渗滤水处理装置，其特征在于所述滤缸为2-6组，对称布置 于曝气桶侧壁。
6. —种应用如权利要求1所述地埋式渗滤水处理装置的水处理方法，其特征在于包括 如下步骤(1) 待处理水经进水管进入压力缓冲室减压，通过压力缓冲室底部出水孔落于减压板；(2) 经步骤(1)的两级缓冲后进入滤缸并靠重力自滤料层渗透，对原水悬浮物进行分 离，净水进入滤缸底部的净水室，通过净水出水口进入同侧曝气桶和曝气筒中间环形间隙 所形成的净水室内；(3) 净水水位上升越过曝气筒顶端时，净水由曝气水分器中过水槽孔通过，并重力向下 加速运动，与曝气筒底部水面冲击，这一运动过程中水中的废气自曝气水分器的排气孔向 上排出，并经出气管排入大气中，同时大气中的空气经进气管吸入净水室；(4) 当水位传感头进行检测到反冲洗排污管上升到设定水位时，启动抽吸泵，抽吸泵将 滤料上面和缓冲室里的污水按过滤方向的反向抽吸，滤料向上膨胀，滤料层所截留的悬浮 物体抽离滤缸，滤料得以洗净并在净水室内的水位下降至设定位置，关闭抽吸泵，反冲洗过 程结束。
7. 如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于还包括曝气筒底部的净水通过加药装 置加氯灭菌灭藻。
全文摘要
一种地埋式渗滤水处理装置，包括进水管、净水出水管、曝气桶和滤缸，曝气桶和滤缸地埋，滤缸自上至下为压水缓冲室、滤料层和净水室，压水缓冲室与滤料层之间设有减压板，侧壁连通进水管，顶部连通反冲洗排污管，滤料层下部设承托滤板；滤缸中部固带观察窗的进料孔法兰，滤缸底部净水室与曝气桶相通，曝气桶为伞状顶，伞状顶连两个对称的进气管和圆筒，圆筒口部连接出气管，曝气桶内部装有曝气筒，曝气筒上端装有曝气水分器，净水出水管穿过曝气桶与曝气筒下端的出水口连通，曝气筒置于曝气桶中心，其环形间隙形成净水室，反冲洗排污管的上端和净水室内分别装有水位传感头。本发明低扬程大流量，节能高效，综合成本低，应用领域宽。
文档编号C02F3/12GK101786718SQ20101011092
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者吴水平 申请人:杭州王清熙水处理设备工程有限公司