专利名称：一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种饮用水处理装置，具体涉及一种用于高浓度氨氮水源水处理的过滤装置。
背景技术：
目前，饮用水源大多受到氨氮污染，国内外对饮用水中的氨氮浓度有较严格的规定，我国《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91-2002)把氨氮列为河流、湖泊水库和集中式饮用水源地的必测项目。我国现行的《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)规定氨氮I、II、111、V类标准限值分别是O. 15mg/L、0. 5mg/L、l. 0mg/L、2. Omg/L ;一般认为氨氮水质指标超过II级标准限值的水源水，不宜作为生活饮用水的水源，而《2011年中国环境状况公报》的统计表明我国地表水氨氮污染平均在2mg/L以上，最高可达6 7mg/L，因此针对如此高浓度的氨氮水源水处理技术的发展刻不容缓。 目前，沸石颗粒吸附氨氮法以其廉价、高效、占地小等特点越来越受人瞩目，大量研究表明附氨氮法在滤料与过滤装置方面仍需要解决以下问题(1)天然沸石孔道体系结构不规则、孔径小或孔容小，杂质矿物大量存在，且不易分离，纯度、稳定性都较差；合成或改性沸石是过滤分离的关键步骤之一，大量学者为此分别进行了化工合成沸石吸附氨氮的研究、粉煤灰合成沸石吸附氨氮研究、矿物改性吸附氨氮的研究以及矿物合成沸石吸附氨氮的研究。近年来，凹凸棒石在水处理中的应用倍受人们的重视，成为国内外研究的热点，凹凸棒石具天然隧道孔结构，经碱溶液处理后可作为晶种，有利于沸石的合成，目前已有相应的专利报道凹凸棒石通过高温(120°c 160°C)水热碱浸下合成方钠石(CN101066766A、CN101618880A)、丝光沸石(CN101066766A)、4A 沸石(CN101066766A、CN101618880A、CN101817539A)、X 型沸石(CN101337681A)、P 型沸石(CN101618880A)，但凹凸棒石合成的沸石粉末或颗粒在高浓度氨氮水源水处理中的应用尚未见报道。(2)因粉末滤料不宜放置在滤池中，而常以与高浓度氨氮水源水混合搅拌的形式吸附去除氨氮，致使污泥排放量大。(3)基于颗粒滤料的上向流滤池处理效果优于普通快滤池、虹吸滤池、“V”形滤池和下向流滤池，但上向流过滤装置的过滤速度不易大于5m/h时，否则过滤层上部的细小滤料即易流失；向上反冲洗的效果不理想。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决凹凸棒石合成的沸石粉末或颗粒在高浓度氨氮水源水处理中应用的空白、粉末滤料过滤装置的使用具有局限性、上向流颗粒滤料过滤池的过滤速度受限与反冲洗效果不理想的问题，而提供一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置。本实用新型包括钢罐体、底部进水管、滤板、侧壁出水管、第一格栅板、第二格栅板、顶部出水管、气水反冲洗管、排气管和数个滤管，滤板水平设置在钢罐体内腔的中部，滤板的端面上均布设有数个通水孔，每个通水孔的下方对应一个滤管，且滤管的上端与滤板的下端面固定连接，滤管的下端为封闭端，所述滤管的管壁上设有数个微孔，且每个滤管的管壁外表面上缠绕有聚丙烯丝，侧壁出水管和气水反冲洗管对称设置在钢罐体的外侧壁上，侧壁出水管和气水反冲洗管均位于滤板的上方，且侧壁出水管高于气水反冲洗管，所述第一格栅板水平设置在钢罐体的内部，第一格栅板位于侧壁出水管的上方，第二格栅板设置在第一格栅板的上方，且第二格栅板与第一格栅板平行设置，顶部出水管设置在钢罐体的顶部外壁上，所述底部进水管和排气管均设置在钢罐体底部的外壁上，所述底部进水管、侧壁出水管、顶部出水管、气水反冲洗管和排气管上均安装有阀门。本实用新型包含以下有益效果一、由于本实用新型将粉末滤料预涂膜技术和颗粒滤层相结合，即上向流过滤I区(滤管4所在的腔体区域为I区)和上向流过滤II区(第一格栅板7、鹅卵石或石英砾石承托层8、凹凸棒石合成沸石颗粒滤层9和第二格栅板10为II区)双层过滤过程一体化，并且采用了凹凸棒石合成沸石粉末或颗粒作为滤料，使过滤效果得到改善，即过滤后氨氮水的浓度从2mg/L 7mg/L降低至Omg/L O. 15mg/L,满足国家规定的I级水质标准要求；因本实用新型过滤II区采用粒径为O. 8mm I. 5mm的滤料，粒径自下而上依次减小，滤层厚度为1200mm 1500mm,且气水反冲洗过程为均勻恒速进水对滤层 进行冲洗，因此避免了过滤层上层细小滤料流失以及难以对滤料冲洗干净的现象发生，本实用新型将凹凸棒石合成的沸石粉末或颗粒在高浓度氨氮水源水处理中得到应用。二、本实用新型结构简单、占地面积小、使用方便，运行可实现全自动化控制，且高效经济，无二次污染。三、本实用新型可用于自来水净化、地下水处理、市政污源水处理，以及用于新建工程和改造工程中。
图I是本实用新型的主视图，图2是凹凸棒石合成沸石粉末混合预涂液在滤管4的表面形成涂层滤膜的工艺过程流程图，图3是待处理高浓度氨氮水源水依次经过布水区15、中部集水区5、鹅卵石或石英砾石承托层8、凹凸棒石合成沸石颗粒滤层9完成的过滤过程工艺流程图，图4是过滤II区的反冲洗及反冲洗水放空过程工艺流程图，图5是过滤I区的反冲洗及反冲洗水放空过程工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实施方式包括钢罐体I、底部进水管2、滤板3、侧壁出水管6、第一格栅板7、第二格栅板10、顶部出水管12、气水反冲洗管13、排气管14和数个滤管4，所述滤板3水平设置在钢罐体I内腔的中部，滤板3的圆周外表面与钢罐体I的内壁固定连接，滤板3的端面上均布设有数个通水孔3-1，每个通水孔3-1的下方对应一个滤管4，如此设置，便于滤管4内的水通过通水孔3-1流入中部集水区5，且滤管4的上端与滤板3的下端面固定连接，滤管4的下端为封闭端，所述滤管4的管壁上设有数个圆形微孔，且每个滤管4管壁的外表面缠绕有聚丙烯丝，如此设置，利于凹凸棒石合成沸石粉末的附着，从而逐渐形成凹凸棒石合成沸石粉末涂层。所述侧壁出水管6和气水反冲洗管13对称设置在钢罐体I的外侧壁上，侧壁出水管6和气水反冲洗管13均位于滤板3的上方，且侧壁出水管6高于气水反冲洗管13，侧壁出水管6和气水反冲洗管13均与钢罐体I密封连接，所述第一格栅板7水平设置在钢罐体I的内部，第一格栅板7的圆周外表面与钢罐体I的内壁固定连接，第一格栅板7位于侧壁出水管6的上方，第二格栅板10设置在第一格栅板7的上方，且第二格栅板10与第一格栅板7平行设置，使用时，第一格栅板7对鹅卵石或石英砾石起到承托的作用，第二格栅板10可以防止过滤层上层的细小滤料在水流的冲击下流失，顶部出水管12设置在钢罐体I的顶部外壁上，且顶部出水管12与钢罐体I密封连接，所述底部进水管2和排气管14均设置在钢罐体I底部的外壁上，底部进水管2与钢罐体I密封连接，所述底部进水管2、侧壁出水管6、顶部出水管12、气水反冲洗管13和排气管14上均安装有阀门，滤板3、滤管4、第一格栅板7和第二格栅板10均为不锈钢材质。高浓度氨氮水源水是指受污染的水源水中氨氮的含量在2mg/L 7mg/L。滤管4的下方为布水区15，滤管4所在区域为过滤I区16，第一格栅板7与第二格栅板10之间为过滤II区17，滤板3与第一格栅板7之间为中部集水区5，第二格栅板10的上方为上部集水区11。
具体实施方式
二结合图I说明本实施方式，本实施方式的滤管4的长度为500mm 800mm,滤管4的外径为15mm 25mm。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图I说明本实施方式，本实施方式的滤管4上的每个圆形微孔的孔径为5mm IOmm,每个滤管4上的圆形微孔总面积占滤管表面积的25% 45%。其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。本实用新型的使用过程本实用新型在对高浓度氨氮水源水进行处理前，先将鹅卵石或石英砾石承托层8和凹凸棒石合成沸石颗粒滤层9添加到过滤II区17，其中凹凸棒石合成沸石粗颗粒的粒径为O. 8mm I. 5mm,凹凸棒石合成沸石颗粒滤层9的高度为1200mm 1500mm,且凹凸棒石合成沸石颗粒滤层9的粒径由下至上依次减小。高浓度氨氮水源水的处理过程分为三个阶段分别为涂层滤膜的形成、过滤和反冲洗。I、涂层滤膜的形成阶段见图2，关闭顶部出水管12、气水反冲洗管13和排气管14上的阀门，打开底部进水管2和侧壁出水管6上的阀门，利用循环泵将一定质量和浓度的凹凸棒石合成沸石粉末(100目 200目)混合预涂液从底部进水管2抽入布水区15中，在水流的带动下凭借水压作用将混合预涂液均匀分配到滤管4管壁外表面缠绕的聚丙烯丝上，逐渐形成涂层滤膜，混合预涂液则通过滤管4上的微孔进入滤管4的内部，再逐渐经滤管4的顶端、通水孔3-1流入中部集水区5，然后由侧壁出水管6排出，此时，在钢罐体I外部设一个混合预涂液循环箱，箱内混合预涂液从底部进水管2导入钢罐体1，经滤管4的过滤水从侧壁出水管6排出后再进入外设的混合预涂液循环箱，如此循环15min 30min后，这时在滤管4的表面形成厚度约为2_ 4_的涂层滤膜,后续混合预涂液中的凹凸棒石合成沸石粉末不断被滤膜截留，直至出水浊度近似为O时，涂层滤膜的形成完成，此循环中止。此阶段I的运行过程需要混合预涂液连续供给，以免涂层滤膜从滤管4表面脱落而影响挂膜效果。2、过滤阶段见图3，关闭侧壁出水管6、气水反冲洗管13、排气管14的阀门，打开底部进水管2和顶部出水管12的阀门，利用循环泵将待处理的高浓度氨氮水源水从进水管2泵入布水区15，将水流均匀分配到各滤管4的涂层滤膜表面，根据沸石对离子的交换顺序Qr>Rb > NH , >K >Na >Li >Ba >Sr >CA >Mg2 ,沸石上的可交换离子与水源水中的NH:易发生交换反应，从而将水源水中的NH:固定吸附在凹凸棒石合成沸石表面，即吸附在滤管4的涂层滤膜表面，使水源水中高浓度氨氮的浓度降至I. Omg/L 2. Omg/L,同时悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等污染物也被截留。在内外压强差的作用下水流进入滤管4的内部，经滤管4的顶端、通水孔3-1流入中部集水区5，水流继续向上流动，采用上向流过滤方式，水流依次经过鹅卵石或石英砾石承托层8、凹凸棒石合成沸石颗粒过滤层9。凹凸棒石合成沸石颗粒过滤层9的设置使上向流滤速在10 20m/h范围内稳定运行，解决了上向流滤速不能太高(<5m/h)，反冲洗不干净的局限性，通过上向流过滤II区17吸附并截留水源水中剩余的氨氮以及悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等污染物，滤后水流入上部集水区11，最后从顶部出水管12排出。此阶段2的运行过程需要高浓度氨氮水源水连续供给，运行一定时间后，向水源水中添加适量的凹凸棒石合成沸石粉末，使滤管4形成新的凹凸棒石合成沸石涂层滤膜，合理控制凹凸棒石合成沸石粉末与氨氮、悬浮物(用浊度表示)的适当比例可延长过滤装置运行时间。通过双层过滤之后，排出的水中氨氮浓度为Omg/L O. 15mg/L，符合国家规定的I级水质标准要求。3、反冲洗阶段过滤装置运行一段时间后，涂层滤膜与过滤层过滤效率降低，此时需要对过滤I区16和过滤II区17进行反冲洗。 过滤II区17的反冲洗过程见图4，关闭底部进水管2、排气管14、侧壁出水管6的阀门，打开气水反冲洗管13、顶部出水管12的阀门，利用循环泵将压缩空气和清水从气水反冲洗管13泵入中部集水区5内，加剧滤料颗粒间的摩擦碰撞，使污染物容易脱离滤料，同时，顶部出水管12连接出水泵进行抽吸，此时布水区15与过滤I区16可整体视为上向流过滤池的池底，污物混合液经上部集水区11、顶部出水管12排出，此过程运行直至水质满足要求为止。过滤II区17的反冲洗水放空过程过滤II区17的反冲洗过程结束后，关闭底部进水管2、排气管14、气水反冲洗管13的阀门，打开侧壁出水管6、顶部出水管12的阀门，放空上部集水区11、过滤II区17中的反冲洗水与压缩空气。过滤I区16的反冲洗过程见图5，关闭顶部出水管12、侧壁出水管6、排气管14的阀门，打开气水反冲洗管13、底部进水管2的阀门，利用循环泵将压缩空气和反冲洗清水泵入中部集水区5内，水进入滤管4内部，将失效的凹凸棒石合成沸石粉末形成的涂层滤膜完全从滤管4的表面冲刷脱落，污物混合液经布水区15从底部进水管2流出，此过程运行直至出水水质满足要求为止。过滤I区16的反冲洗水放空过程过滤I区16的反冲洗过程结束后，关闭顶部出水管12、侧壁出水管6、气水反冲洗管13、排气管14的阀门，打开底部进水管2的阀门，底部进水管2与出水泵连接，抽吸过滤I区16的反冲洗水，使水位降至布水区15中，此时关闭与底部进水管2连接的抽吸泵，再打开排气管14的阀门，布水区15中的水在重力作用下排出钢罐体I。
权利要求1.一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置，其特征在于所述过滤装置包括钢罐体(I)、底部进水管(2)、滤板(3)、侧壁出水管(6)、第一格栅板(7)、第二格栅板(10)、顶部出水管(12)、气水反冲洗管(13)、排气管(14)和数个滤管(4)，所述滤板(3)水平设置在钢罐体(I)内腔的中部，滤板(3)的端面上均布设有数个通水孔(3-1)，每个通水孔(3-1)的下方对应一个滤管(4)，且滤管(4)的上端与滤板(3)的下端面固定连接，滤管(4)的下端为封闭端，所述滤管(4)的管壁上设有数个圆形微孔，且每个滤管(4)的管壁外表面上缠绕有聚丙烯丝，所述侧壁出水管(6)和气水反冲洗管(13)对称设置在钢罐体(I)的外侧壁上，侧壁出水管(6 )和气水反冲洗管(13 )均位于滤板(3 )的上方，且侧壁出水管(6 )高于气水反冲洗管(13)，所述第一格栅板(7)水平设置在钢罐体(I)的内部，第一格栅板(7)位于侧壁出水管(6)的上方，第二格栅板(10)设置在第一格栅板(7)的上方，且第二格栅板(10)与第一格栅板(7)平行设置，顶部出水管(12)设置在钢罐体(I)的顶部外壁上，所述底部进水管(2)和排气管(14)均设置在钢罐体(I)底部的外壁上，所述底部进水管(2)、侧壁出水管(6)、顶部出水管(12)、气水反冲洗管(13)和排气管(14)上均安装有阀门。
2.根据权利要求I所述的一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置，其特征在于所述滤管(4)的长度为500mm 800mm,滤管⑷的外径为15mm 25mm。
3.根据权利要求I或2所述的一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置，其特征在于所述滤管(4)上的每个圆形微孔的孔径为5mm 10mm。
专利摘要一种用于高浓度氨氮水源水处理的双层过滤装置，它涉及一种饮用水处理装置，以解决凹凸棒石合成的沸石粉末或颗粒在高浓度氨氮水源水处理中应用的空白、粉末滤料过滤装置的使用受到局限性的问题。滤板水平设置在钢罐体内腔的中部，滤板的端面上均布设有数个通水孔，每个通水孔的下方对应一个滤管，滤管的上端与滤板的下端面固定连接，滤管的下端为封闭端，滤管的管壁上设有数个圆形微孔，每个滤管的管壁外表面上缠绕有聚丙烯丝，侧壁出水管和气水反冲洗管均位于滤板的上方，第一格栅板水平设置在钢罐体的内部，第一格栅板位于侧壁出水管的上方，第二格栅板设置在第一格栅板的上方。本实用新型用于高浓度氨氮水源水的处理。
文档编号C02F9/02GK202705137SQ20122042759
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者孙楠, 李岿然 申请人:东北农业大学