HD智能高效过滤器在农村生活污水处理中的应用

欧阳群文-湖南城建学院材料工程系     湖南湘潭

摘要   HD智能高效过滤器(以下简称“HD”)是一种高速、高效、智能过滤器。该过滤器是采用自适应长纤维滤料，小阻力配水系统，气水联合冲洗方式，具备传统过滤器的主要优点，同时多方面优于传统过滤器以及其他轻质填料过滤池的特点，是一种更适应、新型、高效的过滤技术。HD特别适合农村自来水厂处理农村生活污水处理中的过滤设备。

关键词   HD、传统过滤器、农村生活污水、自适应长纤维滤料

1 前言   

解决农村生活污水，改善环境卫生，一直以来是困扰着农村自来水处理中的一大问题。近年来，随着城市工业的发展，以及农村生活的状况提高，使得农村生活污水源更加复杂化。针对源水浊度≤50NTU，采用微絮凝+接触过滤+消毒的工艺，过滤设备可采用HD，消毒设备可采用二氧化氯。处理后的水达到国家标准《生活饮用水卫生标准（GB5749～2006）》。

2 农村生活水环境污染现状和特点  

2.1农村生活水环境污染现状 
　　农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体的总称。我国总计有乡镇45412个，村民委员会739980个，乡村户数23692.7万户，乡村人口达91960万人。农村人口分散，人口数量多，没有任何生活污水的收集和处理设施，这使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素。据测算，全国农村每年产生生活污水80多亿吨，严重污染了农村地区居住环境，农村大部分地区河、湖等水体普遍受到污染，饮用水水质安全受到严重威胁，直接危害农民的身体健康，严重影响农村地区的环境卫生，极易导致一些流行性疾病的发生与传播。据估算，农村环境问题每年造成的经济损失已超过千亿元，我国农村环境与生态状况令人担忧。 
　　改革开放的三十多年来，我国农业生产能力获得了较大幅度的提高。畜禽散养户的不断增多，大量畜禽粪便没有处理就直接排放，粪便污染逐年加重。有资料显示，养殖一头猪所产生的废水是一个人的7倍，而养殖一头牛则是22倍。这些有机物未经处理，渗入地下或进入地表水，使水环境中硝态氮、硬度和细菌总数超标，严重威胁着居民饮用水的安全。 
2.1.2农村污水特点  
　　农村生活污水的特点：厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所用水，这些用水分散，农村没有任何收集的设施，随着雨水的冲刷，随着地表流入河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体，其中有机物含量大是其主要的特点。

   （1）水质特点。a农村村镇人口较少，分布广泛且分散，大部分没有污水排放管网；b农村生活污水浓度低，变化大；c大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不含有重金属和有毒有害物质（但随着人们生活水平的提高，部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质），含一定量的氮、磷，水质波动大，可生化性强；d不同时段的水质不同；e厕所排放的污水水质较差，但可进入化粪池用作肥料。 
   （2）水量特征。a一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小；b变化系数大，居民生活规律相近，导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点；c在上午、中午、下午都有一个高峰时段。

   （3）排放体制特征。农村生活污水一般呈粗放型排放。很多农村尚无完善的污水排放系统，污水沿道路边沟或路面排放至就近的水体。少部分地区具有完善的污水排放系统。农村生活污水中有机物含量高，N、P含量增多。人们无意识的排放和雨水的冲刷，使大量的有机质和N、P等物质流入湖泊等水体，如果不加以处理利用，常常会引起富营养化，给人们的身体健康带来不利影响。 

3 农村生活污水处理技术路线 
　　农村污水处理技术的选择要量力而行，充分考虑到农村地区财力状况薄弱、农民实际承受能力较低这一普遍情况，处理工艺的选择不能盲目攀比，不能一味地选择时髦先进、处理效果好、自动化控制水平很高的处理工艺，而着重应该考虑选用既成熟可靠，又适合农村特点和实际的污水处理适用技术。建议污水处理技术的选择优先达到两个目标：一是达标排放或回用；二是注重经济适用，运行成本低，管理维护简单。而污水在通过前提的处理后，到达过滤装置中运用HD。HD是一种高速、高效、智能过滤器。该过滤器是采用自适应纤维滤料，小阻力配水系统，气水联合冲洗方式。具备传统过滤器的主要优点，同时多方面优于传统过滤器以及其他轻质填料过滤池的特点，是一种更适应、新型、高效的过滤技术。在采用HD装置处理的污水后使其各项标准都能达标。

4 HD简介

   传统过滤器过滤设备采用砂层过滤，砂滤的缺点是占地大、跑滤料、维护管理困难。而HD采用自适应纤维滤料作为一种新型的过滤器过滤滤料，该滤料具有出水水质好、占地小、不跑料、运行费用低、维护管理方便等优点，是农村生活污水处理的理想设备。

4.1 自适应纤维滤料

HD是采用自适应纤维球滤料，自适应纤维滤料器有两种结构形式，一种是出水孔板在下部，一种是出水孔板在上部，长纤维束一端固定在出水孔板上，另一端与一质量极小的限制纤维束相对位置的构件连接。所谓自适应，是指不依靠其他装置，仅靠水流对纤维层的水头阻力实现对纤维层的压缩。实际上，长纤维丝的纵向刚度很小，只要对纤维进行适当处理并保持适宜的装填密度，依靠滤层的水头阻力就完全可以像纤维球过滤器一样将纤维层压缩。

    当水流自上向下通过纤维层时，在水头阻力作用下，纤维承受向下的纵向压力且越往下则纤维所受的向下压力越大。由于纤维纵向刚度很小，当纵向压力足够大时就会产生弯曲，进而纤维层会整体下移，最下部纤维首先弯曲并被压缩，此弯曲、压缩的过程逐渐上移，直至纤维层的支撑力与纤维层的水头阻力平衡（压缩过程需3～5min ）。由于纤维层所受的纵向压力沿水流方向依次递增，所以纤维层沿水流方向被压缩弯曲的程度也依次增大，滤层孔隙率和过滤孔径沿水流方向由大到小分布，这样就达到了高效截留悬浮物的理想床层状态。清洁床层压缩达到平衡后的压缩情况见表 1。

注： 流速为30m/h ，水温为13℃ 。

4.1.2  自适应纤维滤料特点

自适应纤维过滤器的有效过滤面积大，设备结构简单，出现机械故障的因素极少，且接近出水位置的纤维压缩比大，大都呈横向状态。自适应纤维系统在纤维束滤料基础上，增加了出水孔板，使其兼有纤维滤料和颗粒滤料的优点，由于滤料特殊的结构，使滤床孔隙率很快形成上大下小的梯度密度，使过滤器滤速快、截污量大、易反冲洗，通过特殊的设计，使加药、混合、絮凝、过滤等过程在一个反应器内进行，使设备能有效除去养殖水体中悬浮有机物，降低水体COD、氨氮、亚硝酸盐等，特别适合于暂养池循环水固体悬浮物过滤。

4.1.3   HD工作原理

在进水泵的吸收管段投加絮凝剂，絮凝剂和原水通过水泵叶轮搅拌作用将两者快速均匀混合，并和原水中的细小悬浮物和胶体物质进行微絮反应。原水经过增压后进入过滤器内部水结构进行均匀布水，絮凝反应后的原水通过滤床，大量的微絮凝絮体被截留。刚开始过滤的出水浊度一般达不到要求，这时的出水叫正排水，排水经过管道排放处理。排水时间一般为2～3分钟后，切换阀门，将合格水送至清水池或者其他用水点。直到过滤水头损失达到设定值或者达到设定的过滤时间，即一个过滤周期，此时将进行反冲洗。反冲洗时，清水由反冲洗泵送入，经过过滤器底部，由下至上对滤床进行松动1～2分钟，而后停止松动，由反冲洗风机供应空气冲洗3～5分钟，再气水同时反冲洗8～10分钟，最后水漂1～2分钟，整个反冲洗过程约15～20分钟。

 JY 加药管 QS 清水管 KQ空气管FX 反洗管XD 消毒管1.原水增压泵 2.加药设备3.罗茨风机 4.HD高效过滤器 5.反洗水泵 6.消毒设备V1 原水进水阀 v2 正洗排水阀 v3 过滤出水阀 v4 水冲阀 v5 排水阀 v6 进气阀 v7 排尾阀

4.1.4 HD与传统过滤器的对比

传统过滤器过滤设备采用砂层过滤，砂滤的缺点是占地大、跑滤料、维护管理困难。自适应纤维滤料作为一种新型的过滤器过滤滤料，具有出水水质好、占地小、不跑料、运行费用低、维护管理方便等优点，是水处理的理想设备。HD结构如图3所示。它是由两个支座支撑滤布的垂直安装于中央集水管的平行过滤转盘串联起来的，一套装置的过滤转盘数量一般为2～20个，每个过滤转盘由4小块扇形组合而成。过滤转盘与HD先连接，原水进口通过原水泵到达HD，再经过反洗风机使得进来的水通过反洗水泵后，达到达标排放清水。

5 HD与传统过滤器设计参数

5.1 HD与传统过滤器设计参数及应用特点

目前传统过滤器一般采用向下流过滤方式，因而反冲洗过后造成滤料粒径自上至下逐渐增大了滤层结构，上层的小粒径滤料起着主要的载污作用，因此大大增加了各种过滤条件，使得传统过滤器在过滤中得到许多限制因素，而HD在采用传统过滤器的基础上在过滤器核心上下部位加了过滤纤维，使得在过滤中起到了很好的作用。以下是两种过滤的应用对比，见下表2。

表2   HD与传统过滤器设计参数及应用特点

由表2知，在两种设备正常运行的情况下，HD各方面的特点都强于传统过滤器，从而能使HD更好的运用在农村生活污水处理的实际工程当中。

5.2 HD反冲洗设备

反冲洗是为恢复滤池正常工作所采用的反向水流冲洗滤层的操作过程。操作反冲洗设备时水流经底部排水系统反向通过滤池，以冲洗掉滤料中的堵塞物质，并减少产生水头损失的因素。反冲洗设备中水泵和风机的好坏直接关系到反冲洗的效率。传统过滤器的反冲洗设备落后使得过滤效果到不到理想的要求，而HD过滤器采用优良的水泵和风机，使得效率远远高于传统过滤器。下表是HD与传统过滤器反冲洗设备参数对比：

表3  参数对比表

    其中HD需要的空气压力为：34～80Kpa，水压力为：0.1～0.2Mpa，反冲时间更是只需15～20min；而传统的过滤器这些参数都远远差于HD。

5.3 HD设备规格

HD主体材质采用碳钢、不锈钢。大大提高了设备的使用寿命，为此，在设备制造过程中同样是节约了设备原材料的使用，从而大大降低了生产成本和运用成本；每个设备的规格在设计的同时都考虑了在实际当中运用的效果。以下是HD在设备规格及选型上与传统过滤器的对比：

                                         表4  设备规格对比

 注：滤前水质若含有各种金属离子时,则应进行预处理。