2019年5月21日

快速砂过滤

作者编制的/
Marco Bruni(Seecon International GmbH)
Dorothee Spuhler(Seecon International GmbH)

执行概要

快速砂过滤是一种纯粹的物理饮用水净化方法。快速砂滤器(RSF)提供相对大的悬浮颗粒的快速有效地去除。通常使用两种类型的RSF:快速重力和快速压力砂过滤器。为了提供安全饮用水,RSF需要足够的预处理(通常凝血 - 絮凝)和后处理(通常用氯消毒)。建筑和操作都是成本密集的。它是一种相对复杂的过程,通常需要动力泵,正规反洗或清洁和滤波器出口的流量控制。快速的砂滤液对于发达国家常见的是,用于治疗大量水,其中土地是强烈限制因素,以及材料,熟练的劳动力和连续能量供应。

好处
高效去除浊度(通常<0.1-1 NTU)
高滤速(每平方米每小时4,000 - 12,000升),土地要求小
没有关于初始浊度水平的局限性(如果凝结剂或絮凝剂可获得并正确应用)
清洁时间(反洗)只需几分钟,并且可以立即将过滤器恢复运行
缺点
无效地去除细菌,病毒,氟化物,砷,盐,气味和有机物质(需要进行预处理)
高资本和运营成本
需要经常清洗(反冲洗)(每24-72h一次)
技术监督必需品(例如,用于流动控制和消毒剂的剂量)
需要高能量输入
反洗水和污泥需要治疗;所需的污水系统或稳定池塘
出去

淡水

淡水,饮用水

介绍

factsheet块体

19世纪末,快速砂滤技术在美国兴起,并迅速普及。到20世纪20年代,它们被广泛用于主要的水净化方法,因为必要的设施需要更少的土地面积相比慢砂滤器。今天,一个组合絮凝和凝血沉降,过滤和消毒(例如氯化ozonation.)是工业化国家处理大量饮用水最广泛应用的水处理技术(SDWF纽约)(另见治疗厂房)。

快速砂滤,相比缓慢的沙过滤,是一个纯粹的物理治疗过程。当水流经几层粗粒沙砾时,相对较大的颗粒会被安全地阻挡(DIJK & OOMEN 1978年)。然而,如果没有适当的预处理和最终消毒,RSFs从不提供安全的饮用水。通常情况下,凝血和絮凝氯化都是用于这个目的的。

治疗过程和基本设计原则

factsheet块体

重力式快速砂滤机的主要部件有:

  • 腔室:过滤罐或过滤盒
  • 过滤器媒体(沙子)
  • 砾石支撑
  • 在排水系统下
  • 洗涤水槽

过滤室通常由钢筋混凝土制成,填充有砂和砾石,高度为1.5-2米。水供应到砂床的顶部,并在流过分级砂和砾石的层时过滤。底部穿孔管系统排出腔室(世纪为1996年)。过滤室可以构造为开放式罐(快速重力过滤器)或闭合罐(压力过滤器)。

开放(重力)快速砂滤器的组件。来源:TWT(n.y.)
开放(重力)快速砂滤器的组件。来源:TWT(n.y.)

封闭式快速砂滤器(压力过滤器)。来源:谁(1996)
封闭式快速砂滤器(压力过滤器)。来源:谁(1996)

这个过滤过程是由两个基本物理原理决定的。首先,当沙粒通过过滤介质(机械过滤)时,相对较大的悬浮颗粒会卡在沙粒之间。第二,由于范德华力(物理吸附)的作用,较小的颗粒粘附在沙粒表面。可以添加化学助滤剂(即混凝剂或絮凝剂)以促进附加附着力(SCHMITT & SHINAULT 1996)。

基本过滤原理的示意图。资料来源:Schmitt&Shinault(1996)
基本过滤原理的示意图。资料来源:Schmitt&Shinault(1996)

在这些过程的过程中,越来越多的颗粒在过滤介质中积聚,越来越多地导致堵塞的过滤器并降低性能。可以通过清洁过滤床来重新实现初始滤波性能。这通常通过反洗:水流逆转,因此处理的水通过过滤器向后流动。砂重新悬浮,固体物质在地表水中分离。通常,还注射空气以支持清洁过程(世卫组织1996年)。一旦冲出大多数颗粒并且向后流水清晰,过滤器就会恢复到操作。清楚地,通过反洗产生相对大量的污泥,并且在排放到环境之前需要某种形式的治疗(UNEP 1998)。

健康方面

factsheet块体

快速的砂过滤是一种高效的方法,可以采用正确应用的浊度(Brikke&Bredero 2003)。同样地,在预处理期间形成的固体,即凝血 - 絮凝,被过滤。操作良好的RSF可降低浊度至小于1nTN,通常小于0.1 NTU(WHO 1996)。关于除去大多数其他污染物,RSF无效。如果结合充足的预处理措施和最终消毒,则快速砂过滤通常会产生安全的饮用水。

适度有效:

有些有效:

不是有效的:

-浊度

——铁、锰

- 气味,味道

-细菌

-有机的事情

——病毒

- 氟化物

——砷

——盐

如果用凝血絮凝预处理淡水,则快速砂膜过滤器的典型处理性能。改编起:Brikke&Bredero(2003),Deboch&Faris(1999),SDWF(N.Y.)和世卫组织(N.Y.)

施工、运行、维护

factsheet块体

建造

RSF的建设需要有称职的工程师和高技能工人的监督。它涉及钢筋混凝土基础和墙壁的建设和许多技术装置。只有非常精确的实现才能保证水处理的功能。

操作与维护

快速砂滤的操作包括流量控制、定期反冲洗和清洗。反冲洗间隔时间取决于进水质量,通常在24至72小时之间(环境署,1998年)。清洗过程要求每层过滤床的净化过程中断5 - 10分钟。需要几个并联的过滤单元,以保证持续的供水。必须仔细观察反冲洗过程;特别是必须控制流量以避免过滤介质的侵蚀。可能需要在不经常的时间间隔内定期重新填充过滤床,以确保高效运行(UNEP 1998)。因此,操作和维护需要熟练和高度可靠的工人。

打开运行中的快速重力砂过滤器。来源:SUFFUSS POLYMERS (2011)
打开运行中的快速重力砂过滤器。来源:SUFFUSS POLYMERS (2011)

成本

factsheet块体

建设成本

快速砂滤器的施工成本主要由水泥,建筑砂,砾石,加强钢,过滤介质,管道和阀门等材料成本确定。然而,土地和材料运输的成本可以大大增加到总成本(UNEP 1998)。

运营和维护费用

操作快速砂滤器所需的能量成本和在反洗期间处理产生的污泥的成本可能增加了大量成本(UNEP 1998)。尽管操作通常是自动进行的,但经过良好教育的工人频繁检查是必要的,以确保正确的治疗。维护成本将包括修理过滤器和更换设备。通常,快速砂滤器的施工,操作和维护成本明显高于缓慢砂滤器的成本(UNEP 1998)。

工作准则

经过预处理(混凝-絮凝)后,淡水流经砂砾层。因此,粒子通过物理过滤过程去除

能力/充足

在土地面积有限的大型城市地区,很容易获得化学品、电力和熟练劳动力

表现

每平方米每小时4,000 - 12,000升(Who 1996);通常仅除去固体和悬浮颗粒;需要预处理(凝血 - 絮凝)和后治疗(消毒)

成本

通常,快速砂滤器的施工,操作和维护成本明显高于成本慢砂滤器(UNEP 1998)

自助的兼容性

需要低,高度技术设施,化学品和能量

O&M.

经常清洁(每24 - 72小时一次),需要有熟练的保洁员

可靠性

如果正确操作,高度可靠

主要优势

去除浊度的快速有效

主要弱点

对去除细菌无效,因此需要进行预处理(如混凝/絮凝)和最终消毒(如氯)

适用性

快速的砂过滤需要非常复杂的技术安装,高技能工人用于建筑和操作以及大量的能量输入。除非采用预处理和消毒,否则过滤的水是不安全的饮用。因此,其应用是为土地为限制因素的工业化国家或城市地区保留。如果满足前提条件,RSF可以在较大的城市供水系统中提供一个非常有效的方法。对于任何其他领域,RSF通常在经济上不合理。

图书馆参考文献

将技术选择与社区供水和卫生背景相关联的操作和维护。规划人员和项目人员的参考文件

本文件涉及家庭和社区一级供水和卫生项目的策划者和工作人员。读者通过关于家庭和社区水平的供水,净化和水处理的主要证明技术的通知选择的主要步骤。关于其功能,演员及其角色,主要操作和维护(O&M)要求和问题,每个技术都在一个小的事实表中描述。

Brikke,F. Bredero,M.(2003):在社区供水和卫生环境中连接技术选择。策划者和项目人员的参考文件。日内瓦:世界卫生组织和IRC水和卫生中心URL.[访问:03.06.2018]PDF

发展中国家社区供水缓慢的沙子过滤。设计和施工手册

这篇非常综合的技术论文包括重要的背景信息,详细描述了缓慢的砂过滤原理以及慢砂滤水厂的施工,设计和实施的许多信息。

Dijk,J.C.Van Oomen,J.H.C.(1978年):发展中国家社区供水缓慢的沙子过滤。设计与施工手册。(= IRC技术纸系列,11)。海牙:国际社区供水中心参考中心URL.[访问:30.05.2018]

慢砂过滤

该体积的目的是讨论一种特定形式的水处理的各个方面 - “生物过滤”或“缓慢砂过滤”过程。这种水净化系统自十九世纪初以来一直在持续使用,并在广泛的情况下证明有效。

Huisman,L. Wood,W.E.(1974):慢砂过滤。日内瓦:世界卫生组织(谁)URL.[访问:06.02.2012]

第12章:水处理

本文档提供了一种易于阅读,但尚综合的水处理过程介绍,具有慢速和快速的砂滤器,同时特别解决多屏障原理。

谁(N.Y):第12章:水处理。在:谁(2009年):谁研讨会用于饮用水质量。。URL.[访问:07.02.2012]

快速砂过滤

由谁编制的缓慢沙子过滤器的事实表。它包括一个关于如何进行快速砂滤网的卫生检查的段落。

谁(1996):迅速的砂过滤。(=环境卫生的情况表,2/14)。日内瓦:世界卫生组织(谁)URL.[访问:15.02.2012]

替代版本到