專利名稱：用于水處理的陶瓷濾料過濾池的制作方法
技術領域：
本發明涉及大規模水處理流程中使用的過濾池，特別是使用濾料過濾的過濾池。
背景技術：
在水處理流程中，過濾工藝是極其重要的一個環節，它不僅能夠有效地去除原水中的細小膠體顆粒，而且是阻隔水中病原微生物穿透，從而防止水生流行疾病爆發和蔓延的重要保障。
在國內外的水處理工程實踐中，大規模生活用水處理，一般是采用具有濾料的過濾池，現有的過濾池包括池體，池體內鋪有一定厚度的濾料，濾料層的下方為承托層；過濾池的工作原理為待過濾的水從過濾池的上部進入過濾池，在重力作用下，水通過池體內鋪設的濾料，經承托層從池體下部流出，水中的污物被濾料過濾出來。
過濾池傳統上是采用石英砂作為過濾池中的濾料，但采用石英砂作為濾料存在以下缺陷1、由于重力和水流的原因，再加上石英砂的比重都一致，鋪在池體內的石英砂往往形成上層的石英砂粒度小，下層的石英砂粒度大的情況；這樣，大部分水中的污物被上層小粒度石英砂所截留和堆積，形成一層由污物組成的膜，這層膜阻礙了水的流動，使過濾周期內的水頭損失快速增加，降低生產效率，同時也使得濾料截污能力降低。2、由于過濾出來的污物集中在濾料的上層，使過濾池的運行周期很短，一般過濾4-5個小時后，其濾后水濁度在開始不斷上升，濾后水質開始惡化；在過濾周期達到24小時后，其去濁效率會發生顯著的下降。3、在過濾池的去濁效率下降到一定值時，須用清水對濾料進行反沖洗，即將清水從池體下部壓入池體，壓入的清水對濾料沖洗，沖洗后的污水從池體上部排出；由于污物大都集中在上層濾料中，而到達上層的水壓力又大大降低，那么就需要極大的反沖洗強度來使其恢復再生，其再生效果可能還不能滿足要求，因此需要長時間沖洗才能將濾料洗干凈，這樣不僅不必要地增加了反沖洗能耗和耗水量，而且易造成了濾料的磨損，對其長期運行極為不利。
由于上述原因，現有的過濾池的綜合技術效益普遍不高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于水處理的陶瓷濾料過濾池，該過濾池的生產效率高，截污能力強，運行周期長，反沖洗的耗水量小。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是它包括池體，池體內鋪有濾料，濾料層的下方設有承托層，池體的下部設有出水口；濾料為陶瓷濾料，它分為兩層，上層陶瓷濾料采用粒徑為1.2-1.6mm的濾料顆粒，比重為0.8-1.8g/cm3，下層陶瓷濾料采用粒徑為0.6-1.2mm的濾料顆粒，比重為1.8-2.5g/cm3。
本發明過濾池采用獨創的“反粒度過濾”的方式，即上層陶瓷濾料采用粒徑較大而比重較小的濾料，而且，由于上層陶瓷濾料的比重較小，上層陶瓷濾料氣孔率很大；下層陶瓷濾料采用粒徑較小而比重較大濾料，而且，由于下層陶瓷濾料的比重較大，下層陶瓷濾料為實心濾料或氣孔率較小的濾料。
本發明過濾池的工作原理是過濾池上層濾料的粒徑較大，因此顆粒間的孔隙率也較大；顆粒表觀氣孔率較大，顆粒內部有很大的比表面積和極強的吸附能力，所以截污能力依然較強，同時較大的孔隙率也有助于水中的雜質顆粒繼續深入到濾層的內部，使得截污量做到均勻分配。過濾池下層濾料的粒徑較小，因此顆粒間的孔隙率也較小，顆粒表觀氣孔率也很小，可以有效地防止水中細小顆粒的穿透(這些顆粒往往是廢水中色度物質的主要來源)，從而達到極佳的出水水質。
由于陶瓷濾料的制作工藝簡單，陶瓷濾料的粒徑較大和比重可在制作工藝中靈活調節，而且陶瓷濾料的制作原料來源豐富，因此，本發明過濾池中使用的濾料采用陶瓷濾料。
另外，本發明過濾池中使用的陶瓷濾料，由于上層陶瓷濾料的比重較小，下層陶瓷濾料比重較大，在反沖洗后，仍然能保持在整個濾料的分層，不會出現濾料的混層現象。上層陶瓷濾料顆粒間的孔隙率很大也降低了反沖洗的難度，使得截留于濾料內的雜質顆粒的吸附與解吸過程始終在快速中完成，這對陶瓷濾料的恢復再生和長期保持穩定的截污能力極為有利。
本發明過濾池的濾料層下方為承托層，其目的是保證在過濾和反沖洗的過程中穩定濾層結構。
與現有技術相比，本發明還具有以下優點1、從過濾運行周期來看，本發明陶瓷濾料過濾池比石英砂濾料過濾池體現了更為優異的性能，由于它過濾下來的污物在整個濾層中的分布均勻，因而能夠在57個小時的連續運行周期內都保持了很高的去除水中雜質的能力，同時保持了較高的濾速，水頭損失的增長幅度相對較小。
2、從去污效率來看，陶瓷濾料要比石英砂濾料高5-10％，而且隨著過濾時間的增加，陶瓷濾料在截污能力上的優勢更為明顯，這主要是由于陶瓷濾料具有較大的內表面積，所以吸附水中細小顆粒雜質的能力很強，而這一點正是傳統濾料所缺乏的。
3、從原水水質變化的調節能力來看，當進水濁度發生比較大的波動時(50％的變化幅度)，通過本發明陶瓷濾料過濾池后，濾后水的水質仍能保持穩定，其出水濁度的變化幅度在5-8％左右，這說明陶瓷濾料層抗擊沖擊負荷的能力很強，能夠有效地保證濾后水質的穩定。
4、從經濟效益來看，由于本發明過濾池有效地延長了過濾的周期，所以其所需的沖洗費用(包括水耗、電耗和設備的維護管理費用等等)要比傳統的石英砂濾料過濾池要小得多，而這部分費用是水廠日常運行費用的主要部分，因此本發明過濾池的效益非常顯著。另一方面，由于采用陶瓷濾料，水廠用于前段處理的混凝劑費用也下降了一半，而混凝劑耗量同樣是水廠日常運行的主要經濟指標。
所以綜合而言，采用本發明過濾池，可望為水廠的日常運行節約費用25-30％。陶瓷濾料經過檢測中心檢測，其各項性能指標都完全達到并優于國家規定的質量標準，不僅比現有的各種濾料性能更好，更為重要的是，陶瓷濾料在水中的溶出鹽含量極低，完全滿足國家規定的飲用水衛生標準。
圖1為本發明過濾池實施例結構示意圖。
圖2為石英砂濾料去除濁度的效率圖。
圖3為石英砂濾料層濾后水質隨時間的變化圖。
圖4為石英砂濾料層和陶瓷濾料層的濾速隨時間的變化對比圖，圖中位于上方的曲線為陶瓷濾料的濾速，位于下方的曲線為石英砂濾料的濾速。
圖5為陶瓷濾料的去除率隨時間的變化圖。
圖6為陶瓷濾料層對進水濁度負荷變化的調節情況，圖中位于上方的曲線為原水濁度，位于下方的曲線為濾后水濁度。
具體實施例方式
如圖1所示的本發明過濾池實施例，過濾池包括池體1，池體內鋪有濾料，濾料層的下方為承托層4，承托層4由鵝卵石組成；池體1的下部設有出水口5；濾料為陶瓷濾料，它分為兩層，上層陶瓷濾料2采用粒徑為1.2-1.6mm的濾料顆粒，比重為0.8-1.8g/cm3，下層陶瓷濾料3采用粒徑為0.6-1.2mm的濾料顆粒，比重為1.8-2.5g/cm3。陶瓷濾料總厚度為600-800mm，上層陶瓷濾料2厚度為400-500mm，下層陶瓷濾料3厚度為200-300mm。承托層4的厚度為150mm。
本發明過濾池實施例1-4的具體參數見下表
上述陶瓷濾料可采用以下方法制造按以下原料配方(重量百分比)進行配料；(1)氧氣鋁赤泥26％，粉煤灰20％，煤矸石20％，黏土10％，鋸末成孔劑20％，外加高溫黏結劑(霞石正長石)4％。
(2)以球磨機粉碎和混合配料，然后過篩(100-180目)備用；
(3)采用成球機成球。成球前，將低溫黏結劑CMC以1∶2的比例(重量)到入水中配成混合液，再逐漸噴入成球機的坯料中。
(4)將成好的球放入干燥抽屜中，推入干燥坯車，在80-120℃干燥4-5小時，再裝入托盤匣缽中在1100℃-1250℃燒成。
本發明過濾池實施例1、4中的各種粒徑、比重的陶瓷濾料的級配可以是均勻的，也可以任意的。
本發明過濾池實施例1與用石英砂作濾料的過濾池進行了天然原水處理的對照性實驗。實驗條件如下在本實驗中，天然原水的濁度(反映水中雜質成分的多少)控制在10-17度的范圍內，原水中所含雜質顆粒的平均粒徑為0.076mm。石英砂為均質濾料，其平均粒度為0.7-1.5mm，厚度為700mm。
本實驗采用美國Hach-1720在線濁度儀來連續監測濾后水的水質變化情況，并通過轉子流量計來調節流過濾料層的濾速，通過水頭計來反映整個過濾周期內濾層的水頭損失變化情況，從而有效地對本發明過濾池的運行狀況做出全面的評估。
從圖2可見，石英砂濾料對天然原水濁度的去除效率保持在75％左右，當過濾周期達到24小時后，其去濁效率會發生顯著的下降。
從圖3可見，石英砂濾料能夠在4-5個小時內保持濾后水質基本穩定，但隨著過濾時間的延長，其濾后水濁度開始不斷上升，說明濾后水質開始惡化，必須停止過濾，進行反沖洗。
圖4所表示的是石英砂濾料層過濾池和本發明實施例1過濾池在整個過濾周期內濾速的變化情況，相對而言，石英砂濾料層的濾速下降的幅度更快，這說明陶瓷濾料保持均勻濾速的能力更強，過濾周期更長，耗水率低，經濟效益顯著。
圖5所示的是本發明實施例1過濾池的去除率變化情況。由圖可見，隨著濾料層的不斷成熟，其去除率也不斷上升，在57個小時內都能達到80％左右的去除效率，這與石英砂濾料只能保持24小時的最佳去除效率形成鮮明對照，而且本發明過濾池的去除效率要高于石英砂濾料5％左右。
圖6所示的是本發明過濾池對原水水質變化的調節能力。從圖中可見，當進水濁度發生比較大的波動時(50％的變化幅度)，通過本發明實施例1過濾池后，濾后水的水質仍能保持穩定，其出水濁度的變化幅度在5-8％左右，這說明本發明過濾池抗擊沖擊負荷的能力很強，對水處理設施保持出水水質穩定能起到非常顯著的作用。
從以上的實驗中可以看到，本發明過濾池在保障生活飲用水水質的穩定，延長過濾周期，降低水處理設施的日常消耗等方面，都比傳統的過濾池有著更為優異的性能。
本發明過濾池可根據需求，靈活調節陶瓷濾料的粒徑、比重及其分布等各項指標。
權利要求
1.用于水處理的陶瓷濾料過濾池，它包括池體(1)，池體內鋪有濾料，濾料層的下方設有承托層(4)，池體(1)的下部設有出水口(5)；其特征在于濾料為陶瓷濾料，它分為兩層，上層陶瓷濾料(2)采用粒徑為1.2-1.6mm的濾料顆粒，比重為0.8-1.8g/cm3，下層陶瓷濾料(3)采用粒徑為0.6-1.2mm的濾料顆粒，比重為1.8-2.5g/cm3。
2.如權利要求1所述的過濾池，其特征在于陶瓷濾料總厚度為600-800mm，上層陶瓷濾料(2)厚度為400-500mm，下層陶瓷濾料(3)厚度為200-300mm。
3.如權利要求1所述的過濾池，其特征在于承托層(4)由鵝卵石組成。
全文摘要
本發明涉及用于水處理的陶瓷濾料過濾池，它包括池體(1)，池體內鋪有濾料，濾料層的下方設有承托層(4)，池體(1)的下部設有出水口(5)；濾料為陶瓷濾料，它分為兩層，上層陶瓷濾料(2)采用粒徑為1.2－1.6mm的濾料顆粒，比重為0.8－1.8g/cm
文檔編號C02F1/44GK1594117SQ200410013438
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年7月8日
發明者李孟, 金建華, 吳建峰, 徐曉虹, 李翠華, 池波, 余云, 劉新明 申請人:武漢理工大學