一种生态坝滤料气水清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明涉及坝滤料清洗设备领域，具体为一种生态坝滤料气水清洗装置及其清洗方法。

背景技术

生态虑坝又称透水坝、过滤坝等，是一种结合人工湿地和快速渗透原理进行研发的一种坝体，其通常是采用砾石、卵石、碎石等作为滤料填充到垒筑的坝体当中，可以起到净水质、促进河流中悬浮物和营养盐沉降的作用。该技术由于不影响行洪，而且具有构造简单、建造成本相对较低的优点，因此可以应用到河道整治当中，以及用于城市初期雨水处理、淡水养殖尾水处理当中。

从污染物去除角度来说，生态水坝是将水体中的污染物迁移至滤料表面，因此，不同于生物池那样可以将污染物分解消耗掉，而仅仅实现了空间上的转移。因此，在生态水坝运行一段时间后，滤料表面将累积一定量的污染物，随着污染物的持续增多将带来两个方面的明显影响：

1、出水水质变差。由于滤料最外层的污染物与滤料或其它污染物的作用力减弱，在水流剪力的影响下，污染物不易于滤料或滤料外层的污染物结合，并且原本结合在滤料外层的污染物反而容易再次转移至水体中；

2、水头损失增大，导致过滤无法进行。由于结合在滤料外侧的污染物较多，滤料孔隙减小导致水流通过时流速增加，水头损失系数增大。

此时，生态水坝将无法运行下去，必须要将滤料清洗干净或更换滤料后坝体才能继续运行。然而，更换滤料不仅会造成原有滤料的浪费，且成本较大。而若对滤料进行清理，目前只能采用大量人工进行，不仅效率低，且清洗效果差，且清洗过成中的污水通常都是原地排放，给环境造成不利影响。

发明内容

为解决现有构成生态水坝的滤料的人工清洗效率低，清洗效果差，且容易对清洗处造成环境污染的技术问题，为实现清洗滤料效率高、效果好以及污染少的目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种生态坝滤料气水清洗装置，包括预处理箱、支撑架、可移动料箱和曝气头；所述预处理箱顶部具有开口，预处理箱底部设有排渣阀，预处理箱上还设有与其内部连通的进水管；所述支撑架为环形结构，支撑架固定于所述预处理箱内部，支撑架与所述预处理箱内壁连接的外边沿处均匀设有多个排水通孔；所述可移动料箱为镂空结构，可移动料箱的底面与所述支撑架配合，并且可移动料箱通过所述开口放入或移出所述预处理箱；所述曝气头位于所述支撑架下方的所述预处理箱内，曝气头底部与控制阀连接，所述控制阀的输入端口连接有进气管。

作为优选，所述进水管上连接有用于对滤料表面进行初步冲洗的表面预清理管，所述表面预清理管的出水端可伸入所述可移动料箱内部。

作为优选，所述支撑架为内边沿凸起的锥台形结构，所述内边沿的内径小于所述可移动料箱的底面直径，所述排水通孔位于所述支撑架的倾斜侧壁上。

作为优选，还包括污水处理箱；所述污水处理箱与所述预处理箱为一体的；所述预处理箱内侧下部设有排污泵，与所述排污泵连通的排污管的出料端位于所述污水处理箱的内侧上部。

作为优选，所述污水处理箱上设有搅拌机构和加药箱；所述加药箱位于所述污水处理箱顶面。

作为优选，所述搅拌机构包括驱动电机和搅拌架，所述驱动电机固定于所述污水处理箱的顶面，所述搅拌架位于所述污水处理箱内部，且搅拌架与所述驱动电机传动连接。

作为优选，所述污水处理箱上连通有排水管和排泥管；所述污水处理箱内侧底面向所述排水管和所述排泥管所在位置倾斜。

作为优选，所述排污管、所述进气管和所述进水管上均设有计量表，所述计量表、所述驱动电机和所述加药箱均与远程控制端电连接。根据本发明的另一个方面，提供了一种生态坝滤料气水清洗方法，使用上述生态坝滤料气水清洗装置，包括以下步骤：

S10，将空的所述可移动料箱放入所述预处理箱中，再将待清洗的滤料放至所述可移动料箱中，利用所述表面预清理管对滤料表面先气冲(时间为2-3min)、再气水同时冲(时间为2-3min)、最后水冲(时间为3-5min)，其中气孔的流量10-20L/（m

S20，通过所述进水管向所述预处理箱中注水，直至液面没过放置在所述可移动料箱中滤料，关闭所述进水管，于此同时所述控制阀开启，所述进气管向所述曝气头中供气，空气通过所述曝气头均匀分散在水体中；

S30，在曝气达到设定时间后，所述进水管再次向所述预处理箱中注水，于此同时，所述排污泵启动，通过所述排污管将所述预处理箱中的污水泵送至所述污水处理箱中，并保证此时的液面高度不变；

S40，完成曝气，关闭所述控制阀停止曝气，此时所述进水管停止向所述预处理箱中注水，直至所述排污泵将所述预处理箱中的污水泵送至所述污水处理箱中，残留的物质通过所述排渣阀排出进一步处理；

S50，在所述排污泵停止工作后，所述驱动电机启动，带动所述搅拌架搅拌污水，与此同时，所述加药箱基于排至所述污水处理箱中污水量加入适量的药物，并随着所述搅拌架的搅拌充分与污水混合；

S60，到达搅拌时间后，所述驱动电机关闭，并在沉淀一段时间后，所述排水管先排放至完全后，所述排泥管再进行排放，并对排放后的淤泥进行进一步处理；

S70，将所述可移动料箱从所述预处理箱中取出，并将清洗干净的滤料从所述可移动料箱中取出，放置备用，再将空的所述可移动料箱放入所述预处理箱中，再将待清洗的滤料码放至所述可移动料箱中，如此循环，直至待清洗滤料全部清洗完成。

作为优选，滤料可预先放置于透水网袋中，再将整袋的滤料放置或取出所述可移动料箱。

本发明提供了一种生态坝滤料气水清洗装置及其清洗方法。具备以下有益效果：

1、通过进气管和曝气头向水体中曝气，均匀分布至水体中气泡逐渐上升，在经过滤料表面时，气泡移动或破碎产生的振动将附着在滤料表面的污物洗擦下来，实现气-水同时清洗，实现污物自滤料到水体的转移。从而将滤料表面全面、充分、高质量的清理干净，之后停止曝气，通过进水管进行持续的换水清洗，利用水将冲洗下来的污物带走，即可将冲洗干净的滤料取出。部分沉积污物可通过排渣阀排出进一步处理。从而有效解决了人工清洗效率低，清洗效果差的技术问题，实现清洗滤料效率高、效果好的目的。

2、配套设置污水处理箱，在预处理箱内设置排污泵，与排污泵连通的排污管的出料端位于污水处理箱的内侧上部，滤料清洗时产生的污水直接由排污泵泵送至污水处理箱中，再由加药箱添加絮凝剂，搅拌机构使得药剂与污水充分混合。污水处理箱在完成污水处理后，首先由与污水处理箱连通的排水管排出污水处理箱内的上清液，待上清液排放完毕，再开启与污水处理箱连通的排泥管，通过排泥管排出沉积在污水处理箱内侧底部的污物和淤泥，将其排放至收集装置中集中处理。有效的解决了清理的污水随地排放，容易对清洗处造成环境污染的技术问题。

3、操作简便，基于预先设定的参数值即可自动进行。排污管、进气管和进水管上均设有计量表，计量表、驱动电机和加药箱均与远程控制端电连接。在对可移动料箱中的滤料冲洗时，对应进水管的计量表开始计数，预处理箱注满水后到达第一设定值，之后进行曝气阶段，对应进气管的计量表达到设定值后曝气完成，而在完成曝气后，进水管持续进水，排污泵开启，通过排污管持续的将污水送入污水处理箱中，持续进行换水，直至对应进水管的计量表达到第二设定值，进水管关闭，排污泵泵送完污水后，对应排污管的计量表测得污水量，远程控制端基于污水量控制加药箱投入适量的药，并给驱动电机发送工作命令，实现药物与污水的充分混合。通过实时监测参数，并与预设值校对，保证了清洗过程的精确、高效和简便。对操作设备人员的要求极低，使用人群较广。

附图说明

图1为一种生态坝滤料气水清洗装置中的一个实施方式的俯视图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图3为图1中B-B处的剖视图；

图4为图3中C处的局部放大图；

图5为图3中D处的局部放大图；

图6为一种生态坝滤料气水清洗装置中的一个实施方式的侧视图；

图7为一种生态坝滤料气水清洗装置中的一个实施方式的立体图之一；

图8为一种生态坝滤料气水清洗装置中的一个实施方式的仰视图；

图9为一种生态坝滤料气水清洗装置中的一个实施方式的立体图之二；

图10为一种生态坝滤料气水清洗方法中的一个实施方式的流程图。

图中：1、预处理箱；2、排渣阀；3、支撑架；31、内边沿；32、倾斜侧壁；4、排水通孔；5、可移动料箱；6、曝气头；7、控制阀；8、进气管；9、进水管；10、面预清理管；11、污水处理箱；12、排污泵；13、排污管；14、搅拌机构；141、驱动电机；142、搅拌架；15、加药箱；16、排水管；17、排泥管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1-9，一种生态坝滤料气水清洗装置可以包括：预处理箱1、排渣阀2、支撑架3、排水通孔4、可移动料箱5、曝气头6、控制阀7、进气管8以及进水管9。其中，预处理箱1为顶部开口a，在其底部位置设有排渣阀2，为更好的排渣，可将预处理箱1内侧底面设置为凹面，排渣阀2的进料端位于该凹面的最低位置处；支撑架3采用为环形结构，并固定于预处理箱1内部，与预处理箱1内壁连接的外边沿处均匀设有多个排水通孔4；镂空结构的可移动料箱5，底面与支撑架3配合，可通过开口a放入或移出预处理箱1，为便于可移动料箱5的拿取，在其伸出预处理箱1的顶端处设有外翻的围沿b，以便工作人员对可移动料箱5施加作用力，由于其为镂空结构，为增强其整体的结构强度，在可移动料箱5的内壁上均匀设置多条加强筋c；曝气头6位于支撑架3下方的预处理箱1内，优选正对可移动料箱5的底面，底部与控制阀7连接，控制阀7的输入端口连接有进气管8；进水管9与预处理箱1内部连通，也可将进水管9与控制阀7连通，使得液体和气体在控制阀7和曝气头6中进行预混合，从而使产生的气泡更加均匀。当然，为了更精确和更高效的控制清洗过程，进水管9上设有用于控制进水管9开启或闭合的阀体。当进水管9不与控制阀7连通时，其出水端位于预处理箱1的内侧上部，在水流进入预处理箱1时，水流方向为由上至下。

具体的，将待清理的滤料放置于可移动料箱5中，在将预处理箱1中注满水，使得滤料被完全浸没。之后控制阀7开启，通过进气管8和曝气头6向水体中曝气，均匀分布至水体中气泡逐渐上升，在经过滤料表面时，气泡移动或破碎产生的振动将附着在滤料表面的污物洗擦下来，实现气-水同时清洗，实现污物自滤料到水体的转移。从而将滤料表面全面、充分、高质量的清理干净，之后停止曝气，通过进水管9进行持续的换水清洗，利用水将冲洗下来的污物带走，即可将冲洗干净的滤料取出。部分沉积污物可通过排渣阀2排出进一步处理。从而有效解决了人工清洗效率低，清洗效果差的技术问题，实现清洗滤料效率高、效果好的目的。

此外，在本实施方式中，进水管9上连接有用于对滤料表面进行初步冲洗的表面预清理管10，表面预清理管10的出水端可伸入可移动料箱5内部。当物料在进入可移动料箱5前、中或后，都可通过表面预清理管10对滤料进行表面冲洗。甚至在停止曝气后，可以关闭进水管9，转而通过表面预清理管10对滤料进行从上到下的冲洗和持续的换水，以将冲洗下来的污物带走。

如上所述，将进水管9的出水端设置于预处理箱1的内侧上部时，同样能够达到从上到下的冲洗的作用，并在持续换水过程中将滤料表面冲洗干净，以及将污水和污物带走，使得滤料得到清洁的作用。因此，将进水管9的出水端设置于预处理箱1的内侧上部是优选方案。

在本实施方式中，为更好的对可移动料箱5进行支撑，以及支撑过程中的水流通畅。故将支撑架3设计为内边沿31凸起的锥台形结构，内边沿31的内径小于可移动料箱5的底面直径，排水通孔4位于支撑架3的倾斜侧壁32上。对应内边沿31处的顶面与可移动料箱5底面接触，由于采用的是环形结构，对可移动料箱5底面的镂空部分遮挡较少，不影响气泡通过。而位于倾斜侧壁32上的排水通孔4不会受到可移动料箱5底面的遮挡或阻塞，从而实现水体从可移动料箱5底面进入，污水从可移动料箱5侧面排出，再通过排水通孔4进入预处理箱1内侧下部，直至排走的循环路径。

为了解决清理后的污水容易对清洗处造成环境污染的技术问题，还设置了括污水处理箱11。且在本实施方式中，污水处理箱11与预处理箱1是一体的，且构成一体的装置的底面设有移动滚轮d，以便于装置的移动。

而为了实现预处理箱1中污水向污水处理箱11中的转移，故在预处理箱1内侧下部设置了排污泵12，与排污泵12连通的排污管13的出料端位于污水处理箱11的内侧上部。优选地，排污管13的出料端设有弯头结构，以便污水倒灌。为使得排污泵12在尽可能多的排走污水的同时，不至于将沉积在预处理箱1底部的淤泥或固态污物泵送至污水处理箱11中，可将排污泵12设置在距离预处理箱1内侧底部一定距离处。排污管13可沿着预处理箱1和污水处理箱11之间的壁体竖直布置，一方面排污管13可通过管卡固定在预处理箱1和污水处理箱11之间的壁体上，保持位置固定；另一方面竖直布置的排污管13不会与搅拌机构14发生干涉，实现安全、稳定运行。

进一步的，污水处理箱11上设有搅拌机构14和加药箱15，其中，加药箱15位于污水处理箱11顶面。加药箱15的加药过程由阀体控制开启或闭合，并且加药的量也是基于泵入污水处理箱11中的污水量，在本实施方式中，所加药物主要为絮凝剂，如阳离子聚丙烯酰胺。搅拌机构14优选由驱动电机141和搅拌架142构成。驱动电机141固定于污水处理箱11的顶面，搅拌架142位于污水处理箱11内部，并与驱动电机141传动连接。搅拌架142可采用常规的螺旋轴体，并将其竖置于污水处理箱11内。驱动电机141带动搅拌架142转动后，可实现污水处理箱11内部污水的上下循环。当然搅拌架142也可以采用常见的其它搅拌结构，如轴体上套设有叶轮的机构，加药箱15内溶解有分子量在600-1000万、离子度在20%-50%的阳离子聚丙烯酰胺、分子量大于200万的聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚合硫酸铁、聚合双酸铝铁混凝剂，投药量需根据滤料负载污染物的类型和量来确定，混凝剂的投药量相对污水处理箱11中产生的清洗废水的量在5mg/L-200mg/L的范围，优选的为20mg/L-60mg/L。

在本实施方式中，为实现污水处理的高效调控，可在排污管13、进气管8和进水管9上均设有计量表，计量表、驱动电机141和加药箱15均与远程控制端电连接。具体的，当对可移动料箱5中的滤料冲洗时，对应进水管9的计量表开始计数，采用表面预清理管10进行滤料表面冲洗时所消耗的水也计算在内，并且该部分水也流落于预处理箱1中，预处理箱1注满水后到达第一设定值后发送信号给远程控制端，远程控制端控制进水管9停止注水，且开启控制阀7进入曝气阶段，当对应进气管8的计量表达到设定值后曝气完成，远程控制端收到信号后，关闭控制阀7停止曝气，并再次控制进水管9持续进水，控制排污泵12开启，通过排污管13持续的将污水送入污水处理箱11中，进行换水阶段，直至对应进水管9的计量表达到第二设定值，远程控制端收到信号后，关闭进水管9，排污泵12泵送完污水后，对应排污管13的计量表测得污水量，对应进水管9的计量表和对应排污管13的计量表测量的差值落入设定范围，远程控制端收到信号后关闭排污泵12，并基于对应排污管13的计量表测得污水量控制加药箱15投入适量的药，并给驱动电机141发送工作命令，实现药物与污水的充分混合，其中驱动电机141操作步骤为：

（一）驱动电机141以100%的总功率转动30s-120s；

（二）驱动电机141以40%-60%的总功率转动3min-5min；

（三）驱动电机141以20%-35%的总功率转动5min-8min；

（四）驱动电机141以10%-15%的总功率转动8-15min；

（五）随后静置10-20min，排除上清液至下水道或其他水体处理装置当中，将污泥收集起来以集中处理，进而可以使污泥重新利用。

污水处理箱11在完成污水处理后，首先由与污水处理箱11连通的排水管16排出污水处理箱11内的上清液，待上清液排放完毕，再开启与污水处理箱11连通的排泥管17，通过排泥管17排出沉积在污水处理箱11内侧底部的污物和淤泥，将其排放至收集装置中集中处理；优选地，污水处理箱11内侧底面向排水管16和排泥管17所在位置倾斜。将排水管16和排泥管17设置在污水处理箱11的同一侧，污水处理箱11内侧底面倾斜即方便排水管16排出上清液，又方便排泥管17排出污物和淤泥。为实现排水管16和排泥管17开启的自动控制，排水管16和排泥管17上也设有用于控制排水管16和排泥管17开启或关闭的阀体。

本发明的技术方案，通过进气管8和曝气头6向水体中曝气，均匀分布至水体中气泡逐渐上升，在经过滤料表面时，气泡移动或破碎产生的振动将附着在滤料表面的污物洗擦下来，实现气-水同时清洗，实现污物自滤料到水体的转移。从而将滤料表面全面、充分、高质量的清理干净，之后停止曝气，通过进水管9进行持续的换水清洗，利用水将冲洗下来的污物带走，即可将冲洗干净的滤料取出。部分沉积污物可通过排渣阀2排出进一步处理。从而有效解决了人工清洗效率低，清洗效果差的技术问题，实现清洗滤料效率高、效果好的目的。

配套设置污水处理箱11，在预处理箱1内设置排污泵12，与排污泵12连通的排污管13的出料端位于污水处理箱11的内侧上部，滤料清洗时产生的污水直接由排污泵12泵送至污水处理箱11中，再由加药箱15添加絮凝剂，搅拌机构14使得药剂与污水充分混合。污水处理箱11在完成污水处理后，首先由与污水处理箱11连通的排水管16排出污水处理箱11内的上清液，待上清液排放完毕，再开启与污水处理箱11连通的排泥管17，通过排泥管17排出沉积在污水处理箱11内侧底部的污物和淤泥，将其排放至收集装置中集中处理。有效的解决了清理的污水随地排放，容易对清洗处造成环境污染的技术问题。

操作简便，基于预先设定的参数值即可自动进行。排污管13、进气管8和进水管9上均设有计量表，计量表、驱动电机141和加药箱15均与远程控制端电连接。在对可移动料箱5中的滤料冲洗时，对应进水管9的计量表开始计数，预处理箱1注满水后到达第一设定值，之后进行曝气阶段，对应进气管8的计量表达到设定值后曝气完成，而在完成曝气后，进水管9持续进水，排污泵12开启，通过排污管13持续的将污水送入污水处理箱11中，持续进行换水，直至对应进水管9的计量表达到第二设定值，进水管9关闭，排污泵12泵送完污水后，对应排污管13的计量表测得污水量，远程控制端基于污水量控制加药箱15投入适量的药，并给驱动电机141发送工作命令，实现药物与污水的充分混合。通过实时监测参数，并与预设值校对，保证了清洗过程的精确、高效和简便。对操作设备人员的要求极低，使用人群较广。

实施例2：参见图10，一种生态坝滤料气水清洗方法，该清洗方法使用实施例1中的生态坝滤料气水清洗装置，包括以下步骤：

S10，将空的所述可移动料箱5放入所述预处理箱1中，再将待清洗的滤料放至所述可移动料箱5中，利用所述表面预清理管10对滤料表面先气冲(2-3min)、再气水同时冲(2-3min)、最后水冲(3-5min)，其中气孔的流量10-20L/（m

S20，通过所述进水管9向所述预处理箱1中注水，直至液面没过放置在所述可移动料箱5中滤料，关闭所述进水管9，于此同时所述控制阀7开启，所述进气管8向所述曝气头6中供气，空气通过所述曝气头6均匀分散在水体中；

S30，在曝气达到设定时间后，所述进水管9再次向所述预处理箱1中注水，于此同时，所述排污泵12启动，通过所述排污管13将所述预处理箱1中的污水泵送至所述污水处理箱11中，并保证此时的液面高度不变；

S40，完成曝气，关闭所述控制阀7停止曝气，此时所述进水管9停止向所述预处理箱1中注水，直至所述排污泵12将所述预处理箱1中的污水泵送至所述污水处理箱11中，残留的物质通过所述排渣阀2排出进一步处理；

S50，在所述排污泵12停止工作后，所述驱动电机141启动，带动所述搅拌架142搅拌污水，与此同时，所述加药箱15基于排至所述污水处理箱11中污水量加入适量的药物，并随着所述搅拌架142的搅拌充分与污水混合；

S60，到达搅拌时间后，所述驱动电机141关闭，并在沉淀一段时间后，所述排水管16先排放至完全后，所述排泥管17再进行排放，并对排放后的淤泥进行进一步处理；

S70，将所述可移动料箱5从所述预处理箱1中取出，并将清洗干净的滤料从所述可移动料箱5中取出，放置备用，再将空的所述可移动料箱5放入所述预处理箱1中，再将待清洗的滤料码放至所述可移动料箱5中，如此循环，直至待清洗滤料全部清洗完成。

在本实施方式中，为了提高清洗过程中滤料放置于可移动料箱5或从可移动料箱5中取出所耗费的时间，可预先将滤料放置于透水网袋中，再将整袋的滤料放置或取出可移动料箱5。透水网袋的网孔不会使滤料漏出，同时也不会阻碍污物的漏出，不影响滤料的清洗。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。