关键词：游泳池 浊度 石英砂过滤器 硅藻土过滤器 水处理
1·游泳池池水处理系统发展的趋势游泳场馆的主体是水,池水与人体紧密接触,水质好坏既是游泳场馆品质的核心,同时也与游泳者使用和身体健康密切相关。池水执行的水质标准是确定游泳场馆池水净化处理系统的基础。世界各国和FINA、WHO等组织,均制定有相应的游泳池水质标准。 浊度是反映水物理性状的一项指标,是衡量水质良好程度的重要指标之一。国际上主要国家、地区和组织的游泳池水质标准中浊度相关规定见表1。
从表1可看出,我国及周边的亚洲国家和地区的游泳池水质标准中的浊度要求,普遍低于欧美发达国家的标准,而且没有达到世界卫生组织“游泳池水环境指导准则”指出的游泳池池水浊度宜在0.5 NTU的要求。 我国《游泳场所卫生标准》(GB 9667—1996)中规定池水浊度≤5 NTU,现行《游泳池水质标准》(CJ 244—2007)中规定池水浊度≤1 NTU,较96标准有大幅度提高。《公共场所卫生标准》报批稿中,已将96版《游泳场所卫生标准》中游泳池水浊度的5 NTU标准大幅度提高到1 NTU,并指出,该标准将每5年修订一次,其中浊度的要求将逐步达到世界卫生组织建议的0.5 NTU要求。这说明我国卫生主管部门充分认识到浊度的重要性,游泳池的水质标准正快速向国际标准靠拢,标准中的浊度限值趋向降低。
水中的胶体物质是形成浊度的主要因素。原水中胶体物质可以长期处于稳定状态,很难靠重力自然沉降而得到去除。在游泳池水处理系统中,受CT值(游泳池水处理中CT≥1.6,C为消毒剂浓度,mg/L;T为接触时间,min)的制约,胶体物不能被消毒剂氧化,只能通过过滤去除。因此,游泳池池水处理系统中使用过滤精度更高的过滤器,是取得更低池水浊度的有效措施。 2·石英砂过滤器与硅藻土过滤器技术比较 运用在游泳池水处理中的过滤器,主要有石英砂过滤器、硅藻土过滤器和重力式、纸芯式等其他形式的过滤器。各种类型过滤器均有一定的适用场所,我国目前多数公共游泳场所的池水处理工艺中,采用的过滤设备以中速[过滤强度约25 m3/(h·m2)]单介质均质石英砂过滤器和硅藻土过滤器为主。
2.1石英砂过滤器 石英砂过滤器按介质可分为单介质、多介质过滤器;按石英砂粒径可分为均质滤料、级配滤料过滤器;按滤速可分为低速(滤速≤10 m/h)、中速(11 m/h≤滤速≤30 m/h)、高速(30 m/h<滤速<50 m/h)过滤器。低速石英砂过滤器虽然过滤效果好,但经济性能差;高速石英砂过滤器,滤层薄,石英砂粒径大,反冲周期短,维护管理要求高,滤层较容易被穿透。多介质过滤器在国内采用较少。民用的公共游泳池水处理中使用较多的是滤速在25 m/h左右的中速单介质均质石英砂过滤器,此类过滤器过滤精度约10μm,配合混凝剂,可达7μm左右。当滤层水头损失达到允许值或者出水浊度不能满足要求时,使用水或气水的组合对滤层进行反冲洗。一般均质石英砂过滤器的反冲洗水强度为12~15 L/(s·m2),反冲洗时间为7~10 min。石英砂过滤器的反冲洗过程需水量较大,反冲洗用水是游泳池运营过程中主要的水耗。同时,由于反冲洗时滤料有磨损,5~7年需要更换石英砂一次,而这项工作比较繁琐和复杂。 2.2硅藻土过滤器 硅藻土(diatomite)是由古代单细胞低等植物硅藻的遗体堆积,经过初步成岩作用而形成的一种具有多孔性的生物硅质岩。硅藻土具有很大的比表面积(3. 1~60 m2/g) ,显微镜下可观察到硅藻的壁壳上有多级、大量、有序排列的独特微孔结构,孔隙度达90~92,这种微孔结构是硅藻土具有特殊理化性质的原因。
硅藻土的主要成分是无定性的SiO2,并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO和有机质等,经提纯处理的硅藻原土细腻、润滑,具有整体一致均匀的微粒和比较干净的表面,颗粒粒径0.001~0.5 mm,其SiO2含量大于90。成品硅藻土在干燥的环境中呈粉末状(见图1),在液体中无粘性不结块,保持流体状。（参考www.rfilter.com）
硅藻土过滤器是利用提纯后的硅藻土作为过滤介质,均匀附着在滤元表面而达到截留杂质、污物的过滤器。据资料介绍,硅藻土过滤技术源于二次世界大战为解决饮水清洁而研制的滤水器,在20世纪50年代,美国及西欧部分国家将其用于啤酒过滤,随后在酒类、饮料和净水处理方面得到广泛应用。20世纪50年代,美国已在游泳池的循环水过滤中大量采用硅藻土过滤技术。虽然我国将硅藻土技术用于游泳池水过滤起步较晚,但在试验研究方面,同济大学硅藻土过滤技术课题组于20世纪90年代初,对硅藻土过滤机理、过滤方式、游泳池循环水处理、硅藻土过滤器制造技术和国产硅藻土助滤剂性能等方面进行研究和试验,为国内推广这一技术提供了设计依据。
硅藻土过滤器过滤精度与预涂膜硅藻土的厚度有关,同济大学的试验结果表明,对游泳池水而言,预涂膜所用硅藻土量以单位过滤面积0.8 kg/m2为宜(WHO规定涂膜厚度为0.5~1 kg/m2)。
同济大学对硅藻土过滤精度试验结果为:①对细菌、大肠杆菌的滤除率不小于99.5;②对病毒的滤除率不小于85;③对COD及TOC的滤除率在10;④滤后水的浊度接近0.1 NTU,清澈透明。硅藻土过滤器在国内有大量生产,目前主要应用在啤酒、饮料行业,在国外硅藻土过滤设备早已大量运用于游泳池池水处理。自2004年以来,随着我国水资源的紧缺和人们休闲娱乐时对游泳池水质的要求提高,硅藻土过滤器的处理效果和节水节能的优点逐步得到专业人士的重视和认可,越来越多的公共游泳场所选择了硅藻土过滤器。 运用于游泳池水处理中的硅藻土过滤器主要有可逆式板式硅藻土和烛式硅藻土过滤器两种。
可逆式板框形硅藻土过滤器(见图2)是从日本引进,其滤元是将滤布粘结在板框上,然后把一片一片的滤元拼装并压紧组成。可逆式硅藻土由于滤布的纺织密度较高,单位过滤面积的硅藻土预涂膜量仅为0.2~0.3 kg/m2。要求滤速为5~12 m/h,否则就有挂不上膜的可能。又由于滤速高,预涂膜较薄,故需每天对其进行反冲,并重新配置硅藻土浆液再进行预涂膜,方能进行下一个过滤周期。可逆式硅藻土过滤器为双向过滤,若反冲洗不充分,会有少量硅藻土残土进入游泳池。
烛式硅藻土过滤器又称可再生式硅藻土过滤器(见图3)是从南非引进,它的基本构造为在压力罐体内设滤元固着板,固着板上连接多个烛状的滤元,滤布附着在烛状滤元上起到过滤作用。烛式硅藻土过滤器为单向过滤,一次涂膜后停机时不需要将涂膜的硅藻土排放,再次开机时可再次挂膜继续使用,不会有反冲洗不净的硅藻土进入游泳池内现象。 与传统的砂滤设备相比,硅藻土过滤器具有以下特点:
(1)过滤精度高。石英砂过滤器的过滤精度一般为7~10μm;而硅藻土过滤器能滤除1~2μm及以上的各类杂质,过滤精度更高,滤后水水质澄清透明,浊度<0.1 NTU。
(2)处理过程中的投药量少。传统的砂滤设备为了达到过滤精度要求,需投加混凝剂,而硅藻土过滤设备本身过滤精度高,不需要投加混凝剂进行絮凝处理,可减少投药设备等配套设施,节省了药物投加量,使得水适宜于人体。此外,硅藻土过滤器由于过滤精度高,可以滤除大部分的病菌及微生物,减少消毒环节药剂的使用量。
(3)设备所需的机房面积更小。硅藻土因其较大的比表面积和构造,在相同循环水量的前提下,硅藻土过滤设备的自身体积比砂缸小很多,所需机房面积小,减少了基建投资。如处理量为250m3/h,石英砂过滤器占地面积约10 m2,而硅藻土过滤器占地面积仅约4 m2。
(4)用水量少。水资源的管理是游泳池重要的环节之一,而硅藻土设备是目前各类设备中排污量(反冲洗排水量)的设备,低排污量对于节能的意义不仅在水费的节约上,对于恒温游泳池而言,还包括节约了排污所带走的热量损失。 (5)运营费用更低。不需要投加混凝剂,节省了药物投加量。同时反冲洗周期较石英砂过滤器更长,单次反冲洗水量更小。
3·硅藻土过滤器过滤环节设计要点 一个完整独立的硅藻土过滤系统由1台过滤罐体、1个混合罐和1台循环水泵组成,通过水泵提供的压力将硅藻土附着在过滤罐内滤元上,起到过滤作用,在停机时,硅藻土自由落到过滤器底部。因此,滤元滤布的好坏是过滤器品质,质量不好的滤布,可能发生滤布破损后跑土进池体的事故。以烛式硅藻土过滤器为例,每个硅藻土过滤系统均有挂膜、过滤、反冲洗三个主要过程。各过程的设计要点和注意事项如下:
(1)挂膜,把硅藻土均匀附着在滤元表面的过程。此过程动力来自系统循环泵。单位过滤面积的硅藻土用量宜为0.5~1.0 kg/m2,挂膜厚度不应小于2 mm,且厚度应均匀一致。挂膜可发生在系统重新开机运行时或反冲洗完毕后补充硅藻土时,因此挂膜过程的硅藻土可以来自过滤器本体内或是本体外的混合罐。为避免挂膜初期一些细小的土进入池体,同时也为使硅藻土能均匀附着在滤元上,不管是重新开机还是补充硅藻土,均需在过滤系统出水前,将出水阀门关闭,从罐体内出水到循环水泵吸水管上,再通过循环水泵送入罐体,完成挂膜后,再打开阀门出水至游泳池。
(2)过滤,就是循环泵将池水提升,经过滤器滤元表面的硅藻土截污后,重新入池的过程。烛式硅藻土过滤强度按3.5~4 m3/(h·m2)设计。
(3)反冲洗,经一段时间的截污,过滤器滤元损失达到一定的限值时,通过压力将滤料排出,重新更换的过程。烛式硅藻土反冲洗过滤强度按5 m3/(h·m2)设计。硅藻土反冲洗排水的成分比较复杂,由于硅藻土主要成分为SiO2,反冲洗排水中废弃的硅藻土无粘性不结块,保持流体状,不会对环境造成二次污染,但其硅藻土残余应按反冲洗水量进行核算,以确认是否满足《污水排入城市下水道水质标准》的规定,否则反冲洗水需进行必要的处理。 烛式硅藻土过滤器的管道连接见图4。
4·结语 布水系统、回水系统、水处理系统组成一套完整的游泳池水循环处理系统,本文讨论的是水处理系统中的过滤环节,此环节着重于过滤器形式和相关参数的选用。游泳池水循环处理系统,是游泳场馆品质的核心,设计应根据工程实际经技术经济比较后合理选用不同的水处理设备。参考文献1·CJJ 122—2008游泳池给水排水工程技术规程2·杨世兴.游泳池给水排水工程技术手册.北京:中国建筑工业出版社,20103·聂梅生总编.水工业工程设计手册—水资源及给水处理.北京:中国建筑工业出版社,20014·郑大华,付文华.国家游泳池水水质问题分析.给水排水,2008,34(4):71~795·CJ 244—2007游泳池水质标准
