CN112824329A - 一种模块化滤池布水布气装置及其系统和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化滤池布水布气装置及其系统和应用方法，所述装置包括滤砖本体和布水布气组件，滤砖本体内部设有两个空腔，滤砖本体的底部分别正对两个空腔处各开设有一个控流间隙，滤砖本体底部开设有水流通道，水布气组件包括头体和杆体，头体内部通过分隔板分为位于上层的布气区域，和位于下层的布水区域，杆体包括延伸至布水区域的布水杆，以及贯穿分隔板延伸至布气区域的布气杆。本发明的布水布气均匀度达到90％以上，与常规布水布气装置相比，反冲洗能耗降低30％‑40％。且布水布气装置及系统可根据不同的水处理需求环境，进行模块化设计及组装，易于推广应用。

Description

一种模块化滤池布水布气装置及其系统和应用方法

技术领域

本发明涉及水处理设备领域，具体涉及一种模块化滤池布水布气装置及其系统和应用方法。

背景技术

过滤或生物过滤是给水及污水处理的核心工艺单元，主要包括反硝化生物滤池、曝气生物滤池、臭氧-活性炭生物滤池、普通快滤池、虹吸滤池等。反冲洗是过滤或生物过滤工艺的核心环节，是保障水处理构筑物处理效率及长效稳定运行的基础，而反冲洗过程中最重要的组件便是布水布气装置及系统，开发布水布气均匀且节能降耗的布水布气装置及系统一直以来是过滤或生物过滤工艺的重大需求。

中国发明专利CN 108328729A公开了一种S型滤砖配水系统，其采用二次配水腔结构，反冲洗气水在滤砖内部进行二次分配，使得布水布气更加均匀，但二次分配腔的结构较为复杂，且气水的二次分配导致能耗增加。中国发明专利CN 109231422A公开了一种新型T型滤砖及其安装施工的办法，其采用榫卯结构连接，滤砖两侧为锯齿状的密集空隙，空隙增多虽有益于布水布气的均匀性，但也导致布气系统需要更多的出气口，增大反冲洗气量，导致反冲洗能耗的增加。

因此，本发明为实现布水布气均匀的同时保持较低的反冲洗能耗，提供了一种新型布水布气装置及系统。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明提供一种模块化滤池布水布气装置及其系统和应用方法，本发明的目的在于改善现有布水布气装置布气均匀性与反冲洗能耗难以兼顾的现状，并且还能保持更高的反冲洗效率。

本发明的技术方案为：一种模块化滤池布水布气装置，包括滤砖本体和布水布气组件，滤砖本体为长方体结构，滤砖本体的外壳采用HDPE材质，内部填充有混凝土，整体强度高，且耐用不易损坏。滤砖本体内部设有两个关于滤砖本体长度方向中线对称分布的空腔，空腔内侧壁设有永磁材料层；滤砖本体沿长度方向两侧的底部在分别正对两个空腔的中部各开设有一个控流间隙，使得空腔与外部连通；滤砖本体底部开设有水流通道，水流通道沿长度方向贯穿滤砖本体并连通两个空腔，滤砖本体两侧设有与相邻滤砖连接的固定凸起和固定插孔，以及用于将相邻两个滤砖分隔出宽度相等狭缝的限位块；滤砖本体的顶部设有带有槽盖的开槽，开槽内部设有配重填料，例如混凝土，开槽内开设有连通至空腔顶部的纵向贯穿管，纵向贯穿管内设有用于连接布水布气组件的拉杆；

布水布气组件包括头体和杆体，头体为球形结构，头体内部通过分隔板分为位于上层的布气区域，和位于下层的布水区域，布气区域的头体侧壁上设有多个布气孔，布水区域的头体侧壁上设有多个布水孔，杆体包括延伸至布水区域的布水杆，以及贯穿分隔板延伸至布气区域的布气杆，头体的上、下端分别与拉杆末端、布水杆上端通过小轴承、大轴承转动连接，使得头体能够在气流或水流冲力下进行旋转分散式布水布气，小轴承、大轴承均可选择塑料轴承，材质优先聚醚醚酮(PEEK)，具有机械性能优异、自润滑性好且耐腐蚀等特性。

进一步地，永磁材料层为多个铷磁铁片，铷磁铁片的中部设有固定孔，用于将铷磁铁片穿套在空腔内侧壁的螺栓上并用螺帽固定，同时在铷磁铁片与空腔内侧壁之间采用胶水加固，胶水可采用塑料粘磁铁胶水YH-896。利用具有强磁性的铷磁铁片在空腔区域形成磁场，能够将反冲洗射出的细小水流进行磁化扰动，使其形成高氧水，能够大大提高反冲洗效率。

进一步地，拉杆能够在纵向贯穿管内上下拉动并可拆卸，拉杆的上端为正方形连接头，正方形连接头卡接在槽盖内侧的正方形限位槽内，用于限定拉杆转动。拉杆是为了便于布水布气组件的安装以及定位，防止其在反冲洗过程的冲力下发生摇摆，从而降低布水布气的均匀性。

进一步地，布气杆穿套在布水杆的内部，且布气杆的顶部高出布水杆，布水杆和布气杆的顶部两侧设有分别设有出水口、出气口，布水杆的底部外侧设有外螺纹层，布水杆的底部设有富氧过滤筛网。通过布气杆和布水杆的嵌套设计，可使得布水布气组件达到一件多用的功能，既能够进行布气还可布水更可以同时进行。

进一步地，富氧过滤筛网是由钢纤维和富氧负离子纤维按照三维立体编织法进行编织而成，其中钢纤维根数与富氧负离子纤维根数的数量比为1:3，富氧过滤筛网的孔径直径大小为1-1.5mm。钢纤维提供骨架支撑，富氧负离子纤维可对反冲洗水进行初步富氧处理，既能拦截杂物防止布水孔堵塞，还能增加反冲洗的氧含量提高反冲洗效率，此外，过大的孔径不利于杂物拦截，过小的孔径则容易对进水造成阻碍。

进一步地，每个布气孔和布水孔外侧设有用于改变水流或气流方向的半球形挡板，且每个半球形挡板的开口朝向统一。通过设置半球形挡板能够使得布气孔射出的气流以及布水孔射出的水流发生偏向以形成动力，利于驱动头体的转动，利用旋转的惯性将气流和水流分布的更加均匀。

进一步地，固定插孔的深度和限位块的凸出长度总和大于固定凸起的长度。便于与在拼接相邻滤砖时形成狭缝，便于水流和气流的扩散。

本发明还提供一种应用上述装置进行布水布气的系统，包括放置在水处理构筑物底部的承托板，在承托板上对应每个空腔的中心位置设有预埋套管，预埋套管用于与布水杆末端通过螺纹连接，承托板下方区域为配水区，配水区与外部进水管相连，进水管上设有反冲洗进水阀，配水区内布设有布气管，布气支管套接在布气杆末端内，布气管与外部进气管相连，进气管上设有反冲洗进气阀。进行反冲洗时，打开进水管上的反冲洗进水阀，将反冲洗水引入配水区，再通过配水区上方承托板上的预埋套管将水经布水杆送入布水区域，最后经布水孔达到空腔进行布水，而利用空气进行反冲洗时，则打开进气管上的反冲洗进气阀，将空气引入布气管，再由布气支管经布气杆送入布气区域，最后经布气孔达到空腔进行布气，布水和布气也可同时进行。水处理构筑物包括但不限于反硝化生物滤池、曝气生物滤池、臭氧-活性炭生物滤池、普通快滤池、虹吸滤池等。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述系统进行布水布气的方法，包括以下步骤：

S1：根据污水处理规模、进水水质和出水排放要求，计算并选定标准标准水处理构筑物的尺寸为L(长)×B(宽)，单位为mm；布水布气装置的尺寸为l(长)×b(宽)，单位为mm；

S2：依据步骤S1中标准标准水处理构筑物的尺寸确定布水布气装置所需数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))，其中1.05为放大系数；

S3：将承托板安装在标准水处理构筑物底部，并将布水支气管布设在承托板下方的配水区，标记每个布气支管对应在承托板上的位置，按照对应位置开孔安装预埋套管，并使得布气支管向上贯穿预埋套管，再将布气杆套接在布气支管，并将布水杆与预埋套管通过螺纹连接，然后将拉杆穿过纵向贯穿管并盖上槽盖固定，完成一个滤砖本体的安装；

S4：以第一个完成安装的滤砖本体为基准，相邻两个滤砖本体之间沿着标准水处理构筑物宽度方向通过固定凸起和固定插孔相互连接，通过已经安装好的预埋套管位置确定好第一排滤砖本体，以此为基准沿着标准水处理构筑物长度方向继续安装滤砖本体，直到充满整个标准水处理构筑物底部；

S5：进行布气均匀性试验，反冲洗水通过进水管进入配水区，然后通过布水杆将反冲洗水引入布水区域，再从头体侧壁上的多个布水孔均匀喷射出去，同理，反冲洗气体从布气管引入，然后通过布气杆进入布气区域，再从头体侧壁上的多个布气孔均匀喷射出去，反冲洗水射出细流经永磁材料层进行磁活化后和反冲洗气体在空腔内混合，并从控流间隙流入滤砖本体之间的狭缝，最终向上流出，进入标准水处理构筑物进行气水反冲洗，以此检查系统的布水布气效果以及反冲洗效果；

S6：依托步骤S1、步骤S2和步骤S3中的标准水处理构筑物和布水布气装置及其反冲洗配水布气系统，组成模块化水处理构筑物。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的布水布气装置四周封闭，仅留有控流间隙，反冲洗布气采用从底部伸入装置内部空腔的布水布气组件，气水分配更加均匀，且减少装置间的空隙，降低气洗、水洗和气水联合洗三种工况下的死角区域面积，其布水布气均匀度达到90％以上，与常规布水布气装置相比，反冲洗能耗降低30％-40％。

(2)本发明的布水布气装置及系统将布气管与配水区布置在一起，并且本发明的布水布气组件能够通过拉杆与滤砖本体进行可拆卸连接，便于安装和更换，降低了后期维修更换的难度，使用维护成本低。

(3)本发明的布水布气组件兼具布水和布气双重功能，且布水布气组件中的头体是通过轴承转动连接在杆体和拉杆之间，此外，还在头体外侧壁的布气孔和布水孔上设有开口朝向统一的半球形挡板，能够使得布气孔射出的气流以及布水孔射出的水流发生偏向以形成动力，利于驱动头体的转动，利用旋转的惯性将气流和水流分布的更加均匀。

(4)在本发发明的空腔内侧壁上还设有具有强磁性的铷磁铁片用于在空腔区域形成磁场，能够将反冲洗射出的细小水流进行磁化扰动，使其形成高氧水，在同等条件下能将反冲洗效率提高23％左右。

(5)本发明的布水布气装置及系统可根据不同的水处理需求环境，进行模块化设计及组装，易于推广应用。

附图说明

图1是本发明的布水布气装置的立体结构示意图；

图2是本发明布水布气装置的主视图；

图3是本发明布水布气装置的左视图；

图4是本发明布水布气装置的左视向内部结构示意图；

图5是本发明铷磁铁片的结构及安装示意图；

图6是本发明布水布气系统的结构示意图；

图7是本发明布水布气系统中的局部放大示意图；

图8是本发明布水布气组件的结构示意图；

图9是本发明带有半球形挡板的头体外部结构示意图；

图10是本发明拉杆的立体结构示意图；

图11是本发明采用FLUENT软件模拟的本发明布水布气装置在三种反冲洗工况下的死角区域占比；

图12是本发明的新型布水布气装置在20m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图13是常规布水布气装置在20m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图14是本发明的新型布水布气装置和常规布水布气装置在20m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素对比柱状图；

图15是本发明的新型布水布气装置在25m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图16是常规布水布气装置在25m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图17是本发明的新型布水布气装置和常规布水布气装置在25m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素对比柱状图；

图18是本发明的新型布水布气装置在30m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图19是常规布水布气装置在30m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素图；

图20是本发明的新型布水布气装置和常规布水布气装置在30m³/(m²·h)空气反冲洗下反冲洗气泡所占像素对比柱状图。

其中，1-滤砖本体、11-空腔、12-永磁材料层、121-铷磁铁片、122-固定孔、123-螺栓、124-螺帽、13-控流间隙、14-水流通道、15-固定凸起、16-固定插孔、17-限位块、18-开槽、19-槽盖、110-纵向贯穿管、111-拉杆、112-正方形连接头、113-正方形限位槽、2-布水布气组件、21-头体、22-杆体、23-分隔板、24-布气区域、25-布水区域、26-布气孔、27-布水孔、28-布水杆、29-布气杆、210a-小轴承、210b-大轴承、211-出水口、212-出气口、213-富氧过滤筛网、214-半球形挡板、3-水处理构筑物底部、31-承托板、32-预埋套管、33-配水区、34-进水管、35-反冲洗进水阀、36-布气管、37-进气管、38-反冲洗进气阀、39-布气支管。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种模块化滤池布水布气装置，如图2和3所示，包括滤砖本体1和布水布气组件2，滤砖本体1为长方体结构，长400mm，宽200mm，高200mm，滤砖本体1的外观示意图如图1所示，滤砖本体1的外壳采用HDPE材质，内部填充有混凝土，整体强度高，且耐用不易损坏。如图2所示，滤砖本体1内部设有两个关于滤砖本体1长度方向中线对称分布的空腔11；滤砖本体1沿长度方向两侧的底部在分别正对两个空腔11的中部各开设有一个控流间隙13，使得空腔11与外部连通；滤砖本体1底部开设有水流通道14，水流通道14沿长度方向贯穿滤砖本体1并连通两个空腔11，滤砖本体1两侧设有与相邻滤砖连接的固定凸起15和固定插孔16，以及用于将相邻两个滤砖分隔出宽度相等狭缝的限位块17，其中，固定插孔16的深度和限位块17的凸出长度总和大于固定凸起15的长度。便于与在拼接相邻滤砖时形成狭缝，狭缝宽度为7mm，便于水流和气流的扩散。如图4所示，滤砖本体1的顶部设有带有槽盖19的开槽18，开槽18内部设有配重填料，例如混凝土，开槽18内开设有连通至空腔11顶部的纵向贯穿管110，纵向贯穿管110内设有用于连接布水布气组件2的拉杆111；如图4和10所示，拉杆111能够在纵向贯穿管110内上下拉动并可拆卸，拉杆111的上端为正方形连接头112，正方形连接头112卡接在槽盖19内侧的正方形限位槽113内，用于限定拉杆111转动。拉杆111是为了便于布水布气组件2的安装以及定位，防止其在反冲洗过程的冲力下发生摇摆，从而降低布水布气的均匀性。

如图8所示，布水布气组件2包括头体21和杆体22，头体21为球形结构，头体21内部通过分隔板23分为位于上层的布气区域24，和位于下层的布水区域25，布气区域24的头体21侧壁上设有多个布气孔26，布水区域25的头体21侧壁上设有多个布水孔27，杆体22包括延伸至布水区域25的布水杆28，以及贯穿分隔板23延伸至布气区域24的布气杆29，头体21的上、下端分别与拉杆111末端、布水杆28上端通过小轴承210a、大轴承210b转动连接，使得头体21能够在气流或水流冲力下进行旋转分散式布水布气，小轴承210a、大轴承210b均可选择塑料轴承，材质优先聚醚醚酮(PEEK)，具有机械性能优异、自润滑性好且耐腐蚀等特性。布气杆29穿套在布水杆28的内部，且布气杆29的顶部高出布水杆28，布水杆28和布气杆29的顶部两侧设有分别设有出水口211、出气口212，布水杆28的底部外侧设有外螺纹层。通过布气杆29和布水杆28的嵌套设计，可使得布水布气组件2达到一件多用的功能，既能够进行布气还可布水更可以同时进行。

本发明还提供一种应用上述装置进行布水布气的系统，如图6和7所示，包括放置在水处理构筑物底部3的承托板31，在承托板31上对应每个空腔11的中心位置设有预埋套管32，预埋套管32用于与布水杆28末端通过螺纹连接，承托板31下方区域为配水区33，配水区33与外部进水管34相连，进水管34上设有反冲洗进水阀35，配水区33内布设有布气管36，布气支管39套接在布气杆29末端内，布气管36与外部进气管37相连，进气管37上设有反冲洗进气阀38。进行反冲洗时，打开进水管34上的反冲洗进水阀35，将反冲洗水引入配水区33，再通过配水区33上方承托板31上的预埋套管32将水经布水杆28送入布水区域25，最后经布水孔27达到空腔11进行布水，而利用空气进行反冲洗时，则打开进气管37上的反冲洗进气阀38，将空气引入布气管36，再由布气支管39经布气杆29送入布气区域24，最后经布气孔26达到空腔11进行布气，布水和布气也可同时进行。

将本实施例的系统应用于实验室反冲洗性能测试，本实施例的使用方法包括以下步骤：

(1)根据实验室测试装置的池体尺寸L(长)×B(宽)＝0.84m×0.63m，所需布水布气装置数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))＝(0.84/(0.4×1.05))×(0.63/(0.2×1.05))＝6块；

(2)根据确定好的布水布气装置安排，先制作好布水支气管36并进行安装，将承托板31安装在标准水处理构筑物底部3，并将布水支气管36布设在承托板31下方的配水区33，标记每个布气支管39对应在承托板31上的位置，按照对应位置开孔安装预埋套管32，并使得布气支管39向上贯穿预埋套管32，再将布气杆29套接在布气支管39，并将布水杆28与预埋套管32通过螺纹连接，然后将拉杆111穿过纵向贯穿管110并盖上槽盖19固定，完成一个滤砖本体1的安装；

(3)按照纵向每列2块、横向每排3块的排列方式将滤砖本体1进行拼接，以第一个完成安装的滤砖本体1为基准，相邻两个滤砖本体1之间沿着标准水处理构筑物宽度方向通过固定凸起15和固定插孔16相互连接，通过已经安装好的预埋套管32位置确定好第一排滤砖本体1，以此为基准沿着标准水处理构筑物长度方向继续安装滤砖本体1，直到充满整个标准水处理构筑物底部3；在布水布气装置上方依次铺设层高2cm、粒径30mm的鹅卵石，层高3cm、粒径12mm的鹅卵石，层高3cm、粒径6mm的鹅卵石，以及层高12cm、粒径4mm的石英砂。

(4)进行配气均匀性试验，反冲洗水通过进水管34进入配水区33，然后通过布水杆28将反冲洗水引入布水区域25，再从头体21侧壁上的多个布水孔27均匀喷射出去，同理，反冲洗气体从布气管36引入，然后通过布气杆29进入布气区域24，再从头体21侧壁上的多个布气孔26均匀喷射出去，反冲洗水射出细流经永磁材料层12进行磁活化后和反冲洗气体在空腔11内混合，并从控流间隙13流入滤砖本体1之间的狭缝，最终向上流出，进入标准水处理构筑物进行气水反冲洗，以此检查系统的布水布气和反冲洗效果以及以及气密性情况；

(5)选取了20m³/(m²·h)、25m³/(m²·h)、30m³/(m²·h)三个气洗强度，进行常规布水布气装置与新型布水布气装置的气洗效率(也即同一气洗效率下的反冲洗能耗)对比，在反冲洗试验过程中对选定的特定方形区域内的气泡进行拍照，通过Image J软件分析特定方形区域内气泡的总面积，以照片中气泡所占的像素个数来量化气洗效果，如图12-20的结果显示，与常规布水布气装置相比，本实施例的布水布气装置气洗效率提高了18％-37％，也即在同一气洗效率下，新型布水布气装置的反冲洗能耗可相应降低18％-37％。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，区别在于：如图4和5所示，空腔11内侧壁设有永磁材料层12，永磁材料层12为多个铷磁铁片121，铷磁铁片121的中部设有固定孔122，用于将铷磁铁片121穿套在空腔11内侧壁的螺栓123上并用螺帽124固定，同时在铷磁铁片121与空腔11内侧壁之间采用胶水加固，胶水可采用塑料粘磁铁胶水YH-896。利用具有强磁性的铷磁铁片121在空腔11区域形成磁场，能够将反冲洗射出的细小水流进行磁化扰动，使其形成高氧水，能够大大提高反冲洗效率。

将本实施例的布水布气装置及系统应用于1万吨/天城镇污水处理厂的反硝化生物滤池

本实施例的使用方法步骤与实施例1不同的是：

(1)根据污水处理规模、进水水质及出水排放要求得到如下参数：1万吨/天污水处理规模的反硝化生物滤池，进水总氮20mg/L，出水总氮5mg/L。

(2)根据进水水质、出水排放要求及污水处理规模确定标准反硝化生物滤池尺寸L(长)×B(宽)＝15.12m×2.52m，所需布水布气装置数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))＝(15.12/(0.4×1.05))×(2.52/(0.2×1.05))＝432块；

经过反冲洗系统测试，新型布水布气装置布水布气均匀度达到92％，反冲洗系统能耗降低了38％。

实施例3

本实施例与实施例2基本相同，区别在于：如图8所示，布水杆28的底部设有富氧过滤筛网213，进一步地，富氧过滤筛网213是由钢纤维和富氧负离子纤维按照三维立体编织法进行编织而成，其中钢纤维根数与富氧负离子纤维根数的数量比为1:3，富氧过滤筛网213的孔径直径大小为1.2mm。钢纤维提供骨架支撑，富氧负离子纤维可对反冲洗水进行初步富氧处理，既能拦截杂物防止布水孔27堵塞，还能增加反冲洗的氧含量提高反冲洗效率，此外，过大的孔径不利于杂物拦截，过小的孔径则容易对进水造成阻碍。

将本实施例的布水布气装置及系统应用于2万吨/天化工园区综合污水处理厂的反硝化生物滤池。

本实施例的使用方法步骤与实施例2不同的是：

(1)根据污水处理规模、进水水质及出水排放要求得到如下参数：2万吨/天污水处理规模的反硝化生物滤池，进水总氮30mg/L，出水总氮10mg/L。

(2)根据进水水质、出水排放要求及污水处理规模确定标准反硝化生物滤池尺寸L(长)×B(宽)＝15.12m×2.52m，所需布水布气装置数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))＝(15.12/(0.4×1.05))×(2.52/(0.2×1.05))＝432块。

经过反冲洗系统测试，新型布水布气装置布水布气均匀度达到93％，反冲洗系统能耗降低了40％。

实施例4

本实施例与实施例3基本相同，区别在于：如图9所示，每个布气孔26和布水孔27外侧设有用于改变水流或气流方向的半球形挡板214，且每个半球形挡板214的开口朝向统一。通过设置半球形挡板214能够使得布气孔26射出的气流以及布水孔27射出的水流发生偏向以形成动力，利于驱动头体21的转动，利用旋转的惯性将气流和水流分布的更加均匀。

将本实施例的布水布气装置及系统应用于5万吨/天城镇污水处理厂的反硝化生物滤池。

本实施例的使用方法步骤与实施例3不同的是：

(1)根据污水处理规模、进水水质及出水排放要求得到如下参数：5万吨/天污水处理规模的反硝化生物滤池，进水总氮20mg/L，出水总氮10mg/L。

(2)根据进水水质、出水排放要求及污水处理规模确定标准反硝化生物滤池尺寸L(长)×B(宽)＝30.24m×3.78m，所需布水布气装置数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))＝(30.24/(0.4×1.05))×(3.78/(0.2×1.05))＝1296块。

经过反冲洗系统测试，新型布水布气装置布水布气均匀度达到95％，反冲洗系统能耗降低了42％。

Claims (8)

1.一种模块化滤池布水布气装置，其特征在于，包括滤砖本体(1)和布水布气组件(2)，所述滤砖本体(1)为长方体结构，所述滤砖本体(1)内部设有两个关于滤砖本体(1)长度方向中线对称分布的空腔(11)，所述空腔(11)内侧壁设有永磁材料层(12)；滤砖本体(1)沿长度方向两侧的底部在分别正对两个空腔(11)的中部各开设有一个控流间隙(13)，使得空腔(11)与外部连通；滤砖本体(1)底部开设有水流通道(14)，所述水流通道(14)沿长度方向贯穿滤砖本体(1)并连通两个空腔(11)，滤砖本体(1)两侧设有与相邻滤砖连接的固定凸起(15)和固定插孔(16)，以及用于将相邻两个滤砖分隔出宽度相等狭缝的限位块(17)；滤砖本体(1)的顶部设有带有槽盖(19)的开槽(18)，所述开槽(18)内部设有配重填料，开槽(18)内开设有连通至空腔(11)顶部的纵向贯穿管(110)，所述纵向贯穿管(110)内设有用于连接所述布水布气组件(2)的拉杆(111)；

所述布水布气组件(2)包括头体(21)和杆体(22)，所述头体(21)为球形结构，头体(21)内部通过分隔板(23)分为位于上层的布气区域(24)，和位于下层的布水区域(25)，所述布气区域(24)的头体(21)侧壁上设有多个布气孔(26)，所述布水区域(25)的头体(21)侧壁上设有多个布水孔(27)，所述杆体(22)包括延伸至所述布水区域(25)的布水杆(28)，以及贯穿所述分隔板(23)延伸至布气区域(24)的布气杆(29)，头体(21)的上、下端分别与拉杆(111)末端、布水杆(28)上端通过小轴承(210a)、大轴承(210b)转动连接，使得头体(21)能够在气流或水流冲力下进行旋转分散式布水布气。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永磁材料层(12)为多个铷磁铁片(121)，所述铷磁铁片(121)的中部设有固定孔(122)，用于将铷磁铁片(121)穿套在所述空腔(11)内侧壁的螺栓(123)上并用螺帽(124)固定，同时在所述铷磁铁片(121)与空腔(11)内侧壁之间采用胶水加固。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉杆(111)能够在所述纵向贯穿管(110)内上下拉动并可拆卸，拉杆(111)的上端为正方形连接头(112)，所述正方形连接头(112)卡接在所述槽盖(19)内侧的正方形限位槽(113)内，用于限定拉杆(111)转动。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述布气杆(29)穿套在所述布水杆(28)的内部，且布气杆(29)的顶部高出布水杆(28)，布水杆(28)和布气杆(29)的顶部两侧设有分别设有出水口(211)、出气口(212)，布水杆(28)的底部外侧设有外螺纹层，布水杆(28)的底部设有富氧过滤筛网(213)。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述布气孔(26)和布水孔(27)外侧设有用于改变水流或气流方向的半球形挡板(214)，且每个半球形挡板(214)的开口朝向统一。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定插孔(16)的深度和限位块(17)的凸出长度总和大于固定凸起(15)的长度。

7.一种应用权利要求1-6任意一项所述装置进行布水布气的系统，其特征在于，包括放置在水处理构筑物底部(3)的承托板(31)，在所述承托板(31)上对应每个所述空腔(11)的中心位置设有预埋套管(32)，所述预埋套管(32)用于与所述布水杆(28)末端通过螺纹连接，承托板(31)下方区域为配水区(33)，所述配水区(33)与外部进水管(34)相连，所述进水管(34)上设有反冲洗进水阀(35)，配水区(33)内布设有布气管(36)，所述布气支管(39)套接在所述布气杆(29)末端内，布气管(36)与外部进气管(37)相连，所述进气管(37)上设有反冲洗进气阀(38)。

8.利用权利要求7所述的系统进行布水布气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据污水处理规模、进水水质和出水排放要求，计算并选定标准标准水处理构筑物的尺寸为L(长)×B(宽)，单位为mm；布水布气装置的尺寸为l(长)×b(宽)，单位为mm；

S2：依据步骤S1中标准标准水处理构筑物的尺寸确定布水布气装置所需数量N＝(L/(l×1.05))×(B/(b×1.05))，其中1.05为放大系数；

S3：将承托板(31)安装在标准水处理构筑物底部(3)，并将所述布水支气管(36)布设在承托板(31)下方的配水区(33)，标记每个布气支管(39)对应在承托板(31)上的位置，按照对应位置开孔安装所述预埋套管(32)，并使得布气支管(39)向上贯穿预埋套管(32)，再将所述布气杆(29)套接在布气支管(39)，并将所述布水杆(28)与预埋套管(32)通过螺纹连接，然后将所述拉杆(111)穿过所述纵向贯穿管(110)并盖上所述槽盖(19)固定，完成一个滤砖本体(1)的安装；

S4：以第一个完成安装的滤砖本体(1)为基准，相邻两个滤砖本体(1)之间沿着标准水处理构筑物宽度方向通过固定凸起(15)和固定插孔(16)相互连接，通过已经安装好的预埋套管(32)位置确定好第一排滤砖本体(1)，以此为基准沿着标准水处理构筑物长度方向继续安装滤砖本体(1)，直到充满整个标准水处理构筑物底部(3)；

S5：进行布气均匀性试验，反冲洗水通过进水管(34)进入配水区(33)，然后通过布水杆(28)将反冲洗水引入布水区域(25)，再从头体(21)侧壁上的多个布水孔(27)均匀喷射出去，同理，反冲洗气体从布气管(36)引入，然后通过布气杆(29)进入布气区域(24)，再从头体(21)侧壁上的多个布气孔(26)均匀喷射出去，反冲洗水射出细流经永磁材料层(12)进行磁活化后和反冲洗气体在空腔(11)内混合，并从控流间隙(13)流入滤砖本体(1)之间的狭缝，最终向上流出，进入标准水处理构筑物进行气水反冲洗，以此检查系统的布水布气效果以及反冲洗效果；

S6：依托步骤S1、步骤S2和步骤S3中的标准水处理构筑物和布水布气装置及其反冲洗配水布气系统，组成模块化水处理构筑物。

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