CN102300815A

CN102300815A - 诊断过滤介质设备型水净化装置运行的方法和适于所述方法的诊断工具

Info

Publication number: CN102300815A
Application number: CN2010800049802A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·维尼奥勒; 巴斯卡尔·莫勒; 阿兰·利埃纳尔; 劳伦斯·罗兰; 皮埃尔·布勒尔; 法瑟·布泰尔亚; 丹尼尔·布瓦西耶
Original assignee: Veolia Eau Compagnie Generale des Eaux SCA; Centre National du Machinisme Agricole du Genie Rural des Eaux et des Forets CEMAGREF; Universite Clermont Auvergne
Current assignee: Veolia Eau Compagnie Generale des Eaux SCA; Universite Clermont Auvergne; Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour Lenvironnement et lAgriculture IRSTEA
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-12-28
Also published as: EP2387548B1; EP2387548A1; WO2010082002A1; US8590711B2; CA2749827A1; FR2941223A1; US20120031194A1; FR2941223B1

Abstract

本发明涉及诊断过滤介质设备型水净化装置运行的方法，所述过滤介质的材料由颗粒构成，所述方法包括以下步骤：表征步骤，其表征所述过滤介质设备的至少一个物理和/或机械参数以确定渗透率值Ks(以m/s表示)；比较步骤，其将所述确定的渗透率值Ks与代表所述净化装置的良好运行状态的渗透率值的预定范围[k_min；k_max]相比较；和诊断步骤，其中根据所述比较步骤的结果，确定所述过滤介质设备的运行标示。应用包括非收集性卫生(NCS)系统或独立式卫生系统。

Description

诊断过滤介质设备型水净化装置运行的方法和适于所述方法的诊断工具

本发明涉及诊断过滤介质设备型水净化装置运行的方法，还涉及适于所述方法的诊断工具。所述过滤介质设备型水净化装置(例如使用立式过滤介质的装置，特别是砂过滤器)用于在通常为厌氧性的预处理后，通过泥土处理生活污水。

通过这些过滤介质设备型水净化装置进行的处理依赖于天然存在于废水中的微生物(生物质)的作用，其中将细菌固定在过滤介质(例如砂)上并分解污染物(利用固定到细碎支持物的培养物的需氧处理)。

处理后，使经处理的生活污水原位渗透进入泥土，或再生(非排放型砂过滤器)，或通过收集网络排至出口(排放型砂过滤器)。

这些过滤介质设备型水净化装置特别在非收集性卫生(NCS)系统或独立式卫生系统中用于处理来自不与公共卫生网络相连的建筑(主要为私人住宅或多至10个主要房间的公寓楼)的生活污水。

在法国，这些卫生系统特别受到1996年5月6日的法令和XP DTU 64.1标准的管理，其限定了指明使用方式的适用技术规定。

然而，执行这些技术规定本身并不能保证净化装置的正确运行，特别是不能防止运行条件随时间变差。

此外，这些净化装置不一定符合环境要求(1996年5月6日的法令设置了排放所需的最低质量，对于2小时后未沉淀的典型样品，在净化装置出口测量时，悬浮液中的物质为30毫克/升(mg/L)，且5日生化耗氧量(BOD5)为40mg/L)。

目前唯一可得的诊断方法依赖于外部表现(气味、泡沫、颜色、液压回流)，并且不能精确显示出现这些异常的原因，尽管发现其源自过滤介质设备本身。

本发明提出了原位且非破坏性的诊断方法，其能够评估过滤介质设备型水净化装置(特别是使用砂过滤器的水净化装置，特别是立式砂过滤器)的净化性能。

为此，本发明的诊断过滤介质型水净化装置(其中所述过滤介质的材料由颗粒构成)的方法包括以下步骤：

-表征步骤，其表征过滤介质设备的至少一个物理和/或机械参数以确定渗透率值；

-比较步骤，其将所述确定的渗透率值与代表净化装置的良好运行状态的渗透率值的预定范围相比较；和

-诊断步骤，其中根据所述比较步骤的结果，确定所述过滤介质设备的运行标示(operation indicator)。

本发明人进行的工作能够确定过滤介质设备或NCS过滤器(特别是立式砂过滤器)的正确运行特征。

为了使立式砂过滤器正确地运行，必须避免以下事项(这些规定也适用于砂之外的其他过滤介质)：

-过高的渗透率：废水通过速度过快导致净化性能差；高渗透率产生损害净化性能的快速局部流(接触时间过短，生物质脱离等)；和

-过低的渗透率：这使得砂过滤器的寿命过短(过早堵塞)；与高渗透率相反，纯净原材料(virgin material)的渗透率过低诱导了过滤器物质(filter mass)被生物质充满(engorgement)的风险，这可能导致系统的厌氧运行和过早堵塞。

具体而言，过滤器的渗透率与以下有关：

-构成所述砂过滤器的材料的物理特征：粒径曲线给出了所述材料粒径分布的代表值(d、D、Cu等)；

-所述过滤器中砂的使用条件：构成所述砂过滤器的材料的紧密或致密状态，其定义以密度(γ)、孔隙度(n)或孔隙指数(e)为基础；

-颗粒的形状：通过毛细作用，初次粉碎的采石场砂保持的水多于碾压冲积砂，因此，含细菌生物质的集落化更快；以及

-允许正确发展生化作用和产生生物质的多个条件的组合(砂中的气体浓度，特别是氧气浓度)。

显然，通过测量和/或确定过滤介质设备的一个或多个物理和/或机械参数，可能还有代表过滤介质设备微生物活性的参数，确定了一个或多个渗透率值(“饱和”渗透率值ks，表示为立方米/平方米/秒(m/s))。

根据所遇到的环境以及另外已知的过滤介质设备的参数，本发明的方法增加了有关于过滤介质设备的已有信息，并且使用分析模型和相关曲线产生了一个或多个渗透率值，其中所述分析模型和相关曲线得自在本领域以及实验室中在多种可能的使用条件下实施的非常多的测试和测量。

与净化性能待评估的过滤介质设备相关的一个或多个渗透率值可确立对所述过滤介质设备的运行是否正确的诊断。

诊断步骤是对以下两者进行比较的步骤的结果：首先是每个确定的渗透率值k₁，或包含部分或所有确定的渗透率值的数值范围[k_1min；k_1max]，或确定的渗透率值的平均值；其次是代表净化装置的良好运行状态的预定渗透率值的范围[k_min；k_max](正确净化性能的最佳范围)。

因此，出现了3种情况：

-情况A：数值范围没有交集，即

这样，即认定过滤介质设备的材料不能用于净化装置，或功效和/或寿命预期非常有限。

-情况B：数值范围相等或完全重叠，即

即[k_1min；k_1max]包含在[k_min；k_max]中或等于[k_min；k_max]，这样，即认定过滤介质设备的材料非常适合应用于净化装置；和

-情况C：数值范围之间简单部分重叠，即

这样，即认定过滤介质设备的材料可在某些应用条件下用于净化装置。

可将正确运行的简化标示(例如具有3个水平的标示)与此诊断结果相关联：例如，诸如“否”、“是/否”和“是”的标示，诸如“-1”、“0”和“1”的数值，或诸如“红”、“橙”和“绿”的颜色分别代表错误运行、受限运行或未被证明为正确或错误的危险运行以及正确运行。

必须强调的是，特别考虑到遵守适用规则的净化性能和生物质正确发育的条件，本发明人进行的工作已经确定了过滤介质设备的运行渗透率的最佳阈值，定义了正确净化性能的最佳范围[k_min；k_max]。

根据本发明，代表良好运行状态的渗透率值的预定范围属于以下定义的范围：0.3×10^-5＜Ks＜0.8×10^-2。

因此，在范围[k_min；k_max]中，最低渗透率阈值为k_min＝0.3×10^-5m/s，优选k_min＝1×10^-5m/s，或更优选k_min＝3×10^-5m/s，且最大渗透率阈值k_max＝0.8×10^-2m/s，且优选k_max＝0.6×10^-2m/s或k_max＝0.5×10^-2m/s。

根据本发明的一个有利特征，所述诊断方法包括在所述过滤介质设备的多个位置进行所述表征和比较步骤，以获得所述过滤介质设备的多个运行标示，从而确立所述过滤介质设备的全面诊断。

这给出了使用所述过滤介质设备中的不同位置，并确定与这些位置中的每一个相关的渗透率，随后确定所述过滤介质设备运行的相应标示(正确/错误)的优选实施方式。这样，由已确定的渗透率值获得了更接近于其实际整体运行的所述过滤介质设备的诊断。

表征步骤优选包括测定代表所述过滤介质设备材料的局部状态的至少两个物理和/或机械参数。具体地，代表所述过滤介质设备材料的局部状态的物理参数属于包括以下的组：紧密(或致密)状态、堵塞状态、饱和状态、粒径、颗粒形状(更一般地，构成所述过滤介质的材料的颗粒形状)、构成所述过滤介质的材料的矿物种类(mineralogical class)以及构成所述过滤介质的细料(尺寸低于预定阈值的颗粒)百分比。

“部分堵塞”的表述是指因为过滤介质(例如沙粒)颗粒之间留下的大部分空隙被悬浮固体(物理堵塞)和/或细菌菌落(生物堵塞)部分填满，而使水在所述过滤介质中仅缓慢流动的情况。

“完全堵塞”的表述是指过滤介质(例如沙粒)颗粒之间留下的所有空隙都被细料、生物质和可能的游离水填满的情况。

在堵塞的存在下，渗透率有降低的趋势，其可能降至k_min以下，并且在极端环境下可能达到实际为零的渗透率。

根据本发明的另一个优选特征，表征步骤包括测定代表所述过滤介质设备运行状态的至少一个物理和几何参数。具体地，代表所述过滤介质设备运行状态的物理和几何参数属于包括以下的组：电阻率分布、过滤介质的厚度和过滤介质设备的面积。

有利地，所述诊断方法还包括表征代表所述过滤介质设备的微生物活性的至少一个参数的步骤，在确定渗透率值Ks(m/s)时也考虑所述代表所述过滤介质设备的微生物活性的参数。

具体地，代表所述过滤介质设备微生物活性的参数属于包括以下的组：氧浓度、二氧化碳浓度、硝酸盐浓度和铵盐浓度；在过滤介质的孔隙中测量氧浓度和二氧化碳浓度，在取自过滤介质设备内部或其出口的水样中测量硝酸盐浓度和铵盐浓度。

根据本发明的优选特征，所述过滤介质设备型净化装置是立式或卧式砂过滤器。

本发明还涉及适合用于上述诊断方法的诊断工具。为此，所提供的诊断工具包括用于表征所述过滤介质设备的至少一个物理和/或机械参数的工具，其包括：

-内视镜；和/或

-透度计；和

-用于分析和处理来自所述表征工具的信息的系统，其用于确定渗透率值并将其与代表净化装置的良好运行状态的渗透率值的预定范围进行比较，以及根据所述比较步骤的结果，确定所述过滤介质设备的运行标示的工具。

显然，所述信息分析和处理系统包括将分析模型与得自于试验数据的校准曲线组合，并与所使用的不同类型的过滤介质以及使用所述过滤介质的不同条件相关联的计算工具，从而可以确立与所述过滤介质设备的表征工具(具体地，即内视镜和/或透度计)所提供的结果相关的渗透率值。

所述表征工具优选还包括使用电极的电阻率计。

根据另一个优选特征，所述表征工具优选包括土壤气体采样和分析系统。

所述表征工具优选还包括适用于测量取自所述过滤介质设备出口的水样中硝酸盐浓度和铵盐浓度的半定量试纸(strips)。

显然，因为诊断工具的表征工具包括不同的装置和/或仪器(仅内视镜、仅透度计、内视镜和透度计，可能还补充了带有电极的电阻率计和/或用于土壤气体取样和分析的系统和/或半定量试纸)，其可以对所述过滤介质设备型净化装置进行不同类型的测量和表征，从而能够利用本发明的诊断方法。

有利地，本发明还涉及上述诊断工具或上述诊断方法在由砂过滤器(特别是立式砂过滤器或卧式砂过滤器)构成的过滤介质设备型净化装置中的应用。

本发明的其他优点和特征体现于以实施例方式给出，并参考以下附图的描述中，其中：

-图1是排放型砂过滤器的纵剖面视图；和

-图2是图1过滤器的示意性平面图，其显示了用于进行本发明诊断方法的测量和表征的可能位置。

以下说明涉及使用立式过滤介质的水净化装置，但所提出的方法可同等地应用于使用卧式过滤介质的系统，例如卧式砂过滤器。

对于排放型立式砂过滤器，设置如下(参见图1)。

在土壤12中产生坑洞10，其深度可至2米(m)或3m并包含砂过滤器14，其包括：

-在其上部(图1上部)：包括预处理水入口管18的平的散布系统16(图1左侧，箭头E代表液体流的入口)，和向一系列带有下朝向槽且在回路箱24处连接在一起的平行散布管22进料的分配箱20；散布系统16位于砂砾层26上并被表层土28覆盖，可在表层土28的表面接触到所述分配箱20和回路箱24；

-在其中间部分，如下构成处理部分，深度约为70厘米(cm)的砂30，优选除去了大部分细料(尺寸小于80微米(μm)的颗粒)的精砂(washed sand)；和

-在其底部(图1底部)：砂砾床32，其包含一系列收集管34，收集管34在从砂过滤器14表面可接触到的收集箱36处连接在一起，并与出口(未显示)方向的排出管38(箭头S表示处理水的出口)相连。

任选地，在砂砾床32和砂30之间设有土工格栅40。在表层土覆盖物28和砂砾层26之间还有土工织物覆盖物(未显示)，以及覆盖坑洞(特别是在其为裂开的岩石的情况下)壁和底部的整块不透膜。

非排放型砂过滤器与上述描述的区别在于：不存在底部组件(砂砾床32、收集管34、收集箱36和排出管38)，这样，砂30位于土壤12上(有或没有土工格栅40)。

本发明诊断工具的各种表征工具可包括如下所述：

-透度计：其包括一系列钻杆(rod)，用于测量土壤对钻杆推进的抗性，通过计算机处理和预先确定的校准曲线给出土壤的紧密或致密数据。使用能量可变的动态透度计有利于测试，这样所述测试由将一系列钻杆锤击进入土壤中构成。提供了“透度图”形式的结果，给出动态锥体阻力(qd)随深度的变化。除了紧密或致密状态之外，此测试还提供了有关过滤器砂厚度和过滤器覆盖面积的信息。

-内视镜：在本发明的内容中，内视镜检查法包括向先前进行透度计测试或任何其他钻孔测试后产生的空洞(cavity)中引入内视镜。随后，使用连续膜记录整个孔洞；然后，对其进行基于颜色和纹理参数研究的自动图像分析，以表征土壤不同的层，在形态上对其进行区分，并且近乎完整地表征构成所述层的材料，例如根据土工技术分类进行表征。内视镜检查法特别用于核实堵塞状态和饱和状态，提供有关粒径和颗粒形状的标示，并且可能有助于确定矿物学等级。其还提供了有关过滤器的砂厚度、覆盖过滤器的表层土深度以及土工织物和/或土工格栅的存在(如果适用的话)的信息。

-带有电极的电阻率计：此仪表测量位于过滤器以上的土壤中且按照多种询问模式(interrogation scheme)(四端电路)与其纵向或横向排列的表面电极之间的电压。如果电极之间的距离增加，给定四端电路的研究深度增加，但这降低了精确度。处理数据后，获得了由拟断面(pseudo-section)组成的电阻率分布，所述拟断面(如土壤截面)是表观电阻率随着沿纵向或横向轮廓的深度而变化的垂直图像。因此，通过绘制不同过滤器区域与电阻率的关系图，此技术通过指明过滤器的不同电阻率区，提供了水分水平的高概率知识(电阻率值和含水量值之间没有严格的相关性)。此外，过滤介质的不同电阻率区域图还作为用于鉴别过滤器运行的不同区域的指导(具有低电阻率和先验湿度的区域，未使用的区域，等)，以向不同区域应用提供局部信息的其他工具。因此，如果所有的分布均为低电阻率，则电阻率分布或全面电阻率给出了关于过滤器中水分布、其堵塞状态(如果适用的话)以及其饱和状态(如果适用的话)的第一标示。当砂颗粒之间留下的所有空隙都被水填满时，使用“全饱和”的表述。特别地，如果存在于下层土中的地下水位暂时升高至与过滤器等高，则可出现饱和状态。

-用于测量过滤器的砂中气体的土壤气体取样和分析系统：该仪器与可放置在过滤器物质的不同位置和深度的探针相连，并指示过滤器物质的孔隙中O₂(氧)和CO₂(二氧化碳)各自的浓度。这些指明了与过滤器接收的污染物有关的生物净化活性和运行条件，以及通过结构设计更新这些气体的可能性。

-用于测量取自排放型过滤器出口的水样中硝酸盐浓度和铵盐浓度的化学或半定量试纸。

将由本发明诊断方法使用的这些各种原位表征工具获得的数据与来自先前诊断的所有信息(如果可能的话)，以及与过滤器历史相关的所有数据(例如起始使用条件、材料组成)和通过采样获得的过滤器材料的任何表征相叠加。

下文描述了本发明诊断方法在不同情况下的应用。

实施例1

考虑新的过滤器：本实施例考虑的问题是对结构进行验收诊断(diagnosison acceptance)的测试，以大致的精度了解所用砂的类型(材料的物理特征包括一个或多个以下参数：粒径、颗粒形状、砂的类型(碾压的或粉碎的)和组成以及一些可能的使用条件(过滤面积、过滤厚度、诸如致密范围的机械特征))。另一方面，由于在此阶段过滤器尚未使用，注意不能考虑过滤器的微生物方面。

可由材料的物理特征(已知的和/或通过样品分析和/或进行内视镜检查法测试获得的)开始，并从测定或验证材料的最小和最大密度(通过透度计测试获得的紧密或致密状态)(通过进行实验室测试获得)来估算材料中进行了透度计和/或内视镜检查的各点的实际渗透率值k₁，并由此估算与其应用相关的过滤器中材料的实际渗透率值范围[k_1min；k_1max]以及由确定的渗透率值Ks的平均值获得的全面渗透率系数。

将此实际渗透率范围[k_1min；k_1max](或各确定的渗透率值k₁或全面渗透率系数)与正确净化性能的最佳范围[k_min；k_max]进行比较，从而产生上述的3种情况。

实施例2

本实施例考虑的问题是对没有可用信息的过滤器产生原位诊断。

有时，必须预先找出过滤器的精确位置及其覆盖的面积。在缺少由住宅居住者提供的任何核对图或标示的情况下，化粪池或所有水槽的检修孔和检修孔盖的必要的可达性必须在土地图上引导寻找砂过滤器的大致位置。早在此阶段，如果周围土壤的特征和含水量不同，则全面电阻率测量及其直接处理可提供帮助。

一旦正确定位过滤器后，另一个电阻率测试即可提供关于过滤器在土层下的大致尺寸和位置的其他信息。随后，第一步是定义过滤器的几何学特征，即存在的层的数量、性质和厚度。特别依赖于由XP DTU 64.1标准中获得的标准描述，以开始解释由电阻率和/或土工内视镜检查法(geo-endoscopy)和/或透度计测试提供的第一标示(覆盖过滤器14的表层土层28，土工织物覆盖物(如果存在的话)、分配网络周围的砂砾层32和砂30之间的不同锥体阻力)。

主要地，问题在于进行表征以限定过滤器的一个或多个局部渗透率系数，将每一局部渗透率系数与用于正确运行和用于获得过滤器图(标明堵塞、饱和等的过滤器区域)的预定范围[k_min；k_max]进行比较。作为代替或除此之外，还使用确定的渗透率系数范围[k_1min；k_1max]或确定的渗透率值的平均值(也称作全面渗透率系数)进行该比较。

如果证实堵塞，则按厚度比例和按被阻塞材料和健康材料的大致面积(如果它们是已知的(特别是如果前文所述3个电阻率分布使它们能够被估算))的比例计算所关注的过滤器的每个渗透率系数和全面渗透率系数(如果必要的话)。

图2说明了提出的方法：

产生3个电阻率分布P1、P2和P3：从入口(箭头E)延伸至出口(箭头S)、基本位于过滤器14宽度中间的纵向电阻率分布P1；和分别位于过滤器14的前后三分之一处的两个横向电阻率分布P2和P3。

在沿入口(箭头E)和出口(箭头S)之间的过滤器规律分布并跨越过滤器14宽度的5个位置进行4或5点测试M1、M2、M3、M4和M5。在M1至M5中的每一测试点处进行一个或多个或所有以下测试：透度计测试、土工内视镜检查测试、气体测量。

最后，如果过滤器是排放型过滤器，则在过滤器出口使用半定量试纸进行测试。

待进行的一个或多个测试的选择依赖于与过滤器和确定的渗透率值的预期准确度的有关的有用信息。

通过部分或所有这些测试获得以下信息：

-全面电阻率必须首先可以定位过滤器，测定其基本几何参数(长度、厚度)并确定过滤器不同区域与含水量的关系图。随后，能够量化过滤器的含水量分布。

-透度计和/或土工内视镜检查测试必须可以识别不同的材料层(性质和厚度)，从而表征过滤器材料(粒径和致密状态)并检测严重病状(堵塞区和厚度、饱和区)。

-气体测量必须能够：

°首先，标明指示与O₂消耗和CO₂排斥相关的净化生物质发育的生物活性；并且随后

°其次，评估是否满足过滤器正确运行的先验条件(可能的气体转移或对限制的定位)，并随着与住宅中存在的人数有关的多个阶段而改变此操作。

-半定量试纸测试必须能够确认过滤器的水净化性能。对于排放型过滤器，其提供了对过滤器整体中占主导的运行条件的氧化或还原性质的可靠指示。高硝酸盐浓度和低铵盐浓度表明正确的运行，并且很可能表明有机材料(BOD和悬浮固体)的低残留浓度。与此相反，低硝酸盐浓度和高铵盐浓度证明过滤器活性部分的缺氧甚至厌氧条件，其可通过气体测量来定位和确认(低O₂值和高CO₂值)。

适合的全面电阻率分布必须标明逻辑上最湿的这些区域(如果堵塞，则存在过量的生物质或停滞水)中较低的电阻率。这还必须通过在透度计钻杆线上的水的存在以及无法进行内窥测量而确认。

因此，最多获得：

-给出过滤器14的几何特征，并定义沿电阻率计分布P1至P3的不同工作区的过滤器14的至少部分图；和

-在每个探测点M1至M5，测量所得的一个或多个参数(例如，锥体阻力、电阻率和气体浓度)随深度的变化。

使用由上述进行的多种测试和分析数学模型获得的数据库可以将渗透率值k₁与每个探测点M1至M5相关联。可将该值k₁(或形成全面渗透率系数的确定的值k₁的平均值)与代表净化装置的良好运行状态的预定的渗透率值范围[k_min；k_max]进行比较。

此外，可将组合了部分或全部确定的渗透率值的数值范围[k_1min；k_1max]与上述预定的渗透率值范围[k_min；k_max]进行比较。

这样，获得了过滤器14的正确或错误运行的一个或多个标示。

实施例3

此实施例涉及中间状态，即对正在运转的过滤器产生当前诊断，所述过滤器已经被监测多年，并且已知其部分或所有参数，这些参数已在所述过滤器的验收测试(实施例1)期间或在一个或多个在先诊断(实施例2)时确定。

在这种情况下，重复实施例2中进行的部分或所有测试，并确定运行条件是改善还是变差，考虑先前测试以来的住宅居住者。如果由半定量试纸直接评估的性能或由集合了其他工具的数值的数据库获得的性能不相符，则应该安排过滤器和/或整个系统的改造。

在上述说明书中给出了与使用由砂过滤器构成的过滤介质的系统相关的实施例。然而，本发明也可应用于使用除砂以外的过滤介质(特别是沸石、椰子片等)的系统。

Claims

1.一种诊断过滤介质设备型水净化装置运行的方法，所述过滤介质的材料由颗粒构成，所述方法包括以下步骤：

-表征步骤，其表征所述过滤介质设备的至少一个物理和/或机械参数以确定渗透率值Ks，所述渗透率值以m/s表示；

-比较步骤，其将所述确定的渗透率值Ks与代表所述净化装置的良好运行状态的渗透率值的预定范围[k_min；k_max]相比较；和

-诊断步骤，其中根据所述比较步骤的结果，确定所述过滤介质设备的运行标示。

2.如权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，所述代表良好运行状态的渗透率值的预定范围属于以下定义的范围：

0.3×10^-5m/s＜Ks＜0.8×10^-2m/s。

3.如权利要求1或权利要求2所述的诊断方法，其特征在于，所述诊断方法包括在所述过滤介质设备的多个位置进行所述表征和比较步骤，以获得所述过滤介质设备的多个运行标示，从而确立所述过滤介质设备的全面诊断。

4.如权利要求1-3中任一项所述的诊断方法，其特征在于，所述表征步骤包括测定代表所述过滤介质设备材料的局部状态的至少两个物理和/或机械参数。

5.如权利要求4所述的诊断方法，其特征在于，代表所述过滤介质设备材料的局部状态的所述物理参数属于包含以下的组：紧密(或致密)状态、堵塞状态、饱和状态、粒径、颗粒形状、构成所述过滤介质的材料的矿物种类以及构成所述过滤介质的细料百分比。

6.如权利要求1-5中任一项所述的诊断方法，其特征在于，所述表征步骤包括测定代表所述过滤介质设备的运行状态的至少一个物理和几何参数。

7.如权利要求6所述的诊断方法，其特征在于，代表所述过滤介质设备的运行状态的所述物理和几何参数属于包括以下的组：电阻率分布、过滤介质的厚度和过滤介质设备的面积。

8.如权利要求1-7中任一项所述的诊断方法，其特征在于，所述诊断方法还包括表征代表所述过滤介质设备的微生物活性的至少一个参数的步骤。

9.如权利要求8所述的诊断方法，其特征在于，代表所述过滤介质设备的微生物活性的所述参数属于包含以下的组：氧浓度、二氧化碳浓度、硝酸盐浓度和铵盐浓度。

10.如权利要求1-7中任一项所述的诊断方法，其特征在于，所述净化过滤介质设备是砂过滤器。

11.一种用于诊断过滤介质设备型水净化装置运行的工具，其用于权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述诊断工具包含用于表征所述过滤介质设备的至少一个物理和/或机械参数的工具，其包括：

-内视镜；和/或

-透度计；和

12.如权利要求11所述的诊断工具，其特征在于，所述表征工具还包括使用电极的电阻率计。

13.如权利要求11或权利要求12所述的诊断工具，其特征在于，所述表征工具还包括土壤气体采样和分析系统。

14.如权利要求11-13中任一项所述的诊断工具，其特征在于，所述表征工具还包括适用于测量取自所述过滤介质设备出口的水样中硝酸盐浓度和铵盐浓度的半定量试纸。

15.权利要求11-14中任一项所述的诊断工具用于过滤介质设备型水净化装置的应用，其中所述过滤介质设备由砂过滤器构成。