V型滤池的优化讨论

型滤池滤砂优选和反冲洗参数确定
曹勇锋，张朝升
(广州大学土木工程学院，广东广州510006)
摘要：通过对V型滤池滤砂的优选，对反冲洗参数确定的试验研究，确定一种适合处理我国南方地区水质的均质滤料，使滤后水浊度达到小于0．1 NTU的处理效果．经过一系列的对比试验，最后确定粒径为1．0 mm的滤砂处理效果最好；得出了相应最有效的气水反冲洗参数，即单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为l7 L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s。、
关键词：V型滤池；均质滤料；滤砂优选；气水反冲洗
中图分类号：X 703 文献标识码：A
V型滤池是由法国德利满公司首创的专利技术，由于其截污量大，冲洗效果好等明显优势，近年来在我国新建的大、中水厂大都采用了这种滤水工艺，特别是广东省新建的净水厂几乎都采用了V型滤池．V型滤池是均质滤料和气水反冲洗滤池的结合体，其优点是石英砂滤料粒径比较均匀、滤层厚、滤层吸附能力较强；与其它滤料相比，在同样的滤速下，过滤周期长，气水反冲洗有着许多优点，除了节省水外，还可较好地消除滤层中结成的泥球，达到极佳的冲洗效果，以提高滤层的过滤性能．要选择一种适合处理南方地区水质的均质滤料，确定该滤料的反冲洗参数显得非常重要．为此，针对V型滤池，笔者进行了石英砂均质滤料的筛选和反冲洗参数确定的试验研究，以获得指导实际生产运行的参数．
1 试验装置及试验条件
本试验在大涌水厂进行，实验装置用有机玻璃柱制成，共有6根，规格都为高3 000 mm，内径340 mm，取样管间隔为200 mm，承托层高为50 mm；共有8个取样测压管．在6根滤柱里，分别填充了比较常用的6种不同粒径的均质石英砂滤料，其平均粒径为：1＃(0．6 mm)、2＃(0．8 mm)、3＃(1．0 mm)、4＃1．15 mm)、5＃(1．3 mm)、6＃(1．45 mm)．滤料的填充高度为1 200 mm，为保证布水、布气均匀，滤柱内有设置5个长柄滤头，在滤头周围铺垫50 mm厚、粒径为4—8 mm的卵石承托层，石英砂滤料基本参数见表1．在滤柱的进出水位置各装了流量计，试验中进水的流量控制在800 L/h，而出水流量控制在750 L/h，过滤的滤速为7 m/h。。．出水浊度的监测使用美国HACH公司的在线浊度仪进行瞬时监控，同时用便携式浊度仪对进水进行检测．反冲洗气源压力为0．4 MPa．实验装置流程图见图1．

2 试验方法及试验结果
2．1 滤砂的过滤效果对比试验
过滤是水厂净水工艺的主要关键环节，滤池运行状态的好坏将直接影响悬浮固体、浊度、细菌、病毒等的去除率，也直接影响出水水质的提高．在滤砂优选的试验中，试验要求待滤水的浊度控制在1．0NTU以下，以便滤

后出水能达到0．1 NTU以下的高水质要求，同时结合过滤周期的长短初步确定滤砂的过滤效果．
(1)不同粒径滤料过滤效果的对比试验．滤柱待滤水直接引用大涌水厂的沉淀池出水，然后流向各滤柱．在试验过程中，待滤水的浊度不稳定，介于1．0—2．6 NTU，浊度在1．0 NTU范围的时间大概为10 h，只占过滤时间的10％，没有达到待滤水的试验要求，因此，各滤柱的出水浊度波动也较大，介于0．05—0．93 NTU之问，同时过滤稳定所需要的时间较长．通过在线浊度仪检测得出各滤柱的实验数据，见图2所示．在待滤水波动这么大的情况下，在过滤3 h后，各滤柱的出水浊度波动相应变小，而且滤料的粒径越小越稳定．在过滤20—50 h期间，出水浊度基本稳定在0．1 NTU左右，而4＃一6＃相对较高．

(2)不同粒径滤砂的过滤周期．试验中要求如果测压管水头差超过2 m或者滤后水浊度大于0．5 NTU即表示过滤周期结束．从试验结果来看各滤料的过滤周期都比较长，都在48 h以上，满足V型滤池的一般运行周期．对出水浊度和水头损失两方面进行比较，试验过程中1＃、2＃出水效果很好，但水头损失增长较快，经过48 h后水头损失已超过2 m，过滤周期结束，而其它滤柱水头增长较缓慢，运行周期很长都在70 h以上；3＃、4＃在满足出水浊度要求的情况下，水头损失增长缓慢没有太大的波动；而5＃、6＃水头损失波动较大，出水浊度较高．
经过试验数据的对比，如果待滤水的浊度能保证在1．0NTU左右，6种滤料基本上可以使过滤的出水浊度低于0．1NTU，而且能满足V型滤池的一般运行周期；但从过滤效果来说细滤砂的过滤效果比粗滤砂好，而且3＃、4＃在6种中比较优越．6种粒径滤砂过滤试验效果对比结果见表2．
2．2 滤砂反冲洗参数对比试验
目前国内水厂对V型滤池气水反冲洗技术的应用还存在一些技术问题，主要是反冲洗强度控制不适合，冲洗历时选择不当等，而且要求滤层不发生明显的膨胀现象，保证膨胀率小于10％．V型滤池通常的气水反冲洗设计参数为气冲洗强度为13．9—16．6L/m2/s；水冲洗强度为3．6—4．16L/m2/s．参考国内一些气水反冲洗试验研究的结果，确定了本次试验的方法和参数的选择范围．

(1)对6种滤砂进行单独气冲，强度为6～20 L/m2/s；将滤层表面滤砂出现小翻滚作为初步判断．试验观察发现，当滤层表面滤砂出现翻滚时，滤层的厚度就有不同程度的降低，而且随着气冲强度的不断增大，同种粒径的滤层厚度也呈现出不断变小的趋势，在气冲强度为10 L/m2/s。。时，1＃柱的滤层厚度减少了7．5 cm，而在20 L/m2/s时已减少了l1．5 cm．大粒径的滤层减小幅度较小粒径滤层小，在14 L/m2/s时1＃减少了8 cm，而6＃减少了0．5 cm．这种现象与气冲强度和滤料的空隙率有关；在气冲的情况下，滤料的紊动使滤层变得更加密实而使滤层变小．
(2)气水同时冲洗：在试验过程中固定一个气冲强度对不同的水冲强度进行试验．观察滤砂的流动形态是否从滤层下部向上运动，整个滤层是否形成一个好的循环，还有滤层表面滤砂的翻卷和碰撞情况，来判断气水同时冲的强度搭配．试验过程中，选择气冲强度为10、14、16．7、20 L/m2/s与水冲强度为4、6、8 L/m2/s。分别搭配进行试验．试验观察发现，在气冲强度固定的条件下，随着水冲强度的增加各滤柱的滤层有稍微的回升，但总的滤层厚度还是减小，随着气冲强度的不断增大，滤层的厚度呈不断减小的趋势，在这试验的过程中滤层中的滤砂有比较好的循环流动状态，表层滤砂翻滚比较厉害，滤砂之间也出现碰撞现象，同时没有出现跑砂现象．
(3)单独水冲：单水冲，使滤层恢复到正常的过滤能力，滤砂的干净与否直接关系到下一个运行周期，影响滤后水浊度和滤池开始过滤的稳定时间．所以均质滤料反冲洗时，允许滤料层发生微膨胀，但要保证膨胀率小于10％；最后以强度大小为5～16L/m2/s分别进行试验．试验过程中以能否把残留在滤层中的气泡带出水面，同时滤砂是否达到很好的循环流体状态，而且不发生明显膨胀作为判断标准．
经以上各项试验和试验数据的分析得到各滤柱相应的最优反冲洗参数见表3．从表中可知，为保证以上标准和较好的冲洗效果，1＃～4＃滤料的气冲洗强度已在设计参数范围的上限，5＃、6＃是大大超出参数范围；而各粒径滤料的水冲洗强度参数均比通常的参数设计范围都要偏大，特别是5＃、6#粒径的滤砂，这是由试验所要求达到高出水标准和反冲洗时滤层能有理想的流动形态所确定的．

3 结论和建议
通过对6种不同粒径的滤砂进行过滤对比试验和反冲洗强度的交叉对比试验，以及试验数据的采集和分析得出以下结论：
(1)从过滤的对比试验得出，滤砂的粒径越小，过滤的出水浊度越低，而过滤的水头损失增长越快，过滤周期越短．
(2)6种均质滤料的过滤周期都满足V型滤池的过滤周期，而且周期基本以过滤的水头损失>2．0 m而终止．
(3)如果待滤水的浊度能控制在1．0 NTU左右，滤速7．0 m/h，各滤砂的出水浊度都能保证在0．1 NTU以下
(4)试验所得：从过滤的出水浊度和水头损失来看，1＃，5＃6＃粒径的滤砂的效果不够理想；3＃，4＃是V型滤池常用的滤砂，在过滤的效果、过滤周期等方面较其它理想，在两者相比之下3# 4＃较优越，3＃的截污能力比4#强且反冲洗强度较接近；而2#与3＃的效果差不多只是运行周期较3＃短，水头损失增长比其它各滤料都快．粒径为1．0 mm的3＃滤砂处理效果最好，所对应的最优气水反冲洗参数为：单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为17L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s．
建议：根据V型滤池的特点，中国可以在均质石英砂滤料的粒径、厚度、技术设备和管理等方面进行改造或对待滤水进行微絮凝处理，使V型滤池在处理南方“低浊、高藻，微污染”水质方面发挥更好的作用．

mengyan197206

2009年07月25日 19:03:26

2楼

过滤技术在给水处理中的优化
尹文汇，李恒，张峥嵘
(1．广东森海环保装备有限公司，广东广州510500；2．华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州5 10006)
【摘要】介绍了投加助滤剂改善滤料表面性质以及改进或优选滤料等强化过滤技术处理饮用水水源中杂质的基本原理及特点，分析了优化常规过滤工艺的主要影响因素及应采取的具体措施。给出生物滤池反冲洗强度的确定，指出混凝絮体对过滤的影响等是今后强化过滤有待进一步研究解决的问题。
【关键词】强化过滤；滤池；水质
人们对于净水工艺系统的认识，是随实践发展而逐步深入的。先是为提高出水水质而强调过滤工艺，致力于滤料本身及其级配的深入研究，以获得良好的截污容量。后又认识到欲提高建池效率，须提高滤前水质，发展了以浅层沉淀理论为基础的斜板(管)沉淀工艺。欲保证良好的沉淀效果，须要有良好的絮凝为基础，出现了折板、栅条、网格及组合反应池。近年来，人们逐渐认识到混合对于净化系统的重要性。只有快速充分的混合才能保证后续工艺的高效运行，较多采用了灵活性较强的机械棍合。可见净水工艺是由各子工艺的有机配合，合理布置才能充分发挥其优良的净水效果，不可过份拘于某段工艺。将各净水工艺视为一个整体系统，对其各段子工艺进行优化分析，是十分必要的。
人们对于过滤工艺的认识，亦是逐步提高的。从慢滤池到普通砂滤池，双向流滤池，双(多)层滤料滤池，混合滤池，这一过程大大提高了处理水量。在滤池结构上，创造了双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤他及节能型移动冲洗罩滤池，其形式的发展与认识的深入是以实践经验为基础的，同时受到各种理论模式的验证。目前，随着原水水质的恶化，滤后水质的提高，过滤工艺(子系统)在整个净水工艺系统中，自身也在不断的完善与发展。
1投加助滤剂强化过滤
早在1968年Tuepker和Buescher就研究发现，在滤前水中增加阳离子聚合物(0．003 mg／L)作为助滤剂可明显改善常规过滤出水水质，并能有效阻止由于滤速突然改变而引起的悬浮颗粒穿透。Susumu Kawamura的研究也证实，使用助滤剂能防止水头损失较高时(如超过1．8 m)浊度穿透，保证出水水质，其作用过程和混凝一絮凝作用过程相似。向滤前水中投加高分子絮凝剂(助滤剂1，能显著降低滤后水中大于1 m颗粒的含量。由表1可见，投加助滤剂后，2～5um颗粒含量减少92％，5～10um的减少96％。

余键等就湘江原水研究了几种助滤剂对常规过滤的影响，试验表明，在常规过滤前投加适量的聚丙烯酞胺(O．O1 mg／L)，滤后水浊度小于0.1NTU的过滤时间从15h增加到23 h，并可有效阻止杂质颗粒穿透滤层。许国仁、李圭白用高锰酸钾复合药剂(CP)对受有机污染较重的松花江和取自黄河水库水进行了强化过滤工艺研究，试验表明，对冬季低温低浊污染水体采用投加CP和聚合硫酸铁(PFS)进行强化过滤，在CP投量为0．8mg／L，PFS投量为8 mg／L时，滤池平均出水浊度为0．4 NTU，色度为2．5。，检测出的有机物的浓度降低93．9％。对夏季高温低浊污染水体采用投加CP和聚合氯化铝(PAC)进行强化过滤，在CP投量为0．24mg／L，PAC投量为2．7mg／L时，滤后水的嗅味为0级。
投加助滤剂对改善滤后水水质的突出作用主要是因为高分子聚合物以各种高价聚合离子的形式直接存在于水中，并通过电性中和作用使水中未脱稳胶粒脱稳凝聚，通过吸附架桥作用使微絮体附着于滤料和已被吸附的悬浮颗粒表面，从而有效阻止絮体的穿透，使过滤周期延长，助滤剂虽然能提高过滤效果，但单纯用水反冲洗难以冲洗干净，宜采用气、水反冲洗。
2滤池子系统分析
2。1变革滤料强化过滤
2。1．1沸石滤料强化过滤
沸石是一种架状结构的多孔穴和通道的硅铝酸盐，表面粗糙，比表面积大(400-800m2／g沸石)，有良好的吸附、交换性能，是一种天然轻质滤料。
由于离子交换作用，沸石对氨氮的去除率在95％以上，因此，沸石滤料能显著增强过滤单元去除氨氮的能力，可降低氯耗，提高水质安全性；沸石对水中浊度的平均去除率为65％；对水中CODMn的平均去除率大于13％。沸石滤料对水质的影响试验表明，使用沸石作为滤料不会增加水中有害金属离子浓度。李德生等将沸石培养成生物沸石，利用生物沸石反应器处理去除饮用水源中的NH4＋一N和NO2一一N的平均去除率均大于9O％，对有机物的去除大于3O％。
2．1．2改性石英砂滤料强化过滤
马军、盛力等采用某种化学方法将石英砂表面涂覆一层金属氧化物，将滤料表面改性，这种改性石英砂能够显著提高混凝沉淀后含藻水的过滤效果，对藻类的去除率大干65％。
2．1．3颗粒活性炭(GAG)滤料强化过滤
将常规滤池滤料以颗粒活性炭代替，由于GAC内部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，具有强大的吸附性能，能为微生物提供理想的栖息地，活性炭主要吸附分子量在500-3000的有机物。生物活性炭滤池滤料上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂滤料的4～8倍。Kurosawa等的研究表明，低温下生物活性炭滤池对氨氮的去除率几乎不受影响，并对AOC能保持80％以上的去除率。生物活性炭的前提条件是避免预氯化处理。
黄晓东、李德生等采用活性炭一石英砂生物活性滤池(B )进行的强化过滤试验表明，当活性炭滤料层厚度>500 mm时，对氨氮、亚硝酸盐氮和CODM 的去除率分别为82％，84％和24％，浊度的去除效率比普通滤池提高了4O％左右，由于生物的降解作用，色度去除率也比普通滤池提高40％左右，对原水中溶解性铁和锰也有较好的生物氧化能力，其去除率分别比普通滤池提高60％左右。下层的石英砂滤料基本没有生物作用存在，能够起到对浊度和微生物的把关作用。有人对活性炭石英砂和无烟煤一石英砂两种生物滤池作了对比，发现较之无烟煤一石英砂滤池，活性炭一石英砂滤池挂膜快，对DOC和TOC的去除率高，滤池的修复性能好，低温时对乙醛的去除率也较高。杨开等对活性炭一石英砂双层滤料的生物活性滤池的研究也表明，在未氯化或预氧化的条件下，此种滤池对有机物和氨氮的去除率是显著的。
2．1．4陶粒滤料强化过滤
陶粒生物活性滤池对浊度、氨氮有一定的去除作用，并能较好地去除Fe、ss、细菌等，对色度也有一定的去除效果。
生物陶粒滤料能降低水中的NO2－-N、NH4－N、OC、浊度、色度、Mn和藻类等。采用由惰性和活性滤料(由极性和非极性滤料复合而成)复合构成的新型生物活性滤料滤池进行过滤试验，结果表明，这种滤池对氨氮和CODMn的去除率分别在90％和4O％以上，使Ames试验致突变性降低约1／3。
以上各种滤料构成的生物滤池对有机物的去除受到多种因素的影响，不同水源中的有机物成分、预氧化程度不一样，可生化性也就不一样；滤层组成不同则对有机物降解的能力与速度也不同。生物滤池对氨氮的去除一是水中必须有足够的溶解氧，二是滤层中必须有足够数量的硝化菌。而要维持生物滤池内一定的硝化菌量必须降低反冲洗频率并控制反冲洗强度；对氨氮的去除还可能受到有机物生物降解的影响，因为在贫营养条件下自养菌(硝化菌)与异养菌之问存在着争夺氧与生物膜空间的竞争，其结果是有机物氧化在先、氨氮氧化在后，这是因为自养菌的增长速率比异养菌慢，且自养菌对由较高水力负荷和较小滤料介质造成的剪力损失比异养菌更敏感。

mengyan197206

2009年07月25日 19:12:20

3楼

2．2滤料的组成与级配
级配的滤料经大的膨胀率反冲洗后，因滤料沉降快慢不同易水力分层，自上而下，孔隙率逐渐增大，这种单层滤料滤池的粒径分布不能有效利用滤层的孔隙率，因为在下层孔隙率远未得到利用之前，上层细砂已形成机械隔层而堵塞，消耗资用水头，缩短了运转周期。
对传统滤池的优化，应以沿水流方向加大比表面积以增加穿透深度为指导思想，实践中可采用均粒度或反粒度多层滤料滤池，或改变水流方向。
反粒度滤池是采用两种或两种以上级配滤料，利用其比重差值，使滤床沿水流方向比表面积增加、孔隙率降低。常用的是自煤+石英砂或自煤+石英砂+石榴石，各种滤料须经仔细筛选后，使Li／Di>800，以避免层间过度混杂而产生水头突变。
双层滤池在国内水厂广为采用，常用于挖潜与改造中，而三层
滤池因冲洗上难以满足共同清洗的要求。
双层滤料的产水量明显多于单层，但其最大的缺点在于上层轻质滤料因过大膨胀度而逸失，为控制这部分损耗，国内有使用“V” 型均质滤池，该滤池的滤料品种单一，级配<1.2，从上而下孔隙率一致。为保证不产生水力分层，采用小水量冲洗。上海周家渡水厂(2万t／d)对其过滤工艺进行了改造，分别采用了双层，均质滤池。
2．3改进滤池反冲洗工艺强化过滤
滤池反冲洗的主要功效是剥落滤料间的污泥并将其排出池外。污泥有两种：一次污泥与二次污泥。前者是滤料问空隙的截留污泥，可利用水力剪切冲除，而后者则是附着在滤料孔内的污泥，须使顺粒产生有效撞击方能除去。普通单层滤池采用高强度的水冲洗，为除去滤层表面泥毯，防止形成泥球，可增设表面辅冲。反冲洗时颗粒间相互碰撞特别是投加了高分子助滤剂后，表层小颗粒因撞击产生的絮凝效应更明显，形成泥球，可能形成的原因如下：
(1)泥球生成速度与粒径的三次方成反比，所以表层小顺粒更易于形成泥球。
(2)滤层表面悬浮物多，大块泥毯破碎后。难以排出。
(3)进行气水反冲时，表层颗粒碰撞次数少，悬浮物破碎不充分。
为克服水反冲的局限性，特别是双层滤池的广泛应用，相应产生了气水联合使用的反冲技术。它利用气泡在滤料颗粒上升过程中的磨擦以及颗粒相互之间的碰撞摩擦，使滤床得到良好的再生。
单独气洗：滤床不膨胀，主要靠气泡上升时对滤料的摩擦力与上升后滤料间出现的空缺而产生拥挤填充，产生碰撞力，使杂质从滤料表面脱除。下层扰动较小，而上层随着气泡的增大，扰动亦大，从而使截污量多的上层强烈扰动，形成搅拌，相互碰撞的机会多，可有效剪切去除杂质。
气水同时反冲洗：由于滤层稍有膨胀，使气泡易于通过，此时上升速度加快，扰动大于单用水洗，水冲时又增加一剪力，但表面细颗粒须仔细控制，防止冲失。
水洗漂冲：用小水量进行漂冲，排除剥落污泥。如前所述，如果单用水洗，最佳孔隙率为70％时，膨胀度为40％～50％， G值仅400S－1，此G值小于絮体破碎所需值，故表面非但不能冲洗干净，反而产生同向絮凝而形成泥球。G值与d值成正比，在同样q值时，d越大，G亦越大，表面d小，所获得的G亦小。采用气水反冲洗可以完全克服表层结泥球现象，同时由于水冲强度小，吐层可以减少水力分层，下层粗颖粒不易走动，上层顺粒减少流失。V型滤池正是采用这种冲洗方法以保持均粒。
研究表明，5～10um颗粒含量在过滤开始时约为10000个/L，过滤40min后才降至约为1000个／L。所以，初滤水中致病微生物存在的可能性比较大。因此，滤池的过滤工艺流程会对滤后水的水质产生很大影响，采用合理的过滤操作、反冲洗过程、反冲洗水处理等程序，会使水质有较大改善。有几类滤池在工艺上没有排放初滤水的设施，例如无阀滤池、单阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池等。还有几类滤池主要是由普通快滤池演变来的，如双阀滤池、V型滤池等。虽然它们一般不设初滤水排放管，在运行中也不排放初滤水，但易于对其进行改造，即在出水管上增设初滤水排放管，并在自动控制程序中增加排放初滤水的操作步骤，就能提高过滤水的卫生安全性。如果能先在贮存池中将滤池反冲洗水进行混凝沉淀预处理，然后再送回混合池进行处理，应该能使滤后水的水质得到改善。
2．4优化常规过滤工艺
影响常规过滤的因素很多，其中助滤剂、滤速和L／d比值为滤层厚度，d为滤料粒径)，被认为对过滤性能影响较大。
滤速是滤池设计的一个基本参数，也是决定滤池单位时间单位面积产水量从而决定滤池造价的一个重要指标。降低滤速，有利于降低滤后水浊度，延长过滤周期。当滤速较高时，滤层水头损失的增长较快，过滤周期缩短。采用低滤速虽然滤后水水质较好，但过滤面积必然因此而增大，滤池造价必然增加。因此，怎样确定滤池最佳滤速值得进一步研究。
从现有的过滤理论可知，滤层对水中悬浮颗粒的截留作用来自于滤料所具有的表面积。滤料所具有的表面积越大，滤层对水中悬浮颗粒的截留能力越强。增大L/d值能够改善滤层过滤性能是因为较大的L／d比值能给滤层提供较大的表面积。
为保证有比较经济的过滤周期和周期产水量，L／d值宜取较大值，然而过大的L／d值将增大滤层水头损失和反冲洗难度，增加滤池深度和造价。国内有学者研究认为在工程上L／dl0(dl0指通过滤料重量10％的筛孔孔径)值宜取1200～1400。此外，在不改变滤池结构和适当改动反冲洗方式条件下，将级配滤料改为均匀滤料，有助于提高滤层含污能力、延长过滤周期。
3 结论
上述各种强化过滤给水处理技术在一定条件下均能有效去除饮用水水源中的杂质，但仍有下列问题有待进一步研究解决，以便更好地将强化过滤处理工艺应用于工程实践。
(1)当饮用水水源中多种污染物(如有机物、氨氮、铁、锰、藻类等)共存时，生物滤池在贫营养条件下异养菌与自养菌的转化条件及转化机理；在低温(温度<5℃)时，硝化菌对氨氮去除率的影响。
(2)滤池反冲洗时对滤料上生物膜的影响，反冲洗强度的确定。
(3)絮体表面性质及粒度分布对过滤工艺性能的影响。

mengyan197206

2009年07月25日 19:13:03

4楼

初滤水排除的简便措施
1 降低滤池初滤水浊度的重要性和卫生意义
１.１规范要求滤池设置初滤水排放设施
《室外给排水设计规范》GB50013－2006.9.5.6条“除滤池构造和运行时无法设置初滤水排放设施外，滤池宜设有初滤水排放设施。上世纪５０～６０年代，一般水厂的滤池设计，都考虑了初滤水的排放设施，但后来因对滤池出水水质要求不严和强调节水而取消了。但实践证明，随着人民生活水平的提高，对水质要求更加严格。初滤水浊度高，对出水水质会带来较多卫生与健康的影响。因此，解决滤池初滤水的排放是人民群众对水质的新要求，也是今后设计中应予考虑的问题。
1．2 去除有机物和致病微生物与降低
初滤水浊度有密切关系国内外的研究表明，初滤水浊度降低意味着水中各种非溶解性物质和微生物的有效去除。当水的浊度为2．5NTU时，水中有机物只去除了27.3％；浊度降低至1．5NTU时，有机物去除了60％；浊度降低至0．5NTU时，有机物去除了79．6％；浊度降低至0．15NTU以下时，绝大多数有机物予以去除。致病微生物如隐孢子虫、贾第鞭毛虫的风险也大大降低。美国现行标准规定，要求隐孢子虫去除2log(99％)，贾第鞭毛虫去除3log(99．9％)，病毒去除4log(99．99％)，而其中的约99％是随浊度的有效降低而去除。
综上所述，降低滤池初滤水浊度，既是保证净水厂出水水质的重要关键环节之一；也是消除致病微生物的重要标志。一般气水反冲洗完毕后，初滤水浊度5-10NTU有的高达20NTU，时间虽然不长(约15分钟左右)，但其影响是很大的，至少使此段时间滤池出水浊度升高，给致病微生物留下了一个生存空间。因此，滤池初滤水排除是不容忽视的重要问题，是直接关系到群众的饮水安全和保障公众健康的重要指标。
2 反冲洗后，残留、残存反冲洗水的体积计算
2．1 滤料层中的孔隙水体积(残留水)
(1)石英砂：有效粒径0．9～1．2mm，不均匀系数K=I．3属粗砂与砾砂之间；
(2)滤层厚度按1．5m计；
(3)粗砂与砾石砂给水度g=0.25～0.35取0.3；也就是说lm 的滤砂体积可流出的自由水量约为03m３。
以2500m V型滤池为例：平面尺寸(净尺寸)(见图1)：
平面面积(4x6)一(6x0．7)=24—4．2=19．8m２；滤层高度： 1．5m；

滤砂体积： 19 ．8 x 1 ． 5 = 29．7 m３
。(4 ) 滤层砂孔隙水体积V 孔= 29.7 x 0.3 = 8.91m3≈9m3
注：图中尺寸毫米计，高程米计。
2 ． 2 滤层上部( 至排水槽顶) 残存反冲洗水体积滤池面积： 1 9.8m。；滤层顶至排水槽顶高度0.6m ( 见图2 ) ；
滤层上部残存水的体积；
V 上= 19．8 x O．6 = 11.88 — 12 m3 残留(存) 反冲洗水浑浊度变化分析与排除方式选择
3 ． 1 当水反冲洗结束时，滤层底部( 即反冲洗进口下部) 浊度与反冲洗水浊( 1NTU )基本一致；然后，通过滤层而逐步提高，至滤层顶部时与冲洗排放水的浊度就一样了。这说明残留在滤层中反冲洗水浊度是一个由低到高的渐变过程。如反冲洗水排水的最后浊度为5 NTU 则滤层中的水浊度由1 ～5 NTU ，而残存在滤层上部的反冲洗水就不是渐变而是基本稳定在5NTU 左右。
3 ． 2 从上述残留(存) 水浊变化分析，要排除滤层中的孔隙

mengyan197206

2009年07月25日 19:13:35

5楼

残留水与滤层上部残存水，有一个主次矛盾问题。滤层孔隙水浊度低( 至少比滤层顶部水低50 ％左右) 、体积小( 为滤层上部残存水的75 ％ ) ；而滤层上部残存水浊度高、体积大。因此，抓主要矛盾，只排滤层上部残存水而不考虑滤层孔隙残留水的排除，是有一定实践依据，不无道理。
这也就提出了两种排除方式的选择，一是只考虑排除滤层上部残存水；一是既要考虑排除滤层上部残

存水，又要考虑排除滤层中的孔隙(残留) 水。
3 ． 3 滤池初滤水的排除方式选择
滤池初滤水( 即滤池反冲洗后残留在滤池内的积水) 排除方式选择与滤池型式、进出水浊度、投加混凝剂、助凝剂种类等有关，大致有以下几种型式和解决办法：
( 1 ) 采用翻板滤池的冲洗方式，把滤面上的残存水放掉；
( 2 ) 排放初滤水15分钟，即滤后水15分钟不进入清水池；
( 3 ) 加长水反冲洗时间、降低反冲洗强度，使滤池反冲洗浊度降低至2 - 3 NTU 左右或更低；
( 4 ) 冲洗完毕后停运一定时间或在滤池从新投入运行时缓慢提高滤速，缓慢降低初滤水出水浊度。
上述措施各有特点和使用条件，也各有不足和管理上的难度。用翻板排除滤层上部的残存水，只能用在翻板滤池的特有型式；放掉初滤水、加长水反冲洗时间会减少滤池出水时间或增加了反冲洗水量；停运一定时间和缓慢提高滤速，实际是减少滤池出水量。上述方式，除翻板滤池操作比较简单外，都会增加操作管理上的难度。
4 V型滤池初滤水排除的简便措施探讨
V型滤池是目前应用较为广泛的池型，解决初滤水的排除措施，既是保证严格控制滤池出水水质的重要条件之一，也为滤池的完善和设计增加了新的内容。
4 ． 1 V 型滤池的反冲洗机理与反冲洗水排水方式，为排除滤层上部残存水提供了有利条件V 型滤池采用较粗较厚的均匀滤料层，反冲洗时滤层不膨胀或微膨胀；反冲洗排水( 加表面扫洗) 由池中央的排水槽及时排出，这为解决滤层上部的残存水用穿孔式的排除提供了方便条件。仍以2500m3／d 的V 型滤池为例，探讨滤层上部排除残存水的时间及方法。
( 1 ) 滤层上残存水体积V ．= 1 2 m。
( 2 ) 排除方式。
采取在中央排水槽两侧、在滤层上面5 c m 处，设穿孔壁式排水，将残存在滤层上面的反冲洗水迅速排除( 见图3 ) 。
(
( 3 ) 当反冲洗结束，滤池还未投入运行时，仅有扫洗水量2 L ／S ．m。O 扫= 1 9 ．8 x 2 -~ - 40L/S ，单边则为20 L/S
(4 ) 设排水时间5 分钟，即1 2 m’ 的残存水用5分钟的扫洗水将其“ 顶入” 排水槽，并保持水位稳定在排水槽顶。
则单边穿孔壁的流量与Q 扫相等，单边为20L／s 排时5 分钟，排水量为5 ~ 6 0 ~ 2 0 = 6 0 0 0 L = 6 m3, 与单边滤层上残存水1 2 ／2 = 6 m。相等。
( 5 ) 穿孔尺寸确定：孔口出流按压力管咀出流。
Q=u￡( 2 g H o ) 1/2抛式中：
U一取0 ．85 ；
H0一水位高0．55 m ；
￡出水孔总面积m2
Q=2 0L/s = O．020m3／s
￡ = Q／lx ( 2 g H o )v2= 0 .0 2 ／0 .8 5 x ( 10.7 9 ) 此= 0.0 2 ／2.792 = 0.0072 m
设孔直径2 0mm 单孔面积F孔 = 0.7 8 5 x O.0 22 =0.000314m２。
孔眼个数n = §／F 孔= 0．0072 ／0.000314 = 2 3 个孔，在单边6 m 长作均匀布置大约中一中间距2 5 0 m m 。
孔眼高度：在砂面上5 c m (孔底) 。
( 6 ) 在水反冲洗时，由于增加了初滤水排水孔，对水反冲洗效果不会带来任何影响，仅是排水槽顶的溢流高度有所降低。根据计算，未设初滤水排水孔时堰上高度4 2 m m ；设了初滤水排水孔后降为3 6 m m 。这一方法是简便易行，而时间短，仅需5分钟时间。
4 ． 2 V 型滤池出水稳定槽，也为排除滤层中残留水反冲洗水提供了可行性
( 1 ) 滤层内残留水量：按2500 m 3／d V 型滤池，约为9 m3。
( 2 ) 9 m3残留水仍由扫洗水40 L/s 在225 秒内一3.75 分顶出，由稳定槽溢水堰前另设专管排入反冲洗排水槽(见图4 ) 。
(3 ) 选用残留水排水管D N = 225mmV = I.Ol m ／s.

5
5 初滤水排除的操作步骤( 以2 5 0 0 m3／d V 型滤池的图示为例)
5 ． 1 仅排除滤层上残存水的操作顺序
( 1 ) 气水反冲洗完毕，关闭气冲阀② ( 图5 ) 和反冲洗水阀④ ( 图1 ) 。
( 2 ) 滤池扫水闸仍然照常运行( 2 L ／s m2 ) 滤池排水槽闸阀④ ( 图5 ) 照样开启。
( 3 ) 待5 分钟后关闭滤池排水槽闸阀④ ( 图l 、图5 ) 。
(4 ) 同时打开滤池进水闸@ ( 图5 ) 及滤池出水闸阀⑤ ( 图1 ) ，关闭扫水闸⑥ ( 图5 ) 初滤水排除完毕，投入正常运行。
5 ． 2 既要排除滤层上部残存水，又要排除滤层中残留水，则操作顺序
( 1 ) 按5.1中的( 1 ) ～ ( 3 ) 步骤完毕，即关闭排水闸阀嘴进入( 2 ) 。
( 2 ) 打开滤池出水闸阀⑤ ( 图1 、图4 ) ，同时打开初滤水排水管闸阀④ ( 图1 、图4 ) 。
( 3 ) 此时扫水闸板仍开启( 仍按2L／sm２。) 运行。
( 4 ) 3.7 5 分钟后关闭初滤水排水管闸阀④ ( 图1 、图4 ) 及关闭扫水闸⑥ ( 图5 ) ，同时打开进水闸阀㈤( 图5 ) 。
初滤水排除完毕，投入正常运行。以上操作步骤可按设定程序进行自动控制，顺利完成初滤水的排除。
参考文献：

mengyan197206

2009年07月25日 19:13:57

6楼

助滤剂的主要原理是通过加入助滤剂改变进入滤池之前的颗粒或滤料表面性质、电性与尺寸。改变滤料表面性质可提高颗粒向滤料迁移速度与黏附效率；改变进入滤池悬浮颗粒的表面性质与尺寸可提高颗粒黏附效率。按照该机理形成的聚合物–颗粒絮体，使颗粒和黏附作用都得到加强。形成的絮体尺寸比较大，颗粒之间或颗粒与滤料之间结合紧密，可抵抗滤池对水流的剪切力，使滤池工作周期延长。投加助滤剂后，能有效地降低滤速突然变化引起的悬浮颗粒穿透程度，保障滤后水水质。
助滤剂的主要种类有：⑴聚合无机高分子（如聚合氯化铝、聚合硫酸铝）⑵合成有机高分子（如聚丙烯酰胺、HAC阳离子絮凝剂）⑶天然有机高分子（如骨胶、海藻酸钠）⑷氧化剂（如氯、臭氧、二氧化氯等）。

mengyan197206

2009年07月26日 13:38:17

7楼

气水冲洗滤池的设计优化
崔丽琴
(国投新集能源股份有限公司设计院,安徽合肥230008)
摘要: 气水冲洗滤池是目前广泛使用的滤池池型。由于气水冲洗滤池的配水配气系统较常规滤复杂,且在我国推广应用的时间不长,因此在设计过程中有一些细节因素容易被忽略,部分水厂的实际运行效果并不理想。结合工程实例,对如何优化滤池的设计进行了详细地阐述与剖析。
关键词:气水冲洗滤池;设计;优化
中图分类号:X52 文献标识码:B 文章编号:1006- 8759(2008) 04- 0032- 03
前言
气水冲洗滤池属快滤池的一种,其技术特征是采用均质滤料、以气水冲洗代替单独水冲洗, 利用气泡的振动形成对滤料的搓洗,从而去除滤料截留物。该滤池具有冲洗水量少、节省能耗、过滤滤速快、截污能力强、出水水质好、过滤周期长等显著优点,已成为当前国际过滤技术中的主要池型。
我国目前已建成气水冲洗滤池数百座, 在水处理行业中占有举足轻重的地位。但由于气水冲洗滤池的配水配气系统复杂较常规滤池复杂, 对设计及施工的要求较高, 且在我国推广应用历史不长,技术尚不够完善,有相当一部分水厂的气水冲洗滤池在生产运行中还存在不少问题, 主要表现为反冲洗不均匀、耗水量大、出水水质变差、滤料面倾斜、滤料流失等现象, 影响水厂的正常运行, 滤池的节能性更是大打折扣。为解决上述问题,充分发挥气水冲洗滤池的技术特点,本文以某水厂滤池设计为例, 给出滤池设计的优化思路和措施。
1 工程概况
安徽某县城水厂,处理工艺为:微涡反应池+平流沉淀池+ 气水冲洗滤池+ 消毒。设计沉淀池出水浊度< 10NTU,滤池出水浊度< 0. 5NTU,滤池处理能力为1 084 m3/ h(300 L/ s) ,设计3 组滤池, 单排布置,设计滤池主要特征见下表。

2 系统方案及设计参数优化
设计在分析滤池机理、工况的基础上,结合相关运行厂的经验,对气水冲洗滤池的系统方案、设计参数、池形结构等方面进行了优化。
2. 1 冲洗方式
气水冲洗滤池的设计应首先确定冲洗方式。
目前大多水厂气水冲洗方式是两阶段, 即先单独气冲洗,后水冲洗,利用空气的搅动作用将滤料颗粒表面截留的污泥擦洗掉, 再用水冲洗排出泥水。污泥从滤料表面脱落的原因, 是水流剪切和滤料碰撞摩擦共同作用的结果,在气冲洗状态下,存在气泡由滤层底部向滤层表面的运动, 气泡经过滤料细小通道时将产生较强的泡振作用, 而气泡的携砂作用, 又会导致滤层中的滤料发生循环移动,这些都加剧水流的剪切和滤料的碰撞摩擦,加速滤料颗粒表面污泥的松动和脱落, 因此气水冲洗的冲洗效果要比单独水冲洗效果好, 同时还可以显著减少冲洗耗水量。
研究表明,对于单独气冲洗,在滤层深处气泡粒径较小,达到表层时才能合成大气泡,其冲洗作用的增强主要发生在滤层的表层, 而在此基础上同时加以水冲洗,即气水同时冲洗,可以改善冲洗效果,由于滤料呈微膨胀状态,气泡在滤层深处即可合并成大气泡, 使冲洗作用的增强可以发生在大部分甚至整个滤层,此外,滤料循环移动速度远也大于单独气冲洗时的速度, 这些原因促使水流剪切和滤料碰撞摩擦的程度较单独气冲洗时更高。因此,可将前述的两阶段冲洗方式优化为先气水同时冲洗,后水冲洗。
而从污泥的去除来看, 其排出顺序是由上而下,在冲洗的最初阶段,是保证滤层上部截留污泥的去除,用单独气冲洗即可达到这种效果,因此设计采用了三阶段冲洗方式,即先单独气冲洗,再气水同时冲洗,后水冲洗。为加快漂洗速度、减少冲洗用水量、降低冲洗时其它滤池负荷,设计冲洗全过程辅以表面扫洗。
2. 2 冲洗强度及时间
设计各冲洗阶段的冲洗强度及时间见上表。参数的确定参考了相关运行厂的运行经验, 运行厂的经验表明, 水洗阶段的水洗强度不应低于4L/ (m2 •s) , 否则水流的挟泥不够能力不够, 滤料层表面会出现沉泥现象,而气水同时冲洗时,气水冲洗强度之和不宜大于20 L/ (m2 •s) , 否则细砂流失严重。仅有合适的冲洗强度而冲洗时间不足时,也不能充分洗掉包裹在滤料表面的污泥,甚至无法置换冲洗废水,导致污泥重返滤层,在滤层表面形成泥膜。
确定冲洗强度及时间时还应该综合考虑操作控制的简便,本例采用水泵冲洗,冲洗时间易于调整。水冲洗阶段水洗强度采用6 L/ (m2 •s) ,设为气水同时冲洗时水洗强度的2 倍, 这样在运行过程中可以简单的通过水泵的启闭来实现冲洗强度的改变。
实际生产中可以对设计冲洗强度及时间再进行优化,以反冲洗排水浊度< 10 NTU、滤砂含泥量< 0. 2 %作为确定运行参数的指标。
2. 3 配气配水系统
配气配水系统设计的关键是均匀性。理论上分析, 大阻力系统和小阻力系统都能实现这一目标,但受施工精度的影响,小阻力系统的均匀性不易掌握, 相比之下, 大阻力系统要优于小阻力系统,但相对能耗较大。
对于气水冲洗滤池,其水冲洗强度较单独水冲洗滤池的强度低, 按该强度设计的系统开孔比在过滤状态时集水阻力较大, 因此从配水角度考虑, 气水冲洗滤池又不宜采用大阻力配水系统。
基于上述原因, 设计中采用长柄滤头配气配水系统, 开孔比2 % , 属大阻力配气、小阻力配水系统,可以很好地解决同时均匀配气配水问题。
2. 4 进水与出水
为保证配水均匀,滤池的进水由堰来完成,滤前水经总渠通过堰进入单格滤池的配水渠, 再均匀分配到滤池两侧的配水槽。堰上游设有3 道进水孔并配有闸门, 设置多道进水孔。一方面是为了保证进水稳定, 另一方面可以满足过滤和冲洗不同状态下的进水要求。
滤后水经单格滤池出水管、出水总管汇至出水水封井,水封井设有堰板,这样水封井水位可保持稳定,滤池的运行可视为恒水位匀速过滤,考虑到实际运行状态与设计状态存在偏差, 出水堰采用了可调节堰。
2. 5 冲洗水供应
设计滤池的冲洗水由冲洗水泵直接供应。设计巧妙地利用滤池出水水封井作为冲洗水泵的吸水井, 由于水封井水位在滤池正常工作时保持恒定,因此滤池冲洗时所需扬程是稳定的,相应决定了水泵出流量是稳定的, 很容易控制冲洗水强度处于设计值。另一方面,冲洗水泵从水封井吸水,还可以充分利用滤后水水头,减小水泵扬程,降低运行费用和能耗。
3 池型结构优化
3. 1 滤头及滤板
气水冲洗滤池中, 配气配水均匀的关键是滤头的平整, 而滤头平整的先决条件是滤板的平整。目前国内的滤板基本上采用小块滤板拼装式,《滤池气水冲洗设计规程》(CECS 50 : 93) 中规定小块滤板单板水平误差控制在2 mm以内,同格滤池滤板水平误差控制在5 mm以内,这在实际施工过程中往往难以实现, 也就无法保证滤头的平整度。此外,小块滤板的拼装缝多采用胶泥密封,由于材质不同、膨胀系数不同,又频繁受正反两个方向力的冲击,常有胶泥开裂、脱落现象,导致漏砂、翻板等事故。
设计滤池采用整体浇筑滤板和可调式滤头(缝隙宽d = 0. 5 mm,缝隙面积s = 6. 12 cm2) ,通过设计来减小施工难度。由于整体浇筑滤板不存在任何接缝, 彻底消除了因滤板密封不严密引发的各种隐患;同时滤头为可调式,确保滤头的水平误差控制在极小的范围内,优于规范要求,使配气配水的均匀性更趋理想。由于施工工艺的简化,还可以缩短施工周期, 对于降低滤池工程造价也优势明显。
3. 2 排水槽控制阀门
目前多数水厂排水槽出水的控制都是采用提板闸。然而,出于提高滤池的有效面积的考虑,在满足冲洗废水排出通畅的前提下, 要求排水槽的设计尽可能窄, 因此在滤池内排水槽末端设置提板闸难度较大, 一是土建施工时预埋件难以精确就位,二是闸门安装及设备维修时操作空间不够,加之闸门的漏水量本身较大, 会造成滤池实际运行时产生过度漏水或提板闸垂直度不够而影响传动系统的寿命。
设计对排水槽出水控制阀门作了改进, 采取在池体外侧设置蝶阀的方式替代提板闸, 这样可以降低土建要求和方便阀门的安装维修, 同时蝶阀的密封性能优于提板闸,可减少漏失水量,还能实现排水的瞬间操作。
4 结语
气水冲洗滤池是目前广泛使用的滤池池型。本文结合水厂运行过程中存在的主要问题, 通过对滤池机理和工况的分析, 给出了行之有效的设计优化措施, 在确定系统方案、设计参数、池形结构方面都对传统的滤池设计进行了改进, 使气水冲洗滤池的优越性能够更好地发挥。

titansky

2009年07月27日 11:03:48

8楼

可以称为V型池滤砂优化，优化部分没在重点

mengyan197206

2009年07月28日 10:34:44

9楼

希望建立一个平台相互交流学习，把自己认为好的东西拿出来供大家参考。互相提高，提高出水水质造福人民！！！！！！

mengyan197206

2009年07月29日 15:14:07

10楼

快滤池的成熟期是指从过滤开始到出水浊度满足水质要求的这段时间，一般认为可分为以下3个阶段：⑴、残余冲洗水置换阶段；⑵、滤池进水与残余冲洗水混合和微粒稳定阶段；⑶、滤层调理阶段。在反冲洗停止时，在整个滤层的空隙中充满冲洗的残留水，所以从滤池开始进水过滤起，是将冲洗残留水置换的过程，由于反冲洗水是从下而上将悬浮固体颗粒洗下并带走，加上滤层的截污量沿深度本身也有一个分布规律，所以冲洗残留水的浊度沿滤池深度从下而上是逐渐增大的，表现在出水浊度–时间曲线上出现第一个峰值。随后新进滤池的水开始滤出，由于水在滤层中不可能是理想的活塞流，所以必存在新水与残留水的混合，混合的结果使部分已迁移或附着在滤料表面的颗粒重新随滤出水排出，导致出水浊度上升，出现了第二个峰值。之后便进入完全无残留冲洗水的阶段，滤层逐步稳定，滤出水浊度逐步降低，至出水水质合格成熟期终止。（泄漏点是指滤出水浊度稳定一段时间之后又出现稳步迅速上升过程的一个点。这一过程又称为有效过滤期。
水力波动：滤出水压的不规则跳动现象称为水力波动。水力波动和滤速波动是并存的，因此数值大的水力波动和滤速波动同时出现，滤池出水水质也就出现恶化现象。水力波动的产生有下列情况：①由于滤池出口或进口的流量控制设施引起的流量不稳定，甚至暂时失灵。②由于全厂流量的增加或由于一个滤池的冲洗引起的滤池滤速变化。③滤池冲洗后开始过滤或者别的滤池开停所引起的滤速变化。当这些情况引起滤速的瞬时变值过大时，则产生滤出水水质显著恶化的现象。研究表明加少量聚合物（助滤剂）就可以控制因水力波动所产生的浊度波动现象。

aswater2008

2009年08月03日 11:10:28

11楼

很好的资料哦
好好学习