重力式濾池的發(fā)展

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摘要：重力式濾池以其低能耗在給水過(guò)濾處理中有著廣泛的應(yīng)用。主要針對(duì)重力式濾池的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式以及濾料等方面來(lái)論述重力式濾池在水處理技術(shù)中的發(fā)展應(yīng)用。

  關(guān)鍵詞：重力式濾池；結(jié)構(gòu)；運(yùn)行方式；濾料   1804年英國(guó)首次記載了慢濾池，慢濾池(slowfilter)也稱表層過(guò)濾，主要利用頂部的濾膜截留懸浮固體，同時(shí)發(fā)揮微生物對(duì)水質(zhì)的凈化作用。這種濾池生產(chǎn)水量少、濾速慢(10m/d)、占地大，目前慢濾池方式在水處理，特別是污水處理中應(yīng)用較少；1870年在美國(guó)現(xiàn)出了第一座普通快濾池，.快速過(guò)濾采用過(guò)濾和反沖洗兩個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)截留懸浮固體和清洗濾層，將濾速提高到幾十倍到幾百倍，從而提高產(chǎn)水量來(lái)滿足人民生活和工業(yè)發(fā)展要求。   1粒狀濾料濾池   以石英砂作為濾料的普通快濾池使用歷史最久。在此基礎(chǔ)上，人們從不同的工藝角度發(fā)展了其它型式快濾池。   1.1普通快濾池   普通快濾池工作機(jī)理：過(guò)濾時(shí)，開(kāi)啟進(jìn)水支管和清水支管的閥門。關(guān)閉沖洗水支管閥門與排水閥。渾水就經(jīng)進(jìn)水總管、支管從渾水渠進(jìn)入濾池。經(jīng)過(guò)濾料層、承托層后，由配水系統(tǒng)的配水支管匯集起來(lái)再經(jīng)配水系統(tǒng)干管、清水支管、清水總管流往清水池。   反沖洗時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水支管和清水支管的閥門。開(kāi)啟排水閥與沖洗水支管閥門。沖洗水即由沖洗水總管、支管，經(jīng)配水系統(tǒng)的干管、支管及支管上的許多孔眼流出，自上而下穿過(guò)承托層及濾料層，均勻地分布整個(gè)濾池平面上。濾料層在自上而下均勻分布的水流中處于懸浮狀態(tài)，濾料得到清洗。沖洗廢水流入排水槽，再經(jīng)渾水渠、排水管和廢水渠排入下水道。   1.2虹吸濾池   20世紀(jì)60時(shí)年代開(kāi)始，突破了常規(guī)濾池設(shè)計(jì)，引進(jìn)了國(guó)外的虹吸濾池，以建成一百余座。北京印染廠給水工程：設(shè)計(jì)規(guī)模700m3/時(shí)，該廠通過(guò)小型試驗(yàn)取得設(shè)計(jì)參數(shù)，是我國(guó)首先采用虹吸濾池的水廠。   虹吸濾池的工作機(jī)理：虹吸濾池的濾料組成和濾速選定與普通快濾池相同，所不同的是每個(gè)單元濾池都配置了進(jìn)水虹吸管和排水虹吸管，利用虹吸作用來(lái)代替濾池的進(jìn)水閥門和反沖洗排水閥門。反沖洗所需水頭和水量均來(lái)自濾池本身。   虹吸濾池不需要大型進(jìn)水閥或控制濾速裝置，也不需沖洗水塔或水泵，因此設(shè)備投資低于普通快濾池；可以自動(dòng)化控制運(yùn)行，而且過(guò)濾過(guò)程中，濾出水水位高于濾層不致負(fù)水頭現(xiàn)象，一定范圍內(nèi)根據(jù)水量變化可自動(dòng)均衡各單元濾池的流量。   1.3無(wú)閥濾池   無(wú)閥濾池是最早在商業(yè)上取得成功的自動(dòng)運(yùn)行濾池，經(jīng)過(guò)不斷的應(yīng)用與技術(shù)改造，其技術(shù)已經(jīng)成熟，有著廣泛的應(yīng)用。   無(wú)閥濾池工作機(jī)理：利用水利學(xué)原理，通過(guò)進(jìn)出水的壓差自動(dòng)控制虹吸產(chǎn)生和破壞，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行的濾池。原水自進(jìn)水管進(jìn)入濾池后，自上而下穿過(guò)濾床，濾后水經(jīng)連通管進(jìn)入頂部貯水箱，待水箱充滿后，過(guò)濾水由出水管排入清水池。隨著過(guò)濾進(jìn)行，水頭損失逐漸增大，虹吸上升管內(nèi)的水位逐漸上升，當(dāng)這個(gè)水位達(dá)到虹吸輔助管的管口時(shí)，廢水就從輔助管下落，并抽吸虹吸管頂部的空氣，在很短的時(shí)間內(nèi)，虹吸管因出現(xiàn)負(fù)壓而工作濾池進(jìn)入反沖洗階段。貯水箱的清水自上而下留過(guò)濾床，反沖洗水由虹吸管排入排水井。當(dāng)水箱水位下降至虹吸破壞口時(shí)，虹吸管吸進(jìn)空氣，虹吸破壞，反沖洗結(jié)束，濾池又恢復(fù)過(guò)濾狀態(tài)。   重力式無(wú)閥濾池具有無(wú)大型閥門、正水頭過(guò)濾、沖洗自動(dòng)化、造價(jià)低及操作管理方便。   1.4V型濾池   V型濾池是均勻?yàn)V料濾池的一種，采用均勻石英砂濾料，濾層厚度比普通塊濾池厚，截污量也比普通塊濾池大。而且V型石英砂濾池過(guò)濾能力的再生，采用了先進(jìn)的氣、水反沖洗兼表面掃洗技術(shù)，可以節(jié)水、節(jié)能，還能提高水質(zhì)，增大濾層的截污能力，延長(zhǎng)工作周期，提高產(chǎn)水量。在20世紀(jì)70年代已在歐洲大陸廣泛使用，20世紀(jì)80年中期進(jìn)入我國(guó)，首先在澳門青州水廠運(yùn)用，后期，在南京、西安、重慶等地開(kāi)始引進(jìn)使用。   V型濾池結(jié)構(gòu)與機(jī)理：   V型濾池(見(jiàn)V型濾池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1)因兩側(cè)進(jìn)水槽4設(shè)計(jì)成V字型而得名。一組V型濾池通常由數(shù)只濾池組成。每只濾池中間為雙層中央渠道，將濾池分成左、右兩格。渠道上層6是排水渠供沖洗排污用；下層7是氣、水分配渠，過(guò)濾時(shí)匯集濾后清水，沖洗時(shí)分配氣和水。渠上部設(shè)有一排配氣小孔9，下部設(shè)有一排配水方孔8。V型槽底設(shè)有一排小孔5，既可作過(guò)濾時(shí)進(jìn)水用，沖洗又可供橫向掃洗布水用，這是V型槽底設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。濾板上均勻布置長(zhǎng)柄濾頭，每平方米布置50-60個(gè)。濾板下部是空間10。       1.進(jìn)水氣動(dòng)隔膜閥；2.堰口；3.側(cè)孔；4.V型槽；5.小孔；6.排水渠；7.汽水分配渠；8.配誰(shuí)方孔；9.配氣小孔；10.底部空間；11.水封井；12.出水堰；13.清水渠；14.進(jìn)氣閥；15.排水閥   圖1V型濾池構(gòu)造       V型濾池反沖洗的排水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，施工方便，省去了為排水均勻而設(shè)的眾多集水槽；濾層厚，采用等粒徑粗顆粒濾料，截污能力強(qiáng)，截污量大，過(guò)濾周期長(zhǎng)；采用氣水反沖洗，反沖洗效果好，節(jié)水；表面橫向掃洗，及時(shí)排除使表面懸浮雜質(zhì)；自動(dòng)化程度高，控制系統(tǒng)成熟。   V型濾池兼?zhèn)淞藘?yōu)質(zhì)過(guò)濾和有效沖洗的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)當(dāng)今國(guó)際給水過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，被認(rèn)為是值得推廣的過(guò)濾工藝。1.5多層濾料濾池   多層濾池除濾速有高速過(guò)濾特點(diǎn)外，其他部分與常規(guī)濾池設(shè)計(jì)基本相同。   雙層濾料濾池主要是煤砂雙層濾料濾池，在國(guó)外尤其是美、日等國(guó)仍然作為主要過(guò)濾設(shè)施采用，國(guó)內(nèi)也在大量使用，當(dāng)前還是應(yīng)予優(yōu)先考慮的一種濾池。它濾出水量多，在一般原水情況下濾出水能達(dá)到要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，造價(jià)低、濾料易于制備(煤濾料吸附性更強(qiáng))，便利操作和維護(hù)，至于輕質(zhì)濾料丟失問(wèn)題，用水沖洗或是氣水分隔沖洗，只要管理得當(dāng)，設(shè)計(jì)合理，不會(huì)發(fā)生丟失情況。雙層濾料濾池效率基本是砂濾池效率的一倍，水頭損失也小，過(guò)濾周期也比較小。另外該濾池煤濾料貨源易得，控制方便。   雙層濾料濾池國(guó)外無(wú)煙煤層厚，石英砂層薄，正好與我國(guó)相反，有待我國(guó)進(jìn)一步探討，進(jìn)行優(yōu)化。   三層濾料濾池濾料為煤、砂、石榴石，濾速在初濾時(shí)可為一般快濾池的3倍，煤砂雙層濾池的2倍。但隨后濾速降低，此種濾池過(guò)濾周期較短。根據(jù)有關(guān)資料稱，其總濾出水量不及雙層濾池，且濾層有阻塞現(xiàn)象，石榴石價(jià)格高，也有流失情況。       2纖維濾料濾池       20世紀(jì)90年代中期，東北電力學(xué)院在總結(jié)多年來(lái)過(guò)濾經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研制成功纖維束狀濾料。纖維束濾料近于平行水流方向置于過(guò)濾設(shè)備中被壓緊，形成上疏下密類似于理想過(guò)濾的孔隙分布，而反沖洗時(shí)，可使床層處于松散狀態(tài)。床層孔隙可以通過(guò)水力自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到理想的過(guò)濾效果。而且氣、水用量少，清洗時(shí)間短。   東北電力學(xué)院對(duì)纖維束濾料過(guò)濾進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)踐表明，纖維束濾料可用于反滲透法脫鹽等對(duì)水質(zhì)要求較嚴(yán)格的預(yù)處理。在原水濁度為3.8~4.6NTU，濾速30~40m/h，出水濁度1NTU，淤塞指數(shù)SDI(15min)2，完全可滿足反滲透膜分離過(guò)程對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，且水層阻力小，截污容量大。   2.1束狀纖維濾池   束狀纖維濾池是一種全新的重力式濾池，它采用了一種新型的纖維束軟填料作為濾元，其濾料直徑可達(dá)幾十微米甚至幾微米，具有比表面積大，過(guò)濾阻力小等優(yōu)點(diǎn)，解決了粒狀濾料的過(guò)濾精度受濾料粒徑的限制等問(wèn)題。微小的濾料直徑，極大地增加了濾料的比表面積和表面自由能，增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機(jī)會(huì)和濾料的吸附能力，從而提高了過(guò)濾效率和截污容量。   濾池為充分發(fā)揮纖維濾料的特長(zhǎng)，在濾池內(nèi)設(shè)有纖維密度調(diào)節(jié)裝置。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，通過(guò)纖維密度調(diào)節(jié)裝置向?yàn)V層加壓，使濾層孔隙度沿水流動(dòng)方向逐漸縮小，密度逐漸增大，相應(yīng)濾層孔隙直徑逐漸減小實(shí)現(xiàn)了理想的深層過(guò)濾。當(dāng)濾層被污染需清洗再生時(shí)，纖維密度調(diào)節(jié)裝置將濾層放松，使濾料恢復(fù)自由狀態(tài)，即可用水方便地進(jìn)行清洗。對(duì)濾料的清洗采用氣--水混合擦洗的工藝，可有效地恢復(fù)濾元的過(guò)濾性能。   過(guò)濾精度高：水中懸浮物的去除率可接近100%，對(duì)細(xì)菌、病毒、大分子有膠體、鐵等雜質(zhì)有明顯地去除作用；過(guò)濾速度快：一般為20-25m/h，最高可達(dá)30m/h；截污容量大：一般為10～15kg/m3，是傳統(tǒng)過(guò)濾池的2倍以上；不需要更換濾元：濾元被污染后可方便地進(jìn)行清洗，恢復(fù)過(guò)濾性能。   2.2D型濾池   九十年代末，李振瑜等研制成功彗星式纖維過(guò)濾材料，并申請(qǐng)了專利，并將這種過(guò)濾材料命名為“彗星式纖維過(guò)濾材料”。   彗星式纖維過(guò)濾材料構(gòu)成的過(guò)濾層其孔隙率沿濾層高度呈梯度分布，下部過(guò)濾材料壓實(shí)程度高，孔隙率相對(duì)較小，易于保證過(guò)濾精度，整個(gè)濾床孔隙率由下至上逐漸增大，濾層孔隙率的分布特性有助于實(shí)現(xiàn)高速和高精度過(guò)濾。   D型濾池在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上借鑒了法國(guó)的得利滿公司V型石英砂濾池的結(jié)構(gòu)，濾料采用了清華大學(xué)研制的“彗星式纖維過(guò)濾材料”，D型濾池的控制   可采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，可根據(jù)用戶需要制定，靈活、先進(jìn)；特有的攔截技術(shù)，可保證濾料在反沖洗時(shí)不會(huì)流失；反沖洗耗水率低(約1%～2%)，運(yùn)行費(fèi)用?。痪哂袖摪搴突炷羶煞N結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)用戶和實(shí)際需要選擇，最大程度地節(jié)約投資費(fèi)用；抗沖擊性能強(qiáng)。       3結(jié)束語(yǔ)       國(guó)內(nèi)外尤其是國(guó)內(nèi)絕大部分水廠應(yīng)用的還是重力式濾池，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在多用雙層濾池及均質(zhì)濾料濾池，它們?cè)诮?jīng)濟(jì)、技術(shù)上更適合當(dāng)前我國(guó)國(guó)情。而纖維濾料濾池、臭氧化-生物活性炭濾池等新型的過(guò)濾技術(shù)發(fā)展還不夠成熟和完善，現(xiàn)在應(yīng)用的較少?？傊亓κ綖V池現(xiàn)階段在我國(guó)給水行業(yè)中起著重要的作用，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)供水的保證。       參考文獻(xiàn)   [1]陸柱，蔡蘭坤，叢梅.給水與用水技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，(8).   [2]許保玖.給水處理理論[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.   [3]上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.