高速滤池设计与运行参数的最佳选择

天津市自来水集团有限公司科技情报站
李福才

　　给水专家Susumu Kawamura 45年来对净水处理深有研究，尤其是对过滤技术更有独特的见解，在国际杂志上经常有专著发表。最近该专家在日本水道技术中心[高效率净水技术开发研究(ACT21)]1998年11月第1次技术研究会上，针对该中心研究的一个子题，发表了有关高速滤池在设计与运行上的论述，堪予注目，兹予以简要介绍。
　　过滤在净水技术上是防御病原性孢囊(cyst)和O——卵囊(oo—cyst)的最后一道壁垒。因此对于滤池设计和运行的最佳化，近来越来越发的重要。本文不偏重技术理论，而着重于将作者多年来的积累知识和现场实践经验所提出的论述，予以介绍。

一、滤池种类

　　1、滤池种类根据下列6个方面的情况选定：
　　(1)地域特性，(2)法则制约，(3)财务性质，(4)原水水质，(5)处理设备规模，(6)水厂地形。
　　2、滤池数目和尺寸
　　滤池数目根据经验规定如下：
　　N＝1.2Q0.5(N＝池数Q＝处理水量((Mgd))
　　若以m³／d表示：N＝0.02Q0.5(N＝池数Q＝处理水量m³／d)。
　　滤池规模一般为10000m³／d规模时，采用2池。滤池尺寸一般每1滤池为100m²以下。
　　3、滤池种类和尺寸、滤层高度表中示出滤池构成。表内所示为高速滤池，滤速都在10m／h以上。

高速滤池的种类和其构成

表1 滤池形式 滤层总高度 滤料种类和其有效直径（de）、均匀系数（UC） 双层 0.75m 煤滤料=0.5m,de=1.0mm,UC=1.4 砂滤料=0.25m,de=0.55mm,UC=1.4 三层 0.83m 煤砂料=0.45m,de=1.0m,UC=1.5 砂滤料=0.3m,de=0.5mm,UC=1.5 石榴石=0.075m,de=0.3mm,UC=1.5 粗滤（单层） 1.8m 煤滤料=1.8m,de=1.4mm,UC=1.4 粗滤（双层） 1.8m 煤滤料=1.5m,de=1.4mm,UC=1.4 砂滤料=0.3m,de=0.73mm,UC=1.4

　　4、滤速及其控制
　　为了快速过滤，滤前凝聚必须合理、絮体良好，以得到优质的过滤水。过滤处理性能主要根据以下三个因素决定：
　　(1)滤料选定；
　　(2)过滤速度；
　　(3)采用有效的助滤剂——高分子凝聚剂。
　　使用无机凝聚剂、阳离子聚合剂、阴离子聚合剂或非离子聚合剂，进行良好的凝聚和沉淀处理，滤速能达到15—20m／h，能够使滤后水浊度降到0.1NTU以下，或者使2—10μm微颗粒数达到30个／ml以下。
　　5、冲洗方式
　　为了保持滤层处理达清洁状态。必须增加辅助冲洗(表层冲洗和空气冲洗)和适当的增加反冲洗水速度。一般双层滤料滤池场合，反冲洗膨胀率为25—35％。滤料de＝1.3mm以上，滤层高1.2m以上的粗滤料浓滤层滤池，必须有辅助反冲的空气冲洗。
　　但是，采用空气冲洗的暗渠喷咀(under—dran nozzle)，且还在加添聚合剂的场合，不能防止制泥球在滤层中存在，必须增加表面冲洗予以解决。
　　采用两种滤料的场合，于反冲洗时，每种滤料流动都要在同样程度状况(同等膨胀率)，因此必须慎重选择滤料。
　　两种滤池冲洗最合理的粒径比应为
　　d¹／d²＝[(ρ_1－ρ)／(ρ₁—ρ)]^0.667
　　式中　d₁＝滤料1粒径
　　　　　d₂＝滤料2粒径
　　　　　ρ＝滤料1比重
　　　　　ρ₂＝滤料2比重
　　　　　ρ＝冲洗水比重。
　　6、反冲洗水的最佳膨胀率
　　采用高速过滤，结合表面冲洗，其冲洗时的最佳膨胀率以下式表示：
　　最佳膨胀率＝(0.6-f)／0.4
　　式中 f＝滤料空隙率。通常煤滤料为0.5、砂滤料为0.45。
　　从而，最佳膨胀率煤滤料为25％、砂滤料为37.5％。
　　7、其他
　　根据现行的地表水冲洗规则和强化凝聚规则，目标要求为净化水浊度在0.1NTU以下。为达到此项目标，L／de(滤层厚度mm／滤料有效直径mm)必须在1000以上，不然过滤效果不好。图示为模型滤池实验结果的一例。图中滤速为18m／L、L／de＝615—1000时，过滤初期浊度和其后过滤水浊度的变化情况。

　　但是，L／de太大也有不足，L／de加大，滤层厚度就须加深，初期水头损失大，并且冲洗水量也要增多。因此，L／de最佳状况是，在滤过水浊度达到0.1NTU时，L／de比例应当最小，(认为L／de尚应保持在大于1000的范围以内)。

　　二、结语

　　由于有着隐验于虫等问题，要求必须对处理水中微颗粒控制。因此在净水处理上，滤池负担任务越来超重要。伴随着这种情况，就必须加强滤池设计，而更重要的是要根据模型实验所得结果的实际数据进行设计。