序批反冲洗滤池的特点和应用前景

郑国兴　 雷 挺　 许嘉炯
(上海市政工程设计研究院，上海 200092)

　　摘要 序批反冲洗滤池是一种适合多种滤料、滤料低流失率、反冲洗净度高、周期长、容污能力强、反冲洗水耗低、水头损失小、布水布气均匀的优秀滤池池型，特别是其排水系统和出水／反冲洗系统具有一定的特色。该文通过对滤池的组成、工作原理和特点的介绍和分析，探讨其在今后生产中的应用前景。
　　关键词 序批反冲洗滤池　 舌阀　 双层滤料滤池

The Feature and Prospects of Sequential Back—washing Filter
Zheng Guoxing　 Lei Ting　 Xu Jiajiong
(Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute Shanghai 200092，China)

　　Abstract Sequential back-washing filter is an advancced-style filter with loW head loss，high-rate backwashing，long cycle duration and symmetrical distributed backwashing system，especially it‘s drainage and outlet／backwashing system．This paper described it‘s sconstitution，principle and performance，discussed it‘s application foreground.
　　Keywords sequential back-washing filter　 tongue-valve　 dual media filter

　　序批气水反冲洗滤池，又称翻板滤池，由瑞士苏尔寿(Sulzer)公司技术工程部(现称瑞士CTE公司)开发成功，具有冲洗净度高、布水布气均匀等多种优点，尤其是其排水系统和布配气、水系统具有一定特色，值得借鉴。目前国内昆明第七水厂已建成，属于国内领先池型，应用前景广阔。
　　目前世界上已有数百家水厂采用此池型，主要分布在欧洲各国。我国昆明由苏尔寿公司提供的布气水系统和排水闸板阀，建立了一座3.Om²模型滤池，效果很好，在此基础上，昆明七水厂(规模70万m³／d)已建成此池型，上海市政工程设计研究院在上海杨树浦水厂建立了一座4.Om²的模型池，效果也非常好。

1 序批气水反冲洗滤池的组成

　　序批气水反冲洗滤池的池体外形与普通的气水反冲洗滤池类似，可分为池体部分、进水系统、出水／反冲系统和排水系统，池体布置见图1、图2和图3。上述系统中，进水系统与普通的气水反冲洗滤池基本相同，其余均有一定区别。

1.1 池体部分
1.1.1 平面　 序批气水反冲洗滤池无普通气水反冲洗滤池常设的中央排水集水槽，池体的有效面积更大。由于单格滤池的排水均排向管廊方向，考虑排水的距离，单格池体长度不宜太长。
1.1.2 池深　 由于序批气水反冲洗滤池具有特殊的排水系统，可满足双层滤料的大水量冲洗要求，且滤料层和承托层的厚度远大于普通气水反冲洗滤池。因此其池深较普通气水反冲洗滤池深。
1.2 出水／反冲系统
　　与普通气水反冲洗滤池采用长柄滤头布水布气系统不同，序批气水反冲洗滤池PE材质的条形布水布气系统，在滤池底板上下形成双气垫层，不仅使布水布气更均匀，且更易于施工。
1.3 排水系统
　　序批气水反冲滤池之所以称为“翻板”滤池，主要是因为该型滤池的反冲洗排水舌阀(板)工作过程中是从0°～90°范围内来回翻转而得名，见图4。

2 序批气水反冲洗滤池的工作原理

　　该滤池的工作原理与普通气水反冲滤池相似：上一级净水构筑物的出水通过进水管(渠)经溢流堰均匀流人滤池，水以重力渗透穿过滤料层和承托层，并以恒水头过滤后汇人集水室。滤池反冲洗时，先关进水阀，然后按气冲、气水冲、水冲三个阶段开关相应的阀(闸)门，一般重复两次后关闭排水舌阀(板)，开进水阀，恢复到正常过滤工况。其工作原理同其他气水反冲洗相似，但水冲强度分为大小两种。

3 序批气水反冲洗滤池的主要特点

　　序批反冲洗滤池经不断改进完善，在反冲洗系统、排水系统与滤料选择方面有新的技术性突破，从而使该型滤池具有出水水质好、反冲洗效果好而耗水量少、运行周期长、运行费用低以及施工简单、工期短等优点。主要体现在：
　　1)滤料、滤层可多样化选择
　　根据滤池进水水质与对出水水质要求的不同，可选择单层均质滤料或双层、多层滤料，亦可更改滤层的滤料。一般单层均质滤料是采用砂(或微孔轻陶瓷)；双层滤料为微孔轻陶瓷与砂或无烟煤与砂。当滤池进水水质差(如原水受到微污染，含TOC较高时)。可用颗粒活性炭置换无烟煤等。
　　2)滤料流失率比其它滤池低
　　序批反冲洗滤池下有级配的砾石承托层，滤料一般不会从滤池底部流失。反冲洗时反冲洗水的强度高(15～16L／m²·s)、滤料的膨胀率40％左右，若对一般滤池比重较轻的颗粒活性炭、陶粒等滤料易于从排水槽流失。但对于序批反冲洗滤池由于它具有：(a)排水阀(板)的内侧底高于滤料层0.15～0.20m；(b)排水阀(板)是在反冲洗结束，滤料沉降20s后再逐步开启，从而保证轻质滤料不会通过排水舌阀(板)流失。反冲泥水一般在60～80s内排完。此时，滤池中的微细污泥颗粒仍呈悬浮状态，不会发生沉淀截留在滤料表面。
　　3)滤料反冲洗净度高、周期长与容污能力强
　　根据水流剪切与水的粘滞系数及速度梯度成正比，即水冲段，其强度达15～16L／m²·s，使滤料膨胀成浮动状态。从而冲刷和带走前两阶段(气冲段、气水冲段)洗擦下来的截留污物和附在滤料上的小气泡。一般经两次反冲洗过程，滤料中截污物遗留量少于0.1kg／m³。这样，使序批反冲洗滤池的运行周期延长一运行周期达40～70h(相应水头损失2.0m水柱左右)。
　　当2m容污水头时，滤料的容污能力达2.5kg／m³。
　　因此，序批反冲洗滤池出水水质比一般低水头反冲滤池出水水质好。根据昆明市自来水总公司第五水厂的序批反冲洗滤池(模型)试验结果表明，同样进水水质下，序批反冲洗滤池出水水质显著提高。
　　当滤池进水的浊度<5NTU时，此类双层滤料滤池的出水水质可达0.2NTU(95％)、<0.5NTU(100％)。
　　4)反冲洗水耗低、水头损失小
　　序批反冲洗滤池的水冲强度(15～16L／m²·s)、滤料膨胀率(可高达40％)与普通快滤池相近，但它的水冲时间短(约2min)，运行周期长(进水浊度5NTU时，周期40～70h)，故反冲洗水耗量少，一般约为3～4.5m³／m²，相应的反冲泵耗电量也较小。据运行表明：滤层厚1.5m，滤速为9m／h时，滤料层产生的初始损失约为0.35～0.40m。
　　该滤池采用气水反冲方式，布水布气采用新型的二次配水配气穿孔管，材料造价低，安装施工方便，具体冲洗强度和过程为：先单气反洗冲，强度60m³／h·m²，冲洗历时3min，然后气水同时冲洗，气冲强度60m³／h·m²，水冲洗强度为15m³／h·m²，冲洗历时2min，随后分别以强度为15m³／h·m²和60m³／h·m²单水各冲lmin，冲洗后延时20s，打开排水阀门，然后再重复一次单水冲的步骤，最后关排水阀门，让滤池水位回升到一定高度，逐渐恢复进水。
　　5)双层气垫层，保证布水、布气均匀
　　序批反冲洗滤池在底板上、下形成2个均匀的气垫层，从而保证布水、布气均匀。
　　6)气水反冲系统结构简单、施工进度快
　　序批反冲洗滤池的反冲洗系统具有综合普通快滤池与V型滤池的设计特点，但对滤池底板施工要求的平整度不是很严格，安装布气布水管部分的滤池池底，对水平误差要求约10mm，非常易于施工。
　　此外，对于江浙一带原水水质较差的众多水厂的设计中，选择该池型的原因不仅仅考虑了它本身的优点，还基于以下几方面：(A)采用微孔轻陶瓷和砂双层滤料，减轻后续工艺负担，考虑到微孔轻陶瓷具有较强的去色除臭和吸附能力，可以减少后续O₃的投加量和延长活性炭滤池的使用寿命，其价格仅为活性炭的1／2。在出水水质相同情况下，可以提高滤层含污率，延长使用周期，从而降低运行成本；(B)可以灵活搭配，适应各种工况运行。比如：当水源污染逐年减轻时，可将微孔轻陶瓷更换为活性炭，直接出水即可；如果水源水质污染进一步加剧，设计工艺无法再维持出水水质，则可将微孔轻陶瓷也改成活性炭，构成二级活性炭处理工艺，进一步提高有机物去除率，确保出水水质。
　　上海市政工程设计研究院与上海市自来水市北公司合作，在杨树浦水厂采用了该系统，建立起一座4.0m²的模型池，并针对双层滤料滤池、均质滤料滤池和普通级配滤料滤池进行了运行比较，在滤池水头损失递增速度，过滤去浊效果，冲洗耗水率等三方面作了多次试验比较，结果如下：
　　(A)水头损失递增速度 双层滤料滤池水头损失递增速度慢，普通快滤池最快，均质滤料滤池介于二者之间，三种滤层水头递增的粗略关系约为1：2：4。
　　(B)滤后水浊度去除效果 三种滤层出水浊度，没有明显差别，说明在正常过滤情况下，除浊效果相当。
　　(C)反冲洗耗水率 序批式反冲洗双层滤料滤池反冲洗耗水率约为3.3m³／m²·次，均质滤料滤池约为3.63m³／m²·次，普通滤池约5.4m³／m²·次。
　　该滤池的缺点是自控系统和均质滤料气水反冲洗滤池一样都比较复杂。此外，序批反冲洗滤池的排水舌阀结构复杂，而且价格高，并涉及科技专利等条件，从而使滤池整体造价超过了均质滤料气水反冲洗滤池。
　　上海市政工程设计研究院在瑞士苏尔寿公司的基础上结合国内实际情况进行开发，拟采用国内自主开发的布气水系统和阀门(其中与上海冠龙阀门机械有限公司联合开发的排水舌阀已进入试验阶段)，从而降低滤池造价，使其总体价格基本与V型滤池相当。
　　经改进后，序批冲洗双层滤料滤池价格与均质滤料气水反冲洗滤池相当，甚至略低，在出水水质相同的情况下，运行周期更长，冲洗水量更少，运行成本也更低，因此是较好的一种选择。

4 序批气水反冲洗滤池的应用前景

　　基于序批反冲洗滤池的上述特点，可以预见其广阔的应用前景，主要场合有：1)新建水厂的常规处理工艺中采用，即替代普通气水反冲洗滤池；2)新建水厂的深度处理工艺中采用，即替代普通气水反冲洗活性炭滤池；3)老水厂改造项目中使用，如：可将虹吸滤池等改造成序批气水反冲洗滤池。
　　当年我国从国外引进均质滤料气水反冲洗滤池后，在不到十年的时间内迅速在国内普及，有力地推动了我国供水水质的提高。相信在不久的将来，序批气水反冲洗滤池亦能在我国的给水领域内拥有一片广阔的天空，成为主流池型之一。

参考文献：

1 聂梅生等．水工业工程设计手册-水资源及给水处理[M].中国建筑工业出版社2001．12．
2 吴济华，马刚．翻板滤池[J]《给水排水》1999．25(12)．
3 翻板滤池介绍资料 瑞士CTE公司1999．01．
4 雷 挺，许嘉炯等．嘉兴石臼漾水厂扩容工程初步设计2004．02.

收稿日期：2004-7-26

第一作者简介：郑国兴，男，1961年出生，高级工程师，上海市政工程设计研究院。电话：021-65985848，65986502 E-mail:[email protected].