天津自来水公司
杨福才 提要：本文介绍了一种多用途哈伯瑞尔滤池，讨论了其组成、构造、滤料、生产情况等。这种滤池是一种可处理微量元素和有机污染物原水的多用途滤池。
关键词：滤池 微量元素 有机污染 构造 试验 生产运行 1 概述 最近国外出现了一种新型高效的多种用途的上向流滤池。这种滤池有三种不同用途，即(1)新颖的上向流过滤作用的用途(Upflow filter)、(2)重过滤絮凝作用的用途(Refieloc Process)、(3)粉末活性炭(PAC)填入滤床吸附作用的用途(Pacefilt Precess)。这种滤池首先为德国给水工作者哈伯瑞尔(Klaus Haberer)提出和使用，为了有别于一般滤池，故称为哈伯瑞尔滤池（下文简称哈氏滤池）。
哈氏滤池能将必须用大量药剂及特殊处理才能够除掉的水中有机污染物和微量元素（包括铁、锰）及藻类等物质去除；占地空间很小；药剂得到充分的发挥作用并节约大量药剂，能耗减低；其处理构筑物一般只有两个园筒，一个是哈氏滤池，接续一个双层滤池，并且在水质不太恶劣时，可只用哈氏滤池就够；不需要反应絮凝设备，并能间断使用，是一个运转简易的可靠构筑物；在不同情况下，还可以根据需要，用一种、两种或综合一起使用；哈氏滤池经过模型滤池试验所得结果，一般可直接在生产滤池上应用。 2 哈氏滤池构成 哈氏滤池的三种不同用途的设施，根据各自情况，可以单独使用，也可以合并一起使用，但必须有第一种过滤作用的设施。即可采用(1)、(1)+(2)、(1)+(3)和(1)+(2)+(3)设施。
2.1 采用(1)作用型式的上向过滤设施。
这种过滤设施为向上过滤、向下冲洗的上向流滤池，滤料采用比水比重轻而没有毒性的坚实的聚苯乙烯滤珠，这种滤珠可按要求制成均粒的最佳粒径，它的好处是将压实了的滤床变为液化滤床，而不需要多耗能量。滤床上面设筛网，防止滤料流失。冲洗用滤床顶端上的喷咀板(nozzle plate)。由于向下冲洗去除滤料上杂物速度大，而不需要冲洗水泵或气冲，冲洗时间只需5min以下（一般滤池冲洗时间要8min）。最引人注目的是在该滤池入口处的滤床底部设有进口空间，其容积一般为滤床容积的30%，使重的絮凝体沉落在此处，减低了滤率过滤负担，并节省了冲洗用水，由于滤料轻，比重25～100g/l，冲洗时可不设筛网，滤床下部也没有支撑设施。该池滤床深度一般为1.0～1.5m，过滤速度10m/h，冲洗强度70-100m/h，滤珠粒径1-2mm。
2.2 采用(1)+(2)作用型式的重过滤絮凝的过滤设施
具有这种工艺设施的上向流滤池主要使离开滤床的一部分滤出水回到滤池重新过滤，使没有活力的一部分悬浮絮体，回到原水中重复循环接触过滤。重复循环比例一般为1.5-3，具有这种设施的滤池使用很成功，甚至必须用大量药剂才能去除的浊度、藻类和有机物高度污染的水，也可用少量药剂去除。一般为达到洁净水的要求，还在此滤池后面，增加双层滤池处理。当然一般污染少的水也可不要双层滤池设施。此池应用时配以上向流滤池设施。该池滤料粒径1.3-2.5mm、滤床高度1.5-2.0m、滤速6-16m/h。
2.3 采用(1)+(3)作用型式粉末活性炭(PAC)装入滤床的过滤设施
这种滤池过滤方式是在上向流滤池滤床内装上PAC，以加强吸附杂物的作用。它是用再过滤水泵以高速度再循环的水，将PAC散于整个滤床上，接着在短期循环的阶段，使PAC附着于聚苯乙烯滤珠的表面上。这个阶段叫做调整状态，也是PAC的一个极为有效的只附作用阶段。所用PAC颗粒极小，仅为普通GAC颗粒的2%，约20um。PAC作用趋于饱和阶段时就从滤珠脱离被带来，而新投入的新鲜的PAC则不会带走，这也是此种滤池的一大优点。滤池基本参数为：滤珠粒径1.0-2.0mm，滤床深度1.0m滤速5-20m/h，没有重过滤设施。
此种过滤方式比GAC过滤的优点是，它能以完全去除吸附性物质包括吸附不良及游离性物质；它能避免在进水口中因杂物浓度降低或改变有机污染物成分的脱吸作用；它可与重过滤工艺在一起同时运行，它能间断运转；它比GAC过滤更有效或更经济；它的试验结果可直接在生产滤池使用。
2.4 采用(1)+(2)+(3)作用型式的哈式过滤设施
哈氏滤池是将三种工艺设施综合到一个过滤构筑物内运转，使处理污染水达到最佳情况，这是哈伯瑞尔研究所得的关键所在。其优点已在概述中提出。在此滤池中，PAC吸附能力不会受到滤池内存在的絮体影响。然而也有一个问题是滤池中存在絮体会缩短过滤周期，这时PAC仍有吸附能力，在此情况下就应该让PAC投入的量少一些。添加助滤剂可延长过滤周期。具有8h的过滤周期，对PAC吸附和杂物分离很实用。该池基本数据为，滤珠径1.0-2.0mm，滤床深度1.0-1.5m，滤速6.8m/h。 3 哈氏滤池的应用 可根据不同用途采用。为了简化起见，现按照滤池构造、滤料等类别，综合分述如下。
3.1 滤池构造
一般都用园简式滤池。滤池顶端的喷咀板应设计成保证能承受滤料的浮力和冲洗时有较小的水头损失，喷咀板要有孔眼。反冲洗水要均匀分布，冲洗速度在70-100m/h之间。滤池高度至少为滤床深度的1.5倍。滤池进口空间要有足够使絮体形成的水流停留时间，空间进口要设孔眼。絮凝剂借助静力混合或水射器喷射使混合良好均匀。滤池下部做成锥形体，使冲洗时杂物容易除掉。由于滤珠有漂浮力，滤床下部不需设筛网。
3.2 滤料
聚苯乙烯滤珠比重为25-100g/l。滤珠的比重和等级决定滤珠漂浮程度。滤珠粒径1-2mm、使用时堆比重40-50g/l。滤珠为一稳定、密封细纤维的构造，吸水作用极低。
用于填充PAC于上向流过滤的(1)+(3)pacefilt工艺的滤料粒径在0.8-2.0mm之间，在(1)+(2)的Refifloc工艺中，当大量悬浮颗粒再循环流动时，粒径为1.5-2.5mm之间，小颗粒滤料在滤料底层，所以底层作用范围的颗粒组成，决定着过滤效果和需要的滤床深度。
3.3 运转
滤池过滤效率根据滤池构造、过滤速度和重过滤比例而定。如果去除效率不够好，就可以用重过滤方法改进。
絮凝程序如不是优选的，使重过滤比例在2-3之间，就可以帮助减少出水的浊度，还可以减少有机物质。重过滤比例上限为水流速度决定，超过此限度，就会发生剪力，破坏絮体，造成滤池穿透。
在一些情况下，使用适当的助凝剂可以很好的改善絮体分离能力，提高过滤水质且延长过滤时间。滤池滤程是依据许多参数如滤珠颗粒直径、原水水质、混凝剂和絮体状况而定，滤池过滤不要超过负荷，否则反冲洗比正常情况频繁。
3.4 粉末活性炭
颗粒分布、比重和沉淀性质、湿润度、吸附聚苯乙烯作用（表面性质）和吸附能力等这些PAC性质，对装入PAC滤池特别重要。
粉末活性炭类型不同，深入滤床的深浅也不同，细小的PAC进入滤床深，最适于应用。PAC也有不适宜应用的，这是因为这些PAC吸附性能差或是直冲洗不掉的困难。
滤池滤期长短主要由炭的吸附性能决定，要紧的是用洁净的水进行试验，决定选用炭的特性和优选的过滤速度。这种试验以小型的pacefilt设施，用较短的时间即运转到几小时，最多两天，得到有机微污染物的穿透曲线。试验得出PAC滤池的吸附能力、不同滤速的穿透状态及除掉失效PAC的冲洗水强度等特性后，可将结果用于生产滤池。
3.5 调整
调整的意向是要向滤池装入尽可能多的PAC数量，并为了补偿那些失效的PAC，使装入的PAC到滤池过滤达到极端水头损失时，还能起到有效的吸附作用。由于大多数PAC在滤床底部最先部分吸附，故滤床深度选择1.0m，足够使用。
为了保证吸附能力达到最大利用的作用，装入滤池的PAC在滤珠为1-2mm时，比重范围在2.5-4.0g/l之间。足够大的数量PAC对缓慢吸附腐殖酸最为重要。
在减少水头损失上，应使过滤速度尽可能的低。对于完全装入滤床的PAC，必然会明显的增加沉降速度无论如何再加大过滤速度是不能增加滤床深处的PAC分布或滤池吸附能力的，但延长了调整时间。
第一阶段或快速的最佳调整速度为30-35m/h，可有95-99%的PAC装入滤床，随后的慢速调整后，剩余的PAC也都装入滤床。然后进入运行。
3.6 (1)+(2)Pacefilt工艺的特有情况
(1)+(2)工艺处理效率很大程度上是根据PAC附着的滤珠粒径大小而定。特别是根据PAC吸附溶解有机物质缓慢的情况而定。为了得到PAC吸附能力的全部发挥，滤青少年应尽可能的小。最小粒径取决于调整时期所引起的水头损失而定。特别重要的是滤珠不应有过小尺寸(<0.8mm)，否则堵塞滤池的危险率极高。
滤池吸附床是由滤池中滤珠散布形成的，应尽量使PAC装入直径为0.8-1.8mm(de=1.37)的滤珠滤床内，可有60%的PAC都在滤床底部向上的第一个20cm滤支内，滤床顶部大颗粒滤珠层仅含有相当小的一部分PAC。
3.7 过滤速度
运行时期，过滤速度需要调整到对于除掉杂物的PAC吸附能力要有很好的利用，这就必须做水处理流程试验，原因是吸附性物质和活性炭类型变化很大。试验也用1.0m滤床进行。对快速和易于吸附的化合物，滤速能够增加到限定的最大速度，到达此速度(20m/h)，PAC颗粒开始离开滤池。
决定最佳滤速，需要把装入滤池的PAC的炭量，特别是对有着吸附作用的PAC影响考虑上。
滤池反冲应当尽可能完全冲走失效的PAC，约有5个滤床体积的冲洗水就能冲走吸附达饱和的PAC。冲洗水头在80-100m之间，冲洗时间3-5min，膨胀率25-30%，调整时间60min。 4 哈伯瑞尔生产滤池和模型滤池 4.1 生产滤池
德国威斯巴登市使用哈伯瑞尔滤池，以处理人工回灌地下水。德国Aachen地区也用以处理水库水，两个地方运行的都很好。现着重的将威斯巴登建设的水厂予以介绍。
威斯巴登地区水厂建于1979年，日产水规模36000m3，处理工艺为哈伯瑞尔滤池（(1)+(2)+(3)工艺），目的为除铁、锰、氨及有机污染物。滤池数目6个，每个滤池直径6m滤料为聚苯乙烯珠，滤珠粒径1.0-2.0mm，滤床深度1.6-1.0m，滤速10m/h，重过滤比例最大1.6。没有滤前处理设备。现仍在使用，效果很好。
该池使用就PAC作用来说，就比GAC有着以下优点。
(1)由于PAC的约两倍吸附功能，PAC一聚苯乙烯珠滤池体积比GAC的可小一半。
(2)由于PAC失效排出，其储量仅为GAC储量的1/10，并且还不需要再生设备。
(3)PAC能够快速和多次替换，GAC不可能做到。另外不同类型的PAC可混在一处使用。
(4)失效的PAC可不长期滞留在滤池内，经受脱吸作用，像GAC滤池有时发生的那样。
(5)PAC根据意愿使用，GAC滤池在运行当中不打算用GAC时，不容易把GAC从滤池中拿掉不用。
4.2 模型滤池
世界各地为了使用这种多用途哈伯瑞尔滤池，有许多地方做了模型滤池试验，以期得到建设新厂的主要技术参数。其中美国对此种滤池甚感兴趣，他们在几处从事了模型滤池试验。以设在希里夫港(shreveport.La)地方的模型滤池为例。
该模型滤池于1985年建立，提取Cross湖水，湖水天然有机物含量很高，采取了(1)+(2)+(3)的哈伯瑞尔过滤工艺处理，并加煤砂双层滤池过滤。哈池滤柱及双层滤池滤柱都为10.2cm直径，哈池滤柱内装1.22m高、1-2mm粒径的聚苯乙烯滤珠。（双层滤池滤柱内装高30cm、d10=0.55mm砂粒及高61cm、d10=1.0mm无烟煤粒，下铺石子垫层。模型滤柱过水量0.22l/s，两个滤柱滤速都为10m/h，哈池滤柱空柱接触时间7.5min）。哈池使用药剂为硫酸铝，剂量45-54mg/l，还有聚合物助滤剂，分别投加于哈池滤柱前，没有在双层滤池滤柱前投加过助滤剂。进水流进哈池滤柱底部空间有3.8min的停留时间，向哈池投入的PAC为25g，计算为每L滤料内有2.5gPAC，PAC加到混合罐中成淤浆，被提升到哈池滤柱，以后再循环回到PAC罐中。在哈池滤柱试验中，PAC淤集以50-70m/h速度流动约5min，再以10-20m/h速度流动约另一个5min，于PAC附着于滤料以后，哈池滤柱开始进水运转。
哈池滤柱由高位水罐供给反冲洗水，水罐盛的是自来水，临时接通送水至模型，冲洗没有计量，但滤料膨胀率要25%，这种冲洗水强度至少有100m/h。双层滤池滤柱也用自来水反冲，膨胀率50%。
试验得出，哈池滤柱内装有PAC，对滤柱中的水头损失无甚影响。有个别装有PAC的滤柱，水头损失反小。哈池滤柱底部有约30%空间，絮体一直聚集到密度加大到上升流速勉强托起为止。结果是水流到达滤床前，就要通过相当多的接触絮体，其作用如同上升式淤浆接触澄清池一样。虽然这种接触絮凝作用能与杂物絮凝得好些，特别是阻止杂物进入滤床，并相应地阻止滤柱水头损失的快速增长，但它不能抗击浊度穿透滤床。
在试验中还得出，水流通过哈池有穿透现象，但经过双层滤池后，出水浊度不受影响。哈池滤床下面的絮体积累，显示着哈池滤柱能有效处理高浊度水的重要机理。
试验得出，由于哈池滤柱的混凝作用，将原水含有THMFP（三卤甲烷形成潜能）252与277ug/l减少为127与166ug/l，减低50与60%。而用同一原水的城市自来水，采用传统处理方式，经混凝沉淀处理后，水中的THMEP减少了64与17ug/l，减低了25与6.7%。城市自来水减低的值远远不如哈池滤柱处理所减低的值，说明用哈池混凝更有效果。模型滤池出水剩余铝一般小于限定值0.05mg/l。在试验过程中测定的THMEP，在滤柱中使用26-29mg/l剂量的PAC，可得到7-31ugTHMFP的减少量，相当于每gPAC有减少0.6-1.2ugTHMEP的效果。（模型试验系统见图）  5 结 语 5.1 多种用途的哈伯瑞尔滤池认为是目前国内外使用的滤池中技术较高超，处理含有微量元素及有机污染物等难处理的原水较澈底的一种滤池，有着种种特点，为其他类型的滤池所无可比拟。在设备上，哈池一般只需要一个园筒构筑物，必要时增加一个洁净水的双层滤池构筑物等。
世界上在欧洲、非洲特别是德国用得较广泛，美国也正在积极的进行试验，以便在生产上使用。我国国内工业发达的很快，城市人口越来越多，城市用水受化学物质及有机物等污染也越来越严重，不是一般水处理设备所能解决的，特种处理方法也相当麻烦，因此此种滤池应予以重视。
5.2哈池所使用的高技术设施，可说是在给水构筑物应用最多的一个。其有细小颗粒且粒径一致的聚苯乙烯滤珠，有仅20um的PA，有过滤向上冲洗向下及在滤床下部空间絮凝的新型处理方法，有PAC附着滤料的吸附手段，还有循环接触絮凝措施。这些都是很新颖的，也是在处理上有效率的。
5.3 结合国内情况，如果这种滤池得以应用，在国内给水界应是一个重大的发展。但要采用问题还是很多的，如聚苯乙烯滤珠的制造，PAC的研究，哈池的设计和应用，由于哈池运行设施，国内还几乎没有，全靠自己制造、试验，也是不简单的。
5.4现在看来，哈池的采用应是处理污染水的方向之一，认为在深入了解后，确实能够在给水发展上得到突破，应该下一些力量，使此种滤池在国内采用得以实现。
主要参考文献
1 JAWWA 1991-9：“The Habererprocess;combining contact flocculation,filtration and PAC absorption”
2 JAWWA 1991-9：“Pilot testion the Haberer” | 
