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濾處理中有著廣泛的應用。主要針對重力式濾池的結(jié)構(gòu)、運行方式以及濾料等方面來論述重力式濾池在水處理技術(shù)中的發(fā)展應用。

  關鍵詞：重力式濾池；結(jié)構(gòu)；運行方式；濾料   1804年英國首次記載了慢濾池，慢濾池(slowfilter)也稱表層過濾，主要利用頂部的濾膜截留懸浮固體，同時發(fā)揮微生物對水質(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用較少；1870年在美國現(xiàn)出了第一座普通快濾池，.快速過濾采用過濾和反沖洗兩個步驟，實現(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   普通快濾池工作機理：過濾時，開啟進水支管和清水支管的閥門。關閉沖洗水支管閥門與排水閥。渾水就經(jīng)進水總管、支管從渾水渠進入濾池。經(jīng)過濾料層、承托層后，由配水系統(tǒng)的配水支管匯集起來再經(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，關閉進水支管和清水支管的閥門。開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，自上而下穿過承托層及濾料層，均勻地分布整個濾池平面上。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60時年代開始，突破了常規(guī)濾池設計，引進了國外的虹吸濾池，以建成一百余座。北京印染廠給水工程：設計規(guī)模700m3/時，該廠通過小型試驗取得設計參數(shù)，是我國首先采用虹吸濾池的水廠。   虹吸濾池的工作機理：虹吸濾池的濾料組成和濾速選定與普通快濾池相同，所不同的是每個單元濾池都配置了進水虹吸管和排水虹吸管，利用虹吸作用來代替濾池的進水閥門和反沖洗排水閥門。反沖洗所需水頭和水量均來自濾池本身。   虹吸濾池不需要大型進水閥或控制濾速裝置，也不需沖洗水塔或水泵，因此設備投資低于普通快濾池；可以自動化控制運行，而且過濾過程中，濾出水水位高于濾層不致負水頭現(xiàn)象，一定范圍內(nèi)根據(jù)水量變化可自動均衡各單元濾池的流量。   1.3無閥濾池   無閥濾池是最早在商業(yè)上取得成功的自動運行濾池，經(jīng)過不斷的應用與技術(shù)改造，其技術(shù)已經(jīng)成熟，有著廣泛的應用。   無閥濾池工作機理：利用水利學原理，通過進出水的壓差自動控制虹吸產(chǎn)生和破壞，實現(xiàn)自動運行的濾池。原水自進水管進入濾池后，自上而下穿過濾床，濾后水經(jīng)連通管進入頂部貯水箱，待水箱充滿后，過濾水由出水管排入清水池。隨著過濾進行，水頭損失逐漸增大，虹吸上升管內(nèi)的水位逐漸上升，當這個水位達到虹吸輔助管的管口時，廢水就從輔助管下落，并抽吸虹吸管頂部的空氣，在很短的時間內(nèi)，虹吸管因出現(xiàn)負壓而工作濾池進入反沖洗階段。貯水箱的清水自上而下留過濾床，反沖洗水由虹吸管排入排水井。當水箱水位下降至虹吸破壞口時，虹吸管吸進空氣，虹吸破壞，反沖洗結(jié)束，濾池又恢復過濾狀態(tài)。   重力式無閥濾池具有無大型閥門、正水頭過濾、沖洗自動化、造價低及操作管理方便。   1.4V型濾池   V型濾池是均勻濾料濾池的一種，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型石英砂濾池過濾能力的再生，采用了先進的氣、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，延長工作周期，提高產(chǎn)水量。在20世紀70年代已在歐洲大陸廣泛使用，20世紀80年中期進入我國，首先在澳門青州水廠運用，后期，在南京、西安、重慶等地開始引進使用。   V型濾池結(jié)構(gòu)與機理：   V型濾池(見V型濾池結(jié)構(gòu)簡圖1)因兩側(cè)進水槽4設計成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，過濾時匯集濾后清水，沖洗時分配氣和水。渠上部設有一排配氣小孔9，下部設有一排配水方孔8。V型槽底設有一排小孔5，既可作過濾時進水用，沖洗又可供橫向掃洗布水用，這是V型槽底設計的一個特點。濾板上均勻布置長柄濾頭，每平方米布置50-60個。濾板下部是空間10。       1.進水氣動隔膜閥；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)簡單，施工方便，省去了為排水均勻而設的眾多集水槽；濾層厚，采用等粒徑粗顆粒濾料，截污能力強，截污量大，過濾周期長；采用氣水反沖洗，反沖洗效果好，節(jié)水；表面橫向掃洗，及時排除使表面懸浮雜質(zhì)；自動化程度高，控制系統(tǒng)成熟。   V型濾池兼?zhèn)淞藘?yōu)質(zhì)過濾和有效沖洗的優(yōu)點，適應當今國際給水過濾技術(shù)的發(fā)展趨勢，被認為是值得推廣的過濾工藝。1.5多層濾料濾池   多層濾池除濾速有高速過濾特點外，其他部分與常規(guī)濾池設計基本相同。   雙層濾料濾池主要是煤砂雙層濾料濾池，在國外尤其是美、日等國仍然作為主要過濾設施采用，國內(nèi)也在大量使用，當前還是應予優(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到要求的水質(zhì)標準，造價低、濾料易于制備(煤濾料吸附性更強)，便利操作和維護，至于輕質(zhì)濾料丟失問題，用水沖洗或是氣水分隔沖洗，只要管理得當，設計合理，不會發(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。   雙層濾料濾池國外無煙煤層厚，石英砂層薄，正好與我國相反，有待我國進一步探討，進行優(yōu)化。   三層濾料濾池濾料為煤、砂、石榴石，濾速在初濾時可為一般快濾池的3倍，煤砂雙層濾池的2倍。但隨后濾速降低，此種濾池過濾周期較短。根據(jù)有關資料稱，其總濾出水量不及雙層濾池，且濾層有阻塞現(xiàn)象，石榴石價格高，也有流失情況。       2纖維濾料濾池       20世紀90年代中期，東北電力學院在總結(jié)多年來過濾經(jīng)驗的基礎上，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濾設備中被壓緊，形成上疏下密類似于理想過濾的孔隙分布，而反沖洗時，可使床層處于松散狀態(tài)。床層孔隙可以通過水力自動調(diào)節(jié)，達到理想的過濾效果。而且氣、水用量少，清洗時間短。   東北電力學院對纖維束濾料過濾進行了大量的實驗研究，實踐表明，纖維束濾料可用于反滲透法脫鹽等對水質(zhì)要求較嚴格的預處理。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程對進水水質(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，其濾料直徑可達幾十微米甚至幾微米，具有比表面積大，過濾阻力小等優(yōu)點，解決了粒狀濾料的過濾精度受濾料粒徑的限制等問題。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會和濾料的吸附能力，從而提高了過濾效率和截污容量。   濾池為充分發(fā)揮纖維濾料的特長，在濾池內(nèi)設有纖維密度調(diào)節(jié)裝置。設備運行時，通過纖維密度調(diào)節(jié)裝置向濾層加壓，使濾層孔隙度沿水流動方向逐漸縮小，密度逐漸增大，相應濾層孔隙直徑逐漸減小實現(xiàn)了理想的深層過濾。當濾層被污染需清洗再生時，纖維密度調(diào)節(jié)裝置將濾層放松，使濾料恢復自由狀態(tài)，即可用水方便地進行清洗。對濾料的清洗采用氣--水混合擦洗的工藝，可有效地恢復濾元的過濾性能。   過濾精度高：水中懸浮物的去除率可接近100%，對細菌、病毒、大分子有膠體、鐵等雜質(zhì)有明顯地去除作用；過濾速度快：一般為20-25m/h，最高可達30m/h；截污容量大：一般為10～15kg/m3，是傳統(tǒng)過濾池的2倍以上；不需要更換濾元：濾元被污染后可方便地進行清洗，恢復過濾性能。   2.2D型濾池   九十年代末，李振瑜等研制成功彗星式纖維過濾材料，并申請了專利，并將這種過濾材料命名為“彗星式纖維過濾材料”。   彗星式纖維過濾材料構(gòu)成的過濾層其孔隙率沿濾層高度呈梯度分布，下部過濾材料壓實程度高，孔隙率相對較小，易于保證過濾精度，整個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現(xiàn)高速和高精度過濾。   D型濾池在結(jié)構(gòu)和運行方式上借鑒了法國的得利滿公司V型石英砂濾池的結(jié)構(gòu)，濾料采用了清華大學研制的“彗星式纖維過濾材料”，D型濾池的控制   可采用手動控制和自動控制兩種方式，可根據(jù)用戶需要制定，靈活、先進；特有的攔截技術(shù)，可保證濾料在反沖洗時不會流失；反沖洗耗水率低(約1%～2%)，運行費用省；具有鋼板和混凝土兩種結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)用戶和實際需要選擇，最大程度地節(jié)約投資費用；抗沖擊性能強。       3結(jié)束語       國內(nèi)外尤其是國內(nèi)絕大部分水廠應用的還是重力式濾池，國內(nèi)現(xiàn)在多用雙層濾池及均質(zhì)濾料濾池，它們在經(jīng)濟、技術(shù)上更適合當前我國國情。而纖維濾料濾池、臭氧化-生物活性炭濾池等新型的過濾技術(shù)發(fā)展還不夠成熟和完善，現(xiàn)在應用的較少?？傊?，重力式濾池現(xiàn)階段在我國給水行業(yè)中起著重要的作用，是實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)供水的保證。       參考文獻   [1]陸柱，蔡蘭坤，叢梅.給水與用水技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004，(8).   [2]許保玖.給水處理理論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.   [3]上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.