发布于：2009-07-25 19:01:25
来自：环保工程/水处理
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型滤池滤砂优选和反冲洗参数确定
曹勇锋，张朝升
(广州大学土木工程学院，广东广州510006)
摘要：通过对V型滤池滤砂的优选，对反冲洗参数确定的试验研究，确定一种适合处理我国南方地区水质的均质滤料，使滤后水浊度达到小于0．1 NTU的处理效果．经过一系列的对比试验，最后确定粒径为1．0 mm的滤砂处理效果最好；得出了相应最有效的气水反冲洗参数，即单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为l7 L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s。、
关键词：V型滤池；均质滤料；滤砂优选；气水反冲洗
中图分类号：X 703 文献标识码：A
V型滤池是由法国德利满公司首创的专利技术，由于其截污量大，冲洗效果好等明显优势，近年来在我国新建的大、中水厂大都采用了这种滤水工艺，特别是广东省新建的净水厂几乎都采用了V型滤池．V型滤池是均质滤料和气水反冲洗滤池的结合体，其优点是石英砂滤料粒径比较均匀、滤层厚、滤层吸附能力较强；与其它滤料相比，在同样的滤速下，过滤周期长，气水反冲洗有着许多优点，除了节省水外，还可较好地消除滤层中结成的泥球，达到极佳的冲洗效果，以提高滤层的过滤性能 ．要选择一种适合处理南方地区水质的均质滤料，确定该滤料的反冲洗参数显得非常重要．为此，针对V型滤池，笔者进行了石英砂均质滤料的筛选和反冲洗参数确定的试验研究，以获得指导实际生产运行的参数．
1 试验装置及试验条件
本试验在大涌水厂进行，实验装置用有机玻璃柱制成，共有6根，规格都为高3 000 mm，内径340 mm，取样管间隔为200 mm，承托层高为50 mm；共有8个取样测压管．在6根滤柱里，分别填充了比较常用的6种不同粒径的均质石英砂滤料，其平均粒径为：1＃(0．6 mm)、2＃(0．8 mm)、3＃(1．0 mm)、4＃1．15 mm)、5＃(1．3 mm)、6＃(1．45 mm)．滤料的填充高度为1 200 mm，为保证布水、布气均匀，滤柱内有设置5个长柄滤头，在滤头周围铺垫50 mm厚、粒径为4—8 mm的卵石承托层，石英砂滤料基本参数见表1．在滤柱的进出水位置各装了流量计，试验中进水的流量控制在800 L/h，而出水流量控制在750 L/h，过滤的滤速为7 m/h。。．出水浊度的监测使用美国HACH公司的在线浊度仪进行瞬时监控，同时用便携式浊度仪对进水进行检测．反冲洗气源压力为0．4 MPa．实验装置流程图见图1．
2 试验方法及试验结果
2．1 滤砂的过滤效果对比试验
过滤是水厂净水工艺的主要关键环节，滤池运行状态的好坏将直接影响悬浮固体、浊度、细菌、病毒等的去除率，也直接影响出水水质的提高 ．在滤砂优选的试验中，试验要求待滤水的浊度控制在1．0NTU以下，以便滤
后出水能达到0．1 NTU以下的高水质要求，同时结合过滤周期的长短初步确定滤砂的过滤效果．
(1)不同粒径滤料过滤效果的对比试验．滤柱待滤水直接引用大涌水厂的沉淀池出水，然后流向各滤柱．在试验过程中，待滤水的浊度不稳定，介于1．0—2．6 NTU，浊度在1．0 NTU范围的时间大概为10 h，只占过滤时间的10％，没有达到待滤水的试验要求，因此，各滤柱的出水浊度波动也较大，介于0．05—0．93 NTU之问，同时过滤稳定所需要的时间较长．通过在线浊度仪检测得出各滤柱的实验数据，见图2所示．在待滤水波动这么大的情况下，在过滤3 h后，各滤柱的出水浊度波动相应变小，而且滤料的粒径越小越稳定．在过滤20—50 h期间，出水浊度基本稳定在0．1 NTU左右，而4＃一6＃相对较高．
(2)不同粒径滤砂的过滤周期．试验中要求如果测压管水头差超过2 m或者滤后水浊度大于0．5 NTU即表示过滤周期结束．从试验结果来看各滤料的过滤周期都比较长，都在48 h以上，满足V型滤池的一般运行周期．对出水浊度和水头损失两方面进行比较，试验过程中1＃、2＃出水效果很好，但水头损失增长较快，经过48 h后水头损失已超过2 m，过滤周期结束，而其它滤柱水头增长较缓慢，运行周期很长都在70 h以上；3＃、4＃在满足出水浊度要求的情况下，水头损失增长缓慢没有太大的波动；而5＃、6＃水头损失波动较大，出水浊度较高．
经过试验数据的对比，如果待滤水的浊度能保证在1．0NTU左右，6种滤料基本上可以使过滤的出水浊度低于0．1NTU，而且能满足V型滤池的一般运行周期；但从过滤效果来说细滤砂的过滤效果比粗滤砂好，而且3＃、4＃在6种中比较优越．6种粒径滤砂过滤试验效果对比结果见表2．
2．2 滤砂反冲洗参数对比试验
目前国内水厂对V型滤池气水反冲洗技术的应用还存在一些技术问题，主要是反冲洗强度控制不适合，冲洗历时选择不当等，而且要求滤层不发生明显的膨胀现象，保证膨胀率小于10％．V型滤池通常的气水反冲洗设计参数为气冲洗强度为13．9—16．6L/m2/s；水冲洗强度为3．6—4．16L/m2/s．参考国内一些气水反冲洗试验研究的结果，确定了本次试验的方法和参数的选择范围．
(1)对6种滤砂进行单独气冲，强度为6～20 L/m2/s；将滤层表面滤砂出现小翻滚作为初步判断．试验观察发现，当滤层表面滤砂出现翻滚时，滤层的厚度就有不同程度的降低，而且随着气冲强度的不断增大，同种粒径的滤层厚度也呈现出不断变小的趋势，在气冲强度为10 L/m2/s。。时，1＃柱的滤层厚度减少了7．5 cm，而在20 L/m2/s时已减少了l1．5 cm．大粒径的滤层减小幅度较小粒径滤层小，在14 L/m2/s时1＃减少了8 cm，而6＃减少了0．5 cm．这种现象与气冲强度和滤料的空隙率有关；在气冲的情况下，滤料的紊动使滤层变得更加密实而使滤层变小．
(2)气水同时冲洗：在试验过程中固定一个气冲强度对不同的水冲强度进行试验．观察滤砂的流动形态是否从滤层下部向上运动，整个滤层是否形成一个好的循环，还有滤层表面滤砂的翻卷和碰撞情况，来判断气水同时冲的强度搭配．试验过程中，选择气冲强度为10、14、16．7、20 L/m2/s与水冲强度为4、6、8 L/m2/s。分别搭配进行试验．试验观察发现，在气冲强度固定的条件下，随着水冲强度的增加各滤柱的滤层有稍微的回升，但总的滤层厚度还是减小，随着气冲强度的不断增大，滤层的厚度呈不断减小的趋势，在这试验的过程中滤层中的滤砂有比较好的循环流动状态，表层滤砂翻滚比较厉害，滤砂之间也出现碰撞现象，同时没有出现跑砂现象．
(3)单独水冲：单水冲，使滤层恢复到正常的过滤能力，滤砂的干净与否直接关系到下一个运行周期，影响滤后水浊度和滤池开始过滤的稳定时间．所以均质滤料反冲洗时，允许滤料层发生微膨胀，但要保证膨胀率小于10％；最后以强度大小为5～16L/m2/s分别进行试验．试验过程中以能否把残留在滤层中的气泡带出水面，同时滤砂是否达到很好的循环流体状态，而且不发生明显膨胀作为判断标准．
经以上各项试验和试验数据的分析得到各滤柱相应的最优反冲洗参数见表3．从表中可知，为保证以上标准和较好的冲洗效果，1＃～4＃滤料的气冲洗强度已在设计参数范围的上限，5＃、6＃是大大超出参数范围；而各粒径滤料的水冲洗强度参数均比通常的参数设计范围都要偏大，特别是5＃、6#粒径的滤砂，这是由试验所要求达到高出水标准和反冲洗时滤层能有理想的流动形态所确定的．
3 结论和建议
通过对6种不同粒径的滤砂进行过滤对比试验和反冲洗强度的交叉对比试验，以及试验数据的采集和分析得出以下结论：
(1)从过滤的对比试验得出，滤砂的粒径越小，过滤的出水浊度越低，而过滤的水头损失增长越快，过滤周期越短．
(2)6种均质滤料的过滤周期都满足V型滤池的过滤周期，而且周期基本以过滤的水头损失>2．0 m而终止．
(3)如果待滤水的浊度能控制在1．0 NTU左右，滤速7．0 m/h，各滤砂的出水浊度都能保证在0．1 NTU以下
(4)试验所得：从过滤的出水浊度和水头损失来看，1＃，5＃6＃粒径的滤砂的效果不够理想；3＃，4＃是V型滤池常用的滤砂，在过滤的效果、过滤周期等方面较其它理想，在两者相比之下3# 4＃较优越，3＃的截污能力比4#强且反冲洗强度较接近；而2#与3＃的效果差不多只是运行周期较3＃短，水头损失增长比其它各滤料都快．粒径为1．0 mm的3＃滤砂处理效果最好，所对应的最优气水反冲洗参数为：单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为17L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s．
建议：根据V型滤池的特点，中国可以在均质石英砂滤料的粒径、厚度、技术设备和管理等方面进行改造或对待滤水进行微絮凝处理，使V型滤池在处理南方“低浊、高藻，微污染”水质方面发挥更好的作用．
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2003penny
沙发
不错，更多交流！
2012-08-31 17:02:31
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mengyan197206
板凳
浅谈滤后水水质管理
2010-10-21 10:18:21
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泰和水厂 陆劲蓉 张曙光 包源 宋瑜
2009年8月19日
来源：中国供水节水
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摘要：对水厂关键工序滤池，从静态管理转变为动态管理，从日常管理结果转变为预防管理，用科学数据和自动化管理，提高滤池去除率，降低出厂水浊度，取得很好效果，使滤池去除率从94%提高到98.90%,出厂水浊度从0.25NTU降低至0.047NTU。
关键词：滤池去除率浊度
一、概况
泰和水厂于 1996 年投产运行，在投产运行的初期，就重视滤池管理，结合目前的制水工艺，一改原有的管理思路，提出了从静态管理转变为动态管理，从日常管理结果转变为预防管理，特别是加强对滤池的数据和科学管理，使过滤这一制水工艺中的关键工序发挥出真正的作用。通过长效的管理，我厂出厂水浊度从 0.80NTU逐渐降低到 0.047NTU，并一直稳定在0.06 NTU左右。经过多年的调查研究，已形成了适合我厂滤池管理的一整套科学管理办法，并且每年在上一年的基础上有进一步的降低。目前出厂水浊度已经达到 0.047NTU的好成绩。
二、影响滤后水水质的几个因素
1 滤池
滤池的型式有很多种，主要有：普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池、V型滤池等。泰和水厂采用目前使用较多的 V 型滤池。V 型滤池的特点是，属于快滤池一种，采用均质滤料，在气水反冲洗时滤料不会膨胀，无水力分级现象，使滤层含污能力提高。
1.1 滤料
过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。石英砂是使用最广泛的滤料。滤料厚度与直径之比宜大于1000，深层的宜大于1200。对于V型滤池滤料要尽可能保持均匀，不能含有杂物。滤料表层的含泥量要保持在3%以下，最好1%以下。泰和水厂建厂时滤池的内壁被涂有涂料，在长时间的浸泡、风吹、日晒下，剥落渗入砂层。并且原水中带有的塑料薄膜的碎片也在这一过程中被截留下来，渗入砂层底部，包裹住滤头。引起滤速偏慢、冲洗强度不均匀、有部分积泥的现象。
1.2 配水、配气系统
配水、配气系统主要分为大阻力配水系统和小阻力配水系统，作为小阻力配水系统的长柄滤头被广泛运用。滤头的尺寸各不相同，但工作原理和使用方式是一样的。滤头作为反冲洗水的分配器，必须保持完好，单格滤池内的滤头要保持在同一水平面。
1.3 滤速
对于正在运行中的滤池而言，滤速的波动对滤后水水质会产生影响，因此要避免滤速变动过快。当水量低于设计流量时尽可能降低运行滤速有利于提高去除率。
2 初滤水
初滤水水质会影响滤后水水质。主要由于滤池经冲洗后立即投入运行，此时滤料本身并没有稳定下来，存在下沉运动，使颗粒难以粘附，因此控制初滤水水质能有效的保证滤后水水质，一般根据初滤水最高浊度允许值确定反冲洗废水结束时的浊度小于15NTU。在没有合适的初滤水排放设施的水厂，这一控制就尤为重要。
3 过滤水量波动的影响
过滤水量的波动会引起滤后水水质的变化，尤其是当水量突然增加时，使水流剪力增大，颗粒脱落，引起滤后水浊度波动。过滤水量的波动主要由两方面的原因：①总进水量的波动，由于一根进水总管上配有两个系统，所以总进水量的波动比较频繁。②滤池冲洗时引起其他滤池过滤水量的波动。因此，减少过滤水量波动是控制滤后水浊度的有效手段。
三、科学的管理
1 针对滤池采取的措施
1.1 加强滤池性能测定
定期测定一格滤池的过滤全过程的进出水质、滤速、水头损失以及冲洗时间与初滤水的关系，以确定一定时期合理的滤池运行时间及冲洗时间。同时对滤速、砂层厚度、砂层含泥量（特别是表层的含泥量）、不均匀系数的测定，作为滤池翻砂的依据，使滤池保持性能良好。当滤池滤速变得很慢，并且在同样的开启度的情况下，初滤速与末滤速的差别不大，或者砂层的含泥量超过 3%（表层含泥量超过1%），经多次冲洗都不能有所改善，或者 K80 大于 1.60，以上这些情况任何一项，都将被列为翻砂的对象。
1.2有计划的滤池翻砂，严格控制影响水质的多个环节。
根据滤池运行情况，有计划地安排翻砂。在翻砂的过程中，严格控制砂使用砂直径在 0.8~1.2mm之间的均质滤料，去除原先滤料中的杂质，保证新砂的 K80 在 1.40 到 1.45 之间。其次，滤头、滤板要进行仔细检查和标高测定，检查每一个滤头，更换已坏的滤头，去除滤头上的包裹物，修复滤板间的缝隙，对滤头进行统一标高调整使其尽可能处于同一水平面，并通过布气试验进行检验，以防止在冲洗时出现气量和水量不等，引起冲洗强度不均匀，造成滤池局部积泥和冲洗水大量的浪费，增加制水成本。第三，对进水堰口和排水堰口进行标高的测定，对不均匀沉降引起的不平，进行适当的修整，使 12 格池的进水堰口基本处于同一水平面，以保证 12 格池进水均匀分布，避免对 1 格滤池冲洗时，因进水堰口不平而引起某一滤池过滤水量波动较大。对排水堰口的测定和修整也相当有必要，排水堰口的不平会造成冲洗出水不均匀，使滤池局部积泥。最后，对铺砂的过程，也进行严格的把关，采取边铺边冲洗的方法，使砂上所带的泥不淤结在池底。泰和水厂于 1999 年开始落实翻砂计划， 1999 年先对情况严重的 4 格滤池进行翻砂，翻砂后发现滤池的去除率由原来的 95% 提高到 98.5% 。
1.3 更换装饰材料。
由于墙面涂料易于剥落，剥落的涂料片会渐渐地渗入池底而包裹住滤头，影响滤池效能。因此，把滤池池壁的装饰材料由涂料改为瓷砖，即美观了环境又避免涂料带来的麻烦。同时，对滤池池壁每两月进行一次清洗，避免藻类在滤池中滋生。
• 4 强化滤池日常管理
定期对滤池的性能进行测定，每月对测定数据进行分析，从而决定是否要对滤池冲洗时间进行调整以及是否应从净水设备管理角度对此滤池进行检修。滤池性能的测定，能及时地反映滤池所处的状态，更有利于对滤池的合理使用，提高滤池的利用率，成为滤池科学管理中不可缺少的手段。同时规定对滤池的去除率定期进行排摸，以确保滤池的去除率。此外，仔细观察滤池的冲洗过程也是滤池管理的另一个重要手段。可了解滤池出水是否均匀，是否有死水区，是否有漏砂和跑砂的现象，气冲时水花是否均匀，以上种种现象都会影响到滤池的性能。只有加强滤池日常管理，发现情况及时解决，才能防止以上情况给滤池带来的破坏。为了防止藻类在滤池中滋生，规定每年春季采用加大前加氯的方法来减少藻类的繁殖，保护滤料。
2 针对初滤水浊度较高采取的措施
2.1 对滤池初滤水进行研究。
滤池在运行周期的初期，一般滤后水浊度较大，经过一段时间约运行后会慢慢趋于稳定，时间为半小时左右，因此我们对操作规程重新进行调整，要求滤池冲洗后，需静止半小时方可投入运行。刚投入运行的前 30 分钟内，要求采用清水阀的开启度设定为 20 度左右的慢滤速进行过滤，等滤层稳定了再缓缓打开清水阀。目前，初滤水控制在 0.15 NTU内。
2.2 合理调整滤池冲洗步骤，提高冲洗效果。
提高滤池的截留能力，要从冲洗上着手，只有提高滤池冲洗效果，才能提高滤池效能。经过多年实践摸索，提出科学合理滤池冲洗步骤：①由于滤池冲洗的方式采用气、水反冲洗，先气冲，再气水混冲加漂洗，最后水冲加漂洗。这样的冲洗方式是利用上升空气气泡的振动可有效地将附着于滤料表面污物擦洗下来使之悬浮于水中，然后再用水反冲把污物排出池外。这一冲洗方式能保持原来滤层结构，提高滤层含污能力。为了确保滤池冲洗效果，对冲洗时间在生产过程根据实际情况中经过多次调整，从设计投产的气冲 4 分钟，气水混冲 5 分钟，水冲 5 分钟，到目前调整为气冲 5 分钟，气水混冲 7 分钟，水冲 7 分钟。气冲是污物剥落的有效环节，但时间过长会使滤料在摩擦中破碎，粒径变小，影响滤料的不均匀系数。水冲能把污物带走，使污物不能重新进入滤池，提高滤料的截留能力。②规定冲洗水量。为了滤池冲洗效果，规定每一格滤池的冲洗水量从原来270吨调整为不能小于 300 吨。③调整冲洗步骤。水冲结束时，要求 2 台冲洗水泵逐台依次停下，以加强滤料自然分层，提高滤池含污能力，降低初滤水浊度。④规定冲洗排水浊度。由于不能将初滤水排放，对初滤水的控制就显得尤其重要，对冲洗排水浊度进行测定，规定当达到 15Ntu时，方可停止冲洗。
3 针对过滤水量波动采取的措施
3.1 利用清水库进行调节
由于清水库调节容量较大，与出水量 60 万 m3/d 相比有 10% 的调节容量。充分利用此优势，根据出水量来恒定沉淀池进水量，即滤池进水量。
3.2 滤池采用自动恒水位控制
滤池具有自动控制恒水位等速过滤功能，因而具有微调过滤水量的功能，能够缓减过滤水量波动，有效控制滤后水水质。
4 提高自动化水平
把自动化控制运用到滤池管理中，是完善滤池管理的重要手段。这几年，滤池自动化程度从单一的恒水位控制到滤池远程控制系统，实现滤池自动反冲洗，发生了质的飞跃。目前已实现在中央控制室对滤池的运行状态进行时实监控，包括：单格滤池液位、单格滤池滤后水浊度、运行状态、水头损失、去除率、滤前滤后水质参数、相关各阀状态和滤池各附属设备运行参数等一系列数据。为了进一步提高滤池的效能，利用现有的自动化水平，把单格滤池滤后水浊度作为控制条件之一的滤池运行模式是我们目前研究的课题。只有进一步利用自动化控制对滤池进行有效的管理，才能熟悉滤池的性能，提高滤池效能。
四、效果
以上一系列的措施无论在社会效益上还是在经济效益上都带来了很大的收益。
1 滤池性能好
通过我们科学的管理滤池性能一直良好，滤池的去除率一直处于较高水平，并有逐年升高的趋势。以下是历年滤池的去除率和出厂水浊度降低情况：
泰和水厂历年滤池去除率
年 1997年 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年
去除率 94% 95% 96% 98.3% 98.4% 98.3% 98.3% 98.5% 98.70% 98.90% 98.87% 98.74%
2 出厂水浊度逐年降低
历年年平均出厂水浊度（NTU）
年份 1997年 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年
年平均出厂水浊度（NTU） 0.25 0.23 0.18 0.11 0.08 0.072 0.06 0.062 0.058 0.051 0.047 0.047
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