濾池氣水(shuǐ)分布系統

1.1.1概述

在常規的水(shuǐ)處理(lǐ)過程中，過濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層截留水(shuǐ)中懸浮雜(zá)質，從(cóng)而使水(shuǐ)獲得澄清的工(gōng)藝過程。濾池通常置于沉澱池或澄清池之後。過濾的功效，不僅在于進一步降低(dī)水(shuǐ)的濁度，而且水(shuǐ)中有機物、細菌乃至病毒等都将随水(shuǐ)的濁度的降低(dī)而被部分去除。至于殘留于濾後水(shuǐ)中的細菌、病毒等在失去渾濁顆粒物的保護或依附時(shí)，在濾後消毒過程中也(yě)将容易被殺滅，這(zhè)就爲濾後消毒創造了(le)良好(hǎo)條件。在飲用(yòng)水(shuǐ)的淨化工(gōng)藝中，有時(shí)沉澱池或澄清池可省略，但(dàn)過濾是不可缺少的，它是保證飲用(yòng)水(shuǐ)衛生安全的重要措施。

濾池的形式種類有很(hěn)多，其中使用(yòng)曆史最爲悠久的是以石英砂作(zuò)爲濾料的普通快(kuài)濾池。從(cóng)不同的工(gōng)藝角度出發，在此基礎之上(shàng)發展了(le)多種其他(tā)形式的快(kuài)濾池。其中V型濾池就是在20世紀70年代由法國德格雷蒙(Degremont)公司發展的一種重力式快(kuài)濾池。因其兩側(或一側也(yě)可)的進水(shuǐ)槽設計(jì)成了(le)V字型而得名。

水(shuǐ)廠(chǎng)中濾池是過濾工(gōng)藝中的重要構築物，而濾池穩定高(gāo)效運行的關鍵是濾層過濾能(néng)力的再生。若采用(yòng)的反沖洗技術較好(hǎo)，使濾池的工(gōng)作(zuò)狀态常處于最優條件，不僅可以節能(néng)、節水(shuǐ)，還能(néng)使得水(shuǐ)質提高(gāo)，濾層的截污能(néng)力增大(dà)，工(gōng)作(zuò)周期延長，産水(shuǐ)量提高(gāo)。V型濾池過濾能(néng)力的再生，就是采用(yòng)了(le)先進的氣、水(shuǐ)反沖洗兼表面掃洗這(zhè)一反沖洗技術。V型濾池在氣沖洗過程中，由于使用(yòng)鼓風(fēng)機将空(kōng)氣壓入濾層，因而使得濾池的過濾性能(néng)從(cóng)以下(xià)幾方面得到(dào)改善，如表1.1示:

相信随着我們對(duì)水(shuǐ)資源利用(yòng)問題越來(lái)越重視(shì)，V型濾池的普及和(hé)運用(yòng)也(yě)會(huì)越來(lái)越廣泛

.1.2反沖洗技術的發展

在濾池的運行過程中，從(cóng)進水(shuǐ)中去除的雜(zá)質積聚在濾料表面和(hé)顆粒間的孔隙内，随着濾池的繼續運轉，貯集在濾床中的雜(zá)質會(huì)導緻濾床的孔隙率降低(dī)，濾床所能(néng)截留的雜(zá)質量不斷減少，當水(shuǐ)頭損失增加至水(shuǐ)流按預定流量通過時(shí)所需的水(shuǐ)頭即最大(dà)允許水(shuǐ)頭損失時(shí)，或是由懸浮物質的穿透最後導緻濾後水(shuǐ)水(shuǐ)質下(xià)降時(shí)，最終将使濾池停運，此時(shí)，需對(duì)濾池進行反沖洗，以去除截留的雜(zá)質，恢複濾池的運行能(néng)力。

所謂“反沖洗”，就是爲恢複濾池的正常工(gōng)作(zuò)所采用(yòng)的反向水(shuǐ)流沖洗濾層的操作(zuò)過程，是讓經過過濾後的清潔水(shuǐ)反向(由下(xià)而上(shàng))高(gāo)速通過過濾層，截留在濾料表面的懸浮雜(zá)質依靠高(gāo)速水(shuǐ)流的作(zuò)用(yòng)沖洗下(xià)來(lái)，被水(shuǐ)流帶出濾層。反沖洗的效果好(hǎo)壞會(huì)直接影響過濾行爲，如果濾池沖洗的效果不佳，就會(huì)産生一系列的有害作(zuò)用(yòng)。

對(duì)于老(lǎo)式的慢濾池，絕大(dà)多數從(cóng)水(shuǐ)中去除的雜(zá)質會(huì)積聚在濾床表面，當過濾水(shuǐ)的水(shuǐ)質下(xià)降時(shí)，上(shàng)層濾料用(yòng)清潔的砂子替換，以恢複濾池的運行能(néng)力。早期的砂濾料快(kuài)濾池清潔的方法是通過對(duì)砂顆粒進行輕輕的清洗}s}，以便使得濾床表面上(shàng)留下(xià)一層未受破壞的有機膜，在對(duì)砂濾料慢濾池的過濾工(gōng)藝沿襲下(xià)來(lái)的認識和(hé)理(lǐ)解的基礎上(shàng)，認爲進行有效過濾是需要這(zhè)一薄膜的。在美(měi)國最早出現(xiàn)的砂濾料濾池中裝設有環形攪動耙子，用(yòng)來(lái)在清洗過程中攪動砂子，來(lái)幫助雜(zá)質與砂分離開(kāi)來(lái)。但(dàn)此類濾池反沖洗的強度僅有1.7 -3.4L/s m2。自(zì)然，濾床在這(zhè)種低(dī)速弱強度的沖洗下(xià)得不到(dào)徹底的清潔，效果并不理(lǐ)想。

而早在十九世紀末的英國，就有人開(kāi)始對(duì)浸濕了(le)的濾料進行空(kōng)氣吹洗，然後再用(yòng)水(shuǐ)進行反沖洗，這(zhè)可以被認爲是氣一水(shuǐ)反沖洗的雛形。到(dào)了(le)1900年，美(měi)國新澤西州小(xiǎo)福爾裝置的重力快(kuài)濾池采用(yòng)了(le)空(kōng)氣攪動代替旋轉的攪動耙子，這(zhè)被認爲是氣一水(shuǐ)反沖洗技術的最早運用(yòng)。之後幾年哈佛大(dà)學所做的實驗表明(míng)，空(kōng)氣沖洗是打碎濾池砂層表面形成的泥漿或者泥塊所需要的。

1903年到(dào)1905年間，在美(měi)國辛辛那提過濾水(shuǐ)廠(chǎng)的實驗研究過程當中，開(kāi)始采用(yòng)了(le)所謂的“高(gāo)速沖洗法”，即反沖洗強度爲10-16L/sm2，放(fàng)棄了(le)旋轉耙和(hé)空(kōng)氣沖洗。這(zhè)樣，在較高(gāo)的反沖洗強度沖洗下(xià)，整個濾層都處于懸浮狀态，濾層處于流化狀态，這(zhè)時(shí)濾料顆粒上(shàng)吸附的污物被上(shàng)升水(shuǐ)流中濾料間相互的接觸碰撞沖洗下(xià)來(lái)然後被沖洗水(shuǐ)帶出池外(wài)，從(cóng)而使濾料得到(dào)“清潔”。由于此法的構造簡單，運行管理(lǐ)較方便，且沖洗效果明(míng)顯，因而在美(měi)國以及日本等國家得到(dào)了(le)長期廣泛的應用(yòng)。但(dàn)若是采用(yòng)此種沖洗方式，就必須使水(shuǐ)流達到(dào)足以使濾料膨脹流化的要求，即濾層表觀體積在膨脹後至少增加15%. 1929年Hublert和(hé)Herring根據高(gāo)強度反沖洗研究成果表明(míng)，反沖洗膨脹率爲50%較宜，此後高(gāo)速反沖洗爲世界各國廣泛采用(yòng)。

在反沖洗過程中，不管是水(shuǐ)流的剪切力還是顆粒間的碰撞摩擦力都是由水(shuǐ)的速度梯度G值産生的，高(gāo)速水(shuǐ)流反沖洗實際産生的G值一般并不高(gāo)，通常砂粒産生的。值爲300-400s-1，煤粒爲150-300s-1，是一種弱沖洗的方式。另外(wài)加之濾層膨脹所造成的水(shuǐ)流渦動作(zuò)用(yòng)，使得會(huì)有一部分在濾料表面形成的密實污泥層被帶入到(dào)濾層的深部并逐步形成大(dà)個、堅硬的泥球，這(zhè)樣若是在通常的設計(jì)反沖洗強度下(xià)，濾池反沖洗的效果就不佳，且随着沖洗時(shí)間延長，泥球現(xiàn)象就更趨嚴重，反沖洗的耗水(shuǐ)量增加，由此形成惡性循環。除此之外(wài)，高(gāo)速水(shuǐ)反沖洗也(yě)易造成濾池濾料的流失，因此在後來(lái)的應用(yòng)當中通常加以表面沖洗輔助。在1908年首次于加利福利亞州的OKlahom自(zì)來(lái)水(shuǐ)公司出現(xiàn)了(le)第一套表面沖洗設備。最初采用(yòng)輔助的沖洗方法是利用(yòng)機械攪拌或者水(shuǐ)力攪拌來(lái)促使表層濾料的摩擦碰撞作(zuò)用(yòng)加強，以達到(dào)更好(hǎo)的效果。

從(cóng)1910年起，英國設計(jì)的大(dà)多數快(kuài)濾池均是采用(yòng)了(le)先用(yòng)空(kōng)氣清洗或者旋轉耙沖洗或表面沖洗然後再進行水(shuǐ)反沖洗，例外(wài)的是于1948年建造的邦福德((Bamford)濾池和(hé)1958年伯明(míng)翰建造的一個著名濾池均是采用(yòng)了(le)美(měi)國式的高(gāo)速水(shuǐ)流反沖洗，但(dàn)後者又于後來(lái)添置了(le)空(kōng)氣沖洗設備用(yòng)以節省沖洗水(shuǐ)。盡管如此，鑒于配氣的設施不過關等原因，故一直使得氣一水(shuǐ)反沖洗技術的推廣應用(yòng)受到(dào)影響。直至在瑞典召開(kāi)的第四次國際供水(shuǐ)會(huì)議(yì)上(shàng)提出采用(yòng)長柄濾頭作(zuò)爲布氣裝置，以及在六十年代後粗粒、均勻粒徑的深床濾池的興起，氣動、電動閥門(mén)質量的提高(gāo)等，濾池氣一水(shuǐ)反沖洗技術才開(kāi)始慢慢得到(dào)人們的青睐，尤其是在英法等歐洲國家普遍流行起來(lái)。到(dào)了(le)70年代，美(měi)國一些(xiē)學者開(kāi)始注意到(dào)其他(tā)國家正在使用(yòng)的不同沖洗方法，并試圖評價這(zhè)些(xiē)方法的優缺點。而其中氣一水(shuǐ)反沖洗相比較于單水(shuǐ)反沖洗來(lái)講，在濾池截污容量的充分利用(yòng)、濾速的提高(gāo)、過濾周期的延長以及濾層泥球的消除等方面具有着明(míng)顯的優勢，于是對(duì)于濾池氣一水(shuǐ)反沖洗相關問題的研究工(gōng)作(zuò)紛紛展開(kāi)。艾某泰拉耶(Amirtharajah)、克裏斯拜(Cleasby)等人在此方面取得了(le)很(hěn)重大(dà)的成果。随着研究的不斷進行和(hé)對(duì)其認識的不斷深入，英、法等歐洲國家以及前蘇聯和(hé)日本都大(dà)力開(kāi)展了(le)對(duì)氣一水(shuǐ)反沖洗濾池在工(gōng)藝設計(jì)方面更新與完善的工(gōng)作(zuò)，使得在實踐應用(yòng)當中氣一水(shuǐ)反沖洗的技術日趨成熟。如法國德格雷蒙((Degremont)公司的優秀專利産品Aquazer一V型濾池，采用(yòng)了(le)單一均勻濾料，通過應用(yòng)兩極PLC可編程邏輯控制器實現(xiàn)過濾一沖洗的自(zì)動化，氣一水(shuǐ)反沖洗與表面掃洗相結合，完全的實現(xiàn)恒水(shuǐ)位等速過濾。現(xiàn)在己經作(zuò)爲一種比較成熟的濾池氣一水(shuǐ)反沖洗技術在歐洲各國廣爲應用(yòng)，而且許多發展中國家也(yě)引進了(le)此項技術。目前在我國就己經有14個城(chéng)市直接從(cóng)法國引進了(le)此種濾池，其中最大(dà)的淄博新城(chéng)水(shuǐ)廠(chǎng)設計(jì)的能(néng)力達到(dào)100萬m3/d。

我國自(zì)從(cóng)三十年代的撫順東公園水(shuǐ)廠(chǎng)首次采用(yòng)了(le)氣一水(shuǐ)反沖洗技術以來(lái)，迄今己有了(le)七十多年的曆史。但(dàn)同樣是因爲存在配氣設施的不過關等原因而一直未得到(dào)廣泛的應用(yòng)。直至八十年代的中期，中國市政工(gōng)程西南設計(jì)研究院以珠海拱北水(shuǐ)廠(chǎng)引進的KI型長柄濾頭的資料作(zuò)爲基礎，經過反複的實驗，研制出的半圓形長柄濾頭的問世;均勻粒徑的濾料在普通快(kuài)濾池、虹吸濾池、V型濾池中的應用(yòng);氣動、電動閥門(mén)質量的提高(gāo)等，才使得氣一水(shuǐ)反沖洗濾池有了(le)長足的發展。根據不完全的統計(jì)，十幾年來(lái)全國己經有50多個新建的水(shuǐ)廠(chǎng)濾池采用(yòng)氣一水(shuǐ)反沖洗技術，日供水(shuǐ)能(néng)力已超過650萬m3/d，國内外(wài)水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)作(zuò)者也(yě)再度對(duì)氣一水(shuǐ)反沖洗技術有了(le)高(gāo)度重視(shì)。在有關于濾池氣一水(shuǐ)反沖洗的理(lǐ)論以及實驗研究的方面，哈爾濱建築大(dà)學的李圭白(bái)教授、同濟大(dà)學的朱月海教授以及天津大(dà)學的安鼎年教授等一大(dà)批的科研工(gōng)作(zuò)者做了(le)大(dà)量富有成效的工(gōng)作(zuò)。中國土木(mù)工(gōng)程學會(huì)給水(shuǐ)委員會(huì)還于1992年10月和(hé)1993年4月分别在廣州和(hé)杭州召開(kāi)了(le)兩次氣一水(shuǐ)反沖洗技術的專題研讨會(huì)，總結和(hé)交流了(le)氣一水(shuǐ)反沖洗技術在科研、設計(jì)、生産與施工(gōng)管理(lǐ)等方面的應用(yòng)經驗，并有提出進一步提高(gāo)與完善的設想。氣一水(shuǐ)反沖洗技術在推廣應用(yòng)實踐等方面，有采用(yòng)長柄濾頭配水(shuǐ)配氣的普通快(kuài)濾池、有采用(yòng)電動閥門(mén)控制排水(shuǐ)的雙閥濾池、有采用(yòng)壓闆閥控制的虹吸濾池、有将單水(shuǐ)沖洗的舊池改造爲氣一水(shuǐ)反沖洗的新池等多種形式，均有運行成功的實例。事(shì)實證明(míng)，近年來(lái)所引進的V型濾池運行效果良好(hǎo)。