重力式滤池发展

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1粒状滤料滤池

以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其它型式快滤池。

1.1普通快滤池

普通快滤池工作机理：过滤时，开启进水支管和清水支管的阀门。关闭冲洗水支管阀门与排水阀。浑水就经进水总管、支管从浑水渠进入滤池。经过滤料层、承托层后，由配水系统的配水支管汇集起来再经配水系统干管、清水支管、清水总管流往清水池。

反冲洗时，关闭进水支管和清水支管的阀门。开启排水阀与冲洗水支管阀门。冲洗水即由冲洗水总管、支管，经配水系统的干管、支管及支管上的许多孔眼流出，自上而下穿过承托层及滤料层，均匀地分布整个滤池平面上。滤料层在自上而下均匀分布的水流中处于悬浮状态，滤料得到清洗。冲洗废水流入排水槽，再经浑水渠、排水管和废水渠排入下水道。

1.2虹吸滤池

20世纪60时年代开始，突破了常规滤池设计，引进了国外的虹吸滤池，以建成一百余座。北京印染厂给水工程：设计规模700m3/时，该厂通过小型试验取得设计参数，是我国首先采用虹吸滤池的水厂。

虹吸滤池的工作机理：虹吸滤池的滤料组成和滤速选定与普通快滤池相同，所不同的是每个单元滤池都配置了进水虹吸管和排水虹吸管，利用虹吸作用来代替滤池的进水阀门和反冲洗排水阀门。反冲洗所需水头和水量均来自滤池本身。

虹吸滤池不需要大型进水阀或控制滤速装置，也不需冲洗水塔或水泵，因此设备投资低于普通快滤池；可以自动化控制运行，而且过滤过程中，滤出水水位高于滤层不致负水头现象，一定范围内根据水量变化可自动均衡各单元滤池的流量。

1.3无阀滤池

无阀滤池是最早在商业上取得成功的自动运行滤池，经过不断的应用与技术改造，其技术已经成熟，有着广泛的应用。

无阀滤池工作机理：利用水利学原理，通过进出水的压差自动控制虹吸产生和破坏，实现自动运行的滤池。原水自进水管进入滤池后，自上而下穿过滤床，滤后水经连通管进入顶部贮水箱，待水箱充满后，过滤水由出水管排入清水池。随着过滤进行，水头损失逐渐增大，虹吸上升管内的水位逐渐上升，当这个水位达到虹吸辅助管的管口时，废水就从辅助管下落，并抽吸虹吸管顶部的空气，在很短的时间内，虹吸管因出现负压而工作滤池进入反冲洗阶段。贮水箱的清水自上而下留过滤床，反冲洗水由虹吸管排入排水井。当水箱水位下降至虹吸破坏口时，虹吸管吸进空气，虹吸破坏，反冲洗结束，滤池又恢复过滤状态。

重力式无阀滤池具有无大型阀门、正水头过滤、冲洗自动化、造价低及操作管理方便。

1.4V型滤池

V型滤池是均匀滤料滤池的一种，采用均匀石英砂滤料，滤层厚度比普通块滤池厚，截污量也比普通块滤池大。而且V型石英砂滤池过滤能力的再生，采用了先进的气、水反冲洗兼表面扫洗技术，可以节水、节能，还能提高水质，增大滤层的截污能力，延长工作周期，提高产水量。在20世纪70年代已在欧洲大陆广泛使用，20世纪80年中期进入我国，首先在澳门青州水厂运用，后期，在南京、西安、重庆等地开始引进使用。

V型滤池结构与机理：

V型滤池(见V型滤池结构简图1)因两侧进水槽4设计成V字型而得名。一组V型滤池通常由数只滤池组成。每只滤池中间为双层中央渠道，将滤池分成左、右两格。渠道上层6是排水渠供冲洗排污用；下层7是气、水分配渠，过滤时汇集滤后清水，冲洗时分配气和水。渠上部设有一排配气小孔9，下部设有一排配水方孔8。V型槽底设有一排小孔5，既可作过滤时进水用，冲洗又可供横向扫洗布水用，这是V型槽底设计的一个特点。滤板上均匀布置长柄滤头，每平方米布置50-60个。滤板下部是空间10。

1.进水气动隔膜阀；2.堰口；3.侧孔；4.V型槽；5.小孔；6.排水渠；7.汽水分配渠；8.配谁方孔；9.配气小孔；10.底部空间；11.水封井；12.出水堰；13.清水渠；14.进气阀；15.排水阀

图1V型滤池构造

V型滤池反冲洗的排水系统简单，施工方便，省去了为排水均匀而设的众多集水槽；滤层厚，采用等粒径粗颗粒滤料，截污能力强，截污量大，过滤周期长；采用气水反冲洗，反冲洗效果好，节水；表面横向扫洗，及时排除使表面悬浮杂质；自动化程度高，控制系统成熟。

V型滤池兼备了优质过滤和有效冲洗的优点，适应当今国际给水过滤技术的发展趋势，被认为是值得推广的过滤工艺。1.5多层滤料滤池

多层滤池除滤速有高速过滤特点外，其他部分与常规滤池设计基本相同。

双层滤料滤池主要是煤砂双层滤料滤池，在国外尤其是美、日等国仍然作为主要过滤设施采用，国内也在大量使用，当前还是应予优先考虑的一种滤池。它滤出水量多，在一般原水情况下滤出水能达到要求的水质标准，造价低、滤料易于制备(煤滤料吸附性更强)，便利操作和维护，至于轻质滤料丢失问题，用水冲洗或是气水分隔冲洗，只要管理得当，设计合理，不会发生丢失情况。双层滤料滤池效率基本是砂滤池效率的一倍，水头损失也小，过滤周期也比较小。另外该滤池煤滤料货源易得，控制方便。

双层滤料滤池国外无烟煤层厚，石英砂层薄，正好与我国相反，有待我国进一步探讨，进行优化。

三层滤料滤池滤料为煤、砂、石榴石，滤速在初滤时可为一般快滤池的3倍，煤砂双层滤池的2倍。但随后滤速降低，此种滤池过滤周期较短。根据有关资料称，其总滤出水量不及双层滤池，且滤层有阻塞现象，石榴石价格高，也有流失情况。

2纤维滤料滤池

20世纪90年代中期，东北电力学院在总结多年来过滤经验的基础上，研制成功纤维束状滤料。纤维束滤料近于平行水流方向置于过滤设备中被压紧，形成上疏下密类似于理想过滤的孔隙分布，而反冲洗时，可使床层处于松散状态。床层孔隙可以通过水力自动调节，达到理想的过滤效果。而且气、水用量少，清洗时间短。

东北电力学院对纤维束滤料过滤进行了大量的实验研究，实践表明，纤维束滤料可用于反渗透法脱盐等对水质要求较严格的预处理。在原水浊度为3.8~4.6NTU，滤速30~40m/h，出水浊度<1NTU，淤塞指数SDI(15min)<2，完全可满足反渗透膜分离过程对进水水质的要求，且水层阻力小，截污容量大。

2.1束状纤维滤池

束状纤维滤池是一种全新的重力式滤池，它采用了一种新型的纤维束软填料作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径的限制等问题。微小的滤料直径，极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。

滤池为充分发挥纤维滤料的特长，在滤池内设有纤维密度调节装置。设备运行时，通过纤维密度调节装置向滤层加压，使滤层孔隙度沿水流动方向逐渐缩小，密度逐渐增大，相应滤层孔隙直径逐渐减小实现了理想的深层过滤。当滤层被污染需清洗再生时，纤维密度调节装置将滤层放松，使滤料恢复自由状态，即可用水方便地进行清洗。对滤料的清洗采用气--水混合擦洗的工艺，可有效地恢复滤元的过滤性能。

过滤精度高：水中悬浮物的去除率可接近100%，对细菌、病毒、大分子有胶体、铁等杂质有明显地去除作用；过滤速度快：一般为20-25m/h，最高可达30m/h；截污容量大：一般为10～15kg/m3，是传统过滤池的2倍以上；不需要更换滤元：滤元被污染后可方便地进行清洗，恢复过滤性能。

2.2D型滤池

九十年代末，李振瑜等研制成功彗星式纤维过滤材料，并申请了专利，并将这种过滤材料命名为“彗星式纤维过滤材料”。

彗星式纤维过滤材料构成的过滤层其孔隙率沿滤层高度呈梯度分布，下部过滤材料压实程度高，孔隙率相对较小，易于保证过滤精度，整个滤床孔隙率由下至上逐渐增大，滤层孔隙率的分布特性有助于实现高速和高精度过滤。

D型滤池在结构和运行方式上借鉴了法国的得利满公司V型石英砂滤池的结构，滤料采用了清华大学研制的“彗星式纤维过滤材料”，D型滤池的控制

可采用手动控制和自动控制两种方式，可根据用户需要制定，灵活、先进；特有的拦截技术，可保证滤料在反冲洗时不会流失；反冲洗耗水率低(约1%～2%)，运行费用省；具有钢板和混凝土两种结构型式，根据用户和实际需要选择，最大程度地节约投资费用；抗冲击性能强。

3结束语

国内外尤其是国内绝大部分水厂应用的还是重力式滤池，国内现在多用双层滤池及均质滤料滤池，它们在经济、技术上更适合当前我国国情。而纤维滤料滤池、臭氧化-生物活性炭滤池等新型的过滤技术发展还不够成熟和完善，现在应用的较少。总之，重力式滤池现阶段在我国给水行业中起着重要的作用，是实现稳定持续供水的保证。

参考文献

[1]陆柱，蔡兰坤，丛梅.给水与用水技术[M].北京：化学工业出版社，2004，(8).

[2]许保玖.给水处理理论[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3]上海市政工程设计研究院.給水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.