張 麗 朵

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山西 太原 030001)

談過濾原理的幾個問題及七種濾池的比較

張 麗 朵

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山西 太原 030001)

介紹了等速變水頭過濾與變速等水頭過濾的概念，對過濾工藝中幾個過濾原理進行了闡述，并對常見的七種濾池形式在過濾及沖洗等方面作了對比分析，以供參考。

過濾，濾池，供水系統，負水頭

給水處理基本工藝有混凝、沉淀及過濾，其中過濾為原理深、構筑物工藝比較復雜的一個，過濾原理和反洗原理是整個給水工程老大難的問題，本人就過濾原理中需要注意的幾個問題予以分析闡述，并對常見七種濾池形式的原理、過濾方式及沖洗方式等進行對比。

1 等速變水頭過濾與變速等水頭過濾

等速變水頭過濾與變速等水頭過濾為比較難理解的兩個概念，尤其是與濾池相結合的時候，本人就學習理解過程做一分析。過濾過程中有兩個要研究的內容：1)水頭損失；2)濾速。根據清潔砂過濾水頭損失計算公式，過濾時的水頭損失與濾層厚度成正比，與過濾濾速(過濾水量/濾池表面積)也成正比。隨著過濾時間的增加，濾層中截流的懸浮物量逐漸增多，濾層的孔隙率會減小，就會出現兩種情況：1)濾速不變，則過濾水頭損失必然增加；2)水頭損失保持不變，則過濾濾速必須減小。這樣就出現了等速變水頭過濾和變速(實為減速過濾)等水頭過濾兩種基本的過濾方式，事實上，還存在等速等水頭第三種過濾方式。此時，應注意的是，等速和變速都是針對濾池的一格而言，針對整個濾池來說，濾速是不變的。1)等速變水頭過濾。在這種過濾中，單格濾池進水量是不變的，隨著過濾時間的增加，由于孔隙率減小，水頭損失增加，為了流速不變，則需要增加相同的水頭損失，從而濾池的砂面水頭需要增加，以克服增加的阻力，達到等速的目的。濾料的直徑越大，越接近球狀，水頭損失的變化速率則越小，濾速越大，水頭損失的增加越慢(不是損失小，而是增加慢)。虹吸濾池和無閥濾池屬于等速變水頭過濾。2)變速等水頭過濾。在這種過濾中，為使得過濾的水頭損失保持不變，可以使濾池砂面上的水位與過濾后清水出水的水位保持高差不變，但由于截留雜質的過濾層孔隙率減小，使得濾速越來越小。需要強調的是：a.變速是針對某一格濾池，對整個濾池來說，進水流量Q是不變的，即過濾水量不變；b.等水頭不是說水頭就完全不會變，在一格剛被反洗完到下一格反洗前，水頭是在增加的，只是因為馬上有另一格反洗，所以水頭增加不多，馬上又降下來，即水頭變化被均攤了，若有無窮多格濾池，則一格的過濾水量變化(堵塞程度變化)就對其他濾格影響不大，這才是嚴格的“等水頭”。普通快濾池(不設調節(jié)閥)和移動罩濾池屬于變速等水頭過濾。3)等速等水頭過濾。通過濾池水面液位計和“濾后水可調出水閥”聯合控制，保持水頭和濾速均不變。各格進水量不變，濾后水出水管上設可調開啟度出水閥，在反沖洗后過濾的初始階段，因濾池的阻力小，該閥門的初始開啟度也小，隨著濾層中濾池阻力的逐漸增加，在濾池水面略有上升后，液位計的信號將控制該閥門的開啟度，以保持過濾的流量相同或濾池水面基本恒定。V形濾池和翻板閥濾池屬于等速等水頭過濾。4)在等速過濾中，濾料空隙流速越來越大，沖刷剪切作用大，容易將懸浮顆粒等雜質帶出池外，而減速過濾，濾料空隙流速變化較小(別的格分攤了過濾水量)，所以出水水質穩(wěn)定，且濾速降低，承托層和配水系統水頭損失降低(假設它們的孔隙率是不會變的)，結余水頭可以補償濾層水頭損失，延長過濾周期。因此，變速過濾濾池出水水質更穩(wěn)定。5)壓力濾池連接水泵，濾池濾料空隙越來越小，對應的理解就是管道阻力越來越大，也即水泵和管道的工況點發(fā)生移動，所以流量和揚程都變，也即水頭和流速都變，可以理解為變水頭變速過濾。

2 負水頭現象

負水頭是一個比較抽象的概念，為過濾層中某一深度的水頭損失超過該處水深時，即會出現負水頭，但如果用比較形象的比喻，負水頭則為孔隙率很小時，濾速過快，由于水流過快會引起抽吸，使得濾層中出現真空，影響過濾效果。為了避免此類情況的發(fā)生，主要措施就是減少濾速，或者在濾層孔隙小到一定程度時，進行反沖洗。

3 反沖洗配水系統

按反沖洗時，水頭損失的多少將配水系統分為大阻力配水系統，中阻力配水系統和小阻力配水系統，在這種情況下，可使得反沖洗配水系統的起點和終點壓力基本一致。三者設計時應注意的事項及對比比較見表1。

表1 三種配水系統對比分析表

4 反沖洗供水系統

反沖洗供水系統分為反沖洗系統供水量和揚程。

二者設計時應注意的問題見表2。

表2 兩種反沖洗供水系統設計時應注意的問題匯總表

5 濾池形式在過濾及沖洗等方面的對比比較

表3 七種濾池形式對比分析表

在給水處理的過濾工藝中，過濾池形式有很多，其截流懸浮物雜質的原理基本相同，但在構造、濾料的組成、進出水以及反沖洗的控制等方面不同，常見的有七種，詳細對比比較見表3。

濾池工藝構造復雜，過濾原理形式多樣，以上五點只是很小的一些方面，在實際設計認識中還有很多問題存在，本文拋磚引玉，期待更多的理解認識及應用。

Comparisonofseveralproblemsonthefilteringprincipleandsevenkindsoffilter

ZHANGLi-duo

(ShanxiAcademyofUrban-RuralPlanning&Design,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the concepts of the constant speed varying-head filter and variant equipotential filter, illustrates the filter principles in the filtering craft, and undertakes the comparative analysis of the seven common filter pools from the filter and swash, so as to provide some reference.

filter, filter pool, water-supply system, negative head

1009-6825(2014)14-0152-02

2014-03-05

張麗朵(1980- )，女，工程師

X703

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