張真

摘要：近年來，隨著社會發(fā)展的不斷進步，一方面原水水質(zhì)的變得日益復雜，另一方面人民生活水平日益提高，自來水水質(zhì)品質(zhì)引起越來越多人的關注。新水廠在建設初期可根據(jù)水質(zhì)需求選擇適宜工藝、適宜參數(shù)，而七十、八十年代建設的老水廠，受已有工藝限制，受地勢限制，受周邊用水需求限制，進行技術(shù)改造時可選擇空間較小。本文主要討論大阻力配水系統(tǒng)的普通快濾池改造成氣水反沖洗濾池的工藝。

關鍵詞：普通快濾池;氣水反沖洗;大阻力配水;小阻力配水;承托層

在常規(guī)水處理過程中，濾池形式比較多，其中尤以普通快濾池使用較普遍，具有經(jīng)驗成熟、運行可靠的優(yōu)點，得到廣泛的應用。但在水質(zhì)要求日益嚴格的今天，普通快濾池存在運行周期短、反沖洗效果不佳、濾床含泥量大的缺點。而濾池技術(shù)發(fā)展到今天，雖然形式多樣、工藝有差別，但有一點已基本達到共識，即采用氣水反沖洗，利用空氣輔助擦洗以提高濾池洗凈度，降低濾床含泥量，從而延長濾池運行周期、提高過濾能力。普通快濾池與氣水反沖洗濾池因配水配氣方式不同在土建結(jié)構(gòu)上存在差異，采用簡便方式，在濾池結(jié)構(gòu)不進行大改動的情況下，將普通快濾池增加氣洗、水洗功能，以較小的投入取得成效是老水廠提升水處理效果的發(fā)展方向。

普通快濾池改造氣水反沖洗，難度在濾池結(jié)構(gòu)上。下文簡要介紹大阻力配水系統(tǒng)和旅途式小阻力配水系統(tǒng)的特點，以及將二者相結(jié)合的改造方式。

一、大阻力配水系統(tǒng)

普通快濾池采用的大阻力配水系統(tǒng)，一般濾池底板設配水干管（渠）和配水支管，支管上45度位置開孔，干管（渠）和支管呈“豐”字形，又稱“豐”形大阻力配水。反沖洗時，水通過“豐”形管及上開孔沖洗濾料，實現(xiàn)水沖洗功能。為防止濾池濾料流入配水管中，配水系統(tǒng)和濾料間設有承托層。一般考慮承托層厚500mm，濾料層厚度不小于700mm，總厚度（從濾池底板至濾料層頂）1200mm。用于排除洗池水的洗砂排水槽，槽底距濾料層425mm（以700mm濾料層厚、50%膨脹率計）。

二、濾頭式小阻力配水系統(tǒng)

濾頭式小阻力配水系統(tǒng)，是在距離濾池底板600mm（根據(jù)設計調(diào)整）處，設多孔板，多孔板上安裝濾頭，板與板間縫隙密封。多孔板與濾池底板之間形成的空間稱作配水室，配水室的頂部和底部分別開有配氣孔和配水孔。反沖洗時，可分別進行氣沖洗、氣水沖洗和水漂洗，通過濾頭上的縫隙吹洗濾料。由于濾頭縫隙0.5mm左右，可大大縮小濾頭與濾料之間承托層厚度——通常采用100mm厚卵石層，濾料層厚度不小于800mm（事實上筆者見過的氣水反沖洗濾池濾料層厚度，小的在1200mm，大的可達2000mm），總厚度（從濾池底板至濾料層頂）不小于1500mm。

三、普通快濾池實現(xiàn)氣水反沖洗

從上述兩種配水方式可以看出，普通考慮增加氣水反沖洗功能，如果參照多孔板濾頭式小阻力系統(tǒng)，從池體內(nèi)部空間上，一方面既有總厚度1200mm與最低限的1500mm存在300mm的差異，另一方面普通快濾池排水槽與濾料層間空間有限（槽底距濾料層425mm），若提高濾料層高度，排水槽勢必影響反沖洗效果;從池體結(jié)構(gòu)上，小阻力配水的配氣孔設在配水室頂部，需在快濾池中央干渠上開孔，進行結(jié)構(gòu)變動，中央干渠通常情況下是池體承重混凝土墻，過多開孔會影響土建結(jié)構(gòu)安全性。這就從池體內(nèi)部空間及墻體安全兩方面局限了改造。

氣水反沖洗的配水方式另有一種“豐”字管道式，如圖，連接中央渠的“豐”字形大阻力配水管與連接中央管道的“豐”字形配氣管交疊錯落布置，水、氣各由一套獨立的系統(tǒng)，可分別實現(xiàn)氣水反沖洗。這種方式較好地解決了空間、結(jié)構(gòu)方面難題，可在濾池結(jié)構(gòu)近乎不變的情況下實現(xiàn)氣水反沖洗，其缺點一是由于水管道依舊采用大阻力配水系統(tǒng)，所以仍舊需要卵石承托層，對氣壓力要求較高;二是獨立的氣管路沒有排氣過程，管道中的氣體隨著濾池運行易跑到濾料中。

筆者有幸參觀了國外某水廠，該水廠始建于十九世紀五十年代，其濾池為普通水洗砂濾池，存在沖洗不干凈、濾料結(jié)泥、運行周期短等問題，后改造為氣水反沖洗濾池。至筆者參觀時已改造運行多年，增加了氣洗功能，提高了反沖洗效果，有效減小濾料含泥量。該技術(shù)保留了大阻力配水系統(tǒng)，植入了濾頭，不僅濾池原結(jié)構(gòu)滿足要求，且跟水共用一套管路，不存在殘存其他問題;因著濾頭的使用，取消了卵石承托層，還可適當增加濾料層厚度，極度貼近了V型濾池效果。

該水廠共用18組砂濾池，每兩組濾池共用一個進出水渠，濾池兩側(cè)分布，單側(cè)面積4.2*8.45。改造后的濾池底板縱向水平鋪設直接100mm的PVC濾水管作為濾水管及主布氣管，每根管道中部三通管，向下接入濾池底板上的清水渠內(nèi)。每根濾水管頂部均勻開孔，插入濾頭并焊接牢固。濾頭數(shù)量為每平方米40個。同時濾水管上部左右兩側(cè)中間部位接出一根直接20mm管道作為支氣管，每根支氣管縱向接入上部的分氣管中分氣管與“豐”字行濾水管呈垂直分布與清水渠平行。兩根分氣管再匯合成一條氣路總管，穿過池壁與管廊中的供氣干管連接。濾頭以下至濾池底板間現(xiàn)澆混凝土以穩(wěn)固濾水管及濾頭。混凝土上濾頭間鋪設100mm厚卵石層（2mm），之上再鋪設800mm厚砂濾料。

濾池處于過濾期時，沉淀后的水通過進水渠進入濾池，從上至下流經(jīng)濾料后，通過濾頭進入濾水管并匯集到清水渠內(nèi)。該水廠沉淀后水的濁度控制在0.2～2NTU之間，濾池綠色為6.32m/h，濾后水濁度控制在0.1～1NTU，濾池運行周期為48小時。濾池處于反沖洗期時，關閉進水閘，打開排水閘，進入反沖洗階段。首先進行氣沖洗：壓縮空氣經(jīng)氣路總管、總進氣管、分進氣管、支進氣管進入濾水管，再通過濾頭排出，對濾料進行氣洗。氣洗強度為52m3/h/m²，歷史5分鐘。氣沖洗結(jié)束后進入水沖洗階段：反沖洗水通過中央水渠、三通管流入濾水管，通過濾頭流出對濾料進行沖洗。水洗強度為49.3 m3/h/m²，歷史6分鐘。完成一組反沖洗后啟動另外一組濾池反沖洗，沖洗后廢水經(jīng)排水渠排空。兩組濾池反洗結(jié)束后，關閉排水閘、打開進水閘，濾池恢復過濾。參觀的兩組濾池，其反沖洗的氣洗布氣均勻、水洗漂洗干凈。

四、小試測試

筆者利用國內(nèi)某水廠已有濾柱模型改進后進行了模擬實驗。原濾柱模型為圓形有機玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑DN280，內(nèi)部構(gòu)成包括濾水管直徑及間隔、洗砂排水槽、空間高度等，按照生產(chǎn)濾池實際尺寸制作。實驗用濾頭由自生產(chǎn)廠家提供，濾帽直徑70mm，濾柄直徑25mm，壁厚2mm，濾縫寬0.25mm。以每平方米40個計應設濾頭2.5個，實際內(nèi)應設3個濾頭，每平方米50個濾頭。限于濾柱圓形外觀、內(nèi)設兩根濾水管，所以3個濾頭呈星型分布，各濾頭間距較近，在反沖洗過程中相互干擾。氣洗用壓縮空氣來源于庫存空壓泵，在出氣管上設壓力轉(zhuǎn)換閥，反沖洗水來自高壓水管路。在整個反沖洗過程中空氣壓力穩(wěn)定性差，氣量無法控制，以水面在濾水管中低于濾柄進氣口高于濾柄口作為控制原則;水洗通過水表控制水量。因沖洗控制方式的原因，在氣沖洗時出現(xiàn)砂濾料膨脹。濾柱設在濾站管廊中，過濾水來源同濾池，濾后設濁度儀，反沖洗周期以濾后水濁度等同于濾池濁度為依據(jù)。通過為期兩個月的實驗，與生產(chǎn)濾池運行情況相比，結(jié)論如下：

1、在相同的過濾水及濾后水濁度的情況下，其過濾周期延長1/3，反沖洗時間節(jié)約5分鐘（濾池水洗12分鐘）;

2、雖然濾后水濁度近似于濾池，考慮到濾柱為有機玻璃材質(zhì)，內(nèi)壁光滑，在整個運行周期內(nèi)都有過濾水短流順內(nèi)壁直接流至濾頭對濁度的不利影響，若運用到生產(chǎn)實際濾后水濁度將有所降低;

3、由于濾頭設置數(shù)量（3個）高于計算值（2.5個），實際過濾水量大于同步生產(chǎn)濾池;

4、由于承托層厚度的減少，使得濾料層高度增加成為可能，控制濾池頂與原濾料層相同，增加了400mm，濾床厚度達到1100mm;

5、由于濾床厚度的增加使得均質(zhì)濾料成為可能。實驗期間更換了部分濾料，濾料粒徑加大，由于水廠沒有均質(zhì)濾料，只能從既有級配濾料中篩撿，篩出量低。從實際運行效果看，對濾后水濁度沒有影響，但濾柱運行周期延長了。

五、總結(jié)

筆者認為該改造方式存在以下優(yōu)勢：

1、由于主管道仍舊為“豐”形大阻力配水方式，氣管道采用濾水管頂部鉆孔、布氣，空氣從濾料層接入，避免了對清水渠的改動;

2、氣洗系統(tǒng)主要布置在濾池內(nèi)部，僅有一條總進氣管需穿過池壁，對原有濾池池壁結(jié)構(gòu)的改動降到了最低;

3、采用現(xiàn)澆混凝土方式，使濾池的濾水管、濾頭、分氣管焊接處連成一個整體，增加了連接穩(wěn)固性，避免長期使用開焊;

4、采用濾頭裝置，上部配置濾料層時緊鋪裝100mm厚卵石層，遠小于原來大阻力配水系統(tǒng)的卵石層厚度（500mm），可適當增加濾料層厚度;

5、采用濾頭裝置，增加了濾水及反沖洗的均勻性;

6、由于濾頭的采用，砂濾料可考慮均質(zhì)濾料，而非原來的級配濾料，可延長過濾周期;

7、由于增加了氣沖洗，提高反沖洗濾料潔凈度，同時減少了反沖洗用水。

但是，該改造方式也存在一定的缺點，主要在施工階段及日后維修維護方面：

1、與傳統(tǒng)的氣水反沖洗濾池相比，改造后的濾池反沖洗，獨立實現(xiàn)氣洗、水洗，沒有氣水混洗階段;

2、由于進氣管濾水管之間的連通是通過20mm的支氣管，在焊接施工時，需要較高的施工精度;

3、與傳統(tǒng)的預制支撐板不同，該工藝需要現(xiàn)澆濾頭至底板，對濾頭的保護及高程控制較高;

4、在實際調(diào)試中，不同于實驗時的透明材質(zhì)可實際觀察進氣孔、濾柄口以控制氣量，需摸索出氣洗時濾水管內(nèi)水面最佳控制點;

5、由于采用整體澆筑方式，一旦某濾頭或濾水管出現(xiàn)問題時，無法單獨更換及維修。

盡管該技術(shù)存在上訴缺點，但筆者認為這仍是一個老濾池適應當前水質(zhì)要求的投資少、見效快的改造方式。該技術(shù)的最大優(yōu)勢在于摒棄了常規(guī)濾頭設計中的配水室，將濾頭根植于大阻力配水系統(tǒng)的配水管中，使大阻力、小阻力配水系統(tǒng)特點相結(jié)合，從而使濾池實現(xiàn)氣水反沖洗、均質(zhì)濾料、延長過濾周期、提高濾料潔凈度。

（作者單位：天津津濱威立雅水業(yè)有限公司）