崔丽琴
(国投新集能源股份有限公司设计院，安徽合肥230008)
摘要：气水冲洗滤池是目前广泛使用的滤池池型。由于气水冲洗滤池的配水配气系统较常规滤复杂，且在我国推广应用的时间不长，因此在设计过程中有一些细节因素容易被忽略，部分水厂的实际运行效果并不理想。结合工程实例，对如何优化滤池的设计进行了详细地阐述与剖析。
关键词：气水冲洗滤池；设计；优化中图分类号:X52文献标识码:B 文章编号:1006-8759(2008)04-0032-03
THE OPTIMIZATIO N OF AIR -WATER FL U S HING
FI LTER TANK DESIGN
CUI Li -q in
(The Desi g n and Resear ch Institute o f SDIC Xin j i Ener gy CO.,L TD ,H e f ei 230008,China )Abstra
ct :Air -w ater flushin g filter tank is in w ides p read use now.Because the w ater and air distribution s y stem of Air -w ater flushin g filter tank is ver y com p lex ,and it is not too lon g that this tank w as p ut into p ractice in China ,S om e details often be i g nored in desi g n.T his often cause ne g ative influence to the p rocessin g effect in som e w ater w orks.C ombined w ith a actual exam p le ,the p a p er g ives a detail anal y sis and discussion on how to O p tim ize the desi g n of the filter tank.K e y w ords :air -w ater flushin g filter tank ;o p tim ization ;desi g n
0前言
气水冲洗滤池属快滤池的一种，其技术特征是采用均质滤料、以气水冲洗代替单独水冲洗，利用气泡的振动形成对滤料的搓洗，从而去除滤料截留物。该滤池具有冲洗水量少、节省能耗、过滤滤速快、截污能力强、出水水质好、过滤周期长等显著优点，已成为当前国际过滤技术中的主要池型。 我国目前已建成气水冲洗滤池数百座，在水处理行业中占有举足轻重的地位。但由于气水冲洗滤池的配水配气系统复杂较常规滤池复杂，对
设计及施工的要求较高，且在我国推广应用历史不长，技术尚不够完善，有相当一部分水厂的气水冲洗滤池在生产运行中还存在不少问题，主要表现为反冲洗不均匀、耗水量大、出水水质变差、滤料面倾斜、滤料流失等现象，影响水厂的正常运行，滤池的节能性更是大打折扣。为解决上述问题，充分
发挥气水冲洗滤池的技术特点，本文以某水厂滤池设计为例，给出滤池设计的优化思路和措施。
1工程概况
学生教育安徽某县城水厂，处理工艺为：微涡反应池+平流沉淀池+气水冲洗滤池+消毒。设计沉淀池出水浊度<10NT U ，滤池出水浊度<0.5NT U ，滤池
防治技术
收稿日期:2008-06-10
第一作者简介：崔丽琴，女，中国科学技术大学研究生，工程师，曾参加世行在华污染治理项目，长期从事环境工程科研与设计。
能源环境保护
Ener gy Environmental Protection
V ol.22,N o.4Au g .,2008
第22卷第4期2008年8月
处理能力为1084m3/h(300L/s)，设计3组滤池，单排布置，设计滤池主要特征见下表。
项目设计参数
单格滤池平面尺寸/m28.4m×7.1m=59.64
单格滤池有效过滤面积/m28.4m×3.0m×2=50.4
滤速/m/h7.2
强制滤速/m/h10.8
寿昌公主石英砂滤料/mm d=0.95～1.35,K60<1.6,H=1150
砾石承托层/mm d=4～8,H=100
滤层以上水深/mm H=1250
气水室高度/mm H=900
滤池高度/mm H=4100
冲洗强度及时间
气冲t=2m in,q a=16L/(m2・s)
混冲t=3m in,q a=16L/(m2・s),q w=3L/(m2・s)水冲t=5m in,q w=6L/(m2・s)
表面扫洗(全过程),q l=1.5L/(m2・s)
单格滤池滤头数/只1680高分子材料成型加工
滤头规格可调式，缝隙宽d=0.5mm，缝隙面积s=6.12cm2开孔比/%2
设计滤池主要特征表
青衣江2系统方案及设计参数优化
设计在分析滤池机理、工况的基础上，结合相关运行厂的经验，对气水冲洗滤池的系统方案、设计参数、池形结构等方面进行了优化。
2.1冲洗方式
气水冲洗滤池的设计应首先确定冲洗方式。目前大多水厂气水冲洗方式是两阶段，即先单独气冲洗，后水冲洗，利用空气的搅动作用将滤料颗粒表面截留的污泥擦洗掉，再用水冲洗排出泥水。污泥从滤料表面脱落的原因，是水流剪切和滤料碰撞摩擦共同作用的结果，在气冲洗状态下，存在气泡由滤层底部向滤层表面的运动，气泡经过滤料细小通道时将产生较强的泡振作用，而气泡的携砂作用，又会导致滤层中的滤料发生循环移动，这些都加剧水流的剪切和滤料的碰撞摩擦，加速滤料颗粒表面污泥的松动和脱落，因此气水冲洗的冲洗效果要比单独水冲洗效果好，同时还可以显著减少冲洗耗水量。
研究表明，对于单独气冲洗，在滤层深处气泡粒径较小，达到表层时才能合成大气泡，其冲洗作用的增强主要发生在滤层的表层，而在此基础上同时加以水冲洗，即气水同时冲洗，可以改善冲洗效果，由于滤料呈微膨胀状态，气泡在滤层深处即可合并成大气泡，使冲洗作用的增强可以发生在大部分甚至整个滤层，此外，滤料循环移动速度远也大于单独气冲洗时的速度，这些原因促使水流剪切和滤料碰撞摩擦的程度较单独气冲洗时更高。因此，可将前述的两阶段冲洗方式优化为先气水同时冲洗，后水冲洗。
而从污泥的去除来看，其排出顺序是由上而下，在冲洗的最初阶段，是保证滤层上部截留污泥的去除，用单独气冲洗即可达到这种效果，因此设计采用了三阶段冲洗方式，即先单独气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗。为加快漂洗速度、减少冲洗用水量、降低冲洗时其它滤池负荷，设计冲洗全过程辅以表面扫洗。
2.2冲洗强度及时间
设计各冲洗阶段的冲洗强度及时间见上表。参数的确定参考了相关运行厂的运行经验，运行厂的经验表明，水洗阶段的水洗强度不应低于4 L/(m2・s)，否则水流的挟泥不够能力不够，滤料层表面会出现沉泥现象，而气水同时冲洗时，气水冲洗强度之和不宜大于20L/(m2・s)，否则细砂流失严重。仅有合适的冲洗强度而冲洗时间不足时，也不能充分洗掉包裹在滤料表面的污泥，甚至无法置换冲洗废水，导致污泥重返滤层，在滤层表面形成泥膜。
确定冲洗强度及时间时还应该综合考虑操作控制的简便，本例采用水泵冲洗，冲洗时间易于调
崔丽琴气水冲洗滤池的设计优化・33・
整。水冲洗阶段水洗强度采用6L/(m2・s)，设为气水同时冲洗时水洗强度的2倍，这样在运行过程中可以简单的通过水泵的启闭来实现冲洗强度的改变。
实际生产中可以对设计冲洗强度及时间再进行优化，以反冲洗排水浊度<10NT U、滤砂含泥量<0.2%作为确定运行参数的指标。
2.3配气配水系统
配气配水系统设计的关键是均匀性。理论上分析，大阻力系统和小阻力系统都能实现这一目标，但受施工精度的影响，小阻力系统的均匀性不易掌握，相比之下，大阻力系统要优于小阻力系统，但相对能耗较大。
对于气水冲洗滤池，其水冲洗强度较单独水冲洗滤池的强度低，按该强度设计的系统开孔比在过滤状态时集水阻力较大，因此从配水角度考虑，气水冲洗滤池又不宜采用大阻力配水系统。
基于上述原因，设计中采用长柄滤头配气配水系统，开孔比2%，属大阻力配气、小阻力配水系统，可以很好地解决同时均匀配气配水问题。
2.4进水与出水
为保证配水均匀，滤池的进水由堰来完成，滤前水经总渠通过堰进入单格滤池的配水渠，再均匀分配到滤池两侧的配水槽。堰上游设有3道进水孔并配有闸门，设置多道进水孔。一方面是为了保证进水稳定，另一方面可以满足过滤和冲洗不同状态下的进水要求。
滤后水经单格滤池出水管、出水总管汇至出水水封井，水封井设有堰板，这样水封井水位可保持稳定，滤池的运行可视为恒水位匀速过滤，考虑到实际运行状态与设计状态存在偏差，出水堰采用了可调节堰。
2.5冲洗水供应
设计滤池的冲洗水由冲洗水泵直接供应。设计巧妙地利用滤池出水水封井作为冲洗水泵的吸水井，由于水封井水位在滤池正常工作时保持恒定，因此滤池冲洗时所需扬程是稳定的，相应决定了水泵出流量是稳定的，很容易控制冲洗水强度处于设计值。另一方面，冲洗水泵从水封井吸水，还可以充分利用滤后水水头，减小水泵扬程，降低运行费用和能耗。
3池型结构优化
3.1滤头及滤板
气水冲洗滤池中，配气配水均匀的关键是滤头的平整，而滤头平整的先决条件是滤板的平整。目前国内的滤板基本上采用小块滤板拼装式,《滤池气水冲洗设计规程》(CECS50:93)中规定小块滤板单板水平误差控制在2mm以内，同格滤池滤板水平误差控制在5mm以内，这在实际施工过程中往往难以实现，也就无法保证滤头的平整度。此外，小块滤板的拼装缝多采用胶泥密封，由于材质不同、膨胀系数不同，又频繁受正反两个方向力的冲击，常有胶泥开裂、脱落现象，导致漏砂、翻板等事故。
设计滤池采用整体浇筑滤板和可调式滤头(缝隙宽d=0.5mm，缝隙面积s=6.12cm2)，通过设计来减小施工难度。由于整体浇筑滤板不存在任何接缝，彻底消除了因滤板密封不严密引发的各种隐患；同时
滤头为可调式，确保滤头的水平误差控制在极小的范围内，优于规范要求，使配气配水的均匀性更趋理想。由于施工工艺的简化，还可以缩短施工周期，对于降低滤池工程造价也优势明显。
3.2排水槽控制阀门
目前多数水厂排水槽出水的控制都是采用提板闸。然而，出于提高滤池的有效面积的考虑，在满足冲洗废水排出通畅的前提下，要求排水槽的设计尽可能窄，因此在滤池内排水槽末端设置提板闸难度较大，一是土建施工时预埋件难以精确就位，二是闸门安装及设备维修时操作空间不够，加之闸门的漏水量本身较大，会造成滤池实际运行时产生过度漏水或提板闸垂直度不够而影响传动系统的寿命。
设计对排水槽出水控制阀门作了改进，采取在池体外侧设置蝶阀的方式替代提板闸，这样可以降低土建要求和方便阀门的安装维修，同时蝶阀的密封性能优于提板闸，可减少漏失水量，还能实现排水的瞬间操作。
4结语
气水冲洗滤池是目前广泛使用的滤池池型。本文结合水厂运行过程中存在的主要问题，通过
(下转第58页)
水环境功能区划要求；应尽量减少矿区开发固体废弃物产生量，已产生的应进行综合利用和无害化处理；大气污染物安装处理设施，实现达标排放。
(4)注重生态环境的保护。大力开展植树造林，涵养水源，特别是水资源的开发利用和植被的保护。另外矿区开发过程中还应积极采取植物、工程等措施防治水土流失。
(5)开展矿区清洁生产和循环经济，节约资源。例如：提高污废水资源化利用率，减少新鲜水消耗；固体废物进行综合利用，减少占地和土壤污染等。
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对滤池机理和工况的分析，给出了行之有效的设计优化措施，在确定系统方案、设计参数、池形结构方面都对传统的滤池设计进行了改进，使气水冲洗滤池的优越性能够更好地发挥。
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(上接第34页) (上接第46页)
度，监测过程均按指令的路线有序进行，这就意味着工作质量的提高。因此，对监测全过程的质量都受控管理，在抓数据质量的同时，更要抓好工作质量，只有提高工作质量，才能保证和提高监测数据的质量。
5结束语
随着国家对环境保护工作重视，学科的进步，监测技术发展迅速。监测对象由工业污染源逐步发展到对各类生态环境的监测，从最初的点污染发展到区域性环境监测，不仅包括影响环境质量的污染因子，还延伸到生物监测和生态监测。另外环境监测仪器发展具有将实验室搬到现场的趋势，逐渐向数据直读，实时监测、连续监测方向发展。不管监测技术怎么发展，环境监测工作全过程质量控制将是永恒的。
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