鄭國興　 雷 挺　 許嘉炯
(上海市政工程設計研究院，上海 200092)

　　摘要 序批反沖洗濾池是一種適合多種濾料、濾料低流失率、反沖洗凈度高、周期長、容污能力強、反沖洗水耗低、水頭損失小、布水布氣均勻的優秀濾池池型，特別是其排水系統和出水／反沖洗系統具有一定的特色。該文通過對濾池的組成、工作原理和特點的介紹和分析，探討其在今后生產中的應用前景。
　　關鍵詞 序批反沖洗濾池　 舌閥　 雙層濾料濾池

The Feature and Prospects of Sequential Back—washing Filter
Zheng Guoxing　 Lei Ting　 Xu Jiajiong
(Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute Shanghai 200092，China)

　　Abstract Sequential back-washing filter is an advancced-style filter with loW head loss，high-rate backwashing，long cycle duration and symmetrical distributed backwashing system，especially it‘s drainage and outlet／backwashing system．This paper described it‘s sconstitution，principle and performance，discussed it‘s application foreground.
　　Keywords sequential back-washing filter　 tongue-valve　 dual media filter

　　序批氣水反沖洗濾池，又稱翻板濾池，由瑞士蘇爾壽(Sulzer)公司技術工程部(現稱瑞士CTE公司)開發成功，具有沖洗凈度高、布水布氣均勻等多種優點，尤其是其排水系統和布配氣、水系統具有一定特色，值得借鑒。目前國內昆明第七水廠已建成，屬于國內領先池型，應用前景廣闊。
　　目前世界上已有數百家水廠采用此池型，主要分布在歐洲各國。我國昆明由蘇爾壽公司提供的布氣水系統和排水閘板閥，建立了一座3.Om²模型濾池，效果很好，在此基礎上，昆明七水廠(規模70萬m³／d)已建成此池型，上海市政工程設計研究院在上海楊樹浦水廠建立了一座4.Om²的模型池，效果也非常好。

1 序批氣水反沖洗濾池的組成

　　序批氣水反沖洗濾池的池體外形與普通的氣水反沖洗濾池類似，可分為池體部分、進水系統、出水／反沖系統和排水系統，池體布置見圖1、圖2和圖3。上述系統中，進水系統與普通的氣水反沖洗濾池基本相同，其余均有一定區別。

1.1 池體部分
1.1.1 平面　 序批氣水反沖洗濾池無普通氣水反沖洗濾池常設的中央排水集水槽，池體的有效面積更大。由于單格濾池的排水均排向管廊方向，考慮排水的距離，單格池體長度不宜太長。
1.1.2 池深　 由于序批氣水反沖洗濾池具有特殊的排水系統，可滿足雙層濾料的大水量沖洗要求，且濾料層和承托層的厚度遠大于普通氣水反沖洗濾池。因此其池深較普通氣水反沖洗濾池深。
1.2 出水／反沖系統
　　與普通氣水反沖洗濾池采用長柄濾頭布水布氣系統不同，序批氣水反沖洗濾池PE材質的條形布水布氣系統，在濾池底板上下形成雙氣墊層，不僅使布水布氣更均勻，且更易于施工。
1.3 排水系統
　　序批氣水反沖濾池之所以稱為“翻板”濾池，主要是因為該型濾池的反沖洗排水舌閥(板)工作過程中是從0°～90°范圍內來回翻轉而得名，見圖4。

2 序批氣水反沖洗濾池的工作原理

　　該濾池的工作原理與普通氣水反沖濾池相似：上一級凈水構筑物的出水通過進水管(渠)經溢流堰均勻流人濾池，水以重力滲透穿過濾料層和承托層，并以恒水頭過濾后匯人集水室。濾池反沖洗時，先關進水閥，然后按氣沖、氣水沖、水沖三個階段開關相應的閥(閘)門，一般重復兩次后關閉排水舌閥(板)，開進水閥，恢復到正常過濾工況。其工作原理同其他氣水反沖洗相似，但水沖強度分為大小兩種。

3 序批氣水反沖洗濾池的主要特點

　　序批反沖洗濾池經不斷改進完善，在反沖洗系統、排水系統與濾料選擇方面有新的技術性突破，從而使該型濾池具有出水水質好、反沖洗效果好而耗水量少、運行周期長、運行費用低以及施工簡單、工期短等優點。主要體現在：
　　1)濾料、濾層可多樣化選擇
　　根據濾池進水水質與對出水水質要求的不同，可選擇單層均質濾料或雙層、多層濾料，亦可更改濾層的濾料。一般單層均質濾料是采用砂(或微孔輕陶瓷)；雙層濾料為微孔輕陶瓷與砂或無煙煤與砂。當濾池進水水質差(如原水受到微污染，含TOC較高時)。可用顆粒活性炭置換無煙煤等。
　　2)濾料流失率比其它濾池低
　　序批反沖洗濾池下有級配的礫石承托層，濾料一般不會從濾池底部流失。反沖洗時反沖洗水的強度高(15～16L／m²·s)、濾料的膨脹率40％左右，若對一般濾池比重較輕的顆粒活性炭、陶粒等濾料易于從排水槽流失。但對于序批反沖洗濾池由于它具有：(a)排水閥(板)的內側底高于濾料層0.15～0.20m；(b)排水閥(板)是在反沖洗結束，濾料沉降20s后再逐步開啟，從而保證輕質濾料不會通過排水舌閥(板)流失。反沖泥水一般在60～80s內排完。此時，濾池中的微細污泥顆粒仍呈懸浮狀態，不會發生沉淀截留在濾料表面。
　　3)濾料反沖洗凈度高、周期長與容污能力強
　　根據水流剪切與水的粘滯系數及速度梯度成正比，即水沖段，其強度達15～16L／m²·s，使濾料膨脹成浮動狀態。從而沖刷和帶走前兩階段(氣沖段、氣水沖段)洗擦下來的截留污物和附在濾料上的小氣泡。一般經兩次反沖洗過程，濾料中截污物遺留量少于0.1kg／m³。這樣，使序批反沖洗濾池的運行周期延長一運行周期達40～70h(相應水頭損失2.0m水柱左右)。
　　當2m容污水頭時，濾料的容污能力達2.5kg／m³。
　　因此，序批反沖洗濾池出水水質比一般低水頭反沖濾池出水水質好。根據昆明市自來水總公司第五水廠的序批反沖洗濾池(模型)試驗結果表明，同樣進水水質下，序批反沖洗濾池出水水質顯著提高。
　　當濾池進水的濁度<5NTU時，此類雙層濾料濾池的出水水質可達0.2NTU(95％)、<0.5NTU(100％)。
　　4)反沖洗水耗低、水頭損失小
　　序批反沖洗濾池的水沖強度(15～16L／m²·s)、濾料膨脹率(可高達40％)與普通快濾池相近，但它的水沖時間短(約2min)，運行周期長(進水濁度5NTU時，周期40～70h)，故反沖洗水耗量少，一般約為3～4.5m³／m²，相應的反沖泵耗電量也較小。據運行表明：濾層厚1.5m，濾速為9m／h時，濾料層產生的初始損失約為0.35～0.40m。
　　該濾池采用氣水反沖方式，布水布氣采用新型的二次配水配氣穿孔管，材料造價低，安裝施工方便，具體沖洗強度和過程為：先單氣反洗沖，強度60m³／h·m²，沖洗歷時3min，然后氣水同時沖洗，氣沖強度60m³／h·m²，水沖洗強度為15m³／h·m²，沖洗歷時2min，隨后分別以強度為15m³／h·m²和60m³／h·m²單水各沖lmin，沖洗后延時20s，打開排水閥門，然后再重復一次單水沖的步驟，最后關排水閥門，讓濾池水位回升到一定高度，逐漸恢復進水。
　　5)雙層氣墊層，保證布水、布氣均勻
　　序批反沖洗濾池在底板上、下形成2個均勻的氣墊層，從而保證布水、布氣均勻。
　　6)氣水反沖系統結構簡單、施工進度快
　　序批反沖洗濾池的反沖洗系統具有綜合普通快濾池與V型濾池的設計特點，但對濾池底板施工要求的平整度不是很嚴格，安裝布氣布水管部分的濾池池底，對水平誤差要求約10mm，非常易于施工。
　　此外，對于江浙一帶原水水質較差的眾多水廠的設計中，選擇該池型的原因不僅僅考慮了它本身的優點，還基于以下幾方面：(A)采用微孔輕陶瓷和砂雙層濾料，減輕后續工藝負擔，考慮到微孔輕陶瓷具有較強的去色除臭和吸附能力，可以減少后續O₃的投加量和延長活性炭濾池的使用壽命，其價格僅為活性炭的1／2。在出水水質相同情況下，可以提高濾層含污率，延長使用周期，從而降低運行成本；(B)可以靈活搭配，適應各種工況運行。比如：當水源污染逐年減輕時，可將微孔輕陶瓷更換為活性炭，直接出水即可；如果水源水質污染進一步加劇，設計工藝無法再維持出水水質，則可將微孔輕陶瓷也改成活性炭，構成二級活性炭處理工藝，進一步提高有機物去除率，確保出水水質。
　　上海市政工程設計研究院與上海市自來水市北公司合作，在楊樹浦水廠采用了該系統，建立起一座4.0m²的模型池，并針對雙層濾料濾池、均質濾料濾池和普通級配濾料濾池進行了運行比較，在濾池水頭損失遞增速度，過濾去濁效果，沖洗耗水率等三方面作了多次試驗比較，結果如下：
　　(A)水頭損失遞增速度 雙層濾料濾池水頭損失遞增速度慢，普通快濾池最快，均質濾料濾池介于二者之間，三種濾層水頭遞增的粗略關系約為1：2：4。
　　(B)濾后水濁度去除效果 三種濾層出水濁度，沒有明顯差別，說明在正常過濾情況下，除濁效果相當。
　　(C)反沖洗耗水率 序批式反沖洗雙層濾料濾池反沖洗耗水率約為3.3m³／m²·次，均質濾料濾池約為3.63m³／m²·次，普通濾池約5.4m³／m²·次。
　　該濾池的缺點是自控系統和均質濾料氣水反沖洗濾池一樣都比較復雜。此外，序批反沖洗濾池的排水舌閥結構復雜，而且價格高，并涉及科技專利等條件，從而使濾池整體造價超過了均質濾料氣水反沖洗濾池。
　　上海市政工程設計研究院在瑞士蘇爾壽公司的基礎上結合國內實際情況進行開發，擬采用國內自主開發的布氣水系統和閥門(其中與上海冠龍閥門機械有限公司聯合開發的排水舌閥已進入試驗階段)，從而降低濾池造價，使其總體價格基本與V型濾池相當。
　　經改進后，序批沖洗雙層濾料濾池價格與均質濾料氣水反沖洗濾池相當，甚至略低，在出水水質相同的情況下，運行周期更長，沖洗水量更少，運行成本也更低，因此是較好的一種選擇。

4 序批氣水反沖洗濾池的應用前景

　　基于序批反沖洗濾池的上述特點，可以預見其廣闊的應用前景，主要場合有：1)新建水廠的常規處理工藝中采用，即替代普通氣水反沖洗濾池；2)新建水廠的深度處理工藝中采用，即替代普通氣水反沖洗活性炭濾池；3)老水廠改造項目中使用，如：可將虹吸濾池等改造成序批氣水反沖洗濾池。
　　當年我國從國外引進均質濾料氣水反沖洗濾池后，在不到十年的時間內迅速在國內普及，有力地推動了我國供水水質的提高。相信在不久的將來，序批氣水反沖洗濾池亦能在我國的給水領域內擁有一片廣闊的天空，成為主流池型之一。

參考文獻：

1 聶梅生等．水工業工程設計手冊-水資源及給水處理[M].中國建筑工業出版社2001．12．
2 吳濟華，馬剛．翻板濾池[J]《給水排水》1999．25(12)．
3 翻板濾池介紹資料 瑞士CTE公司1999．01．
4 雷 挺，許嘉炯等．嘉興石臼漾水廠擴容工程初步設計2004．02.

收稿日期：2004-7-26

第一作者簡介：鄭國興，男，1961年出生，高級工程師，上海市政工程設計研究院。電話：021-65985848，65986502 E-mail:Zheng-gx.xpl@smedi.com.