滤池改造

普通快滤池的技术改造问题

一、前言

建设部在2000年全国供水行此进步规划中提出一类水司出水指标应＜1NTU而现有老工艺难以满足。因此改造老工艺满足新水质指标，势在必行。

滤池的改造或新建，通常采取以下八种国内外比较流行的途径： 第一种是在水厂原有过滤站站址上改造或新建均质均粒滤床采用气、水反洗工艺的如法国的“Aquazor的V型”滤池并加建附属的反洗鼓风机，反洗泵及空气压缩机设备及机房与自控系统设备。

第二种是在原有滤站基础上，采用反粒度过滤的单层、双层或多层混合滤料，应用表面冲洗系统，加强原有反洗机制.使用有机或无机的助滤剂与自动控制设备系统.并佐以模型滤池为向导，观察、控制和调整过滤他的工作效能。

以上两种技术改造途径是当前欧美各国十分流行的方法，在一定程度上体现了现代过滤理沦的机制和设备。均需要大量的改造资金。

中昌公司结合当前国内水厂改造资金不足的现实条件，用少量资金完成老工艺的改造目标，按当前实际需求，针对普通快滤池和虹吸滤池工艺分别提出两种改造方案采用均质均粒浅层中粗粒石英砂滤料床单水反洗或浅深层中粗粒石英砂滤床气、水反洗系统。布水系统可采用滤头滤极或ABS滤砖以及高密度聚乙烯滤砖：可因地制宜任择其中一种，前者适合于一般普通快滤池、双阀滤池等；后者适合了虹吸滤池等改造。均以立足国内，运用科学的过滤理论与实践，具有现实意义。针对国内占绝大多数的城镇己建水厂在其原有设备，净水构筑物和管理条件下采取尽最少改动或不改动的方法步骤使原有滤池充分发挥其应有的过滤效能提高过滤水质，延长过滤周期、当沉淀水出水水质在5NTU浊度情况下，过滤水出水浊度可提高到≤0.5NTU，为国内过滤地改造创造了十分良好的条件。

杭州市自来水总公司祥桥净水厂建于1989年，原设计规模为145万m3/日。该净水厂主要工艺：折板反应、平流沉淀、普通快滤池。原设计过滤池为中阻力陶瓷砖配水系统的普通快滤池。过滤池出水浊度≤3度，由于陶瓷砖先天不足，孔眼不匀、易破碎，尤其是长期经受正反两面过滤和反冲负荷，隐性裂纹扩大，发生破裂，并导致过滤池漏砂、承托层紊乱、翻滚、堵塞，过滤及反洗功能失效、出水量骤减、水质变劣，严重影响了正常生产。1999年台州中昌公司承担了滤池的技术改造任务，需在不影响水厂高峰供水期前在工期极短的条件下，运用现代先进的过滤理论和经济有效的技术改造途径，在边生产边改造的情况下全部工程，并经过近二年运行实践证明取得成功。这一改造途径可为国内外现有各种普通快滤池、双阀滤池、虹吸滤池的改造成为开拓了一条科学、经济、安全、快捷的途径、出水水质提高，超过了国家现行一类水司的水质标准，达到优质高产效的目的。总改造费用为136万元，仅为新建普通滤池的20％。

二、技术改造的原则

对祥符桥水厂滤池改造的要求突出以下各点：

1、在滤池配水系统改造时，尽量做到少更动或不更动原则下进行，滤池结构与工艺均可维持不变，可以边生产边改造，达到施工简便、迅速、节省工时，有效达到经济效益为目的。

2、工艺方面采用小阻力配水系统，布水均匀，确保滤池进水池度5-6NTU下，滤后水浊度达到≤1NTU。

3、滤料采用浅层均质均粒级配、滤料组成石英砂粒径0.6—1.1，厚度850mm。承托层粗砂粒径2—4mm,厚度100mm，取消原承托层，增加清水区空间，提高反冲布水的均匀性。

三、滤池改造前后的有关主要技术参数比较

样符桥水厂滤站，每一滤站含有8个矩形滤池，滤池中间设有一条共用的清水出水渠和一条排水渠道相连。双层因此每二格滤池所组成的有效面积为7m×3.7m×2=51.8m2，8格滤池总面积达414.4m2。

现将各地改造前与改造后的有关参数分述于下： 1、滤床组成，过滤速率及反冲洗水强度情况 (a)滤床组成

砂滤层 厚度 均与系数 粒径(mm) 承托层 粒径 厚度 改造前 单层普通 石英砂 滤池陶瓷滤

砖布水系统 700 K80≤2.0 0.5--1.2 砾石 Φ4—8 Φ8—16

Φ16—32 100 100 150 ∑350

改造后 单层 石英砂 滤板滤头

布水系统 850 K80≤1.37

K60≤1.3 Φ0.6—1.1 粗砂 Φ2—4 50--100

（b)滤池有效面积与所采用的滤速

改造前 改造后

滤池面积 二级每组8个池子，每池7m×3.7m面积51.8m2 面积未改变每池7m3.7m=51.8m2仍为二级每组8池，便于边改造边生产 滤速 8m/时 10-12m/时

(c)反冲洗方式与反冲洗强度及历时过程

改造前 改造后

单水反洗 单水反洗，水塔供水 单水反洗，增加水塔反洗水输水泵 反洗强度 *15L/m.s 6.5分钟 历时5分钟强度达到12-15L/m2.s

*因受水塔容量限制，实际上达不到15L/m2.s。

2、滤池底部配水系统

改造前的陶瓷滤砖系统，滤砖铺设沿池7m方向为23排，沿3.7m方向为每排6块组成，滤砖的开孔与总开孔比，参见下表：

改造前 开孔情况 开孔比（按每块滤砖计） 开孔比（按全池面积计） 备注 滤砖 中层4个孔＠Φ25mm 1.1% 1.05% 开孔比较小 陶瓷砖双层600×280×250高 上层96个孔＠Φ4mm 0.72% 0.64%

改造后 材料及尺寸 数量 开孔比（按每块滤板计） 开孔比（按全池面积计） 备注

采用台州中昌公司 C30高强度钢筋混凝土滤板 每格滤池28块 开孔比较滤砖稍大 滤板 977×900×100厚 滤头 型号QS-Ⅲ短柄滤头缝隙40×0.25×25 1.39% 1.32%

3、滤层厚度及过滤性指标的参数

a、反映过滤性能的L/D指标与S/A指标

过滤性指标 改造前 改造后 备注

L/Dm滤层厚度/平均粒径 700/0.74=946 850/0.81=1049 两项参数指出改造后有显著提高 S/A=[6（1-ε）/Φ]L/D [6（1-0.38)/0.8]700/0.74=4399 [6(1-0.38)/0.75]850/0.81=5120

*从上述二项指标比较改造后滤池滤床的过滤性及截污能力有显著的提高。

四、改造前与改造后的效果比较

改造前 改造后 1、水质效果：

过滤池进水浊度：4-5NTU 滤后水浊度：3-5NTU 2、运转周期：≤12小时

3、日产水量：11.0万m3/日 1、水质效果： 过滤池进水浊度：4-5NTU

滤后出水浊度平均：0.43NTU,最好0.26NTU 2、运转周期：＞16-24小时 3、日产水量：15.5万m3/日 4、设计反洗水强度为15L/m2.s 实际强度仅12L/m2.s

反洗时间6.5分钟还冲不清 反洗水量：300m2/次/池

冲洗末排水浊度正常时5NTU 不正常时10-20NTU 4、反冲洗： 采用单水反洗强度只需12L/m2.s 反洗时间：5分钟

反洗水量：190m3/次/池 砂层膨胀度均

冲洗末排水浊度：1.5NTU

5、配水系统原为陶瓷双层滤砖，孔眼堵塞，滤砖破裂，冲洗不干净，形成恶性循环，砾石层走动，砂面凹凸不平整，出水水质变劣 5、配水系统改为滤板滤头反洗均匀性大大提高 6、砾石承托层较高但滤砖堵塞或破裂而导致过滤失常，漏砂等。 6、滤池采用浅层中粗度颗粒均质石英砂过滤及滤料比表面大大提高了。

7、滤料采用一般普通滤池细颗粒圾配组成，过滤性及滤料比表面均较小。 7、滤料采用浅层中粗度颗粒均质石项砂过滤及滤半比表面大大提高了。

8、中阻力滤砖破裂、不平整、反洗强度高、水头损失大、出水水质及出水量下降。 8、土建及安装工程经过科学的周密作业计划与严格的工程质量控制结合现实情况，在不改动或少改动原池结构情况下达到生产改造两不误和经济高效，滤头滤板平整度达到＜2mm内，试水无渗漏及布水均匀出水浊＜0.5Ntu，滤速与出水量均有所提高。

9、新建15万m3/日普通滤池投资单位为人民币40-47元/m3，如改革者V型气水反洗滤池所需投资单价为58-60元/m3（包括鼓风机房及冲洗泵房及PLC自控设备）。 9、由普通滤池改造为均粒浅层中粗粒石英砂滤层，布水系统为滤板滤头所需费用为每立米人民币9.1元。约占新建普通滤池费用20%。

五、改造工作几点体会与收获

1、滤料级配组成的改革

滤料滤料层级配组成是过滤池的灵魂。过滤工艺的实施没有一种现存可取的滤料颗粒组成以资应用。滤池颗粒级配的设计一直被忽视，较长时期以来国内外净水工艺曾一直沿用经典的理论和实际方式即采取细粒度，高垫层、低滤速、低反洗强度来规范对滤料的选择和开拓应用的思想。

近30-40年来，随着科学技术的发展，给水过滤理论已有了长足的进步，从水中胶体颗粒双电层压缩、脱稳到吸附沉淀微絮过滤，上向流反粒度过滤工艺理论与方式取得了质的飞跃。现代快速过滤的科学概念已经不是依靠砂层表面，而是将凝聚的微小絮团输入滤层内部深处藉深部表面与微絮 团的凝集，吸附的絮团与后续絮团的相互粘附而进行除浊。过滤的截留机制包含悬浊液向滤料表面的 输送和吸附两个阶段。小颗粒(＜10μm)能被砂层间隙100μm级所截留，其机制已不同于过去以小截大的机制。这些微絮图在曲折间隙水中移动到滤料表面而进行吸附。悬浊物接触滤料表面依靠电位中和与架桥两个条件促成吸附而从水中脱离。因此快滤池的除浊类似无数微型絮凝沉淀池进行脱稳、沉淀的固液分离器相同。应用这些现代过滤滤床采用了粗粒度、厚滤层、高滤速、高反洗强度取代了 老的概念和方式。 但究竟哪种滤床能截留多少絮凝圈粒子呢?如进水水质与絮凝条件相同，则取决于所采用的滤床颗粒料的粒径，滤层深度、过滤速度和水温等因素。

《改善过滤池的效能》*较全面地总结了当代国内外，净水过滤工艺存在的主要问题，其中核心问题之一就在于要打破过去盲目选用滤料级配过细的偏见，而实现均质均粒或混合滤料反粒度过滤 的滤床以及滤料辅以气水反洗或表面冲洗以及应用助滤剂改变进水水体中悬浊物的性状的可行性。对于新建滤池固然是可行的，但对于在大批己建成水厂过滤地从事彻底的改建从环境场地投资经费作比较，是否可取尚须慎重从事。 但应当指出适合国内己建滤池构筑物现实存在的改造问题，可采用较薄层均质均粒中等粗粒度的滤料级配单水反洗既符合现代过滤理论的精粹所在，能大大提高过滤性而又能结合己建滤池的土建与 工艺结构现状，采用滤板滤头或高密度聚乙烯滤砖等方案达到布水均匀以及选择正确的反洗措施可大 大节省改建投资费用，同时水量及水质又可大大提高。 2、滤池的改造既要考虑到过滤性能好，又要达到经济简便的目的。

应用细颗粒料一殷比表面较粗颗粒为大，而单位体积中的空间(孔隙率)为却相对变小，这便不能提供更高的活性污泥容蓄量，反之粗颗粒滤层总的比表面虽较小，但能提供更大的污泥容蓄量空间， 因此如使用粗粒料时，其滤层厚度必须加高，一直到满足像细颗粒相仿的过滤比表面为度。这便需要增加很高的滤层，这对于新建滤池来说.应用很深或很高的滤池在基建投资上无疑将大大增高。如对于老池改造来说除了虹吸滤池具有较高的池身外，一殷普通快滤池来讲(3m±)就比较困难了。

所以改造工作既希望滤床有较好的过滤性能又使用滤料比表面大具有较高的污泥容蓄空间。采用中粕粒中等深度滤层的颗粒级配可以比粗颗粒厚滤层所取得相同的高过滤性能，而改造工程则大大的简化了。例如：它免去了鼓风机及压缩空气机的设施与机房；气反冲所需的输气管道，控制阀门系统，又免去了控制所需PLC系统和设施。改造中只需采用电动控制的各种叶阀，如原有水塔或水泵反洗水量，水压均能符合要求时，对反洗机泵与管系都可保持原有设施而加以利用，改造工作只局限在滤池内，如设置隔墙，承载梁使之维持一定的高度与隔墙间距，在其上安置滤板滤头或高密度聚乙烯滤砖后便能达到均匀配水的目的。而滤池本身的高度按普通滤池而言一般在3m左右，改造后的高度一般仍可维持原高。祥符桥水厂的滤池改造前后的高度情况如下图所示，实际砂面高度原池比较仅高出15cm。 3、采用深层超粒滤床还是采用薄层细粒滤床

这是欧洲与美国水处理界较长时期争论的焦点之一。以法国为代表认为应用气、水反洗微膨胀或 不膨胀深层粗粒料均质均粒石英砂(Φ0.95-1.35粒径，床深1200mm或Φ0.9—1.2粒径，床深1100mm) 滤床可获得高度优质的过滤水，而以美国等为代表采用的滤床为单层石英砂Φ0.5—1.2mm，厚度为600—700mm；并认为法国滤床虽采用气、水反洗，曾发现底部仍存在污泥淤积现象，过滤效果并不理想，还据理阐明应用薄层细颗粒滤料的除浊效果却比深层粗滤料为佳。原因有三：一是滤头分布不均 或开孔比过大；二是滤床很深不膨胀或微膨胀而反洗水度及时间不够富裕；三是进水如属真悬浮液的 除浊能力同平均粒径的次幂成反比导致过滤性能下降，此时采用细颗粒比粗颗粒的过滤性为佳。

实际上深床过滤的确存在值得注意改进的两项较重要问题才能使深度粗粒料发挥出蓄污能力高和 浊度不易穿透滤床的危险：用气冲洗再生，可剥离粒料上所粘附的胶体或污泥.但同时也须用相当强 度和时间的水反洗，迫使已剥离的污泥得从滤床深处向上通过滤层而排出，这是滤床再生的必要条件。否则纵使污泥或胶体物质已经剥离如仍不能排出滤床，岂非前功尽弃，而又滞留在池内加重了负担，形成恶化循环这是微膨胀或不膨胀滤层的弱点。因此反冲洗是否均匀还牵涉到滤头在滤板上的数量与分布均匀性，反洗强度与反洗的时间。 美国的做法一直强调使滤料层处于流化状态，水反洗强度一定要大于最小流化速度，如果采用较粗的颗粒则所需强度更须达到1.3Vmf。至此顶部过细的颗粒就有流失的可能，因此为减低底部反洗所付予的分外能量，表面冲洗装置就运用而生。但表面冲洗装置系统所需安设的管系与增压泵，却进 一步给滤池表面带来复杂化，在国内实用上受欢迎的不多。 反之法国的做法则过于强调气、水反冲的重要性.滤料层微膨胀或不膨胀或者反冲不均匀给剥离的污泥胶体带来层层阻碍，不易彻底排清，就会造成活泥淤积的主要弊端。 我们所采用的浅层中粗粒均粒滤料层一方面可取得较好的过滤性能，而在反洗问题上也同时达到一定的强度和膨胀度则对污泥的脱落和排除也达到了较好水平。 因此针对国内过去己建普通滤池，我们应用均质均粒薄层或浅深层的中粗粒均粒滤料作为重力式过滤工艺的改进，反冲洗采用单水反洗或气、水反洗系统，从根本上提高过滤效能与出水水质，又能达到耗费投资少的优点。

具体来说通过杭州水司改造实践证明，客观上可以选择两种滤床的组成：

（1）应用浅层中粗粒均粒石英砂滤料Φ0.6-1.10，层厚在850-900mm，以单水反洗滤床进行改造。

（2）应用较薄深层中粗粒石英砂滤Φ0.85-1.10，层厚在1000-1100mm，以气、水反洗滤床进行改造，两者均较适合我国水厂改造。

对于国内已建滤为普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池，采用第（1）种方式对于适用于一般池身高度，对较高的虹吸滤池则可采用第（2）种方式。这样都能达到制因地制宜改造简易方便，提高过滤水量水质而又能降低投资的造价的多种目的。 4、比较各类滤池滤料组成考核其过滤性及比表面吸附能力大小。 A、分析比较三类滤料组成考察各类的过滤性（L/dm）： （Ⅰ）类：欧洲类型Aquazor-V型滤池均质均粒石英砂滤率石英砂滤床； （Ⅱ）类：美国类型即经曲普通滤池，祥符桥水厂滤池亦属此类，滤料为单层石英砂滤床。 （Ⅲ）类：中昌型浅层中粗粒均质均粒石英砂滤床。 三类滤料组成分析比较详见下表：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11

滤池分类 滤料级配石英砂粒径 滤层厚度 d50=dm ε0 Φ L/dm S/A Ri=(L/dm） 增加吸附能力 Ⅰ）类欧洲Aquazor-V型 a.Φ0.95-1.35 1200 1.13 0.4 0.7 1062 5461 Ra=1.06×103 29-36% b:Φ0.9-1.2 1100 1.04 0.4 0.7 1057 5440 Rb=1.06×103 29-36% Ⅱ）类：美国型 a.0.5-1.2 700 0.77 0.38 0.8 904 4227 Ra=9×102 - b0.42-1.27 600 0.73 0.35 0.8 822 4007 Rb=8.2×102 - Ⅲ）类中昌型 a.浅层中粗粒度0.6-1.10 850 900 0.81 0.38 0.75 1049 1111 5203

5511 Ra=1.05-1.11×103 21-28% 29-35%

b.深层中粗粒度0.8-1.1 1000 1100 0.92 0.4 0.75 1063 1170 5106

5616 Rb=1.02-1.17×103 27% 34-40%

由表可知以L/dm代表过滤性之值或去除率的对数值Ri指出

RⅠAB＞RⅡab≤RⅢAB

Ri=ln(c/coi)=λ(L/dm)i=λ(fanθi)

同时Pi=1/Ri表示滤料的通透性

类别 fanθi Qi Ri 过滤性 Pi 通透性 Ⅰ a 6.67 QIa=81.5 1.1×103 好 9.1×10-3 小 b 7.86 QIb=81.75 1.1×103 好 9.1×10-3 小 Ⅱ a 2.55 QIa=68.6° 9×103 次 1.1×10-2 大 b 1.94 QIb=62.5° 8.2×102 次 1.2×10-2 大 Ⅲ a 4.29 QIa=76.9° 1.1×103 好 9.0×10-3 小 b 7.14 QIb=82° 1.1×103 好 9.1×10-3 小

Pi=f(dm/L) PⅠ＜PⅡ≤PⅢ

B、三类滤料滤床的比表面比较

由S／A代表单位面积的颗粒料的比表面，其表式为

S／A＝6（1-ε0）/φ×(L/dm)

其中ε0为颗粒度的空隙宰，φ为颗粒园粒度；L为滤床厚度，dm为滤料的几何中均粒度，由此应用于粗、细、中三类滤料则

[S/A]粗/[S/A]细=φ细/φ细=（1-ε0）粗/（1-ε01）细×L粗/L细×d粗/d粗

现就粗、细、中三类滤床作比较均同细粒度(即经典过滤)为基准其结果，己列于表中第9、10列。由此可见采用中昌型浅层中超粒滤层或浅深层中粗粒滤层的过滤性及单位面积的比表面吸附能力 均占相当优越性和合理性。

各类砂床组成的比较其基础是相同进水水质，过滤速率，水温及相同球体形砂粒条件进行的，并以其沿滤床深度(Li)，单位平均粒度为宽度的砂粒柱状体中所取得的空隙比，过滤率与通透性， 而加以比较的，根据各类砂床的球粒体积Vi＝π／6(dwi)3；球体砂粒的表面积Si＝π(dwi)2；假定 Li/dwi=（N）—为“平均粒度”球体的数量，于是可得到以下表所示的结果。

三类砂滤床 沿L深度排列dm（N）的球粒数 叠球的体积V=（N）.V 叠球的体积S=（N）.Si 比表面S/dm2 空隙量∑0=V-（N）v 空隙比∑0/v-N 过滤性Ri 通透性Pi Ⅰa 1062个 V=802mm3 S=4260mm2 3336 ∑0=730mm3 0.48 1.1×103 9.4×10-3 Ⅰb 1078个 V=599mm3 S=3525mm2 3388 ∑0=545mm3 0.48 1.1×103 9.3×10-3 Ⅱa 946个 V=201mm3 S=1627mm2 2971 ∑0=182mm3 0.48 9.5×102 1.1×10-2 Ⅱb 822个 V=167mm3 S=1376mm2 2582 ∑0=152.7mm3 0.48 8.2×102 1.2×10-2 Ⅲa 1111个 V=309mm3 S=2290mm2 3490 ∑0=282mm3 0.48 1.1×103 9.0×10-3 Ⅲb 1011个 V=408mm3 S=2662mm2 3145 ∑0=438.4mm3 0.52 1.0×103 9.9×10-3

表列结果同图中所示表列数基本相同。

5、应用浅层中超粒及浅深层中超粒均粒滤料滤池的投资经济性较突出。

(一)普通快滤他的土建和设备(指包括阀门、管配件等)的基建费用按15万m3／日供水量的水厂包括安装(国产设备)其总费用为人民币600—700万元，合每1m3/日供水能力所需投资为40—47元，而局部改造如祥符桥水厂滤地总费用仅为136万元，仅占新建费用的20.9%（含9.1元／m3)。

如采用仿Aquazor V型滤池在相同供水量规模以40万m3／日滤站的基建同上海浦东某著名自动化控制现代化水厂投资总额分析比较如下；

1)滤站：a.主体土建及国产设施设备及安装费用为￥195.5万元

b、附属建筑鼓风机房(兼空压机房水泵房)的土建及安装费用为￥209万元 2)滤池设备；a国产设备及安装费用￥6.5万元

b.进口设备及安装费用(鼓风机、空压机、水泵等)￥1825万元

3)PLC系统为全厂子站之一约为￥97万元

合计40万m3／日滤站的投资总额为￥2，333万元 其中引进设备即第2)b占总额为￥l.825万元 合占 78.23%

合每1m3／日能力所需投资为￥58.33元。

(二)上述40万m3／日现代化水厂中如以国产设备代替进口设备。

则总投资费用大为减低，这样所需投资合每1m3／日能力费用为20元／m3，约800～1000万元。则改造费用与之比较则仅9.1元／m3合占15％。 由此得到几点启示：

1、为全部应用国产设备，如土建及安装，所需投资费用只需1000～1200万元，含每1m3／日能力 投资费为30元。

2、对15万m3／日水厂而言滤站基建投资以50～60元／m3计采用国产设备及单水反洗所需投资 费为750～900万元。

3、对15万m3／日老水厂滤池改造免去了鼓风机、空压机以及仍利用水塔反洗免去水泵房土建与设备安装，根据杭州自来水祥符桥水厂滤池改造经验只需136万元仅为总投资18～20%。

4、对改造老池的具体项目主要为改变原细颗粒、薄层滤料为浅层中粗粒滤料：滤板滤头布水系统，因而所需工期大为缩短和简化，改造期内可实行边生产边改造不影响水厂供应，达到多、快、 好、省的目的。

六、结论

1、应用中昌所创选的浅层中粗粒均质均粒石英砂单水反洗滤床或浅深层中粗粒均质均粒石英砂气、水反洗滤床，从理论上和实际生产运转上可获得比—般经典普通快滤池滤料滤床及欧洲类 型的V型气、水反洗滤池滤床具有更好的过滤性和出水水质。

2、应用中昌公司所创造的滤床还同时有其它的优点：可以对一般普通快滤池进行最简易的改造。它不需要将原有滤池——包括普通滤池、双阀滤池，以及虹吸滤池等，予以废弃或敲掉，改造工程只要在单个滤池内进行底部进行滤板滤头承托梁与隔墙小阻力单水或气水反洗或气水的反洗滤床的改造仍能达到充分利用普通滤池等原有土建与设备，完全免除了新建机房，管阀系统及PLC控制系统，达到经济有效的目的。而且可以边生产边改造的情况下逐只逐组地进行达到生产与改造两不误的优点。杭州祥符桥水厂两组滤池的改造在16只池在对外不断生产供水的情况下通过科学安排，仅用了160多天时间完成了即滤池的改造工作，改造费用仅为新建普通滤池的15-20%，为新建气、水反V型滤池的6％费用。

3、滤池经改造后经过190多天的运行测定在进水浊度5Ntu以下时出水浊度平均为0.37Ntu，平均浊度去除率为89.6%／(85.4～92.3％)改造前为77%；滤速平均为10～12m／时，出水量从11万m3／日提高到15.5万m3／日，出水量提高了40.9％或对原设计规模提高了7％。

θi fanθi=L/103×dm8 Pi=(1/Ri) Ⅰ θⅠa=81.5° 1200/103(1.13-0.95)=6.67 9.4×10-4 小 θⅡb=81.25° 1100/103(1.04-0.9)=7.86 9.4×10-4 小

Ⅱ θⅠa＝68.6° 700/103(0.77-0.5)=2.55 1.1×10-3 大 θⅡb＝62.5° 600/103(1.13-0.95)=1.94 1.2×10-3 大 Ⅲ θⅠa＝76.9° 900/103(0.81-0.6)=4.29 9.0×10-4 小 θⅡb＝90° 1000/103(0.94-0.8)=7.14 9.4×10-4 小

主要参考资料：

1、J.Cleasby“Granular Bed and Precoat Filtration”from 《Water Quality and Treatment》 AWWA, 1999. 2、Kawamura:《Filtration》 from water supply Engineering Handbook Montgomery Co, 1989 3、杭州市自来水二公司《一厂滤池改造及运行情况》

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张亚杰 教授级高工 中昌公司顾问总工程师 倪席平 申昌公司总经理

丁云鹤 高级工程师 中昌公司总工程师

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普通快滤池改造

普通快滤池是传统水处理工艺较常用的池型，其主要特点是采用了大阻力配水系统，且采用单一水反冲洗工艺。在国家新的饮用水卫生标准实施后，其固有的缺点已不容忽视，如出水浊度一般设计为小于5NTU；大阻力配水系统反冲强度较大，耗水量大，能耗较高，反冲洗布水不均匀，造成滤料冲洗不彻底或跑砂现象；滤池管配件多，管路复杂，管理劳力强度高；过滤周期短。而改造为气水反冲洗的方式后，则可以克服上述不足。

改造大阻力普通快滤池的实践

来源：中国环保技术网 更新时间：09-8-27 15:42 作者: 方承佳

1 概况

佛山市供水总公司下属的石湾水厂始建于1963年，当时供水规模只有4000 m3/d，随着城市建设的飞速发展，水厂前后经过几次改扩建和挖潜改造，目前已具备50×104m3/d的供水能力。水厂由三个生产完全独立的车间组成，由于建立的年代不同，三个车间净水构筑物所采用的型式也不尽相同。单就滤池来说，一车间采用的是单阀滤池和中阻力快滤池，二、三车间采用的是大阻力普通快滤池。它们冲洗的方式都是采用单一的水冲洗形式，所要求的反冲洗强度大，因此耗水量多。

从滤池的工艺过程来看，首先冲洗效果的好坏会直接影响到滤池的工作周期，另外，如果滤料的粒径比较均匀，孔隙率较大，滤料层截污能力就增强，滤池的工作周期也会相应增长。

因此滤池改进的重点应该从增加滤池的含污能力、改进滤料的级配组成、提高滤速和反冲洗效果、延长运行周期等入手。然而旧池的改造不同于建新池，必须尽可能利用原池的结构，即要投资省，又要使效果最佳，从而达到提高供水水质、节能降耗等目的。

2 二车间滤池的对比性改造试验

二车间有两座共16格滤池，单池尺寸为5m×5m，配水系统为丰字形多叉穿孔管系统。承托层由下而上是由粒径为36～16mm、16～8mm、8～4mm、4～2mm的卵石组成，厚45cm。中间是粒径为1～2mm粗砂层，厚5cm，也起承托作用。上面是粒径为0.5～1.0 mm的石英砂滤料层，厚80cm。1995年借二车间滤池更换滤砂的机会，开始了滤池的改造试验，将其中两格滤池增设了配气系统。为了与原配水系统相配合，增设的配气系统也采用丰字多叉穿孔管形式，其干管采用Φ219 mm的无缝钢管，支管为Φ40 mm的玻璃钢管。支管上钻有与水平面成45°夹角、向下的两排孔，孔径为Φ2.5 mm，孔距150 mm，两排孔交错排列。这两格滤池的配水系统、承托层均维持原状，而滤料层配置其中一格维持原状，另一格则换成厚80 cm、粒径为0.95～1.35 mm的均质石英砂。

滤池反冲洗时，仍用原高位水池水冲洗，水洗强度14 L/(m2·s)，气洗强度为15 L/(m2·s)。反冲洗顺序是先气洗2 min，然后再气水同时冲洗3 min，最后水洗3 min。这套配气系统刚开始使用时效果特别好，特别是第一次冲洗就把粒径为0.5～1.0 mm滤料层中长期积累的泥球冲上表面足有3 cm厚一层(由于风机房建造等原因，配气系统安装了半年多才投入使用，

原单一水洗又洗得不彻底，积攒了很多泥球)，遂将该层铲去补上了新砂。这两格滤池的工作周期均比其他没装气洗装置的滤格至少长4～8 h，特别是均质滤料这格池的工作周期就更长一些。出水水质比其他没有气冲装置的滤池要好，滤后水浊度比其他滤池低0.2～0.5 NTU。二车间这一试验充分显示了气水反冲洗和均质滤料的优越性。但是，这两个池运行一段时间后，空气支管已受到不同程度的堵塞，使气洗很不均匀，特别是非均质滤料层的一格滤池，差不多有1/5的地方已堵塞，影响了气洗效果。分析其原因，其一是只增加了气洗装置而其他没有改动，例如承托层没有增厚，不能将气管埋入承托层中，洗砂排水槽液面高度也没变，水洗强度仍在14 L/(m2·s)左右变化。单独水洗时这个强度正好，能使滤砂膨胀，使污泥水进入排污槽排走，但气水同时冲洗，水的冲洗强度又显得大了，气和水冲洗速度配合不容易得到控制，造成了不同程度的乱层。其二是气水同时反冲洗完后再进行单独水洗而突然停气时，空气支管内容易产生负压，细小砂子从气孔进入了支管，时间一长就发生了堵塞，布气也就不均匀了，从而会影响气洗效果。

从一年多的生产试验中我们体会到：水冲洗是靠水的剪切力去除砂粒之间的截留物，压缩空气的加入增大了滤料表面的剪力，使得通常水冲洗时不易剥落的污物在气泡急剧上升的剪力下得以剥落，从而提高了反冲洗效果；同时，由于压缩空气的加入，气泡在颗粒滤料中爆破，使得滤料颗粒间的碰撞摩擦加剧，并加强了水冲洗时对滤料颗粒表面的剪切作用；另外气泡在均粒滤料滤层中运动产生混合后，使滤料的颗粒不易粘结，气泡速度的波动和尾迹中水流的湍动产生漩涡扩散，促进了滤层颗粒的循环混合，由此得到一个级配较均匀的混合滤层，其孔隙率将高于级配滤料的分级滤层，改善了过滤性能，因此提高了滤层截污能力；又由于气泡在滤层中的运动，减少了水冲洗时滤料颗粒间相互接触的阻力，水洗强度可大大降低，从而节省了冲洗的水耗。所以滤池采用均粒滤料及气、水反冲洗，是目前国内外过滤技术中效果最好的，但如果采用这种丰字型多叉穿孔管作为配水配气系统，那么布气、布水就不够均匀，冲洗时容易造成滤层乱层，冲洗效果也不如长柄滤头配水配气系统的冲洗效果好。

3 三车间滤池的实际改造

三车间的大阻力普通快滤池有两座共20格滤池，单池尺寸为6.25 m×6.25 m。配水系统由一条DN800 mm的干管和44条DN100 mm的穿孔支管组成。承托层、滤料层的组成及冲洗方式均与二车间相同，池高3.55 m。1997年在总结二车间滤池改造试验的基础上，开始了对三车间滤池进行改造的工作。遵照尽可能少兴土木、充分利用原池结构、既节省投资且效果又佳的改造宗旨，对滤池原结构进行了分析，得出的改造方法是：

① 对原池体不进行太多的改动，只将大阻力配水系统的穿孔支管拆除，保留干管，采用长柄滤头配水配气，增设滤板、滤梁(均做成预制件)。安装时尽可能提高滤板高度，加大配气的空间(滤板与池底之间高0.8 m)。当滤池反冲洗时，布气、布水都能得到较好的均压性能，使反冲洗的均匀度能得到充分保障。

② 增加滤层厚度，并将滤层原来的级配滤料改为无需垫层、有效粒径为0.9～1.35 mm的石英砂均质滤料。这种滤料颗粒粗，孔隙大，强度高，使用寿命长。对均质滤料层采用气、水进行几乎无膨胀的反冲洗，使滤池的原有高度得到充分利用，可将滤层厚度由原来的0.8 m提高到1.1 m(将原有3条洗砂排水槽适当提高，使槽面只高出砂面0.5 m，而原槽面高出原砂面1 m)。

③ 将每格滤池的滤后清水管断开，增设出水堰，使滤后水经过堰口跌水后再收集流入清水总管中，利用出水堰和清水阀共同来控制滤池的恒水位过滤。

④ 在紧靠滤板下面的池壁上，对称开两个Φ219 mm的孔洞，使空气经孔洞进入滤板下面的空间。用Φ219 mm的无缝钢管作为气冲管道，同时配置气洗蝶阀，使压缩空气经过气洗蝶阀后分两路从孔洞进入滤板下面的空间，形成气垫层，并通过滤头均布于整格滤池平面上。

⑤ 管廊里原有的电动清水和反冲水阀，由于环境潮湿不通风，经常出现故障动作失灵，因此将它们更换为气动蝶阀。还将原电动进水阀换成气动橡皮阀。气动蝶阀采用法国产气动蝶阀(其中清水气动阀是带角位控制仪的，用以控制阀门的开启度)。增设一些必要的仪表(如采用德国E+H公司的水位控制仪等)，用PLC程序控制器来控制四个阀门的开启，实现滤池的全自动控制。

⑥ 新建一幢风机房，安装2台罗茨鼓风机和2台空气压缩机(一用一备，均为国产设备)，装一个贮气罐，分别给滤池反冲洗和气动阀门提供压缩空气。

改造分两期进行，先改造一座10格滤池。改造能否成功的关键在滤板滤梁的制作及安装上，滤板面在39.0625 m2范围内，水平度误差不能超过±2 mm，要使整池滤板面水平度高，关键又在滤梁的安装上。另外，还需对滤板之间及滤板与池壁之间的缝隙进行密封，保证不漏水、不漏气。

三车间一期滤池的改造历时八个月，一次性获得成功，总投资310万元。紧接着对三车间滤池进行了改造和未改造的实际生产性对比试验(见表1)，经改造滤池的运行周期为72 h，未改造滤池的运行周期为40 h，待滤水浊度在4～8 NTU之间，水量在5500～9000 m3/h之

间。

表1 改造与未改造滤池的对比运行数据NTU 项目

项目 滤池运行26h，滤后水的平均浊度 滤池运行70h，滤后水的平均浊度 未改造滤池 改造后滤池 0.71 0.39 0.42 注 以上监测数据由公司水质科提供。

从表1可以看出：①改造后滤池的滤后水浊度降低了一倍；②在符合细菌指标的情况下，改造后滤池的运行周期还有潜力可挖。

同时，还对改造与未改造滤池的工艺参数进行了测定(见表2)。

测定条件：待滤水浊度为4NTU，水量为6600m3/h；经改造滤池的反冲洗程序为先气洗1 min，再气水同时冲洗3 min，最后单独水洗3min。

表2 改造与未改造滤池的工艺参数对比

项目 运行周期（h) 最大滤速（m/h） 未改造滤池 40 13.8 改造后滤池 72 18 6 85 6 反冲强度[L/（m2.s） 14 反冲水量（m3/池） 水反冲时间（min） 235 7 从表2可以看出：①改造后反冲周期增加近两倍，且还有潜力；②反冲强度减小后，反冲水量节约60%左右。

改造普通快滤池的成功实践

本文来自: 环境技术网(www.65et.com)

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摘要：佛山市供水总公司现有二个水厂：石湾水厂和沙口水厂。石湾水厂始建于63年，当时供水规模只有4000m3/d，随着城市建设的飞速发展，工农业生产和人民生活对用水的不断增加，水厂前后经过几次改建和扩建，到80年代末，石湾水厂设计供水规模达到了34万m3/d，同时经过挖潜改造，目前石湾水厂已具备50万m3/d的供水能力。 关键词：普通快滤池,改造

佛山市供水总公司现有二个水厂：石湾水厂和沙口水厂。石湾水厂始建于63年，当时供水规模只有4000m3/d，随着城市建设的飞速发展，工农业生产和人民生活对用水的不断增加，水厂前后经过几次改建和扩建，到80年代末，石湾水厂设计供水规模达到了34万m3/d，同时经过挖潜改造，目前石湾水厂已具备50万m3/d的供水能力。它是由三个生产完全独立的水厂组成，我们分别把它们叫做一车间、二车间、三车间。由于建立的年代不同，三个车间净水构筑物所采用的型式也不尽相同。单就滤池来说，一车间采用的是单阀滤池和中阻力快滤池，二、三车间采用的是大阻力普通快滤池。它们冲洗的方式都是采用单一的水冲洗形式，所要求的反冲洗强度大，因此耗水量多。 沙口水厂是 1991~1994 年建立起来的, 供水规模为50万m3/d。它采用了目前国内外先进的水处理过滤技术──气水反冲洗深层均质滤料滤池，这种滤池出水水质好，能耗小，自动化程度高。因此以提高供水水质、降低能耗为目标的石湾水厂滤池改造工作也就摆到了议事日程上。

石湾水厂三车间是在1987~1989年建立起来的。有两座共20格滤池，单池面积为6.25m2。配水系统由一条DN800的干管和44条DN100的穿孔支管组成，滤料用的是石英砂级配滤料。1997年我们采用均质滤料及气、水反冲洗技术开始了对三车间滤池的改造工作。遵照尽可能少兴土木、充分利用原池结构，既节省投资、而且效果又佳的改造宗旨，我们对滤池原结构进行了分析，得出的改造方法是：对原池体不进行太多的改动，只将大阻力配水系统的穿孔支管拆除，保留干管。采用长柄滤头配水配气，增设滤板、滤梁（均做成预制件）。安装时尽可能提高滤板高度，加大配气的空间（滤板与池底之间高0.8m）。当滤池反冲洗时，布气、布水就能得到较好的均压性能，使反冲洗的均匀度能得到充分保障。

改造方法确定后，我们组织了一个由工程技术人员为主体的改造攻关领导小组，精心地进行了工艺和自动化设计，确定了施工方案。从1997年8月开始对三车间滤池进行了改造，三车间一期滤池的改造于1998年4月2日完工正式投入运行，并一次性获得成功。从投入运行后的实际生产情况来看，效果是显著的，出水水质好，明显节能。在观测生产运行情况的同时，我们认真总结了一期滤池改造的成功经验和不足之处，在此基础上我们又在1998年10月30日至1999年 2月1日期间，完成了二期滤池的改造工作。这样一来，三车间20格滤池全部实现了自动化控制。在总结三车间成功改造经验的基础上，1999年11月我们又开始了二车间的滤池改造，二车间第一期改造工程于2000年4月投产，效果极佳，第二期改造工程也将在6月底7月初竣工投产。通过技术进步的手段使旧厂焕发了青春，真正实现了二个提高三个降低的目标，从而获得更大的社会效益和经济效益。

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