当前国内外滤池的应用和初步看法.docx

1、当前国内外滤池的应用和初步看法当前国内外滤池的应用和初步看法简介：在给水处理技术上，当前还是以常规水处理即混凝-沉淀-过滤处理为主，滤池是给水处理最后的一个程序（不包括消毒），尤其是处理饮用水更是最重要的一个关键环节，因此滤池处理始终是放在一个核心位置上。自应用快滤池以来，到现在已经100多年，用慢滤池的时间更长，在宏观上还是在用着滤料过滤没有变化。但在微观上则改进很多，不论是在类型上或是在运行方式上都有着很大的变化。为便于叙述起见，本文仅限于谈论滤池本身类型这个话题。关键字：滤池 滤池处理 快滤池 慢滤池一、滤池类型及应用在给水处理技术上，当前还是以常规水处理即混凝沉淀过滤处理为主，滤池是给

2、水处理最后的一个程序（不包括消毒），尤其是处理饮用水更是最重要的一个关键环节，因此滤池处理始终是放在一个核心位置上。自应用快滤池以来，到现在已经100多年，用慢滤池的时间更长，在宏观上还是在用着滤料过滤没有变化。但在微观上则改进很多，不论是在类型上或是在运行方式上都有着很大的变化。为便于叙述起见，本文仅限于谈论滤池本身类型这个话题。（一）滤池类型在类型上滤池大体分为两大类，即自上向下流动的重力式过滤池和自下向上流动的上向式过滤池，及另外一些其他类型的过滤池。1、重力式滤池：(1)单层滤池包括砂滤池、深床滤池、均质滤池、煤滤池、硅藻土滤池、低水头滤多、移动罩滤池、无阀滤池、虹吸滤池、连续过滤滤池

3、等。(2)多层滤池包括双层滤池、三层滤池、混合滤池、臭氧活性炭生物滤池、陶粒滤池、煤铝滤池等。单层滤池或多层滤池都可应用的有两级过滤滤池、直接过滤滤池、压力滤池等。2、上向流滤池有反粒度滤池（接触滤池）、双向滤池、哈伯瑞尔滤池等。3、其它类型滤池有水平式过滤式的幅射式滤池、磁力分离过滤器等。4、膜过滤滤池最近膜过滤滤池是当前过滤最新的型式，有微滤(MF)、超滤(UF)和纳诺过滤(NF)。（二）重力式滤池的应用国内外尤其是国内绝大部分水厂应用的还是重力式滤池。为了结合生产实际情况，便于说明问题，现仅就几种主要常用的重力式滤池加以叙述。膜过滤滤池有着重要发展的前途，但国外用的不太多，用的也都是小规

4、模的设施(30h（滤前水浊度低）。(5)陶粒滤池这种滤池是由俄国引入到国内的。它使用的陶粒为一种多孔材料，由熔化的粘土在快速培烧时膨胀制得，一般制成540mm径炔状物质，然后将以上块状物加以辗碎、筛选而得。它富有棱角表面积大，及机械强度和化学稳定性都合乎标准的特性，滤池的各种指标都与一般快滤池相同，滤速可达1040m/h。2、双层重力式滤池(1)双层滤料滤池主要是煤砂双层滤料滤池，现国内外还是多数水厂应用。一般是砂粒径0.51.0mm，de=0.55mm，UC=1.31.4，滤层厚3040cm，煤粒径1.02.0mm，de=1.1-1.2mm，UC=1.31.4，滤层厚3040cm，总滤层厚7

5、090cm，滤速一般为1012m/h，过滤周期不超过36h。L/de1000或L/d800，效率基本是砂滤池效率的一倍，水头损失也小，过滤周期也比较小。该滤池煤滤料货源易得，控制方便，国内个别地方有煤滤料流失较多现象。2000年技术进步发展规划推荐为首先考虑使用的滤池之一。(2)三层滤池滤料为煤、砂、石榴石，粒径分别为0.82.0，0.50.8，0.250.5mm，总厚度为75cm，三者厚度分别占6065%、2545%、510%，为42、23.7cm，滤速在初滤时可为一般快滤池的3倍，煤砂双层滤池的2倍。但随后滤速降低，此种滤池过滤周期较短。根据有关资料称，其总滤出水量不及双层滤池，且滤层有阻

6、塞现象，石榴石价格高，也有流失情况。(3)混合滤料滤池这种形式的滤池是由混合在一起的滤料组成。滤料亦为煤、砂、石榴石，所占滤层比例为60%、30%、10%，配比为煤12mm，60cm砂0.60.8m/m，22.5cm；石榴石0.40.8mm，7.5cm，总厚度90cm，三种滤料掺合在一起，但上层煤粒多、中层砂粒多、下层石榴石多，其L/d或L/de与双层滤池相同。这种类型不是三层滤池。据报告称它截污强，效果比三层滤池好，曾与双层滤池做过对比试验，在效果上各有优点，实际上相差无几。(4)两级滤池这种处理方式为只用滤池，而不需要正式沉淀池，第一组为粗滤池，第二级为煤砂双层滤池。两级滤池分为两种类型。

7、第一种类型为处理浊度大、水质不好的原水的，流程为原水一闪烁混合絮凝短时简易沉淀第一级过滤第二级过滤。这种类型的第一级滤池滤料de=620mm、厚度550750mm。第二种类型为处理一般水质浊度不大的原水的，流程为原水闪烁混合第一级过滤第二级过滤，这种类型的第一级滤池滤料为35mm，厚度15002500mm。两者的第一级滤池滤速皆可达到2540m/h。这两种滤池的第一级滤池因所用滤料直径不易反冲，通常用气水冲洗。第二级滤池因为是煤砂双层滤池，滤速通常为8m/h或多些。现在这种滤池在国外引起使用兴趣，国内还不多见。(5)臭氧生物活性炭滤池(O3+BAC)此种滤池是利用活性炭的吸附量并采用臭氧消毒的

8、技术。试验表明如果水中含有充分的溶解氧，活性炭滤床有细菌孽生，产生生物活性，使得以去除水中有机物。在活性炭前加臭氧，增加生物活性炭活性。O3+BAC有着大量去除合成和天然有机物、溶解无机物及铁、锰、味、嗅的效果。生物活性炭滤池比活性炭滤池使用寿命增加29倍，O3+BAC滤池使用寿命更长，一般一次可使用5年。O3+BAC受活性炭滤层厚度、温度及去除氨氮的影响。不足处是生物膜由滤料中脱落，有进入清水库中的可能性，对水质有损害。O3+BAC煤一砂双层滤池的滤层、滤料尺寸等都与双层煤砂滤池相符。二、滤池应用的几个问题1、滤床厚度与粒径比例曾在世界各地一些水厂做过调查，无论单层、多层滤池，L/d都在80

9、0左右，同时根据各水厂生产所得运行数据，得出L/de在1000左右。这两个数据对于控制滤床厚度有决定性的意义。现在国内从事给水工作者都已开始注意。2000年技术进步发展规划提出改善过滤效果关键之一是L/d等于或稍大于800，这是很及时的。最近国外有关给水专家提出新的建议，认为用于快砂滤池或标准双层滤池滤床L/de1000，用于粗滤料深滤床的滤床L/de1300，用于三层滤池的滤床L/de1300，这是多层滤池和粗滤料深滤床滤池一般都加少量聚合物助滤剂的要求。如果不加助滤剂，L/de比例至少再增加25%。从此意见看，滤床厚度比以前要求加大了，这恐怕由于目前原水有机物、微生物等都比以前种类及数量加

10、多，更不容易处理的原故。国内绝大多数滤池不加助滤剂，因此为控制滤出水水质，L/de或L/d数据更需加大，以保证滤出水水质。2、冲洗压力与冲洗强度冲洗压力大小对于洁净滤料有很大的关系，冲洗压力变化极为影响冲洗强度。以天津某水厂为例。该水厂使用双层滤池，曾做过计算，当水温为20时，冲洗强度Um=0.76m/min，冲洗水塔水位一般下降2m，此时U下降到0.62m/min，变化率为18.4%，当Um=0.76m/min时，膨胀率e=34%；而U=0.62m/min时，e=23%，两者的e相差50%。如果水位下降1m，U下降为0.69m/min，变化率为9%，e=28.5%，两者相差为19.2%。这是

11、对外部冲洗管长度长及大阻力冲洗系统而言。如外部管道长度短又是小阻力系统，可以想到冲洗强度差距更大，冲洗膨胀率变化也更巨。日本设施设计指南提出滤池冲洗水塔要浅，表面积要大是有道理的，这样在冲洗时水位变化小，冲洗强度降低也少，以保持冲洗效果，节省冲洗大量。目前大多数水厂不注意此问题，而致造成冲洗效果不合理想，而致浪费水量是不值得的。3、多层滤池冲洗与滤料临界流速多层滤池在冲洗时应该保持各滤料冲起膨胀率的一致性。所以滤池的各滤粒颗粒粒径和比重要互相匹配及保持相同的临界流速。如果不这样，会引起冲洗不彻底、滤层混杂及滤料流失，这是应该极端注意的问题。以双层滤池为例，可用铃间川村提出公式求得以上关系。d1

12、/d2=(p2-p)/(p1-p)0.667式中d1、d2：分别为煤、砂的有效粒径；p1、p2：分别为煤、砂比重；p=水的比重为1并根据下式求得Vs、Va(Vs=Va)Vs=10dsVa=4.7ds式中Vs、Va：分别为煤、砂冲洗强度(m/min)da、ds：分别为煤、砂的d60(mm)天津曾以此公式试验所得数据和其他设定数值试验所得数据比较，以上述公式所得结果最佳。这个公式很重要，水厂采用双层滤池时则往往忽略，应引起特别注意，不然会使过滤效果不好。三层滤池所需数据也应同样用此办法。4、垫层均匀性滤池中的垫层问题，往往为给水工作者所忽略，尤其是目前为了减低滤池高度，常常把垫层高度、垫层砾石级配

13、及砾石大小减低或减小，这是不合理的。要知道垫层主要作用为削减冲洗水的不均匀性。举例说60cm石英砂滤层反冲时，如果冲洗水在滤池底部不能全部均匀分配，则通过这60cm厚滤料的水头阻力时，就在垫层中成横向推力，力图使上升流趋于平衡。如果这个60砂层的水头阻力成为一个流速水头潜力，它就能在滤床的某一点上，造成一个超过3.5m/s的向上流速，这个流速通常是液化滤床的60cm/min上向流速的350倍。如果上向流通过滤化床流动不均匀，就会有扰动垫层潜在危险。在砂石交界处造成射流作用的另一个因素是加大了在液化床中冲起砾石的可能性。例如液化床砂的膨胀率为20%，膨胀前空隙率为43%，既原有滤床有57%砂子。

14、当膨胀到原体积的120%时，砂子体积比变成47.5%，水为52.5%，液化床平均密度为1.784，同时淹没的砾石密度减到2.651.00=1.65，砾石比重小于液化床平均比重，砾石会有所移动。垫层要有一定的高度，一定的分级级配及砾石要有一定的大小，主要为了保持冲洗水流的均匀性，硬性改变是不洽当的。要想改变滤层，必须有相应的措施，不然会造成冲洗不良效果。最近很多水厂采用小阻力系统，减薄垫层，但必须使上流水均匀，否则会使冲洗效果变坏，以致造成滤池不能使用的后果。5、冲洗和辅助冲洗在国外一般印象是，通常情况下如果滤池滤床没有表面冲洗和或空气搓洗等辅助设施，不能有效的将滤池冲洗干净。他们认定近些年来出

15、版的刊物给人这样一个印象，即空气搓洗是唯一洗净滤池的方法。但事实不是这样，在美国就有少数的例子，于滤池使用聚合助滤剂情况下，尽管有空气搓洗措施，在滤床中部和底部还是有显著的泥球形成。他们建议在应用滤池时，其水头损失超过1.8m或过滤周期大于48h的情况，无论何时都要空气搓洗与表面冲洗合用，以打碎滤床顶部510cm的压实滤料，不使结成泥块。从国外实际生产的例子看，表面冲洗比空气搓洗，造成滤床积泥少，因此应当重视表面冲洗。在冲洗表面，国内外文章很多讨论此问题。国内由用大量水冲洗逐渐改用气、水冲洗，效果是可以的，法国提出滤层不膨胀气、水冲洗，虽然在法国使用已有多年经验，现在国内也在兴起采用此种方法，

16、但认为需待进一步使用后做评定。6、过滤周期滤池一般要求过滤周期长，以使多滤出水量。但过滤周期过长，会引起滤层内有机物积累和菌类群增长，导致出水出现嗅味，以及滤池有难以除掉的粘滞物增长，并还导致滤层挤压，增加冲洗麻烦。通过实践，认为过滤周期以不大于24h为宜，最多不超过36h。且滤速超过24h，滤出水也增加不多。增加滤出水量要增加滤速，这就需主要是降低滤前水浊度，据有关资料称，滤前水浊度降低20%，滤速就能增长1倍。7、间歇过滤有一些水厂操作人员采用间歇过滤方法，而不用连续过滤方法。国外有资料称，间歇过滤方法对所有滤池处理包括起始过滤，都会产生重大的水力冲击，还会促进微生物生长。如果有这种情况发

17、生，须停止此种运行方式，采取重新循环过滤方法解决。国内在供水量过大的情况下，一般常使用间歇过滤方法，应当注意这个问题。8、三层滤池使用三层滤池运行初期过滤速度高于单层滤池及双层滤池，但从所得资料得知，三层滤池有三个明显的缺点，即(1)起始过滤水头损失大，过滤周期短；(2)多数生产例子指出石榴石会丢失；(3)石榴石比之煤滤料价格要高很多。另外三层滤池周期总滤水量不如双层煤砂滤池，且易堵塞滤池。国内一度推行三层滤池，但由于以上所谈的不足，在应用上很有再探讨的必要。实际上三层滤池只是在底层多加了一层细的石榴石，对滤出水浊度改善不多，却显著地增加了水头损失，在造价上和管理维护上不如双层滤池，因此考虑采

18、用此种滤种时应用慎重。9、滤池滤料有效直径和均匀系数滤池滤料两个主要参数是有效直径(d10)和均匀系数(UC)。d10指的是滤床滤料10%重的粒径，其过水阻力比之其他百分数重的粒径起的作用大。d60指的是60%粒径重的滤料，它在实用观点上似乎是滤料最合乎逻辑的代表直径，不仅d60是颗粒数量级配的模式，而从UC来看d60对多数滤料都是相当合适的。所以一般UC用d60/ d10来控制。在理论上UC小一些好。日本水道设施指南、解说要求砂滤料UC为1.3，认为再小筛分不易。煤滤料系无烟煤磨碎筛分而成，也不容易筛分的太细，且筛分的过细损失煤料太多（陶粒滤料也是如此）。所以这些滤料UC也只能最大限度到1.

19、3。要想使UC再减少，甚至到达1.0，可用塑料制造，目前国外已有应用。但如果滤料粒径都成为一样，对拦阻浊质上可能有影响，浊质易于穿透，这也是应当注意的。有主张以占90%滤料重颗粒粒径来代替60%的。这样UCd90/ d10=1.7，因为d90粒径比之d60的大4050%。但合理设计标准是UC低（即1.31.4），这样会使滤池运行相宜，比液化粗滤料要求的冲洗强度低，且可减少混杂。UC=1.4时，d90的仅比d60的大25%；UC=1.2时，d90的比之d60的，只相差1015%。一般认为采用d60，有以下三个原因：(1)滤料规定采用d60和d10，UC容易计算，(2)UC用低指标，d60和d90

20、相差不显著，(3)50年来一直用d60这个指标。从以上议论来看，苏联规定的( d80/ d10)指标，似乎不如d60/ d10更为合理和实用。10、多层滤池轻质滤料流失多层滤池的优点很多，但唯一遗憾的是大量丢失滤料。事实上并非如此，笔者曾于60年代在天津从事煤一砂双层滤料池科研项目工作两年之久。在模型试验中，观察到冲洗煤滤料刚一越过排水槽底，因过水断面突然缩小，即有煤粒上跃。冲洗高度加大跳动煤粒加多，可以看到煤粒顺着排水槽两侧个别流失；再稍加高一些，煤粒突然大量跳出流到排水槽。从本试验看到，膨胀面超过槽底一定距离（在本试验中超过槽底17cm），即膨胀面距模型排水槽顶3040cm可以不跑滤料。根

21、据本试验，在生产实践当中，采取了一些解决办法，即在冲洗前将滤池水位降到距滤层顶部15cm。冲洗时先缓开冲洗闸徐徐将水托起，注意此时一定要将滤池内气体全部托出，当冲洗水流到排水槽内时，就不要再跑出气体，只有黄泥汤。这时再用设计的冲洗强度冲洗，这种方法收到了效果。特别注意冲洗待洗的第一个滤池，一定在冲洗水流入排入槽以前，要将池内气体彻底排净。笔者实验所用生产滤池排水槽距滤层顶部距离较短，特别易于跑煤，但笔者试验了一年，只有极少煤料丢失。从研究当中可以肯定，多层滤池轻质滤料跑失现象是可以避免的，跑煤问题在于管理不认真所致，个别的由于设计考虑不周而成。在生产中操作人不是由习惯操作不当或就是图省事不按操

22、作要求办事，只降水到排水槽顶，在反冲时不先将池内气体，于冲洗水流到排水槽顶时排净，而致流失大量滤料。当然单层滤池操作不当也会产生滤料流失结果。11、运行评估一般由滤出水水质（浊度、颗粒计数）和运转周期对运行评估。目前还是用砂芯取样检验方法作为主要评估手段。砂芯所取砂样提供给操作人员滤池冲洗前后沉积砂上絮体分布和滤床纵断滤料粒径和均匀情况。聚集在滤床顶部细小杂质，能很容易地从所得数据图表和记录仪表上得知，进而决定是否应当冲洗。滤池冲洗效果的真正读数，幅射的浊度不能提出。然而对滤出水所含杂质粒径范围的分析方法，则是对滤出水水质控制的可贵监测手段，因为它给予操作人员察觉滤池浊度穿透的一个警告。三、对

23、应用滤池的初步看法国内外滤池有很多类型，有一些正在普遍应用，也有一些正在生产实践阶段，还有一些是最近提出正在进行试验的。对于这些类型的滤池应用情况及一些相应问题，结合国内外的研究和生产的一些报告和论著，提出初步看法如下：1、直接滤池包括投药一混合一絮凝一过滤及投药一混合一过滤处理的滤池。这种滤池在国内外都有很多水厂应用。然而在当前原水水质逐渐恶化，有机物和微生物日益增多的情况下，正在逐步增加危害人体健康的趋势。常规水处理技术已正在或已经不能将这些物质除去，因此采用简化净水处理的直接过滤可靠性更为不足。最近美国的保健单位几许不许可采用这种方法。美国最近净化处理的基本方针已明确水处理要可靠，一定要

24、由多级处理实现，用直接过滤处理方式不可靠。在这种情况下，建议除非有特殊条件，不要采用直接过滤处理方式。2、原水不加药剂直接通过净化设备处理这种处理方法，只能去除原水中大的颗粒，对细微颗粒无法拦截，且对有机物、微生物的去除更不能做到。虽然滤出水可以加消毒剂解决，但不能彻底，也是片面的解决方法。国外对这种处理方法已有所报道，绝大多数认为不能应用。因此这种处理方法不能保证饮用水的可靠性，对人们身体安全没有保障。现办内仍有水厂在应用，实际上不能达到要求饮用水水质的目的，建议应慎重加以考虑。3、均质滤料滤池和深床滤料滤池均质滤料滤池和深床滤料滤池应该说同属于粗滤料深滤层滤池范畴。均质滤池有两个特点，一是

25、滤床不膨胀或微膨胀，另一是滤层每个横断面的滤料级配都是一样的，而深床滤池则与快滤池滤床级配方法相同，就是滤料颗粒大一些，滤床深一些，因此认为目前所说均粒、均匀、粗滤料等滤池都是属于这一种。均质滤池目前国内所采用的是由法国引进的，为Degremont公司的出品，一切装置全部都是该公司制造的，据报道效果很好。此滤池在充填滤料时，如何便滤料每层充填都级配一致，尚无此方面的资料，认为这是净化处理好坏的关键问题应当注意。再有在单独采用此种滤池，而无其他相应控制操作设备时有否差异，也是值得考虑的。深床滤池构造的技术数据d10.UC.滤层厚等都与快滤池一样，只是在冲洗方面掌握得体就无问题。2000年技术进步

26、发展规划认为这两种滤池都是改善净化处理的滤池。4、三层滤池与混合滤池它们都是多层滤池的一种。三层滤池通过实践，在起始过滤时滤出水比双层滤池好，但易于堵塞，且造价、维护都不如双层滤池，并在一个过滤周期内总滤出水量不如双层滤池。国内一度有一些水厂应用，因为不大实用，目前用的很少，认为如无特殊需要，仅量不用此种滤池。混合滤池虽然都是用着三种滤料，但不同于三层滤池，它是三种滤料混合在一起的滤床的滤池，目的是有更多的滤料接触面，以加大拦截絮凝水中的颗粒。据国外报道，通过实践与双层滤池相比，无论在滤水量，滤水水质、过滤周期及水头损失上都基本上相同，但造价与维护上不如双层滤池，可考虑试用。5、臭氧一生物活性

27、炭滤池此种滤池国外应用多年，国内正在试用，尚属于模索阶段。它主要是把污水处理技术移到给水上来。在当前原水含有有机物、微生物等日益增多情况下，用O3+BAC是加强净化处理的方向之一。这种滤池在实用中也出现一些问题，最重要的是生物膜上未除掉的细菌随着滤出水流入清水池中，这些细菌带有各种代谢产物及微生物如内毒素、溶解性微生物产物和完全分解的有机物等在水中，它们对人体是否有影响大有疑问。对这些流入清水池的细菌要加大氯剂解决，这样使细菌会有更强的抗消毒能力，所以在消毒方面应更加严格对待。6、慢滤池这种池子于国内解放以来，几乎所有城市都予以废弃，改建为快滤池，也没有新建的，农村给水在5060年代尚有采用，

28、以后也很少有使用的，国内都科书很少介绍此种滤池。但国外尤其是欧洲国空为保持水质，很多以慢滤池处理作为最后把关设施。慢滤池是利用砂层增殖的微生物群，捕捉水中的杂质，依靠氧化分解作用进行净化的方法，它实际上是起着生物滤池的作用。最近由于有机物及微生物大量出现，而慢滤池净化主要为生物净化作用，因而对有机物、微生物的去除，起到一般快滤池不能达到的作用。由于这个原因，国外更重视慢波池的使用。国内好象对慢滤池的作用尚没有引起注意，在当前原水有机物、微生物日益增加的情况下，应当把慢滤池的采用列到议事日程上来加以探讨。7、两级滤池这种方式主要是利用两个串联的滤池从事净化处理。而将常规处理的沉淀部分取消。有的原水恶劣，可加简易的沉淀装置，原水水质洁净的还可将絮凝部分去掉。采用这种方式的滤池，目的是不用投资大占地广的沉淀地。目前国外据有关报道已以此种滤池引起兴趣，有许多城市建造。国内个别城市也在使用，据报告效果还好。看来这种滤池还是有一定的发展前途。8、连续过滤滤池（一元化滤池）这种滤池国外俄国及一些国家正在应用，它能以过滤、冲洗同时运转，不需间断，是一种管理、维护管理简便的滤池，尤其是小型城市、乡镇及工业供水最为便利，且占地少，值得注意。9、陶粒滤料滤池近三十年来俄国提出了陶粒滤料滤池。认为这种池子的陶粒比石英砂更为优越，其表面积为石英砂的23倍，孔隙率为55