當(dāng)前國內(nèi)外濾池的應(yīng)用和初步看法

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簡介： 在給水處理技術(shù)上，當(dāng)前還是以常規(guī)水處理即混凝-沉淀-過濾處理為主，濾池是給水處理最后的一個(gè)程序（不包括消毒），尤其是處理飲用水更是最重要的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此濾池處理始終是放在一個(gè)核心位置上。自應(yīng)用快濾池以來，到現(xiàn)在已經(jīng)100多年，用慢濾池的時(shí)間更長，在宏觀上還是在用著濾料過濾沒有變化。但在微觀上則改進(jìn)很多，不論是在類型上或是在運(yùn)行方式上都有著很大的變化。為便于敘述起見，本文僅限于談?wù)摓V池本身類型這個(gè)話題。
關(guān)鍵字：濾池 濾池處理 快濾池 慢濾池

一、濾池類型及應(yīng)用

　　在給水處理技術(shù)上，當(dāng)前還是以常規(guī)水處理即混凝——沉淀——過濾處理為主，濾池是給水處理最后的一個(gè)程序（不包括消毒），尤其是處理飲用水更是最重要的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此濾池處理始終是放在一個(gè)核心位置上。自應(yīng)用快濾池以來，到現(xiàn)在已經(jīng)100多年，用慢濾池的時(shí)間更長，在宏觀上還是在用著濾料過濾沒有變化。但在微觀上則改進(jìn)很多，不論是在類型上或是在運(yùn)行方式上都有著很大的變化。為便于敘述起見，本文僅限于談?wù)摓V池本身類型這個(gè)話題。
　?。ㄒ唬V池類型
　　在類型上濾池大體分為兩大類，即自上向下流動(dòng)的重力式過濾池和自下向上流動(dòng)的上向式過濾池，及另外一些其他類型的過濾池。
　　1、重力式濾池：
　　(1)單層濾池　包括砂濾池、深床濾池、均質(zhì)濾池、煤濾池、硅藻土濾池、低水頭濾多、移動(dòng)罩濾池、無閥濾池、虹吸濾池、連續(xù)過濾濾池等。
　　(2)多層濾池　包括雙層濾池、三層濾池、混合濾池、臭氧—活性炭生物濾池、陶粒濾池、煤鋁濾池等。
　　單層濾池或多層濾池都可應(yīng)用的有兩級(jí)過濾濾池、直接過濾濾池、壓力濾池等。
　　2、上向流濾池　有反粒度濾池（接觸濾池）、雙向?yàn)V池、哈伯瑞爾濾池等。
　　3、其它類型濾池　有水平式過濾式的幅射式濾池、磁力分離過濾器等。
　　4、膜過濾濾池　最近膜過濾濾池是當(dāng)前過濾最新的型式，有微濾(MF)、超濾(UF)和納諾過濾(NF)。
　?。ǘ┲亓κ綖V池的應(yīng)用
　　國內(nèi)外尤其是國內(nèi)絕大部分水廠應(yīng)用的還是重力式濾池。為了結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，便于說明問題，現(xiàn)僅就幾種主要常用的重力式濾池加以敘述。膜過濾濾池有著重要發(fā)展的前途，但國外用的不太多，用的也都是小規(guī)模的設(shè)施(<20000m3/d)，國內(nèi)尚在探尋階段。上向流濾池雖有研究和應(yīng)用的，但也只限于極小范圍采用，故都另作討論，不在本文談?wù)搩?nèi)容。
　　1、單層重力式濾池
　　(1)普通快砂濾池　這是國內(nèi)外最普遍使用的一種濾池，也是開始有快濾池以來最先使用的濾池。這種濾池濾層(L)一般為70—90cm，粒徑(d)0.45—1.0mm，有效粒徑(de)約為0.5—0.55mm，均勻系數(shù)(UC)約為1.3—1.4，濾速標(biāo)準(zhǔn)為5m/h。國內(nèi)曾用過較大的濾速(8—10m/h)，目前為保證水質(zhì)仍以用標(biāo)準(zhǔn)濾速或稍大濾速為宜。濾池設(shè)計(jì)以L/de控制，L/de≥1000，也有用L/d控制的，L/d≥800，這樣比例最為洽當(dāng)。其中d=濾粒的平均粒徑。
　　(2)深床濾池　該濾池構(gòu)造與普遍快濾池相同，但只顆粒粗，濾層厚，認(rèn)為濾層厚度最低應(yīng)超過1.0M，其主要優(yōu)點(diǎn)為過濾速度快、水頭損失慢、過濾周期長。但由于顆粒粗，可能發(fā)生濁質(zhì)漏泄的危險(xiǎn)性大。顆粒粒徑以L/d或L/de獲得。L/d或L/de參數(shù)目前應(yīng)用的與普通快濾池相等。認(rèn)為國內(nèi)提出的粗濾料濾池、均粒、均勻?yàn)V料濾池，只要是濾池在沖洗時(shí)處于流動(dòng)狀態(tài)的，實(shí)際上都屬于深床濾池范疇。
　　(3)均質(zhì)濾池
　　這種濾池的濾床從上到下，個(gè)個(gè)剖面都有大、中、小粒徑的顆粒，它們各自的量相等或接近，這樣它們?yōu)V床上下方向的濾料孔隙率相同，而使濾床水的流態(tài)也相同，使濾池能更好地克服表面阻塞，絮體深入濾床，以達(dá)到濾出水量多、水質(zhì)的效果，為了達(dá)到上述目的，最主要的一個(gè)因素是濾床不允許膨脹或是稍有微膨脹，使其始終保持原有填料時(shí)濾床濾池的原有狀態(tài)。這種濾池采用砂濾料，de=0.95－1.35mm，粒徑范圍0.7－2.0mm，均勻系數(shù)1.2－1.6或1.8，濾層厚度0.95－1.5m，也可再厚一些，濾速一般為8－10m/h。L/de或L/d與深床濾池相同。當(dāng)前國內(nèi)已有部分水廠使用，主要是由法國引入。
　　(4)煤濾池　這種濾池由于煤顆粒棱角多且吸附性強(qiáng)，所以過濾效果好，一般濾層1.8m，de=1.3mm，UC=1.5。這種濾池按道理講也應(yīng)屬于粗濾料厚濾層范疇。這種濾池在美國洛杉磯已應(yīng)用，其濾床深度1.8m，de=1.5mm，采用臭氧化和三氯化鐵、陽離子凝聚，直接過濾，正常濾速32.5m/h，過濾周期>30h（濾前水濁度低）。
　　(5)陶粒濾池　這種濾池是由俄國引入到國內(nèi)的。它使用的陶粒為一種多孔材料，由熔化的粘土在快速培燒時(shí)膨脹制得，一般制成5－40mm徑炔狀物質(zhì)，然后將以上塊狀物加以輾碎、篩選而得。它富有棱角表面積大，及機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性都合乎標(biāo)準(zhǔn)的特性，濾池的各種指標(biāo)都與一般快濾池相同，濾速可達(dá)10－40m/h。
　　2、雙層重力式濾池
　　(1)雙層濾料濾池　主要是煤砂雙層濾料濾池，現(xiàn)國內(nèi)外還是多數(shù)水廠應(yīng)用。一般是砂粒徑0.5－1.0mm，de=0.55mm，UC=1.3－1.4，濾層厚30－40cm，煤粒徑1.0－2.0mm，de=1.1-1.2mm，UC=1.3－1.4，濾層厚30－40cm，總濾層厚70－90cm，濾速一般為10－12m/h，過濾周期不超過36h。L/de≥1000或L/d≥800，效率基本是砂濾池效率的一倍，水頭損失也小，過濾周期也比較小。該濾池煤濾料貨源易得，控制方便，國內(nèi)個(gè)別地方有煤濾料流失較多現(xiàn)象。2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃推薦為首先考慮使用的濾池之一。
　　(2)三層濾池　濾料為煤、砂、石榴石，粒徑分別為0.8－2.0，0.5－0.8，0.25－0.5mm，總厚度為75cm，三者厚度分別占60－65%、25－45%、5－10%，為42、23.7cm，濾速在初濾時(shí)可為一般快濾池的3倍，煤砂雙層濾池的2倍。但隨后濾速降低，此種濾池過濾周期較短。根據(jù)有關(guān)資料稱，其總濾出水量不及雙層濾池，且濾層有阻塞現(xiàn)象，石榴石價(jià)格高，也有流失情況。
　　(3)混合濾料濾池　這種形式的濾池是由混合在一起的濾料組成。濾料亦為煤、砂、石榴石，所占濾層比例為60%、30%、10%，配比為煤1－2mm，60cm砂0.6－0.8m/m，22.5cm；石榴石0.4－0.8mm，7.5cm，總厚度90cm，三種濾料摻合在一起，但上層煤粒多、中層砂粒多、下層石榴石多，其L/d或L/de與雙層濾池相同。這種類型不是三層濾池。據(jù)報(bào)告稱它截污強(qiáng)，效果比三層濾池好，曾與雙層濾池做過對比試驗(yàn)，在效果上各有優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際上相差無幾。
　　(4)兩級(jí)濾池　這種處理方式為只用濾池，而不需要正式沉淀池，第一組為粗濾池，第二級(jí)為煤砂雙層濾池。兩級(jí)濾池分為兩種類型。第一種類型為處理濁度大、水質(zhì)不好的原水的，流程為原水一閃爍混合－絮凝－短時(shí)簡易沉淀－第一級(jí)過濾－第二級(jí)過濾。這種類型的第一級(jí)濾池濾料de=6－20mm、厚度550－750mm。第二種類型為處理一般水質(zhì)濁度不大的原水的，流程為原水－閃爍混合－第一級(jí)過濾－第二級(jí)過濾，這種類型的第一級(jí)濾池濾料為3－5mm，厚度1500－2500mm。兩者的第一級(jí)濾池濾速皆可達(dá)到25－40m/h。這兩種濾池的第一級(jí)濾池因所用濾料直徑不易反沖，通常用氣水沖洗。第二級(jí)濾池因?yàn)槭敲海半p層濾池，濾速通常為8m/h或多些?，F(xiàn)在這種濾池在國外引起使用興趣，國內(nèi)還不多見。
　　(5)臭氧－生物活性炭濾池(O3+BAC)此種濾池是利用活性炭的吸附量并采用臭氧消毒的技術(shù)。試驗(yàn)表明如果水中含有充分的溶解氧，活性炭濾床有細(xì)菌孽生，產(chǎn)生生物活性，使得以去除水中有機(jī)物。在活性炭前加臭氧，增加生物活性炭活性。O3+BAC有著大量去除合成和天然有機(jī)物、溶解無機(jī)物及鐵、錳、味、嗅的效果。生物活性炭濾池比活性炭濾池使用壽命增加2－9倍，O3+BAC濾池使用壽命更長，一般一次可使用5年。O3+BAC受活性炭濾層厚度、溫度及去除氨氮的影響。不足處是生物膜由濾料中脫落，有進(jìn)入清水庫中的可能性，對水質(zhì)有損害。O3+BAC煤一砂雙層濾池的濾層、濾料尺寸等都與雙層煤－砂濾池相符。

二、濾池應(yīng)用的幾個(gè)問題

　　1、濾床厚度與粒徑比例
　　曾在世界各地一些水廠做過調(diào)查，無論單層、多層濾池，L/d都在800左右，同時(shí)根據(jù)各水廠生產(chǎn)所得運(yùn)行數(shù)據(jù)，得出L/de在1000左右。這兩個(gè)數(shù)據(jù)對于控制濾床厚度有決定性的意義?，F(xiàn)在國內(nèi)從事給水工作者都已開始注意。2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃提出改善過濾效果關(guān)鍵之一是L/d等于或稍大于800，這是很及時(shí)的。最近國外有關(guān)給水專家提出新的建議，認(rèn)為用于快砂濾池或標(biāo)準(zhǔn)雙層濾池濾床L/de≥1000，用于粗濾料深濾床的濾床L/de≥1300，用于三層濾池的濾床L/de≥1300，這是多層濾池和粗濾料深濾床濾池一般都加少量聚合物助濾劑的要求。如果不加助濾劑，L/de比例至少再增加25%。從此意見看，濾床厚度比以前要求加大了，這恐怕由于目前原水有機(jī)物、微生物等都比以前種類及數(shù)量加多，更不容易處理的原故。國內(nèi)絕大多數(shù)濾池不加助濾劑，因此為控制濾出水水質(zhì)，L/de或L/d數(shù)據(jù)更需加大，以保證濾出水水質(zhì)。
　　2、沖洗壓力與沖洗強(qiáng)度
　　沖洗壓力大小對于潔凈濾料有很大的關(guān)系，沖洗壓力變化極為影響沖洗強(qiáng)度。以天津某水廠為例。該水廠使用雙層濾池，曾做過計(jì)算，當(dāng)水溫為20°時(shí)，沖洗強(qiáng)度Um=0.76m/min，沖洗水塔水位一般下降2m，此時(shí)U下降到0.62m/min，變化率為18.4%，當(dāng)Um=0.76m/min時(shí)，膨脹率e=34%；而U=0.62m/min時(shí)，e=23%，兩者的e相差50%。如果水位下降1m，U下降為0.69m/min，變化率為9%，e=28.5%，兩者相差為19.2%。這是對外部沖洗管長度長及大阻力沖洗系統(tǒng)而言。如外部管道長度短又是小阻力系統(tǒng)，可以想到?jīng)_洗強(qiáng)度差距更大，沖洗膨脹率變化也更巨。日本設(shè)施設(shè)計(jì)指南提出濾池沖洗水塔要淺，表面積要大是有道理的，這樣在沖洗時(shí)水位變化小，沖洗強(qiáng)度降低也少，以保持沖洗效果，節(jié)省沖洗大量。目前大多數(shù)水廠不注意此問題，而致造成沖洗效果不合理想，而致浪費(fèi)水量是不值得的。
　　3、多層濾池沖洗與濾料臨界流速
　　多層濾池在沖洗時(shí)應(yīng)該保持各濾料沖起膨脹率的一致性。所以濾池的各濾粒顆粒粒徑和比重要互相匹配及保持相同的臨界流速。如果不這樣，會(huì)引起沖洗不徹底、濾層混雜及濾料流失，這是應(yīng)該極端注意的問題。以雙層濾池為例，可用鈴間川村提出公式求得以上關(guān)系。
　　d1/d2=(p2-p)/(p1-p)0.667
　　式中　d1、d2：分別為煤、砂的有效粒徑；
　　　　　p1、p2：分別為煤、砂比重；
　　　　　p=水的比重為1
　　并根據(jù)下式求得Vs、Va(Vs=Va)
　　　　Vs=10ds
　　　　Va=4.7ds
　　式中　Vs、Va：分別為煤、砂沖洗強(qiáng)度(m/min)
　　　　　da、ds：分別為煤、砂的d60(mm)
　　天津曾以此公式試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和其他設(shè)定數(shù)值試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)比較，以上述公式所得結(jié)果最佳。這個(gè)公式很重要，水廠采用雙層濾池時(shí)則往往忽略，應(yīng)引起特別注意，不然會(huì)使過濾效果不好。三層濾池所需數(shù)據(jù)也應(yīng)同樣用此辦法。
　　4、墊層均勻性
　　濾池中的墊層問題，往往為給水工作者所忽略，尤其是目前為了減低濾池高度，常常把墊層高度、墊層礫石級(jí)配及礫石大小減低或減小，這是不合理的。要知道墊層主要作用為削減沖洗水的不均勻性。舉例說60cm石英砂濾層反沖時(shí)，如果沖洗水在濾池底部不能全部均勻分配，則通過這60cm厚濾料的水頭阻力時(shí)，就在墊層中成橫向推力，力圖使上升流趨于平衡。如果這個(gè)60砂層的水頭阻力成為一個(gè)流速水頭潛力，它就能在濾床的某一點(diǎn)上，造成一個(gè)超過3.5m/s的向上流速，這個(gè)流速通常是液化濾床的60cm/min上向流速的350倍。如果上向流通過濾化床流動(dòng)不均勻，就會(huì)有擾動(dòng)墊層潛在危險(xiǎn)。在砂石交界處造成射流作用的另一個(gè)因素是加大了在液化床中沖起礫石的可能性。例如液化床砂的膨脹率為20%，膨脹前空隙率為43%，既原有濾床有57%砂子。當(dāng)膨脹到原體積的120%時(shí)，砂子體積比變成47.5%，水為52.5%，液化床平均密度為1.784，同時(shí)淹沒的礫石密度減到2.65－1.00=1.65，礫石比重小于液化床平均比重，礫石會(huì)有所移動(dòng)。
　　墊層要有一定的高度，一定的分級(jí)級(jí)配及礫石要有一定的大小，主要為了保持沖洗水流的均勻性，硬性改變是不洽當(dāng)?shù)?。要想改變?yōu)V層，必須有相應(yīng)的措施，不然會(huì)造成沖洗不良效果。最近很多水廠采用小阻力系統(tǒng)，減薄墊層，但必須使上流水均勻，否則會(huì)使沖洗效果變壞，以致造成濾池不能使用的后果。
　　5、沖洗和輔助沖洗
　　在國外一般印象是，通常情況下如果濾池濾床沒有表面沖洗和／或空氣搓洗等輔助設(shè)施，不能有效的將濾池沖洗干凈。他們認(rèn)定近些年來出版的刊物給人這樣一個(gè)印象，即空氣搓洗是唯一洗凈濾池的方法。但事實(shí)不是這樣，在美國就有少數(shù)的例子，于濾池使用聚合助濾劑情況下，盡管有空氣搓洗措施，在濾床中部和底部還是有顯著的泥球形成。他們建議在應(yīng)用濾池時(shí)，其水頭損失超過1.8m或過濾周期大于48h的情況，無論何時(shí)都要空氣搓洗與表面沖洗合用，以打碎濾床頂部5－10cm的壓實(shí)濾料，不使結(jié)成泥塊。從國外實(shí)際生產(chǎn)的例子看，表面沖洗比空氣搓洗，造成濾床積泥少，因此應(yīng)當(dāng)重視表面沖洗。
　　在沖洗表面，國內(nèi)外文章很多討論此問題。國內(nèi)由用大量水沖洗逐漸改用氣、水沖洗，效果是可以的，法國提出濾層不膨脹氣、水沖洗，雖然在法國使用已有多年經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在國內(nèi)也在興起采用此種方法，但認(rèn)為需待進(jìn)一步使用后做評定。
　　6、過濾周期
　　濾池一般要求過濾周期長，以使多濾出水量。但過濾周期過長，會(huì)引起濾層內(nèi)有機(jī)物積累和菌類群增長，導(dǎo)致出水出現(xiàn)嗅味，以及濾池有難以除掉的粘滯物增長，并還導(dǎo)致濾層擠壓，增加沖洗麻煩。通過實(shí)踐，認(rèn)為過濾周期以不大于24h為宜，最多不超過36h。且濾速超過24h，濾出水也增加不多。增加濾出水量要增加濾速，這就需主要是降低濾前水濁度，據(jù)有關(guān)資料稱，濾前水濁度降低20%，濾速就能增長1倍。
　　7、間歇過濾
　　有一些水廠操作人員采用間歇過濾方法，而不用連續(xù)過濾方法。國外有資料稱，間歇過濾方法對所有濾池處理包括起始過濾，都會(huì)產(chǎn)生重大的水力沖擊，還會(huì)促進(jìn)微生物生長。如果有這種情況發(fā)生，須停止此種運(yùn)行方式，采取重新循環(huán)過濾方法解決。國內(nèi)在供水量過大的情況下，一般常使用間歇過濾方法，應(yīng)當(dāng)注意這個(gè)問題。
　　8、三層濾池使用
　　三層濾池運(yùn)行初期過濾速度高于單層濾池及雙層濾池，但從所得資料得知，三層濾池有三個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即(1)起始過濾水頭損失大，過濾周期短；(2)多數(shù)生產(chǎn)例子指出石榴石會(huì)丟失；(3)石榴石比之煤濾料價(jià)格要高很多。另外三層濾池周期總濾水量不如雙層煤砂濾池，且易堵塞濾池。國內(nèi)一度推行三層濾池，但由于以上所談的不足，在應(yīng)用上很有再探討的必要。實(shí)際上三層濾池只是在底層多加了一層細(xì)的石榴石，對濾出水濁度改善不多，卻顯著地增加了水頭損失，在造價(jià)上和管理維護(hù)上不如雙層濾池，因此考慮采用此種濾種時(shí)應(yīng)用慎重。
　　9、濾池濾料有效直徑和均勻系數(shù)
　　濾池濾料兩個(gè)主要參數(shù)是有效直徑(d10)和均勻系數(shù)(UC)。d10指的是濾床濾料10%重的粒徑，其過水阻力比之其他百分?jǐn)?shù)重的粒徑起的作用大。d60指的是60%粒徑重的濾料，它在實(shí)用觀點(diǎn)上似乎是濾料最合乎邏輯的代表直徑，不僅d60是顆粒數(shù)量級(jí)配的模式，而從UC來看d60對多數(shù)濾料都是相當(dāng)合適的。所以一般UC用d60/ d10來控制。在理論上UC小一些好。日本水道設(shè)施指南、解說要求砂濾料UC為1.3，認(rèn)為再小篩分不易。煤濾料系無煙煤磨碎篩分而成，也不容易篩分的太細(xì)，且篩分的過細(xì)損失煤料太多（陶粒濾料也是如此）。所以這些濾料UC也只能最大限度到1.3。要想使UC再減少，甚至到達(dá)1.0，可用塑料制造，目前國外已有應(yīng)用。但如果濾料粒徑都成為一樣，對攔阻濁質(zhì)上可能有影響，濁質(zhì)易于穿透，這也是應(yīng)當(dāng)注意的。
　　有主張以占90%濾料重顆粒粒徑來代替60%的。這樣UCd90/ d10=1.7，因?yàn)閐90粒徑比之d60的大40－50%。但合理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是UC低（即1.3－1.4），這樣會(huì)使濾池運(yùn)行相宜，比液化粗濾料要求的沖洗強(qiáng)度低，且可減少混雜。UC=1.4時(shí)，d90的僅比d60的大25%；UC=1.2時(shí)，d90的比之d60的，只相差10－15%。一般認(rèn)為采用d60，有以下三個(gè)原因：(1)濾料規(guī)定采用d60和d10，UC容易計(jì)算，(2)UC用低指標(biāo)，d60和d90相差不顯著，(3)50年來一直用d60這個(gè)指標(biāo)。從以上議論來看，蘇聯(lián)規(guī)定的( d80/ d10)指標(biāo)，似乎不如d60/ d10更為合理和實(shí)用。
　　10、多層濾池輕質(zhì)濾料流失
　　多層濾池的優(yōu)點(diǎn)很多，但唯一遺憾的是大量丟失濾料。事實(shí)上并非如此，筆者曾于60年代在天津從事煤一砂雙層濾料池科研項(xiàng)目工作兩年之久。在模型試驗(yàn)中，觀察到?jīng)_洗煤濾料剛一越過排水槽底，因過水?dāng)嗝嫱蝗豢s小，即有煤粒上躍。沖洗高度加大跳動(dòng)煤粒加多，可以看到煤粒順著排水槽兩側(cè)個(gè)別流失；再稍加高一些，煤粒突然大量跳出流到排水槽。從本試驗(yàn)看到，膨脹面超過槽底一定距離（在本試驗(yàn)中超過槽底17cm），即膨脹面距模型排水槽頂30－40cm可以不跑濾料。根據(jù)本試驗(yàn)，在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，采取了一些解決辦法，即在沖洗前將濾池水位降到距濾層頂部15cm。沖洗時(shí)先緩開沖洗閘徐徐將水托起，注意此時(shí)一定要將濾池內(nèi)氣體全部托出，當(dāng)沖洗水流到排水槽內(nèi)時(shí)，就不要再跑出氣體，只有黃泥湯。這時(shí)再用設(shè)計(jì)的沖洗強(qiáng)度沖洗，這種方法收到了效果。特別注意沖洗待洗的第一個(gè)濾池，一定在沖洗水流入排入槽以前，要將池內(nèi)氣體徹底排凈。筆者實(shí)驗(yàn)所用生產(chǎn)濾池排水槽距濾層頂部距離較短，特別易于跑煤，但筆者試驗(yàn)了一年，只有極少煤料丟失。從研究當(dāng)中可以肯定，多層濾池輕質(zhì)濾料跑失現(xiàn)象是可以避免的，跑煤問題在于管理不認(rèn)真所致，個(gè)別的由于設(shè)計(jì)考慮不周而成。在生產(chǎn)中操作人不是由習(xí)慣操作不當(dāng)或就是圖省事不按操作要求辦事，只降水到排水槽頂，在反沖時(shí)不先將池內(nèi)氣體，于沖洗水流到排水槽頂時(shí)排凈，而致流失大量濾料。當(dāng)然單層濾池操作不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生濾料流失結(jié)果。
　　11、運(yùn)行評估
　　一般由濾出水水質(zhì)（濁度、顆粒計(jì)數(shù)）和運(yùn)轉(zhuǎn)周期對運(yùn)行評估。目前還是用砂芯取樣檢驗(yàn)方法作為主要評估手段。砂芯所取砂樣提供給操作人員濾池沖洗前后沉積砂上絮體分布和濾床縱斷濾料粒徑和均勻情況。聚集在濾床頂部細(xì)小雜質(zhì)，能很容易地從所得數(shù)據(jù)圖表和記錄儀表上得知，進(jìn)而決定是否應(yīng)當(dāng)沖洗。濾池沖洗效果的真正讀數(shù)，幅射的濁度不能提出。然而對濾出水所含雜質(zhì)粒徑范圍的分析方法，則是對濾出水水質(zhì)控制的可貴監(jiān)測手段，因?yàn)樗o予操作人員察覺濾池濁度穿透的一個(gè)警告。

三、對應(yīng)用濾池的初步看法

　　國內(nèi)外濾池有很多類型，有一些正在普遍應(yīng)用，也有一些正在生產(chǎn)實(shí)踐階段，還有一些是最近提出正在進(jìn)行試驗(yàn)的。對于這些類型的濾池應(yīng)用情況及一些相應(yīng)問題，結(jié)合國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的一些報(bào)告和論著，提出初步看法如下：
　　1、直接濾池　包括投藥一混合一絮凝一過濾及投藥一混合一過濾處理的濾池。這種濾池在國內(nèi)外都有很多水廠應(yīng)用。然而在當(dāng)前原水水質(zhì)逐漸惡化，有機(jī)物和微生物日益增多的情況下，正在逐步增加危害人體健康的趨勢。常規(guī)水處理技術(shù)已正在或已經(jīng)不能將這些物質(zhì)除去，因此采用簡化凈水處理的直接過濾可靠性更為不足。最近美國的保健單位幾許不許可采用這種方法。美國最近凈化處理的基本方針已明確水處理要可靠，一定要由多級(jí)處理實(shí)現(xiàn)，用直接過濾處理方式不可靠。在這種情況下，建議除非有特殊條件，不要采用直接過濾處理方式。
　　2、原水不加藥劑直接通過凈化設(shè)備處理　這種處理方法，只能去除原水中大的顆粒，對細(xì)微顆粒無法攔截，且對有機(jī)物、微生物的去除更不能做到。雖然濾出水可以加消毒劑解決，但不能徹底，也是片面的解決方法。國外對這種處理方法已有所報(bào)道，絕大多數(shù)認(rèn)為不能應(yīng)用。因此這種處理方法不能保證飲用水的可靠性，對人們身體安全沒有保障?，F(xiàn)辦內(nèi)仍有水廠在應(yīng)用，實(shí)際上不能達(dá)到要求飲用水水質(zhì)的目的，建議應(yīng)慎重加以考慮。
　　3、均質(zhì)濾料濾池和深床濾料濾池　均質(zhì)濾料濾池和深床濾料濾池應(yīng)該說同屬于粗濾料深濾層濾池范疇。均質(zhì)濾池有兩個(gè)特點(diǎn)，一是濾床不膨脹或微膨脹，另一是濾層每個(gè)橫斷面的濾料級(jí)配都是一樣的，而深床濾池則與快濾池濾床級(jí)配方法相同，就是濾料顆粒大一些，濾床深一些，因此認(rèn)為目前所說均粒、均勻、粗濾料等濾池都是屬于這一種。均質(zhì)濾池目前國內(nèi)所采用的是由法國引進(jìn)的，為Degremont公司的出品，一切裝置全部都是該公司制造的，據(jù)報(bào)道效果很好。此濾池在充填濾料時(shí)，如何便濾料每層充填都級(jí)配一致，尚無此方面的資料，認(rèn)為這是凈化處理好壞的關(guān)鍵問題應(yīng)當(dāng)注意。再有在單獨(dú)采用此種濾池，而無其他相應(yīng)控制操作設(shè)備時(shí)有否差異，也是值得考慮的。深床濾池構(gòu)造的技術(shù)數(shù)據(jù)d10.UC.濾層厚等都與快濾池一樣，只是在沖洗方面掌握得體就無問題。2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃認(rèn)為這兩種濾池都是改善凈化處理的濾池。
　　4、三層濾池與混合濾池　它們都是多層濾池的一種。三層濾池通過實(shí)踐，在起始過濾時(shí)濾出水比雙層濾池好，但易于堵塞，且造價(jià)、維護(hù)都不如雙層濾池，并在一個(gè)過濾周期內(nèi)總濾出水量不如雙層濾池。國內(nèi)一度有一些水廠應(yīng)用，因?yàn)椴淮髮?shí)用，目前用的很少，認(rèn)為如無特殊需要，僅量不用此種濾池?；旌蠟V池雖然都是用著三種濾料，但不同于三層濾池，它是三種濾料混合在一起的濾床的濾池，目的是有更多的濾料接觸面，以加大攔截絮凝水中的顆粒。據(jù)國外報(bào)道，通過實(shí)踐與雙層濾池相比，無論在濾水量，濾水水質(zhì)、過濾周期及水頭損失上都基本上相同，但造價(jià)與維護(hù)上不如雙層濾池，可考慮試用。
　　5、臭氧一生物活性炭濾池　此種濾池國外應(yīng)用多年，國內(nèi)正在試用，尚屬于模索階段。它主要是把污水處理技術(shù)移到給水上來。在當(dāng)前原水含有有機(jī)物、微生物等日益增多情況下，用O3+BAC是加強(qiáng)凈化處理的方向之一。這種濾池在實(shí)用中也出現(xiàn)一些問題，最重要的是生物膜上未除掉的細(xì)菌隨著濾出水流入清水池中，這些細(xì)菌帶有各種代謝產(chǎn)物及微生物如內(nèi)毒素、溶解性微生物產(chǎn)物和完全分解的有機(jī)物等在水中，它們對人體是否有影響大有疑問。對這些流入清水池的細(xì)菌要加大氯劑解決，這樣使細(xì)菌會(huì)有更強(qiáng)的抗消毒能力，所以在消毒方面應(yīng)更加嚴(yán)格對待。
　　6、慢濾池　這種池子于國內(nèi)解放以來，幾乎所有城市都予以廢棄，改建為快濾池，也沒有新建的，農(nóng)村給水在50～60年代尚有采用，以后也很少有使用的，國內(nèi)都科書很少介紹此種濾池。但國外尤其是歐洲國空為保持水質(zhì)，很多以慢濾池處理作為最后把關(guān)設(shè)施。慢濾池是利用砂層增殖的微生物群，捕捉水中的雜質(zhì)，依靠氧化分解作用進(jìn)行凈化的方法，它實(shí)際上是起著生物濾池的作用。最近由于有機(jī)物及微生物大量出現(xiàn)，而慢濾池凈化主要為生物凈化作用，因而對有機(jī)物、微生物的去除，起到一般快濾池不能達(dá)到的作用。由于這個(gè)原因，國外更重視慢波池的使用。國內(nèi)好象對慢濾池的作用尚沒有引起注意，在當(dāng)前原水有機(jī)物、微生物日益增加的情況下，應(yīng)當(dāng)把慢濾池的采用列到議事日程上來加以探討。
　　7、兩級(jí)濾池　這種方式主要是利用兩個(gè)串聯(lián)的濾池從事凈化處理。而將常規(guī)處理的沉淀部分取消。有的原水惡劣，可加簡易的沉淀裝置，原水水質(zhì)潔凈的還可將絮凝部分去掉。采用這種方式的濾池，目的是不用投資大占地廣的沉淀地。目前國外據(jù)有關(guān)報(bào)道已以此種濾池引起興趣，有許多城市建造。國內(nèi)個(gè)別城市也在使用，據(jù)報(bào)告效果還好?？磥磉@種濾池還是有一定的發(fā)展前途。
　　8、連續(xù)過濾濾池（一元化濾池）　這種濾池國外俄國及一些國家正在應(yīng)用，它能以過濾、沖洗同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，不需間斷，是一種管理、維護(hù)管理簡便的濾池，尤其是小型城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及工業(yè)供水最為便利，且占地少，值得注意。
　　9、陶粒濾料濾池　近三十年來俄國提出了陶粒濾料濾池。認(rèn)為這種池子的陶粒比石英砂更為優(yōu)越，其表面積為石英砂的2－3倍，孔隙率為55－70%，比石英砂大1.5倍左右，機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性都好。這種陶粒已在國內(nèi)單層濾池和雙層濾池應(yīng)用，據(jù)報(bào)導(dǎo)效果很好。如果在造價(jià)上不貴，可以考慮代替石英砂作為濾池的濾料。
　　10、雙層濾料濾池和粗濾料深濾層濾池　雙層濾料濾池是國內(nèi)外通用的濾池，粗濾料探濾層濾池國外用的也有，國內(nèi)用的極少。雙層濾池在目前情況下，還是應(yīng)予推薦使用的一種濾池，它池出水量多，濾出水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，造價(jià)低，易于操作和維護(hù)，當(dāng)然對待特殊的原水，還需要另外其他深度處理補(bǔ)充，至于濾料流出問題，只要管理得當(dāng)，這種情況是不會(huì)出現(xiàn)的。粗濾料深濾層濾池（指一般濾床深的砂濾池）認(rèn)為須達(dá)到L/d或L/de的要求，但還須注意由于所用濾料較粗，須防止?jié)豳|(zhì)漏泄。國外美國洛杉磯使用的粗濾料濾池也應(yīng)屬于這一種濾池，由于煤濾料棱角多，吸附性強(qiáng)，所以過濾效果非常好。國內(nèi)尚無應(yīng)用此種濾料濾池的報(bào)導(dǎo)。2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃提出在提高濾池的效果上，推薦采用這兩種濾池。但雙層濾池濾床不需要太深，濾料粒徑不需要太大，且易沖洗，相比起來是較好的優(yōu)點(diǎn)。
　　11、膜過濾濾池　膜過濾是一種新型的凈水處理技術(shù)，它可以避開常規(guī)使用的水處理程序，只單獨(dú)使用過濾膜就可以將原水處理成飲用水，并是純屬物理性處理技術(shù)。這種過濾膜有微濾(MF)、超濾(UF)和納諾過濾(NF)類型，以納諾過濾處理效果最優(yōu)，它幾乎將原水中有機(jī)物及微生物全部除盡，應(yīng)該說是水處理技術(shù)的一次革命?，F(xiàn)在國外美、法用的較多，國內(nèi)也有個(gè)別使用的。當(dāng)前主要問題是膜使用年限一般為5－7年，另外膜設(shè)備造價(jià)與常規(guī)水處理設(shè)施相比還是貴的，尤其是國內(nèi)更是如此。這種膜技術(shù)國外認(rèn)為如果原水不好，還得在使用前采用常規(guī)處理。如果用NF過濾，前面得加MF或UF處理。國內(nèi)限于財(cái)力、技術(shù)恐一時(shí)不能使用?，F(xiàn)國外已可在20000m3規(guī)模水廠使用，國內(nèi)可在小型水廠及瓶裝水設(shè)施考慮應(yīng)用。
　　12、濾池沖洗均勻性　濾池沖洗均勻要求至關(guān)重要。濾池發(fā)生故障、過濾效果不好、濁質(zhì)漏泄，多與此問題有關(guān)，尤其是小阻力沖洗系統(tǒng)，因不易掌握其均勻性，往往出現(xiàn)濾出水濁度過大，以致不能使用的問題。這也是為什么多數(shù)濾池都采用大阻力沖洗系統(tǒng)的原故。但采用大阻力系統(tǒng)，由于需要均勻沖洗關(guān)系，必須有足夠的墊層，好使沖洗水均勻分布。國內(nèi)往往有用大阻力系統(tǒng)，任意將墊層減薄，造成沖洗水級(jí)配不夠，這是不合理的。采用中阻力，尤其是小阻力沖洗系統(tǒng)，一定在設(shè)計(jì)時(shí)考慮均勻配水，嚴(yán)格施工，不使有一點(diǎn)差誤，不然會(huì)使濾出水達(dá)不到要求的水質(zhì)，甚至造成仃產(chǎn)，嚴(yán)重的還可能使設(shè)施廢棄。
　　13、使用濾池注意事項(xiàng)
　　(1)注意濾池級(jí)配及其他事項(xiàng)　根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，濾料級(jí)配是斷定濾池運(yùn)行效果好壞的一個(gè)關(guān)鍵問題，因此在級(jí)配上無論d10、UC、L/d(L/de)、最大及最小粒徑都要仔細(xì)考慮。濾產(chǎn)的物理性和化學(xué)性也須注意。除此以外，濾池的其他事項(xiàng)也不應(yīng)忽視，如排水槽、墊層、沖洗系統(tǒng)、操作裝置及運(yùn)行程序都要配合一致。
　　(2)嚴(yán)格控制濾前水濁度　濾前水濁度大小對過濾至關(guān)重要。濾出水好壞單靠濾池處理是不可以的，必須使濾前水濁度越小越好，這樣才使濾出水達(dá)到良好的效果。
　　(3)重視使用濾池經(jīng)驗(yàn)　濾池使用多年有極成熟經(jīng)驗(yàn)，不能等閑視之。設(shè)計(jì)、施工、管理每一環(huán)節(jié)都要謹(jǐn)慎處理，稍一疏忽即造成處理不良的結(jié)果。但也不能將過去經(jīng)驗(yàn)生搬硬套，需因地制宜考慮。設(shè)計(jì)方案沒有成熟意見，要進(jìn)行小型試驗(yàn)。施工不能輕率，尤其是關(guān)鍵部位更要注意，如構(gòu)筑物的排水槽、沖洗系統(tǒng)等標(biāo)高，設(shè)施流水孔眼距離、濾料篩分、裝置均勻度都要精心施工，不能有差錯(cuò)。施工充填濾料也要照規(guī)程辦事。在管理上根據(jù)操作要求運(yùn)行，尤其是沖洗這個(gè)關(guān)節(jié)要掌握好。
　　(4)濾池預(yù)留容量　在設(shè)計(jì)上為了以后的發(fā)展，濾池須留一定的擴(kuò)大濾出水量的容量。但不能過大。過大則往往造成濾池有一部分經(jīng)常閑置不用，尤其是更使其他構(gòu)筑構(gòu)如混凝池、沉淀池也隨之加大預(yù)留容量，造成設(shè)計(jì)參數(shù)過小，超出規(guī)定范圍，反而更減低處理效果，國內(nèi)有一些水廠因?yàn)榇嗽蚴惯\(yùn)行上受到損害，因此要應(yīng)當(dāng)注意。
　　(5)過去使用經(jīng)驗(yàn)不能一時(shí)廢棄　使用經(jīng)驗(yàn)是寶貴財(cái)產(chǎn)不能輕易推翻，有了新的事物就認(rèn)為舊有的不好，往往造成失誤。要研究新的事物是否合乎本地的情況，尤其是新的事物是否如預(yù)計(jì)的優(yōu)越，而舊的設(shè)備就不合乎實(shí)用，舊的經(jīng)驗(yàn)就已不能繼續(xù)進(jìn)行下去。弄清楚以后然后定下方案，有必要時(shí)做小型試驗(yàn)或做部分生產(chǎn)實(shí)踐，考察一段時(shí)間（兩種方法都至少一年或更多），然后再考慮在各別地方小規(guī)模試用。有很多情況是，試用當(dāng)時(shí)效果優(yōu)越，一段時(shí)間以后，甚至幾年以后發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)效果不如預(yù)計(jì)的好，以致造成設(shè)施廢棄的例子，在這些年來太不少了，因此不能國外出來一個(gè)新的設(shè)施，或者出現(xiàn)一個(gè)新的設(shè)想，在表面上看著不錯(cuò)，實(shí)際上沒有多年實(shí)踐考驗(yàn)，而尚無肯定其有采用的可靠性，就盲目使用，一哄而起，幾年后不能應(yīng)用或效果不理想，既浪費(fèi)國家大量資金，又在生產(chǎn)上造成嚴(yán)重?fù)p失，應(yīng)引以為戒。
　　(6)原水有機(jī)物、微生物的處理　當(dāng)前情況是原水中的有機(jī)物、微生物，由于檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)達(dá)，使檢驗(yàn)出的明顯增多，為保證飲用水水質(zhì)，在處理上更增加困難。因此需要考慮個(gè)別原水在處理上只靠一般常規(guī)處理已不能應(yīng)付，應(yīng)增加特殊處理。
　　(7)操作人員培訓(xùn)　應(yīng)使操作人員明白水處理的功能，了解操作規(guī)則的主要含意，操作人員才不致糊涂操作，這樣即保證運(yùn)行質(zhì)量，又可應(yīng)付突發(fā)事故，這是減少濾池，甚至全部水處理設(shè)施不致出現(xiàn)問題的主要措施。
　　本文系根據(jù)筆者在天津市自來水公司1996年科技周所作講稿整理而成的。提出的觀點(diǎn)有一些是個(gè)人看法，由于水平關(guān)系，定有許多不當(dāng)之處，希望給水工作者能予以指正。

主要技術(shù)資料

　　1、城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃　中國建筑工業(yè)出版社(1993年7月)
　　2、楊福才：在給水上發(fā)展的幾種新型濾池的看法　化工給排水設(shè)計(jì)院（1994年3月）
　　3、楊福才：應(yīng)用雙層濾料濾池的效果和探討　湖南土建學(xué)報(bào)(1989年1月)
　　4、重力式池池設(shè)計(jì)、運(yùn)行最佳化的討論　楊福才譯自AQUA 1996-2　天津市自來水公司技術(shù)資料(1997-2)
　　5、高濾速濾池的設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)　楊福才譯自JAWWA　1975-10,11,12　天津市自來水公司內(nèi)部技術(shù)資料
　　6、均衡濾料濾池的采用　劉萬福譯自DEGREMONT技術(shù)資料、楊福才校　天津市自來水公司技術(shù)資料(1993-5)
　　7、快濾池濾層厚度和粒徑的研究　楊福才、陳丹實(shí)譯自水道協(xié)會(huì)雜志(1975-2)　天津市自來水公司技術(shù)資料(1983-5)
　　8、兩級(jí)過濾　劉萬福譯自JAWWA 1988-12，楊福才?！〕擎?zhèn)供水(1987-3)
　　9、日本水道設(shè)施設(shè)計(jì)指南解說　室外給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)管理組(1985)
　　10、雙層濾料濾池與混合濾池應(yīng)用于水廠運(yùn)行中的過濾性能的比較　賈霞珍譯自JAWWA 1992-6，楊福才?！√旖蚴凶詠硭炯夹g(shù)資料(1993-7)
　　11、混合濾池　楊福才譯自NEW CONCEPT IN WATER PURIFICATION　天津市自來水公司技術(shù)資料(1981-2)
　　12、洛杉磯的過濾　陳寶書譯自國際供水協(xié)會(huì)第十七屆會(huì)議論文集，釧淳昌?！≈袊擎?zhèn)供水協(xié)會(huì)(1989-5)
　　13、楊福才：雙層濾池煤濾料流失解析與防范措施　中國給水排水(1982-2)
　　14、楊福才、紀(jì)長順：美國給水凈化處理的發(fā)展　天津建設(shè)科技(1996-3)

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天津市自來水集團(tuán)有限公司科技情報(bào)站
1997年5月