（环境工程专业论文）FiltrafloltTMgtTGV快速砂滤池的应用及改进.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 成都市水六厂b 厂b o t 项目是我国迄今为止第一个完全由外商建设、 运营的市政公用基础设施的b o t 项目工程。在该项目中，我国第一次引进法 国o t v 滤池专利技术f i l t r a f l o 刑t g v 快速砂滤池并成功地投入实际生产运 作。 同传统的快速砂滤池相比，f i l t r a f l o t m t g v 快速砂滤池工艺处理效率高， 出水水质好：处理流程简单，工程占地面积小，结构紧缩；基建费用低，运 转费用省；管理简单，操作方便。 近年来，国内同行在滤料、处理机理、操作、反冲洗和相应的机理方面 等方面已经取得了很多成就，气水反冲快速砂滤池在饮用水处理工程应用的 数量和规模也在逐步扩大。同时，国外，对快速砂滤池的深层过滤已有深入 研究和具体应用，特别是f i l t r a f l o r m t g v 快速砂滤池的工艺技术的推广使用。 该滤池的处理负荷为一般滤池的2 倍甚至3 倍，滤速可以达到2 0 m h 以上， 从而极大地缩小工程占地面积，节约投资。1 本文将通过一个完整的实际运作的市政饮用水处理工程案例，首次对 f i l t r a f l o r m t g v 快速砂滤池作深入研究并对该先进技术的具体应用进行优化 和改进，从而填补深层快速滤池水处理工艺技术领域研究的空白，为国内市 政设计院的水厂设计、自来水厂的工艺改造和日常运行操作提供借鉴与参考。 关键词：市政饮用水f i l t r a f l o r m t g v ，陕速砂滤池应用 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t c h e n g d un o 6bw a t e rp l a n ti st h ef i r s tb o tp r o j e c ti nm u n i c i p a lu n t i l i t i e s i nc h i n a t h ew a t e rp l a n ti sf u l l yc o n s t r u c t e da n do p e r a t e db yv e o l i aw a t e r c o m p a n y , w h i c hi s t h el e a d e ro fw a t e rb u s i n e s si nt h ew o r l d i nt h i sp r o je c t ， f i l t r a f l o t mt g vf i l t e r , w h i c hi st h ep a t e n tf i l t r a t i o nt e c h n o l o g yo fo t vo ff r a n c e ， i s f i r s t l ye m p l o y e di nc h i n aa n dh a sv e r ye x c e l l e n tp e r f o r m a n c e si na c t u a l o p e r a t i o n c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lr a p i ds a n df i l t e rt r e a t m e n ts o l u t i o n ，f i l t r a f l o a w l t g v h a sm a n yp r e d o m i n a n c e s ：h i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c ya n dg o o dq u a l i t yo no u t l e t w a t e r ；s i m p l yt r e a t m e n tf o wp r o c e s sa n ds m a l ll o c a t i o na r e a ；l o wc o n s t r u c t i o n e x p e n s e & o p e r a t i o n ；e a s y t om a n a g ea n do p e r a t e i nr e c e n ty e a r s ，t h e r ea r em a n yr e a s e r c ha c h i e v e m e n t so nf i l t e rm e d i a ，f i l t e r t r e a t m e n tt h e o r y ；o p t i m u mo p e r a t i o n ，b a c k w a s h i n gp r o c e d u r e s ，e t c i nc h i n a t h e r a p i df i l t e rw i t ha i r - w a t e rc o m b i n e db a c k w a s h i n gi sm o r ea n dm o r ep o p u l a ri n w a t e rp l a n t s m e a n w h i l e ，t h ed e e pr a p i ds a n df i l t e ri sr e s e a r c h e da n dp u ti n t o e f f e c ta b o a r d ，e s p e c i a l l yf i l t r a f l o t m t g vi si n v e n t e da n di m p l e m e n t e di nd r i n k i n g w a t e rp l a n t si ne u r o p e t h i st y p eo ff i l t e rh a sh ig h e rf i l t r a t i o nr a t et h a nt r a d i t i o n a l r a p i df i l t e r sa n dt h ef i l t r a t i o ne f f i c i e n c yi st w i c e ，o re v e nt r e et i m e sc o m p a r i n g w i t ho t h e rt p e sf i l t e r s t h em a x i m u mf i l t r a t i o nr a t ei sm o r et h a n2 0 m ha n d t h a n k st ot h eh i g he f f i c i e n c yo ff i l t r a f l o t m t g vf i l t e r , t h ef i l t r a t i o na r e a sa r e d r a m a t i c a l l yr e d u c e da n dt h ei n v e s t i m e n ta l s oc u td o w n i nt h i sp a p e r , t h em e c h a n i s mo ff i l t r a f l o t m t g vi sd e e p l ya n a l y e da n dt h e i m p l e m e n t a t i o no ft e c h n o l o g yi nt h ep r o j e c ta r ed e c r i b e dd e t a i l e d l ya n dt h e r e l a t e do p t i m u ma c t i o n sa n di m p r o v e m e n t sa r ea l s oi n t r o d u c e da c c o r d i n gt ot h e m u n i c i p a ld r i n k i n gw a t e rp r o j e c tc a s e i ti st h ef i r s tt i m ei nc h i n at oa n a l y z et h i s t y p eo ff i l t e ra n dm a n yc o n c r e t ef i n d sa r ei n t r o d u c e d i ti sh e l p f u la n dr e f e r e n c e d f o r m u n i c i p a ld e s i g n i n s t i t u t e sa n dw a t e rp l a n t si nt h ef i e l d so fd e s i g n ， c o n s t r u c t i o n ，o p e r a t i o na n di m p r o v e m e n t s ，e t c k e yw o r d s ：m u n i c i p a ld r i n k i n gw a t e r ，f i l t r a f l o t mt g vs a n df i l t e r ， a p p l i c a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论 文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密d ，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：奢f f k 日期：伽嘶! ；g ) - v ca 艚棚繇人伦广 日期：“孓1 5 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重申明：本人所提交的学位论文( ( f i l t r a f l o 聊t g v 快速砂滤池的 应用及改进，是在导师指导下独立进行研究所取得的成果，学位论文中引用 他人已经发表或未发表的成果，数据，观点等，均明确注明出处。除文中已 经注明的内容外，不包含任何其他个人或集体科研成果。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池在我国的具体应用并不多见，有关其设计、 运行等方面的研究很少。本文以一个完整的净水处理厂成都自来水六厂b 厂所使用的过滤器为例，系统的介绍f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池。通过对 工艺流程，运行状况，过滤效果等各方面的阐述，并通过优化、改进成都市 水六厂b 厂实际运行工艺，解决成都市水六厂b 厂在运行 f i l t r a n o t m t g v 快速砂滤中遇到的实际问题。从而填补对成都水六厂b 厂 b o t 项目工程水处理工艺技术领域研究的空白，为国内市政设计院的水厂设 计、自来水厂的工艺改造和日常运行操作提供借鉴与参考。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 在常规水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬 浮杂质，从而使水获得澄清的工艺。过滤的功效，不仅在于继沉淀之后进一 步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被 部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附 时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。 在饮用水的净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重 要措施。 国内外许多学者对滤池过滤机理、滤料材质、粒径、级配及滤层厚度等 进行了广泛研究，但是由于过滤过程本身的复杂性以及实验工作中存在的固 有困难，还不能够对滤层过滤提出精确、全面的数学模型加以描述，目前在 缺乏成功、普遍、有预见性的过滤理论情况下，将理论因素与实践经验相结 合来分析、设计、运行滤池是十分有效和必要的。 1 1 过滤技术发展 早在远古时期，人们就知道通过地层的过滤作用可以获得清洁的井水， 这是人类对“过滤”一词的最初思想萌芽。在这一经验启发下，为了适应城市 和工业用水的需要，首先出现了慢滤池，约6 0 年后又出现了快滤池。 1 8 6 2 年，伦敦的楷鲁西自来水公司技师詹姆斯辛普生在水处理中采用 了以砂为滤料的慢滤池【l 】，这标志着现代过滤技术的开端。该种滤池由最初 的横向水流发展为竖水流，滤速很慢( o 1 o 3m h ) ，同时在滤池运行初期需 要经过1 2 周的成熟期才出现清亮的出水，运行2 3 个月后还要进行表层 刮砂和经历新一轮的短期成熟期悼j 。早期的慢滤池大多用来处理经过自然沉 淀的地表水。由于慢滤池本身固有的滤速太慢、产水率过低以及占地面积太 大等缺点，其越来越不能满足人们对于生活、生产用水的需要。 世界上第一座过滤与冲洗交替进行的快滤池出现于1 8 8 5 年的美国，它 由美国的a x a u r t18 8 4 年提出并由h a z e n 于18 8 6 - 18 9 2 年间在l a u r e c e 城研制成功。从慢滤池发展到快滤池是过滤技术上一次质的飞跃【3 ，4 j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 快滤池有多种形式，以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在 此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其他形式快滤池。为充分发挥滤料 层截污能力，出现了滤料粒径循水流方向减小的过滤层和均质滤料层，如： 双层、多层以及均质滤料滤池，上向流和双向流滤池等：为减少阀门数量出 现了虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池以及其他水力自动冲洗滤池等；从冲 洗方式上还出现了有别于单纯水冲洗的气水反冲洗滤池。 1 2 过滤理论 滤池中悬浮颗粒的去除机理比较复杂，并且受到很多因素的影响，比如： 悬浮颗粒以及滤料颗粒的物理化学性质、过滤速度、水的化学性质以及滤池 的运行方式等等。在过去的几十年中，有关过滤机理的研究一直没有中断过， 但是其中的很多问题还没有得到解决。 最初的看法，认为水流通过多孔介质的滤床去除悬浮颗粒式的方式，似 乎容易解释为筛滤作用。很清楚，好比筛网阻挡了比网眼尺寸大的颗粒一样， 如果悬浮颗粒尺寸比滤料的空隙大，那么将被去除。这样一种机械筛滤意味 着固体物质不可能穿透到滤料层中，因此不需要深的滤料床。然而，检查粒 状滤料去除固体物的性能时表明，颗粒尺寸较滤料孔隙小很多的也被有效去 除了。所以很明显，在粒状滤料的滤床中，筛滤不是唯一机理。实际上大多 数场合下，在浊度的整个去除过程中，筛滤相对不是主要的，悬浮颗粒的去 除受到大量传递和吸附机制的控制，如图1 1 所示。另外，m i n t z 还首先提 出了“剥离机理”，在颗粒吸附的同时，已经吸附于滤料上的颗粒还有剥离 的趋势。 图1 1 过滤机理 辩壤糊 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 1 传递机理 大多数滤池中，层流占优势。因此在滤床某个空隙中，水流速度由颗粒 表面的零变到空隙中心的最大值，于是传递机制必然使悬浮颗粒脱离水流流 线，而吸附于滤料颗粒表面。传递过程实际上是一个物理一水动力作用的过程， 目前只能进行定性描述，无法定量计算。悬浮颗粒脱离流线可能是几种作用 同时存在，也可能是其中的某些作用占主导地位。 水过滤中传递机理【5 】的主要作用有( 图1 2 ) ： ( 1 ) 截留作用：当流线距滤料表面距离小于悬浮颗粒半径时，处于该流 线上的颗粒会直接触及滤料而被滤料截留。 ( 2 ) 扩散作用：当悬浮颗粒尺寸很小时，颗粒会受到周围水分子的随机 热运动而呈现出布朗运动，从而会使颗粒向滤料表面迁移。一般认为，直径 小于lg m 的颗粒其扩散作用是明显的，当颗粒直径较大时，扩散作用可以忽 略。 ( 3 ) 惯性作用：由于滤层空隙通道错综复杂，流道弯曲，流速经常改变 方向，致使悬浮颗粒因惯性力作用而离开原来的流线向滤料表面靠近。a m i r t h 认为，惯性作用对于空气过滤是主要的，对于水过滤却是可以忽略的。 ( 4 ) 沉淀作用：作用在悬浮颗粒上的重力能使颗粒横向穿过流线层，沉 积在滤料层颗粒面向上的表平面上。颗粒密度和水温对沉淀作用的影响非常 大。m i n t s 认为直径大于2 5g m 的颗粒沉淀作用是主要的 6 1 。 ( 5 ) 水动力作用：处在速度梯度中的颗粒容易发生旋转，并受到能使他 们横穿流线层的侧向力的支配。水动力作用于颗粒形状以及水流雷诺数有重 要关系。 善l0 毒 垂 f， 童l 藏暂棒忍扩教捧用蠖链撂用撬凌作羽农旎盘作用 图1 2 传递机理 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 2 2 吸附机理 一旦悬浮颗粒被运送至接近滤料颗粒表面或原有沉淀物时，则在物理一 化学和分子力的影响下，如同混凝工序一样，能发生吸附现象。于是，在颗 粒滤床中，粒状滤料截留悬浮颗粒的作用能够用混凝过程中的架桥及吸附双 电层的概念来解释。 可以假定吸附是由于行进的悬浮颗粒和滤料颗粒之间存在的分子吸附 力和电动力相互作用而产生的。事实上，分子力只有当悬浮颗粒非常接近滤 料颗粒表面的时候，大概在0 1 岬以内才是主要的，所以带电颗粒之间的作 用力仍是控制吸附过程进度的主要因素。电动力的变化取决于表面电荷的符 号和大小以及双电层厚度，由于大多数天然水源中含有大量溶解固体，悬浮 颗粒和滤料颗粒所带的电荷可能相当小，结果只产生微弱斥力。这些斥力可 以通过投加混凝剂或控制p h 值改变体系中离子结构强度而得到调整。此外， 聚合电解质的应用可产生架桥机制，从而把悬浮颗粒粘固在滤料颗粒表面。 1 2 3 剥离机理 悬浮颗粒移动到滤料颗粒上后，会以不同几何构造聚集。这些几何构造 不仅与滤料颗粒有关，还与先前沉积物有关。一般的构造是位于滤料颗粒项 部的球冠形和处于孔隙中的管状结构。如果过滤速度保持不变，随着悬浮颗 粒的不断沉积，孔隙中实际水流速度会逐渐增大。结果导致沉积颗粒受到逐 渐增大的水流剪切力的作用，当剪切力大到与粘附力相同数量级时，颗粒就 有可能剥落下来并在滤层较下层被截留。剥离机理的另外一种解释还可以是 沉积颗粒的崩落效应。因此，在达到饱和状态但沉积颗粒呈现亚稳态构造的 滤料层中，吸附和剥离可以同时发生。 1 3 目前常用滤池的类型及其特点 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。在类型上滤池大体分为两大类， 即自上向下流动的重力式滤池和自下向上流动的上向式滤池，及另外一些其 他类型的过滤池 7 , 8 j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 重力式滤池主要包括传统的单、多层滤池以及混合滤池、臭氧一活性炭 生物滤池等；上向流滤池有哈伯瑞尔滤池 9 1 、反粒度滤池( 接触滤池) 、双 向滤池等；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、 膜过滤滤池等。 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。 ( 1 ) 单层重力式滤池 普通快速砂滤池 这是国内外最普遍使用的一种滤池，也是开始有快滤池以来最先使用的 滤池。这种滤池滤层( l ) 一般为7 0 - - 9 0 c m ，粒径( d ) o 4 5 - 1 o m m ，有效粒径( d e ) 约为0 5 o 5 5 m m ，均匀系数( u c ) 约为1 3 1 4 ，滤速标准为5 m h 。国内曾 用过较大的滤速( 8 l o m h ) ，目前为保证水质仍以用标准滤速或稍大滤速为 宜。滤池设计以l d e 控制，l d e - - 2 1 0 0 0 ，也有用l d 控制的，l d _ 8 0 0 ，这样 比例最为恰当。 单层石英砂快滤池虽广为采用，但仍有其缺点：滤料层截留杂质的作用 未得到充分发挥、过滤水头损失( 滤层中水流阻力) 在表层的比例太大等，造 成这些缺点的主要原因是由滤料粒径循过滤水流力方向逐渐增大造成的。 深床滤池 该滤池构造与普遍快滤池相同，区别在于滤料颗粒粗，滤层厚，认为滤 层厚度最低应超过1 0m ，其主要优点为过滤速度快、水头损失慢、过滤周 期长。但由于颗粒粗，可能发生浊质漏泄的危险性大。颗粒粒径由l d 或l d e 获得。l d 或l d e 参数目前应用的与普通快滤池相等。 均质滤料滤池 滤池的滤料采用均质砂滤料，d e = o 9 5 - 1 3 5m m ，粒径范围o 7 2 0m m ， 均匀系数1 2 1 6 或1 8 ，滤层厚度o 9 5 - 一1 5m ，也可再厚一些，滤速一般 为8 1 0m h 。l d e 或l d 也与普通快滤池相同。均质滤池有两个特点，一 是滤床不膨胀或微膨胀，使其始终保持原有填料时滤池滤床的原有状态；另 一特点是滤层每个横断面的滤料级配都是一样的，滤床上下方向的滤料孔隙 率相同，而使滤床水的流态也相同，更好地克服表面阻塞，絮体深入滤床， 滤出水量多、水质的效果好 1 0 】。当前国内已有部分水厂使用，主要是由法国 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 引入。 均质滤料滤池和深床滤池应该说同属于粗滤料深滤层滤池范畴。深床滤 池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。目前国内所采用的 均质滤池主要是由法国引进的，此类滤池在充填滤料时，如何使滤料每层充 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。2 0 0 0 年技术进步发展规划认为这两种滤池都是改善净化处 理的滤池。 煤滤池 这种滤池由于煤颗粒棱角多且吸附性强，所以过滤效果好，一般滤层1 8 m ，d e = 1 3m m ，u c = i 5 。这种滤池按道理讲也应属于粗滤料厚滤层范畴。 这种滤池在美国洛杉矶已应用，其滤床深度1 8m ，d e = 1 5 m m ，采用臭氧化 和三氯化铁等阳离子凝聚，直接过滤，正常滤速3 2 5m h ，过滤周期 3 0h 【l l 】 ( 滤前水浊度低) 。由于煤滤料棱角多，吸附性强，所以过滤效果非常好。 国内尚无应用此种滤料滤池的报导。2 0 0 0 年技术进步发展规划提出在提高滤 池的效果上，推荐采用这种滤池。 陶粒滤池 这种滤池是由俄罗斯引入到国内的。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5 - - 4 0m m 径炔状物质，然后 将以上块状物加以辗碎、筛选而得。这种池子的陶粒比石英砂更为优越，其 表面积为石英砂的2 3 倍，孔隙率为5 5 - - 7 0 ，比石英砂大1 5 倍左右，它 富有棱角表面积大，机械强度、化学稳定性都好。滤池的各种指标都与一般 快滤池相同，滤速可达1 0 - - - 4 0m h 。这种陶粒已在国内单层滤池和双层滤池 应用，据报导效果很好。如果在造价上不贵，可以考虑代替石英砂作为滤池 的滤料。 连续过滤滤池 这种滤池在国外如俄国等一些国家正在应用，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。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 2 ) 多层重力式滤池 双层滤料滤池 双层滤料滤池是国内外通用的滤池，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 5 1 0m m ，d e = o 5 5m m ，u c = i 3 l 。4 ，滤层厚3 0 4 0c m ，煤粒径1 0 - - 2 0m m ，d e = l 。1 1 。2m m ，u c = 1 3 1 4 ，滤层厚3 0 - - 4 0 c m ，总滤层厚7 0 - - - 9 0 c m ，滤速一般为1 0 - - 1 2 m h ，过滤 周期不超过3 6 h 。l d e _ 1 0 0 0 或l d 8 0 0 ，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。双层滤池在目前情况下，还是应予推荐使 用的一种滤池，2 0 0 0 年技术进步发展规划推荐为首先考虑使用的滤池之一。 该滤池造价低，滤料货源易得，易于操作和维护，滤床不需要太深，且易冲 洗，出水量多，滤出水质达到国家标准要求，当然对待特殊的原水，还需要 另外其他深度处理补充【1 2 】。至于滤料流出问题，只要管理得当，这种情况是 不会出现的。 三层滤池 滤料为煤、砂、石榴石，粒径分别为0 8 - - 2 0 ，o 5 - 0 8 ，o 2 5 - - 0 5 m m ， 总厚度约为7 5 c m ，三者厚度分别占6 0 , - - 6 5 、2 5 - - - 4 5 、5 1 0 ，通过实 践，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，在一个过滤周期内其总 滤出水量不及双层滤池，且滤层有阻塞现象，石榴石价格高，也有流失情况。 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，尽量不用此种滤池。 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6 0 、3 0 、1 0 ，配比为煤1 - - - 2m m ，6 0 0m m ；砂o 6 0 8m m ，2 2 5m m ；石榴石0 4 - - 0 8m m 、7 5m m ，总厚度9 0 0m m ，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 d e 与双层滤池相同。这种类型并不是三层滤池。据报告称它截污能力强，效果 比三层滤池好，也与双层滤池做过对比试验，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，实际上相差无几，但造价与维护上不如 双层滤池，可考虑试用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 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。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。第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 合一絮凝一短时简易沉淀一第一级过滤一第二级过滤。这种类型的第一级滤 池滤料d e = 6 - - 2 0m m 、厚度5 5 0 - - 7 5 0m m 。第二种类型为处理一般水质浊度 不大的原水的，流程为原水一闪烁混合一第一级过滤一第二级过滤，这种类 型的第一级滤池滤料为3 5m m ，厚度1 5 0 0 - - 2 5 0 0m m 。两者的第一级滤池 滤速皆可达到2 5 - - 4 0m 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一砂双层滤池，滤速通常为8m h 或更大。 如果原水水质较差，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。 臭氧一生物活性炭滤池( 0 3 + b a c ) 臭氧一生物活性炭滤池是利用活性炭的吸附量并采用臭氧消毒的技术。 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0 3 + b a c 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。此种滤池国外应用多年，国内正在试用，尚属 于模索阶段。 1 4 反冲洗技术 反冲洗技术是快滤池正常工作的重要保证，冲洗效果的好坏直接影响到 滤池运行能否成功。所谓“反冲洗 ，就是让清洁水反向高速通过滤层，依 靠高速水流将截留在滤料表面的悬浮物冲刷下来，并被水流携带出滤层。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 4 1 快滤池冲洗方式 快滤池冲洗方式有以下几种：高速水流反冲洗；表面助冲加高速水流反 冲洗；气、水联合反冲洗。 ( 1 ) 高速水流反冲洗 利用流速较大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层达到流态化状态，且 具有一定的碰撞度。截留于滤层中的污物，在水流剪力和滤料颗粒碰撞摩擦 双重作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水带出滤层。 ( 2 ) 表面助冲加高速水流反冲洗 表面助冲是指从滤池上部用喷射水流向下对滤料进行清洁的操作，和单 纯水反冲相比表面助冲对滤料表面沉积的悬浮固体所产生的剥离作用大得 多，可以有效改善冲洗效果【7 】。 ( 3 ) 气、水联合反冲洗 对于均质滤料层来说，为保证冲洗后仍保持原有的滤层结构，不产生或 不明显产生分层现象，提高滤层含污能力，冲洗时滤层就不能膨胀或仅有轻 微膨胀，这时可以采用气、水联合反冲的方式。 气、水反冲效果在于：利用上升空气气泡的震动可有效地将附着于滤料 表面的污物擦洗下来使之悬浮于水中，然后再用水冲洗把污物排出池外。因 为气泡能有效地使滤料表面污物破碎、脱落，故水冲强度可大大降低。气、 水联合反冲操作方式有以下几种： 1 ) 先用空气反冲，再用水反冲； 2 ) 先用气、水同时反冲，再用水反冲； 3 ) 先用空气单独反冲，再用气、水联合反冲，最后用水反冲，即所谓的 三段式气、水联合反冲洗。 运行实践表明，气水反冲洗的三种方式中，三段联合式气水反冲洗方式 效果最好并已获得广泛应用，是滤池气水反冲洗技术发展的一种趋势。 1 4 2 气水反冲洗技术的发展 在气、水冲洗方面，经历了不少演变和发展。早在十九世纪末，快滤池 除了用水反冲洗外就开始有了空气辅助冲洗，但由于种种原因空气辅助冲洗 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 效果并不明显。二十世纪初，美国放弃了空气辅助冲洗方法，强调高强度水 反冲洗，1 9 2 9 年美国h u l b e r t r 和h e r r i n g f w 【7 】根据高强度水反冲洗研究 成果指出，反冲洗膨胀率最好为5 0 。从此以后，世界各国便广泛流行高强 度反冲洗方法。为了提高冲洗效果，常常还对滤层表面增加水辅助冲洗，最 常用的如采用旋转式表面冲洗装置。 长柄滤头的出现为气水同时反冲洗创造了条件，气水同时反冲洗大大推 动了气水冲洗技术的发展。法国的d e g r e m o n t 公司对此技术( 其中包括长柄滤 头) 的发展起了重要作用。显然，近二十年来，气水反冲洗已在世界各国引起 了广泛重视。 我国从8 0 年代起也开始对空气辅助冲洗进行了研究。著名的李圭自教 授较早就对气水反冲洗问题进行了研究1 3 】【1 4 】【15 1 ，上海市政工程设计酣1 6 】清 华大学黄显怀教授 17 1 、同济大学朱月海教授 1 8 】【1 9 】【2 0 1 湖南大学姜乃昌教授 2 l 】、 南京、杭州、湛江等众多水司的科研工作者均对气水反冲洗做了不少研究， 并取得了较好成果。1 9 9 2 年1 0 月和1 9 9 3 年4 月，中国土木工程学会给水委 员会曾分别于广州和杭州两次召开了气水反冲洗技术的专题研讨会，交流了 气水冲洗技术的应用经验并提出了进一步提高和完善的设想。 应用方面，自八十年代以来我国已陆续有不少水厂采用了气水反冲洗技 术。据报道，在至今不到二十年的时间里，采用这一先进技术的新建水厂在 我国已达5 0 多座，日供水能力超过6 5 0 万m 3 。1 9 9 0 年以来，仅上海市政工 程设计院设计和投产的气水冲洗滤池就有1 8 座【2 2 】截止目前，我国已有1 4 个 城市直接从法国引进了气水冲洗a q u a z u r - v 型滤池和f i l t r a f l o t m t g v 快速砂 滤池，它们遍及重庆、沈阳、西安、南京、中山，上海，宝鸡，成都等大江 南北，最大的如西安黑河水厂设计供水能力达8 0 万m 3 d 2 3 1 。此外，我国还 出现了少数由普通快滤池改进的气水冲洗滤池。 1 5 选题意义及研究内容 在自来水厂处理工艺中，滤池是最关键的工艺处理环节，国内外十分关 注滤池在水厂的应用研究包括滤池的构建，阀门的设置，滤料的选择，反洗 的方式及反冲洗强度等，目前常见的滤池有普通快滤池，双阀滤池，均值滤 料滤池，多层滤料滤池，移动罩滤池等，它们的滤速一般小于1 0 m h ，反洗 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 一般采用水冲的方式。 f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池是威立雅水务标准砂滤池的典型版本，为 f 5 2 1 型敞口重力式快速砂滤池。f i l t r a f l o t m t g v 快速砂滤池在工艺技术上主 要采用了粗粒径石英砂滤料深层截污、三段式气水联合反冲洗、恒液位恒载 运行等技术措施，并运用简易可靠的监控技术手段，使之成为适用于大、中 型净水厂优化运行的一种新型滤池。 与其它类型滤池相比，f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池具有以下优点： ( 1 ) 水力负荷非常高，且构造简单，成本低。 ( 2 ) 采用粗粒径深床过滤，过滤效率高，水脱气效果好。 ( 3 ) 平均滤速可达1 7m h ，即使在高滤速运行条件下，整个过滤周期中 都能获得高质量滤后水。 ( 4 ) 反冲洗采用三段式气、水联合反冲洗，减少了反冲洗水量，提高了 冲洗效率。 ( 5 ) 采用p l c 自动控制和手动控制相结合的方式，有规律的反冲洗，确 保最佳性能，达到了过滤一反冲洗的完美结合。 f i l t r a f l o t m t g v 快速砂滤池在我国的具体应用并不多见，有关其设计、 运行等方面的研究很少。本文以一个完整的净水处理厂一成都自来水六厂b 厂所使用的过滤器为例，系统的介绍f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池。通过对 该厂工艺流程，运行状况，过滤效果等各方面的阐述，并通过优化、改进其 实际运行工艺，解决了f i l t r a f l o t i t g v 快速砂滤在运行中遇到的实际问题。 从而填补f i l t r a f l o t m t g v 快速砂滤在水处理工艺技术领域研究的空白，为国 内市政设计院的水厂设计、自来水厂的工艺改造和日常运行操作提供借鉴与 参考。 1 6 研究方法及技术路线 由于本研究是一项生产实践很强的研究课题，对f i l t r a f l o t m t g v 快速砂 滤的研究工作是建立在成都市水六厂b 厂的实际生产运行的基础之上的。 本文研究的主要内容一方面是早期获得的资料与认识的收集、整理，另一方 面则是f i l t r a f l o 刑t g v 快速砂滤的实际运行研究，力争取得具有理论水平与 实际应用相结合的研究成果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 本研究的技术思路如图1 3 。 图1 3 本研究的技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 1 试验方案 第2 章试验设计 本研究以成都市自来水六厂b 厂的过滤器f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池 为研究对象，以实际生产运行系统地介绍f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池的特 点及运行状况。 ( 1 ) 通过分析f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池的设计和运行参数、工艺流 程以及控制系统，阐明该滤池在各方面的特点； ( 2 ) 以该工艺在2 0 0 1 年l o 月2 0 0 7 年9 月的生产运行情况为基础，分 析评价f i l t r a f l o t mt g v 快速砂滤池工艺技术的实际运行效果。 ( 3 ) 通过部分工艺技术的调整和改进，计一步优化f i l t r a f l o t g v 快速 砂滤池的功能，以解决其在实际生产过程中存在的问题。 2 2 现场概况 成都市自来水六厂是目前国内最大的重力流供水厂，利用成都平原的自 然坡降及都江堰水系的特征，从上游1 8k m 的徐堰河、柏条河重力引水至水 厂。河水经水厂净化处理后，利用6 0m 的自然落差，向城市管网重力输水。 规划为a ，b ，c 三座水厂，a 厂为一期工程，日供水6 0 万m 3 ；b 厂是按 b o t 方式建设的日供水4 0 万m 3 的二期工程；c 厂系规划中的另一新厂，规 模类同b 厂。三座水厂既独立运营、又相互毗邻，将形成一个日供水达1 4 0 万1 1 1 3 的重力流均匀供水基地。 自来水六厂b 厂是1 9 9 7 年1 月经国家计委批准立项的全国第一个城市 供水设施b o t 试点项目，中标方是法国通用水务集团日本丸红株式会社的 投标联合体。1 9 9 9 年8 月1 1 日成都市政府与成都通用水务丸红供水有限公 司( 项目公司) 正式签署了特许权协议，经两年半的紧张施工，于2 0 0 2 年2 月1 1 日按期完工，投入商业运营。工程总投资1 0 6 5 亿美元，项目公司 在b 厂运营管理期间，每天向城市管网输送4 0 万m 3 的自来水。 b 厂b o t 项目包括4 个子项目：8 0 万m 3 d 的取水工程( 两座取水口、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 连通渠、引水暗渠) ；4 0 万m 3 d 的净水厂；1 4 0 万m 3 d 净水厂的排水总渠； 2 7k m ( d n = 2 4 0 0m m ) 的输水管道。 2 2 1 水厂描述 该厂净水工艺采用二次沉淀、过滤消毒的常规流程，其工艺流程如图2 1 所 示。图2 2 为b 厂工艺设置平面图。 ( 1 ) 取水部分 取水部分由取水口、连通渠、连接井及引水暗渠组成。 取水口由拦河闸、进水格栅、冲砂设施及进水控制闸组成。徐堰河取水 口利用a 厂的相关设施，仅新建进水控制闸；柏条河取水口亦利用了a 厂的 相关设施，新建1 0m 长进水格栅及进水控制闸。 连通渠、连接井的功能是连接两个取水口，将原水转输入引水暗渠。在 每条连通渠出口处设有叠梁闸，在连接井下游方向的格栅室内装有4 台自动 除渣机，并设有人工、电动控制闸板。 为了防范原水突发性污染问题，在连接井内设置了酚、氨氮、锰以及水 位、p h 、浊度、电导率等在线监测仪表，以上测定数据同时传递到水六厂b 厂、a 厂中心控制室。 ( 2 ) 分配井 取水部分由取水口、连通渠、连接井及引水暗渠组成其功能是将原水分 配至b ，c 两厂。 ( 3 ) 配水井 配水井的功能是通过内置的溢流堰及闸板切换，将原水均匀分配至两座 预沉池或通过超越管至两座混合井。井内设6 条溢流堰，堰总长达6 0m ，从 而减少水头损失。根据原水水质需要，可在井内投加p a m ，粉末活性炭及氯 气。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 封闭式入口涵管 通向清水分配系统 图2 1b 厂工艺流程图 环 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 图2 2b 厂工艺设置平面图 a 调配池b 流入测量池c 流入节流阀池d 分配井e l e 2 预沉淀池f 泥浆输送 设施g 1 g 2 混凝池h 1 h 1 0 絮凝池1 1 1 1 0 沉淀池j 1 j 8 滤池k 废水池l 反冲洗水泵 和空气鼓风机设施m 开关设备室n 1 n 4 清水池o 出水计量井p 出水节流阀池s 一 药剂楼 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 ( 4 ) 预沉池 当原水浊度大于1 0 0 0n t u 时，原水流入2 座辐流式预沉池，其内径为 3 6m ，周边水深为2 9 6m ，池中水深为4 1 9m ，池底中心设内径5m ，深1 2 m 的集泥斗，通过中心传动桁架式刮泥机，将泥刮至斗内，由排泥管、排 砂泵送至排水渠道。利用投加p a m 去除高浊，停留时间为2 0m i n ，但近些 年原水高浊情况不多，特别是上游紫坪埔水库建成使用后，预沉池基本没有 使用。 ( 5 ) 混合池 当原水浊度小于1 0 0 0n t u 时，通过超越管直接进入混凝沉淀系统，首 先在两座机械混合池停留约1 2 4m i n ，混合池有效容积1 8 0m 3 ，设1 台变频 悬臂式混合搅拌机，混合搅拌流量为设计流量的3 倍。 ( 6 ) 絮凝池 2 座混合池分别连通5 格机械絮凝池，共1 0 格。水经混合池后，均匀 分配到每一格絮凝池的进水渠道，水从进水渠底部长条形孔进入絮凝池，经 搅拌后，水从絮凝池上部进入沉淀池底部。絮凝池每格处理水量为1 7 4 0 - - 1 9 8 0m 3 h ，单格池平面尺寸为8 7 4m x 8 7m ，有效水深7 6 3m ，有效容积5 8 0 m 3 。一格池内只设立了一台变频慢速搅拌机，搅拌机具有回流十余倍设计流 量的性能，水在池内达到三维旋转翻滚流动，此机械絮凝池的设计与国内流 行的设计不一样，它结构简单，池内基本上不积泥，形成的矾花好。但需要 说明的是混合池中除投加p a c 外，还需同时投加p a m ，否则影响絮凝效果。 ( 7 ) 斜管沉淀池 m u l t i f l o 斜管沉淀池，亦分l o 格。每格沉淀区面积为1 0 8 6 6m 2 ，表 面负荷1 6 1 8 2r n 3 ( h m 2 ) ，斜管高1 2 1m ( 斜长1 4m ，倾角6 0 0 ) ，棱形 ( 3 9 5m m x 3 5 5r a m ) 。斜管采用乙丙共聚板材模压、热焊组合成型，清水区 保护高0 6 8 6m ，底部配水区高2 1m ，并采用高3 5 7m 的排泥斗。每格沉 淀区有9 个排泥斗，1 0 格共9 0 个斗。每个斗设一根排泥管至排水管廊，9 根管为一组，每组设排泥总管，排泥总管上设有移动式泵抽放空措施。为了 减少排泥管埋深，采用4 1 8m 静压差排泥。每根排泥管上安装了一个气动橡 胶快速排泥阀，定时启动排泥，小斗增加浓缩时间、减少排泥水量，效果良 好。排水管廊布置在沉淀池出水渠的