翻板型濾池與V型濾池的分析比較
摘要：一個凈水工藝出水水質的好壞很大程度取決于濾池的運行情況，同樣濾池也是水廠凈水工藝中的重要環節。濾池穩定運行的關鍵在于濾池的截污能力、反沖洗周期的長短、過濾能力的再生、自動化控制系統。V型濾池和翻板型濾池是目前凈水工藝中出現的兩種技術較為*的濾池，本文針對這兩種濾池的優缺點進行仔細地比較。
關鍵詞：翻板型濾池；V型濾池；反沖洗；配水系統；設計
Abstract: The quality of the effluent water purification process a large extent depend on the filter performance. Filter is also an important part of Waterworks. Filter stability is the key to efficient operation of the sewer capacity filters, backwash cycle length, the ability to filter regeneration. automatic control systems. V-filter and flap-filter is the water purification process both more technologically advanced filter. The advantages and disadvantages of these two types of filter paper more carefully.
Keywords: Flap-filter; V-filter; Backwash; Water distribution system; Design
- 工作原理
翻板濾池，又名蘇爾壽濾池（Sulzer filter），是瑞士蘇爾壽（Sulzer）公司下屬的技術工程部（現稱瑞士VA TECH WABAG Winterthur）的研究成果。所謂“翻板”,是因為該型濾池的反沖洗排水舌閥（板）在工作過程中在00~900范圍內來回翻轉而得名。據了解，該濾池過濾系統己在世界300多個凈水廠中得到采用。翻板型濾池的工作原理與其它類型氣水反沖濾池相似：原水（一般指上一級凈水構筑物的出水）通過進水渠經溢流堰均勻流入濾池，水以重力滲透穿
過濾料層,并以恒水頭過濾后匯入集水室，詳見圖1；濾池反沖洗時，先關進水閥門，然后按氣沖、氣水沖、水沖3個階段開關相應的閥門，詳見圖2。一般重復兩次后關閉排水舌閥（板），開進水閥門，恢復到正常過濾工況[1]。
V型濾池是法國德格雷蒙（DEGREMONT）公司設計的一種快濾池，V型濾池因兩側（或一側也可）進水槽設計成V字形而得名，目前在我國普遍應用，適用于大、中型水廠。它一般采用較粗、較厚的均勻顆粒的石英砂濾層（見圖3、4）；就原先的虹吸濾池而言，它大大的提升了過濾及反沖洗的自動化控制，另外由于采用了不使濾層膨脹的氣、水同時反沖洗兼有
待濾水的表面掃洗；明顯提升了濾池的反沖洗效果，改善V型濾池過濾能力的再生狀況，從而增大濾池的截污能力，降低了濾池的反沖洗頻率。
- 主要特點
2.1 濾料和承托層[2]
翻板型濾池的濾層可選擇單層、雙層或多層濾料，亦可根據水質需要更改濾料組成。一般單層濾料采用石英砂（或陶粒）；雙層濾料為無煙煤（或陶粒）與石英砂，當濾池進水水質差（如原水受到微污染，含TOC較高時）時可用顆粒活性炭置換上層無煙煤或陶粒濾料。一般情況下，以采用雙層濾料居多：上層無煙煤（或陶粒）濾料厚度為0.6～0.7 m，粒徑為1.4～2.5mm，K60<1.5；下層石英砂濾料厚度為0.6～0.8 m,粒徑為0.6～1.2mm,K60<1.45。
翻板濾池的承托層采用“粗一細一粗”的礫石分層方式。上層粗礫石用以防止中層細礫石在反沖洗過程中向上移動；中層細礫石防止濾料流失；下層粗礫石則用以支撐中層細礫石。
v型濾池一般采用均質濾料。濾層厚度為0.95～1. 5 m，粒徑為0.9～1. 35 m，K60=1. 2～1. 6。承托層厚度為5～10 c m，粒徑為4～8 mm。
截污量:在同樣濾層厚度下，翻板型濾池采用雙層濾料時比采用均質濾料的V型濾池截污量要大，過濾周期也更長。一般來說，在20 kPa容污水頭時，V型濾池的容污量約為1. 5 kg /m3，過濾周期為24～36 ，而翻板型濾池的容污量可達到2. 5 kg /m3，過濾周期達40～60 h。
濁度的去除效果：翻板濾池的L/Dm = 980，而V型濾池的L /Dm = 1 040，理論V型濾池除濁效果要好一些，而事實上在相同的進水濁度及過濾周期下，翻板型濾池的除濁效果略好于V型濾池，這可能是由于其反沖洗后濾層潔凈度較高，截污量較大，因而除濁效果更好。
2.2 配水系統[2]
翻板型濾池采用橫向配水管和豎向配水配氣管相結合的配水系統（見圖5）,配水橫管橫斷而為上圓下方，上部圓形部分為配氣空間，下部方形部分為配水空間。在圓形和方形部分結合處設置配氣孔（3.5 mm）,在底部設置配水孔（13 mm）。另外，為了在單獨水沖時排除橫管上部的積氣，在橫管的頂部設置排氣孔。配水橫管一般采用PE材質，安裝時用膨脹螺栓和壓片固定在濾池底板上。
豎向配水配氣管和橫向配水管相配套，每一根豎管對應一根橫管，豎向配水管和配氣管焊接在一起。其中配水管上卜兩端敞開，上端仲入配水橫管10 m m，下端仲入沖洗總渠的水層中；配氣管上端開孔并與橫管的反沖洗氣孔平齊，下端封閉，在豎管側而開設進氣孔。另外為了在單獨水沖時排除反沖洗總渠上部的氣層，豎向配氣管在靠近反沖洗總渠頂部處開設一排氣孔。豎向配水配氣管采用不銹鋼材質，安裝時先用定位板定位，之后放置在預埋的托板上，二次澆灌固定在反沖洗總渠的頂板上。
V型濾池一般采用長柄濾頭小阻力配水系統。長柄濾頭山上部濾帽和下部支管組成，采用ABS材質，在濾板上安裝49～ 56個濾頭/m2。
翻板型濾池的開孔比為1. 2%～1. 4%， V型濾池的開孔比為1. 0%～1. 5%，均屬于小阻力配水系統。兩者都能夠做到均勻配水配氣，但V型濾池必須在濾板平整的情況下，每個濾頭上的進氣孔、進氣縫標高一致，各濾頭的出氣量才均等。如果濾板不平，在同樣的氣熱層厚度下每個濾頭的進氣面積不同，導致進氣量不同，空氣無法均勻地分配在濾層上，嚴重時將有脈沖現象或氣流短路現象出現，導致沖洗效果不良。另外，濾板底部大的氣熱層在氣流脈動時也會影響到濾頭配水配氣的均勻性。而翻板濾池采用*的上卜雙氣熱層，有效避免了氣流脈動對配水配氣均勻性的影響。從而在配水配氣均勻性方而要優于V型濾池。
翻板濾池配水配氣管分別采用厚壁PE和不銹鋼材料，比V型濾池的長柄濾頭強度更高，減少了運行維修量。
2.3 反沖洗過程和排水方式[2]
翻板濾池①采用閉閥沖洗，沖洗過程中不排水，一個沖洗階段完成后，靜止沉淀20 s后再排水；②反沖洗采用三階段沖洗加上單獨水沖，單獨水沖時采用高強度[15～16 L/（ s·m2）]、全流化（膨脹率為15%～25%）沖洗。
翻板濾池的沖洗效果要好于v型濾池。其主要原因在于翻板型濾池采用高強度、全流化沖洗，對濾層截留污物的清除較為*。而v型濾池由于采用均質濾料，其沖洗方式為微膨脹或不膨脹沖洗，易在濾層的底部沉積污泥。
翻板濾池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（15L/（m2·s）～161/ （ m2·s） ）、濾料的膨脹率較大（15%～25%或以上），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。但對于翻板濾池由于它具有：①排水舌閥（板）的內側底高于濾料層0. 15m～0. 20m；②排水舌閥（板）是在反沖洗結束，濾料沉降20s后再逐步開啟，詳見圖3。從而保證輕質濾料不致于通過排水舌閥（板）流失。反沖泥水一般在60s～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。而v型濾池為邊沖邊排，特別在氣水聯沖時濾料流失明顯。
2.4 運行效果
①出水濁度
實踐證明，當進入濾池的原水濁度≤5 NTU時,雙層濾料翻板型濾池的出水濁度＜0.2 NTU （95%）、＜0.5 NTU（ 100%）。
②水頭損失遞增速率
上海市政工程設計研究院在上海楊樹浦水廠建了一座4 m2的模型池，并對雙層濾料翻板型濾池、均質濾料V型濾池以及普通級配濾料快濾池進行了運行比較，結果顯示翻板型濾池水頭損失遞增速度zui慢，普通快濾池zui快，V型濾池介于兩者之間，3種濾池水頭損失遞增的粗略關系為1: 2: 4。
③反沖洗耗水率
根據上海市政工程設計研究院的試驗數據，翻板型濾池、V型濾池、普通快濾池的反沖洗耗水率分別為3.3, 3.63, 5. 4 m3 /（m2·次）。3種濾池的反沖洗耗水量關系約為1: 1. 1: 1. 64。
2.5 池體結構[2]
翻板型濾池采用單側翻板泥水閥進行排水，比V型濾池減少了中間的排水槽，按同樣的過濾面積計算，翻板型濾池單格寬度比V型濾池要減少1.2～1.5 m。
如果按照濾層厚度為1.2 m計算.則翻板濾池的池深為：0.45 m（承托層）+1. 2 m （濾層）+1. 6 m（濾料上水深）+0.65 m（超高）=3 9 m； V型濾池的池深為：1. 0 m（配水配氣層及濾板）+0.05 m（承托層）+1. 2 m （濾層）+1. 2 m （濾料上水深）+0.75m（超高）=4.2m。翻板型濾池比V型濾池池深少0.3m。
如果以10×104 m3 /d規模進行計算，則翻板濾池由于平面面積減少和池深降低，結構工程量要比V型濾池減少20%～30%。
- 設計要點
3.1 濾池設計參數
翻板濾池設計計算與普通快濾池類同，主要設計參數取用如下：
（1）過濾速度：當進水濁度≤5NTU，濾速取6m/h～10m/h。
（ 2）濾層厚度：一般用1.5m厚。當采用雙層濾料，則陶粒厚700mm，粒徑1.6mm～2.5mm；石英砂厚800mm，粒徑0.7mm～1.2mm。
（3）過濾水頭損失：一般取2.0m，相應的雙層濾料濾池的納污率為2.5kg/ m3。
（4）反沖洗強度：氣沖強度約為17L/ （ m2· s），相應沖洗速度zui小為60m/h；水沖強度為15L/（m2·s）～16L/ （ m2·s）.相應沖洗速度54m/h～ 57.6m/ h。
（5）反沖洗時間與單位耗水量、耗氣量：氣沖歷時5min，單耗氣5.Om3/m2 ～ 6.Om3/m2；水沖歷時3min，單耗水3.0m3/ m2～4.5m3/ m2。
V型濾池主要設計參數的采用如下：
濾料：單層濾料，石英海砂，選擇海水沖刷強度比較大的海邊砂場的石英砂。有效粒徑0.90~1.30mm；不均勻系數K80=1.2-1.4；濾層厚度1.2~1.5m。
濾速：7～15m/h，沙上水深1.2～1.3m。
反沖洗強度：壓縮空氣15～16L/（m2·s），水反沖4～5L/（m2·s），水表面掃洗1.5～1.8L/（m2·s）。
濾頭：采用QS型長柄濾頭，濾頭長28.5cm；濾帽上有縫隙36條；濾柄上部有φ2mm氣孔，下部有長65mm、寬1mm條縫；材質為ABS工程塑料。濾頭均勻分布在濾板上，每平方米布置48～56個。
濾板、濾梁均為鋼筋砼預制件。濾板制成矩形或正方形，但邊長不要超過1.2m。濾梁的寬度為10cm，高度和長度根據實際情況決定。
下表1是國內部分凈水廠使用V型濾池的情況[4]：
3.2 自控系統設計
對于翻板濾池運行自控程度設計顯得很重要，尤其在濾池反沖洗時段尤為重要，一般設定為：
a. 當水頭損失達2.0m時，關閉進水閥門，濾池繼續過濾；b. 待池中水而降至近濾料層時（約高15cm），關閉出水閥門；c. 開反沖洗進氣閥門，松動濾料層，摩擦濾料的被截污物，強度約為17L/（m2·s）；d. 歷時3min后，再開反沖洗進水閥門，此時氣沖強度仍約為17L/ （ m2·s），水沖強度為3L/（m2·s）～4L/（m2·s）；e. 歷時4.5min氣水混沖后，關閉反沖洗進氣閥門。同時開大反沖洗進水閥，使水沖強度達到15L/ （ m2·s）～16L/（m2·s）；f. 約lmin高強度水沖后，關閉反沖洗進水閥門，此時池中水位約達zui高運行水位；g. 靜止20s～30s后開啟反沖洗水排水舌閥（板），先開50%開啟度，然后開100%開啟度進行排水；h.. 一般在60s～80s內排完濾池中的反沖洗水，關閉排水舌閥（板）。再反沖洗一次。一般通過兩次反沖洗后，濾料中含污率低于0.lkg/m3，并且附著在濾料上的小氣泡也基本上被沖掉。然后開啟進水閥門，待池中水位達一定高度時，開出水閥門，進入新一輪過濾周期。
對V型濾池過濾的自動控制是濾池正常生產運行的保障。我們采用了可編程序控制器和工業電腦（PLC+IPC）組成的實時多任務集散型控制系統，對濾池的過濾和反沖洗實行控制。
a、過濾控制
我們在濾池的相應部位安裝了水位傳感儀、水頭損失傳感器。濾池的過濾就是通過它們測出濾池的水位和水頭損失，將水位值及濾后水閥門的開啟度送入每一個PLC柜中安裝的一塊模塊，調整模塊就可以調整閥門的開啟度，使濾池達到進出水平衡，從而實現恒水位、恒濾速的自動過濾。
b、反沖洗控制
一組濾池的反沖洗由一臺公用的PLC來控制。當過濾達到過濾周期或濾池壓差（水頭）設定值時，濾池提出反沖洗請求，PLC根據濾池的優先秩序，組成一個請求反沖洗隊列。一旦響應某格濾池的請求，PLC實施反沖洗的整個過程，在一組濾板中，不允許兩個濾池同時進行反沖洗，當一只濾池正在反沖洗時，其它濾池請求反沖洗的信號則存入公用的PLC中，然后再按存儲秩序，對濾池依次進行反沖洗。
當濾池反沖洗時，公用PLC的控制過程是：①關閉待濾水進水閥，當濾池水位下降到洗砂排水槽頂時，關閉濾后水控制閥，打開反沖洗排水閥；②啟動鼓風機，5秒鐘后，打開濾池反沖洗氣閥，對濾池進行1分鐘氣預沖；③打開反沖洗水閥，啟動反沖洗水泵，進行7分鐘的氣水同時反沖洗；④關閉反沖洗氣閥，5秒鐘后，停鼓風機，打開空氣隔膜閥排氣，進行5分鐘清水反沖漂洗后，停反沖水泵。5秒鐘后，關閉水反沖洗閥，然后關閉反沖洗排水閥，打開待濾水進水閥，濾池恢復過濾。整個反沖洗過程歷時約25分鐘。
另外，PLC還能控制濾池的開啟個數，它根據濾池進水流量確定濾池的開啟個數，按先停先開，先開先停的原則確定某格濾池的開、停。
- 施工
翻板型濾池的施工難度比V型濾池要低，施工工期也短，主要原因如下：
①池體結構。相對于V型濾池，翻板型濾池沒有兩側的V型配水槽和中間的排水槽，而這兩部分需要預埋大量的掃洗水管及配水配氣管孔，工序較復雜，因此翻板濾池的結構、施工量及難度均大大降低。
②施工精度。為了保證配水配氣的均勻性，V型濾池底板的水平誤差要求控制在±5 mm，每塊濾板的尺寸誤差控制在士1 mm、水平誤差控制在±0.5 mm，施工難度非常大；而翻板型濾池對池底板施工要求的平整度不很嚴格，即使是每格濾池中間安裝布氣布水管部分的池底，對水平誤差要求也僅僅是±10mm，總體施工精度要求比V型濾池低得多[2]。
③安裝施工。以l0×10m3/d規模進行計算，V型濾池需要安裝約22 000～25 000個濾頭，并且濾板之間的接縫需要仔細處理，否則容易造成漏砂、脫落、漏水、漏氣甚至濾板翻轉，安裝工作量比較大；翻板型濾池僅需要安裝約800～880根橫向配水管和豎向配水配氣管，安裝工作量要比V型濾池小很多。
- 工程設計實例
目前世界上已有300 多家水廠采用蘇爾壽濾池,主要分布在歐洲。在亞洲,昆明自來水集團有限公司七水廠（昆明七水廠） 是繼香港大浦水廠后第2家使用該型濾池的給水廠。
圖7 凈水處理工藝流程
昆明七水廠一期設計規模40 萬m3 / d ,于2004年8 月至2005 年2 月進行了調試試運行;二期規模為20 萬m3 / d ,目前正在建設中。水處理工藝流程見圖1 。混凝劑使用液體聚氯化鋁。
昆明七水廠試運行151 d ,對原水、濾前、濾后和出廠各工藝制水環節濁度指標進行了跟蹤檢測,總檢測次數為780 次。檢測結果表明,原水濁度平均值為1147N TU , 濾前水為0196N TU , 濾后水為0117N TU 。其中濾后水濁度小于012N TU 的比例為7613 %;小于015N TU 的達100 %。部分水質指標檢測結果見圖8～圖10 [3]。
昆明七水廠采用的折板絮凝+ 平流式沉淀+ 翻板濾池組合處理工藝對CODMn 、UV254 的去除率分別達到55.7 %和19.3 %。
江北水廠設計規模為60萬m3/d，分三期建設，現已建成投產20萬m3/d，二期工程預計將于2007年6月前投產。凈水工藝采用的氣水反沖洗V型濾池（見圖7），分設十組濾格。濾池運行三年多來，濾池運行穩定，在濾前水＜5NTU時，出水濁度基本保持在0.2NTU以下。濾料流失率不高，濾層厚度比設計值下降僅5.4cm，占原來濾層厚度的5%左右（估計主要是濾料粒徑變細，濾層孔隙率下降所致）。此外，濾池四角及周邊也均未出現泥團，濾層也未出現板結現象。它具有出水水質好,運行周期長,反沖洗效果好和便于自動化管理的特點。濾池的設計參數如下表：
表2 江北水廠V型濾池設計參數
設計項目 | 設計參數 |
設計濾速 | V=8m/h |
濾池有效面積 | S=10×[2×（3.5×15）]=1050m2 |
石英砂濾料 | D= 0.95 ~ 1.35mmH=1.10m |
承托層 | D= 4~8 mm H=5mm |
小阻力配水系統 | 濾板+長柄濾頭，濾頭個數n=56個/m2 |
反沖洗強度 和時間 | 氣沖3min氣沖強度14L/m2·s 氣水沖5min氣沖：7L/m2·s水沖：2.1L/m2·s 氣沖5min氣沖強度4.2L/m2·s |
掃洗強度 | Q=1.1 L/m2·s |
過濾周期 | T=36~48h |
- 總結
表3 翻板型濾池與V型濾池的總體比較
V型濾池單池面積平均比普通濾池單池面積大，但并未充分利用，因中間的排水槽占了很大一部分面積，導致實際過濾面積比單池面積少。反沖洗操作復雜，尤其是手動操作的時候。我國在20世紀80年代末就引進了V型濾池技術，V型濾池在我國實際使用十幾年來，運行效果良好。該濾池具有過濾和有效沖洗所必需的全部特征，對其進行總結，在消化吸收其技術的基礎上不斷改進是非常有益的。在這方面我國做了有益的嘗試，取得了一定的實踐經驗。在結合生產運行實際，我國在濾速控制設備的研制、氣水反沖洗的進一步優化等方面努力探索，積累了許多寶貴的經驗，目前這一階段V型濾池才是真正適合我國情況的，能夠發揮其更大的效能。
但隨著原水水質污染的加劇以及供水水質標準的不斷提高，對凈水工藝提出了更高的要求，翻板型濾池以其投資少、施工簡易、運行費用低、處理水質好等優點，必將得到廣泛應用。翻板濾池是目前常規給水處理工藝中比較*的過濾工藝,該濾池在反沖洗、排水系統和濾料選擇等方面具有*性、靈活性,是今后濾池發展的新方向。特別是將老廠的虹吸濾池改為無排水槽氣、水反沖翻板濾池，是凈水處理技術改造中的一個創新。其與目前普遍應用的濾池相比，具有構造簡單、運行、節水節能、投資少的特點，同時它一也是一個成功的技改實踐范例，值得大力推廣。
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