氣水反沖洗濾池濾料底部雜物積聚原因分析與處理

施志強(qiáng) 薛曉波
（汕頭市自來水總公司月浦水廠，廣東 汕頭 515041）

　　摘 要：本文結(jié)合雜物在月浦水廠氣水反沖洗濾池濾料底部積聚的情況，分析了雜物在氣水反沖洗濾池濾料底部積聚的原因，并就處理的方法進(jìn)行探索。
　　關(guān)鍵詞：濾池；雜物；氣水反沖洗；積聚。

The Analysis and the Treatment of the Sundries Accumulated under Filter Sands of Air Scour and Water Backwashing Filter

SHI Zhi-qiang XUE Xiao-bo
（Yuepu Water Plant, Shantou Running Water General Corporation, Shantou 515041, China）

Abstract: Combining the sundries accumulated under filter sands of air scour and water backwashing filter in the Yuepu water plant, this paper has analyzed that the reason cause the sundries accumulated under filter sands of air scour and water backwashing filter, and searched after the measures to treat .

Key words: filter; sundries; air scour and water backwashing; accumulate; circulation.

1 引言

　　近來，相繼有水廠報道在氣水反沖洗濾池濾料底部甚至濾頭附近發(fā)現(xiàn)有雜物積聚的情況，月浦水廠對氣水反沖洗濾池進(jìn)行檢查時，也發(fā)現(xiàn)類似的情況。本文結(jié)合月浦水廠的情況，分析了雜物在濾料底部積聚的原因，并探討處理的方法。

2 相關(guān)情況介紹

2.1 水廠概況
　　月浦水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為80×10⁴ m³/d，現(xiàn)已建成20×10⁴ m³/d，1999年10月正式投產(chǎn)，運(yùn)行至今已有五年多。取水吸水井安裝有ZSB轉(zhuǎn)刷網(wǎng)蓖式清污機(jī)，攔截原水中大于5毫米的雜物。濾池采用氣水反沖洗V型濾池，共設(shè)10組濾格，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

氣水反沖洗濾池的設(shè)計(jì)參數(shù)　　　　　　　　　　 表1

設(shè)計(jì)參數(shù) 數(shù)值 濾池面積 S=2×（3.55 m×13m）=92.3m² 石英砂濾料 d=0.90～1.35mm，K80＜1.26，H=1.2m 礫石承托層 d=4～8 mm，H=50 mm 設(shè)計(jì)濾速 V＝9.5 m/h，強(qiáng)制濾速為11 m/h 小阻力配水系統(tǒng) 濾板+ABS長柄濾頭，n=53 個/m²，開孔率為0.955%，縫隙面積為1.8 cm²/個 反沖洗強(qiáng)度及時間 ①氣沖t=1min，q_a=16L/（m²·s）
②混沖t=3min，q_a=16L/（m²·s），q_w=3 L/（m²·s）
③水沖t=5min，q_w=6L/（m²·s）
④保養(yǎng)時間為10 min，整個反沖洗過程伴隨有表面輔助掃洗：q_l=2L/（m²·s）。 過濾周期 T=48 h

2.2 濾池雜物積聚情況介紹
　　今年4月，月浦水廠對濾格抽樣翻砂檢查時，發(fā)現(xiàn)在濾料層和礫石承托層之間有很多薄膜袋、薄膜碎片、膠絲繩等雜物。隨后，我廠對全部濾格進(jìn)行了檢查，徹底清除了池內(nèi)的雜物。清理出來的雜物具有如下的特點(diǎn)：
2.2.1 雜物的類型
　　清理出來的雜物大部分是薄膜袋、薄膜碎片、編織袋絲等；一部分是小石塊、膠絲繩等；同時還發(fā)現(xiàn)有刷洗布和鐵絲。
2.2.2 雜物分布情況
　　參見圖1，各組濾格雜物的分布位置基本相同，都是集中在濾料層和礫石承托層的交界面，濾料層只有極少數(shù)的小薄膜碎片，礫石承托層和濾頭處未發(fā)現(xiàn)有雜物；雜物都較為集中地分布在靠近濾格排水渠一側(cè)。同時，還發(fā)現(xiàn)在濾池進(jìn)水總渠未端的9#和10#濾格（參見圖3）的雜物的量較其他濾格多出近一半，這兩個濾格雜物靠排水渠分布最為明顯。

2.2.3 雜物來源分析
　　根據(jù)清理出來雜物的類型和分布情況，基本可以確定這些雜物的主要來源：
　　 （1）原水附帶進(jìn)來的。薄膜袋、薄膜碎片、編織袋絲，這些物質(zhì)都具有柔軟易變形的特點(diǎn)，在水流的帶動下都有可能穿過取水吸水井清污機(jī)柵網(wǎng)；部分可能由風(fēng)從地面吹起之后飄落在濾池或?yàn)V池前面的處理構(gòu)筑物。
　　 （2）濾料和填濾料時附帶進(jìn)來的。小石塊應(yīng)該是隨濾料進(jìn)入濾池的；由膠絲繩的長度，和它們的長度幾乎都一樣，可以確定它們是綁裝濾料的編織袋口的，在填濾料時遺留了下來。
　　 （3）民工刷洗濾池時遺留的。如刷洗布和鐵絲。
2.3 雜物積聚對濾池運(yùn)行的影響
　　隨著雜物在濾料底部不斷積聚，會不同程度地影響濾池的過濾周期和濾池出水的水質(zhì)。
　　 （1）大量雜物積聚在一起，或體積較大的雜物，都會影響反沖洗配氣、配水的均勻性，并使到雜物附近的濾料循環(huán)減弱，從而造成該處的濾料沖洗不徹底甚至沖洗不到位，久而會造成濾料積泥板結(jié)，進(jìn)而縮短了濾池的過濾周期。清理雜物時，我們發(fā)現(xiàn)較大的塑料袋周圍和雜物積聚較多的地方附近的濾料已出現(xiàn)輕微板結(jié)現(xiàn)象。
　　 （2）大量的雜物積聚在濾料底部，會使濾料底部的過濾面積減少，這樣會引起個別地方的濾速加快，影響濾后水的水質(zhì)。
　　 （3）積聚于濾料底部的雜物，會使到周圍部分濾砂相對固定，從而為微生物的生長提供了有利環(huán)境，有些微生的生長會影響濾后水的水質(zhì)。廣州西洲水廠報道這些雜物引發(fā)了后加氯的氯耗增大。

3 雜物在濾料底部積聚的原因分析

3.1 氣水反沖洗機(jī)理分析
　　氣水反沖洗濾池的配水配氣系統(tǒng)主要有濾頭式和穿孔管式系統(tǒng)。不論濾頭式還是穿孔管式系統(tǒng)，濾頭或孔眼之間都有一定的距離。因此，氣水反沖洗時，在濾頭或孔眼上面的濾層中有氣泡通過，而在濾頭或孔眼之間的濾層中沒有氣泡通過。根據(jù)這種情況，可將整個濾層分為通氣區(qū)和非通氣過區(qū)，如圖2所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)^[1]，氣泡通過濾層時，有一定的攜砂作用，即氣泡上浮時，其后部尾跡的液體將隨之運(yùn)動，而進(jìn)入氣泡尾跡的濾料，能隨氣泡移動一定距離，然后被另外的濾料替換；后進(jìn)入氣泡尾跡的濾料繼續(xù)隨氣泡運(yùn)動，從而在通氣區(qū)內(nèi)形成一個向上運(yùn)動的砂流。非通氣區(qū)內(nèi)的濾料，則不斷向下運(yùn)動以填補(bǔ)通氣區(qū)內(nèi)的空位，如此在整個濾層內(nèi)產(chǎn)生了濾料的循環(huán)運(yùn)動。
　　 特別是氣水同時反沖洗時，如圖2所示，由于反沖洗水穿過濾層產(chǎn)生水頭損失，濾層濾料間的摩擦阻力或接觸壓力，要比單獨(dú)氣反沖洗時小，使氣泡能在更深的部位變成球形，并且各通道的氣泡也能在更深的部位聚合成更大的氣泡，從而使氣泡尾跡內(nèi)攜帶的濾料顆粒也更多，進(jìn)而加快了濾砂的循環(huán)。

3.2生產(chǎn)試驗(yàn)
　　為了確定雜物在濾料底部積聚的原因，我廠進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)的情況如表2所示。

生產(chǎn)試驗(yàn)情況　　　　　　　　　　　　　　 表2

試驗(yàn)物

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)結(jié)果

從濾池清理出來的雜物中，挑取具有代表性的薄膜袋、薄膜碎片、膠絲繩

分別取每樣雜物2塊，合在一起作為一份，在濾格兩側(cè)和中間的濾料層表面各放一份，共3份；并用一層薄薄的濾砂將雜物覆蓋

1、 經(jīng)過一個反沖洗周期之后，放置的雜物全部都向下移動，而且都基本沿放置的位置的向下，向下移動的距離都在150~350mm之間；
2、 每次的試驗(yàn)結(jié)果都基本相同

被錳氧化的濾砂

分別在放置雜物的附近放置一堆氧化濾砂

經(jīng)過一個反沖洗周期之后，大部分氧化濾砂向下移動，并沿放置的位置輻射開成一層，下移的距離在300~400mm之間；一部分呈輻射狀散開。

3.3 原因分析
　　從上面對氣水反沖洗機(jī)理的分析和生產(chǎn)試驗(yàn)的結(jié)果，可以得出以下兩個結(jié)論：
　　 （1）氣水反沖洗方法產(chǎn)生的濾料的循環(huán)運(yùn)動是引發(fā)雜物在濾料底部積聚的原因，雜物在反沖洗時要向下運(yùn)動，只能是在非通氣區(qū)隨濾料一起向下運(yùn)動，參見圖2；
　　 （2）由于濾砂向上運(yùn)動是由氣泡的尾跡帶動的，對于較大尺寸的雜物要隨氣泡尾跡向上運(yùn)動是有困難的，所以較大尺寸的雜物只要被卷進(jìn)濾料層，就會一直向下移動，直到到達(dá)濾料層底部，并停留在那里。
　　 反沖洗時，一方面漂浮于濾料層表面的雜物在排水和表面掃洗水的作用下，逐漸漂向排水渠，另一方面排水渠一側(cè)的濾料靠近反沖洗的氣、水進(jìn)口，加上池壁阻力較小，使到這些濾料翻滾強(qiáng)烈，雜物更易被卷進(jìn)濾料層，從而造成雜物靠近排水渠一側(cè)分布。9#、10#濾格雜物較多的情況，是水力作用的結(jié)果。

4 處理方法探討

　　氣水反沖洗方法不可避免地會產(chǎn)生濾料的循環(huán)運(yùn)動，濾料的循環(huán)運(yùn)動又會引發(fā)雜物在濾料底部積聚，即對于氣水反沖洗濾池雜物在濾料底部積聚存在不可避免性。因此，對于氣水反沖洗濾池濾料底部雜物積聚問題的處理，除了采取措施防止雜物進(jìn)入濾池，還要結(jié)合濾池的具體情況采取相應(yīng)保護(hù)措施。結(jié)合月浦水廠具體情況，采取如下的處理辦法。
4.1 增設(shè)細(xì)格柵
　　在取水吸水井中已安裝了攔截大于5mm的清污機(jī)，因此須安裝攔截小于5mm雜物的細(xì)格柵，但是柵格太小的格柵水頭損失大，而且容易被堵住，經(jīng)過試驗(yàn)取用攔截大于3.5mm的格柵。在選擇裝設(shè)細(xì)格柵地點(diǎn)時，結(jié)合水廠工藝流程，初步選定了沉淀池不銹鋼集水槽出口處（A）、濾池進(jìn)水總渠（B）和濾格V型進(jìn)水槽入口處（C）三個地方，如圖3所示。經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)：A處外露在外面而且是不銹鋼的，方便施工和雜物清除，同時集水槽較深可以允許較大壅水高度，但是集水槽數(shù)量較多，兩座沉淀池共有十八道；B處是濾池進(jìn)水總渠，總共僅需兩張格柵即可，缺點(diǎn)是該處允許水流上壅高度小，而且是通道，水也較深，對施工、雜物清除和通行都不方便；C處也存在數(shù)量多，不易施工，雜物清除麻煩等缺點(diǎn)。經(jīng)過綜合比較后，選定裝設(shè)在A處。

　　自加設(shè)細(xì)格柵到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行了三個多月，效果良好，有效地?cái)r截住雜物。攔截到的雜物主要是薄膜碎片、編織袋絲、薄膜袋等。洪水期雜物較多時，有時兩三天兩組池就攔截到將近半編織袋的雜物。
4.2 加強(qiáng)生產(chǎn)管理
　　安排人員及時清除細(xì)格柵攔截到的雜物和濾池池面漂浮的雜物；對刷洗濾池用的工具采用帶有塑料把等會浮于水面的，防止遺留在濾池。
　　 由于雜物在濾料底部積聚會影響濾池的過濾周期和出水水質(zhì)，雖然采取了防止雜物進(jìn)入濾池的措施，但筆者認(rèn)為很有必要在濾池運(yùn)行一定周期之后，對濾池進(jìn)行翻砂檢查，及時清除雜物，確保濾池正常運(yùn)行。
4.3 嚴(yán)格把好濾料質(zhì)量關(guān)
　　濾池清理出來的雜物有相當(dāng)一部分是膠絲繩、小石塊等，這些物質(zhì)基本都是隨濾料一起進(jìn)入濾池的。這些雜物混在濾料里，經(jīng)多次氣水反沖洗之后基本都會沉積到濾料層的底部。因此，特別要嚴(yán)格把好進(jìn)入濾池濾料的質(zhì)量關(guān)，通過篩分、清洗等方法，防止附帶雜物進(jìn)入濾池。
4.4 合理設(shè)置承托層
　　雖然小阻力配水系統(tǒng)，可以不設(shè)承托層，而氣水反沖洗濾池一般都采用小阻力配水系統(tǒng)，但是由于承托層通常采用天然卵石或礫石，粒徑和質(zhì)量都較大，一般氣、水反沖洗強(qiáng)度未能使承托層產(chǎn)生循環(huán)運(yùn)動，從而可以將雜物擋在承托層之外，有效地防止雜物纏繞堵塞濾頭。因此，對于氣水反沖洗濾池最好設(shè)置承托層，建議將粒徑選在8～12mm。

5 小結(jié)

　　氣水反沖洗方法增加了氣沖，使反沖洗的效果明顯優(yōu)于水反沖洗方法，同時也使濾料產(chǎn)生了循環(huán)運(yùn)動。這種循環(huán)運(yùn)動，會增強(qiáng)反沖洗的效果和使濾料沖洗徹底，但又會引發(fā)雜物在濾料層底部積聚。這樣對于氣水反沖洗濾池，濾料底部雜物積聚存在不可避免性，因此，處理時除了要采取各種措施將雜物擋在濾池之外，還要結(jié)合濾池的具體情況采取相應(yīng)保護(hù)措施，確保濾池正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李圭白，劉俊新，鄭庭林. 濾池氣水反沖洗機(jī)理探討. 賀李圭白院士七十壽辰學(xué)術(shù)論文集. 中國建筑工業(yè)出版社，2001年