气水反冲洗在滤池上的应用
1、前言
滤池是水厂常规处理净水构筑物的最后一道工序，滤池运行的好坏直接影响到水厂的出水水质。但是很多快滤池在运行一段时间后，就会出现过滤层含泥量增大，在反冲洗强度设计值范围内不能达到预期的反冲洗效果，并且冲洗历时延长，产水量下降，严重阻碍了快滤池的正常运行。滤池反冲洗对滤池工作效果影响甚大，若采用较好的反冲洗技术，使滤料层经常处于最优条件下反冲洗，不仅可以节水节能，还能提高出水水质，增大滤料层截污能力，提高滤速，延长过滤周期。
2、几种常用的滤池反冲洗方式
目前国内外滤池反冲洗方法主要有三种，一是单纯用水反冲洗，另一种是用水反冲洗并辅以表面冲洗，最后一种是气水反冲洗。
3、气水反冲洗的应用概况
气水反冲洗作为去除滤池中滤料层的污泥，使滤料层恢复使用的技术开始是1902年在美国新泽西州小福尔装置的快滤池中使用的。尔后英国设计的快滤池多数采用了气水反冲洗技术。但由于气的布配设施不过关等原因，一直影响到这项技术的推广应用。直到瑞典的第四次国际供水会议上提出采用长柄滤头作为布气装置以及本世纪六十年代，随着粗粒，均匀粒径深床滤池的应用，气水反冲洗技术得到完善才被各国竟相采用。
我国应用气水反冲洗技术的历史已近70年，但应用的水厂不多。本世纪30年代，抚顺市东公园最早采用气水反冲洗技术，现有设计规模为17万m3/d，其次是广州三水厂，于40年代采用该技术，现有设计规模为12万m3/d。50年代后，广东罗定水厂，湛江水厂和抚顺滴台涧水厂等先后采用了气水反冲洗技术。80年代后，引进法国贷款和技术的南京上元门水厂，重庆和肖山水厂，西安曲江水厂，沈阳八水厂建成采用了气水反冲洗的AQUAZUR V型滤池。近年来，昆明五水厂，珠海拱北水厂，杭州消泰门水厂，青岛白沙河水厂，深圳南头水厂、上海市自来水闵行公司第二水厂等先后采用了气水反冲洗技术。
4、气水反冲洗机理研究
自1840年快滤池问世以来，各国的给水处理工作者针对反冲洗的机理极其效果作了大量的研究：Camp认为，反冲洗造成滤料洁净的原因主要是拖曳力而不是粒间互撞；Amirtharajah等人同意这一观点，并导出 了剪切力强度和水头损失坡度的关系，据此提出了流化床中的最大剪力将发生在空隙比为0.68～0.71时，该空隙比相当于80～100%的膨胀度；日本学者将吸附在滤料上的污泥分为二种，一种是滤料直接吸着而不易脱落的污泥，称作一次污泥；另一种是积滞在砂粒间隙中的污泥，比一次污泥易于去除，称作二次污泥。他们认为在反冲洗时去除二次污泥主要是由水流剪力来完成，而去除一次污泥必须依靠颗粒间的摩擦碰撞作用，而且剪切力作用与颗粒间的碰撞摩擦作用均与平均速度梯度G值呈比例关系，并就G值与反冲洗强度、水温、砂粒粒径的相互关系作了研究。藤田贤二对最佳反冲洗强度作了理论研究，根据最大水流剪切力条件下求出的反冲洗强度与一般考虑的反冲洗强度差别悬殊，认为水流剪切力不是反冲洗的主要作用，并进一步根据颗粒碰撞次数最多的条件，导出了最佳反冲洗强度方程式；还有学者认为，在污泥残留率曲线中的快速变化期，水流剪切力是去除滤料截留物的主要因素，而在慢速变化期，则滤料颗粒的相水反冲洗是在水反冲洗之前或同时，将空气由滤料层下部通入，使粘附在滤料层中的污物分离，再用低速水漂洗，排出废水。
单独用空气反冲洗时，滤层不膨胀，滤层吸附杂质的去除，靠气泡上升时对滤料颗粒产生的剪切，摩擦作用和因气泡通过滤层某处后的空缺由周围滤料颗粒填充而加强的滤料颗粒间碰撞，摩擦作用 ；气泡在上升过程中对滤层扰动作用逐渐增大，对截污量较大的表层滤料扰动尤大。此阶段截留在滤层中的杂质从滤料颗粒上脱落。
气水同时反冲洗，滤层微膨胀，污泥从滤料颗粒上脱落是水流剪切，摩擦作用，空气剪切，摩擦作用和滤料颗粒间碰撞，摩擦作用综合作用的结果。与单独水反冲洗方式相比，由于增加了空气对滤料颗粒的剪切，摩擦作用，同时空气的加入又强化了水流剪切，摩擦作用和滤料颗粒间碰撞，摩擦作用，故在较小的水反冲洗强度下即可达到大于550S-1的G值。冲洗效果优于单独气洗阶段。此阶段杂质从滤料层去除。
气水反冲洗最后一个阶段是水漂洗阶段，其作用为：首先，将从滤层中去除的杂质排出，用清水层置换废水层；其次，将残留在滤床中的空气排出。
5、气水反冲洗滤池设计要素
5.1 反冲洗运行方式的选择
气水反冲洗有三种运行方式：
（1）先单独用气冲，然后再用水单独冲洗；
（2）先用气水同时冲洗，然后再用水单独冲洗；
（3）先用气冲，然后气水同时冲洗，最后再单独用水冲洗。
目前国内水厂普遍采用的是第一种运行方式。但国内外运行实践表明：冲洗效果最好的是第三种运行方式。此种运行方式的采用，已成为滤池气水反冲洗技术发展的一种趋势。
5.2 反冲洗强度和冲洗时间
气水反冲洗强度和冲洗时间的选择与气水冲洗方式，滤层构造有关。
（1）采用气冲水冲二阶段的滤池，气冲强度宜在16—20 l /m2 s，时间为2—3分钟；水冲强度在6—8 l /m2 s，时间为6—8分钟；
（2）采用气冲，气水同时冲洗，再水冲洗的三阶段的滤池，气水同时冲洗时，气冲强度为13—17 l /m2 s，水冲强度为3—4 l /m2 s，气水同时冲5—6分钟，水冲，气冲的前后强度不变。采用待滤水漂洗的强度为2 l /m2 s左右；
5.3 配气，配水系统
配水，配气系统除在正常过滤时均匀集水外的另一主要作用是：在整个滤池面积上均匀分配反冲洗水和气。气水反冲洗的配水配气系统有水气和用的大阻力管式系统；水气分开的两套管式大阻力配水系统；小阻力长柄滤头系统三种。第一，二种方式布气布水均匀性不及第三种好。第一种方式不能气水同时反冲洗；第二种方式虽能气水同时反冲洗，但造价较大；第三种方式能同时气水反冲洗，在清水管廊内形成一层气垫，配水，配气均匀性好，是较好的配水，配气方式。AQUAZUR V型滤池即采用第三种配水配气方式。
长柄滤头的配置应既满足均匀布气，布水的要求，又方便施工，且不影响滤板钢筋布置。滤头缝隙总面积占单格滤池面积的0.9%—1.25%，安装密度为50—60只/m2。长柄滤头拧在钢筋混凝土滤板上。
长柄滤头配气配水系统安装应注意：（1）滤板平面必须水平，各点高程误差不得超过±2mm；（2）滤板间沥青玛蹄脂填充物必须满足气密性要求，不可漏气，漏水，漏砂；（3）滤头安装位置准确，其缝隙宽度小于滤料颗粒最小粒径。
5.4 供气，供水系统
供气方式一般有二种，一种采用鼓风机直接向滤池供气，另一种用空压机通过中间储气罐向滤池供气。由于鼓风机供气效率高，设备简单，操作方便，目前使用较多，但空压机和储气罐的组合供气可以在冲洗时实现不停机的连续冲洗，因此在中小水厂也有采用。
鼓风机式储气罐输出的流量，应取单格滤池冲洗气流量的1.05—1.1倍。鼓风机宜选用离心式，空压机宜选用无油润滑空气压缩机。风机房应尽量靠近滤池，方便操作和管理的位置并考虑必要的减噪减震措施。
6、设计，施工注意事项
滤板制造，滤板安装标高准确度，滤板缝隙的严密状况，将直接关系着气水反冲洗滤池的反冲洗及运行效果。施工，安装过程中应予以高度重视，并制定切实可行的措施予以保证。
滤板通常为预制高标号钢筋混凝土板，滤板应具备足够的刚度，其高度宜为100—120mm，长柄滤头套管的长度尽可能与滤板高度相同，方便滤板预制与确保滤板自身的严密性。滤板应分别按上，下受力考虑两面配受力筋。预制滤板的模板应为钢制精加工模；既要确定预制的滤板几何尺寸符合设计要求，亦要脱模方便，其底模钢板厚度不宜小于14mm，且有足够的平整度。固定长柄滤头套管于钢模底板上的特制带槽口的螺钉在固定套管以后，螺钉上部不宜高出套管，以便浇制的混凝土密实后，可以用直尺沿钢模四边刮去多余混凝土，确保滤板厚度尺寸。滤板混凝土密实工作应在振动台上完成，以确保浇制混凝土类别的自身密实度及混凝土与套管接触面的严密性。
滤板安装标高的准确度，以测控滤板上面标高来达到。安装滤板时，应有专人司尺，以花杆为尺，测四角标高，下面由专人以硬质材料垫实，逐一校正标高，使同一单池内滤板上面标高差控制在±1—2mm以内。每块滤板标高一经校正，应立即以1：2水泥砂浆把滤板下面填实（即为板下座浆，高10mm左右）。在座浆未达到一定强度时，已校正好标高的滤板上不得上人或施加负载。滤板嵌缝处的严密性，尤其是气密性对反冲洗布气均匀性有一定的影响。滤板拼缝形状，拼缝密度，拼缝材料的选择，都与嵌缝的严密性有关。在支承墙上有条形压板的拼缝，下部缝宽以满足压板安装即可，并做到下宽上窄。在垂直支承墙方向上不设条形压板的拼缝，以上下窄，中间宽的棱形断面的拼缝为好。嵌缝材料用膨胀水泥砂浆或细石微膨胀混凝土，并注意保湿养护。嵌缝到达预定强度后，可安排做严密性试验。
7、结语
快滤池的气水反冲洗技术是目前国内外水处理工程界普遍看好的一种技术。这项技术可消除滤层泥球，提高滤层截污能力，延长过滤周期，节省反冲洗水量，避免了滤料的流失，是一项有发展前途的技术。
目前，气水反冲洗技术在我国应用尚不普遍，运行中也有不少问题需进一步探讨和解决，如最合理的设计参数，最佳组合的冲洗方式，水质，水温变化对气水冲洗的影响等尚有待在生产中积累经验，总结提高，使气水反冲洗技术能更好地为我国的给水事业服务。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
