翻板型滤池与V型滤池的分析比较

摘要：一个净水工艺出水水质的好坏很大程度取决于滤池的运行情况，同样滤池也是水厂净水工艺中的重要环节。滤池稳定运行的关键在于滤池的截污能力、反冲洗周期的长短、过滤能力的再生、自动化控制系统。V型滤池和翻板型滤池是目前净水工艺中出现的两种技术较为*的滤池，本文针对这两种滤池的优缺点进行仔细地比较。

关键词：翻板型滤池；V型滤池；反冲洗；配水系统；设计

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

1. 工作原理

翻板滤池，又名苏尔寿滤池（Sulzer filter），是瑞士苏尔寿（Sulzer）公司下属的技术工程部（现称瑞士VA TECH WABAG  Winterthur）的研究成果。所谓“翻板”,是因为该型滤池的反冲洗排水舌阀（板）在工作过程中在0⁰~90⁰范围内来回翻转而得名。据了解，该滤池过滤系统己在世界300多个净水厂中得到采用。翻板型滤池的工作原理与其它类型气水反冲滤池相似：原水（一般指上一级净水构筑物的出水）通过进水渠经溢流堰均匀流入滤池，水以重力渗透穿

过滤料层,并以恒水头过滤后汇入集水室，详见图1；滤池反冲洗时，先关进水阀门，然后按气冲、气水冲、水冲3个阶段开关相应的阀门，详见图2。一般重复两次后关闭排水舌阀（板），开进水阀门，恢复到正常过滤工况[1]。

V型滤池是法国德格雷蒙（DEGREMONT）公司设计的一种快滤池，V型滤池因两侧（或一侧也可）进水槽设计成V字形而得名，目前在我国普遍应用，适用于大、中型水厂。它一般采用较粗、较厚的均匀颗粒的石英砂滤层（见图3、4）；就原先的虹吸滤池而言，它大大的提升了过滤及反冲洗的自动化控制，另外由于采用了不使滤层膨胀的气、水同时反冲洗兼有

待滤水的表面扫洗；明显提升了滤池的反冲洗效果，改善V型滤池过滤能力的再生状况，从而增大滤池的截污能力，降低了滤池的反冲洗频率。

1. 主要特点

2.1 滤料和承托层[2]

    翻板型滤池的滤层可选择单层、双层或多层滤料，亦可根据水质需要更改滤料组成。一般单层滤料采用石英砂（或陶粒）；双层滤料为无烟煤（或陶粒）与石英砂，当滤池进水水质差（如原水受到微污染，含TOC较高时）时可用颗粒活性炭置换上层无烟煤或陶粒滤料。一般情况下，以采用双层滤料居多：上层无烟煤（或陶粒）滤料厚度为0.6～0.7 m，粒径为1.4～2.5mm，K₆₀<1.5；下层石英砂滤料厚度为0.6～0.8 m,粒径为0.6～1.2mm,K₆₀<1.45。

    翻板滤池的承托层采用“粗一细一粗”的砾石分层方式。上层粗砾石用以防止中层细砾石在反冲洗过程中向上移动；中层细砾石防止滤料流失；下层粗砾石则用以支撑中层细砾石。

   v型滤池一般采用均质滤料。滤层厚度为0.95～1. 5 m，粒径为0.9～1. 35 m，K₆₀=1. 2～1. 6。承托层厚度为5～10 c m，粒径为4～8 mm。

    截污量:在同样滤层厚度下，翻板型滤池采用双层滤料时比采用均质滤料的V型滤池截污量要大，过滤周期也更长。一般来说，在20 kPa容污水头时，V型滤池的容污量约为1. 5 kg /m³，过滤周期为24～36 ，而翻板型滤池的容污量可达到2. 5 kg /m³，过滤周期达40～60 h。

    浊度的去除效果：翻板滤池的L/D_m = 980，而V型滤池的L /D_m = 1 040，理论V型滤池除浊效果要好一些，而事实上在相同的进水浊度及过滤周期下，翻板型滤池的除浊效果略好于V型滤池，这可能是由于其反冲洗后滤层洁净度较高，截污量较大，因而除浊效果更好。

2.2 配水系统[2]

   翻板型滤池采用横向配水管和竖向配水配气管相结合的配水系统（见图5）,配水横管横断而为上圆下方，上部圆形部分为配气空间，下部方形部分为配水空间。在圆形和方形部分结合处设置配气孔（3.5 mm）,在底部设置配水孔（13 mm）。另外，为了在单独水冲时排除横管上部的积气，在横管的顶部设置排气孔。配水横管一般采用PE材质，安装时用膨胀螺栓和压片固定在滤池底板上。

竖向配水配气管和横向配水管相配套，每一根竖管对应一根横管，竖向配水管和配气管焊接在一起。其中配水管上卜两端敞开，上端仲入配水横管10 m m，下端仲入冲洗总渠的水层中；配气管上端开孔并与横管的反冲洗气孔平齐，下端封闭，在竖管侧而开设进气孔。另外为了在单独水冲时排除反冲洗总渠上部的气层，竖向配气管在靠近反冲洗总渠顶部处开设一排气孔。竖向配水配气管采用不锈钢材质，安装时先用定位板定位，之后放置在预埋的托板上，二次浇灌固定在反冲洗总渠的顶板上。

V型滤池一般采用长柄滤头小阻力配水系统。长柄滤头山上部滤帽和下部支管组成，采用ABS材质，在滤板上安装49～ 56个滤头/m²。

翻板型滤池的开孔比为1. 2%～1. 4%， V型滤池的开孔比为1. 0%～1. 5%，均属于小阻力配水系统。两者都能够做到均匀配水配气，但V型滤池必须在滤板平整的情况下，每个滤头上的进气孔、进气缝标高一致，各滤头的出气量才均等。如果滤板不平，在同样的气热层厚度下每个滤头的进气面积不同，导致进气量不同，空气无法均匀地分配在滤层上，严重时将有脉冲现象或气流短路现象出现，导致冲洗效果不良。另外，滤板底部大的气热层在气流脉动时也会影响到滤头配水配气的均匀性。而翻板滤池采用*的上卜双气热层，有效避免了气流脉动对配水配气均匀性的影响。从而在配水配气均匀性方而要优于V型滤池。

翻板滤池配水配气管分别采用厚壁PE和不锈钢材料，比V型滤池的长柄滤头强度更高，减少了运行维修量。

2.3 反冲洗过程和排水方式[2]

翻板滤池①采用闭阀冲洗，冲洗过程中不排水，一个冲洗阶段完成后，静止沉淀20 s后再排水；②反冲洗采用三阶段冲洗加上单独水冲，单独水冲时采用高强度[15～16 L/（ s·m2）]、全流化（膨胀率为15%～25%）冲洗。

 翻板滤池的冲洗效果要好于v型滤池。其主要原因在于翻板型滤池采用高强度、全流化冲洗，对滤层截留污物的清除较为*。而v型滤池由于采用均质滤料，其冲洗方式为微膨胀或不膨胀冲洗，易在滤层的底部沉积污泥。

翻板滤池有级配的砾石承托层，滤料一般不会从滤池底部流失。反冲洗时反冲洗水的强度高（15L/（m2·s）～161/ （ m2·s） ）、滤料的膨胀率较大（15%～25%或以上），若对一般滤池比重较轻的颗粒活性炭、陶粒等滤料易于从排水槽流失。但对于翻板滤池由于它具有：①排水舌阀（板）的内侧底高于滤料层0. 15m～0. 20m；②排水舌阀（板）是在反冲洗结束，滤料沉降20s后再逐步开启，详见图3。从而保证轻质滤料不致于通过排水舌阀（板）流失。反冲泥水一般在60s～80s内排完。此时，滤池中的微细污泥颗粒仍呈悬浮状态，不会发生沉淀，截留在滤料表面。而v型滤池为边冲边排，特别在气水联冲时滤料流失明显。

2.4 运行效果

    ①出水浊度

实践证明，当进入滤池的原水浊度≤5 NTU时,双层滤料翻板型滤池的出水浊度＜0.2 NTU （95%）、＜0.5 NTU（ 100%）。

    ②水头损失递增速率

    上海市政工程设计研究院在上海杨树浦水厂建了一座4 m2的模型池，并对双层滤料翻板型滤池、均质滤料V型滤池以及普通级配滤料快滤池进行了运行比较，结果显示翻板型滤池水头损失递增速度zui慢，普通快滤池zui快，V型滤池介于两者之间，3种滤池水头损失递增的粗略关系为1: 2: 4。

    ③反冲洗耗水率

    根据上海市政工程设计研究院的试验数据，翻板型滤池、V型滤池、普通快滤池的反冲洗耗水率分别为3.3, 3.63, 5. 4 m3 /（m2·次）。3种滤池的反冲洗耗水量关系约为1: 1. 1: 1. 64。

2.5 池体结构[2]

    翻板型滤池采用单侧翻板泥水阀进行排水，比V型滤池减少了中间的排水槽，按同样的过滤面积计算，翻板型滤池单格宽度比V型滤池要减少1.2～1.5 m。

    如果按照滤层厚度为1.2 m计算.则翻板滤池的池深为：0.45 m（承托层）+1. 2 m （滤层）+1. 6 m（滤料上水深）+0.65 m（超高）=3 9 m； V型滤池的池深为：1. 0 m（配水配气层及滤板）+0.05 m（承托层）+1. 2 m （滤层）+1. 2 m （滤料上水深）+0.75m（超高）=4.2m。翻板型滤池比V型滤池池深少0.3m。

    如果以10×104 m3 /d规模进行计算，则翻板滤池由于平面面积减少和池深降低，结构工程量要比V型滤池减少20%～30%。

1. 设计要点

3.1 滤池设计参数

    翻板滤池设计计算与普通快滤池类同，主要设计参数取用如下：

    （1）过滤速度：当进水浊度≤5NTU，滤速取6m/h～10m/h。

    （ 2）滤层厚度：一般用1.5m厚。当采用双层滤料，则陶粒厚700mm，粒径1.6mm～2.5mm；石英砂厚800mm，粒径0.7mm～1.2mm。

    （3）过滤水头损失：一般取2.0m，相应的双层滤料滤池的纳污率为2.5kg/ m3。

    （4）反冲洗强度：气冲强度约为17L/ （ m2· s），相应冲洗速度zui小为60m/h；水冲强度为15L/（m2·s）～16L/ （ m2·s）.相应冲洗速度54m/h～ 57.6m/ h。

（5）反冲洗时间与单位耗水量、耗气量：气冲历时5min，单耗气5.Om3/m2 ～ 6.Om3/m2；水冲历时3min，单耗水3.0m3/ m2～4.5m3/ m2。

V型滤池主要设计参数的采用如下：

滤料：单层滤料，石英海砂，选择海水冲刷强度比较大的海边砂场的石英砂。有效粒径0.90~1.30mm；不均匀系数K80=1.2-1.4；滤层厚度1.2~1.5m。

滤速：7～15m/h，沙上水深1.2～1.3m。

反冲洗强度：压缩空气15～16L/（m2·s），水反冲4～5L/（m2·s），水表面扫洗1.5～1.8L/（m2·s）。

滤头：采用QS型长柄滤头，滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有φ2mm气孔，下部有长65mm、宽1mm条缝；材质为ABS工程塑料。滤头均匀分布在滤板上，每平方米布置48～56个。

滤板、滤梁均为钢筋砼预制件。滤板制成矩形或正方形，但边长不要超过1.2m。滤梁的宽度为10cm，高度和长度根据实际情况决定。

下表1是国内部分净水厂使用V型滤池的情况[4]：

3.2 自控系统设计

对于翻板滤池运行自控程度设计显得很重要，尤其在滤池反冲洗时段尤为重要，一般设定为：

a. 当水头损失达2.0m时，关闭进水阀门，滤池继续过滤；b. 待池中水而降至近滤料层时（约高15cm），关闭出水阀门；c. 开反冲洗进气阀门，松动滤料层，摩擦滤料的被截污物，强度约为17L/（m2·s）；d. 历时3min后，再开反冲洗进水阀门，此时气冲强度仍约为17L/ （ m2·s），水冲强度为3L/（m2·s）～4L/（m2·s）；e. 历时4.5min气水混冲后，关闭反冲洗进气阀门。同时开大反冲洗进水阀，使水冲强度达到15L/ （ m2·s）～16L/（m2·s）；f. 约lmin高强度水冲后，关闭反冲洗进水阀门，此时池中水位约达zui高运行水位；g. 静止20s～30s后开启反冲洗水排水舌阀（板），先开50%开启度，然后开100%开启度进行排水；h.. 一般在60s～80s内排完滤池中的反冲洗水，关闭排水舌阀（板）。再反冲洗一次。一般通过两次反冲洗后，滤料中含污率低于0.lkg/m3，并且附着在滤料上的小气泡也基本上被冲掉。然后开启进水阀门，待池中水位达一定高度时，开出水阀门，进入新一轮过滤周期。

对V型滤池过滤的自动控制是滤池正常生产运行的保障。我们采用了可编程序控制器和工业电脑（PLC+IPC）组成的实时多任务集散型控制系统，对滤池的过滤和反冲洗实行控制。

a、过滤控制                  

我们在滤池的相应部位安装了水位传感仪、水头损失传感器。滤池的过滤就是通过它们测出滤池的水位和水头损失，将水位值及滤后水阀门的开启度送入每一个PLC柜中安装的一块模块，调整模块就可以调整阀门的开启度，使滤池达到进出水平衡，从而实现恒水位、恒滤速的自动过滤。

b、反冲洗控制               

一组滤池的反冲洗由一台公用的PLC来控制。当过滤达到过滤周期或滤池压差（水头）设定值时，滤池提出反冲洗请求，PLC根据滤池的优先秩序，组成一个请求反冲洗队列。一旦响应某格滤池的请求，PLC实施反冲洗的整个过程，在一组滤板中，不允许两个滤池同时进行反冲洗，当一只滤池正在反冲洗时，其它滤池请求反冲洗的信号则存入公用的PLC中，然后再按存储秩序，对滤池依次进行反冲洗。

当滤池反冲洗时，公用PLC的控制过程是：①关闭待滤水进水阀，当滤池水位下降到洗砂排水槽顶时，关闭滤后水控制阀，打开反冲洗排水阀；②启动鼓风机，5秒钟后，打开滤池反冲洗气阀，对滤池进行1分钟气预冲；③打开反冲洗水阀，启动反冲洗水泵，进行7分钟的气水同时反冲洗；④关闭反冲洗气阀，5秒钟后，停鼓风机，打开空气隔膜阀排气，进行5分钟清水反冲漂洗后，停反冲水泵。5秒钟后，关闭水反冲洗阀，然后关闭反冲洗排水阀，打开待滤水进水阀，滤池恢复过滤。整个反冲洗过程历时约25分钟。

另外，PLC还能控制滤池的开启个数，它根据滤池进水流量确定滤池的开启个数，按先停先开，先开先停的原则确定某格滤池的开、停。

1. 施工

    翻板型滤池的施工难度比V型滤池要低，施工工期也短，主要原因如下：

    ①池体结构。相对于V型滤池，翻板型滤池没有两侧的V型配水槽和中间的排水槽，而这两部分需要预埋大量的扫洗水管及配水配气管孔，工序较复杂，因此翻板滤池的结构、施工量及难度均大大降低。

    ②施工精度。为了保证配水配气的均匀性，V型滤池底板的水平误差要求控制在±5 mm，每块滤板的尺寸误差控制在士1 mm、水平误差控制在±0.5 mm，施工难度非常大；而翻板型滤池对池底板施工要求的平整度不很严格，即使是每格滤池中间安装布气布水管部分的池底，对水平误差要求也仅仅是±10mm，总体施工精度要求比V型滤池低得多[2]。

    ③安装施工。以l0×10m³/d规模进行计算，V型滤池需要安装约22 000～25 000个滤头，并且滤板之间的接缝需要仔细处理，否则容易造成漏砂、脱落、漏水、漏气甚至滤板翻转，安装工作量比较大；翻板型滤池仅需要安装约800～880根横向配水管和竖向配水配气管，安装工作量要比V型滤池小很多。

1. 工程设计实例

 目前世界上已有300 多家水厂采用苏尔寿滤池,主要分布在欧洲。在亚洲,昆明自来水集团有限公司七水厂（昆明七水厂） 是继香港大浦水厂后第2家使用该型滤池的给水厂。

图7 　净水处理工艺流程

昆明七水厂一期设计规模40 万m3 / d ,于2004年8 月至2005 年2 月进行了调试试运行;二期规模为20 万m3 / d ,目前正在建设中。水处理工艺流程见图1 。混凝剂使用液体聚氯化铝。

　  昆明七水厂试运行151 d ,对原水、滤前、滤后和出厂各工艺制水环节浊度指标进行了跟踪检测,总检测次数为780 次。检测结果表明,原水浊度平均值为1147N TU , 滤前水为0196N TU , 滤后水为0117N TU 。其中滤后水浊度小于012N TU 的比例为7613 %;小于015N TU 的达100 %。部分水质指标检测结果见图8～图10 [3]。

昆明七水厂采用的折板絮凝+ 平流式沉淀+ 翻板滤池组合处理工艺对CODMn 、UV254 的去除率分别达到55.7 %和19.3 %。

江北水厂设计规模为60万m3/d，分三期建设，现已建成投产20万m3/d，二期工程预计将于2007年6月前投产。净水工艺采用的气水反冲洗V型滤池（见图7），分设十组滤格。滤池运行三年多来，滤池运行稳定，在滤前水＜5NTU时，出水浊度基本保持在0.2NTU以下。滤料流失率不高，滤层厚度比设计值下降仅5.4cm，占原来滤层厚度的5%左右（估计主要是滤料粒径变细，滤层孔隙率下降所致）。此外，滤池四角及周边也均未出现泥团，滤层也未出现板结现象。它具有出水水质好,运行周期长,反冲洗效果好和便于自动化管理的特点。滤池的设计参数如下表：

表2  江北水厂V型滤池设计参数

1. 总结

表3  翻板型滤池与V型滤池的总体比较

V型滤池单池面积平均比普通滤池单池面积大，但并未充分利用，因中间的排水槽占了很大一部分面积，导致实际过滤面积比单池面积少。反冲洗操作复杂，尤其是手动操作的时候。我国在20世纪80年代末就引进了V型滤池技术，V型滤池在我国实际使用十几年来，运行效果良好。该滤池具有过滤和有效冲洗所必需的全部特征，对其进行总结，在消化吸收其技术的基础上不断改进是非常有益的。在这方面我国做了有益的尝试，取得了一定的实践经验。在结合生产运行实际，我国在滤速控制设备的研制、气水反冲洗的进一步优化等方面努力探索，积累了许多宝贵的经验，目前这一阶段V型滤池才是真正适合我国情况的，能够发挥其更大的效能。

但随着原水水质污染的加剧以及供水水质标准的不断提高，对净水工艺提出了更高的要求，翻板型滤池以其投资少、施工简易、运行费用低、处理水质好等优点，必将得到广泛应用。翻板滤池是目前常规给水处理工艺中比较*的过滤工艺,该滤池在反冲洗、排水系统和滤料选择等方面具有*性、灵活性,是今后滤池发展的新方向。特别是将老厂的虹吸滤池改为无排水槽气、水反冲翻板滤池，是净水处理技术改造中的一个创新。其与目前普遍应用的滤池相比，具有构造简单、运行、节水节能、投资少的特点，同时它一也是一个成功的技改实践范例，值得大力推广。

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