气水反冲洗滤池滤料底部杂物积聚原因分析与处理

气水反冲洗滤池滤料底部杂物积聚原因分析与处理

施志强 薛晓波
（汕头市自来水总公司月浦水厂，广东 汕头 515041）

　　摘 要：本文结合杂物在月浦水厂气水反冲洗滤池滤料底部积聚的情况，分析了杂物在气水反冲洗滤池滤料底部积聚的原因，并就处理的方法进行探索。
　　关键词：滤池；杂物；气水反冲洗；积聚。

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

　　近来，相继有水厂报道在气水反冲洗滤池滤料底部甚至滤头附近发现有杂物积聚的情况，月浦水厂对气水反冲洗滤池进行检查时，也发现类似的情况。本文结合月浦水厂的情况，分析了杂物在滤料底部积聚的原因，并探讨处理的方法。

2 相关情况介绍

2.1 水厂概况
　　月浦水厂设计规模为80×10⁴ m³/d，现已建成20×10⁴ m³/d，1999年10月正式投产，运行至今已有五年多。取水吸水井安装有ZSB转刷网蓖式清污机，拦截原水中大于5毫米的杂物。滤池采用气水反冲洗V型滤池，共设10组滤格，设计参数见表1。

气水反冲洗滤池的设计参数　　　　　　　　　　 表1

设计参数 数值 滤池面积 S=2×（3.55 m×13m）=92.3m² 石英砂滤料 d=0.90～1.35mm，K80＜1.26，H=1.2m 砾石承托层 d=4～8 mm，H=50 mm 设计滤速 V＝9.5 m/h，强制滤速为11 m/h 小阻力配水系统 滤板+ABS长柄滤头，n=53 个/m²，开孔率为0.955%，缝隙面积为1.8 cm²/个 反冲洗强度及时间 ①气冲t=1min，q_a=16L/（m²·s）
②混冲t=3min，q_a=16L/（m²·s），q_w=3 L/（m²·s）
③水冲t=5min，q_w=6L/（m²·s）
④保养时间为10 min，整个反冲洗过程伴随有表面辅助扫洗：q_l=2L/（m²·s）。 过滤周期 T=48 h

2.2 滤池杂物积聚情况介绍
　　今年4月，月浦水厂对滤格抽样翻砂检查时，发现在滤料层和砾石承托层之间有很多薄膜袋、薄膜碎片、胶丝绳等杂物。随后，我厂对全部滤格进行了检查，彻底清除了池内的杂物。清理出来的杂物具有如下的特点：
2.2.1 杂物的类型
　　清理出来的杂物大部分是薄膜袋、薄膜碎片、编织袋丝等；一部分是小石块、胶丝绳等；同时还发现有刷洗布和铁丝。
2.2.2 杂物分布情况
　　参见图1，各组滤格杂物的分布位置基本相同，都是集中在滤料层和砾石承托层的交界面，滤料层只有极少数的小薄膜碎片，砾石承托层和滤头处未发现有杂物；杂物都较为集中地分布在靠近滤格排水渠一侧。同时，还发现在滤池进水总渠未端的9#和10#滤格（参见图3）的杂物的量较其他滤格多出近一半，这两个滤格杂物靠排水渠分布最为明显。

2.2.3 杂物来源分析
　　根据清理出来杂物的类型和分布情况，基本可以确定这些杂物的主要来源：
　　 （1）原水附带进来的。薄膜袋、薄膜碎片、编织袋丝，这些物质都具有柔软易变形的特点，在水流的带动下都有可能穿过取水吸水井清污机栅网；部分可能由风从地面吹起之后飘落在滤池或滤池前面的处理构筑物。
　　 （2）滤料和填滤料时附带进来的。小石块应该是随滤料进入滤池的；由胶丝绳的长度，和它们的长度几乎都一样，可以确定它们是绑装滤料的编织袋口的，在填滤料时遗留了下来。
　　 （3）民工刷洗滤池时遗留的。如刷洗布和铁丝。
2.3 杂物积聚对滤池运行的影响
　　随着杂物在滤料底部不断积聚，会不同程度地影响滤池的过滤周期和滤池出水的水质。
　　 （1）大量杂物积聚在一起，或体积较大的杂物，都会影响反冲洗配气、配水的均匀性，并使到杂物附近的滤料循环减弱，从而造成该处的滤料冲洗不彻底甚至冲洗不到位，久而会造成滤料积泥板结，进而缩短了滤池的过滤周期。清理杂物时，我们发现较大的塑料袋周围和杂物积聚较多的地方附近的滤料已出现轻微板结现象。
　　 （2）大量的杂物积聚在滤料底部，会使滤料底部的过滤面积减少，这样会引起个别地方的滤速加快，影响滤后水的水质。
　　 （3）积聚于滤料底部的杂物，会使到周围部分滤砂相对固定，从而为微生物的生长提供了有利环境，有些微生的生长会影响滤后水的水质。广州西洲水厂报道这些杂物引发了后加氯的氯耗增大。

3 杂物在滤料底部积聚的原因分析

3.1 气水反冲洗机理分析
　　气水反冲洗滤池的配水配气系统主要有滤头式和穿孔管式系统。不论滤头式还是穿孔管式系统，滤头或孔眼之间都有一定的距离。因此，气水反冲洗时，在滤头或孔眼上面的滤层中有气泡通过，而在滤头或孔眼之间的滤层中没有气泡通过。根据这种情况，可将整个滤层分为通气区和非通气过区，如图2所示。试验发现^[1]，气泡通过滤层时，有一定的携砂作用，即气泡上浮时，其后部尾迹的液体将随之运动，而进入气泡尾迹的滤料，能随气泡移动一定距离，然后被另外的滤料替换；后进入气泡尾迹的滤料继续随气泡运动，从而在通气区内形成一个向上运动的砂流。非通气区内的滤料，则不断向下运动以填补通气区内的空位，如此在整个滤层内产生了滤料的循环运动。
　　 特别是气水同时反冲洗时，如图2所示，由于反冲洗水穿过滤层产生水头损失，滤层滤料间的摩擦阻力或接触压力，要比单独气反冲洗时小，使气泡能在更深的部位变成球形，并且各通道的气泡也能在更深的部位聚合成更大的气泡，从而使气泡尾迹内携带的滤料颗粒也更多，进而加快了滤砂的循环。

3.2生产试验
　　为了确定杂物在滤料底部积聚的原因，我厂进行了生产试验，试验的情况如表2所示。

生产试验情况　　　　　　　　　　　　　　 表2

试验物

试验方法

试验结果

从滤池清理出来的杂物中，挑取具有代表性的薄膜袋、薄膜碎片、胶丝绳

分别取每样杂物2块，合在一起作为一份，在滤格两侧和中间的滤料层表面各放一份，共3份；并用一层薄薄的滤砂将杂物覆盖

1、 经过一个反冲洗周期之后，放置的杂物全部都向下移动，而且都基本沿放置的位置的向下，向下移动的距离都在150~350mm之间；
2、 每次的试验结果都基本相同

被锰氧化的滤砂

分别在放置杂物的附近放置一堆氧化滤砂

经过一个反冲洗周期之后，大部分氧化滤砂向下移动，并沿放置的位置辐射开成一层，下移的距离在300~400mm之间；一部分呈辐射状散开。

3.3 原因分析
　　从上面对气水反冲洗机理的分析和生产试验的结果，可以得出以下两个结论：
　　 （1）气水反冲洗方法产生的滤料的循环运动是引发杂物在滤料底部积聚的原因，杂物在反冲洗时要向下运动，只能是在非通气区随滤料一起向下运动，参见图2；
　　 （2）由于滤砂向上运动是由气泡的尾迹带动的，对于较大尺寸的杂物要随气泡尾迹向上运动是有困难的，所以较大尺寸的杂物只要被卷进滤料层，就会一直向下移动，直到到达滤料层底部，并停留在那里。
　　 反冲洗时，一方面漂浮于滤料层表面的杂物在排水和表面扫洗水的作用下，逐渐漂向排水渠，另一方面排水渠一侧的滤料靠近反冲洗的气、水进口，加上池壁阻力较小，使到这些滤料翻滚强烈，杂物更易被卷进滤料层，从而造成杂物靠近排水渠一侧分布。9#、10#滤格杂物较多的情况，是水力作用的结果。

4 处理方法探讨

　　气水反冲洗方法不可避免地会产生滤料的循环运动，滤料的循环运动又会引发杂物在滤料底部积聚，即对于气水反冲洗滤池杂物在滤料底部积聚存在不可避免性。因此，对于气水反冲洗滤池滤料底部杂物积聚问题的处理，除了采取措施防止杂物进入滤池，还要结合滤池的具体情况采取相应保护措施。结合月浦水厂具体情况，采取如下的处理办法。
4.1 增设细格栅
　　在取水吸水井中已安装了拦截大于5mm的清污机，因此须安装拦截小于5mm杂物的细格栅，但是栅格太小的格栅水头损失大，而且容易被堵住，经过试验取用拦截大于3.5mm的格栅。在选择装设细格栅地点时，结合水厂工艺流程，初步选定了沉淀池不锈钢集水槽出口处（A）、滤池进水总渠（B）和滤格V型进水槽入口处（C）三个地方，如图3所示。经过研究后发现：A处外露在外面而且是不锈钢的，方便施工和杂物清除，同时集水槽较深可以允许较大壅水高度，但是集水槽数量较多，两座沉淀池共有十八道；B处是滤池进水总渠，总共仅需两张格栅即可，缺点是该处允许水流上壅高度小，而且是通道，水也较深，对施工、杂物清除和通行都不方便；C处也存在数量多，不易施工，杂物清除麻烦等缺点。经过综合比较后，选定装设在A处。

　　自加设细格栅到现在已经运行了三个多月，效果良好，有效地拦截住杂物。拦截到的杂物主要是薄膜碎片、编织袋丝、薄膜袋等。洪水期杂物较多时，有时两三天两组池就拦截到将近半编织袋的杂物。
4.2 加强生产管理
　　安排人员及时清除细格栅拦截到的杂物和滤池池面漂浮的杂物；对刷洗滤池用的工具采用带有塑料把等会浮于水面的，防止遗留在滤池。
　　 由于杂物在滤料底部积聚会影响滤池的过滤周期和出水水质，虽然采取了防止杂物进入滤池的措施，但笔者认为很有必要在滤池运行一定周期之后，对滤池进行翻砂检查，及时清除杂物，确保滤池正常运行。
4.3 严格把好滤料质量关
　　滤池清理出来的杂物有相当一部分是胶丝绳、小石块等，这些物质基本都是随滤料一起进入滤池的。这些杂物混在滤料里，经多次气水反冲洗之后基本都会沉积到滤料层的底部。因此，特别要严格把好进入滤池滤料的质量关，通过筛分、清洗等方法，防止附带杂物进入滤池。
4.4 合理设置承托层
　　虽然小阻力配水系统，可以不设承托层，而气水反冲洗滤池一般都采用小阻力配水系统，但是由于承托层通常采用天然卵石或砾石，粒径和质量都较大，一般气、水反冲洗强度未能使承托层产生循环运动，从而可以将杂物挡在承托层之外，有效地防止杂物缠绕堵塞滤头。因此，对于气水反冲洗滤池最好设置承托层，建议将粒径选在8～12mm。

5 小结

　　气水反冲洗方法增加了气冲，使反冲洗的效果明显优于水反冲洗方法，同时也使滤料产生了循环运动。这种循环运动，会增强反冲洗的效果和使滤料冲洗彻底，但又会引发杂物在滤料层底部积聚。这样对于气水反冲洗滤池，滤料底部杂物积聚存在不可避免性，因此，处理时除了要采取各种措施将杂物挡在滤池之外，还要结合滤池的具体情况采取相应保护措施，确保滤池正常运行。

参考文献：

[1] 李圭白，刘俊新，郑庭林. 滤池气水反冲洗机理探讨. 贺李圭白院士七十寿辰学术论文集. 中国建筑工业出版社，2001年