1、前言

濾池是水廠常規(guī)處理凈水構(gòu)筑物的最后一道工序，濾池運(yùn)行的好壞直接影響到水廠的出水水質(zhì)。但是很多快濾池在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)濾層含泥量增大，在反沖洗強(qiáng)度設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)不能達(dá)到預(yù)期的反沖洗效果，并且沖洗歷時(shí)延長(zhǎng)，產(chǎn)水量下降，嚴(yán)重阻礙了快濾池的正常運(yùn)行。濾池反沖洗對(duì)濾池工作效果影響甚大，若采用較好的反沖洗技術(shù)，使濾料層經(jīng)常處于最優(yōu)條件下反沖洗，不僅可以節(jié)水節(jié)能，還能提高出水水質(zhì)，增大濾料層截污能力，提高濾速，延長(zhǎng)過(guò)濾周期。

2、幾種常用的濾池反沖洗方式

目前國(guó)內(nèi)外濾池反沖洗方法主要有三種，一是單純用水反沖洗，另一種是用水反沖洗并輔以表面沖洗，最后一種是氣水反沖洗。

3、氣水反沖洗的應(yīng)用概況

氣水反沖洗作為去除濾池中濾料層的污泥，使濾料層恢復(fù)使用的技術(shù)開(kāi)始是1902年在美國(guó)新澤西州小福爾裝置的快濾池中使用的。爾后英國(guó)設(shè)計(jì)的快濾池多數(shù)采用了氣水反沖洗技術(shù)。但由于氣的布配設(shè)施不過(guò)關(guān)等原因，一直影響到這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。直到瑞典的第四次國(guó)際供水會(huì)議上提出采用長(zhǎng)柄濾頭作為布?xì)庋b置以及本世紀(jì)六十年代，隨著粗粒，均勻粒徑深床濾池的應(yīng)用，氣水反沖洗技術(shù)得到完善才被各國(guó)竟相采用。

我國(guó)應(yīng)用氣水反沖洗技術(shù)的歷史已近70年，但應(yīng)用的水廠不多。本世紀(jì)30年代，撫順市東公園最早采用氣水反沖洗技術(shù)，現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)模為17萬(wàn)m3/d，其次是廣州三水廠，于40年代采用該技術(shù)，現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)模為12萬(wàn)m3/d。50年代后，廣東羅定水廠，湛江水廠和撫順滴臺(tái)澗水廠等先后采用了氣水反沖洗技術(shù)。80年代后，引進(jìn)法國(guó)貸款和技術(shù)的南京上元門(mén)水廠，重慶和肖山水廠，西安曲江水廠，沈陽(yáng)八水廠建成采用了氣水反沖洗的AQUAZUR V型濾池。近年來(lái)，昆明五水廠，珠海拱北水廠，杭州消泰門(mén)水廠，青島白沙河水廠，深圳南頭水廠、上海市自來(lái)水閔行公司第二水廠等先后采用了氣水反沖洗技術(shù)。

4、氣水反沖洗機(jī)理研究

自1840年快濾池問(wèn)世以來(lái)，各國(guó)的給水處理工作者針對(duì)反沖洗的機(jī)理極其效果作了大量的研究：Camp認(rèn)為，反沖洗造成濾料潔凈的原因主要是拖曳力而不是粒間互撞；Amirtharajah等人同意這一觀點(diǎn)，并導(dǎo)出 了剪切力強(qiáng)度和水頭損失坡度的關(guān)系，據(jù)此提出了流化床中的最大剪力將發(fā)生在空隙比為0.68～0.71時(shí)，該空隙比相當(dāng)于80～100%的膨脹度；日本學(xué)者將吸附在濾料上的污泥分為二種，一種是濾料直接吸著而不易脫落的污泥，稱(chēng)作一次污泥；另一種是積滯在砂粒間隙中的污泥，比一次污泥易于去除，稱(chēng)作二次污泥。他們認(rèn)為在反沖洗時(shí)去除二次污泥主要是由水流剪力來(lái)完成，而去除一次污泥必須依靠顆粒間的摩擦碰撞作用，而且剪切力作用與顆粒間的碰撞摩擦作用均與平均速度梯度G值呈比例關(guān)系，并就G值與反沖洗強(qiáng)度、水溫、砂粒粒徑的相互關(guān)系作了研究。藤田賢二對(duì)最佳反沖洗強(qiáng)度作了理論研究，根據(jù)最大水流剪切力條件下求出的反沖洗強(qiáng)度與一般考慮的反沖洗強(qiáng)度差別懸殊，認(rèn)為水流剪切力不是反沖洗的主要作用，并進(jìn)一步根據(jù)顆粒碰撞次數(shù)最多的條件，導(dǎo)出了最佳反沖洗強(qiáng)度方程式；還有學(xué)者認(rèn)為，在污泥殘留率曲線中的快速變化期，水流剪切力是去除濾料截留物的主要因素，而在慢速變化期，則濾料顆粒的相水反沖洗是在水反沖洗之前或同時(shí)，將空氣由濾料層下部通入，使粘附在濾料層中的污物分離，再用低速水漂洗，排出廢水。

單獨(dú)用空氣反沖洗時(shí)，濾層不膨脹，濾層吸附雜質(zhì)的去除，靠氣泡上升時(shí)對(duì)濾料顆粒產(chǎn)生的剪切，摩擦作用和因氣泡通過(guò)濾層某處后的空缺由周?chē)鸀V料顆粒填充而加強(qiáng)的濾料顆粒間碰撞，摩擦作用 ；氣泡在上升過(guò)程中對(duì)濾層擾動(dòng)作用逐漸增大，對(duì)截污量較大的表層濾料擾動(dòng)尤大。此階段截留在濾層中的雜質(zhì)從濾料顆粒上脫落。

氣水同時(shí)反沖洗，濾層微膨脹，污泥從濾料顆粒上脫落是水流剪切，摩擦作用，空氣剪切，摩擦作用和濾料顆粒間碰撞，摩擦作用綜合作用的結(jié)果。與單獨(dú)水反沖洗方式相比，由于增加了空氣對(duì)濾料顆粒的剪切，摩擦作用，同時(shí)空氣的加入又強(qiáng)化了水流剪切，摩擦作用和濾料顆粒間碰撞，摩擦作用，故在較小的水反沖洗強(qiáng)度下即可達(dá)到大于550S-1的G值。沖洗效果優(yōu)于單獨(dú)氣洗階段。此階段雜質(zhì)從濾料層去除。

氣水反沖洗最后一個(gè)階段是水漂洗階段，其作用為：首先，將從濾層中去除的雜質(zhì)排出，用清水層置換廢水層；其次，將殘留在濾床中的空氣排出。

5、氣水反沖洗濾池設(shè)計(jì)要素

5.1 反沖洗運(yùn)行方式的選擇

氣水反沖洗有三種運(yùn)行方式：

（1）先單獨(dú)用氣沖，然后再用水單獨(dú)沖洗；
（2）先用氣水同時(shí)沖洗，然后再用水單獨(dú)沖洗；
（3）先用氣沖，然后氣水同時(shí)沖洗，最后再單獨(dú)用水沖洗。

目前國(guó)內(nèi)水廠普遍采用的是第一種運(yùn)行方式。但國(guó)內(nèi)外運(yùn)行實(shí)踐表明：沖洗效果最好的是第三種運(yùn)行方式。此種運(yùn)行方式的采用，已成為濾池氣水反沖洗技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

5.2 反沖洗強(qiáng)度和沖洗時(shí)間

氣水反沖洗強(qiáng)度和沖洗時(shí)間的選擇與氣水沖洗方式，濾層構(gòu)造有關(guān)。

（1）采用氣沖水沖二階段的濾池，氣沖強(qiáng)度宜在16—20 l /m2 s，時(shí)間為2—3分鐘；水沖強(qiáng)度在6—8 l /m2 s，時(shí)間為6—8分鐘；
（2）采用氣沖，氣水同時(shí)沖洗，再水沖洗的三階段的濾池，氣水同時(shí)沖洗時(shí)，氣沖強(qiáng)度為13—17 l /m2 s，水沖強(qiáng)度為3—4 l /m2 s，氣水同時(shí)沖5—6分鐘，水沖，氣沖的前后強(qiáng)度不變。采用待濾水漂洗的強(qiáng)度為2 l /m2 s左右；

5.3 配氣，配水系統(tǒng)

配水，配氣系統(tǒng)除在正常過(guò)濾時(shí)均勻集水外的另一主要作用是：在整個(gè)濾池面積上均勻分配反沖洗水和氣。氣水反沖洗的配水配氣系統(tǒng)有水氣和用的大阻力管式系統(tǒng)；水氣分開(kāi)的兩套管式大阻力配水系統(tǒng)；小阻力長(zhǎng)柄濾頭系統(tǒng)三種。第一，二種方式布?xì)獠妓鶆蛐圆患暗谌N好。第一種方式不能氣水同時(shí)反沖洗；第二種方式雖能氣水同時(shí)反沖洗，但造價(jià)較大；第三種方式能同時(shí)氣水反沖洗，在清水管廊內(nèi)形成一層氣墊，配水，配氣均勻性好，是較好的配水，配氣方式。AQUAZUR V型濾池即采用第三種配水配氣方式。

長(zhǎng)柄濾頭的配置應(yīng)既滿(mǎn)足均勻布?xì)猓妓囊�，又方便施工，且不影響濾板鋼筋布置。濾頭縫隙總面積占單格濾池面積的0.9%—1.25%，安裝密度為50—60只/m2。長(zhǎng)柄濾頭擰在鋼筋混凝土濾板上。

長(zhǎng)柄濾頭配氣配水系統(tǒng)安裝應(yīng)注意：（1）濾板平面必須水平，各點(diǎn)高程誤差不得超過(guò)±2mm；（2）濾板間瀝青瑪蹄脂填充物必須滿(mǎn)足氣密性要求，不可漏氣，漏水，漏砂；（3）濾頭安裝位置準(zhǔn)確，其縫隙寬度小于濾料顆粒最小粒徑。

5.4 供氣，供水系統(tǒng)

供氣方式一般有二種，一種采用鼓風(fēng)機(jī)直接向?yàn)V池供氣，另一種用空壓機(jī)通過(guò)中間儲(chǔ)氣罐向?yàn)V池供氣。由于鼓風(fēng)機(jī)供氣效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，目前使用較多，但空壓機(jī)和儲(chǔ)氣罐的組合供氣可以在沖洗時(shí)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)的連續(xù)沖洗，因此在中小水廠也有采用。

鼓風(fēng)機(jī)式儲(chǔ)氣罐輸出的流量，應(yīng)取單格濾池沖洗氣流量的1.05—1.1倍。鼓風(fēng)機(jī)宜選用離心式，空壓機(jī)宜選用無(wú)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)。風(fēng)機(jī)房應(yīng)盡量靠近濾池，方便操作和管理的位置并考慮必要的減噪減震措施。

6、設(shè)計(jì)，施工注意事項(xiàng)

濾板制造，濾板安裝標(biāo)高準(zhǔn)確度，濾板縫隙的嚴(yán)密狀況，將直接關(guān)系著氣水反沖洗濾池的反沖洗及運(yùn)行效果。施工，安裝過(guò)程中應(yīng)予以高度重視，并制定切實(shí)可行的措施予以保證。

濾板通常為預(yù)制高標(biāo)號(hào)鋼筋混凝土板，濾板應(yīng)具備足夠的剛度，其高度宜為100—120mm，長(zhǎng)柄濾頭套管的長(zhǎng)度盡可能與濾板高度相同，方便濾板預(yù)制與確保濾板自身的嚴(yán)密性。濾板應(yīng)分別按上，下受力考慮兩面配受力筋。預(yù)制濾板的模板應(yīng)為鋼制精加工模；既要確定預(yù)制的濾板幾何尺寸符合設(shè)計(jì)要求，亦要脫模方便，其底模鋼板厚度不宜小于14mm，且有足夠的平整度。固定長(zhǎng)柄濾頭套管于鋼模底板上的特制帶槽口的螺釘在固定套管以后，螺釘上部不宜高出套管，以便澆制的混凝土密實(shí)后，可以用直尺沿鋼模四邊刮去多余混凝土，確保濾板厚度尺寸。濾板混凝土密實(shí)工作應(yīng)在振動(dòng)臺(tái)上完成，以確保澆制混凝土類(lèi)別的自身密實(shí)度及混凝土與套管接觸面的嚴(yán)密性。

濾板安裝標(biāo)高的準(zhǔn)確度，以測(cè)控濾板上面標(biāo)高來(lái)達(dá)到。安裝濾板時(shí)，應(yīng)有專(zhuān)人司尺，以花桿為尺，測(cè)四角標(biāo)高，下面由專(zhuān)人以硬質(zhì)材料墊實(shí)，逐一校正標(biāo)高，使同一單池內(nèi)濾板上面標(biāo)高差控制在±1—2mm以?xún)?nèi)。每塊濾板標(biāo)高一經(jīng)校正，應(yīng)立即以1：2水泥砂漿把濾板下面填實(shí)（即為板下座漿，高10mm左右）。在座漿未達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，已校正好標(biāo)高的濾板上不得上人或施加負(fù)載。濾板嵌縫處的嚴(yán)密性，尤其是氣密性對(duì)反沖洗布?xì)饩鶆蛐杂幸欢ǖ挠绊�。濾板拼縫形狀，拼縫密度，拼縫材料的選擇，都與嵌縫的嚴(yán)密性有關(guān)。在支承墻上有條形壓板的拼縫，下部縫寬以滿(mǎn)足壓板安裝即可，并做到下寬上窄。在垂直支承墻方向上不設(shè)條形壓板的拼縫，以上下窄，中間寬的棱形斷面的拼縫為好。嵌縫材料用膨脹水泥砂漿或細(xì)石微膨脹混凝土，并注意保濕養(yǎng)護(hù)。嵌縫到達(dá)預(yù)定強(qiáng)度后，可安排做嚴(yán)密性試驗(yàn)。

7、結(jié)語(yǔ)

快濾池的氣水反沖洗技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外水處理工程界普遍看好的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可消除濾層泥球，提高濾層截污能力，延長(zhǎng)過(guò)濾周期，節(jié)省反沖洗水量，避免了濾料的流失，是一項(xiàng)有發(fā)展前途的技術(shù)。

目前，氣水反沖洗技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用尚不普遍，運(yùn)行中也有不少問(wèn)題需進(jìn)一步探討和解決，如最合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，最佳組合的沖洗方式，水質(zhì)，水溫變化對(duì)氣水沖洗的影響等尚有待在生產(chǎn)中積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提高，使氣水反沖洗技術(shù)能更好地為我國(guó)的給水事業(yè)服務(wù)。

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