V形濾池和D形濾池在水廠應(yīng)用中的區(qū)別

房　俊　方　珺　宣小軍　張光輝（合肥通用機(jī)械研究院　合肥）

V形濾池和D形濾池在水廠應(yīng)用中的區(qū)別

房俊方珺宣小軍張光輝
（合肥通用機(jī)械研究院合肥）

V形濾池和D形濾池在水廠中的應(yīng)用，并從傳統(tǒng)V形濾池與新型D形濾池之間的工藝結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行費(fèi)用等方面來分析兩種處理工藝的區(qū)別。

V形濾池D形濾池區(qū)別

一、概述

濾池有很多種類型，有快濾池、虹吸濾池、無閥濾池、壓力濾池、移動(dòng)罩濾池等，主要起到過濾的目的。有些是用來去掉污泥中的水，以獲得含水量較低的污泥；有些用來去除水中的懸浮物，以獲得濁度更低的水。V形濾池和D形濾池都是一種快濾池，利用石英砂濾料對(duì)自來水進(jìn)行快速過濾而達(dá)到截留水中懸浮固體和部分細(xì)菌、微生物，且濾后水中的細(xì)菌、病毒失去渾濁物的保護(hù)和依附，易消毒等目的的池子。

二、傳統(tǒng)與新型濾池在水廠中的應(yīng)用

V形濾池是因?yàn)闉V池進(jìn)水槽形狀呈V字形而得名，具有可采用均勻粗濾料、微膨脹的氣水反沖洗和表面掃洗以及恒水位等速過濾等優(yōu)點(diǎn)，因此20世紀(jì)70年代已在歐洲廣泛使用，20世紀(jì)80年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引進(jìn)使用，20世紀(jì)90年代以來，我國新建的大、中型凈水廠差不多都采用了V形濾池這種濾水工藝。

D形濾池是在V濾池的基礎(chǔ)上升級(jí)的一種快濾池。它采用纖維濾料，小阻力配水系統(tǒng)，氣水反沖洗，變水位過濾方式。D形濾池最近短短幾年的時(shí)間在全國各地凈水廠和回用水廠已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。

三、傳統(tǒng)濾池與新型濾池的區(qū)別

1.工藝結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別

（1）V形濾池結(jié)構(gòu)（圖1）。V形濾池為雙格濾池，池內(nèi)設(shè)有2 個(gè)V形水槽和一個(gè)中間反沖洗水槽。渠道上層6是排水渠供沖洗排污用；下層7是氣、水分配渠，過濾時(shí)匯集濾后清水，沖洗時(shí)分配氣和水。渠上部設(shè)有一排配氣小孔9，下部設(shè)有一排配水方孔8。V形槽底設(shè)有一排小孔5，既可作過濾時(shí)進(jìn)水用，沖洗又可供橫向掃洗布水用，這是V形槽底設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。濾板上均勻布置長柄濾頭，每平方米布置50～60個(gè)。濾板下部是底部空間。

（2）D形濾池結(jié)構(gòu)（圖2）。D形濾池和V濾池主體結(jié)構(gòu)相似，濾池主體結(jié)構(gòu)（包括池體、池內(nèi)分區(qū)隔墻、梁柱、V形槽、出水槽）為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。分為配水（含進(jìn)水和出水）系統(tǒng)與氣水反沖洗系統(tǒng)兩部分。相關(guān)剖面見圖3、圖4。

圖1　V形濾池結(jié)構(gòu)

圖2　D形濾池構(gòu)造平面圖

圖3　A-A剖面

圖4　B-B剖面

2.結(jié)構(gòu)區(qū)別

（1）濾板。V形濾池和D形濾池的濾板均采用混凝土結(jié)構(gòu)制作板，但V形濾池的濾板常規(guī)尺寸為1× 1×0.1 m，單塊重量約160 kg，安裝很不方便；而D形濾池根據(jù)其池型，其濾板尺寸可以做成1×0.5×0.05 m，單塊重量約為40 kg，一個(gè)人就能抱動(dòng)，安裝方便。

（2）長柄濾頭。V形濾池和D形濾池的長柄濾頭的設(shè)計(jì)參數(shù)不同，V濾池長柄濾頭的開孔率為2%～2.5%，通徑為24 mm，每平方米分布49個(gè)。而D形濾池的長柄濾頭開孔率為35%～40%，通徑為22 mm，每平方米分布為56個(gè)。

（3）攔截蓋板。V形濾池由于采用石英砂濾料過濾的特點(diǎn)和參數(shù)沒有采用攔截蓋板，如果在運(yùn)行操作不當(dāng)或設(shè)計(jì)參數(shù)不合理時(shí)易導(dǎo)致濾料偏層或跑濾料。而D形濾池采用彗星式纖維濾料，設(shè)計(jì)上采用了攔截蓋板，可以防止在反沖洗時(shí)跑料。但上部蓋板表面藻類生長還是比較明顯，因此對(duì)于污水廠二級(jí)生化處理出水需要增加過濾單元時(shí)，增加頂蓋遮陽和設(shè)置殺藻、殺生物膜藥劑，如：次氯酸鈉、二氧化氯等。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性。V形濾池在設(shè)計(jì)上采用雙側(cè)對(duì)稱布置，比較固定。而D形濾池的結(jié)構(gòu)比較靈活，在設(shè)計(jì)上根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)地情況做到雙側(cè)對(duì)稱布置和單側(cè)布置，也可以做成壓力式濾罐和重力式鋼制濾池。

（5）V形濾池相比D濾池池型要較大一些，占地面積大。

3.工作原理的區(qū)別

二者同為氣水反沖洗濾池，采用小阻力配水布?xì)庀到y(tǒng)。V形濾池和D形濾池工作原理不同處主要在于是濾料的不同和控制方式的不同。

（1）濾料方面。V形濾池濾料，V形濾池的過濾是附著、遷移和機(jī)械脫落的原理。采用粒狀石英砂濾料進(jìn)行過濾，借助粒狀材料的表面積附著懸浮固體，利用顆粒間的孔隙來貯存所截留的懸浮固體。因此粒狀濾料所具有的比表面積和孔隙度大小也就反映了濾池所具有的去除懸浮固體的極限能力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，V形濾池的空隙率一般為40%～45%。

石英砂濾料作為V形濾池的濾床進(jìn)行過濾，濾層稱為均質(zhì)濾層，濾料稱為均質(zhì)濾料，其特點(diǎn)是在整個(gè)濾層內(nèi)，濾料的級(jí)配存在一定級(jí)差，濾料顆粒間所形成的空隙率的大小分布也存在一定級(jí)差。在垂直方向上的每一點(diǎn)具有容納不同的懸浮固體的能力，但是，當(dāng)濾池進(jìn)行反沖洗后，由于石英V形的剛度大，不可壓縮和水力分級(jí)的作用，原來的均質(zhì)濾料層就變成了分級(jí)濾料的濾層，即在垂直方向上，濾料是按從小到大的順序排列的。

濾料層在垂直方向上空隙大小是從濾層的頂部到底部是從小到大排列的，形成一個(gè)金字塔的構(gòu)造。在孔隙最小的頂部濾層要容納的懸浮固體數(shù)量最大，而孔隙最大的底部濾層卻是容納的懸浮固體量最小。濾池由于濾層頂部在過濾時(shí)容易被懸浮固體堵塞，水頭損失上升，在過濾的水頭損失達(dá)到允許值的時(shí)候，整個(gè)濾層的截留懸浮固體能力未能發(fā)揮出來。故導(dǎo)致一些問題，如：過濾速度低；濾層的納污量?。环礇_洗時(shí)，反沖洗自耗水量大；由于V形濾在反沖洗時(shí)受其膨脹率的影響，其反沖洗強(qiáng)度不能太大，所以反沖洗不徹底，這樣必然影響過濾周期及出水水質(zhì)，出水水質(zhì)隨著時(shí)間的延長而逐漸變差。占地面積大等

D形濾池濾料。D形濾池采用彗星式（自適應(yīng)）纖維濾料，為不對(duì)稱構(gòu)形，一端為松散的纖維絲束，稱“彗尾”，另一端為比重較大的實(shí)心體，稱“彗核”，彗尾纖維絲束固定于彗核內(nèi)，整體呈彗星狀，如圖5所示。彗星式纖維濾料的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)使得其兼有顆粒濾料和纖維濾料的特點(diǎn)。

圖5　彗星式纖維濾料

纖維材料作為過濾材料的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)是利用其比其他顆粒濾料具有大得多的比表面積和孔隙率，其孔隙度高達(dá)85%～90%。過濾時(shí)，比重較大的彗核對(duì)纖維絲束起到壓密作用，同時(shí)由于彗核尺寸較小，對(duì)過濾斷面空隙分布的均勻性影響不大，從而提高了濾床的截污能力，故纖維濾床比常規(guī)過石英砂濾床有較高的截污能力和納污量。

濾床的水平面孔隙率分布均勻，過濾時(shí)水流通道大小一致，不會(huì)發(fā)生水流短路現(xiàn)象；濾床垂直面孔隙率分布由上至下逐漸減少，孔隙率沿濾床縱斷面呈上大下小的梯度分布，過濾時(shí)水中固體懸浮物的有效分離，保證出水水質(zhì)。即該濾料能形成“上疏下密”的理想濾床結(jié)構(gòu)。過濾時(shí)，濾床上部截留水中較大的顆粒，濾床下部窄通道截留細(xì)小顆粒（上部脫附顆粒），能實(shí)現(xiàn)高速和高精度的過濾。且在保證濾后水質(zhì)合乎要求及合適過濾周期的前提之下，應(yīng)用纖維濾料的濾池可以比常規(guī)砂濾料濾池濾速高2～3倍的高濾速運(yùn)行。這也是新型D形濾池處理同等水量比砂濾池占地面積小的原因。

在反沖洗時(shí)，自適應(yīng)纖維濾料處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，纖維絲束隨反沖洗水流散開并擺動(dòng)，濾料之間的相互碰撞也加劇了纖維絲束在水中所受到的機(jī)械作用力，加劇了濾料的運(yùn)動(dòng)，使附著在纖維表面的固體雜質(zhì)顆粒很容易脫落，從而提高了濾料的洗凈度，并減少了反沖洗耗水量。但目前市場(chǎng)上自適應(yīng)纖維濾料的價(jià)格要遠(yuǎn)高于石英砂濾料的價(jià)格。

（2）控制方面。V形濾池控制采用恒水位自動(dòng)化控制，通過壓差真實(shí)反映出濾床的阻塞程度，而D形濾池多采用變水位恒流量過濾，只是通過液位來控制反沖洗啟停。因?yàn)闉V床的阻塞程度不能判斷，而反沖洗的時(shí)間是設(shè)定好了的，或者人為操作，不如V形濾池根據(jù)即時(shí)壓差自動(dòng)沖洗來的徹底。

（3）運(yùn)行費(fèi)用方面。V形濾池和D形濾池在運(yùn)行費(fèi)用方面主要體現(xiàn)在反洗水泵的運(yùn)行、風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電耗以及反洗的耗水率和所需的藥劑費(fèi)用上。

電耗。根據(jù)公式Q＝q·A分析，其中Q為反沖洗風(fēng)量或反沖洗水量，q為反沖洗水強(qiáng)度或反洗沖氣強(qiáng)度，A為單池過濾面積，因V形濾池的過濾面積是D形濾池過濾面積的2倍多，則V形濾池的反沖洗風(fēng)機(jī)和反沖洗水泵的電耗比D形濾池相應(yīng)的風(fēng)機(jī)和水泵的電耗要多。

藥劑用量。由于V形濾池的進(jìn)水要求比D形濾池進(jìn)水要求高（V形濾池的進(jìn)水要求一般＜5 NTU，而D形濾池進(jìn)水要求一般＜20 NTU），所以D形濾池的藥劑費(fèi)用也低于V形濾池。

耗水率。由于V形濾池為恒水位過濾，正常過濾時(shí)，濾層上的水深一般為1200 mm，與新型D形濾池相比，在同樣過濾面積下，反沖洗時(shí)V形濾池所耗的水就比新型D形濾池多。

四、實(shí)例比較

以某處理水量10萬噸的V形濾池與新型D形濾池為例，比較2種濾池運(yùn)行費(fèi)用。

V形濾池。設(shè)計(jì)參數(shù)，濾速7.44 m/h，單組過濾面積40 m2，工作周期24 h，反沖洗一次。土建按每天10萬立方米，一次建成共14池，均質(zhì)濾料按每天10萬立方米，共14池裝料。反沖洗水耗單價(jià)按0.5元/m3計(jì)算。先氣沖，氣沖強(qiáng)度16 L/m2·s，歷時(shí)3 min；中間氣水同時(shí)反沖，氣沖強(qiáng)度1616 L/m2·s，水沖強(qiáng)度7 L/m2·s，歷時(shí)8 min；最后水沖，水沖強(qiáng)度4 L/m2·s，歷時(shí)4min。當(dāng)氣水混充時(shí)，單格濾池反沖洗耗水量134.4 m3。當(dāng)水沖時(shí)，單格濾池反沖洗耗水量38.4 m3。單格濾池一次反沖洗總耗水量172.8 m3。16 h反沖洗一次，則14池共耗水量2419.2 m3，日需要水量3628.8 m3。日需水費(fèi)1814.4元，年水費(fèi)（按300天計(jì)）為54.432萬元。

水泵、風(fēng)機(jī)電耗按0.6元/kW·h計(jì)算。反沖洗風(fēng)機(jī)反沖洗每小時(shí)需要的風(fēng)量2304 m3，則風(fēng)機(jī)風(fēng)量為38.4 m3/min。單臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量20.53 m3/min。升壓50 kPa，配套電機(jī)功率30 kW，數(shù)量3臺(tái)（2用1備）。

反沖洗水泵。反沖洗需要的水量576 m3/h，單獨(dú)水沖時(shí)需要的水量1008 m3/h，單臺(tái)水泵流量600 m3/h，揚(yáng)程14 m，配套電機(jī)功率37 kW，數(shù)量3臺(tái)，氣水混沖時(shí)2用1備。反沖洗風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用一備），反沖洗水泵3臺(tái)（氣水混沖時(shí)2用1備），運(yùn)行時(shí)的總功率134 kW。先氣沖。氣沖強(qiáng)度16 L/m2·s，歷時(shí)3 min；中間氣水同時(shí)反沖，氣沖強(qiáng)度16 L/m2·s，水沖強(qiáng)度7 L/m2·s，歷時(shí)8 min；最后水沖，水沖強(qiáng)度4 L/m2·s，歷時(shí)4 min。單組24 h反沖一次耗電量23.33 kW，一天反沖洗一次，14池共耗電326.62 kW，日需電費(fèi)195.97元，年電費(fèi)（按300天計(jì)）5.879萬元。

投加混凝劑（PAC）按3000元/t計(jì)算。平均投加藥量為20 mg/L，每天10萬噸，日投加量2000 kg，日需費(fèi)用6000元，年需費(fèi)用（按300天計(jì)）180萬元。指預(yù)處理前加藥，過濾工藝前不加藥。

投加消毒劑量（ClO2）按4000元/噸計(jì)算。平均投加藥量為2.5 mg/L，每天10萬立方米，日投加量250 kg，日需費(fèi)用1000元，年需費(fèi)用（按300天計(jì)）30萬元。

D形濾池。濾速14.88 m/h，單組過濾面積28 m2，工作個(gè)周期24 h，反沖洗一次。土建按每天10萬立方米，一次建成共10池，纖維合成濾料按每天10萬立方米，共10池裝料。反沖洗水耗單價(jià)按0.5元/m3計(jì)算。先氣沖，氣沖強(qiáng)度30 L/m2·s，歷時(shí)3 min；中間氣水同時(shí)反沖，水沖強(qiáng)度6 L/m2·s，歷時(shí)8 min，后再水沖，水沖強(qiáng)度為6 L/m2·s，歷時(shí)4 min。當(dāng)氣水混充時(shí)，單格濾池反沖洗耗水量80.64 m3。當(dāng)水沖時(shí)，單格濾池反沖洗耗水量40.32 m3。單格濾池一次反沖洗總耗水量120.96 m3，24 h反沖洗一次，則4池共耗水1200.96 m3。日需水費(fèi)604.8元，年水費(fèi)（按300天計(jì)）為18.144萬元。

水泵、風(fēng)機(jī)電耗按0.6元/kW·h計(jì)算。反沖洗風(fēng)機(jī)，反沖洗每小時(shí)需要的風(fēng)量3024 m3，則風(fēng)機(jī)每分鐘的風(fēng)量50.4 m3。單臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量29.1 m3/min。升壓50 kPa，配套電機(jī)功率37 kW，數(shù)量3臺(tái)（2用1備）。反沖洗水泵，反沖洗需要水量604.8 m3/h，單臺(tái)水泵流量600 m3/h，揚(yáng)程14 m，配套電機(jī)功率37 kW，數(shù)量2臺(tái)（1用1備）。反沖洗風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），反沖洗水泵2臺(tái)（1用1備），運(yùn)行時(shí)的總功率111 kW。先氣沖，氣沖強(qiáng)度30 L/m2·s，歷時(shí)3 min。中間氣水同時(shí)反沖，水沖強(qiáng)度6 L/m2·s，歷時(shí)8 min，后再水沖，水沖強(qiáng)度為6 L/m2·s，歷時(shí)4 min。單組24 h反沖一次耗電量20.97 kW，一天反沖洗一次，10池共耗電220.97 kW，日需電費(fèi)132.58元，年電費(fèi)（按300天計(jì)）為3.977萬元。

投加混凝劑（PAC）按每噸3000元計(jì)算。平均投加藥量為10 mg/L，每天10萬噸，日投加量1000 kg，日需費(fèi)用3000元，年需費(fèi)用（按300天計(jì)）90萬元。指預(yù)處理前加藥，過濾工藝前不加藥。

投加消毒劑量（ClO2）按4000元/t計(jì)算。平均投加藥量為2.5 mg/L，每天10萬立方米，日投加量250 kg，日需費(fèi)用1000元，年需費(fèi)用（按300天計(jì)）30萬元。

根據(jù)以上表格數(shù)據(jù)得知：V形濾池的年總運(yùn)行費(fèi)用＝水耗費(fèi)用＋電耗費(fèi)用＋藥劑費(fèi)用＝270.311萬元（人工費(fèi)除外）。D形濾池的年總運(yùn)行費(fèi)用＝水耗費(fèi)用＋電耗費(fèi)用＋藥劑費(fèi)用＝142.121萬元（人工費(fèi)除外）。所以D形濾池相對(duì)V濾池在處理水具有運(yùn)行費(fèi)用省的特點(diǎn)。

五、結(jié)語

V形濾池和D形濾池對(duì)比，D濾池具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。就實(shí)用性來講，D形濾池的在占地、出水量、運(yùn)行費(fèi)用3方面占有優(yōu)勢(shì)，且因?yàn)殄缧鞘綖V料的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)解決了纖維濾料不易洗凈的缺點(diǎn)，并且濾床的形成是自適應(yīng)的，完美的級(jí)配等都是比較突出的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)可消除濾層泥球，提高濾層截污能力，提高過濾速度，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)。適合廣泛運(yùn)用于市政給水、城市污水提標(biāo)處理、中水回用、工業(yè)給水等工程。

〔編輯利文〕

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