淺析水處理廠慢砂濾池施工工法在實(shí)際中的應(yīng)用

趙建林

（中國水利水電第十三工程局有限公司，中國 天津300384）

0 引言

慢砂濾池水處理工藝是1840年英國吉布斯（Gibbs）所發(fā)明，濾速為0.1m/h，該工藝因占地面積大，1897年美國人發(fā)明的濾速約為5m/h的快濾池逐漸取代了慢濾池。但隨著水質(zhì)污染尤其是有機(jī)物質(zhì)的污染日益加重，并發(fā)現(xiàn)加氯消毒時(shí)，氯與水中的有機(jī)物會(huì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生強(qiáng)烈的致癌物質(zhì)THM，以及人們對水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求不斷提高，慢濾水處理工藝又開始被世界上許多國家所采用。安哥拉達(dá)拉丹度供水一標(biāo)工程是總公司在安承接的的四個(gè)供水項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目水處理廠就采用慢砂濾池水處理工藝。

1 工藝原理

1.1 慢濾池的構(gòu)造及設(shè)計(jì)參數(shù)

慢濾池的構(gòu)造與快濾池類似，但結(jié)構(gòu)比快濾池簡單，由濾層、承托層、進(jìn)水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)等組成。由于慢濾池在運(yùn)行期間始終不需要反沖洗，因此無需設(shè)置反沖洗設(shè)備和復(fù)雜的反沖洗配水系統(tǒng)。

慢濾池的濾料多采用粒徑為0.3～1.0mm的石英砂或普通河沙。有資料介紹，如果要除去水中可能存在的病毒，有效粒徑應(yīng)為0.15～0.40 mm，均勻系數(shù)K＜2。慢濾池內(nèi)的濾料層厚度一般在0.65～1.50m之間，不得小于0.65m，否則難以保證出水水質(zhì)。為保證慢濾池正常工作，濾層上面應(yīng)保持一定的作用水頭，一般在0.1～0.5m之間。慢濾池的水力負(fù)荷一般按0.1～0.3m3/(m2·h)設(shè)計(jì)。如果原水水質(zhì)較好（如有預(yù)處理設(shè)施）或?yàn)V后水有消毒設(shè)施時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)負(fù)荷可適當(dāng)提高。為確保慢濾池按設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行，出水口應(yīng)設(shè)置流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)閥。另外，為了確保供水安全及減小單個(gè)濾池面積，慢濾池個(gè)數(shù)應(yīng)不少于兩個(gè)。

本工程濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為8000m3/d，分為4格，每格平面尺寸34×17m，設(shè)計(jì)濾速0.15m/h，濾池出水參照快濾池做法，采用DN110穿孔集水管，支管間距2m，集水干管為DN350，沿池長度方向布置。濾料采用粒徑為0.3mm的石英砂，均勻系數(shù)為2，厚度為1m。濾層下設(shè)承托層，有效粒徑從上至下依次為3mm、8mm、20mm、30mm，厚度分別為0.05m、0.07m、0.18m、0.35m。濾層上水深為1m。為使運(yùn)行時(shí)濾層始終處于淹沒狀態(tài)，濾池進(jìn)出口均設(shè)堰，其中濾池出口做法參照了V型濾池，設(shè)置了日字井，出水堰可調(diào)節(jié)，以控制濾池產(chǎn)水量。濾池集水管也兼起排水放空管作用。

1.2 工藝原理

慢濾池的凈水機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，它是在機(jī)械篩濾、生物吸附降解、沉淀、擴(kuò)散、傳遞及靜電吸附等物理化學(xué)和生物化學(xué)作用下完成凈水過程的。與快濾機(jī)理相比，慢濾的水力負(fù)荷低、兩次清洗的間隔時(shí)間長，這使生物的吸附降解在慢濾的凈水過程中起到了很重要的作用。慢濾池的機(jī)械篩濾作用，在濾料成熟，即表層具有粘性的生物濾膜形成后，能得到充分發(fā)揮。這是由于這種生物粘膜的存在，使濾料的間隙減小，幾乎可以截留水中所有的懸浮雜質(zhì)。慢濾池中的濾層中所吸附的有機(jī)物及礦物質(zhì)為微生物的生長繁殖提供了營養(yǎng)，于是在濾料表面存在著各種類型的微生物群體甚至微型動(dòng)物，并形成了有機(jī)物細(xì)菌原生動(dòng)物的食物鏈。在微生物作用下，含碳有機(jī)物被氧化成水和二氧化碳；含氮有機(jī)物被氧化成氨，進(jìn)而在亞硝化菌作用下轉(zhuǎn)化成亞硝酸，又在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為硝酸；在缺氧條件下，這些硝酸在反硝化菌作用下還可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈹U(kuò)散到水中，由此去除了水中的硝酸鹽。在慢濾池中，存在的生物化學(xué)降解過程可表示如下：

通過以上生物化學(xué)過程，水中的有機(jī)物幾乎完全除去。而細(xì)菌或者由于食物鏈的存在被捕食，或者被下層濾料截留后被捕食，或者在濾層內(nèi)死亡，成為其他菌體的營養(yǎng)源。有關(guān)研究表明，當(dāng)溫度在10℃以上，濾層厚度大于600mm時(shí)，慢濾幾乎可除去水中所有的致病微生物。

由于慢濾池表層濾料中存在著大量的好氧微生物，為保證這些微生物的活性，原水中應(yīng)具有不小于3mg/L的溶解氧。否則，應(yīng)設(shè)法向?yàn)V前水充氧曝氣。這種情況只發(fā)生在有機(jī)物污染特別嚴(yán)重的地方，極少遇見，本工程中的水源水質(zhì)幾乎沒有有機(jī)物污染，因此本工程慢濾池設(shè)計(jì)中不考慮此情況。

2 工藝流程

水處理廠濾池共有四個(gè)，每個(gè)濾池都有進(jìn)水口和出水口。最大過水量為96L/s。平時(shí)四個(gè)可同時(shí)供水，但在檢修或清理濾砂表面垃圾時(shí)可兩用兩備，或三用一備，每個(gè)濾池都配有獨(dú)立的開啟閥門。進(jìn)水口為手動(dòng)閥門；出水口為電動(dòng)閥門和自控系統(tǒng)連接，濾池上部安裝有探頭，以方便檢查和控制水位。濾池建筑物包括：進(jìn)水建筑物、進(jìn)水建筑物消能臺、濾池、出水建筑物。（濾池施工工藝流程略）

3 施工操作特點(diǎn)及其它

3.1 為了保證濾池不漏水，濾池的混凝土施工采取了整體澆筑方案

每兩個(gè)濾池為一個(gè)整體，中間留有伸縮縫。每兩個(gè)濾池作為一個(gè)整體混凝土結(jié)構(gòu)，但底板是連通的。每兩個(gè)濾池兩次澆筑完成。濾池底板上部75cm處設(shè)有施工縫，圖紙上為塑料止水板，憑經(jīng)驗(yàn)在項(xiàng)目的建議下改成了鋼止水板，模板拉條中間焊有5cm的正方形鐵板。上下兩部分混凝土施工均一次連續(xù)完成澆筑，這樣大大減少了漏水的概率。

3.2 濾砂的清洗

濾砂的清洗也是項(xiàng)目比較關(guān)鍵的工作之一，因規(guī)范要求，濾砂基本不能含有塵土，這使得清砂工作變得很艱難。項(xiàng)目在摸索中找到了既快捷又有效的辦法，由開始在洗砂池里的人工用高壓水槍清洗換成了裝載機(jī)裝砂入池，沖洗干凈后由兩頭忙鏟砂，裝載機(jī)在外面接運(yùn)后入濾池的辦法，大大的縮短了洗砂的時(shí)間。

3.3 濾砂表面垃圾的清理

工程保修期間，供水系統(tǒng)供水后，由于安哥拉達(dá)拉丹度氣溫一直保持在10～33度的原因，青苔在此環(huán)境下生命力極強(qiáng)，生長的速度很快。濾池供水半月后整個(gè)濾池遍布青苔，由于要保護(hù)濾砂表層生物濾膜，無法使用藥物殺死青苔，只能采用人工清理，效果不理想。只能等到青苔較多且在影響水質(zhì)前清理，這樣清理濾池的次數(shù)大大增多。

3.4 慢濾池的調(diào)試

為了使濾料表面盡快形成生物膜，慢濾池在投入運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試前為了排除濾層內(nèi)的空氣，應(yīng)先從底部向?yàn)V池內(nèi)充水。調(diào)試前幾天，進(jìn)水流量按設(shè)計(jì)流量的1/4進(jìn)水。幾天后，待濾料成熟時(shí)即可滿負(fù)荷工作。濾料成熟的標(biāo)志為濾料生物濾膜的形成，在生物濾膜內(nèi)存在著大量活性的微生物群體。調(diào)試期間由于出水中含有微生物，因此出水需要排放或循環(huán)進(jìn)入慢濾池進(jìn)行再處理，直至出水水質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)合格后，方可供用戶飲用。

3.5 慢濾池的清洗與濾料回填方法

慢濾池的運(yùn)行周期較長，一般在幾個(gè)月或一年以上。當(dāng)濾料堵塞需要清洗時(shí)，可采用人工方法進(jìn)行。清洗方法是將池內(nèi)水位控制在砂層以下，用鏟將表層25～30mm厚度的濾層鏟出清洗。為防止濾料表面生物濾膜干化死亡和濾料污染，清洗時(shí)間越短越好，一般不宜超過一天?；靥罘椒ㄓ袃煞N，一種是將清洗后的濾料重新回填到濾池中，即可正式通水，待水質(zhì)化驗(yàn)合格再供用戶使用。由于濾料在清洗過程中會(huì)有損耗，濾池內(nèi)濾料厚度會(huì)不斷減小，應(yīng)特別注意不要使濾層厚度小于600～650mm。另一種方法是，將鏟出的濾料集中存放在無污染處，待濾池內(nèi)濾料厚度達(dá)600～650mm時(shí)，再集中清洗回填。

4 應(yīng)用實(shí)例

慢砂濾池在達(dá)拉丹度供水工程一標(biāo)的應(yīng)用，在安哥拉屬首例。是根據(jù)工程本身的特殊的地理位置選定的，完全依靠水的自重流就能達(dá)到供水的條件，不需要任何外力，一般這樣的地形是較少的。通過1年保修期的檢驗(yàn)，慢砂濾池用于此工程是完全合適的，適合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件，可以節(jié)約大量的能源，備用發(fā)電機(jī)成了擺設(shè)。而且不管什么時(shí)候，只要系統(tǒng)不出問題，都不會(huì)因?yàn)閯?dòng)力影響供水。

經(jīng)過濾砂過濾的水，水質(zhì)基本上完全符合要求，能殺死水中95%以上的細(xì)菌，濾后水再通過加藥處理后，完全滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

總之，該工藝水力負(fù)荷低（與快濾池相比）而占地面積大，在具有廉價(jià)土地可利用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)和管理水平相對較低的地區(qū)可大力推廣使用。