谈过滤原理的几个问题及七种滤池的比较

张 丽 朵

(山西省城乡规划设计研究院，山西 太原 030001)

谈过滤原理的几个问题及七种滤池的比较

张 丽 朵

(山西省城乡规划设计研究院，山西 太原 030001)

介绍了等速变水头过滤与变速等水头过滤的概念，对过滤工艺中几个过滤原理进行了阐述，并对常见的七种滤池形式在过滤及冲洗等方面作了对比分析，以供参考。

过滤，滤池，供水系统，负水头

给水处理基本工艺有混凝、沉淀及过滤，其中过滤为原理深、构筑物工艺比较复杂的一个，过滤原理和反洗原理是整个给水工程老大难的问题，本人就过滤原理中需要注意的几个问题予以分析阐述，并对常见七种滤池形式的原理、过滤方式及冲洗方式等进行对比。

1 等速变水头过滤与变速等水头过滤

等速变水头过滤与变速等水头过滤为比较难理解的两个概念，尤其是与滤池相结合的时候，本人就学习理解过程做一分析。过滤过程中有两个要研究的内容：1)水头损失；2)滤速。根据清洁砂过滤水头损失计算公式，过滤时的水头损失与滤层厚度成正比，与过滤滤速(过滤水量/滤池表面积)也成正比。随着过滤时间的增加，滤层中截流的悬浮物量逐渐增多，滤层的孔隙率会减小，就会出现两种情况：1)滤速不变，则过滤水头损失必然增加；2)水头损失保持不变，则过滤滤速必须减小。这样就出现了等速变水头过滤和变速(实为减速过滤)等水头过滤两种基本的过滤方式，事实上，还存在等速等水头第三种过滤方式。此时，应注意的是，等速和变速都是针对滤池的一格而言，针对整个滤池来说，滤速是不变的。1)等速变水头过滤。在这种过滤中，单格滤池进水量是不变的，随着过滤时间的增加，由于孔隙率减小，水头损失增加，为了流速不变，则需要增加相同的水头损失，从而滤池的砂面水头需要增加，以克服增加的阻力，达到等速的目的。滤料的直径越大，越接近球状，水头损失的变化速率则越小，滤速越大，水头损失的增加越慢(不是损失小，而是增加慢)。虹吸滤池和无阀滤池属于等速变水头过滤。2)变速等水头过滤。在这种过滤中，为使得过滤的水头损失保持不变，可以使滤池砂面上的水位与过滤后清水出水的水位保持高差不变，但由于截留杂质的过滤层孔隙率减小，使得滤速越来越小。需要强调的是：a.变速是针对某一格滤池，对整个滤池来说，进水流量Q是不变的，即过滤水量不变；b.等水头不是说水头就完全不会变，在一格刚被反洗完到下一格反洗前，水头是在增加的，只是因为马上有另一格反洗，所以水头增加不多，马上又降下来，即水头变化被均摊了，若有无穷多格滤池，则一格的过滤水量变化(堵塞程度变化)就对其他滤格影响不大，这才是严格的“等水头”。普通快滤池(不设调节阀)和移动罩滤池属于变速等水头过滤。3)等速等水头过滤。通过滤池水面液位计和“滤后水可调出水阀”联合控制，保持水头和滤速均不变。各格进水量不变，滤后水出水管上设可调开启度出水阀，在反冲洗后过滤的初始阶段，因滤池的阻力小，该阀门的初始开启度也小，随着滤层中滤池阻力的逐渐增加，在滤池水面略有上升后，液位计的信号将控制该阀门的开启度，以保持过滤的流量相同或滤池水面基本恒定。V形滤池和翻板阀滤池属于等速等水头过滤。4)在等速过滤中，滤料空隙流速越来越大，冲刷剪切作用大，容易将悬浮颗粒等杂质带出池外，而减速过滤，滤料空隙流速变化较小(别的格分摊了过滤水量)，所以出水水质稳定，且滤速降低，承托层和配水系统水头损失降低(假设它们的孔隙率是不会变的)，结余水头可以补偿滤层水头损失，延长过滤周期。因此，变速过滤滤池出水水质更稳定。5)压力滤池连接水泵，滤池滤料空隙越来越小，对应的理解就是管道阻力越来越大，也即水泵和管道的工况点发生移动，所以流量和扬程都变，也即水头和流速都变，可以理解为变水头变速过滤。

2 负水头现象

负水头是一个比较抽象的概念，为过滤层中某一深度的水头损失超过该处水深时，即会出现负水头，但如果用比较形象的比喻，负水头则为孔隙率很小时，滤速过快，由于水流过快会引起抽吸，使得滤层中出现真空，影响过滤效果。为了避免此类情况的发生，主要措施就是减少滤速，或者在滤层孔隙小到一定程度时，进行反冲洗。

3 反冲洗配水系统

按反冲洗时，水头损失的多少将配水系统分为大阻力配水系统，中阻力配水系统和小阻力配水系统，在这种情况下，可使得反冲洗配水系统的起点和终点压力基本一致。三者设计时应注意的事项及对比比较见表1。

表1 三种配水系统对比分析表

4 反冲洗供水系统

反冲洗供水系统分为反冲洗系统供水量和扬程。

二者设计时应注意的问题见表2。

表2 两种反冲洗供水系统设计时应注意的问题汇总表

5 滤池形式在过滤及冲洗等方面的对比比较

表3 七种滤池形式对比分析表

在给水处理的过滤工艺中，过滤池形式有很多，其截流悬浮物杂质的原理基本相同，但在构造、滤料的组成、进出水以及反冲洗的控制等方面不同，常见的有七种，详细对比比较见表3。

滤池工艺构造复杂，过滤原理形式多样，以上五点只是很小的一些方面，在实际设计认识中还有很多问题存在，本文抛砖引玉，期待更多的理解认识及应用。

Comparisonofseveralproblemsonthefilteringprincipleandsevenkindsoffilter

ZHANGLi-duo

(ShanxiAcademyofUrban-RuralPlanning&Design,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the concepts of the constant speed varying-head filter and variant equipotential filter, illustrates the filter principles in the filtering craft, and undertakes the comparative analysis of the seven common filter pools from the filter and swash, so as to provide some reference.

filter, filter pool, water-supply system, negative head

1009-6825(2014)14-0152-02

2014-03-05

张丽朵(1980- )，女，工程师

X703

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