淺析水處理廠慢砂濾池施工工法在實際中的應用

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）所發明，濾速為0.1m/h，該工藝因占地面積大，1897年美國人發明的濾速約為5m/h的快濾池逐漸取代了慢濾池。但隨著水質污染尤其是有機物質的污染日益加重，并發現加氯消毒時，氯與水中的有機物會發生反應并產生強烈的致癌物質THM，以及人們對水質標準的要求不斷提高，慢濾水處理工藝又開始被世界上許多國家所采用。安哥拉達拉丹度供水一標工程是總公司在安承接的的四個供水項目之一，該項目水處理廠就采用慢砂濾池水處理工藝。

1 工藝原理

1.1 慢濾池的構造及設計參數

慢濾池的構造與快濾池類似，但結構比快濾池簡單，由濾層、承托層、進水系統和排水系統等組成。由于慢濾池在運行期間始終不需要反沖洗，因此無需設置反沖洗設備和復雜的反沖洗配水系統。

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，有效粒徑應為0.15～0.40 mm，均勻系數K＜2。慢濾池內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。為保證慢濾池正常工作，濾層上面應保持一定的作用水頭，一般在0.1～0.5m之間。慢濾池的水力負荷一般按0.1～0.3m3/(m2·h)設計。如果原水水質較好（如有預處理設施）或濾后水有消毒設施時，經實驗后設計負荷可適當提高。為確保慢濾池按設計負荷運行，出水口應設置流量計和流量調節閥。另外，為了確保供水安全及減小單個濾池面積，慢濾池個數應不少于兩個。

本工程濾池設計規模為8000m3/d，分為4格，每格平面尺寸34×17m，設計濾速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，均勻系數為2，厚度為1m。濾層下設承托層，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。為使運行時濾層始終處于淹沒狀態，濾池進出口均設堰，其中濾池出口做法參照了V型濾池，設置了日字井，出水堰可調節，以控制濾池產水量。濾池集水管也兼起排水放空管作用。

1.2 工藝原理

慢濾池的凈水機理相當復雜，它是在機械篩濾、生物吸附降解、沉淀、擴散、傳遞及靜電吸附等物理化學和生物化學作用下完成凈水過程的。與快濾機理相比，慢濾的水力負荷低、兩次清洗的間隔時間長，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。慢濾池中的濾層中所吸附的有機物及礦物質為微生物的生長繁殖提供了營養，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物，并形成了有機物細菌原生動物的食物鏈。在微生物作用下，含碳有機物被氧化成水和二氧化碳；含氮有機物被氧化成氨，進而在亞硝化菌作用下轉化成亞硝酸，又在硝化菌作用下轉化為硝酸；在缺氧條件下，這些硝酸在反硝化菌作用下還可進一步轉化為氮氣擴散到水中，由此去除了水中的硝酸鹽。在慢濾池中，存在的生物化學降解過程可表示如下：

通過以上生物化學過程，水中的有機物幾乎完全除去。而細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，或者在濾層內死亡，成為其他菌體的營養源。有關研究表明，當溫度在10℃以上，濾層厚度大于600mm時，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，原水中應具有不小于3mg/L的溶解氧。否則，應設法向濾前水充氧曝氣。這種情況只發生在有機物污染特別嚴重的地方，極少遇見，本工程中的水源水質幾乎沒有有機物污染，因此本工程慢濾池設計中不考慮此情況。

2 工藝流程

水處理廠濾池共有四個，每個濾池都有進水口和出水口。最大過水量為96L/s。平時四個可同時供水，但在檢修或清理濾砂表面垃圾時可兩用兩備，或三用一備，每個濾池都配有獨立的開啟閥門。進水口為手動閥門；出水口為電動閥門和自控系統連接，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：進水建筑物、進水建筑物消能臺、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

每兩個濾池為一個整體，中間留有伸縮縫。每兩個濾池作為一個整體混凝土結構，但底板是連通的。每兩個濾池兩次澆筑完成。濾池底板上部75cm處設有施工縫，圖紙上為塑料止水板，憑經驗在項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

濾砂的清洗也是項目比較關鍵的工作之一，因規范要求，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裝砂入池，沖洗干凈后由兩頭忙鏟砂，裝載機在外面接運后入濾池的辦法，大大的縮短了洗砂的時間。

3.3 濾砂表面垃圾的清理

工程保修期間，供水系統供水后，由于安哥拉達拉丹度氣溫一直保持在10～33度的原因，青苔在此環境下生命力極強，生長的速度很快。濾池供水半月后整個濾池遍布青苔，由于要保護濾砂表層生物濾膜，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前清理，這樣清理濾池的次數大大增多。

3.4 慢濾池的調試

為了使濾料表面盡快形成生物膜，慢濾池在投入運行前應進行調試。調試前為了排除濾層內的空氣，應先從底部向濾池內充水。調試前幾天，進水流量按設計流量的1/4進水。幾天后，待濾料成熟時即可滿負荷工作。濾料成熟的標志為濾料生物濾膜的形成，在生物濾膜內存在著大量活性的微生物群體。調試期間由于出水中含有微生物，因此出水需要排放或循環進入慢濾池進行再處理，直至出水水質經化驗合格后，方可供用戶飲用。

3.5 慢濾池的清洗與濾料回填方法

慢濾池的運行周期較長，一般在幾個月或一年以上。當濾料堵塞需要清洗時，可采用人工方法進行。清洗方法是將池內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，清洗時間越短越好，一般不宜超過一天。回填方法有兩種，一種是將清洗后的濾料重新回填到濾池中，即可正式通水，待水質化驗合格再供用戶使用。由于濾料在清洗過程中會有損耗，濾池內濾料厚度會不斷減小，應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，待濾池內濾料厚度達600～650mm時，再集中清洗回填。

4 應用實例

慢砂濾池在達拉丹度供水工程一標的應用，在安哥拉屬首例。是根據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，慢砂濾池用于此工程是完全合適的，適合當地的經濟條件，可以節約大量的能源，備用發電機成了擺設。而且不管什么時候，只要系統不出問題，都不會因為動力影響供水。

經過濾砂過濾的水，水質基本上完全符合要求，能殺死水中95%以上的細菌，濾后水再通過加藥處理后，完全滿足飲用水標準。

5 結束語

總之，該工藝水力負荷低（與快濾池相比）而占地面積大，在具有廉價土地可利用，技術經濟和管理水平相對較低的地區可大力推廣使用。