V型濾池設計優化

[摘要]： V 型濾池采用均勻級配粗砂作為濾料，過濾效果好，納污能力強，過濾周期長，耐水力負荷沖擊，而且采用了氣水反沖洗方式，近年來在我國地表水廠的應用日益廣泛。本文結合某水廠濾池和反沖洗機房設計內容，進行探討設計中注意的問題，提出具體建議。

[關鍵詞]：V型濾池；反沖洗；設計；水廠

V型濾池是快濾池的一種形式，因兩側（或一側也可）進水槽形狀呈V字形而得名。V型濾池采用了較粗、較厚的均勻顆粒的石英砂濾層；采用了不使濾層膨脹的氣、水同時反沖洗兼有待濾水的表面掃洗；采用了氣墊分布空氣和專用的長柄濾頭進行氣、水分配等工藝。它具有出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節能和便于自動化管理等特點。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。80年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引進使用。90年代以來，我國新建的大、中型凈水廠大多數都采用了V型濾池這種濾水工藝。

下面結合某水廠工程實例，討論給水廠V型濾池在設計上的要點和建議。

一、工程概況：

某水廠設計規模為10萬m3/d，自用水系數取5%，其中設計濾池分為6格，每格濾池有效濾面面積為84m2，正常濾速約為8.7m/h，強制濾速約為10.4m/h。采用均質濾料，粒徑一般為0.9～1.2mm，不均勻系數小于1.4，濾層厚度1.2m～1.5m；濾料墊層采用粒徑4～8mm礫石承托料，厚度100mm。V型濾池與反沖洗機房合建。反沖洗采用氣沖、氣水同時反沖和水沖三個過程，反沖洗效果好。單氣沖時，氣沖強度為（13～15L/m2.s）；氣水同時反沖時，氣沖強度為12～13 L/m2.s水沖強度為2.5～4L/m2.s，表面掃洗用原水，強度約為1.8L/m2.s；單水反沖時，水沖強度為5～6L/m2.s。濾池和反沖洗機房內，涉及自控操作的閥門均采用氣動閥門。濾池出現以下兩項中任意一項現象，即進入反沖洗狀態：（1）過濾周期達 24～48小時。（初設為24小時）（2）出水閥門開度達到90°，濾池液面超過常水位5cm，時間超過2分鐘。

二、V型濾池過濾流程：

待濾水總渠—進水閥門（帶多點定位）—進水堰—V型分配槽—濾料層—濾頭—清水槽—出水閥門（帶定位儀調節型）—濾池出水管—沖洗泵吸水井—清水池

三、各部位設計要點和建議

1）V型槽

1.1）V型槽槽底標高必須和進水堰后的槽底標高一致。

若兩處標高不一致，會導致V型槽進水端產生較明顯水躍，造成V型槽布水不均勻。嚴重的情況，會造成水流翻過V型槽后，在布水區形成漩渦，甚至影響砂濾面表面平整，濾層局部短流，影響濾池出水水質。

1.2）V型槽堰口宜高于池內正常液面標高。

V型進水槽斷面應按非均勻流滿足配水均勻性要求計算確定，其斜面與池壁的傾斜度宜采用45°～50°，斷面面積受限制。又由于單格濾池濾面寬度受限制（V型濾池兩側進水槽的槽底配水孔口至中央排水槽邊緣的水平距離宜在3.5m以內，最大不得超過5m），隨著單格濾池濾面面積增大，濾池長度必然增大，每條V型槽的過流量也增大。造成大面積濾面的V型濾池，V型槽內流速較高。

曾有水廠V型濾池采用單格面積為96m2的V型濾池，因設計V型槽傾斜度取下限，導致V型槽流速過高，水流沖擊V型槽末端，在槽末端涌水；而且池內正常運行水面高于V型槽堰口，在濾面以上形成漩渦，擾動砂濾面。該廠最終采取在V型槽中段添加擋板降低流速的做法，濾砂表面能保持平整，但濾池表面仍存在漩渦，布水不均勻。

2）濾板、濾頭和濾梁

濾板采用專用塑制模板現場整體連續澆筑，并與濾池池壁連接為一體，使濾板無縫連接，克服傳統小塊預支濾板可能存在的濾板接縫密封不嚴的隱患，杜絕了翻板、漏砂等弊端。濾頭采用可調式濾頭（由濾帽、濾桿、預埋座三部分組成），可便捷地調整濾頭高度，使其進氣孔達到一致水平，使布氣、配水更均勻。濾梁搗制質量好壞會直接影響濾板的安裝質量。建議濾梁搗制也由安裝濾板、濾頭的專業廠家負責搗制。

整體澆注技術簡化了施工程序，縮短工程周期，施工質量得到保障。近年來，國內多家采用濾板整體澆注技術的相繼建成投產，施工質量得到肯定、運行效果不錯。有關濾頭、濾板的規格，安裝要求以及一般規定參照《氣水沖洗濾池整體澆筑濾板可調式濾頭技術規程》 （CECS 178：2009），采用C型濾板，濾頭采用可調式濾頭，應保證開孔率在1.7～1.9%之間。

3）出水閥

出水閥門采用帶定位儀調節型，可根據濾池液面高低情況，通過自控系統控制，將筏板固定在指定角度，控制濾池液面在一定高度。濾池進入正常濾水狀態，出水閥門起始開度為30°。隨著濾池運行，濾料層水頭損失逐步增大，出水閥作相應調整，開度逐步增大減少水損，以保持濾池液面在一定標高范圍；當出水閥門開度達到90°，濾池液面超過常水位5cm，時間超過2分鐘，隨即啟動反沖洗程序。

4）水封井

一般V型濾池出水閥后，設置水封井，每格濾池對應一個，井內設置出水堰；濾后水流至反沖洗吸水井后，再設一道出水堰保持吸水井水位。本次工程設計，由于反沖洗機房和V型濾池合建，濾后水總渠和反沖洗機房吸水井連成一體。只需在出口處設置一道出水堰。取消獨立的水封井出水堰，后續清水池可抬高20～30cm，工藝流程更加緊湊，減少了能耗；而且縮小管廊寬度，節約用地，降低土建造價。

5）反沖洗機房

根據濾池反沖洗強度要求，對應每格濾池有效濾面84m2，計算反沖洗水和反沖洗氣的流量范圍，選取適用設備。反沖洗水泵采用低揚程臥式離心泵（20SAP-22JA，Q=1512m3/h，H=7.5m，配Y315S8電機，55kw電機），一運一備，變頻調速，自灌啟動。配備電磁流量計反饋信號對反沖洗水泵進行變頻控制。反沖洗氣鼓風機采用羅茨鼓風機（BK9020，Q=75.6m3/min，P=0.03MPa，配55kw電機）一運一備，變頻調速。由于羅茨鼓風機為容積泵，而且鼓風機生產廠家對該設備的試驗數據充足，可根據現場變頻情況、輸出壓力，直接換算出氣體輸出流量，無需安裝渦街流量計測量氣體流量。

閥門動力氣源來自壓縮空氣系統（空氣壓縮機、儲氣罐和空氣凈化調壓系統）。空氣壓縮機采用無油蝸旋式空氣壓縮機（SF4FF-10，Q=0.4m3/min，P=9.75bar，3.7kw電機，一運一備，變頻調速，內置冷凍式干燥機，壓力露點： 3°C）；儲氣罐采用兩個1m3，配備壓力表，安全閥，放空閥；空氣凈化系統，由不銹鋼球閥、傳感器、壓力表、過濾器、減壓閥等組成，輸出氣源要求達到ISO8573-1 CLASS1.4.1標準，壓力由9.5～0.4bar。

機房內配備LX型電動懸掛起重機（S=4.5m，L=6m，G=3tf，起重高度=8m，運行速度=20m/min，電動機總功率約4.5kw，配MD1電動葫蘆及安全滑觸線）。設計機房高度上，考慮將設備直接吊上小型貨車。

四、結論

1）V型進水槽斜面與池壁的傾斜度建議采用50°，V型槽堰口標高宜高于正常過濾液面5cm，確保待濾水布水均勻。

2）V型濾池分6～8格雙列布置時，可在濾后水總渠設置出水堰替代獨立水封井，節約用地，減低造價。

3）反沖洗設備采用變頻調速，可根據濾池實際運行情況，調整反沖洗水和反沖洗氣強度，以達到理想的沖洗效果。反沖洗水泵可采用一運一備的運行方式，節省土建造價。需要注意水泵調頻后轉速不能低于額定轉速的50%，水泵容易發生顫動。

參考資料：

1.楊長生.濾V型濾池設計總結.《工業水處理》2011年6月

2.何家明.V型濾池的設計與施工.《中國給水排水》2005年1月

3.李麗王輝馬洪峰.V型濾池結構細部設計及施工.《問題研究》2011年第三期