V形濾池和D形濾池在水廠應用中的區別

房　俊　方　珺　宣小軍　張光輝（合肥通用機械研究院　合肥）

V形濾池和D形濾池在水廠應用中的區別

房俊方珺宣小軍張光輝
（合肥通用機械研究院合肥）

V形濾池和D形濾池在水廠中的應用，并從傳統V形濾池與新型D形濾池之間的工藝結構、工作原理、運行費用等方面來分析兩種處理工藝的區別。

V形濾池D形濾池區別

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，利用石英砂濾料對自來水進行快速過濾而達到截留水中懸浮固體和部分細菌、微生物，且濾后水中的細菌、病毒失去渾濁物的保護和依附，易消毒等目的的池子。

二、傳統與新型濾池在水廠中的應用

V形濾池是因為濾池進水槽形狀呈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點，因此20世紀70年代已在歐洲廣泛使用，20世紀80年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引進使用，20世紀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濾池的基礎上升級的一種快濾池。它采用纖維濾料，小阻力配水系統，氣水反沖洗，變水位過濾方式。D形濾池最近短短幾年的時間在全國各地凈水廠和回用水廠已經有了廣泛應用。

三、傳統濾池與新型濾池的區別

1.工藝結構方面的區別

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

（2）D形濾池結構（圖2）。D形濾池和V濾池主體結構相似，濾池主體結構（包括池體、池內分區隔墻、梁柱、V形槽、出水槽）為現澆鋼筋混凝土結構。分為配水（含進水和出水）系統與氣水反沖洗系統兩部分。相關剖面見圖3、圖4。

圖1　V形濾池結構

圖2　D形濾池構造平面圖

圖3　A-A剖面

圖4　B-B剖面

2.結構區別

（1）濾板。V形濾池和D形濾池的濾板均采用混凝土結構制作板，但V形濾池的濾板常規尺寸為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，一個人就能抱動，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計參數不同，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。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。

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

（4）結構設計的靈活性。V形濾池在設計上采用雙側對稱布置，比較固定。而D形濾池的結構比較靈活，在設計上根據實際的場地情況做到雙側對稱布置和單側布置，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.工作原理的區別

二者同為氣水反沖洗濾池，采用小阻力配水布氣系統。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、遷移和機械脫落的原理。采用粒狀石英砂濾料進行過濾，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，根據現場運行的經驗參數，V形濾池的空隙率一般為40%～45%。

石英砂濾料作為V形濾池的濾床進行過濾，濾層稱為均質濾層，濾料稱為均質濾料，其特點是在整個濾層內，濾料的級配存在一定級差，濾料顆粒間所形成的空隙率的大小分布也存在一定級差。在垂直方向上的每一點具有容納不同的懸浮固體的能力，但是，當濾池進行反沖洗后，由于石英V形的剛度大，不可壓縮和水力分級的作用，原來的均質濾料層就變成了分級濾料的濾層，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，形成一個金字塔的構造。在孔隙最小的頂部濾層要容納的懸浮固體數量最大，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容易被懸浮固體堵塞，水頭損失上升，在過濾的水頭損失達到允許值的時候，整個濾層的截留懸浮固體能力未能發揮出來。故導致一些問題，如：過濾速度低；濾層的納污量小；反沖洗時，反沖洗自耗水量大；由于V形濾在反沖洗時受其膨脹率的影響，其反沖洗強度不能太大，所以反沖洗不徹底，這樣必然影響過濾周期及出水水質，出水水質隨著時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）纖維濾料，為不對稱構形，一端為松散的纖維絲束，稱“彗尾”，另一端為比重較大的實心體，稱“彗核”，彗尾纖維絲束固定于彗核內，整體呈彗星狀，如圖5所示。彗星式纖維濾料的不對稱結構使得其兼有顆粒濾料和纖維濾料的特點。

圖5　彗星式纖維濾料

纖維材料作為過濾材料的一個出發點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85%～90%。過濾時，比重較大的彗核對纖維絲束起到壓密作用，同時由于彗核尺寸較小，對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，過濾時水流通道大小一致，不會發生水流短路現象；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，過濾時水中固體懸浮物的有效分離，保證出水水質。即該濾料能形成“上疏下密”的理想濾床結構。過濾時，濾床上部截留水中較大的顆粒，濾床下部窄通道截留細小顆粒（上部脫附顆粒），能實現高速和高精度的過濾。且在保證濾后水質合乎要求及合適過濾周期的前提之下，應用纖維濾料的濾池可以比常規砂濾料濾池濾速高2～3倍的高濾速運行。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，自適應纖維濾料處于自由運動狀態，纖維絲束隨反沖洗水流散開并擺動，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械作用力，加劇了濾料的運動，使附著在纖維表面的固體雜質顆粒很容易脫落，從而提高了濾料的洗凈度，并減少了反沖洗耗水量。但目前市場上自適應纖維濾料的價格要遠高于石英砂濾料的價格。

（2）控制方面。V形濾池控制采用恒水位自動化控制，通過壓差真實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。因為濾床的阻塞程度不能判斷，而反沖洗的時間是設定好了的，或者人為操作，不如V形濾池根據即時壓差自動沖洗來的徹底。

（3）運行費用方面。V形濾池和D形濾池在運行費用方面主要體現在反洗水泵的運行、風機運行的電耗以及反洗的耗水率和所需的藥劑費用上。

電耗。根據公式Q＝q·A分析，其中Q為反沖洗風量或反沖洗水量，q為反沖洗水強度或反洗沖氣強度，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形濾池的反沖洗風機和反沖洗水泵的電耗比D形濾池相應的風機和水泵的電耗要多。

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

耗水率。由于V形濾池為恒水位過濾，正常過濾時，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V形濾池所耗的水就比新型D形濾池多。

四、實例比較

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種濾池運行費用。

V形濾池。設計參數，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，均質濾料按每天10萬立方米，共14池裝料。反沖洗水耗單價按0.5元/m3計算。先氣沖，氣沖強度16 L/m2·s，歷時3 min；中間氣水同時反沖，氣沖強度1616 L/m2·s，水沖強度7 L/m2·s，歷時8 min；最后水沖，水沖強度4 L/m2·s，歷時4min。當氣水混充時，單格濾池反沖洗耗水量134.4 m3。當水沖時，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1814.4元，年水費（按300天計）為54.432萬元。

水泵、風機電耗按0.6元/kW·h計算。反沖洗風機反沖洗每小時需要的風量2304 m3，則風機風量為38.4 m3/min。單臺風機風量20.53 m3/min。升壓50 kPa，配套電機功率30 kW，數量3臺（2用1備）。

反沖洗水泵。反沖洗需要的水量576 m3/h，單獨水沖時需要的水量1008 m3/h，單臺水泵流量600 m3/h，揚程14 m，配套電機功率37 kW，數量3臺，氣水混沖時2用1備。反沖洗風機3臺（2用一備），反沖洗水泵3臺（氣水混沖時2用1備），運行時的總功率134 kW。先氣沖。氣沖強度16 L/m2·s，歷時3 min；中間氣水同時反沖，氣沖強度16 L/m2·s，水沖強度7 L/m2·s，歷時8 min；最后水沖，水沖強度4 L/m2·s，歷時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195.97元，年電費（按300天計）5.879萬元。

投加混凝劑（PAC）按3000元/t計算。平均投加藥量為20 mg/L，每天10萬噸，日投加量2000 kg，日需費用6000元，年需費用（按300天計）180萬元。指預處理前加藥，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，日需費用1000元，年需費用（按300天計）30萬元。

D形濾池。濾速14.88 m/h，單組過濾面積28 m2，工作個周期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。反沖洗水耗單價按0.5元/m3計算。先氣沖，氣沖強度30 L/m2·s，歷時3 min；中間氣水同時反沖，水沖強度6 L/m2·s，歷時8 min，后再水沖，水沖強度為6 L/m2·s，歷時4 min。當氣水混充時，單格濾池反沖洗耗水量80.64 m3。當水沖時，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604.8元，年水費（按300天計）為18.144萬元。

水泵、風機電耗按0.6元/kW·h計算。反沖洗風機，反沖洗每小時需要的風量3024 m3，則風機每分鐘的風量50.4 m3。單臺風機風量29.1 m3/min。升壓50 kPa，配套電機功率37 kW，數量3臺（2用1備）。反沖洗水泵，反沖洗需要水量604.8 m3/h，單臺水泵流量600 m3/h，揚程14 m，配套電機功率37 kW，數量2臺（1用1備）。反沖洗風機3臺（2用1備），反沖洗水泵2臺（1用1備），運行時的總功率111 kW。先氣沖，氣沖強度30 L/m2·s，歷時3 min。中間氣水同時反沖，水沖強度6 L/m2·s，歷時8 min，后再水沖，水沖強度為6 L/m2·s，歷時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132.58元，年電費（按300天計）為3.977萬元。

投加混凝劑（PAC）按每噸3000元計算。平均投加藥量為10 mg/L，每天10萬噸，日投加量1000 kg，日需費用3000元，年需費用（按300天計）90萬元。指預處理前加藥，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，日需費用1000元，年需費用（按300天計）30萬元。

根據以上表格數據得知：V形濾池的年總運行費用＝水耗費用＋電耗費用＋藥劑費用＝270.311萬元（人工費除外）。D形濾池的年總運行費用＝水耗費用＋電耗費用＋藥劑費用＝142.121萬元（人工費除外）。所以D形濾池相對V濾池在處理水具有運行費用省的特點。

五、結語

V形濾池和D形濾池對比，D濾池具有比較明顯的優勢。就實用性來講，D形濾池的在占地、出水量、運行費用3方面占有優勢，且因為彗星式濾料的不對稱結構解決了纖維濾料不易洗凈的缺點，并且濾床的形成是自適應的，完美的級配等都是比較突出的優點。這項技術可消除濾層泥球，提高濾層截污能力，提高過濾速度，節省反沖洗水量，避免了濾料的流失，是一項有發展前途的技術。適合廣泛運用于市政給水、城市污水提標處理、中水回用、工業給水等工程。

〔編輯利文〕

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