变截面滤床过滤器在汶川小型水厂中的应用

　　摘要：通过大大延长过滤周期，变截面滤床过滤器充分发挥了滤床的纵向截污能力，在高滤速的情况下滤料不流失，能保证出水水质，而且具有占地面积少、投资省、运行管理方便、施工工期短等优点，在小型水厂中运用较为适合。本文通过汶川小型水厂为例，对变截面滤床过滤器的原理、构造、参数及运行情况进行了简要介绍。
　　关键词：变截面；过滤器；
　　
　　1工程概况
　　该水厂的设计服务范围为该镇的五个自然村，设计年限为2015年。解决了约10000人的饮水问题。
　　设计建设规模为1500m3/d，水源为雪山水水源，水质常年平均浊度为8度,但汛期时浊度将达300-900度,具有典型的雪山水水质特征。水厂出厂水执行国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），水处理工艺流程如下：
　　雪山取水-原水管-管式混合器-反应沉淀器变截面滤床过滤-清水池-配水管网
　　
　　
　　2变截面滤床的原理
　　滤床上下层面积沿着过滤水流的方向发生变化称之为变截面滤床。等截面滤床在水力反冲洗时由于重力的作用会在滤层内产生“水力分级”现象，进而会导致滤床利用率低、过滤周期短、产水量低、自耗水量大等缺点，同时在水力反冲洗时由于滤料颗粒之间的碰撞、摩擦强度不足，致使滤料冲洗不干净，长此以往将给过滤过程带来诸多不利影响。变截面滤床为解决由水力反冲洗造成的“水力分级”现象开辟了一条新的途径。
　　变截面滤床在水力反冲洗时，其流速分布与等截面滤床有显著区别。变截面滤床在反冲洗时不同截面和同一截面内的流速分布是不同的，主要表现为滤床上部截面的流速小，下部截面的流速大；同一截面内中间流速大，两侧流速小。由于流速分布不同，在反冲洗过程中
　　整个滤床内部会产生循环运动，大小不同的颗粒被冲起来后，小颗粒则被抛向两侧，沿着池壁回流至滤床底部，而粗颗粒则紧靠内层落下，然后又被再次冲到滤床上部，当停止反冲时，滤床内部的颗粒排列则大致形成这样的规律：上部滤床中粗颗粒占多数，下部滤床中细颗粒则占多数，整个滤床的孔隙尺寸实现了反粒径排列。而且由于整个滤床循环运动的范围和速度都比较大，于是滤料颗粒间的碰撞摩擦加剧，反冲洗的效果得到了提高。
　　
　　3变截面滤床过滤器的构造和设计参数
　　3.1 构造
　　过滤器设计处理水量为46m3/h，过滤器为圆形平底钢结构，外型尺寸为D×H=3000mm×4500mm。过滤系统由变截面滤层、承托层、滤板组成，滤层厚度为900mm，承托层厚度为250mm，滤板采用开孔钢板，厚度为10mm。反冲洗系统由反冲洗泵、反冲洗管组成，反冲洗水来自于清水池，反冲洗管从切线方向进入过滤器底部配水空间，反冲洗排水槽采用了周边环形集水槽，有利于反冲洗时滤床的横向水力分级和循环运动。为了防止待滤水通过池壁产生短流，通常等截面滤床滤池均需要对与滤料接触的池壁采取拉毛的措施进行处理，而对于变截面滤床而言，无需进行任何处理也不会发生短流现象。
　　净水器采用10mm的Q235钢板焊制而成，施工过程严格按照《钢制焊接常压容器》（JB/T4735-1997）和《水处理设备技术条件》(JB/T2932-1999)执行。为了保证钢结构的正常使用年限，净水器内外壁均实施了加强级防腐，防腐材料均采用IPN8710聚氨脂聚乙烯互穿网络涂料，该防腐涂料具有良好的防腐性、防锈性、附着力、坚韧性、耐磨性和耐候性。其中内壁采用了IPN8710-2B型专用饮水设备涂料，外防腐采用IPN8710-3型耐候保色面漆。
　　                
　　3.2 设计参数
　　设计滤速按滤床上端截面计算采用8m/h，反冲洗强度也以滤床上端截面积计算采用15L/s.m2，过滤周期大于24h，反冲洗水泵扬程为10m；滤床的倾斜角采用60º-75º之间，倾斜角越小，则滤床上下两端的滤速相差越达，将增加过滤时的损失，影响出水水质；倾斜角越大，滤床结构越接近于等截面滤床，紧靠池壁的部分滤料在反冲时将不能形成有效的循环运动。整个倒锥体的高度通常按照滤床厚度加上0.80m计算。
　　滤料采用双层滤料，上层为无烟煤滤料，厚度为500mm，dmax=1.7mm,dmin=1.3mm,下层石英砂滤料厚度也为500mm,dmax=1.2mm,dmin=0.6mm。承托层分为4层，第1层为卵石，厚度为150mm，dmax=33mm,dmin=16mm，第2层也为卵石，厚度为50mm，dmax=16mm,dmin=8mm，第3层为磁铁矿，厚度为50mm，dmax=8mm,dmin=4mm，第4层也为磁铁矿，厚度为50mm，dmax=4mm,dmin=2mm。
　　
　　4运行情况
　　该小型水厂自2009年5月正式竣工验收投产运行以来，运行良好，出水满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。当进水浊度在12-20度之间时，运行中适当提高了滤速，当滤速达到12m/h时，出水浊度介于0.5-1度之间，而且滤池的截污能力达到10kg/m3。
　　实际运行情况表明：变截面滤床充分发挥了滤床的纵向截污能力，大大延长了过滤周期，比等截面滤床8-12小时的过滤周期延长了3倍z左右，而且滤料不流失，在高滤速的情况下仍然能保证出水水质。
　　
　　5结语
　　在规模较小的供水工程中，采用变截面滤床过滤器，具有较好的水处理效果及较高的实际运用价值，同时能减少占地面积，节省投资，且适合用钢板进行工厂化生产、在现场组装的施工形式，以缩短工期和确保质量。是小规模水处理厂理想、经济的水处理形式之一，有着广阔的发展前景。
　　
　　
　　参考文献：
　　［1］CECS82：96．农村给水设计规范[S]．
　　［2］王详权．正向变截面滤床[J]．给水排水，1993,19(1):20-24
　　［3］《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）．