滤池气水分布系统
1.1.1概述
在常规的水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。滤池通常置于沉淀池或澄清池之后。过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等都将随水的浊度的降低而被部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊颗粒物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。在饮用水的净化工艺中，有时沉淀池或澄清池可省略，但过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。
滤池的形式种类有很多，其中使用历史较为悠久的是以石英砂作为滤料的普通快滤池。从不同的工艺角度出发，在此基础之上发展了多种其他形式的快滤池。其中V型滤池就是在20世纪70年代由法国德格雷蒙(Degremont)公司发展的一种重力式快滤池。因其两侧(或一侧也可)的进水槽设计成了V字型而得名。
水厂中滤池是过滤工艺中的重要构筑物，而滤池稳定高效运行的关键是滤层过滤能力的再生。若采用的反冲洗技术较好，使滤池的工作状态常处于较好条件，不仅可以节能、节水，还能使得水质提高，滤层的截污能力增大，工作周期延长，产水量提高。V型滤池过滤能力的再生，就是采用了成熟的气、水反冲洗兼表面扫洗这一反冲洗技术。V型滤池在气冲洗过程中，由于使用鼓风机将空气压入滤层，因而使得滤池的过滤性能从以下几方面得到改善，如表1.1示:
相信随着我们对水资源利用问题越来越重视，V型滤池的普及和运用也会越来越广泛
.1.2反冲洗技术的发展
在滤池的运行过程中，从进水中去除的杂质积聚在滤料表面和颗粒间的孔隙内，随着滤池的继续运转，贮集在滤床中的杂质会导致滤床的孔隙率降低，滤床所能截留的杂质量不断减少，当水头损失增加至水流按预定流量通过时所需的水头即最大允许水头损失时，或是由悬浮物质的穿透最后导致滤后水水质下降时，最终将使滤池停运，此时，需对滤池进行反冲洗，以去除截留的杂质，恢复滤池的运行能力。
所谓“反冲洗”，就是为恢复滤池的正常工作所采用的反向水流冲洗滤层的操作过程，是让经过过滤后的清洁水反向(由下而上)高速通过过滤层，截留在滤料表面的悬浮杂质依靠高速水流的作用冲洗下来，被水流带出滤层。反冲洗的效果好坏会直接影响过滤行为，如果滤池冲洗的效果不佳，就会产生一系列的有害作用。
对于老式的慢滤池，绝大多数从水中去除的杂质会积聚在滤床表面，当过滤水的水质下降时，上层滤料用清洁的砂子替换，以恢复滤池的运行能力。早期的砂滤料快滤池清洁的方法是通过对砂颗粒进行轻轻的清洗}s}，以便使得滤床表面上留下一层未受破坏的有机膜，在对砂滤料慢滤池的过滤工艺沿袭下来的认识和理解的基础上，认为进行有效过滤是需要这一薄膜的。在美国较早出现的砂滤料滤池中装设有环形搅动耙子，用来在清洗过程中搅动砂子，来帮助杂质与砂分离开来。但此类滤池反冲洗的强度仅有1.7 -3.4L/s m2。自然，滤床在这种低速弱强度的冲洗下得不到彻底的清洁，效果并不理想。
而早在十九世纪末的英国，就有人开始对浸湿了的滤料进行空气吹洗，然后再用水进行反冲洗，这可以被认为是气一水反冲洗的雏形。到了1900年，美国新泽西州小福尔装置的重力快滤池采用了空气搅动代替旋转的搅动耙子，这被认为是气一水反冲洗技术的较早运用。之后几年哈佛大学所做的实验表明，空气冲洗是打碎滤池砂层表面形成的泥浆或者泥块所需要的。
1903年到1905年间，在美国辛辛那提过滤水厂的实验研究过程当中，开始采用了所谓的“高速冲洗法”，即反冲洗强度为10-16L/sm2，放弃了旋转耙和空气冲洗。这样，在较高的反冲洗强度冲洗下，整个滤层都处于悬浮状态，滤层处于流化状态，这时滤料颗粒上吸附的污物被上升水流中滤料间相互的接触碰撞冲洗下来然后被冲洗水带出池外，从而使滤料得到“清洁”。由于此法的构造简单，运行管理较方便，且冲洗效果明显，因而在美国以及日本等国家得到了长期广泛的应用。但若是采用此种冲洗方式，就必须使水流达到足以使滤料膨胀流化的要求，即滤层表观体积在膨胀后至少增加15%. 1929年Hublert和Herring根据高强度反冲洗研究成果表明，反冲洗膨胀率为50%较宜，此后高速反冲洗为世界各国广泛采用。
在反冲洗过程中，不管是水流的剪切力还是颗粒间的碰撞摩擦力都是由水的速度梯度G值产生的，高速水流反冲洗实际产生的G值一般并不高，通常砂粒产生的。值为300-400s-1，煤粒为150-300s-1，是一种弱冲洗的方式。另外加之滤层膨胀所造成的水流涡动作用，使得会有一部分在滤料表面形成的密实污泥层被带入到滤层的深部并逐步形成大个、坚硬的泥球，这样若是在通常的设计反冲洗强度下，滤池反冲洗的效果就不佳，且随着冲洗时间延长，泥球现象就更趋严重，反冲洗的耗水量增加，由此形成恶性循环。除此之外，高速水反冲洗也易造成滤池滤料的流失，因此在后来的应用当中通常加以表面冲洗辅助。在1908年首次于加利福利亚州的OKlahom自来水公司出现了第一套表面冲洗设备。最初采用辅助的冲洗方法是利用机械搅拌或者水力搅拌来促使表层滤料的摩擦碰撞作用加强，以达到更好的效果。
从1910年起，英国设计的大多数快滤池均是采用了先用空气清洗或者旋转耙冲洗或表面冲洗然后再进行水反冲洗，例外的是于1948年建造的邦福德((Bamford)滤池和1958年伯明翰建造的一个著名滤池均是采用了美国式的高速水流反冲洗，但后者又于后来添置了空气冲洗设备用以节省冲洗水。尽管如此，鉴于配气的设施不过关等原因，故一直使得气一水反冲洗技术的推广应用受到影响。直至在瑞典召开的第四次国际供水会议上提出采用长柄滤头作为布气装置，以及在六十年代后粗粒、均匀粒径的深床滤池的兴起，气动、电动阀门质量的提高等，滤池气一水反冲洗技术才开始慢慢得到人们的青睐，尤其是在英法等欧洲国家普遍流行起来。到了70年代，美国一些学者开始注意到其他国家正在使用的不同冲洗方法，并试图评价这些方法的优缺点。而其中气一水反冲洗相比较于单水反冲洗来讲，在滤池截污容量的充分利用、滤速的提高、过滤周期的延长以及滤层泥球的消除等方面具有着明显的优势，于是对于滤池气一水反冲洗相关问题的研究工作纷纷展开。艾某泰拉耶(Amirtharajah)、克里斯拜(Cleasby)等人在此方面取得了很重大的成果。随着研究的不断进行和对其认识的不断深入，英、法等欧洲国家以及前苏联和日本都大力开展了对气一水反冲洗滤池在工艺设计方面更新与完善的工作，使得在实践应用当中气一水反冲洗的技术日趋成熟。如法国德格雷蒙((Degremont)公司的优秀专利产品Aquazer一V型滤池，采用了单一均匀滤料，通过应用两极PLC可编程逻辑控制器实现过滤一冲洗的自动化，气一水反冲洗与表面扫洗相结合，完全的实现恒水位等速过滤。现在己经作为一种比较成熟的滤池气一水反冲洗技术在欧洲各国广为应用，而且许多发展中国家也引进了此项技术。目前在我国就己经有14个城市直接从法国引进了此种滤池，其中淄博新城水厂设计的能力达到100万m3/d。
我国自从三十年代的抚顺东公园水厂首次采用了气一水反冲洗技术以来，迄今己有了七十多年的历史。但同样是因为存在配气设施的不过关等原因而一直未得到广泛的应用。直至八十年代的中期，中国市政工程西南设计研究院以珠海拱北水厂引进的KI型长柄滤头的资料作为基础，经过反复的实验，研制出的半圆形长柄滤头的问世;均匀粒径的滤料在普通快滤池、虹吸滤池、V型滤池中的应用;气动、电动阀门质量的提高等，才使得气一水反冲洗滤池有了长足的发展。根据不完全的统计，十几年来全国己经有50多个新建的水厂滤池采用气一水反冲洗技术，日供水能力已超过650万m3/d，国内外水处理工作者也再度对气一水反冲洗技术有了高度重视。在有关于滤池气一水反冲洗的理论以及实验研究的方面，哈尔滨建筑大学的李圭白教授、同济大学的朱月海教授以及天津大学的安鼎年教授等一大批的科研工作者做了大量富有成效的工作。中国土木工程学会给水委员会还于1992年10月和1993年4月分别在广州和杭州召开了两次气一水反冲洗技术的专题研讨会，总结和交流了气一水反冲洗技术在科研、设计、生产与施工管理等方面的应用经验，并有提出进一步提高与完善的设想。气一水反冲洗技术在推广应用实践等方面，有采用长柄滤头配水配气的普通快滤池、有采用电动阀门控制排水的双阀滤池、有采用压板阀控制的虹吸滤池、有将单水冲洗的旧池改造为气一水反冲洗的新池等多种形式，均有运行成功的实例。事实证明，近年来所引进的V型滤池运行效果良好。
