水厂滤池改造方法及应用案例

王智;郄燕秋;董蕾茜;王小 ;杨宏伟;解跃峰

【摘 要】介绍了过滤技术在我国的应用,重点从滤料和反冲洗方式两方面论述其对过滤效果的影响.发现普通快滤池存在过滤周期短、出水水质不高等现象,通过总结成功改造滤池的方法和案例,得出合理选择滤料及相适应的反冲洗方式,并同时对集配水系统进行改造是延长过滤周期、提高滤后水水质关键的结论.%Authors introduced the applications of granular filtration technology in China,with a focus on the influence of filter media and backwashing strategy on the filter performance.It was found that problems existed in conventional rapid filters such as too frequent backwashing,and high filter effluent turbidity.Based on the analysis of successful cases about filter reconstruction,this study concluded that the keys to prolonging the filtration cycle duration and improving the filtered water quality were choosing appropriate filter media and backwashing methods,at the same time,reforming water distribution systems.

【期刊名称】《净水技术》

【年(卷),期】2017(036)009

【总页数】9页(P78-85,90)

【关键词】滤池;滤料;反冲洗;滤池改造;水厂;应用

【作 者】王智;郄燕秋;董蕾茜;王小 ;杨宏伟;解跃峰

【作者单位】清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084;北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京100082;中国联合工程公司,浙江杭州310052;清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084;清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084;清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084

【正文语种】中 文

【中图分类】TU991.2

滤池是地表水处理工艺的核心单元，是降低出厂水浊度的最终屏障。过滤技术在我国供水行业的应用大体经历了两个阶段［1］。

早期建设的水厂多采用普通快滤池，或在此基础上改进、发展形成的双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池等。普通快滤池常选用大阻力配水系统，在过滤时，随着滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层的孔隙率减小，水头损失增加，为保持流速稳定，需要相应增加滤池的砂面水头，即采用变水头、变压力的运行方式。通常使用石英砂级配滤料，平均粒径 de约为 0.75 mm，d10＝0.50～0.55 mm，d80＝0.90～1.00 mm，不均匀系数 K80＝1.5～2.0，滤层厚度L＝0.7～0.9 m。反冲洗方式多采用单独水流反冲洗，强度在15 L/（m2·s）左右，冲洗时间依水质、运行周期而定。稳定的过滤速度通常为7～8 m/h，运行周期受水源水质影响较大，一般在12～24 h，而其反冲洗控制通常是依据滤池内的水位高度确定的。

20世纪80年代以后，国内引进气水反冲滤池，包括法国得利满公司（DEGREMONT）的V型滤池、法国威立雅公司（VEOLIA）的TGV高速滤池和瑞士苏尔寿公司（SULZER）的翻板滤池等，并逐步在新、改、扩建水厂工程中得到应用。截至目前，各类型的气水反冲滤池在国内大中型水厂中约占90%。与普通快滤池不同，气水反冲滤池通常采用小阻力滤头滤板或滤砖配水系统，出水阀随水位变化不断调节开启度，以保证恒水位等速过滤。气水反冲滤池一般使用粒径较大的石英砂均质滤料作为过滤介质，粒径为 0.90～1.35 mm，其有效粒径一般是 d10＝0.95～1.05 mm，不均匀系数较小，在 1.4 左右，滤层厚度则较大，一般为1.0～1.5 m。常见的两种反冲洗方式分别是先气冲、后水冲以及先气冲、再气水同时反冲、后水冲，以后者为例，推荐选用的设计参数为① 气冲13～17 L/（m2·s），1～2 min；② 气冲 13～17 L/（m2·s），水冲 3～ 4 L/（m2·s），3～ 4 min；③ 水冲 4～8 L/（m2·s），5～8 min。有时利用滤前水在滤池冲洗时对滤池砂面进行横向扫洗，强度一般采用 1.4～2.3 L/（m2·s）［2］。但在实际工程应用中，常根据水质和运行情况调整参数，以优化反冲洗效果。由于气水反冲滤池纳污能力强，故可采用较高的滤速和较长的过滤周期，一般分别为8～10 m/h及24～48 h，反冲洗控制方式常按过滤时间或滤后水出水浊度的方式进行控制。

比较两种类型的滤池可以发现，其根本的区别是滤料和反冲洗方式的改变。普通快滤池使用石英砂级配滤料，滤料呈现上小下大的级配类型，易出现表层截留阻塞现象，纳污能力小，导致运行周期短、出水浊度高［3］。其反冲洗类型为单水反冲洗，反冲洗不彻底，产生了滤料含泥量大、使用寿命短的现象，且冲洗耗水量大。而气水反冲滤池使用石英砂均质滤料，滤池上下方向滤料尺寸基本一致，滤料孔隙率相同，保证下层滤料充分发挥作用，延长运行周期，提高过滤效率。气/水联合反冲引入空气，增加了对滤料表面的剪切和摩擦作用，使得反冲洗效果更加突出［4］。总体来说，气水反冲滤池是对普通快滤池的改进和优化［5］。

可以看出，滤料和反冲洗是影响滤池过滤效果的两个最重要的因素，而二者的设计参数也决定了过滤的效率。

对于滤料，L/d10值是滤料选择时最重要的参考指标［6-9］。具体来说，L/d10理论强调滤床中滤料颗粒总表面积的重要性，其中L表示滤层厚度，d10代表滤料的有效粒径，在其他条件相同时，L/d10值越大，滤料表面积越大，滤层对水中悬浮颗粒物的截留作用越强。为保证滤池的过滤效果，L/d10值需大于某一特定值。对于L/d10理论的研究，不同国家给出不同的推荐值：1985年，日本研究人员首次提出将L/d10用于滤池设计；欧美则对不同类型滤池给出不同的L/d10限值，且最小值为1 000；我国《城市供水行业2000年技术进步发展规划》提出“滤层深度与粒径比应大于800”，但从实际运行效果来看，L/d10应不低于1 000才有较好的效果，并且滤料粒径越大，L/d10值 应 越 大 ；《室 外 给 水 设 计 规 范 》（GB 50013—2006）中规定：细砂及双层滤料过滤时，滤料层厚度与有效粒径之比（L/d10）应大于1 000，粗砂及三层滤料过滤应大于 1 250［2，6］。结合普通快滤池和气水反冲滤池滤料粒径特点，气水反冲滤池所用均质滤料粒径较大，因此需要更大的滤层厚度以满足L/d10值标准要求。

单独水流反冲洗依靠水流的剪切应力和滤料颗粒相互碰撞的摩擦力对滤料表面泥球进行清洗，过程较简单；气水反冲洗引入了空气的碰撞摩擦作用，冲洗过程分为多阶段且较复杂。理论上，气/水联合反冲洗方式共有：先气、后水；先气、再气水同时、后水；以及气水同时、后水冲洗等三种。由于实际操作难以达到气水同步冲洗，一般是先供气冲洗，再开始供水形成气水同时冲洗，所以，实际上气/水联合反冲洗的方式有：（1）先气冲洗，后水冲洗（加表面冲洗）；（2）先气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗（全程加表面扫洗）［5，10-12］。第一种冲洗方式在我国应用时间很长，且滤池改造时常选择该种方式；新建水厂尤其是V型滤池多数采用第二种冲洗方式。并且，反冲洗方式的选择还应与滤料类型相适应，如双层滤料适用第一种冲洗方式，如果采用第二种冲洗方式，由于气水同时冲洗时滤料会产生上下循环运动，很可能发生较严重的混层现象，即使静置过程能在一定程度上实现自动分层，但气水冲洗强度叠加使滤料过度膨胀，易造成跑砂，尤其对轻质的无烟煤，流失现象更严重。单层级配滤料也有类似的现象。而大粒径均质滤料滤池多数采用第二种气/水联合反冲洗方式，气水同时冲洗过程可使滤床清洗更加彻底，延长运行周期。在冲洗强度方面，以滤层在反冲洗过程中呈微膨胀、反冲洗后滤砂不会出现分层为宜，强度不足影响冲洗效果，而强度过大则会造成滤料流失。此外，还需配以与过滤周期相适应的反冲洗时间，保证充分洗掉包裹在滤料表面的污泥，置换反冲洗废水，实现滤料再生。两种气水反冲洗方式的冲洗强度和冲洗时间等的比较如表1所示。当滤池个数较少时，为减轻某一滤池冲洗停止运行而对其他滤池造成超负荷运行的影响，部分气水反冲滤池尤其是V型滤池冲洗全程加表面扫洗，即利用滤前水冲洗表面，使两侧池壁的冲洗废水和漂浮污物在此横向扫洗水流作用下及时得到排除，不至于造成滞留。增加气冲后，反冲洗过程的水冲时间基本不变，强度由12～17 L/（m2·s）降低到4～10 L/（m2·s），大大节省了耗水量。虽然表面扫洗耗水量较大，但此时水冲洗强度可适当降低，因此，总耗水量不一定增加。以表1为例，先气冲洗，后水冲洗的水冲强度选择中间值8 L/（m2·s）；先气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗（全程加表面扫洗）的水冲强度选择最低值；时间均取中间值。则先气冲洗，后水冲洗方式的耗水量是2 880 L/m2，而先气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗（全程加表面扫洗）方式的耗水量是1 980 L/m2。由此可见，在能够保证反冲洗效果的条件下，适当增加表面冲洗可以一定程度上降低水冲强度，减小反冲洗耗水量，从而达到节水的效果。

滤料类型和反冲洗方式也是相互适应的。气/水联合反冲较单独水流反冲虽然效果好，但由于其引入空气且强度大，当气/水联合作用于有效粒径较小的级配滤料时易造成跑砂。并且，气冲过程扰动剧烈，会破坏滤料层原有的级配结构，也可能造成表层细小颗粒的流失。因此，对于选用石英砂级配滤料的普通快滤池进行反冲洗时，单独水流反冲更加合适。而对于粒径较大的均质滤料来说，气水反冲洗只能引起滤料层的微膨胀，并不会出现跑砂等现象，并且均质滤料上下层滤料粒径相同，气冲也不会影响其结构特征。加之单独水流反冲对于大粒径颗粒的清洗效果不如气/水联合反冲，因而，以V型滤池为代表的均质滤料滤池多数采用气/水联合反冲的冲洗方式。可以发现，过滤技术是具有系统性的，反冲洗方式与滤料类型是相互联系、相互制约、相互影响的，需要根据实际情况选择合适的滤池类型、滤料和反冲洗方式。

经过长时间实践观察，很多水厂普通快滤池在运行一段时间以后，会出现滤料堵塞、水头损失陡增的现象，严重的还会有滤料层产生泥球甚至板结，导致出水水质降低、过滤周期缩短、冲洗水量增加、滤料流失等。如前所述，这是由普通快滤池的构造和运行特点所导致的。为延长滤料寿命，提高过滤效率，保证滤后水水质及运行稳定性，对现有的普通快滤池进行技术改造势在必行。经过对滤池过滤机理的分析可以发现，影响滤池过滤效果的主要因素是滤料和反冲洗方式，因此，滤池改造的重点即是更换合适的滤料以及选择适宜的反冲洗方式。

传统滤池多采用单层石英砂级配滤料，理想的滤池应是滤料粒径自上向下按从大到小的顺序排列，但由于反冲洗过程中滤料产生水力分级，滤料粒径呈上小下大的“正粒度”分布，使得大部分截污量局限于表层约10～15 cm滤料中，这导致在下层孔隙率远未得到利用之前，上层细砂已形成机械隔层而堵塞，水头损失迅速增大，严重缩短了运行周期［3］。为增加滤床纳污能力，多数水厂在滤池改造中更换滤料，选择均质滤料或多层滤料替代原有的级配滤料。

均质滤料滤床从上到下，任一截面层内滤料质量是均匀的，物理、化学条件基本一致，大、中、小粒径颗粒的比例相等或接近，使滤池上下方向的滤料孔隙率相同，保证下层滤料充分发挥截留作用，以得到水质高、水量大的滤出水。同时，均质滤料滤池在合理控制反冲洗强度的条件下，能够维持滤料粒径空间分布的均匀性，避免滤料膨胀，延长滤料的使用寿命。

丹东市自来水公司于1997年将珍珠山净水厂快滤池的传统滤层改为均粒石英砂滤层［13］。在生产性试验中，当进出水浊度分别相同时，不同滤料滤池的滤速、水头损失等有较明显的差异。传统级配滤料滤池过滤速度为9.82～9.95 m/h，而均质石英砂滤料滤池过滤速度为 11.39～11. m/h，较级配滤料滤池提高15%以上；在水头损失方面，均质石英砂滤料滤池水头损失由 0.80～0.96 m 增长到 2.40～2.76 m，在15～29 h的试验运行周期内平均增长率为 0.053～0.1 m/h，明显低于级配滤料滤池 0.082～0.124 m/h（初始水头损失为 0.60～0.92 m，试验运行周期 13～22 h，期终水头损失为 2.50～2.58 m）。虽然两类滤池的平均粒径基本相同，但由于不均匀度的差异，其有效粒径d10不同；d10越大，滤速越大，水头损失增长率越小；因此，为保证出水水质而选用平均粒径较小的滤料时，均质滤料滤池更有优势。在过滤周期方面，控制滤速、进出水浊度分别相同，均质滤料滤池运行周期可达70～80 h，而级配滤料滤池仅为46～52 h，这是由于均质滤料下层粒径与上层滤料粒径接近，滤层对悬浮物的有效截留深度更大，而级配滤料下层滤料粒径相对较大，表面滤料粒径最小，表层滤料截留后，下层滤料难以发挥作用。

林少芬［14］对比了广东地区六间典型水厂的运行情况，其中仅一间选用V型滤池的水厂使用均质石英砂滤料，其余五所水厂均采用单级配的普通石英砂滤料，结果发现，V型滤池的浊度去除率最高，达到了93.63%，而其他五个滤池的平均浊度去除率均维持在60%左右。

由此可见，相较于传统级配滤料滤池，均质滤料滤池在保证水质的前提下，具有滤速快、运行周期长、水头损失增长慢等优势［15］。田一梅等［16］通过数学模拟论证了均质滤料滤池是比常规滤池更为优良的过滤处理工艺。

然而，对于普通快滤池等传统类型滤池来说，由于池深所限，将滤料更换为均质滤料后，滤床深度和滤料有效粒径的比值L/d10很难达到设计原则所规定的最小值为1 000的要求，因此，当改造工程滤池深度不足时，采用多层滤料替代传统单层石英砂级配滤料是最简便的优化方法。事实上，在美国等发达国家，多层滤料滤池的应用较为普遍。

常见的多层滤料为双层滤料和三层滤料。双层滤料滤池上层采用比重小、孔隙率大的轻质滤料，下层采用比重大、孔隙率小的重质滤料。在我国，多数采用双层滤料滤池的水厂选用无烟煤作上层滤料，起粗滤作用，而石英砂常被用作下层滤料，起精滤作用。运行资料表明，双层滤料含污能力较单层滤料约高一倍以上；在相同滤速下，过滤周期增长，在相同过滤周期下，滤速可提高。三层滤料滤池上层为比重小、孔隙率大的轻质滤料（如无烟煤），中层为比重中等、孔隙率中等的滤料（如石英砂），下层为比重大、孔隙率小的重质滤料（如磁铁矿）。三层滤料最大的优势是下层滤料粒径很小，对于保证滤后水质极为重要。

兰州市自来水总公司二水厂试验对比了单层滤料滤池和双层滤料滤池的过滤性能［17］，结果发现，在起始及冲洗条件基本一致的情况下，双层滤料滤池工作周期比单层滤料滤池有明显的延长，周期产水量最大可提高29.41%，水头损失增长率较缓，冲洗水率、冲后余浊（初滤水浊度）明显偏低，滤池工作周期内滤料截污量高，且平均出水浊度完全满足国家水质标准。在含泥量方面，双层滤料滤池表层含泥量小于单层滤料滤池表层含泥量，且含泥量与取样深度的关系曲线证明了水流经双层滤料滤池悬浮物可较均匀地分配在每一层滤料中，充分发挥了各层滤料的截污能力（图1）。大庆市中引水厂三层滤料滤池的试验中［18］，滤料同样具有过滤水头损失小、运行周期长、截污能力强的优点，且三层滤料各单位滤层均有截污功能，能够充分发挥整个滤层截留浊质的能力，并有较强的抗冲击负荷的能力。

综上所述，均质滤料和多层滤料较单层级配滤料有更长的过滤周期，进而提高了整个滤床的纳污能力。

诸多文献曾报道［4，19-21］，在普通快滤池运转一段时间后，滤料层表面或滤料层内部会不同程度地出现泥球，并随着时间的推移而逐渐增大，发生板结现象。这是由于泥球增大的速度大于水力反冲洗磨损的速度，而过滤水头的增大导致泥球被压密实，使滤料层表面产生板结和龟裂。

国内外学者对滤层反冲洗机理进行过深入探究，曾出现颗粒碰撞理论、水流剪切理论等理论假设，而我国李圭白教授提出的反冲洗高效区的概念最终为大多数人所接受［22］。李圭白教授认为，污物由滤料表面脱落是颗粒碰撞和水流剪切两者综合作用的结果，碰撞高效区和剪切高效区相互重叠的部分，是真正的反冲洗高效区。

在实际反冲洗过程中，单一的水力反冲洗只能提供水流的剪切应力，而滤料间的碰撞不够；国内外数十年的水厂运行经验也证实，不论是否有表面冲洗，只要是单一的水力反冲洗方式，就无法破坏泥球的结构，滤料中的泥球会越结越大且多，既缩短了过滤周期，又减少了滤料的使用寿命。而气/水联合反冲洗将反冲洗高效区概念具象化，增加的反冲洗介质空气被压入滤料层时，对滤料产生剪切和碰撞摩擦作用，破坏泥球结构，提高了反冲洗效果和能量利用率。

由于采用气水联合冲洗方式，V型滤池在水厂净化工艺上获得成功应用。实际运行状况表明，相较于单一的水力反冲洗，气/水联合反冲洗效果好，滤料含泥量减少18%左右，滤层截污能力提高约100%，过滤周期延长60%～70%。例如，试验对比滤料条件相同时，不同冲洗方式的效果，发现短时间运行后，水力反冲洗后滤层含泥量为 0.096%～0.141%，而气/水联合反冲洗滤层含泥量仅为0.038%～0.042%［23］；对某三层滤料滤池采用移动式气/水联合反冲洗的研究效果表明，试验半年后其冲洗后滤床的含泥量为0.1%～0.2%，滤料处于极佳洁净状态［24］；周超等［25］对若干水厂不同工艺滤池反冲洗后滤料含泥量进行比较，检测结果发现，单独水高速反冲洗效果差，而部分气水反冲洗滤池符合“含泥量≤0.2%”的标准，属于优良行列（实践总结，在自来水厂中，评价滤池冲洗效果良好一般采用“含泥量≤0.2%”的标准）。

气/水联合反冲洗方式由于其在提高冲洗效果、节省用水量（目前对于气/水联合反冲洗方式的节水量标准方面还未有统一规定）等方面独特的优势，逐渐被认为是最有效的反冲洗形式，尤其在V型滤池中应用更为广泛。对于传统的普通快滤池，也有不少改造工程将其原有的单独水流反冲洗改造成为气/水联合反冲洗。

对于数量众多的老旧水厂来说，由于拆除重建费用高昂，为克服原有普通快滤池的弊端，最佳选择是对滤池工艺进行合理改造。然而，并非所有滤池都适合改造为气水反冲滤池，必须综合水量、原水水质、出水水质目标等因素合理分析，选择合适的滤料和冲洗方式。

3.1.1 均质滤料

随着V型滤池的广泛应用，石英砂均质滤料逐渐成为使用量较大的滤料类型之一，各地水厂的工程实例则从实践角度证明均质滤料滤池的优越性。

上海市自来水奉贤有限公司第三水厂将一期普通快滤池改造为V型滤池［26］，选用均质滤料和气/水联合反冲洗方式，拆除原大阻力配水系统，采用长柄滤头布水布气。改造后发现，V型滤池工作状态均衡，运行稳定；运行周期较普通快滤池长，气水联合反冲洗方式提高了冲洗效率，并实现了节水、节电和减排；冲洗时滤层保持微膨胀状态，避免砂粒间的磨损和跑砂现象，既防止滤膜损坏又延长滤料的使用年限等，优势显著。福州市西区水厂［27］使用Azurfloor整体滤板技术，将其虹吸滤池中原级配滤料改造为均质滤料，并采用气/水联合反冲洗方式后，出水浊度由原来的1～3 NTU降低为0.5 NTU以下，极大地提高了出水水质，更有利于实现我国新的《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中对龙头水浊度最大限值为1 NTU的要求。苍南龙港水厂一期沉淀池及快滤池传统工艺存在问题，进行了工艺技术改造［28］，滤池部分优化了反冲洗系统及滤料配置，选用滤头滤板的小阻力配水系统、气/水联合反冲洗、石英砂均质滤料，使水厂出水平均浊度低于0.1 NTU，去除率提高，反冲洗效果显著提升，水耗、电耗均降低。秦皇岛市海港水厂通过滤池改造［29］，将原有的普通石英砂滤料替换为粒径 0.95～1.35 mm的均质滤料，保证了出水浊度，并且有效克服了普通滤料在过滤过程中易被表层滤料堵塞，水头损失上升快，过滤周期短的弊端。

在以上大多数水厂滤池改造案例中，滤料更换为均质滤料后，为满足滤池设计L/d10理论，滤层厚度都有一定程度的增加，这对于大部分虹吸滤池和池深较大的普通快滤池较易实现。但对于一般深度的普通快滤池及其他类型的滤池，若选用均质滤料，滤池深度难以达到滤床的厚度要求，需要进行土建改造，但是改建费用较高，因而并不适合于小型水厂。此时，改造滤料为双/三层滤料是更好的选择。

3.1.2 双层滤料

在我国，普通快滤池仍是老旧水厂和中小型水厂的主要滤池形式，这种情况下，采用双层滤料替代传统单层石英砂滤料是最简便的优化方法。

兰州市自来水总公司二水厂于1997年进行了滤池改造［17，30］，由原来厚1 m的单层级配滤料替换成厚0.8 m的煤砂双层滤料，不改变原有的大阻力配水系统，仍采用单一的水力反冲洗方式，获得了较好的效果，单位面积滤池产水量提高20%，单位体积滤料平均截污量是单层石英砂滤料的1.39倍，反冲洗耗水量低，滤后水浊度低等；四川红光化工厂生产生活供水系统滤池改造同样将单层滤料改为煤砂双层滤料［31］，未改变滤层厚度和单一的水力反冲洗方式，但在相同周期的情况下，其产水量一般比普通单层砂滤料滤池高0.5～1倍；十堰市第二水厂进行相似改造［32］，原厚度为0.65 m的单层石英砂滤料换为0.7 m的双层滤料，配水系统采用大阻力配水系统，反冲洗方式为单独水流反冲洗，改造后，滤池运行效果明显改善，运行周期延长，但双层滤料每一层仍属上小下大的级配滤料，表层截留现象在每个滤层中仍未能避免。

类似地，部分水厂滤池改造时不仅将单层级配滤料改造为煤砂双层滤料，还改变了反冲洗方式，如：濮阳市自来水公司水厂二期虹吸滤池采用复合气水反冲洗滤砖替代原三角槽孔板配水系统，拟使用气/水联合反冲洗方式，并将原单层滤料更换为双层滤料，滤料层厚度由原来的0.75 m提高至1 m，滤料使用寿命延长，出厂水质得到了保证［33］；西南某市给水厂原0.9 m单层级配滤料改造为1 m双层滤料，原有的中阻力二次配水滤砖配水系统改造为小阻力开孔管配水配气系统，采用“先气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗”的气/水联合反冲洗方式，改造后反冲洗效果好、工作周期长、出水水质好、反冲洗耗水量少，达到了预期的改造要求［34］。

另一方面，改变反冲洗方式，也可在一定程度上提高过滤效果。大量老旧水厂已将原有的单独水流反冲洗改造为气/水联合反冲洗，此时，集配水系统的选择是改造的关键。

禹城市自来水第一水厂将其原有的大阻力配水系统、单独水冲、单层级配滤料的普通快滤池改造为小阻力长柄滤头配水配气系统、气/水联合反冲洗、石英砂均质中粗滤料的滤池［35］。大阻力配水（配气）方式的理论基础是用较大的孔口阻力系数，以削弱承托层、滤料层阻力系数以及配水配气系统压力不均匀的影响，但容易出现管道锈蚀严重、配水孔堵塞、配水孔径差异大、配水不均匀、滤层局部板结、跑料严重等现象；小阻力配水（配气）系统的原理是采用较大配水空间以降低进水流速，使滤板部的水压一致，配水趋于均匀，常见的有长/中/短柄滤头，其特殊构造使得气冲时空气必须在滤板下面形成一定厚度的气垫层，大量气体才能从滤头释放，以达到配气均匀的目的。

类似的改造案例很多，如：吉化中部净水场将其原有的大阻力穿孔管配水系统、单独水冲、单层级配滤料的普通快滤池改造为小阻力中柄滤头配水配气系统、气/水联合反冲洗、均质滤料的滤池［36］；天津新开河水厂将其原有的大阻力穿孔管配水系统、单独水冲、双层滤料的双阀滤池改造为小阻力滤板滤头配水配气系统、气/水联合反冲洗、均质滤料的滤池［37］；福永自来水公司七沥水厂将其原有的虹吸滤池改造为无排水槽、气/水联合反冲洗翻板滤池，采用长柄气水反冲滤头，并增加滤层厚度等［38］。

除滤板滤头配水配气系统外，不少水厂滤池改造时选择滤砖配水配气方式（图2），如：泉州市北区水厂将其原有的大阻力穿孔管配水系统、单独水冲、单层级配滤料的双阀滤池改造为新式的塑料滤砖配水配气系统、气/水联合反冲洗、均质滤料的滤池［39］；厦门市某水厂将其原有的大阻力管式配水系统、单独水冲、单层级配滤料的双阀滤池改造为高密度聚乙烯塑料滤砖配水配气系统、气/水联合反冲洗、均质滤料的滤池［40］等。滤砖与滤头的工作原理相似，也可在一定程度上均匀地配水、配气；但有时滤砖可能会出现裂缝、堵塞，造成反冲洗布水不均匀、出水漏砂严重、冲洗不干净等现象，部分水厂甚至将其原有的滤砖配水配气系统改造为滤板滤头配水配气系统，如：大沙沟净水厂将其原有的中阻力配水系统陶瓷滤砖、单独水冲、双层滤料的普通快滤池改造为整体式滤板小阻力长柄滤头、气/水联合反冲洗、均质石英砂滤料的滤池［41］。

值得注意的是，以上案例中，滤池改造所选用的气/水联合反冲洗方式均是“先气冲洗，再气水同时冲洗，后水冲洗（全程加表面扫洗）”的方式；而在对反冲洗方式进行改造的同时，水厂也将滤料更换为石英砂均质滤料，这进一步说明前述第二种气/水联合反冲洗方式对均质滤料滤池的冲洗效果更好。

也有水厂在滤池改造中保持原有的级配滤料或改造为双层滤料，但改造方法不尽相同。乌鲁木齐市某水厂将其原有的虹吸滤池改造为反向过滤气水反冲洗滤池，增加气水反冲洗系统，但不改变其原有的单层级配滤料［42］；西南某市给水厂将其原有的中阻力二次配水滤砖配水系统、单独水冲、单层级配滤料的双阀滤池改造为小阻力开孔管配水配气系统、气/水联合反冲洗（有气水同时冲洗阶段）、双层滤料滤池［34］；同样是双层滤料滤池，天津市第三煤气厂滤池采用的是长柄滤头配水配气系统，且经过初期试验，最终选择“先气冲洗，后水冲洗”的气/水联合反冲洗方式［43］。

虽然选择不同的处理工艺，但各水厂改造后效果均较老旧工艺有明显的提高，滤料干净，反冲洗彻底，运行周期延长，耗水量减少。在滤池改造的过程中，水厂需结合自身条件，根据滤料类型选择与之相适应的反冲洗方式及合适的处理工艺，重点关注反冲洗各阶段的运行参数，并依据处理效果适当调整优化［12，44-45］；关注级配滤料是否存在混层、跑砂等现象，并合理调整承托层级配以防滤料跑漏［46-47］；不适合进行反冲洗方式改造的滤池不能强行改造。

如前所述，V型滤池是我国大中型新建水厂的最佳选择，而部分老旧水厂通过改造原有滤池，更换集配水系统，选用气/水联合反冲洗方式，或者选择均质滤料或双层滤料替代原单层级配滤料进行过滤，均取得了良好的效果。

通过不同类型滤池的改造案例，可以发现：水厂需结合自身条件，选择合适的处理工艺进行挖潜改造；更换滤料要同时满足滤床的厚度要求，并选择合适的集配水系统和反冲洗方式；气/水联合反冲洗的两种运行方式适用于不同类型的滤料和滤池，应重点关注反冲洗各阶段的运行参数和冲洗效果，并及时调整；尤其应该注意反冲洗方式与滤料类型是否匹配，能否达到提高滤后水水质、延长过滤周期、减少反冲洗水量、减少滤料流失、保证运行系统稳定性等目的。

未来，我国新建滤池及滤池改造工程中仍将重点关注滤料和反冲洗方式两个方面。滤料方面，均质滤料和双层滤料各有优势及其适用条件，只有依据滤池实际情况合理选择滤料类型，才能达到优化的效果；气/水联合冲洗是冲洗方式的主流，但要考虑集配水系统以实现均匀的布水布气。特别地，针对滤料流失的现象，应从优化冲洗和排水系统的设计，严格控制滤层膨胀率等方面加以控制。

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