房　俊　方　珺　宣小军　张光辉（合肥通用机械研究院　合肥）

V形滤池和D形滤池在水厂应用中的区别

房俊方珺宣小军张光辉
（合肥通用机械研究院合肥）

V形滤池和D形滤池在水厂中的应用，并从传统V形滤池与新型D形滤池之间的工艺结构、工作原理、运行费用等方面来分析两种处理工艺的区别。

V形滤池D形滤池区别

一、概述

滤池有很多种类型，有快滤池、虹吸滤池、无阀滤池、压力滤池、移动罩滤池等，主要起到过滤的目的。有些是用来去掉污泥中的水，以获得含水量较低的污泥；有些用来去除水中的悬浮物，以获得浊度更低的水。V形滤池和D形滤池都是一种快滤池，利用石英砂滤料对自来水进行快速过滤而达到截留水中悬浮固体和部分细菌、微生物，且滤后水中的细菌、病毒失去浑浊物的保护和依附，易消毒等目的的池子。

二、传统与新型滤池在水厂中的应用

V形滤池是因为滤池进水槽形状呈V字形而得名，具有可采用均匀粗滤料、微膨胀的气水反冲洗和表面扫洗以及恒水位等速过滤等优点，因此20世纪70年代已在欧洲广泛使用，20世纪80年代后期，我国南京、西安、重庆等地开始引进使用，20世纪90年代以来，我国新建的大、中型净水厂差不多都采用了V形滤池这种滤水工艺。

D形滤池是在V滤池的基础上升级的一种快滤池。它采用纤维滤料，小阻力配水系统，气水反冲洗，变水位过滤方式。D形滤池最近短短几年的时间在全国各地净水厂和回用水厂已经有了广泛应用。

三、传统滤池与新型滤池的区别

1.工艺结构方面的区别

（1）V形滤池结构（图1）。V形滤池为双格滤池，池内设有2 个V形水槽和一个中间反冲洗水槽。渠道上层6是排水渠供冲洗排污用；下层7是气、水分配渠，过滤时汇集滤后清水，冲洗时分配气和水。渠上部设有一排配气小孔9，下部设有一排配水方孔8。V形槽底设有一排小孔5，既可作过滤时进水用，冲洗又可供横向扫洗布水用，这是V形槽底设计的一个特点。滤板上均匀布置长柄滤头，每平方米布置50～60个。滤板下部是底部空间。

（2）D形滤池结构（图2）。D形滤池和V滤池主体结构相似，滤池主体结构（包括池体、池内分区隔墙、梁柱、V形槽、出水槽）为现浇钢筋混凝土结构。分为配水（含进水和出水）系统与气水反冲洗系统两部分。相关剖面见图3、图4。

图1　V形滤池结构

图2　D形滤池构造平面图

图3　A-A剖面

图4　B-B剖面

2.结构区别

（1）滤板。V形滤池和D形滤池的滤板均采用混凝土结构制作板，但V形滤池的滤板常规尺寸为1× 1×0.1 m，单块重量约160 kg，安装很不方便；而D形滤池根据其池型，其滤板尺寸可以做成1×0.5×0.05 m，单块重量约为40 kg，一个人就能抱动，安装方便。

（2）长柄滤头。V形滤池和D形滤池的长柄滤头的设计参数不同，V滤池长柄滤头的开孔率为2%～2.5%，通径为24 mm，每平方米分布49个。而D形滤池的长柄滤头开孔率为35%～40%，通径为22 mm，每平方米分布为56个。

（3）拦截盖板。V形滤池由于采用石英砂滤料过滤的特点和参数没有采用拦截盖板，如果在运行操作不当或设计参数不合理时易导致滤料偏层或跑滤料。而D形滤池采用彗星式纤维滤料，设计上采用了拦截盖板，可以防止在反冲洗时跑料。但上部盖板表面藻类生长还是比较明显，因此对于污水厂二级生化处理出水需要增加过滤单元时，增加顶盖遮阳和设置杀藻、杀生物膜药剂，如：次氯酸钠、二氧化氯等。

（4）结构设计的灵活性。V形滤池在设计上采用双侧对称布置，比较固定。而D形滤池的结构比较灵活，在设计上根据实际的场地情况做到双侧对称布置和单侧布置，也可以做成压力式滤罐和重力式钢制滤池。

（5）V形滤池相比D滤池池型要较大一些，占地面积大。

3.工作原理的区别

二者同为气水反冲洗滤池，采用小阻力配水布气系统。V形滤池和D形滤池工作原理不同处主要在于是滤料的不同和控制方式的不同。

（1）滤料方面。V形滤池滤料，V形滤池的过滤是附着、迁移和机械脱落的原理。采用粒状石英砂滤料进行过滤，借助粒状材料的表面积附着悬浮固体，利用颗粒间的孔隙来贮存所截留的悬浮固体。因此粒状滤料所具有的比表面积和孔隙度大小也就反映了滤池所具有的去除悬浮固体的极限能力，根据现场运行的经验参数，V形滤池的空隙率一般为40%～45%。

石英砂滤料作为V形滤池的滤床进行过滤，滤层称为均质滤层，滤料称为均质滤料，其特点是在整个滤层内，滤料的级配存在一定级差，滤料颗粒间所形成的空隙率的大小分布也存在一定级差。在垂直方向上的每一点具有容纳不同的悬浮固体的能力，但是，当滤池进行反冲洗后，由于石英V形的刚度大，不可压缩和水力分级的作用，原来的均质滤料层就变成了分级滤料的滤层，即在垂直方向上，滤料是按从小到大的顺序排列的。

滤料层在垂直方向上空隙大小是从滤层的顶部到底部是从小到大排列的，形成一个金字塔的构造。在孔隙最小的顶部滤层要容纳的悬浮固体数量最大，而孔隙最大的底部滤层却是容纳的悬浮固体量最小。滤池由于滤层顶部在过滤时容易被悬浮固体堵塞，水头损失上升，在过滤的水头损失达到允许值的时候，整个滤层的截留悬浮固体能力未能发挥出来。故导致一些问题，如：过滤速度低；滤层的纳污量小；反冲洗时，反冲洗自耗水量大；由于V形滤在反冲洗时受其膨胀率的影响，其反冲洗强度不能太大，所以反冲洗不彻底，这样必然影响过滤周期及出水水质，出水水质随着时间的延长而逐渐变差。占地面积大等

D形滤池滤料。D形滤池采用彗星式（自适应）纤维滤料，为不对称构形，一端为松散的纤维丝束，称“彗尾”，另一端为比重较大的实心体，称“彗核”，彗尾纤维丝束固定于彗核内，整体呈彗星状，如图5所示。彗星式纤维滤料的不对称结构使得其兼有颗粒滤料和纤维滤料的特点。

图5　彗星式纤维滤料

纤维材料作为过滤材料的一个出发点是利用其比其他颗粒滤料具有大得多的比表面积和孔隙率，其孔隙度高达85%～90%。过滤时，比重较大的彗核对纤维丝束起到压密作用，同时由于彗核尺寸较小，对过滤断面空隙分布的均匀性影响不大，从而提高了滤床的截污能力，故纤维滤床比常规过石英砂滤床有较高的截污能力和纳污量。

滤床的水平面孔隙率分布均匀，过滤时水流通道大小一致，不会发生水流短路现象；滤床垂直面孔隙率分布由上至下逐渐减少，孔隙率沿滤床纵断面呈上大下小的梯度分布，过滤时水中固体悬浮物的有效分离，保证出水水质。即该滤料能形成“上疏下密”的理想滤床结构。过滤时，滤床上部截留水中较大的颗粒，滤床下部窄通道截留细小颗粒（上部脱附颗粒），能实现高速和高精度的过滤。且在保证滤后水质合乎要求及合适过滤周期的前提之下，应用纤维滤料的滤池可以比常规砂滤料滤池滤速高2～3倍的高滤速运行。这也是新型D形滤池处理同等水量比砂滤池占地面积小的原因。

在反冲洗时，自适应纤维滤料处于自由运动状态，纤维丝束随反冲洗水流散开并摆动，滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维丝束在水中所受到的机械作用力，加剧了滤料的运动，使附着在纤维表面的固体杂质颗粒很容易脱落，从而提高了滤料的洗净度，并减少了反冲洗耗水量。但目前市场上自适应纤维滤料的价格要远高于石英砂滤料的价格。

（2）控制方面。V形滤池控制采用恒水位自动化控制，通过压差真实反映出滤床的阻塞程度，而D形滤池多采用变水位恒流量过滤，只是通过液位来控制反冲洗启停。因为滤床的阻塞程度不能判断，而反冲洗的时间是设定好了的，或者人为操作，不如V形滤池根据即时压差自动冲洗来的彻底。

（3）运行费用方面。V形滤池和D形滤池在运行费用方面主要体现在反洗水泵的运行、风机运行的电耗以及反洗的耗水率和所需的药剂费用上。

电耗。根据公式Q＝q·A分析，其中Q为反冲洗风量或反冲洗水量，q为反冲洗水强度或反洗冲气强度，A为单池过滤面积，因V形滤池的过滤面积是D形滤池过滤面积的2倍多，则V形滤池的反冲洗风机和反冲洗水泵的电耗比D形滤池相应的风机和水泵的电耗要多。

药剂用量。由于V形滤池的进水要求比D形滤池进水要求高（V形滤池的进水要求一般＜5 NTU，而D形滤池进水要求一般＜20 NTU），所以D形滤池的药剂费用也低于V形滤池。

耗水率。由于V形滤池为恒水位过滤，正常过滤时，滤层上的水深一般为1200 mm，与新型D形滤池相比，在同样过滤面积下，反冲洗时V形滤池所耗的水就比新型D形滤池多。

四、实例比较

以某处理水量10万吨的V形滤池与新型D形滤池为例，比较2种滤池运行费用。

V形滤池。设计参数，滤速7.44 m/h，单组过滤面积40 m2，工作周期24 h，反冲洗一次。土建按每天10万立方米，一次建成共14池，均质滤料按每天10万立方米，共14池装料。反冲洗水耗单价按0.5元/m3计算。先气冲，气冲强度16 L/m2·s，历时3 min；中间气水同时反冲，气冲强度1616 L/m2·s，水冲强度7 L/m2·s，历时8 min；最后水冲，水冲强度4 L/m2·s，历时4min。当气水混充时，单格滤池反冲洗耗水量134.4 m3。当水冲时，单格滤池反冲洗耗水量38.4 m3。单格滤池一次反冲洗总耗水量172.8 m3。16 h反冲洗一次，则14池共耗水量2419.2 m3，日需要水量3628.8 m3。日需水费1814.4元，年水费（按300天计）为54.432万元。

水泵、风机电耗按0.6元/kW·h计算。反冲洗风机反冲洗每小时需要的风量2304 m3，则风机风量为38.4 m3/min。单台风机风量20.53 m3/min。升压50 kPa，配套电机功率30 kW，数量3台（2用1备）。

反冲洗水泵。反冲洗需要的水量576 m3/h，单独水冲时需要的水量1008 m3/h，单台水泵流量600 m3/h，扬程14 m，配套电机功率37 kW，数量3台，气水混冲时2用1备。反冲洗风机3台（2用一备），反冲洗水泵3台（气水混冲时2用1备），运行时的总功率134 kW。先气冲。气冲强度16 L/m2·s，历时3 min；中间气水同时反冲，气冲强度16 L/m2·s，水冲强度7 L/m2·s，历时8 min；最后水冲，水冲强度4 L/m2·s，历时4 min。单组24 h反冲一次耗电量23.33 kW，一天反冲洗一次，14池共耗电326.62 kW，日需电费195.97元，年电费（按300天计）5.879万元。

投加混凝剂（PAC）按3000元/t计算。平均投加药量为20 mg/L，每天10万吨，日投加量2000 kg，日需费用6000元，年需费用（按300天计）180万元。指预处理前加药，过滤工艺前不加药。

投加消毒剂量（ClO2）按4000元/吨计算。平均投加药量为2.5 mg/L，每天10万立方米，日投加量250 kg，日需费用1000元，年需费用（按300天计）30万元。

D形滤池。滤速14.88 m/h，单组过滤面积28 m2，工作个周期24 h，反冲洗一次。土建按每天10万立方米，一次建成共10池，纤维合成滤料按每天10万立方米，共10池装料。反冲洗水耗单价按0.5元/m3计算。先气冲，气冲强度30 L/m2·s，历时3 min；中间气水同时反冲，水冲强度6 L/m2·s，历时8 min，后再水冲，水冲强度为6 L/m2·s，历时4 min。当气水混充时，单格滤池反冲洗耗水量80.64 m3。当水冲时，单格滤池反冲洗耗水量40.32 m3。单格滤池一次反冲洗总耗水量120.96 m3，24 h反冲洗一次，则4池共耗水1200.96 m3。日需水费604.8元，年水费（按300天计）为18.144万元。

水泵、风机电耗按0.6元/kW·h计算。反冲洗风机，反冲洗每小时需要的风量3024 m3，则风机每分钟的风量50.4 m3。单台风机风量29.1 m3/min。升压50 kPa，配套电机功率37 kW，数量3台（2用1备）。反冲洗水泵，反冲洗需要水量604.8 m3/h，单台水泵流量600 m3/h，扬程14 m，配套电机功率37 kW，数量2台（1用1备）。反冲洗风机3台（2用1备），反冲洗水泵2台（1用1备），运行时的总功率111 kW。先气冲，气冲强度30 L/m2·s，历时3 min。中间气水同时反冲，水冲强度6 L/m2·s，历时8 min，后再水冲，水冲强度为6 L/m2·s，历时4 min。单组24 h反冲一次耗电量20.97 kW，一天反冲洗一次，10池共耗电220.97 kW，日需电费132.58元，年电费（按300天计）为3.977万元。

投加混凝剂（PAC）按每吨3000元计算。平均投加药量为10 mg/L，每天10万吨，日投加量1000 kg，日需费用3000元，年需费用（按300天计）90万元。指预处理前加药，过滤工艺前不加药。

投加消毒剂量（ClO2）按4000元/t计算。平均投加药量为2.5 mg/L，每天10万立方米，日投加量250 kg，日需费用1000元，年需费用（按300天计）30万元。

根据以上表格数据得知：V形滤池的年总运行费用＝水耗费用＋电耗费用＋药剂费用＝270.311万元（人工费除外）。D形滤池的年总运行费用＝水耗费用＋电耗费用＋药剂费用＝142.121万元（人工费除外）。所以D形滤池相对V滤池在处理水具有运行费用省的特点。

五、结语

V形滤池和D形滤池对比，D滤池具有比较明显的优势。就实用性来讲，D形滤池的在占地、出水量、运行费用3方面占有优势，且因为彗星式滤料的不对称结构解决了纤维滤料不易洗净的缺点，并且滤床的形成是自适应的，完美的级配等都是比较突出的优点。这项技术可消除滤层泥球，提高滤层截污能力，提高过滤速度，节省反冲洗水量，避免了滤料的流失，是一项有发展前途的技术。适合广泛运用于市政给水、城市污水提标处理、中水回用、工业给水等工程。

〔编辑利文〕

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