重力式无阀滤池的技术改造

重力式无阀滤池的技术改造重力式无阀滤池具有无大型阀门、正水头过滤、冲洗自动化、造价低及操作管理方便等优点，因而在铁路或县镇中小型水厂中得到了广泛的应用。

但重力式无阀滤池存在以下问题：进水系统复杂、施工要求高；进水过程易夹气，影响正常的过滤和反冲洗；采用单层石英砂滤料，滤池产水量低，不能满足供水量日益增大的要求。

12 000m3/d的供水规模扩建成20000m3/d，其中增加320m3/h的重力式无阀滤池1座。

作者对国家标准图中240m3/h的重力式无阀滤池进行了技术改造，改造后的重力式无阀滤池产水量提高到320m3/h，较成功地解决了以上1 改造后的构造和工作原理1。

过滤时的工作情况：浑水经进水总管1流入进水分配箱22，由进水分配堰2进入竖井进水渠3，经消能板4消能后，均匀地分布在滤料层5上，通过承托层6、小阻力配水系统7进入底部配水空间8。

滤后水从底部配水空间经连通区9上升到冲洗水箱 10。

当水箱水位达到出水渠11的溢流堰顶后，溢入渠内，最后流入清水池。

反冲洗时的工作情况：滤池运行中，滤层阻力逐渐增加，虹吸上升管14中的水位相应逐渐升高。

当水位达到虹吸辅助管12管口时，水自该管中落下，并通过抽气管13不断将虹吸下降管15中的空气带走，使虹吸管中形成真空。

当虹吸上升管中的水越过虹吸管顶端与虹吸下降管中上升的水柱相汇时，两股水流汇成一股，冲出虹吸下降管管口，把虹吸管中残存的空气全部带走，形成连续的虹吸流。

这时，水箱中的水自下而上对滤料进行反冲洗。

图11 进水总管2 进水分配堰3 竖井进水渠4 消能板5 滤料层6 承托层7 小阻力配水系统8 配水空间9 连通区10 冲洗水箱11 出水渠12 虹吸辅助管13 抽气管14 虹吸上升管15 虹吸下降管16 排水渠17 反冲洗调节器18 虹吸破坏斗1920 伞形顶盖21 水封斗22 进水分配箱18时，虹吸破坏管19把小斗中的水吸完。

管口与大气相通，虹吸破2 技术改造要点及其分析(1)改变浑水进水方式，取消原无阀滤池的进水U型存水弯和进水三通，增加竖井进水渠3 。

竖井进水渠在池子内部连接滤池的进水分配箱和伞形顶盖。

滤池进水分配箱中的浑水直接由竖井进水渠进入锥形罩体内部。

给水所中原有160m3/h的重力式无阀滤池是按国家标准图建造的，滤池在进水过程中夹进的气体，一部分可上逸并通过排水虹吸管出口端排出池外，一部分将进入滤池并在伞形顶盖下积聚且受压缩。

在滤池过滤阶段，受压缩的气体会时断时续地膨胀并将虹吸管中的水顶出池外，影响正常过滤；在滤池反冲洗阶段，受压缩的气体会使排水虹吸管虹吸破坏不彻底，造成滤池连续反冲洗。

这两种现象在原有的重力式无阀滤池运行中时有发生，影响给水所的正常生产。

目前，解决这种现象采取的措施是：在进水管上设置进水U型存水弯或在适当位置设置气水分离器。

前者(国家标准图中采用的)较方便但解决措施不彻底，后者需增加设备。

为了保证进水系统不产生夹气运行现象，考虑以下几方面：①防止滤池夹气运行。

原进水系统进水管中的流速较大(规范中的设计流速为0 .5～0.7m/s)，空气不易从水中分离；改造后的进水系统竖井进水渠中的流速较小(设计流速为0.1m/s左右)，水流的夹气作用减弱。

②排除积聚在伞形顶盖下面受压缩的气体。

在过滤初期，虹吸管中气体和进水系统进水过程中夹进的气体积聚在伞形顶盖下面，由于竖井进水渠中水流速度较小，气体受压缩后易于从竖井进水渠中分离。

(2)产生夹气运行的主要原因是分配水箱中的配水堰与滤池进水管口两次水位跌差造成的，当浑水进入滤池的进水管时，在管口又形成一个"跌水漏斗"形的水封，这种水封将空气带入进水管内并阻碍从管内分离出来的空气排出。

改造后的无阀滤池进水系统，由于竖井进水渠中的水流速度较小，管口水封作用减弱，所以作者认为进水分配水箱设计时仅需满足水力条件。

(3)改用单层均质石英砂滤料层，石英砂滤料层的粒径为0.8～1.0mm，厚度为1100mm。

根据设计规范，滤料层的设计膨胀率取30%，反冲洗强度取15L/(s·m2)，设计滤速取13m/h(为了保证安全，设计滤速偏低，通过实际运行，作者认为滤速还可以提高一些)。

承托层的级配及其厚度同标准图。

(4)在虹吸上升管管口安装水封斗21。

其主要作用是：①增加滤料层膨胀后与虹吸上升管管口之间的安全高度。

②防止滤池反冲洗过3 运行情况10～700NTU之间，水力循环澄清池的出水浊度在8NTU以下，改造后的无阀滤池的出水浊度在3NTU原有的无阀滤池对比表明：改型后的滤池运行稳定，从未出现过夹气4 结束语1995年6月设计完毕，次年全部工程顺利按设计要求竣工并投入运行，1998 年12月通过南昌铁路局验收。

改造后的无阀滤池，单池产水量由240m3/h提高到320m3/h，投资15万元，比建造一座320m3/h的池子节省投资5万余元。

至今为止，该无阀滤池已稳定运行将近三年，完全达到了设计要求。

重油气化炭黑污水处理工程设计运行到目前为止，采用以重油为原料部分氧化法生产的中氮肥厂达11家之多。

重油气化后其裂化气中含有炭黑，采用文丘里洗涤加最终洗涤塔工艺，用210℃化学软水洗涤，以确保出最终洗涤塔的裂化气中炭黑含量控制在5mg/m3。

因此洗涤水中含有大量炭黑，一般采用自然沉淀后即直接排放，对环境造成了严重污染。

浩良河化肥厂自筹资金520余万元，设计了炭黑污水处理工程，经该装置处理后的污水可全部回用，并可副产粗炭黑。

1 工程概述浩良河化肥厂尿素生产原料为重油，气化后可小时副产炭黑水60余吨，此工艺废水未经任何处理，直接排入灰场进行自然沉降，由于炭黑密度较小，沉降速度较慢，沉淀后出水经常夹带炭黑，污染水源及环境。

另外灰面高低不平，露出水面的灰面，经常风大起尘，严重污染了附近居民的居住环境。

为此，该厂对造气车间的炭黑污水进行综合治理，建设了1套规模为60t/h的炭黑污水处理装置，并且每小时可以副产粗炭黑约1.0t，回收软化水约50t，使炭黑污水达到了零排放。

2 工艺流程造气车间重油气化后，产生的炭黑水利用自身余压将炭黑水送往炭黑回收车间，经蛇管于燥器换热后进入脱气塔，去除水中夹带的CO，H2等气体，污水经炭黑水泵加压后送入压滤机过滤后，炭黑滤饼存留在滤板中，由人工拉开滤板，将滤饼卸到料斗内，经螺旋输送机送往干燥厂房内进行干燥处理后，装袋入库，滤后水经中间水泵加压后送入精密过滤器过滤，滤后清水流入清水箱，送回造气车间循环使用，和原有工艺相比每小时节约软水约50t，流程见图1。

3 主要设备炭黑污水处理装置所需设备详见表1：4 设计中着重解决的几个问题为保证装置投产后能正常连续运行，需要其运行的费用最低，因此设计重点放在关键设备选型。

工艺指标确定、设备运行的维护费用及投资效益比等几方面。

4.1 压滤机选型压滤机为本工艺的核心设备，装置的运行费用主要取决于此，因此选型时尤为慎重。

压滤机属于成型设备，但应用于炭黑水处理上，介绍的资料及经验较少，考虑到炭黑水水温高、颗粒细小（平均50μm）、且具有腐蚀性等特点，经考察论证，并与设备生产厂家的技术人员探讨，决定由供货厂家对压滤机作如下改造：4.1.1 取消滤板间隔膜目的是防止滤布粘料，造成卸料困难，另外隔膜的使用寿命短，造价又高，至使系统的运行费用增加，为此，将隔膜改为密封橡胶圈和不锈钢丝网，经实际运行验证，橡胶圈的使用寿命可达到4～6个月。

4.1.2 滤布滤布的使用周期直接关系到污水处理成本，为延长滤布的使用周期，将单层滤布改为双层滤布，且选用不同型号，实践证明滤布的周期可达到3～4个月。

4.2 精密过滤器考虑到滤布损坏的情况下，炭黑水可能渗漏到系统内，影响回用水质，为此在流程中增加精密过滤器，以保证水质可完全达标回用。

从炭黑水的特性：水温高、粒径细小、吸附性强，以及压滤机出水中的炭黑含量、反洗操作的难易程度。

运行周期、投资与运行费用等因素综合考虑，经现场试验，最终决定选用以聚丙烯热喷纤维膜为过滤介质的精密过滤器，其过滤精度不受进料压力波动的影响，压差低，通量高，运行费用低。

从实际运行来看，选型合理，滤前水质无需投加混凝剂可完全满足过滤要求，简化了操作。

4.3 工艺指标的确定从经济运行的角度，经方案比较，将炭黑水泵出口的压力定位在1.2～1.5MPa，一方面可以降低粗炭黑产品的含水率，另一方面可以充分发挥压滤机的性能。

4.4 厂房排气设计考虑到压滤机的卸料操作在室内，外加北方冬季室内外温差大，卸料时瞬间产生的蒸汽量多，故在厂房设计上，层高增加了2层，排汽方式采用天窗排气，从实际运行来看，达到了目的。

5 运行情况炭黑污水处理装置自投产以来，一直运行良好，经装置处理后的污水，可全部达标回用，并副产粗炭黑，成品含水率小于70％；压滤机滤布的实际使用周期大于3个月，卸料操作方便，没有出现滤布粘料情况；运行维护费用较低，总运行费用在30万元/a以内；经济效益显著，年生产按8000h计，其回收软化水和炭黑的经济效益约为206.2万元/a。

达到了工艺可行、设计合理、运行稳定、操作方便、维护费用低等预期目的。

该厂炭黑污水主要污染物为炭黑、氰化物、重金属，一般炭黑的质量分数在0.58％，氰化物总的质量分数小于0.00003％，Fe，Ni，Co，Cu等重金属的质量分数均小于0.00002％，因此，本工艺主要处理污染物为炭黑，黑色的炭黑污水经装置处理后，出水无色、浊度小于5度，实际进装置的污水量约60t/h，去除炭黑夹带的水量、卸料操作漏量（循环回收）及其他用水量等，每小时可重复利用软水约50t。

6 结语采用2级过滤对造气车间重油气化产生的炭黑污水进行综合治理，既治理了污水又可副产炭黑、回收软化水和热量。

既使炭黑污水实现零排放，又彻底解决了炭黑对环境的污染，保护了当地的水资源，有显著的经济效益和社会效益。