ZW型重力式無閥濾池，主重力式無閥濾池具有無大型閥門、正水頭過濾、沖洗自動化、造價低及操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在鐵路或縣鎮(zhèn)中小型水廠中得到了廣泛的應(yīng)用。但重力式無閥濾池存在以下問題：進(jìn)水系統(tǒng)復(fù)雜、施工要求高；進(jìn)水過程易夾氣，影響正常的過濾和反沖洗；采用單層石英砂濾料，濾池產(chǎn)水量低，不能滿足供水量日益增大的要求。
1 改造后的構(gòu)造和工作原理
改造后的無閥濾池構(gòu)造見圖1。過濾時的工作情況：渾水經(jīng)進(jìn)水總管1流入進(jìn)水分配箱22，由進(jìn)水分配堰2進(jìn)入豎井進(jìn)水渠3，經(jīng)消能板4消能后，均勻地分布在濾料層5上，通過承托層6、小阻力配水系統(tǒng)7進(jìn)入底部配水空間8。濾后水從底部配水空間經(jīng)連通區(qū)9上升到?jīng)_洗水箱 10。當(dāng)水箱水位達(dá)到出水渠11的溢流堰頂后，溢入渠內(nèi)，最后流入清水池。反沖洗時的工作情況：濾池運(yùn)行中，濾層阻力逐漸增加，虹吸上升管14中的水位相應(yīng)逐漸升高。當(dāng)水位達(dá)到虹吸輔助管12管口時，水自該管中落下，并通過抽氣管13不斷將虹吸下降管15中的空氣帶走，使虹吸管中形成真空。當(dāng)虹吸上升管中的水越過虹吸管頂端與虹吸下降管中上升的水柱相匯時，兩股水流匯成一股，沖出虹吸下降管管口，把虹吸管中殘存的空氣全部帶走，形成連續(xù)的虹吸流。這時，水箱中的水自下而上對濾料進(jìn)行反沖洗。
圖1 改造后的重力式無閥濾池結(jié)構(gòu)
1 進(jìn)水總管 2 進(jìn)水分配堰 3 豎井進(jìn)水渠 4 消能板 5 濾料層 6 承托層 7 小阻力配水系統(tǒng) 8 配水空間 9 連通區(qū) 10 沖洗水箱 11 出水渠 12 虹吸輔助管 13 抽氣管 14 虹吸上升管 15 虹吸下降管 16 排水渠 17 反沖洗調(diào)節(jié)器 18 虹吸破壞斗 19 虹吸破壞管 20 傘形頂蓋 21 水封斗 22 進(jìn)水分配箱
在沖洗過程中，水箱內(nèi)水位逐漸下降。當(dāng)水位下降到虹吸破壞斗18時，虹吸破壞管19把小斗中的水吸完。管口與大氣相通，虹吸破壞，沖洗結(jié)束，過濾重新開始。
2 技術(shù)改造要點(diǎn)及其分析
(1) 改變渾水進(jìn)水方式，取消原無閥濾池的進(jìn)水U型存水彎和進(jìn)水三通，增加豎井進(jìn)水渠3 。豎井進(jìn)水渠在池子內(nèi)部連接濾池的進(jìn)水分配箱和傘形頂蓋。濾池進(jìn)水分配箱中的渾水直接 由豎井進(jìn)水渠進(jìn)入錐形罩體內(nèi)部。給水所中原有160m3/h的重力式無閥濾池是按國家標(biāo)準(zhǔn) 圖建造的，濾池在進(jìn)水過程中夾進(jìn)的氣體，一部分可上逸并通過排水虹吸管出口端排出池外 ，一部分將進(jìn)入濾池并在傘形頂蓋下積聚且受壓縮。在濾池過濾階段，受壓縮的氣體會時斷 時續(xù)地膨脹并將虹吸管中的水頂出池外，影響正常過濾；在濾池反沖洗階段，受壓縮的氣體 會使排水虹吸管虹吸破壞不徹底，造成濾池連續(xù)反沖洗。這兩種現(xiàn)象在原有的重力式無閥濾 池運(yùn)行中時有發(fā)生，影響給水所的正常生產(chǎn)。目前，解決這種現(xiàn)象采取的措施是：在進(jìn)水管 上設(shè)置進(jìn)水U型存水彎或在適當(dāng)位置設(shè)置氣水分離器。前者(國家標(biāo)準(zhǔn)圖中采用的)較方便但 解決措施不徹底，后者需增加設(shè)備。為了保證進(jìn)水系統(tǒng)不產(chǎn)生夾氣運(yùn)行現(xiàn)象，考慮以下幾方 面：①防止濾池夾氣運(yùn)行。原進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)水管中的流速較大(規(guī)范中的設(shè)計(jì)流速為0 .5～0.7m/s)，空氣不易從水中分離；改造后的進(jìn)水系統(tǒng)豎井進(jìn)水渠中的流速較小(設(shè)計(jì)流速為0.1m/s左右)，水流的夾氣作用減弱。②排除積聚在傘形頂蓋下面受壓縮的氣體。在過濾初期，虹吸管中氣體和進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)水過程中夾進(jìn)的氣體積聚在傘形頂蓋下面，由于豎井進(jìn)水渠中水流速度較小，氣體受壓縮后易于從豎井進(jìn)水渠中分離。
(2) 改變進(jìn)水分配箱。據(jù)報(bào)道：標(biāo)準(zhǔn)圖中的無閥濾池產(chǎn)生夾氣運(yùn)行的主要原 因是分配水箱中的配水堰與濾池進(jìn)水管口兩次水位跌差造成的，當(dāng)渾水進(jìn)入濾池的進(jìn)水管時，在管口又形成一個"跌水漏斗"形的水封，這種水封將空氣帶入進(jìn)水管內(nèi)并阻礙從管內(nèi)分離出來的空氣排出。改造后的無閥濾池進(jìn)水系統(tǒng)，由于豎井進(jìn)水渠中的水流速度較小，管口水封作用減弱，所以作者認(rèn)為進(jìn)水分配水箱設(shè)計(jì)時僅需滿足水力條件。
(3) 改用單層均質(zhì)石英砂濾料層，石英砂濾料層的粒徑為0.8～1.0mm，厚度為1100mm。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，濾料層的設(shè)計(jì)膨脹率取30%，反沖洗強(qiáng)度取15L/(s·m2)，設(shè)計(jì)濾速取13m/h(為了保證安全，設(shè)計(jì)濾速偏低，通過實(shí)際運(yùn)行，作者認(rèn)為濾速還可以提高一些)。承托層的級配及其厚度同標(biāo)準(zhǔn)圖。
(4) 在虹吸上升管管口安裝水封斗21。其主要作用是：①增加濾料層膨脹后與虹吸上升管管口之間的安全高度。②防止濾池反沖洗過程中跑砂。③便于濾池調(diào)試運(yùn)行，防止調(diào)試過程中濾料流失。
3 運(yùn)行情況
上饒鐵路東門給水所水源取自信江。原水濁度在10～700NTU之間，水力循環(huán)澄清池的出水濁度在8NTU以下，改造后的無閥濾池的出水濁度在3NTU以下。運(yùn)行過程中，改造后的無閥濾池與給水所原有的無閥濾池對比表明：改型后的濾池運(yùn)行穩(wěn)定，從未出現(xiàn)過夾氣運(yùn)行現(xiàn)象，工作周期比原有的無閥濾池相對延長。
型號規(guī)格產(chǎn)水量m3/h濾池個數(shù)組體形式單體外形尺寸mm單體運(yùn)行量㎏
ZW-F-20202組體形式
方形一體2000×1100×434015450
ZW-F-30302000×1630×440222170
ZW-F-40402165×2000×444228970
ZW-F-50502710×2000×444235300
ZW-F-60602600×2500×450242860
ZW-F-80803000×2900×454757010
ZW-F-1001002方形兩體組合2100×2600×451237560
ZW-F-1251252255×3000×455846230
ZW-F-1501502705×3000×455854600
ZW-F-1751753160×3000×455863200
ZW-F-2002002圓形兩體組合￠3720×H517470450
ZW-F-240240￠4080×H5247184490
ZW-F-320320￠4700×H5412113540
ZW-F-400400￠5260×H5523147490
ZW-F-500500￠5870×H5669184490
ZW-F-3003003圓形三體組合￠3720×H444462180
ZW-F-360360￠4080×H451774980
ZW-F-480480￠4700×H4682100460
ZW-F-600600￠5260×H4793137870
ZW-F-750750￠5870×H4939173190
1 改造后的構(gòu)造和工作原理
改造后的無閥濾池構(gòu)造見圖1。過濾時的工作情況：渾水經(jīng)進(jìn)水總管1流入進(jìn)水分配箱22，由進(jìn)水分配堰2進(jìn)入豎井進(jìn)水渠3，經(jīng)消能板4消能后，均勻地分布在濾料層5上，通過承托層6、小阻力配水系統(tǒng)7進(jìn)入底部配水空間8。濾后水從底部配水空間經(jīng)連通區(qū)9上升到?jīng)_洗水箱 10。當(dāng)水箱水位達(dá)到出水渠11的溢流堰頂后，溢入渠內(nèi)，最后流入清水池。反沖洗時的工作情況：濾池運(yùn)行中，濾層阻力逐漸增加，虹吸上升管14中的水位相應(yīng)逐漸升高。當(dāng)水位達(dá)到虹吸輔助管12管口時，水自該管中落下，并通過抽氣管13不斷將虹吸下降管15中的空氣帶走，使虹吸管中形成真空。當(dāng)虹吸上升管中的水越過虹吸管頂端與虹吸下降管中上升的水柱相匯時，兩股水流匯成一股，沖出虹吸下降管管口，把虹吸管中殘存的空氣全部帶走，形成連續(xù)的虹吸流。這時，水箱中的水自下而上對濾料進(jìn)行反沖洗。
圖1 改造后的重力式無閥濾池結(jié)構(gòu)
1 進(jìn)水總管 2 進(jìn)水分配堰 3 豎井進(jìn)水渠 4 消能板 5 濾料層 6 承托層 7 小阻力配水系統(tǒng) 8 配水空間 9 連通區(qū) 10 沖洗水箱 11 出水渠 12 虹吸輔助管 13 抽氣管 14 虹吸上升管 15 虹吸下降管 16 排水渠 17 反沖洗調(diào)節(jié)器 18 虹吸破壞斗 19 虹吸破壞管 20 傘形頂蓋 21 水封斗 22 進(jìn)水分配箱
在沖洗過程中，水箱內(nèi)水位逐漸下降。當(dāng)水位下降到虹吸破壞斗18時，虹吸破壞管19把小斗中的水吸完。管口與大氣相通，虹吸破壞，沖洗結(jié)束，過濾重新開始。
2 技術(shù)改造要點(diǎn)及其分析
(1) 改變渾水進(jìn)水方式，取消原無閥濾池的進(jìn)水U型存水彎和進(jìn)水三通，增加豎井進(jìn)水渠3 。豎井進(jìn)水渠在池子內(nèi)部連接濾池的進(jìn)水分配箱和傘形頂蓋。濾池進(jìn)水分配箱中的渾水直接 由豎井進(jìn)水渠進(jìn)入錐形罩體內(nèi)部。給水所中原有160m3/h的重力式無閥濾池是按國家標(biāo)準(zhǔn) 圖建造的，濾池在進(jìn)水過程中夾進(jìn)的氣體，一部分可上逸并通過排水虹吸管出口端排出池外 ，一部分將進(jìn)入濾池并在傘形頂蓋下積聚且受壓縮。在濾池過濾階段，受壓縮的氣體會時斷 時續(xù)地膨脹并將虹吸管中的水頂出池外，影響正常過濾；在濾池反沖洗階段，受壓縮的氣體 會使排水虹吸管虹吸破壞不徹底，造成濾池連續(xù)反沖洗。這兩種現(xiàn)象在原有的重力式無閥濾 池運(yùn)行中時有發(fā)生，影響給水所的正常生產(chǎn)。目前，解決這種現(xiàn)象采取的措施是：在進(jìn)水管 上設(shè)置進(jìn)水U型存水彎或在適當(dāng)位置設(shè)置氣水分離器。前者(國家標(biāo)準(zhǔn)圖中采用的)較方便但 解決措施不徹底，后者需增加設(shè)備。為了保證進(jìn)水系統(tǒng)不產(chǎn)生夾氣運(yùn)行現(xiàn)象，考慮以下幾方 面：①防止濾池夾氣運(yùn)行。原進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)水管中的流速較大(規(guī)范中的設(shè)計(jì)流速為0 .5～0.7m/s)，空氣不易從水中分離；改造后的進(jìn)水系統(tǒng)豎井進(jìn)水渠中的流速較小(設(shè)計(jì)流速為0.1m/s左右)，水流的夾氣作用減弱。②排除積聚在傘形頂蓋下面受壓縮的氣體。在過濾初期，虹吸管中氣體和進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)水過程中夾進(jìn)的氣體積聚在傘形頂蓋下面，由于豎井進(jìn)水渠中水流速度較小，氣體受壓縮后易于從豎井進(jìn)水渠中分離。
(2) 改變進(jìn)水分配箱。據(jù)報(bào)道：標(biāo)準(zhǔn)圖中的無閥濾池產(chǎn)生夾氣運(yùn)行的主要原 因是分配水箱中的配水堰與濾池進(jìn)水管口兩次水位跌差造成的，當(dāng)渾水進(jìn)入濾池的進(jìn)水管時，在管口又形成一個"跌水漏斗"形的水封，這種水封將空氣帶入進(jìn)水管內(nèi)并阻礙從管內(nèi)分離出來的空氣排出。改造后的無閥濾池進(jìn)水系統(tǒng)，由于豎井進(jìn)水渠中的水流速度較小，管口水封作用減弱，所以作者認(rèn)為進(jìn)水分配水箱設(shè)計(jì)時僅需滿足水力條件。
(3) 改用單層均質(zhì)石英砂濾料層，石英砂濾料層的粒徑為0.8～1.0mm，厚度為1100mm。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，濾料層的設(shè)計(jì)膨脹率取30%，反沖洗強(qiáng)度取15L/(s·m2)，設(shè)計(jì)濾速取13m/h(為了保證安全，設(shè)計(jì)濾速偏低，通過實(shí)際運(yùn)行，作者認(rèn)為濾速還可以提高一些)。承托層的級配及其厚度同標(biāo)準(zhǔn)圖。
(4) 在虹吸上升管管口安裝水封斗21。其主要作用是：①增加濾料層膨脹后與虹吸上升管管口之間的安全高度。②防止濾池反沖洗過程中跑砂。③便于濾池調(diào)試運(yùn)行，防止調(diào)試過程中濾料流失。
3 運(yùn)行情況
上饒鐵路東門給水所水源取自信江。原水濁度在10～700NTU之間，水力循環(huán)澄清池的出水濁度在8NTU以下，改造后的無閥濾池的出水濁度在3NTU以下。運(yùn)行過程中，改造后的無閥濾池與給水所原有的無閥濾池對比表明：改型后的濾池運(yùn)行穩(wěn)定，從未出現(xiàn)過夾氣運(yùn)行現(xiàn)象，工作周期比原有的無閥濾池相對延長。
型號規(guī)格產(chǎn)水量m3/h濾池個數(shù)組體形式單體外形尺寸mm單體運(yùn)行量㎏
ZW-F-20202組體形式
方形一體2000×1100×434015450
ZW-F-30302000×1630×440222170
ZW-F-40402165×2000×444228970
ZW-F-50502710×2000×444235300
ZW-F-60602600×2500×450242860
ZW-F-80803000×2900×454757010
ZW-F-1001002方形兩體組合2100×2600×451237560
ZW-F-1251252255×3000×455846230
ZW-F-1501502705×3000×455854600
ZW-F-1751753160×3000×455863200
ZW-F-2002002圓形兩體組合￠3720×H517470450
ZW-F-240240￠4080×H5247184490
ZW-F-320320￠4700×H5412113540
ZW-F-400400￠5260×H5523147490
ZW-F-500500￠5870×H5669184490
ZW-F-3003003圓形三體組合￠3720×H444462180
ZW-F-360360￠4080×H451774980
ZW-F-480480￠4700×H4682100460
ZW-F-600600￠5260×H4793137870
ZW-F-750750￠5870×H4939173190