1.3　城市給水廠常規處理工藝

城市給水處理的常規工藝，即四段法，包括混凝、沉淀、過濾、消毒。

1.3.1　混凝

1.混凝機理

水處理中的混凝現象比較復雜，不同種類的混凝劑以及不同的水質條件，混凝劑作用機理都有所不同。混凝劑對水中膠體粒子的混凝作用歸納起來有4種：壓縮雙電層、吸附—電性中和、吸附架橋和網捕或卷掃作用。

壓縮雙電層作用：根據DLVO理論，要使膠粒通過布朗運動相撞聚集，必須降低或消除排斥能峰。降低排斥能峰的方法是降低或消除膠粒的ζ電位。可以通過向水中投加電解質來實現。

吸附—電性中和作用：吸附—電性中和作用是指膠粒表面對異號離子、異號膠粒或高分子物質帶異號電荷的部位有強烈地吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，降低其ζ電位，并減小了膠體間的靜電斥力，因而易與其他顆粒接近而相互發生吸附。這種現象在水處理中出現的較多。

吸附架橋作用：當高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，形成“膠粒—高分子—膠粒”的絮凝體（圖1.1）。高分子起了膠粒與膠粒之間相互結合的橋梁作用，故稱吸附架橋作用。當高分子物質投量過多時，全部膠粒的吸附面均被高分子覆蓋以后，兩膠粒接近時，就受到高分子的阻礙而不能聚集（圖1.2）。

網捕或卷掃作用：當向水中投加很大劑量的鋁鹽或鐵鹽混凝劑后，在水解和聚合作用下，金屬離子會以水中的膠粒為晶核形成膠體狀沉淀物；或者當這種沉淀物從水中析出的過程中，會吸附和網捕水中膠粒產生共同沉降。這種作用，基本上是一種機械作用，所需要的混凝劑量與原水雜質含量成反比，即原水膠體雜質含量少時，所需混凝劑多，反之亦然。

2.混凝劑和助凝劑

水處理中把為使膠體微粒脫穩沉淀而投加的電解質稱為混凝劑。混凝劑種類很多，據目前所知，不少于200～300種類之多。按化學成分可分為無機和有機兩大類。常見的混凝劑見表1.3。目前在水處理中主要使用的是鐵鹽和鋁鹽及其水解聚合物等無機混凝劑，而有機高分子混凝劑使用較少。本節僅介紹常用的幾種混凝劑。

（1）無機混凝劑。

1）鋁鹽，常用的鋁鹽混凝劑有硫酸鋁和聚合鋁兩種。硫酸鋁鹽的混凝效果受實際環境影響較大。聚合鋁包括聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁等，混凝效果受環境因素影響相對較小，效能優于硫酸鋁。目前使用最多的是聚合氯化鋁。

2）鐵鹽，常用的鐵鹽混凝劑有三氯化鐵、硫酸亞鐵以及聚合鐵等。三氯化鐵是鐵鹽混凝劑中最常用的一種。通常情況下，3價鐵適用pH值范圍較寬，形成的絮凝體比鋁鹽絮體密實。但三氯化鐵腐蝕性較強，固體產品易潮解，保存困難。另外，使用硫酸亞鐵做混凝劑時，應設法將Fe2＋氧化成Fe3＋來發揮混凝效果。因為固態硫酸亞鐵是半透明綠色結晶體（俗稱綠礬），會使處理后的水帶色且混凝效果不及Fe3＋。聚合鐵包括聚合硫酸鐵和聚合氯化鐵。同聚合鋁一樣，聚合鐵實質上是在使用前已經發生了一定程度水解聚合反應的產物。其混凝效果優于三氯化鐵，而且腐蝕性明顯降低。

（2）有機高分子混凝劑。高分子混凝劑一般為線性高分子聚合物，分子成鏈狀，由很多鏈節組成。每一個鏈節為一組成單體，各單體以共價鍵結合。按基團的帶電性可分為陰離子型、陽離子型、兩性型及非離子型四種。水處理中常用的是陰離子型、陽離子型和非離子型三種。

非離子型聚合物的主要品種有聚丙烯酰胺（PAM）和聚氧乙烯（PEO），前者是目前使用最廣泛的人工合成有機高分子混凝劑。使用聚丙烯酰胺時，通常要將其在堿性條件下進行部分水解，生成陰離子型聚合物。水解度一般控制在30%～40%，以防止負電性過強對膠體絮凝產生阻礙作用。目前，聚丙烯酰胺通常作為助凝劑配合鋁鹽或鐵鹽使用，促進絮體聚合。由于其單體有毒，在使用時應嚴格控制單體殘留量，我國規定聚丙烯酰胺混凝劑中丙烯酰胺含量不得超過0.2%，有的國家規定不得超過0.05%。

（3）助凝劑。當單獨使用混凝劑不能取得預期效果時，需要投加某種輔助藥劑以提高混凝效果，這種藥劑稱為助凝劑。

助凝劑可以分為兩類：一類高分子助凝劑可以通過吸附架橋作用促使細小而松散的絮體變得粗大而密實，即這類助凝劑本身具備混凝性能，如聚丙烯酰胺、骨膠、活化硅酸等。這樣的助凝劑與原有混凝劑可以起到協同增效作用，提高混凝效果。其中，聚丙烯酰胺是高濁水處理中使用最多的助凝劑，可以明顯減少鋁鹽或鐵鹽混凝劑用量。骨膠易溶于水，無毒、無腐蝕性，與鋁鹽或鐵鹽混凝劑配合使用效果顯著，但價格較高。此外，骨膠不能預制久存，需要現場配置。活化硅酸作為處理低溫、低濁水的助凝劑效果較顯著，也存在需要現場調制的使用不方便問題。

另一類助凝劑本身不參加混凝，但能通過改善混凝劑特性進行促進混凝過程。如投加石灰、硫酸等調整水的pH值，促進混凝劑水解反應；投加Cl2、O3等氧化劑類來破壞干擾混凝的物質（如有機物等）或將亞鐵鹽類混凝劑氧化成混凝效果較好的Fe3＋。

3.影響混凝效果的主要因素

影響混凝效果的因素比較復雜，主要包括：水溫、水化學特性、雜質性質和濃度以及水力條件等。

（1）水溫影響。水溫尤其是低溫對混凝效果有明顯的影響。水處理過程中，當地表水溫低達0～2℃時，盡管投加了大量的混凝劑，依然存在絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細小、松散等較差的混凝效果。

（2）水的pH值及堿度影響。水的pH值對混凝效果的影響程度，視混凝劑品種而異。用鋁鹽除濁時，最佳pH值為6.5～7.5；用于去除水的色度時，pH值宜為4.5～5.5。采用三價鐵鹽作混凝劑時，pH值范圍較寬，除濁時pH值控制在6.0～8.4之間，除色時pH值為5.0～5.5。使用亞鐵鹽作混凝劑時，為了提高混凝效果可將水的pH值提高至8.5以上，利用水中的溶解氧將二價鐵氧化成三價鐵。由于這種方法操作比較復雜，通常采用氯化法實現。

高分子混凝劑的混凝效果受水的pH值影響較小。

由鋁鹽水解反應可知，水解過程不斷產生H＋，從而導致水的pH值下降。當原水中堿度不足或混凝劑投量較高時，通常采用石灰來中和混凝劑水解過程中產生的H＋。

（3）水中懸浮物濃度的影響。水中膠體濃度很低時，顆粒碰撞速率大大減少，混凝效果差。為了提高低濁水的混凝效果，通常采取以下措施：①在投加鋁鹽或鐵鹽混凝劑的同時，投加高分子助凝劑；②投加黏土等礦物顆粒以增加混凝劑水解產物的凝結中心，提高顆粒碰撞速率并增加絮凝體密度；③投加混凝劑后直接過濾，濾料即成為絮凝中心。

如果原水懸浮物含量較高，如我國西北等地區的高濁水源，為了使懸浮物吸附電中和脫穩，所需鋁鹽或鐵鹽混凝劑量將相應大大增加。為了減少混凝劑用量，通常投加聚丙烯酰胺等高分子助凝劑。

（4）水力條件對混凝的影響。顆粒間的碰撞是混凝的首要條件，引起水中顆粒相互碰撞的動力來源于顆粒本身的布朗運動和水力或機械攪拌作用。由布朗運動所造成的顆粒碰撞聚集稱異向絮凝，由流體運動所造成的顆粒碰撞聚集稱同向絮凝。

在水處理中自混凝劑與水混合起直到大顆粒絮凝體形成為止，在處理工藝上總稱混凝過程，一般分為混合和絮凝兩個階段。在混合階段，水中雜質顆粒微小，異向絮凝占主導地位，此時對水流劇烈攪拌的主要目的是使藥劑快速均勻地分散于水中，以利于混凝劑快速水解、聚合及顆粒脫穩。由于該過程進行很快，時間通常在10～30s，最多不超過2min。絮凝階段主要是依靠機械或水力攪拌促使在混合階段形成的小凝聚體顆粒碰撞絮凝形成大的礬花，故屬于同向絮凝。其絮凝結果不僅與水流的速度梯度有關，還與絮凝時間有關。通常速度梯度越大，顆粒碰撞速率越大，絮凝效果越好。然而隨著速度梯度的增大，水流剪切力也隨之增大，對于已經形成的絮凝體又有破壞的可能。在絮凝過程中，絮凝體尺寸逐漸增大，粒徑變化可從微米級增到毫米級。由于大的絮體容易破碎，故在整個絮凝過程，速度梯度應漸次減小。

4.混凝劑的配制與投加

混凝過程中的混合和絮凝兩個階段分別在混合設備和絮凝設備中完成。其中藥劑的投配流程如圖1.3所示。

首先將藥劑在溶解池中溶解，在溶液池中調節其濃度，最后通過計量設備和投加設備將藥劑溶液投入混合設備中。混凝劑溶液在混合設備中通過水流的劇烈攪拌作用快速均勻地分散于水中，并快速水解、聚合使雜質顆粒發生脫穩并形成小絮體。水體進入絮凝設備后通過機械或水力攪拌作用促使小凝聚體顆粒碰撞絮凝形成大的礬花，以便后續沉淀。

混凝劑投加分固體投加和液體投加兩種方式。通常將固體溶解后配成一定濃度溶液投入水中。

（1）混凝劑的溶解和配制。混凝劑在溶解池中進行溶解。大、中型水廠的溶解池通常為混凝土結構，并配有加速藥劑溶解的攪拌裝置。攪拌裝置有機械攪拌、壓縮空氣攪拌、水力攪拌等方式。其中機械攪拌是以電機驅動槳板或渦輪攪動溶液。這種方式設備簡單、操作方便，使用較普遍。向溶解池內通入壓縮空氣進行攪拌的壓縮空氣攪拌方式，由于機械設備不直接與溶液接觸，使用維修方便。但與機械攪拌相比，動耗較大，溶解速度慢，需要有現成氣源或設置壓縮空氣機等。壓縮空氣攪拌方式常用于大型水廠。常見的水力攪拌方式是利用水廠二級泵站高壓水沖動藥劑，這種方式一般僅用于中、小水廠和易溶解混凝劑。

（2）混凝劑的計量與投加。藥液投入原水中必須有計量或定量設備，并能根據水量、水質進行隨時調整。既可手動控制，也可實現自動控制的計量設備有：流量計（轉子、電磁）、計量泵等；僅適用于手動的計量設備有苗嘴。其中苗嘴屬于孔口計量設備，結構簡單，可通過更換不同口徑的苗嘴來調整投藥量，目前在水廠中仍有使用。

常用的藥劑投加方式有泵前投加、高位溶液池重力投加（圖1.4）、水射器投加（圖1.5）和計量泵或耐酸泵投加等。

混凝劑最佳投加量是指達到即定水質指標所需的最小混凝劑投量。由于影響混凝效果的因素較復雜，而且在水廠運行過程中水質、水量不斷變化，故要達到最佳劑量需要即時調節投量。目前我國大多數水廠還是根據實驗室混凝攪拌試驗確定混凝劑最佳劑量，然后進行人工調節。為了提高混凝效果、節省耗藥量，混凝工藝的自動控制技術已經推廣使用。

5.混合設備

混合設備要求實現藥劑與水快速均勻混合，有水泵混合、管式混合、機械混合和水力混合器四種形式。

（1）水泵混合。水泵混合就是藥劑投加在水泵吸水管或吸水口處，利用水泵葉輪高速旋轉以達到快速混合的目的。水泵混合效果好，不需要另建混合設施，節省動力，大、中、小型水廠均可采用。但當取水泵站距水廠處理構筑物較遠時，經水泵混合后的原水在長距離管道輸送過程中，可能過早在管內形成絮體。已經形成的絮體一旦破碎，很難重新聚集，不利于后續絮凝。如果管內流速過低，絮體還可能沉積于管中。因此，水泵混合通常用于取水泵房靠近水廠的處理構筑物，且兩者間距不大于150m的場合。

（2）管式混合。最簡單的管式混合是直接將藥劑投加在水泵的壓水管內，借助管中水流高速沖刷作用進行混合。這種管道混合簡單易行，水頭損失小，但當管中流速較低時，會存在混合不充分的問題。為了提高混合效果，可在管內增設孔板或將其改裝成文丘里管。

管式靜態混合器是目前廣泛使用的一種管道混合方式（圖1.6）。混合器內按要求安裝了若干固定混合單元。每一單元由按一定角度交叉安裝于管內的若干固定葉片組成。水流和藥液通過混合器時，將被單元多次分割、改向并形成旋渦，達到混合目的。這種混合器結構簡單，安裝方便，混合快速均勻。缺點是水頭損失較大，且當流量較小時混合效果會因水流紊亂程度不夠而下降。

擴散混合器是在管式孔板混合器前加裝一個錐形帽（圖1.7）。水流和藥液對沖錐形帽后擴散形成劇烈的紊流，從而使水與藥液達到快速混合的目的。

（3）機械混合。在混合池內安裝攪拌裝置，以電機驅動攪拌器使水和藥劑混合。攪拌器有槳板式、螺旋板式和透平式等。混合時間控制在10～30s以內，最多不超過2min。機械混合池在設計中應避免水流同步旋轉而降低混合效果。盡管機械攪拌混合效果好，不受水質水量變化的影響，但由于需要額外建設混合池，而且增加機械設備及相應的維修工作，目前正逐步被其他混合方式所取代。

目前存在的水力混合方式在我國水廠應用較少，故不做介紹。

6.絮凝設備

絮凝設備的任務是使細小絮體逐漸凝聚成肉眼可見的密實絮體，以便沉淀除去。絮凝池習慣上稱反應池，要求水流紊亂程度適宜，既能為細小絮體的逐漸長大創造良好的碰撞機會和吸附條件，又防止碰撞打碎已經形成的較大礬花。因此，攪拌強度較混合階段要小，但水力停留時間較長。絮凝池形式較多，概括起來可以分成水力攪拌和機械攪拌兩大類。我國近幾十年來，新型的水力攪拌絮凝池不斷涌現，逐步替代了傳統機械攪拌絮凝池。下面介紹幾種常用的水力攪拌絮凝池。

（1）隔板反應池。隔板反應池應用歷史悠久，有往復式和回轉式兩種（圖1.8）。往復式反應池內水流做180°轉彎，局部水頭損失較大。而這部分能量的消耗往往無助于絮凝效果的提高。180°急劇轉彎會使絮體有破壞的可能，尤其在絮凝的后期。與往復式隔板反應池相比，回轉式隔板反應池內水流作90°轉彎，總水頭損失小40%左右，絮凝效果也有所提高。

從反應器原理而言，隔板反應池接近于推流型。為了避免絮凝體破碎，廊道內的流速及轉彎處流速應沿程逐漸減少。根據具體情況，施工中將絮凝池分成流速沿程遞減的若干段，一般分成4～6段。為了達到流速遞減的目的，一種方法是將隔板間距從起端至末端逐段放寬；另一種方法是隔板間距不變，從起端至末端池底逐漸降低。因前者施工方便，采用較多。

為減少水流轉彎處水頭損失，轉彎處過水斷面積應為廊道過水斷面積的1.2～1.5倍。同時，水流轉彎處盡量做成圓弧形。隔板間凈距一般大于0.5m，以便施工和檢修。為了便于排泥，池底應有0.02～0.03坡度并設置直徑不小于150mm的排泥管。

隔板式反應池結構簡單，維護方便，在處理水量波動不大的情況下，絮凝效果較穩定。考慮到處理水量較小時隔板間距狹窄，施工和維修不變，隔板式反應池通常用于大、中型水廠。在實際應用中，往往將往復式和回轉式組合使用。在絮凝初期采用往復式，絮凝后期采用對絮體破壞性小的回轉式。

（2）折板反應池。折板反應池是在隔板絮凝池基礎上發展起來的，通常采用豎流式。即隔板改成具有一定角度的折板，由多格組成（圖1.9）。折板可以波峰對波谷平行安裝，稱為同波折板；也可以波峰相對安裝，稱異波折板（圖1.10）。水流在同波折板之間連續不斷地曲折流動或在異波折板之間縮、放流動，以至于形成眾多的小旋渦，提高顆粒碰撞絮凝效果。

為了實現絮凝過程水力梯度逐漸減小的目的，在應用中經常將同波、異波和平板進行組合使用。如在反應池中開始采用同波折板，中間采用異波折板，后面采用對水流擾動較小的平板。與隔板反應池相比，折板反應池中水流條件得到了很大改善，所需要的絮凝時間短，池子容積小。

同隔板式反應池一樣，折板反應池的折板間流速通常也分段設計，且分段數不宜少于3。折板夾角采用90°～120°。折板可用鋼絲網水泥板或塑料板等拼裝組成，波高一般采用0.25～0.40m。

折板反應池隔板間距小，安裝維修較困難，折板費用高。故通常用于中、小型水廠。

（3）穿孔旋流反應池。穿孔旋流反應池由若干格組成，分格數一般不少于6。各格之間的隔壁上沿池壁開孔，孔口上下交錯布置（圖1.11）。水流沿池壁切線方向進入后形成旋流。第一格孔口尺寸最小，流速最大，水流在池內旋轉速度也最大。而后孔口尺寸逐漸增大，流速逐格減小。

穿孔旋流反應池受流量變化影響較大，絮凝效果欠佳，池底也容易產生積泥現象。其優點是結構簡單，施工方便，造價低。目前經常與其他形式反應池組合使用。

（4）網格反應池。網格反應池由穿孔旋流反應池發展而來，是我國近年研制成功并推廣使用的一種新型反應池。它是在穿孔旋流反應池的豎井內安裝若干層網格或柵條。每個豎井內的網格或柵條數自進水端至出水端逐漸減少，一般分成3段，前段為密網，中段為疏網，末段不安裝網。當水流通過格網時，相繼收縮、擴大形成大量渦旋，造成顆粒間相互碰撞。

網格反應池效果好，水頭損失小，絮凝時間短，池體占地面積小。但在運行中，其末端池底仍存在積泥現象，少數水廠還出現網格上滋生藻類、堵塞網眼等問題。網格式反應池目前在新建水廠或老廠改造中應用較多。

1.3.2　沉淀

水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程稱為沉淀。顆粒比重大于1時，表現為下沉；小于1時，表現為上浮。在凈水處理中，顆粒的沉淀分為兩種情況：一種是顆粒在沉降過程中，彼此間沒有干擾，只受顆粒本身的重力和水流阻力的作用，稱為自由沉淀；另一種是顆粒在沉淀過程中，彼此相互擁擠干擾，稱為擁擠沉淀。沉淀工藝簡單，應用極為廣泛，主要用于去除水中100μm以上的顆粒。

沉淀池是分離水中懸浮顆粒物的一種常見處理構筑物。原水經投藥、混合與絮凝后，水中懸浮的雜質已經形成粗大絮凝體，要在沉淀池中沉淀使水得以澄清。沉淀池的出水濁度一般在10NTU以下，甚至更低。

按照水流方向沉淀池可分為平流式、豎流式、輻流式及斜流式四種。其中平流式和斜流式（又稱斜板或斜管沉淀池）在給水處理中比較常用。本節重點介紹這兩類沉淀池，其他形式在污水處理中介紹。

1.平流式沉淀池

平流式沉淀池的池身為矩形，分為進水區、沉淀區、泥區和出水區。經過混凝的原水流入沉淀池后，在整個進水斷面上均勻分配進入沉淀區，并從池子的另一端出口區流出，沉積到泥區的污泥被連續或定期排出池外。

（1）進水區。進水區的作用是使流量均勻分布在整個進水斷面上，應盡量減小擾動。通常采用在進水區內設置穿孔墻進行布水（圖1.12）。為了防止絮體破碎，孔口流速不宜大于0.15～0.2m／s；為了保證穿孔墻的強度，洞口總面積也不宜過大。為減少進口射流，洞口的斷面形狀沿水流方向漸次擴大。也可采用配水孔或者縫隙代替洞口。

（2）沉淀區。為了改善水流條件，一般在平流沉淀池內部設置導流墻對水體進行縱向分隔。

沉淀區的高度H應滿足前后相連水處理構筑物的高程布置要求，一般為3～5m。沉淀區的長度L決定于水平流速v和水力停留時間t，即L＝vt。寬度B由處理流量Q，池深H和水平流速v求得，B＝。沉淀池的長、寬和深之間相互關聯，一般要求L／B＞4，而L／ H＞10。每格寬度宜在3～8m，不宜大于15m。

（3）出水區。出水區結構不僅控制平流式沉淀池內的水位高度，而且對沉淀池內水流均勻分布有直接影響。一般采用堰口布置或采用淹沒式出水孔口，其中溢流堰在施工中很難做水平，常采用高度可調節的三角堰代替。常見的出流結構如圖1.13所示。

為了防止出水時流線過于集中，控制堰口溢流速度小于500m3／（m·d），若不能滿足要求，需要增加出水堰長度，采用L堰或增加出水支渠，具體結構如圖1.14所示。采用淹沒式出水孔口時，需要限制孔口流速為0.6～0.7m／s，孔徑為20～30mm，孔口在水面下12～15cm，孔口出流由集水渠收集。

（4）存泥區及排泥措施。沉淀池排泥方式有泥斗排泥、穿孔管排泥及機械排泥等。泥斗和穿孔管排泥，需設置存泥區，而采用機械排泥時不需要考慮存泥區。前兩種排泥方式可在靜水壓力作用下進行間歇式排泥，但由于平流式沉淀池的池深較淺，池內的靜水壓力不足以排泥，目前基本上采用機械排泥，有泥泵抽吸和吸泥機沿著池子縱向移動進行單口掃描式吸泥兩種方式。

2.斜流式沉淀池

斜流式沉淀池又稱斜板（管）沉淀池，它是在平流沉淀池的沉淀區內加設與水平面成一定角度（一般約為60°）的斜板或斜管而構成的。

在斜板（管）沉淀池內進水從下向上流（從上向下流或水平流動），顆粒沉于斜板（管）上，當顆粒累積到一定程度后在重力作用下自動下滑。根據水流方向及顆粒的沉降方向分成異向流和同向流（圖1.15）。在實際應用中，斜板沉淀池中易出現板間積泥現象。從改善沉淀池水力條件的角度分析，斜管沉淀池的水力半徑更小，能較好地滿足水流的穩定性和層流要求。當前，我國使用較多的是斜管沉淀池，本節重點介紹斜管沉淀池。

圖1.16是異向流斜管沉淀池的示意圖。其結構包括斜管沉淀區、進水配水區、清水出水區和污泥區組成。進水由斜管自下而上流動，清水由池頂的穿孔管收集，沉積的污泥由穿孔排泥管收集，排入下水道。

（1）配水區和清水區。斜管沉淀池底部配水區高度不小于1.5m，為了使水流均勻進入配水區，要求配水前整流。可采用穿孔墻或縫隙柵條配水。整流配水孔流速一般要求不大于反應池出口流速，通常在0.15m／s以下。斜板的上部為清水區，在1m左右。

（2）斜管。斜管的斷面形狀有圓形、矩形、方形、多邊形，目前常用的是正六邊形，內切圓直徑為25～35mm。材料的選擇要求：輕質、堅牢、無毒、價廉，目前使用較多的紙質蜂窩、薄塑料板（無毒聚乙烯），木質、石棉水泥板等。選擇薄塑料板時，一般在安裝前先將薄塑料板制成蜂窩狀的六邊形塊體，在安裝現場進行黏合。塊體的平面尺寸不宜大于1m×1m，以免安裝時出現過大縫隙，造成混水短路。

斜管傾斜角θ越小，沉淀面積越大，沉淀效率越高。但θ大時，排泥容易。根據生產經驗，為使排泥通暢θ為52°～60°，目前斜管傾角多采用60°。

在斜管進口一段距離內泥水混雜，水流紊亂，此段稱為過渡段。該段以上部分出現明顯的泥水分離，稱為分離段。過渡段的長度隨管內上升流速增大而增長，由于該段的污泥濃度較大，有利于接觸絮凝，因此增長過渡段將有利于分離段的泥水分離，但這樣會增加斜管長度。一般過渡段的長度約為200mm。斜管的實際長度應該為過渡段長度加上分離段長度。由于斜管過長會增加造價，而沉淀效率的提高有限，目前斜管長度多采用800～1000mm。

（3）排泥。斜板沉淀池排泥量很大，需要有比較完善的排泥設備，一般常用斗底或穿孔管排泥，也有的用機械排泥方法，如牽引式機械刮泥機。

1.3.3　過濾

過濾是指以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質，從而使水質獲得澄清的濾層過濾工藝過程。過濾不只是機械篩濾作用的結果，主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間黏附作用的結果。在過濾過程中，水中的懸浮顆粒在與濾料黏附的同時，還受濾料孔隙中水流剪切力的作用。黏附力和水流剪切力相對大小，決定了顆粒黏附和脫落的程度。過濾初期，濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較小，水流剪切力較小，因而黏附作用占優勢。隨著過濾時間的延長，濾層中雜質逐漸增多，孔隙率逐漸減小，水流剪切力逐漸增大，以致最后黏附上的顆粒將首先脫落下來，或者被水流夾帶的后續顆粒不再有黏附現象，于是，懸浮顆粒便向下層推移，下層濾料截留作用漸次得到發揮。

常用的石英砂濾料表面一般呈負電性，則帶負電的懸浮固體因與濾料間產生相斥作用而不會自動附著在濾料表面；一些因直接碰撞在砂粒上而被截留的顆粒，還會因高速水流的剪切作用而被沖刷下來。為此，快濾池的進水要求經過混凝處理或進入濾池前添加了混凝劑，在濾層內完成接觸絮凝作用。

濾池通常置于沉淀池或澄清池之后，進一步去除水中的細小懸浮顆粒，降低出水濁度。濾池的進水濁度一般控制在10度以下，當原水濁度較低（一般在100度以下），且水質較好時，也可采用原水直接過濾。進水通過過濾，水中有機物、細菌乃至病毒等更小的粒子由于吸附作用也將隨著水的濁度降低而被部分去除。殘存在濾后水中的細菌和病毒等，由于失去懸浮物的保護或依附而呈裸露狀態，較容易在后續消毒過程中被滅活。因此，過濾是給水凈化工藝中不可缺少的重要處理措施。另外，過濾還常用在對進水濁度要求較高的處理工藝之前作預處理，如活性炭吸附、膜處理、離子交換等。

1.快濾池的工作過程

快濾池的類型很多，首先發展的是普通快濾池，后來在其基礎上又演變出許多種快濾池，如為了減少濾池閥門，出現的虹吸濾池、無閥濾池、移動沖洗罩濾池等；采用氣水反沖洗和表面助沖的V形濾池等。一般根據濾料層、水流方向、閥門位置和工作壓力進行相應區分。盡管各種濾池形式不同，但基本組成都相同，包括：池體、濾料、配水系統和承托層、反沖洗裝置和各種給排水管道或管渠。工作過程基本相同，即過濾和沖洗交錯進行。

下面以普通快濾池為例介紹其工作過程（圖1.17）。

（1）過濾。過濾時，開啟進水支管與清水支管的閥門。關閉沖洗水支管閥門與排水閥。渾水就經進水總管、進水支管從渾水渠、清水支管、清水總管流往清水池。渾水流經濾料層時，水中雜質即被截留。隨著濾層中雜質截留量的逐漸增加，濾料層中水頭損失也相應增加。一般當水頭損失增至一定程度以致濾池產水量銳減，或由于濾過水質不符合要求時，濾池便須停止過濾進行沖洗。

（2）沖洗。沖洗時，關閉進水支管與清水支管閥門。開啟排水閥與沖洗水支管閥門。沖洗水即由沖洗水總管、支管，經配水系統的干管、支管及支管上的許多孔眼流出，由下而上穿過承托層及濾料層，均勻地分布于整個濾池平面上。濾料層在由下而上均勻分布的水流中處于懸浮狀態，濾料得到清洗。沖洗廢水流入沖洗排水槽，再經渾水渠、排水管和廢水渠進入下水道。沖洗一直進行到濾料基本洗干凈為止。沖洗結束后，過濾重新開始。從過濾開始到沖洗結束的一段時間稱為快濾池工作周期。從過濾開始至過濾結束為一個過濾周期。

快濾池的產水量決定于濾速（以m／h計）和工作周期。濾速相當于濾池負荷，以單位時間、單位過濾面積上的過濾水量計，單位為m3／（m2·h）。當進水濁度在15度以下時，單層砂濾池的濾速為8～10m／h，雙層濾料濾速為10～14m／h，多層濾料濾速一般可采用18～20m／h。工作周期長短決定了濾池實際工作時間和沖洗水量的消耗。周期過短，濾池日產水量減少。工作周期一般為12～24h。

2.濾料級配與濾料組成、承托層與配水系統

（1）濾料級配。濾料的主要作用是截留和黏附水中細小懸浮物，其應該滿足以下要求：①具有足夠的機械強度，以防止沖洗時濾料產生磨損和破壞現象；②具有足夠的化學穩定性，以免濾料與水產生化學反應而惡化水質，尤其不能含有對人體健康和生產有害物質；③具有一定顆粒級配和適當孔隙率；④價廉、易得。

石英砂是使用最廣泛的濾料，在雙層和多層濾料中，常用的還有無煙煤、磁鐵礦、石榴石、金剛砂等。在輕質濾料中，有聚苯乙烯，陶粒及纖維球等濾料。

過濾所用的濾料大都是由天然礦石粉碎制得，其顆粒大小不等，形狀也不規則。通常用粒徑（正好通過某一篩孔的孔徑）表示濾料顆粒的大小，用不均勻系數表示濾料粒徑級配（指濾料中各種粒徑顆粒所占的重量比例）。我國GB50013—2006《室外給水設計規范》中用濾料有效粒徑d10和濾料不均勻系數K80來表示濾料的級配

生產中也有用最大粒徑dmax、最小粒徑dmin和不均勻系數K80來表示濾料級配的。

濾料粒徑過大，不僅影響濾出水水質，而且在反沖洗時濾料層較難松動，反沖洗效果不好；粒徑過小，比表面積大，有利于雜質吸附但易堵塞，過濾周期短，影響產水量，反沖洗時還易將濾料沖出濾池。K80過大時，顆粒很不均勻，過濾時濾層含污能力減小，反沖洗時也不好兼顧粗、細濾料對沖洗強度的要求，但過分要求K80接近于1，濾料的價格會比較高。

（2）濾料組成。在一個過濾周期內，整個濾層單位體積濾料中所截留的雜質量則稱為濾層含污能力，單位仍以g／cm3或kg／m3計。為了提高濾層含污能力，最好采用濾層自上而下濾料粒徑逐漸由大到小的反粒度過濾方式。為了避免反沖洗對濾料產生水力分級，實現反粒度過濾的途徑有兩種：①改變水流方向，如上向流過濾（從濾池的下部進水，上部出水）和雙向流過濾（上下進水、中間出水）；②采用多濾層組成，即雙層、三層及均質濾料濾池。

雙層濾料組成為：上層采用比重較小，粒徑較大的輕質濾料（如無煙煤），下層采用比重較大，粒徑較小的重質濾料（如石英砂）。由于兩種濾料重度差，在一定反沖洗強度下，輕質濾料仍在上層，重質濾料位于下層，如圖1.18（a）所示。雖然每層濾料粒徑仍由上而下遞增，但就整個濾層而言，上層平均粒徑總是大于下層平均粒徑。當水流由上而下通過雙層濾料時，上層的粗濾料首先去除水中尺寸較大的雜質，起粗濾作用，下部細濾料進一步去除水中剩余的細小雜質，起精濾作用。每層濾料的截污能力都得到了發揮。實踐證明，雙層濾料含污能力較單層濾料約提高1倍以上。因此，在相同濾速下，雙層濾料濾池的過濾周期增長；在相同過濾周期下，濾速可提高。

三層濾料組成為：上層為大粒徑、比重小的輕質濾料（如無煙煤），中層為中等粒徑、比重中等的濾料（如石英砂），下層為小粒徑、比重較大的重質濾料（如石榴石、磁鐵礦），各層濾料的平均粒徑由上而下遞減，如圖1.18（b）所示。這種濾料組成不僅含污能力大，且因下層重質濾料粒徑很小，對保證濾后水質有很大作用。

均質濾料組成：所謂的均質濾料并非指濾料粒徑完全相同，濾料粒徑仍存在一定程度的差別（差別較一般單層濾料級配小），而是指沿著整個濾層深度方向上的任一橫斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致，如圖1.18（c）所示。要做到這一點，必要條件是反沖洗時濾料層不能膨脹。當前的氣水反沖洗濾池就屬于均質濾料濾池。這種濾池的濾層含污能力顯然也高于單層濾料。

總之，濾層組成的改變是為了改善單層濾料層中雜質分配狀況，提高濾層含污能力，相應降低濾層中水頭損失，提高濾池產水量。

3.承托層

承托層一般是配合大阻力配水系統使用，位于濾料層與底部配水系統之間。主要作用是過濾時防止濾料從配水系統流失，同時在反沖洗時向濾料層均勻布水。承托層一般由天然卵石或礫石組成，其粒徑和級配應根據沖洗時所產生的最大沖擊力確定。為了保證反沖洗時承托層不發生移動且實現防止濾料流失的作用，承托層可采用分層布置。如果采用小阻力配水系統，承托層可不設，或者適當鋪設一些粗砂或細礫石。

4.配水系統

配水系統位于濾池的底部，其作用是：在反沖洗時使沖洗水均勻分布在整個濾池面積上；在過濾時，均勻收集濾后水。配水的均勻性對反沖洗效果至關重要。若配水不均勻，水量小處，濾料膨脹度不足，得不到充分清洗；水量大處，反沖洗強度過高，使濾料沖出濾池，甚至還會使局部承托層發生移動，造成漏砂現象。

根據反沖洗時配水系統對反沖洗水產生的阻力大小，分大阻力配水系統、小阻力配水系統及中阻力配水系統三種。

（1）大阻力配水系統。快濾池中常用的穿孔管大阻力配水系統見快濾池構造圖1.19。中間是一根干管或干渠，干管兩側接出若干根相互平行的支管。支管下方有兩排與管中心線成45°角且交錯排列的配水小孔。反沖洗時，水流從干管起端進入后進入各支管，由各支管的孔口流出經承托層自下而上對濾層進行清洗，最后流入排水槽排出。

配水系統不僅均勻分布反沖洗水，同時也收集濾后水。由于沖洗流速遠大于過濾流速，當沖洗水分布均勻時，過濾時的集水均勻性自無問題。

大阻力配水系統的優點是配水均勻性好，但系統結構較復雜，檢修困難，而且水頭損失很大（通常在3.0m以上），沖洗時需要專用設備（如沖洗水泵），動力耗能多。

（2）中、小阻力配水系統。小阻力配水系統是在濾池底部留有較大的配水空間，在其上方鋪設穿孔濾板（磚），板（磚）上再鋪設一層或兩層尼龍網后，直接鋪放濾料（尼龍網上也可適當鋪設一些卵石），如圖1.20和圖1.21所示。另外，濾池采用氣、水反沖洗時，還可采用長柄濾頭做配水系統（圖1.22）。

小阻力配水系統結構簡單，沖洗水頭一般小于0.5m，但配水均勻性較大阻力系統差。一般用于單格面積不大于20m2的無閥濾池、虹吸濾池等。

5.濾池反沖洗

濾池反沖洗目的是清除濾層中所截留的污物，使濾池恢復過濾能力。快濾池沖洗方法有高速水流反沖洗、氣－水反沖洗和表面助沖加高速水流沖洗三種。

（1）高速水流反沖洗。利用水流反向通過濾料層，使濾料層膨脹至流態化狀態，利用水流剪切力和濾料顆粒間碰撞摩擦的雙重作用，將截留在濾料層中的污物從濾料表面剝落下來，然后被沖洗水帶出濾池。高速水流反向沖洗是應用最早、技術最成熟的一種沖洗方式，濾池結構和設備簡單，操作簡便。

為了保證沖洗效果，在沖洗過程中對反沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間都有一定要求。

沖洗強度是指單位面積濾層所通過的沖洗水量，以L／（m2·s）計，也可以換算成反沖洗流速以cm／s計。1cm／s＝10L／（m2·s）。

反沖洗強度過小時，濾層膨脹度不夠，濾層孔隙率中水流剪切力小，截留在濾層中雜質難以剝落，濾層沖洗不凈；反沖洗強度過大時，濾層膨脹度過大，由于濾料顆粒之間過于離散，濾層孔隙率中的水流剪切力也會降低，且濾料顆粒間的摩擦碰撞概率也減小，濾層沖洗效果差，嚴重時還會造成濾料流失。因此，反沖洗強度過大或過小，沖洗效果都會下降。

濾層膨脹度是指反沖洗后濾層所增加的厚度與膨脹前厚度之比，用e表示

濾料膨脹度由濾料的顆粒粒徑、密度及反沖洗強度所決定，同時受水溫影響。對于一定級配的單層濾料，在一定沖洗強度下，粒徑小的濾料膨脹度大，粒徑大的濾料膨脹度小。因此，同時保證粗、細濾料的膨脹度處于最佳狀態是不可能的。

當沖洗強度或濾層膨脹度符合要求但反沖洗時間不足時，也不能充分地清洗掉包裹在濾料表面上的污泥；同時，沖洗廢水因排除不盡會使其中的污物重返濾層。如果長期下去，濾層表面形成泥膜。在實際操作中沖洗時間可根據沖洗廢水允許濁度決定。

GB50013—2006《室外給水設計規范》對沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間三項指標的推薦值見表1.4。

（2）氣－水反沖洗。將壓縮空氣壓入濾池，利用上升空氣氣泡產生的振動和擦洗作用，將附著于濾料顆粒表面的污物清除下來并進入水中，最后由沖洗水帶出濾池。氣－水反沖洗所需的空氣由鼓風機或空氣壓縮機和儲氣罐組成的供氣系統供給，沖洗水由沖洗水泵或沖洗水箱供應，配氣、配水系統多采用長柄濾頭。

采用氣－水反沖洗有以下優點：①空氣氣泡的擦洗能有效地使濾料表面污物破碎、脫落，沖洗效果好，節省沖洗水；②可降低沖洗強度，沖洗時濾層可不膨脹或微膨脹，從而避免或減輕濾料的水力篩分，提高濾層含污能力。不過，氣－水反沖洗需要增加氣沖設備，池子結構和沖洗程序也較復雜。但總體來講，氣－水反沖洗還是具有明顯優勢，近年來應用日益增多。

（3）表面沖洗。表面沖洗是在濾料砂面以上50～70mm處放置穿孔管。反沖洗前先從穿孔管噴出高速水流，沖掉表層10cm厚濾料中的污泥，然后再進行反沖洗。表面沖洗可提高沖洗效果，節省沖洗水量。

6.虹吸濾池

（1）虹吸濾池的構造和工作過程。虹吸濾池通常由6～8個單元濾池組成一組或一座濾池。濾池的形狀主要是矩形，水量少時也可建成圓形。圖1.23為一組虹吸濾池的剖面圖。右側正處于過濾狀態，而左側正處于清洗狀態。每個單元格濾池的底部配水空間相互連通。每個單元濾池都設有沖洗虹吸管和進水虹吸管，代替排水閥門和進水閥門控制虹吸濾池的過濾和反沖洗。

1）過濾過程。利用真空系統對進水虹吸管抽真空使之形成虹吸，待濾水由進水槽進入環形配水槽，經過虹吸管流入單格濾池進水槽，再經過進水溢流堰（調節單元濾池的進水量）和布水管流入濾池。進入濾池的水自上而下經過濾料層、配水系統和底部配水空間，進入環形集水槽，再由出水管流入出水井，最后經出水溢流堰、清水管流入清水池。

濾池在過濾過程中隨著濾層的含污量不斷增加，水頭損失不斷增大。由于各過濾單元進出水量不變，因此濾池內的水位不斷地上升。當某格濾池內水位上升到最高設計水位時，水頭損失達到了最大允許值，（一般采用1.5～2.0m）或濾后水質不符合要求時，該單元濾池停止進水，等待反沖洗。

2）反沖洗過程。首先破壞失效單元進水虹吸管的真空，使該格濾池停止進水，濾池內水位迅速下降。當濾池內水位下降速度明顯變慢時，利用真空系統抽出沖洗虹吸管中的空氣，使之形成虹吸。開始階段，濾池內剩余的待濾水通過沖洗虹吸管迅速排入池中心下底，由沖洗排水管排出，濾池內水位迅速降低。當集水槽的水位與濾池內水位形成一定的水位差時，沖洗工作就正式開始了。當濾池內水位降至沖洗排水槽頂部時，反沖洗水頭達到了最大值。此時，其他單元格濾池的濾后水作為該格濾池的反沖洗水，源源不斷地通過集水槽進入該單元濾池的底部配水空間，經配水系統、自下而上通過濾料層，對濾料層進行清洗。當濾料沖洗干凈后，破壞沖洗虹吸管的真空，沖洗停止。然后，再啟動虹吸管，過濾重新開始。

（2）虹吸濾池的優缺點和適用條件。虹吸濾池與普通快濾池相比有以下的優點：無需要大型閘閥及相應開關控制設備，操作管理方便，易實現自動化控制；可以利用濾池本身的過濾水量、水頭進行沖洗，不需要設置沖洗水塔或水泵；濾后水的水位永遠高于濾層，過濾時不會發生負水頭現象；在投資上與同樣生產能力的普通快濾池相比能降低造價20%～30%，且節約金屬材料30%～40%。

主要存在的問題：池深較大且池體結構復雜；采用小阻力配水系統，沖洗均勻性差，因沖洗水頭受池深的限制，有時沖洗效果不理想。

虹吸濾池適用于日處理水量在5000～50000m3的中小型給水處理廠。

7.重力式無閥濾池

（1）重力式無閥濾池的構造和工作過程。過濾時（圖1.24），待濾水經過進水分配槽，由進水管進入虹吸上升管，再經傘形頂蓋下面的擋板整流和消能后，均勻地分布在濾料層上，通過承托層、小阻力配水系統進入底部配水區，然后沿著連通渠上升至沖洗水箱。當水箱水位上升達到出水渠的溢流堰頂后，溢流入渠內，最后經過濾池出水管進入清水池。

過濾開始后，虹吸上升管內水位與沖洗水箱內水位高差H0為過濾的起始水頭損失，一般為0.2m左右。隨著過濾的進行，濾層內截留的雜質量增多，過濾水頭損失隨之逐漸增大，虹吸上升管內的水位也逐漸升高。當水位上升到虹吸輔助管的管口時，水便通過虹吸輔助管下流進入水封井，依靠管內高速水流形成的負壓和水流挾氣作用，通過抽氣管不斷將虹吸管中的氣體抽出，使虹吸管中的真空度逐漸增大。結果，虹吸上升管中水位進一步上升，同時，虹吸下降管也將水封井中的水吸上一定高度。當虹吸上升管中的水位升高越過虹吸管頂端后沿虹吸下降管下落時，下落水流與虹吸下降管中的上升水柱匯成一股沖出管口，把管內殘留空氣全部帶走，形成虹吸。此時，由于傘形頂罩內的水被虹吸管排出池外，造成濾層上部壓力驟降，促使沖洗水箱內的濾后水沿著與過濾相反的方向自下而上通過濾層，使濾層得到沖洗。沖洗廢水由虹吸管進入排水水封井排出。從過濾開始至虹吸上升管中水位升至輔助管口這段時間為重力式無閥濾池的過濾周期，自虹吸上升管中的水從輔助管下流到形成反沖洗，僅需數分鐘。因此，輔助管口至沖洗水箱最高水位差即為終期允許水頭損失H，一般采用1.5～2.0m。

在沖洗過程中，進水管繼續進水，直接由虹吸管排走。隨著反沖洗的進行，沖洗水箱內水位逐漸下降。當水位下降到虹吸破壞斗以下后，管口與大氣相通，虹吸被破壞，沖洗結束，過濾重新開始。

重力式無閥濾池是根據濾層水頭損失達到設定值自動進行沖洗的，如果濾層水頭損失還未達到最大允許值而因為某種原因（如出水水質不符合要求）需要提前沖洗時，可進行人工強制沖洗。強制沖洗設備是在輔助管與抽氣管相連接的三通上部，接一根壓力水管，稱強制沖洗管。當需要人工強制沖洗時，打開閥門，高速水流便在抽氣管與虹吸輔助管連接三通處產生強烈的抽氣作用，促使虹吸形成，進行強制反沖洗。

（2）重力式無閥濾池的優缺點和適用條件。

優點是：運行全部自動化，操作管理方便；節省大型閥門，造價較低；出水水位高于濾層，在過濾時不會出現負水頭現象。

缺點是：沖洗水箱建于濾池上部，濾池的總高度較大，出水水位高，城市給水廠總體高程布置帶來困難；池體結構較復雜，濾料處于封閉結構中，裝、卸困難。

無閥濾池適用于處理水量在1萬m3／d以下的小型水廠，單池面積一般不大于16m2，少數也有達到25m2以上的。

8.移動罩濾池

移動罩濾池由若干格濾池為一組組成，濾料層上部相互連通，濾池底部配水區也相互連通，整個濾池共用一套進水和出水系統。運行時，利用一個可移動的沖洗罩依次輪流罩在各格濾池上，對其進行沖洗，其余各格濾池正常過濾。反沖洗濾池所需的沖洗水由其余格濾池濾后水提供，沖洗廢水利用虹吸或泵吸的方式從沖洗罩的頂部抽出。移動罩濾池因有移動沖洗罩而得名，它綜合了虹吸濾池和無閥濾池的某些特征。

9.V形濾池

V形濾池是20世紀70年代由法國德格雷蒙（Degremont）公司設計發展起來的一種快濾池，該濾池兩側進水（也可一側進水），采用氣－水反沖洗，因濾池進水槽設計成V形，故稱V形濾池，其結構如圖1.25所示。

通常，由數只濾池組成一組，每只濾池中間設置雙層中央渠道，將濾池分成左、右兩格。中央渠道的上層為排水渠，作用是排出反沖洗廢水；下層為氣－水分配渠，其作用是收集濾后水和沖洗時均勻布氣和沖洗水。在氣－水分配渠的上部均勻分布一排配氣方孔，下部均勻布置一排配水方孔。濾板上均勻分布長柄濾頭，50～60個／m2，濾板下面是底部空間。在V形進水槽底設有一排小孔，即可作為過濾時進水用，又可供沖洗時表面橫向掃洗布水用。

（1）過濾過程。打開進水氣動隔膜閥和清水閥，進水總渠中的待濾水從進水氣動隔膜閥和方孔同時進入，溢過堰口再經側孔進入V形進水槽，然后待濾水通過V形進水槽底部的小孔和槽頂溢流均勻進入濾池，自上而下通過砂濾層進行過濾，濾后水經長柄濾頭流入底部空間，再經配水方孔匯入中央氣－水分配渠內，由清水支管流入管廊中的水封井，最后經過出水堰、清水渠流入清水池。

（2）沖洗過程。關閉進水氣動隔膜閥和清水閥，開啟排水閥，濾池內渾水從中央渠道的上層排水渠中排出，待濾水內渾水面與V形槽頂相平，即可考慮沖洗操作，沖洗一般分三步進行。由于氣動隔膜閥兩側方孔常開，在下述的沖洗過程中，始終有小股待濾水進入V形水槽，并經槽底小孔進入濾池。

氣沖洗：啟動鼓風機，打開進氣閥，空氣經中央渠道下層的氣－水分配渠的上部配氣小孔均勻進入濾池底部，由長柄濾頭噴出，濾料表面雜質被擦洗下來進入水中。此時從V形進水槽底部小孔流出的待濾水，在濾池中產生橫向水流，形同表面掃洗，將雜質推向中央渠道上層的排水渠。

氣－水同時沖洗：啟動沖洗水泵，打開沖洗水閥，此時空氣和沖洗水同時進入氣－水分配渠，再經配水方孔、配氣方孔和長柄濾頭均勻進入濾池。使濾料得到進一步沖洗，同時表面掃洗仍繼續進行。

水沖洗：關閉進氣閥，停止氣沖，單獨用較大沖洗強度的水沖洗，加上表面掃洗，最后將懸浮于水中的雜質全部沖入排水渠。沖洗結束后，關閉沖洗水泵和沖洗水閥，打開進水氣動隔膜閥和清水閥，重新進行過濾。

（3）V形濾池的主要特點。①采用較厚的均勻級配粗砂濾料層，濾速較高，含污能力高，過濾周期長，出水水質好；②采用氣、水結合沖洗，再加上表面掃洗，沖洗效果好，沖洗耗水量少。而且沖洗強度較小，濾層不膨脹，因此不會出現水力篩分現象；③整個濾池運行過程容易實現自動化控制管理。

自20世紀90年代以來，我國新建的大中型水廠大都采用V形濾池。

1.3.4　消毒

為了保護人體健康，防止水致傳染病的傳播，必須對飲用水中的致病微生物加以控制。消毒工藝就是指將水體中的病原微生物滅活，使之減少到可以接受的程度。人體內致病微生物主要包括：病菌、原生動物胞囊、病毒（如傳染性肝炎病毒、腦膜炎病毒）等。

水的消毒方法很多，可大致歸納為物理法和化學法。

物理法消毒主要是利用加熱、光照、紫外線輻射等物理手段破壞微生物體內的酶系統或DNA進行滅活微生物。但由于成本較高，操作困難，不具備持續殺菌能力等原因在應用上受到了一定限制。化學法是目前使用最廣泛，效果最可靠的一種消毒方法。它是通過向水中投加化學藥劑（主要是強氧化劑）破壞微生物細胞壁和體內的酶系統對微生物進行滅活和控制的。

下面就給水處理中常用的幾種消毒劑進行介紹。

1.氯消毒

氯易溶于水中，在清水中，發生下列反應

次氯酸（HOCl）部分分解為氫離子和次氯酸根

在水中HOCl和OCl－都有氧化能力，一般認為主要是通過HOCl起消毒作用。實踐表明pH值越低，消毒作用越強。

很多地表水中由于受有機物的污染而含有一定的氨氮，使得水中存在著次氯酸（HOCl）、一氯胺（NH2Cl）、二氯胺（NHCl2）和三氯胺（NCl3），它們在平衡狀態下的含量比例決定于氯、氨的相對濃度、pH值和溫度。根據氯在水中的存在狀態又稱為自由性氯（如HOCl、OCl－）和化合性氯（如各種氯胺）。從消毒作用而言，氯氨的消毒也是依靠HOCl作用。比較三種氯氨的消毒效果，二氯胺消毒效果最好，但有臭味；三氯胺消毒作用極差，且有惡臭味。一般自來水的pH值接近于中性，因此三氯胺基本上不會產生，且它在水中溶解度很低、不穩定易氣化，所以三氯胺的惡臭味并不會引起嚴重問題。

（1）加氯量。水中加氯量包括需氯量和余氯量。需氯量指滅活水中微生物、氧化有機物和還原性物質所消耗的部分氯。為了抑制水中殘余病原微生物的再度繁殖，管網中尚需要維持少量余氯。GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定：出廠水接觸30min后余氯不低于0.3mg／L；在管網末梢不應低于0.05mg／L。

加氯量與余氯量之間的關系與原水水質情況有關，如圖1.26加氯曲線所示。

1）如果水中無任何微生物、有機物和還原性物質，需氯量為零，此時加氯量等于余氯量。見圖1.26中的虛線①，該線與坐標軸成45°角。

2）若水受少量有機物污染（無氨氮），氧化有機物和滅活細菌要消耗一定的氯量，即需氯量。加氯量必須超過需氯量后，才能保證一定的余氯量。見圖1.26中的實線②。

3）當水中的污染物主要是氨和氮化合物時，情況比較復雜。如圖1.27中OAHBC曲線所示。OAHBC曲線與坐標軸成45°角直線間的垂直距離表示余氯量。OA段表示水中所加的氯全部被消耗掉，余氯量為零。AH段有化合性余氯存在，主要是一氯胺。有一定持續消毒能力。HB段表示水體中的化合性余氯與新生成的HOCl發生了歧化反應［式（1.3）］生成不具有消毒能力的其他物質，余氯反而減少，最后達到折點B時化合性余氯降低至最低值。超過B點后進入BC段后，此時水中已經沒有消耗氯的雜質，出現了自由性余氯。這一階段消毒效果最穩定。

消毒處理時投加氯量的多少需要根據原水水質和消毒的目的確定。對于給水處理來說，當原水游離氨小于0.3mg／L時，加氯量一般控制在折點后。通常將加氯量超過折點需要量稱為折點氯化。當原水游離氨高于0.5mg／L時，加氯量控制在峰點前；原水游離氨含量在0.3～0.5mg／L時，加氯量比較難掌握，可由具體實驗確定。在缺乏參考資料時，地表水經混凝、沉淀和過濾后或清潔的地下水，加氯量一般可采用1.0～1.5mg／L；一般地面水經混凝、沉淀而未過濾時可采用1.5～2.5mg／L。

對于受到嚴重污染的原水，經過混凝、沉淀和過濾后進行折點氯化，可明顯降低水質的色度，并在一定程度上可去除惡臭，降低水中有機物含量。但自從發現水中有機物能與氯生成三氯甲烷后，采用折點加氯處理受污染的原水開始引起了人們的擔心，因而需要考慮在氯化前進行進一步去除有機污染的深度處理或采用其他消毒方法。

（2）加氯點。在給水處理工藝中加氯點通常有濾后加氯、濾前加氯和管網中加濾三種。

飲用水消毒一般放在過濾之后，為處理的最后一步，也稱為濾后加氯。在加混凝劑時同時加氯，可氧化水中的有機物，對處理含腐殖質的高色度水，可提高混凝效果。用硫酸亞鐵作為混凝劑時，可以同時加氯，將亞鐵氧化成三價鐵，促進硫酸亞鐵的混凝作用。這種氯化法稱為濾前氯化或預氯化。預氯化還能防止水廠內各種構筑物滋生青苔和延長氯胺消毒的接觸時間。對于受有機物污染嚴重的水源，氯與有機物結合會產生有害的副產物，應避免濾前加氯。

當城市管網延長很長，管網末端的余氯量難以保證時，需要在管網中途補充加氯。這樣既能保證管網末端的余氯量，又不致使水廠附近管網中的余氯量過高。管網中途加氯的位置一般設在加壓水泵站或水庫泵站內。

（3）加氯設備。氯氣是有毒氣體，人在氯氣濃度為30μL／L的環境中即能引起咳嗽，在40～60μL／L的環境中呼吸30min即有生命危險，濃度達到100μL／L可使人立即死亡。因此，在使用氯氣時應十分注意安全。

由于氯氣在608～810kPa下變成液氯，運輸、保存相對方便和安全，水廠中使用的氯氣均為這種瓶裝液氯。在使用前進行加熱和減壓揮發成氣態氯后由加氯機安全，準確地輸送至加氯點。圖1.28為某水廠的投氯系統圖。

干燥的氯氣和液氯對鋼瓶無腐蝕作用，但遇水或受潮則會嚴重腐蝕金屬。因此，必須嚴格防止水和潮氣進入氯瓶。

2.其他消毒方法

（1）二氧化氯消毒。ClO2在常溫下是一種黃綠色氣體，具有刺激性。其溶解度是氯的5倍，且不與水發生反應。ClO2既是消毒劑，又是氧化能力很強的氧化劑。據有關專家研究，ClO2對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，能有效地破壞細菌體內酶系統，對細菌、病毒等有很強的滅活能力。此外，ClO2作為氧化劑，還能去除或降低水中的色度等。ClO2極不穩定，氣態和液態ClO2均易爆炸，故需要現場制備，即時使用。

目前，在歐洲等經濟發達國家ClO2作為消毒劑已經被推行使用。我國以ClO2作為傳統消毒劑Cl2的替代藥劑也日益受到重視，一些水廠正處于試運行階段，但廣泛推廣使用仍存在以下問題：ClO2的易爆炸性和強氧化性致使在應用時，尤其是ClO2發生器的操作，對技術要求較高，需要操作人員具有較強的現場應急能力；目前制備技術不夠成熟，產品質量不穩定，產品中經常混有較高比例的Cl2；制備成本偏高。

（2）臭氧消毒。臭氧（O3）在常壓下呈淡藍色，是一種具有較強刺激性氣味的氣體。臭氧的密度為空氣的1.7倍，易溶于水，在空氣或水中極不穩定，易分解為氧氣和具有很強氧化能力的新生態氧［O］，使用時也需要現場制備。臭氧對人體健康有一定影響，空氣中臭氧濃度達到15～20mg／L即有致命危險，故在水處理中散發出的臭氧尾氣需要處理。

臭氧既是消毒劑，又是氧化能力極強的氧化劑。在水中投加臭氧消毒或氧化又稱臭氧氧化。作為消毒劑，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。臭氧的強大殺菌能力還可能是臭氧對細胞壁具有較強滲透性，或由于臭氧破壞細菌有機體結構而導致細菌死亡。臭氧在水中很不穩定，易消失，持續消毒能力差，故在臭氧消毒后，還需要投加少量的氯、二氧化氯或氯胺。

臭氧作為氧化劑的主要特點是：不會產生三鹵甲烷等副產物，殺菌和氧化能力均比氯強。但近年來臭氧化的副作用也開始引起人們的關注，有人認為，水中有機物經過臭氧氧化后，有可能將水中大分子物質變成數量更多的分子較小的中間產物，這些中間產物和后加入的氯反應后，致突變性反而增強。目前，臭氧主要與活性炭聯合應用于水的深度處理。

（3）紫外線消毒。紫外線殺菌的機理目前尚沒有統一的認識，較普遍的觀點是，細菌體內的DNA吸收大量紫外線能量后，可導致結構破壞而被殺死。實驗表明波長為260nm左右的紫外線殺菌能力最強。同時，紫外線也能促使有機物的化學鍵斷裂后分解。

紫外線的光源由紫外燈管提供。其消毒的主要優點是不會產生三鹵甲烷等副產物；處理后的水無色無味。主要缺點是消毒能力受水中懸浮物含量限制；不具有持續消毒能力。另外，紫外線照射穿透能力有限，不適合處理大流量的給水。

除了以上介紹的幾種消毒方法外，還有次氯酸鈉消毒、漂白粉消毒以及高錳酸鉀消毒等。綜合各種消毒方法，都存在著一定缺陷。不同消毒方法的配合使用仍在探索中。