重力式无阀滤池能够白动进行反冲洗，实现对整个过滤过程的白动控制、调节，其操作简单、管理人员较少，在中、小城镇的水处理工程中广受赞誉，并得到普遍使用。重力式无阀滤池具有不需设置阀门、可成套定型制作(钢)上马快等优点，便于施工建造。即便如此，部分施工人员对重力式无阀滤池的运行机理和使用方式不甚了解，为节省成本，偷工减料，未按设计要求建造，使滤池在建设完毕投入使用阶段产生能源浪费、反冲洗白控失效、滤料跑失、出水水质较差等诸多后遗问题，甚至造成运行失败。

本文针对日照某生态养殖园重力式无阀滤池在使用阶段出现的反冲洗水量较低、滤料堵塞严重、反冲洗频率较高、出水水质较差等问题进行分析研究，提出解决方案。以期能给同行业施工、管理人员以启示和帮助，在以后的施工、管理过程中能够规范建造，及时发现和应对相关问题。

1 项目概述

项目源于山东省日照市某生态养殖园污水处理工程，受业主委托，根据废水水质、水量特点及出水要求，设计以生化处理为主、物化处理为辅的工艺对其进行处理，以实现达标排放的目的。

针对污水特点和实际运行情况，工程设置重力式无阀滤池，通过其中的石英砂滤料进一步去除混凝沉淀池出水中的杂质。混凝沉淀池池体采用钢筋混凝土结构，产生的污泥排入污泥贮存池，出水通过高差作用进入重力式无阀滤池。滤池采用双格组合，单格滤池面积0.8 mx0.8 m,高3.3 m o滤料采用石英砂滤料，砂粒径0.5一1 mm,)度700 mm，膨胀度45%,月彭胀前的孔隙率0.41，相对密度2.65 0

正常情况下，重力式无阀滤池反冲洗时反冲洗水量约为进水量的2^-3倍。但该项目使用的重力式无阀滤池，开始阶段反冲洗似乎正常，原因可能是反冲洗水是淹没式的，不能清楚地看到虹吸水量情况。运行一段时问后感觉反冲洗时反冲洗水量较小。滤池使用一段时问后，观察到频繁的反冲洗现象，滤池出水量明显降低;更进一步，竞然发现持续的似乎是反冲洗进行，观察到滤池内水位持续低于出水液位。事实是，滤层堵塞严重，大部分进水无法通过滤层进行过滤，而直接通过反冲洗管道(虹吸上升管、虹吸下降管、虹吸辅助管)流入排水井排出。

2 原因探讨及解决

2.1 问题原因探讨

参阅常规资料，根据以往工程经验，有多种因素可对重力式无阀滤池的反冲洗造成不利影响，情况较为复杂。主要的儿个影响因素，有以下儿个方面:进水夹气，滤料选用不当，挡水板脱落，管道腐蚀漏气，虹吸辅助管未水封，虹吸破坏管破损等。

1)进水夹气。重力式无阀滤池反冲洗时虹吸管内水量包括反冲洗水量和滤池正常进水水量。进水中夹杂气体，会一定程度上减小冲洗水量，使冲洗强度降低，影响冲洗效果[0。若进水夹杂大量气体，会使虹吸破坏，反冲洗提前终止。滤层未冲洗干净，使滤层阻力较大，虹吸上升管内水位较高，很快又达到反冲洗水位进行反冲洗。但冲洗不彻底，滤层截污很快沉积，致使过滤效果不佳。

现场工作人员对滤池相关构件做了检查，发现其密封性良好，未存在漏气、进气现象。U型进水管管径足够，有一定的汽水分离作用，在进水量符合设计要求的前提下，不会发生汽水二重流，不会有大量气体进入滤池内部。综上分析，进水夹气不是造成项目滤池反洗效果不佳的主因。

2)滤料选用不当及挡水板脱落。无阀滤池对于滤料的选用有一定的要求:滤料应有足够的抗破坏性和抗腐蚀性，其表面粗糙，能提供足够的比表面积和孔隙率，用以凝聚、吸附、储存进水中的悬浮杂质。如果采用滤料达不到使用要求(如使用普通河砂)，则会出现滤料流失，出水水质较差等现象;挡水板腐蚀脱落，则会使滤池进水分布不均，对滤层产生直接冲刷，造成局部滤层变薄，过滤效果降低。

针对这些可能的原因，核实了滤料级配，检查了反冲洗出水，确定不会发生滤料流失;采用小阻力配水系统，也不会发生挡水板脱落。停止进水，进入到滤池内部检查，发现滤料选用合适，分布较均匀，挡水板完好，基本排除这些影响因素。

3)相关虹吸管道漏气。根据重力式无阀滤池反冲洗原理，只有当虹吸管内真空度达到一定程度时，才会引起虹吸现象，实现反冲洗。如果相关的虹吸管道因腐蚀或破损而有漏气现象，那么反冲洗时形成的真空度就难以得到保证，使反冲洗无法实现或被破坏而提前终止。

对虹吸上升管、虹吸辅助管、虹吸下降管、U型进水管等进行了全面检查，未发现管道因破损、腐蚀而漏气，故排除了此影响因素。

4)虹吸辅助管未水封。在反冲洗过程中，若虹吸管内部的真空度大于虹吸辅助管垂直管长，辅助管未进行水封，空气就会从辅助管管口，倒吸入虹吸管，破坏已形成的反冲洗

对虹吸辅助管进行检查，发现其末端已经水封，故排除此影响因素。

5)虹吸破坏管破损。正‘常隋况下，反冲洗时水位下降至虹吸破坏管底部时，虹吸遭破坏，反冲洗终止，重新进入过滤阶段。若虹吸破坏管出现破损，当反冲洗水位降至破损处时，会由于漏气而使反冲洗提前遭破坏而终止，使反冲洗时问缩短，效果不佳。

进入滤池内部对虹吸破坏管进行检查，未发现破损、穿孔，故排除了此影响因素。

通过以上分析和实践，基本排除了常规影响因素对本项目滤池反冲洗造成的不利影响。为了找出反冲洗效果不理想的真正症结所在，调整思路，从单纯的对设备进行检查，转变为结合设计要求分析施工质量。

在重力式无阀滤池的设计中，虹吸辅助管管口、U型进水管埋深、虹吸破坏管管口、滤池出水箱出水口、进水分配箱堰口及箱底、排水井堰口儿个关键性的高程有着重要意义，须严格掌控。如果这儿项关键高程失准，有可能致使整个滤池处理效果不佳，甚至失效。按照设计要求对这儿个关键性高程进行了核对，最终在将U型进水管全部取出后(为了保温，进水U型管被保温材料、砖和抹灰保护)，弄清了主要问题所在:

施工人员不懂设计原理，未按设计要求进行进水管铺设，私白缩短了进水管的长度，直接从图1所示的3'-3，断面处直接进水，也就是取消了下降的U型管，使进水管埋深比设计值浅了1.2  m，使反冲洗效果不理想。

2.2 理论探讨

进水管埋深比设计值浅了1.2  m，可以引起反冲洗效果不好的原因主要有3点。

1)当滤池反冲洗时，虹吸管内真空度较原设计值减小，从而导致最大反冲洗强度减小，过早虹吸破场、致使反冲水量减小，滤料冲洗不彻底，使滤层截污沉积。滤层污染物长时问沉积，致使其过滤能力下降，进水通过滤层的水头损失加大，反冲洗频率随之加快，冲洗出水水质恶化，形成恶性循环。

从图1可以看出，当反冲洗虹吸形成后，进水三通中心A点同时对冲洗水箱滤床和U型进水管产生吸力，并使其能量在此处平衡。反冲洗时，滤池仍在进水，目_配水箱输出水流量不变，以排水井水面作为基准面，写出1'-1’断面和3'-3’断面及2'-2，断面和3'-3’断面的能量平衡方程式，以表示反冲洗时清水箱内水位和滤池进水管中动水位对A点的能量平衡关系，并将两式联立得:

式中，H,为排水井正常水位至清水箱内最高水位的高度，HZ为U型进水管内的动水位，HA为排水井正常水位至导流三通A点的高度;}, h,为虑床至清水箱反冲洗总水头损失，}, h;为进水管内总水头损失;vA为A点以下的流速，vA，为A点左侧进水管内的流速;g为重力加速度C 9.81 m/sz) o

从(1)式可以看出，配水箱输出流量一定，当无阀滤池刚形成虹吸反冲洗时，滤池进水管内流量与阻力要比滤床反冲洗的流量和阻力小得多，}_H,<HZ，故虹吸管此时将先完全“抽吸”进水管中的水，促使进水管水位H:迅速下降。当H:下降到最低水位，又有存水弯隔阻，进水管流速下降，逐渐接近于0，故(vA Z/2蔚+叉气逐渐接近为0。为了维持动态平衡，清水箱的水必然要压进滤池滤料层，使(vAZ/2g)+}, h,从0迅速增大到最大，滤池达到最大冲洗强度，然后逐渐降低，这是一般设计中的正‘常隋况。

若令A点的真空度为瓜，在U型管内达到最低水位时，无阀滤池达到最大反冲洗强度。此时，vA和}, h;均约为0，则有:

式中，HZ,为U型进水管中最低水位，H,为排水井正常水位至清水箱内最低水位的高度。

经(3)式计算，原设计U型进水管最低水位为0.775 m, H,,为2m;依据(C2)式可以算出其在U型进水管内水位最低，滤池达到最大冲洗强度时，在A点产生的真空度hp为2 m-0.775 m=1.225 m}s}o

施工工人未按设计要求对U型进水管进行铺设，私白缩短了进水管的长度，使进水管埋深缩短了1.2  m。经(3)式计算，现在进水管最低水位为1.425m，而HA仍为2m。依据(2)式可以算出其在滤池达到最大冲洗强度时，在A点产生的真空度瓜，为2m-1.425 m=0.575 m0

进水管埋深缩短后，滤池达到最大冲洗强度时产生的真空度比原设计值减少了1.225 m-0.575 m=0.65 m。反冲洗阶段产生的真空度关系到滤池的冲洗强度和冲洗效果。真空度现状比原设计减少了0.65 m，使该项目滤池的所达到的最大反冲洗强度变小，滤料层冲洗不够彻底，滤料截污沉积，反冲洗出水水质较差。而滤料截污长时问沉积，使滤层严重堵塞，过滤能力降低。随着滤料层纳污能力接近饱和，进水通过滤层阻力逐渐增至最大，此时大部分的进水无法通过滤层进行过滤，而直接通过反冲洗管道(虹吸上升管、虹吸下降管、虹吸辅助管)流入排水井排出，致使反冲洗提前形成，并持续冲洗。这种状态下提前形成的反冲洗冲洗强度低，对滤层冲洗作用极为有限，滤料纳污能力逐渐接近饱和，形成无法产生滤过水，形成恶性循环。长此以往，不仅造成了能源的极大浪费，也使冲洗效果越来越差，直至完全失效。

2)进水管长度减小对于滤池的反冲洗白动控制也会产生一定影响。进水管为下降的U形管，可在反冲洗时形成水封，一定程度上抵制空气流入进水管，破坏虹吸。进水管长度减小，取消下降的U型管设计，使在反冲洗过程中，进水“抽吸”光后容易直接抽吸空气，导致反冲洗虹吸提前破坏。反冲洗提前破坏，冲洗水箱也无法达到最佳的冲洗强度，无阀滤池白动控制反冲洗这一最大优点也就失去了意义。

3)滤池过滤时进水U形管能够进行一定程度的汽水分离，以免因进水挟气，影响虹吸形成和滤池工作。施工时偷工减料，缩短进水管长度，取消下降的U型管设计，使进水管失去以上功能。影响滤池的过滤效果和虹吸形成。

2.3 解决方式及效果

对U型进水管进行重新敷设，加长进水管长度，使进水管埋深达到设计要求。

采取了以上解决方法，无阀滤池能够按设计要求正常运行，反冲洗效果良好。

3 结论及建议

在本文所述现象情况下，优先考虑施工中U型管未按设计施工。在重力式无阀滤池的施工建设中，U型进水管埋深是一个极易忽略而又需要严格控制的关键性高程。如果在施工过程中未按设计要求，擅白缩短U型进水管长度，使其埋深变浅，则会导致滤池所达到的最大冲洗强度变小，滤层冲洗不彻底，所截污染物快速沉积。长此以往，滤层严重堵塞，阻力较大，大部分进水直接从相关虹吸管道流出，提前形成反冲洗、持续冲洗，形成恶性循环。

为了保证重力式无阀滤池反冲洗效果良好，对施工方、管理方提出以下建议:

1)施工人员在施工建造相关构筑物之前，需要对其运行基本原理进行必要了解。在施工过程中，要严格按照设计要求和相关规范进行，切不可为节省费用而偷工减料。从成本的角度上考虑，工程确实有需要优化的部分，要及时与设计单位沟通，在不影响其使用功能的前提上，再做调整;

2)在重力式无法滤池的施工过程中，对于虹吸辅助管管口、U型进水管埋深、虹吸破坏管管口、滤池出水箱出水口、进水分配箱堰口及箱底、排水井堰口儿个关键性的高程，一定要充分注意，按照设计要求和相关规范铺设管道，并需在施工完毕后进行复核。

3)进水管要密封良好，防止进水夹气;虹吸上升管、虹吸下降管、虹吸辅助管、虹吸破坏管等应保持完好，不漏气;U型管进水量应保持稳定，不宜变化过大，更不允许超过滤池设计能力;注意虹吸辅助管底端要进行水封。

4)按需求选用合适滤料，不可以次充好。定期检查滤料是否平整、均匀。对滤池的过滤效果要进行监控。