图1  V型滤池剖面图。

过滤是水通过滤料层截留水中杂质从而使水进一步变清的工艺过程，目的是要去除沉淀或澄清后水中的剩余浊度，对水中的有机物、细菌、甚至病毒将随浊度的降低而被大量去除。然而，当过滤池在运行过程中出现滤料板结现象时，如不及时解决，就会使滤池严重堵塞、甚至会造成整个系统瘫痪。本文就V型滤池滤料层板结的原因进行了研究分析，并从运行管理方面提出了防治V型滤池滤料层板结的措施。

本溪钢污水处理厂V型滤池是根据法国得利满公司技术来设计建造的，于2003年12月投入运行，至今已运行5年，在整个运行过程中，各项设备性能、参数、运转比较正常。V型滤池在2008年6月更换滤砂后运行中出现阻塞值高、液位高、过水量减少，滤池连续反冲洗后阻塞值仍超过设定值150cm。单个滤池停池检查发现滤料出现板结现象，如不及时解决，就会使滤池严重堵塞，甚至会对出厂水质构成威胁，而且给滤池的维护检修工作带来一定困难。

V型滤池的过滤工艺

过滤是水通过滤料层截留水中杂质从而使水进一步变清的工艺过程，目的是要去除沉淀或澄清后水中的剩余浊度，对水中的有机物、细菌、甚至病毒将随浊度的降低而被大量去除。目前本钢污水处理厂采用V型滤池进行过滤，是法国得利满独创的水处理设备，全称为AQUAZUV V型滤池，V型滤池剖面图见图1。

滤池结构、滤层组成与一般普通快滤池相比具有以下几个方面的特点：

使用单层较厚均质滤料石英砂，砂层厚度达到1.5m，砂的粒径为1.35~1.5mm，这种均质滤料有利于杂质的逐层下移，增加杂质的穿透深度，大大提高了滤层有效厚度的截污能力，实现了深层截污；

淹没深度高，可为滤池的各部分提供适当的正压（由自动调节阀门开度维持），从而避免滤床的汽化断层，通过“阻塞补偿”法控制恒定流量及恒定水位；

采用不使滤层膨胀，气水同步反冲洗伴随表面扫洗。V型滤池冲洗原理是先用气洗建起气垫，然后气水同时反冲洗，使砂粒受到振动，并互相摩擦，附着在砂粒表面杂质被脱离下来，6min后停止气水冲洗，单独用水反冲洗进行漂洗，将剥离下来的污泥随扫洗水流带到表面最终进入排水槽，避免出现水平流速为零的区域，洗脱的颗粒不会再度沉积。

图2  盐酸检验。  

滤料板结原因分析

滤料板结原因分类

经过对各种滤池板结资料的检索及对多年各种过滤系统运行情况的分析，造成滤池滤砂板结的原因主要有以下几个方面：

油、生物粘泥等有机物物质的胶结作用；

无机氧化硅淀积而引起胶结作用；

氧化铁淀积而引起的胶结作用；

无机物、有机物多种物质的混合胶结作用结合；

碳酸盐淀积而引起胶结作用。

板结滤料化验分析

为了准确查找滤料板结的原因，委托外部单位对板结滤料的附着物进行了成分化验分析，检验报告如下。

本钢污水厂胶结砂化验报告

化验项目：

将胶结的砂子样品取样后，在实验室内进行碳酸钙、氧化铁、硅胶、有机碳、pH、电导率（EC）等性质的化验检测。

样品处理：

将所取胶结砂样品一分为二，一半用于检验砂块的盐酸反映；一半将其摊成散沙、风干、测定其各种理化性质。

图3  胶结砂在盐酸中溶解。

化验方法：

盐酸检验

用稀盐酸中和碳酸盐，能释放大量的CO2气体，利用这一反应可以检验样品中是否含有碳酸盐。用10%盐酸对胶结砂块进行盐酸检验：滴入一滴10%HCl于砂块表面后，砂块表面产生剧烈气泡，并有明显的气泡破裂声（如图2），说明砂块中有大量碳酸盐存在。

用稀盐酸浸泡胶结砂，放置10min左右，胶结物解体，分散为松散的砂子，该现象说明硅胶结物存在，因为氧化硅不能溶解在盐酸中。

碳酸盐含量的测定

a．中和滴定法

本实验称粉碎胶结砂样品10g，加入0.5molL-1盐酸40ml，设3组重复。得到砂中碳酸钙含量分别为6.47%、6.78%、6.85%。

b．失重法

称10g粉碎胶结砂样品，加过量溶解碳酸根的稀HCl，在砂浴中微热20min，用去离子水洗去砂粒表面的酸和与碳酸根结合的离子，然后烘干称量，分别得9.41g、9.34g、9.41g，洗去的碳酸盐质量分别为0.59g、0.66g、0.59g。

不同的验证均说明胶结砂粒中碳酸盐含量约为6%。

pH的测定-电位计测定法

用水做浸出液，水砂比2.5:1。三组pH值为别为：8.11、8.20、8.19。说明胶结砂胶结过程碱性介质的存在（该数据不是滤池过滤介质pH值）；

EC（水溶性盐总量）的测定-电导法测定

用水做浸出液，水土比2.5:1。三组水溶性盐总量分别为1.89dS·m-1、1.78 dS·m-1、1.96 dS·m-1，含可溶性盐较少。

表1 胶结砂不同化学性质的测定

有机碳含量的测定-重铬酸钾外加热法

有机碳平均含量为0.62g·kg-1。换算为有机质含量为0.11%。

铁的测定

砂粒中不含铁，或铁含量很小，无法测量。

化验结果如表1：

滤料板结原因

结合V型滤池的结构及运行特点以及本钢污水处理厂水质特点，根据对板结后的石英砂附着物的成分检验结果分析滤料板结原因如下：

从滤料板结块外观判断及根据化验结果中换算有机物含量为0.11%分析、此次滤料板结并非有机物污染造成（当团块的硬度低、粘性较高，观察胶结物主要为矿物质油及生物粘泥等有机物。板结块发黑发臭，长柄滤头内亦有大量生物粘泥，用杀菌剂喷洒后变色并较易剥离，此种板结为油、生物粘泥等有机物胶结作用形成）；

用稀HCl浸泡胶结砂，放置10min左右，胶结物解体，分散为松散的砂子，该现象说明氧化硅胶结物不存在，因为氧化硅不能溶解在HCl中。这说明板结不是由无机氧化硅淀积胶结作用形成的；

化验砂粒中不含铁，或者铁含量很小，无法测量，可以判定滤砂板结不是因氧化铁淀积胶结作用而引起的；

从板结块的外观表象及化验结果分析判断，此板结可以排除由无机物、有机物等多种物质的混合胶结作用结合形成的，板结应为无机物胶结作用形成的；

化验中用稀HCl中和碳酸盐，能释放大量的CO2气泡，利用这一反应可以检验样品中是否含有碳酸盐。用10%HCl对胶结砂块进行盐酸检验。滴入一滴10%HCl于砂块表面后，砂块表面产生剧烈气泡，并有明显的气泡破裂声，说明砂块中有大量碳酸盐存在。

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O  

MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2↑ + H2O

化验中同时用两种方法均检测到6%左右的碳酸盐含量，说明该过滤池中的砂子胶结的主要成因是由于水中的碳酸盐淀积在砂子空隙中，进而把砂子胶结，堵塞其空隙，使其成为坚实的固体，失去过滤功能。这种现象在自然土壤中也普遍存在，当土壤中的碳酸钙含量达到5%以上时，也会形成钙积层甚至钙磐，形成土壤板结，阻止土壤中水分的下渗。

表2  2006年5月份水质化验报告

从污水处理厂水质检测结果分析，本钢综合废水中的硬度以CaCO3、MgCO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2 为主，由于从2008年开始污水处理厂的处理能力超过设计能力运行，部分CaCO3、MgCO3颗粒没有在高密度澄清池中沉淀而是进入了V型滤池沉附于滤料之上造成板结、同时由于污水长时间循环处理利用各种盐离子富集升高，污水pH值达到8.5以上，远高于饱和pH值（pHs）7.62，使溶于水中的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2极易析出CO2生成CaCO3、MgCO3沉淀于滤砂表面形成板结。对于2008年水质波动不大滤池没有换滤料之前没有严重板结而在滤料更换后突然快速板结硬化这一疑问，通过水质化验报告进行了对比分析，发现更换滤料之前污水的硬度和含盐量指标在比较低的水平，且系统运行中多次出现来油事故，上游来水含油量比较大，在滤料表面形成油膜阻止了碳酸盐的沉附板结。综合以上多种原因分析，此次滤料板结由于碳酸盐胶结作用淀积而引起的。

滤料板结防治措施及解决方法

在滤池进水中投加H2SO4使进水pH值保持中性并低与饱和pH值（低于7.5），增大CaCO3的溶解度，防止因pH值过高使溶于水中的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2析出CO2后造成滤料板结。虽然酸处理是可以满足要求的，但加酸会造成水中的盐量上升过快，长远看不利于污水循环处理利用。

对排出大量含碳酸盐的排水子系统进行普查并对含大量碳酸盐的污水进行单独处理，防止汇入污水后处理费用大幅度提高及影响系统正常运行。

表3  2008年11月份水质化验报告

保持污水处理系统在经济合理的能力下运行，最好就是对污水进行部分脱盐处理，尽量保证系统的含盐量和硬度的平衡，来保证系统的稳定性，同时对后续用水单位安全用水更为有利。

对板结滤料松散可定期用一定浓度的HCl浸泡清洗滤池中的砂子，以防止其胶结，堵塞孔隙形成板结硬块。

对滤池进行人工翻砂，翻砂后在运行中要及时对水质进行调整并适当增加滤池的反洗次数、缩短反洗周期，否则会很快再次出现板结。

小结

V型滤池在本钢污水处理厂的运用收效明显，只要控制好滤池进水水质，并结合水质变化对滤池运行及时调整，整个系统运行还是可靠稳定的。