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1.2.1过滤技术简介 在常规水处理过程中，过滤一般是指以粒状滤料层截流水中悬浮杂质，从而使水得到净化的工艺过程。它主要是去除水中的浊度物质，同时水中的有机物、细菌以及病毒也将随浊度降低而被部分去除，残留于滤后水中的细菌、病毒在失去浊度物质的依附保护后，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就减轻了滤后消毒的负担。在饮用水的净化工艺中，过滤是不可或缺的一道工艺，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。过滤过程受到滤料级配、滤层厚度、滤速、过滤方式、滤前水水质及其预处理程度等因素的影响。滤料层是滤池的核心组成部分，它本身的结构特性对滤后水水质、.过滤性能有着重要的影响。 人类文明的起源与发展，与水的利用和治理密不可分。4000年前印度人就利用木炭对水进行过滤，1800年在英国派斯利(Palsloy)建成世界上第一座城市慢滤池供给全城用水。20世纪初，混凝技术出现后，慢滤池逐渐被淘汰，快滤池取而代之。快滤池因其滤速比慢滤池快而得名，滤速约为5一10米/小时，现代快滤池甚至可达到40米/小时，是慢滤池的十几倍甚至几十倍。快滤池有多种形式。以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其他形式快滤池。为充分发挥滤料层截污能力，出现了滤料粒径寻水流方向减小的过滤层及均质滤料层，如:双层、多层及均质滤料滤池，上向流和双向流滤池等:为减少阀门数量出现了虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池以及其他水力自动冲洗滤池等;从冲洗方式上还出现了有别于单纯水冲洗的气一水反冲洗滤池。1.2.2反冲洗技术简介 在滤池运转过程中，从进水中去除的杂质积聚在滤料表面和颗粒间的孔隙内，随着滤池的继续运转，贮集在滤床中的杂质会导致滤床的孔隙率降低，滤床所能截留的杂质量不断减少，当水头损失增加至水流按预定流量通过时所需的水头即最大允许水头损失，或是由悬浮物质的穿透最后导致滤后水水质下降时，最终将使滤池停运，此时，需对滤池进行反冲洗，以去除截留的杂质，恢复滤池的运行能力[[3]。对于老式慢滤池，从水中去除的绝大多数杂质会聚积在滤床的表面上，过滤水的水质下降时，用清洁的砂子替换上层滤料。而对于快滤池而言，滤速比慢滤池提高了几十倍甚至达到近百倍，使得单位面积载留杂质量骤增，过滤周期缩短，且杂质颗粒穿入滤床较深，慢滤池的刮砂办法显然不再适用，于是开始采用上向流反冲洗来清除滤层中的截留杂质。滤床的反冲洗是恢复和继续发挥滤池功能的关键，反冲洗的质量对滤后水水质、工作周期和滤层截污量等均有较大影响，滤池的效率全要靠有效冲洗来实现。滤池反冲洗系统设各费用占滤池总造价的50-70%，反冲洗费用又是滤池经常运行费用中最主要的部分。因此，合理的滤池反冲洗方式的选择及反冲洗系统的设计，在经济、技术、安全等方面有着重要意义。 早期的砂滤料快滤池是对砂颗粒进行轻轻的清洗[5]，以便在滤床表面留下一层不受破坏的有机膜，基于从砂慢滤池过滤工艺沿袭下来的认识，这一薄膜被认为是进行有效过滤所需要的。美国最早出现的砂滤池中还装有环形搅动耙子，用以在清洗过程中搅动砂子，以帮助砂与杂质分离开来。但该类滤池的反冲洗强度仅有1.7-3.4L/s m2。自然，这种低速弱强度冲洗不能够使滤床得到彻底清洁，效果并不理想。早在十九世纪末的英国，就有人开始用空气吹洗浸湿了的滤料，再用水进行反冲洗，这可以认为是气一水反冲洗的雏形。到了1900年，美国新泽西州小福尔装置的重力快滤池用空气搅动代替了旋转的搅动耙子，被认为是气一水反冲洗技术的最早运用。之后几年在哈佛大学所做的实验表明，空气冲洗是打碎砂层表面形成的泥块或泥浆所需要的。 1903年至1905年间，在美国辛辛那提过滤水厂的实验研究过程中，开始采用反冲洗强度为I 0-16 L/s m，的所谓“高速冲洗法”，放弃了旋转耙和空气冲洗。这样，在较高的反冲洗强度下，整个滤层处于悬浮状态，滤层流化了，滤料在上升水流中相互接触碰撞使滤料颗粒上吸附粘着的污物被冲洗水带出池外，从而使滤料得以“清洁”。由于构造简单，运行管理方便，冲洗效果明显，因而在美国及日本等国长期得到广泛的应用。但在这种冲洗方式下，要求水流必须足以使滤料膨胀流化，即滤层膨胀后的表观体积至少增加15%。 在反冲洗过程中，无论是水的剪力还是颗粒间的碰撞摩擦力都是由水的速度梯度G值产生的，高速水反冲洗实际产生的G值一般并不高，通常砂粒G值为300-400s-1，煤粒为150-300 s一 1，是一种弱冲洗方式。加之滤层膨胀造成水流涡动的作用，使得滤料表面形成的密实污泥层有部分被带入滤层深部逐步形成坚硬的大个泥球这样在通常的设计反冲洗强度下，滤池的冲洗效果不佳，冲洗时间延长，泥球更趋严重，反冲洗水耗增加，形成恶性循环。此外，高速水流反冲洗也容易造成滤料流失。因此在后来的应用中常辅以表面冲洗。 第一套表面冲