什么是无阀滤池？一文读明白

1.普通快滤池

普通快滤池是长期以来采用最多、最普遍的滤池，适用大中水量的过滤处理，对水质变化适应性相对较强，是滤速随时间逐渐减小的变速过滤滤池。根据处理水量的大小，可采用单排或双排布置，其构造与布置见图1。

1-1刨面

图-1普通快滤池

从图1的平面图、剖面图中可见：普通快滤池中有4只阀门，即过滤前进水管及过滤后清水出水管上各一只阀门；反冲洗进水管与反冲洗排水管上各一只阀门。阀门的大小与各自管径相同，通常称为2只进水阀门，2只出水阀门。过滤时反冲洗系统的2只阀门是关闭的；反冲洗时，过滤系统的2只阀门是关闭的。图-1为单独布置分3格滤池，每格4只阀门，则3格为12只阀门。如果是双排布置分8格，则就需要32只阀门。

设置阀门带来的主要为三个问题：

一是阀门造价很高，较大比例地增加了投资和建设费用；

二是设置阀门要占地方，增加了面积；

三是运行过程中不仅要开、关等进行操作，还要进行维护修理，如采用电动阀门，还须设线路及增加电耗等。电动阀门的价格远比同类阀门贵。

为此，给水处理专家及工程技术人员，想方设法研究减少阀门数量或不设阀门的滤池。

2.虹吸管式双阀滤池

虹吸管式双阀滤池如图-2所示。

图-2虹吸管式双阀滤池

1一进水虹吸管；2一排水虹吸管；3一冲洗水渠；4一清水渠；5一集水渠；6一进水总渠；7一中央配水渠；8一配水支管；9一排水井；10一洗砂排水槽

它减少了进水管和反冲洗排水管上2只阀门，用虹吸管来代替，即采用真空系统来控制虹吸进水管和虹吸排水管。因仍采用大阻力配水系统，故仍需设反冲洗进水和滤后水清水出水2只阀门。虹吸管式双阀滤池的配水、冲洗方式、设计数据及计算等，均与大阻力配水的普通快滤池相同，仅减少了2只阀门。

还有一种双阀滤池是鸭舌阀滤池（图略），它与普通快滤池基本相同，省去了进水和反冲洗排水2只阀门，用鸭舌阀阀板来替代。此双阀滤池的反冲洗水量较大。

3.虹吸滤池

虹吸滤池（见图-3的平、剖面示意图）的2只进水阀门和2只出水阀门，均用虹吸管替代，即采用真空系统来控制进、出水虹吸管，不设阀门。

图-31000m³/h虹吸滤管

1一进水管；2一出水管；3一排水管；4一出水管；5一人孔；6一进水虹吸管；7一排水虹吸管；8一配水槽；9一进水槽；10一洗砂排水槽；11一水位接点：12一钢盖板；13一计时水槽；14一钢梯栏杆；15一走道板；16一出砂孔短管；17一清水堰板槽；18一防涡栅；19一排水渠；20一排水集水槽

虹吸滤池的平面布置可设计成圆形、矩形或其他形式（如多边形）。采用中、小阻力配水系统；利用滤池本身的出水及其水头进行冲洗，以代替冲洗水箱或水泵。

滤池的总进水量能自动均衡地分配到各单格，当进水量不变时各格均为等速过滤。

因过滤水位高于滤层，故滤料内不会发生负水头现象。

虹吸滤池因省去了4只阀门，降低了投资，减少维护管理工作量，在20世纪70年代我国普遍上马，但到80年代又普遍出现问题，大多数进行了改造。主要问题是冲洗不彻底，砂层结块、结团，工作周期缩短，影响出水水质。之后，虹吸滤池在工程设计中采用很少，在大学的专业教材中仅提及一下，已不作较详细介绍。

4.无阀滤池

无阀滤池有重力式和压力式两种。重力式无阀滤池的过滤状态见图-4，反冲洗状态见图-5。在给水的中小处理水量中使用较广泛，特别是用于工矿企业和农村给水中。

图-4无阀滤池过滤状态

1一辅助虹吸管；2一虹吸上升管；3一进水槽；4一分配堰；5一清水箱；6一出水管至清水池；7一挡板；8一滤池；9一集水区；10一格栅；11一连通管；12一进水管

图-5无阀滤池反冲洗状态

1一抽气管：2一虹吸辅助管；3一虹吸下降管；4一虹吸破坏管；5一虹吸上升管；6一排水井；7一排水管；8一水封堰；9一虹吸破坏斗

无阀滤池是于不设阀门而得名，双阀滤池、虹吸滤池，虽然减少阀门和不设阀门，但需要设虹吸管和抽真空设备。而无阀滤池既不设阀门，也不需要真空设备，运行完全由水力自动控制，不需要管理操作，很受企业和农村给水的欢迎。

同时，无阀滤池处理水量小，可设计成设备、工厂化生产、现场安装即可。

故本文论述无阀滤池，主要是重力式。

5.单阀滤池

只设1只排水阀门的滤池称单阀滤池，如图-6~图-8所示。

图-6单阀滤池（一）

图-6是一种最简易的单阀滤池，此单阀滤池与无阀滤池基本相仿，唯用一只排水阀门代替了无阀滤池的虹吸管。这种滤池对于农村和企业给水是很实用的。

图-7单阀滤池（二）

图-7是另一种布置的单阀滤池，排水阀门和进水盘阀均用水力控制，其基本形式也与无阀滤池相仿。

图-8单阀滤池（三）

图-8是介于无阀滤池与虹吸滤池之间的一种单阀滤池，进水采用虹吸管控制，排水采用电动阀门，利用水位上下接通电触点进行自动控制。

虹吸滤池和无阀滤池都是无阀门。中、小阻力配水，等速过滤的滤池。单阀滤池是与它们相仿的滤池，实践中有应用，但不多。应用较多较普遍的是无阀滤池。

无论是重力式无阀滤池还是压力式无阀滤池，其工作原理是基本相同的。按图-4和图-5,无阀滤池的优特点为：

(1)进水、出水、反冲洗及排水均不设置阀门，运行和反冲洗过程完全由水力自动控制。也不像虹吸滤池、双阀滤池那样，需用虹吸管代替阀门，需要一套抽真空设备。

(2)变水头等速过滤。水头的变化体现在虹吸管中的水位变化，即随着过滤的进展，虹吸管中的水位逐渐上升，直至虹吸形成进行反冲洗，在整个过滤过程中保持相等的进水量、出水量，即水头是变的，水量是不变的。

(3)反冲洗水箱设在滤池上部，省去了专用冲洗水箱或冲洗水泵，减少了占地，节省了电耗，并不需运行操作。

(4)低水头反冲洗，小阻力配水系统。

(5)运行、冲洗全由水力自动控制，不需要操作、管理和维修，仅需适当维护。

无阀滤池适用于处理小水量，可设计成规格化的设备，用于农村、工矿企业的给水。它的适用条件和范围大致为以下方面：

(1)因无阀滤池由水力自动控制运行和反冲洗，不需要运行、管理和操作，因广大农村和工矿企业缺乏这方面的专业人员，技术力量薄弱，水平低，故适合于农村及有关企业使用。

(2)无阀滤池仅起过滤作用，一般情况下应与沉淀或澄清配套使用。无阀滤池处理水量较小，进水配水槽较高，要与无阀滤池配合使用的沉淀或澄清设备也应处理水量较小、出水高程较高。满足这两个要求的一般为水力循环澄清池，因此水力循环澄清与无阀滤池匹配是较为理想的组合。

1.滤池的过滤工艺流程

按图-4，其过滤的工艺流程为：原水由分配堰4进入进水槽3，然后流入进水管12，经U形管进入虹吸上升管2，向下流再经顶盖下面设在正中的配水挡板7，把水均匀地分布在滤料层8上，经滤层8过滤的水经承托层和小阻力排水系统（格栅）10，进入底部集水区（室）9，集水室的水通过连通管11进入上部水箱5。随着过滤的进行，水箱水量增加，水位不断上升，当水位上升到出水管（或出水渠）6的喇叭口上缘时，水就溢流进入出水管（或溢入集水渠），最后流入清水池。

上述过滤的工艺流程直至到虹吸管形成虹吸进行反冲洗为止。待反冲洗结束，又自动进行过滤，重复上述过程。

2.工作原理

过滤开始，虹吸上升管与冲洗水箱中的水位（水箱中水是满的，水位与出水管喇叭口或集水渠的堰口持平)有一个差值，设H,则H。为过滤起始水头损失。随着过滤时间的延续，滤层截留悬浮物增多，阻力逐渐增大，水头损失增加，虹吸上升管中水位亦相应地逐渐升高。管中原存在的空气受到压缩，一部分空气则从虹吸下降管出口端穿过水封进入大气。

随着滤层阻力的增加，虹吸上升管内水位不断上升，当水位上升到虹吸辅助管2（图-5)的管口时，水从辅助管下流，依靠下降水流在管中形成的真空和水流的挟气作用，抽气管1（图-5）不断将虹吸管中空气抽出，使虹吸管中真空度逐渐增大，造成虹吸上升管中水位升高。同时，虹吸下降管3（图-5）将排水水封井6中的水吸上至一定高度。

当上升管中水位越过虹吸管顶端而下落时，下落水流与下降管中上升水柱汇成一股冲出下降管管口，把管中残留空气全部带走，形成连续虹吸水流。这时，由于滤层上部压力骤降，促使水箱中的水循着过滤时的相反方向进入虹吸管，滤料层因而受到反冲洗。冲洗废水由排水水封井6流入下水道。

在冲洗过程中，水箱内水位逐渐下降，当水位下降到虹吸破坏斗（图-5）9时，小斗中水被吸完，管口与大气相通，虹吸破坏，冲洗结束，过滤重新开始。

3.过滤周期及强制冲洗

(1)过滤周期及期终水头损失

从过滤开始至虹吸上升管中水位上升到虹吸辅助管管口这段时间，为无阀滤池的过滤周期。虽然当水从辅助管下流到形成虹吸反冲洗还有一段时间，但仅为数分钟，故不计在内。

开始过滤时有一个起始水头H。(虹吸上升管内水位与水箱最高水位之差)，随着过滤的进行，上升管中水位不断升高，当上升到辅助管管口时（一个过滤周期），上升管内水位与水箱最高水位之差为H1(图-4)，称为期终允许水头损失，此值一般采用1.52.0m。

(2)强制反冲洗在过滤过程中，滤池的水头损失还未达到最大允许值，而因某种原因（如出水水质不符合要求、参观及实习的需要等)需要冲洗时，可实行人工强制冲洗。一般在辅助管与抽气管相连接的三通管上部，接有一根压力水管，成为强制冲洗管。当需要强制冲洗时，打开强制冲洗管（压力管）上阀门，在抽气管与虹吸辅助管接连的三通管处产生高速水流，产生强烈的抽气作用，使虹吸很快形成，进行反冲洗。