一种海水淡化预处理用滤池

摘要

本发明涉及一种用于海水淡化预处理工艺的滤池。在滤池砼内添加耐海水腐蚀的防腐剂、与海水相接触的砼内表面涂刷耐海水的防腐涂料、砼内钢筋增加钢筋除锈剂、池内与海水接触的金属件均采用高合金双相不锈钢S32205(ASTM)、非金属材料采用FRP玻璃纤维增强塑料、ABS工程塑料和EPDM橡胶等耐海水腐蚀的材料。提高了滤池耐久性；滤池采用气水反冲洗加表面扫洗，反冲洗效果好；滤料选择方面有新的技术性突破，采用双层滤料，滤料含污能力强，滤池出水水质明显提高；气水反冲洗时关闭排水电动闸板阀，高速反洗、反冲洗时间短、反冲周期长、耗水量少，反冲洗时不会出现滤料流失现象；运行自动化程度高，便于管理；土建结构简单，基建投资较省，施工方便。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种海水淡化预处理用的滤池。

背景技术

海水淡化亦称“海水脱盐”，即除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程。海水淡化是实 现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响。水质好、价格 渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业用水需求。

近年来世界上海水淡化正向高效化、低能化和规模化的目标发展，反渗透(SWRO)、多级 闪蒸(MSF)和多效蒸发(MED)更成为适用于大型海水淡化技术的主流。

一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括 海水预处理、淡化(脱盐)、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置 之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物(对反渗透法)，或脱气(对 蒸馏法)，添加必要的药剂等。采用的预处理设备通常有絮凝沉淀池、滤池、UF、MF等；脱 盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除 要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回 收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水，针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮 运等处理。

常规水处理工艺的滤池有多种型式，以石英砂作为滤料的普通快滤池使用最广。但是专 用于海水淡化预处理过程的滤池还很少。因为海水淡化环境的特殊性，用于海水淡化的滤池 需要满足其自身特殊的要求。为了克服现有技术的不足，有必要开发专用滤池满足海水淡化 的特殊要求。

发明内容

为了填补现有滤池技术的空白，本发明提供一种新型海水淡化预处理用滤池。该滤池解 决了海水腐蚀环境中构筑物和材料的耐久性问题；解决了生产运行中经常遇到的气、水分配 不均匀问题；解决了滤板滤梁不水平，滤板接缝处密封不严等现象；解决了气水分配渠内无 法清渣、无法观察滤板下部情况的问题；对滤池排水渠排水方式进行创新，反冲洗时通过控 制排水电动闸板阀，高速反洗、反冲洗时间短、反冲周期长、耗水量少，反冲洗时不会出现 滤料流失和跑砂现象；滤池采用气水反冲洗加表面扫洗，反冲洗效果好；滤料选择方面有新 的技术性突破，采用双层滤料，滤料含污能力强，滤池出水水质明显提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海水淡化预处理用滤池，滤池主体采 用钢筋砼结构。由于滤池内部、外部都处于海水腐蚀性介质环境，对砼和内部钢筋具有腐蚀 性。为提高滤池耐久性，在砼内添加耐海水腐蚀的RMA防腐剂；与海水相接触的砼内表面， 涂刷耐海水的防腐涂料；砼内钢筋涂刷钢筋除锈剂；池内与海水接触的金属件均采用高合金 双相不锈钢S32205(ASTM)，非金属材料采用FRP玻璃纤维增强塑料、ABS工程塑料和EPDM 橡胶等耐海水腐蚀的材料。

根据流体的流动特性，为了保证反冲洗时滤池平面气、水分配的均匀，滤池平面尺寸的 长宽比为：长∶宽＝4∶1～3.5∶1(宽度不包括气水分配渠，气水分配渠宽度为0.7～0.9米)。滤 池的长度不小于11米。

滤池工作时，待滤水由进水总渠经进水电动闸板阀后，溢过堰口再经侧孔进入配水槽。 待滤水由配水槽底部横向表面扫洗孔和槽顶溢流堰溢流，均匀进入滤池。根据滤池进水水质 与对出水水质要求的不同，可选择单层均质滤料或双层、多层滤料，亦可更改滤层中的滤料。 一般单层均质滤料是采用石英砂(或陶粒)；双层滤料为陶粒与石英砂(无烟煤或石英砂)。 当滤池进水水质差(如原水受到微污染，含TOC较高时)，可用颗粒活性炭置换无烟煤等滤料。 滤池待滤水经重力渗透穿过滤料层、承托层和长柄滤头流入底部空间。长柄滤头材质为ABS 工程塑料。滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有Φ2mm气孔，下部有长65mm、 宽1mm条缝；滤头均匀分布在滤板上，每平方米布置48～56个。滤板、滤梁均为钢筋砼预 制件。滤板制成矩形，边长不超过1.2m。底部空间的滤后水经配水方孔汇入气、水分配渠内， 最后由管廊中水封井、出水堰、清水渠流入清水池，滤速在6～20m/h范围内选用，视原水水 质变化自动调节出水清水阀开启度来实现恒水头等速过滤。

为了确保反冲洗时滤板下面任何一点的压力均等，并使滤板下压入的空气可以尽快形成 一个气垫层，滤板与池底之间应有一个高度适当的空间。我们把滤板下面底部空间的高度设 计为0.85～0.95米。这个高度足以使空气通过长柄滤头的孔和缝得到充分的混合并均匀分布 在整个滤池面积之上，从而保证了滤池的正常滤水工作和滤池反冲洗的再生效果。采用905 接缝专用密封胶(按水泥∶砂∶905胶＝1∶1∶0.5比例配制成905砂浆)对滤板之间及滤板与池壁 之间的缝隙进行了密封。保证了不漏水不漏气的密封性能。要保证滤池气、水反冲洗的质量， 最关键还得严格控制滤板滤梁的制作及安装，滤板的水平误差在±2毫米之间；全池滤板面水 平误差在±5毫米之间。只有滤板、滤梁平整了，长柄滤头实质上也就平整了。为控制滤板滤 梁的制作及安装质量，滤板和滤梁制成预制件。在预制场，用钢模具、钢筋和砼精心制作滤 板、滤梁，保证单件滤板、滤梁的水平度和滤板厚度，并对其进行养护，把好质量第一关。 要使整池滤板面水平度高，关键在滤梁的安装上。我们将安装滤梁用的预埋铁件准确平整地 预埋在池底上，然后在这块预埋铁件上焊一条DN100钢短管，又在预制好的滤梁下方的预埋 铁件上焊一条DN80钢管，将DN80钢管套入DN100钢管中，用水准仪校水平，水平调准后， 再将管焊牢成一整体。然后用DN200管作模，将水泥砂浆灌入模中，使在DN100、DN80管 的外面形成一层保护膜防止钢管支承生锈，同时又加强了它的支承强度。在滤梁安装好的基 础上，又用水准仪严格控制滤板的水平度安装。真正做到了全池滤板面水平误差在±5毫米之 间。从而也保证了气、水反冲洗的成功。

反冲洗操作采用：“气冲；气～水同时冲；水冲”三步。全部由自控系统程序控制。冲 洗过程设定为：

a、当水头损失达2.0m时，关闭进水电动闸板阀，待滤水通过溢流堰流入，故仍有一部 分水继续进入配水槽，并经配水槽底部横向表面扫洗孔进入滤池。滤池继续过滤；

b、待滤池中水面降至高出滤料层15cm时，关闭出水清水阀；

c、启动鼓风机，开反冲进气阀，空气经气、水分配渠的上部配气小孔均匀进入滤池底部， 由长柄滤头喷出，松动滤料层，摩擦滤料的截污物，强度为15～16L/m².s，将滤料表面杂质 擦洗下来并悬浮于水中。

d、历时2分钟后，启动冲洗水泵、再开反冲进水冲洗水阀，此时气冲强度仍为15～16L /m².s，水冲强度为3～4L/m².s。此时空气和水同时进入气、水分配渠，再经配水方孔和配 气孔和长柄滤头均匀进入滤池，使滤料进一步冲洗，同时横向表面扫洗孔继续扫洗。根据射 流的性质，要使表面扫洗效果最佳，此射流应设计成半淹没射流。因此，配水槽底部横向表 面扫洗小孔中心标高比反冲洗水位低0.8～1.2cm；

e、历时4.5分钟气水混冲后，关闭反冲进气阀门。同时开大反冲进水阀，使水冲强度达 到15～16L/m².s；单独用水再反冲洗几分钟、加上横向表面扫洗孔扫洗，最后将悬浮于水中 杂质全部冲入排水槽。根据水流剪切力与水冲洗速度成正比。本阶段，水冲强度达15～16L /m².s，使滤料膨胀成浮动状态，从而冲刷和带走前两阶段(气冲段、气水冲段)洗擦下来 的截留污物和附在滤料上的小气泡。一般经两次反冲洗过程，滤料中截污物遗留量少于 0.1kg/m³。反冲洗强度较高，滤料中截污物遗留量少、滤料净度好，使初滤水水质得到保证。 当进入滤池的浊度＜5NTU时，滤速取6～10m/h；滤层厚度1.5m厚。双层滤料，陶粒：厚0.8m， 粒径1.6～2.5mm；石英砂：厚0.7m，粒径0.7～1.2mm；本滤池出水水质＜0.5NTU。

f、经2.0～2.5分钟高强度水冲后，关闭反冲进水阀门，此时池中水位约达最高运行水 位；

g、静止20秒后开启反冲水排水电动闸板阀，先开50％开启，然后开100％开启进行排 水。滤池下有滤板，滤料一般不会从滤池底部流失。反冲洗时反冲洗水的强度高(15～16L /m².s)、滤料的膨胀率较大(40％以上)，一般比重较轻的滤料如：颗粒活性炭、陶粒等， 易于从排水槽流失。但本滤池由于它具有：1)排水电动闸板阀的底部高于滤料层0.15～0.20m； 2)排水电动闸板阀是在反冲洗结束，滤料沉降20秒后再逐步开启。从而保证轻质滤料不致 于通过排水电动闸板阀流失；

h、一般在60～80秒内排完滤池中的反冲洗水，此时，滤池中的微细污泥颗粒仍呈悬浮 状态，不会发生沉淀，截留在滤料表面。由配水槽底部横向表面扫洗孔继续扫洗，将杂质推 向排水渠。排水渠底板上有一个密封人孔，方便人员进入气、水分配渠内清渣并观察滤板下 部情况。把杂质全部排除后，关闭排水电动闸板阀。重复程序，再反冲洗一次。一般通过两 次反冲洗后，滤料中含污率低于0.1kg/m³，并且附着在滤料上的小气泡也基本上被冲掉。然 后开启进水电动闸板阀，待池中水位达一定高度时，开出水清水阀，进入新一轮过滤周期。

本发明的有益效果是：涉及一种用于海水淡化预处理工艺的滤池。在滤池砼内添加耐海 水腐蚀的防腐剂、与海水相接触的砼内表面涂刷耐海水的防腐涂料、砼内钢筋涂刷钢筋除锈 剂、池内与海水接触的金属件均采用高合金双相不锈钢S32205(ASTM)、非金属材料采用ERP 玻璃纤维增强塑料、ABS工程塑料和EPDM橡胶等耐海水腐蚀的材料。提高了滤池耐久性； 滤池采用气水反冲洗加表面扫洗，反冲洗效果好；滤料选择方面有新的技术性突破，采用双 层滤料，滤料含污能力强，滤池出水水质明显提高；气水反冲洗时通过控制排水电动闸板阀， 高速反洗、反冲洗时间短、反冲周期长、耗水量少，反冲洗时不会出现滤料流失现象；运行 自动化程度高，便于管理；土建结构简单，基建投资较省，施工方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明俯视结构示意图。

图2是图1的1-1剖面结构示意图。

图3是图1的2-2剖面结构示意图。

图中1、进水总渠     2、进水电动闸板阀    3、堰口        4、侧孔

    5、配水槽       6、横向表面扫洗孔    7、排水渠      8、气、水分配渠

    9、配水方孔     10、配气孔           11、底部空间    12、排水电动闸板阀

    13滤梁          14、滤板             15、长柄滤头    16、陶粒滤料

    17、承托层      18、石英砂滤料       19、人孔        20、进气阀

    21、水封井      22、出水堰           23、清水渠      24、鼓风机

    25、冲洗水泵    26清水阀             27、冲洗水阀

具体实施方式

如图所示：一种海水淡化预处理用滤池，滤池主体采用钢筋砼结构。由于滤池内部、外 部都处于海水腐蚀性介质环境，对砼和内部钢筋具有腐蚀性。为提高滤池耐久性，在砼内添 加耐海水腐蚀的RMA防腐剂；与海水相接触的砼内表面，涂刷耐海水的防腐涂料；砼内钢筋 涂刷钢筋除锈剂；池内与海水接触的金属材料均采用高合金双相不锈钢S32205(ASTM)，非 金属材料采用FRP玻璃纤维增强塑料、ABS工程塑料和EPDM橡胶等耐海水腐蚀的材料。

根据流体的流动特性，为了保证反冲洗时滤池平面气、水分配的均匀，滤池平面尺寸的 长宽比为：长∶宽＝4∶1～3.5∶1(宽度不包括气水分配渠(8)，气水分配渠(8)宽度为0.7～ 0.9米)。滤池的长度不小于11米。

滤池工作时，待滤水由进水总渠(1)经进水电动闸板阀(2)后，溢过堰口(3)再经侧 孔(4)进入配水槽(5)。待滤水由配水槽底部横向表面扫洗孔(6)和槽顶溢流堰溢流，均 匀进入滤池。根据滤池进水水质与对出水水质要求的不同，可选择单层均质滤料或双层、多 层滤料，亦可更改滤层中的滤料。一般单层均质滤料是采用石英砂(或陶粒)；双层滤料为陶 粒(16)与石英砂(18)(无烟煤或石英砂)。当滤池进水水质差(如：原水受到微污染，含 TOC较高时)，可用颗粒活性炭置换无烟煤等滤料。进入滤池待滤水经重力渗透穿过滤料层、 承托层(17)和长柄滤头(15)流入底部空间(11)。长柄滤头材质为ABS工程塑料。滤头 长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有Φ2mm气孔，下部有长65mm、宽1mm条缝； 滤头均匀分布在滤板(14)上，每平方米布置48～56个。滤板(14)、滤梁(13)均为钢筋 砼预制件。滤板(14)制成矩形，边长不超过1.2m。底部空间(11)的滤后水经配水方孔(9) 汇入气、水分配渠(8)内，最后由管廊中水封井(21)、出水堰(22)、清水渠(23)流入清 水池，滤速在6～20m/h范围内选用，视原水水质变化自动调节出水清水阀(26)开启度来实 现恒水头等速过滤。

为了确保反冲洗时滤板(14)下面任何一点的压力均等，并使滤板(14)下压入的空气 可以尽快形成一个气垫层，滤板(14)与池底之间应有一个高度适当的空间。我们把滤板下 面底部空间(11)的高度设计为0.85～0.95米。这个高度足以使空气通过长柄滤头(15)的 孔和缝得到充分的混合并均匀分布在整个滤池面积之上，从而保证了滤池的正常滤水工作和 滤池反冲洗的再生效果。采用905接缝专用密封胶(按水泥∶砂∶905胶＝1∶1∶0.5比例配制成905 砂浆)对滤板(14)之间及滤板(14)与池壁之间的缝隙进行了密封。保证了不漏水不漏气 的密封性能。要保证滤池气、水反冲洗的质量，最关键还得严格控制滤板(14)滤梁(13) 的制作及安装，滤板(14)的水平误差在±2毫米之间；全池滤板面水平误差在±5毫米之间。 只有滤板(14)、滤梁(13)平整了，长柄滤头(15)实质上也就平整了。为控制滤板(14) 滤梁(13)的制作及安装质量，滤板(14)和滤梁(13)往往制成预制件。在预制场，用钢 模具、钢筋和砼精心制作滤板(14)、滤梁(13)，保证单件滤板(14)、滤梁(13)的水平度 和滤板(14)厚度，并对其进行养护，把好质量第一关。要使整池滤板面水平度高，关键在 滤梁(13)的安装上。我们将安装滤梁(13)用的预埋铁件准确平整地预埋在池底上，然后 在这块预埋铁件上焊一条DN100钢短管，又在预制好的滤梁(13)下方的预埋铁件上焊一条 DN80钢管，将DN80钢管套入DN100钢管中，用水准仪校水平，水平调准后，再将管焊牢 成一整体。然后用DN200管作模，将水泥砂浆灌入模中，使在DN100、DN80管的外面形成 一层保护膜防止钢管支承生锈，同时又加强了它的支承强度。在滤梁(13)安装好的基础上， 又用水准仪严格控制滤板(14)的水平度安装。真正做到了全池滤板面水平误差在±5毫米之 间。从而也保证了气、水反冲洗的成功。

反冲洗操作采用：“气冲；气～水同时冲；水冲”三步。全部由自控系统程序控制。冲 洗过程设定为：

a、当水头损失达2.0m时，关闭进水电动闸板阀(2)，待滤水通过溢流堰流入，故仍有 一部分水继续进入配水槽(5)，并经配水槽(5)底部横向表面扫洗孔(6)进入滤池。滤池 继续过滤；

b、待滤池中水面降至近滤料层时(约高15cm)，关闭出水清水阀(26)；

c、启动鼓风机(24)，开反冲进气阀(20)，空气经气、水分配渠(8)的上部配气小孔 (10)均匀进入滤池底部，由长柄滤头(15)喷出，松动滤料层，摩擦滤料的截污物，强度 为15～16L/m².s，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮于水中。

d、历时2分钟后，启动冲洗水泵(25)、再开反冲进水冲洗水阀(27)，此时气冲强度仍 为15～16L/m².s，水冲强度为3～4L/m².s。此时空气和水同时进入气、水分配渠(8)，再 经配水方孔(9)和配气孔(10)和长柄滤头(15)均匀进入滤池，使滤料进一步冲洗，同时 横向表面扫洗孔(6)继续扫洗。根据射流的性质，要使表面扫洗效果最佳，此射流应设计成 半淹没射流。因此，配水槽(5)底部横向表面扫洗孔中心标高比反冲洗水位低0.8～1.2cm；

e、历时4.5分钟气水混冲后，关闭反冲进气阀门(20)。同时开大反冲进水冲洗水阀(27)， 使水冲强度达到15～16L/m².s；单独用水再反冲洗几分钟、加上横向表面扫洗孔(6)扫洗， 最后将悬浮于水中杂质全部冲入排水槽(7)。根据水流剪切力与水冲洗速度成正比。本阶段， 水冲强度达15～16L/m².s，使滤料膨胀成浮动状态，从而冲刷和带走前两阶段(气冲段、气 水冲段)洗擦下来的截留污物和附在滤料上的小气泡。一般经两次反冲洗过程，滤料中截污 物遗留量少于0.1kg/m³。反冲洗强度较高，滤料中截污物遗留量少、滤料净度好，使初滤水 水质得到保证。当进入滤池的浊度＜5NTU时，滤速取6～10m/h；滤层厚度1.5m。双层滤料， 陶粒：厚0.8m，粒径1.6～2.5mm；石英砂：厚0.7m，粒径0.7～1.2mm；本滤池出水水质＜ 0.5NTU。

f、经2.0～2.5分钟高强度水冲后，关闭反冲进水冲洗水阀门(27)，此时池中水位约达 最高运行水位；

g、静止20秒后开启反冲水排水电动闸板阀(12)，先开50％开启，然后开100％开启进 行排水。滤池下有滤板(14)，滤料一般不会从滤池底部流失。反冲洗时反冲洗水的强度高(15～ 16L/m².s)、滤料的膨胀率较大(40％以上)，一般比重较轻的滤料如：颗粒活性炭、陶粒等， 易于从排水槽流失。但本滤池由于它具有：1)排水电动闸板阀(12)的底部高于滤料层0.15～ 0.20m；2)排水电动闸板阀(12)是在反冲洗结束，滤料沉降20秒后再逐步开启。从而保证 轻质滤料不致于通过排水电动闸板阀(12)流失；

h、一般在60～80秒内排完滤池中的反冲洗水，此时，滤池中的微细污泥颗粒仍呈悬浮 状态，不会发生沉淀，截留在滤料表面。由配水槽(5)底部横向表面扫洗孔(6)继续扫洗， 将杂质推向排水渠(7)。排水渠(7)底板上有一个密封人孔(19)，方便人员进入气、水分 配渠(8)内清渣并观察滤板下部情况。把杂质全部排除后，关闭排水电动闸板阀(12)。重 复程序，再反冲洗一次。一般通过两次反冲洗后，滤料中含污率低于0.1kg/m³，并且附着在 滤料上的小气泡也基本上被冲掉。然后开启进水电动闸板阀(2)，待池中水位达一定高度时， 开出水清水阀(26)，进入新一轮过滤周期。