无阀滤池是一种不设阀门的水处理过滤设备,过滤-反冲洗过程周而复始,不需要人为干预。由于运行自动、管理简便、适于工厂化制造,被广泛用于自来水和污水处理领域。无阀滤池的构造如图1所示。

　　 滤池处在过滤工况时,高位水箱或沉淀池中的水依次通过进水“U”型管、反冲洗虹吸上升管、滤层、垫层和水流通道进入反冲洗水箱,最后通过滤池出水管排出。

　　 随着过滤时间的推移,滤层的水头损失增大,虹吸上升管中的水位逐步升高,当水位到达反冲洗虹吸管顶部时发生虹吸,无阀滤池中的水流改变方向,即水箱中的清水依次通过:水流通道、垫层、滤层、上升管和下降管进入排水溢流槽,实现滤层的反冲洗。

　　 随着反冲洗的进行,水箱中的水位不断下降,到达虹吸破坏管的口部时,虹吸被破坏,反冲洗过程终止,新的过滤过程开始。

　　 上述循环往复的过滤-反冲洗过程,完全依靠水力自动完成,无需任何外加设备和动力。

　　 无阀滤池问世已经半个多世纪,在中小型给水工程和污水处理中,仍是主力过滤设备之一。但是,在反冲洗过程中,进水挟带空气会严重影响滤池正常运行的问题一直没有妥善解决。

　　 在反冲洗工况下,反冲洗虹吸管中负压(视滤池的大小,负压可达2~4m水柱)使得进水“U”型管中的水位急剧下降,与高位水箱的水位形成巨大落差,导致进水管水流挟带大量空气进入反冲洗虹吸管。水流挟气运行带来3方面的问题:①反冲洗工况不易形成,反冲洗强度偏低,导致滤层膨胀度不够,清洗不彻底;②即使进入反冲洗工况,由于挟气量的增大,极易造成反冲洗过程的中断;③滤池进水随反冲洗水流失,造成水资源浪费,特别在难以形成反冲洗时,无效的反冲洗时间过长,水资源浪费更甚。

　　 由于冲洗过程不能顺利进行,通常需要进行人工干预,以至于无阀滤池的自动运行有名无实。

　　 图2表示联锁器的结构原理,联锁器的运动部件包括上止水瓣、下止水瓣、连杆、弹力橡胶膜、负压室和信号管。

　　 联锁器的水流由上、下止水瓣控制,采用双瓣结构的主要原因是为了平衡水流压力,将联锁器启闭过程中的阻力降到最小,使启闭过程更加顺畅。上、下止水瓣由1根连杆连接到弹力橡胶膜,弹力橡胶膜是联锁器的驱动原件。

　　 负压室是联锁器重要的信息接收器,通过信号管与冲洗虹吸管连接,冲洗虹吸管的压力变化驱动弹力橡胶膜上下运动,从而驱使上、下瓣的启闭。

　　 联锁器加工工艺简单,具有一般机械加工能力的工厂,都可以加工制造。

　　 通过法兰盘将联锁器直接连接到无阀滤池进水管上,然后将联锁器信号管连接到无阀滤池反冲洗虹吸管的顶端(见图3),安装过程即告完成。安装联锁器的无阀滤池,原有的进水“U”型管可以省却。无论对于新建工程,还是改建工程,安装过程都十分简便。

　　 在过滤工况下,上、下瓣在重力作用下,处于开启状态,水流通过分水锥从上下两个方向流向出水短管,进入滤池。

　　 当反冲洗开始时,反冲洗虹吸管处在负压状态,负压通过信号管传递到联锁器负压室,在负压的作用下,负压室的水瞬间被吸走,弹力橡胶膜向上弹起,并带动连杆和上、下止水瓣向上运动,从而关闭上、下分水口,无阀滤池停止进水。

　　 一旦反冲洗过程结束,反冲洗虹吸管负压消失,水流通过平衡管进入负压室,上、下止水瓣在重力作用下下落,无阀滤池恢复进水,重新开始过滤。

　　 从上述过程可知,联锁器开启与关闭的动力来自无阀滤池运行状态的转换,联锁器动作程序与无阀滤池的运行程序保持一致,所有运行过程不需要外加动力和控制装置,保证了联锁器运行的可靠性。

　　 在联锁器的设计和制造时,主要控制从进水短管到出水短管的每一处过水断面的面积,如水流转折处的面积、上下进水口面积之和应不小于进水短管的截面积等。

　　 为了平衡上、下瓣的压力,上进水口的面积应略大于下进水口,其面积差取决于高位水箱(或沉淀池)的水位与上下进水口的高差,上瓣面积与下瓣面积之比一般可取10∶9。

　　 (1)水头损失。联锁器产生的水头损失与进水“U”型管相当,无需特殊考虑。

　　 (2)高位水箱滞纳能力复核。由于停止进水,反冲洗时将有一部分水滞留在高位水箱或沉淀池,需要复核无阀滤池前端设备的滞纳能力。一般来说,由于反冲洗时长较短,原有构筑物的设计超高足以应对。

　　 (3)反冲洗虹吸管复核。由于停止进水,反冲洗强度有可能超过预期,为了保证一定的反冲洗强度,需要复核反冲洗虹吸管的管径。对于改建设备,可以考虑在虹吸下降管上加装一定的阻力(如在下降管出口处焊接铁板,适当缩小过水面积等);对于新建设备,可以考虑适当缩小虹吸管的管径。