日照水司奎山水廠濾池反沖洗技術(shù)淺析
in 行業(yè)新聞 by 柯橋水務(wù)
日照水司 尹小華
來(lái)源：中國(guó)供水節(jié)水
奎山十萬(wàn)噸水廠供水工程是我市重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，該工程總投資1.2億元人民幣，其中利用英國(guó)政府貸款352.8萬(wàn)英鎊。工程一期設(shè)計(jì)規(guī)模11.2萬(wàn)噸/日，其中凈水5萬(wàn)噸/日，木漿廠用原水6.2萬(wàn)噸/日。凈水廠設(shè)計(jì)供水能力達(dá)到凈水10萬(wàn)噸/日。過(guò)濾是供水工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，合理地選擇與設(shè)計(jì)濾池反沖洗系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全等方面有著重要的意義。
一、濾池單獨(dú)用水反沖洗方式存在的問(wèn)題
濾池是常規(guī)給水處理中的最后環(huán)節(jié)。濾池的反沖洗系統(tǒng)是維持濾池功能的關(guān)鍵，其基本要求是：在較短的反沖洗時(shí)間內(nèi)，使濾料得到清洗，恢復(fù)其去除雜質(zhì)的能力。反沖洗的質(zhì)量對(duì)濾后水水質(zhì)、工作周期，運(yùn)行情況、濾料含污量和級(jí)配組成的影響很大。濾池反沖洗系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備費(fèi)用很高，同時(shí)反沖洗費(fèi)用又是濾池最主要的運(yùn)行費(fèi)用。
濾池的反沖洗有水反沖洗和氣水反沖洗兩種基本方式。傳統(tǒng)的濾池反沖洗方式為水反沖洗方式。單獨(dú)水反沖洗方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，但在運(yùn)行中存在以下問(wèn)題：〈1〉水反沖洗主要靠水流剪力，而濾料間擦洗作用不夠，不易將濾料徹底清洗干凈，往往一些較大的懸浮雜質(zhì)顆粒和泥球殘留在濾層中逐漸積累，使濾層起始水頭損失增大，濾層截污能力下降，運(yùn)行周期縮短，產(chǎn)水量下降；〈2〉若采用高強(qiáng)度水反沖洗，又會(huì)造成濾料嚴(yán)重流失，承托層移動(dòng)，同時(shí)過(guò)高的反沖洗強(qiáng)度反會(huì)降低濾料顆粒間碰撞、摩擦作用；〈3〉濾層中出現(xiàn)泥球后，在設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度下沖洗效果不佳，且延長(zhǎng)沖洗時(shí)間，泥球更趨嚴(yán)重，增加了反沖洗水耗，形成惡性循環(huán)；〈4〉反沖洗需要一定的G值，水反沖洗產(chǎn)生的G值低，為300～400S-1，是一種弱反沖洗方式；〈5〉濾池反沖洗強(qiáng)度與濾料粒徑的平方成正比，對(duì)于國(guó)內(nèi)外廣泛采用的粗顆粒勻質(zhì)濾料濾池，為保證反沖洗效果，需要較高的反沖洗強(qiáng)度，又易造成濾料流失。
二、氣水反沖洗的優(yōu)缺點(diǎn)
從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，氣水反沖洗技術(shù)與單純水沖洗方相比，具有八個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：〈1〉反沖洗效果好，濾料含泥量減少18%，濾層截污能力提高100%左右，過(guò)濾周期延長(zhǎng)60%～70%，初期濾速與終期濾速都有增長(zhǎng)，過(guò)濾水頭損失也有下降；〈2〉較好地消除了濾層泥球現(xiàn)象，延長(zhǎng)了過(guò)濾周期；〈3〉節(jié)省反沖洗耗水量60%～70%，節(jié)約水資源效果明顯，減少水反沖洗設(shè)備的規(guī)模；〈4〉空氣增強(qiáng)了濾料的剪切和摩擦作用，在較小的反沖洗強(qiáng)度下，即可達(dá)到＞550S-1的G值可保證沖洗效果，且能量利用率高；〈5〉由于空氣的比重是水比重的1/900～1/750，故氣水反沖洗能量低，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；〈6〉因水反沖洗強(qiáng)度降低，不易產(chǎn)生濾料流失現(xiàn)象，濾層僅有微膨脹，奎山水廠V型濾池水反沖洗強(qiáng)度僅4L/s.m2，氣洗強(qiáng)度為15L/ s.m2；〈7〉提高濾料的使用壽命，減少了濾料層補(bǔ)沙、換沙費(fèi)用；〈8〉適用于粗粒、勻質(zhì)濾料濾池，以保證沖洗效果和充分利用濾床截污容量。
但氣水反沖洗方式也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：〈1〉增加了供氣設(shè)備，提高了基建投資和設(shè)備為維修工作量；〈2〉反沖洗操作復(fù)雜，為方便操作和避免誤操作，氣、水反沖洗濾池宜采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。
三、氣、水反沖洗的基本原理
氣水反沖洗是在水反沖洗之前或同時(shí)將空氣由濾料層下部通入，使黏附在濾料層中的污物分離，再用低速水漂洗，排出廢水。
單獨(dú)用空氣反沖洗時(shí)，濾層不膨脹，濾層吸附雜質(zhì)的去除，靠氣泡上升時(shí)對(duì)濾料顆粒產(chǎn)生的剪切、摩擦作用和因氣泡通過(guò)濾層某處后的空缺由周圍濾料顆粒填充而加強(qiáng)的濾料顆粒間碰撞、摩擦作用；氣泡在上升過(guò)程中對(duì)濾層擾動(dòng)作用逐漸增大，對(duì)截污量較大的表層濾料擾動(dòng)尤大。次階段截留在濾層中的雜質(zhì)從濾料顆粒上脫落。
氣水同時(shí)反沖洗，濾料微膨脹，污泥從濾料顆粒上脫落是水流剪切、摩擦作用、空氣剪切、摩擦作用和濾料間碰撞、摩擦作用綜合作用的結(jié)果。與單獨(dú)水反沖洗方式相比，由于增加了空氣對(duì)濾料的剪切、摩擦作用，同時(shí)空氣的加入又強(qiáng)化了水流剪切、摩擦作用和濾料顆粒間碰撞、摩擦作用，故在較小的水反沖洗強(qiáng)度下即可達(dá)到大于550S-1的G值。沖洗效果優(yōu)于單獨(dú)氣洗階段。次階段雜質(zhì)從濾料中去除。
氣水反沖洗最后一個(gè)階段是水漂洗階段，其作用為：首先，將從濾層中去除的雜質(zhì)排出，用清水層置換廢水層；其次，將殘留在濾層中的空氣排出。
四、氣、水反沖洗的運(yùn)行方式
氣水反沖洗有三種運(yùn)行方式。第一種方式為：先單獨(dú)氣洗，后單獨(dú)水洗；第二種方式為：先氣水同時(shí)沖洗，后單獨(dú)水洗；第三種方式為：先單獨(dú)氣洗，然后氣水同時(shí)反沖洗，最后水漂洗，即AQUAZUR V型濾池的反沖洗運(yùn)行方式。
目前國(guó)內(nèi)普遍采用的是第一種運(yùn)行方式。但國(guó)內(nèi)外及奎山水廠的運(yùn)行實(shí)踐表明：沖洗效果最好的是第三種運(yùn)行方式。次種運(yùn)行方式的采用已成為濾池氣水反沖洗技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。
五、反沖洗強(qiáng)度和沖洗時(shí)間
反沖洗強(qiáng)度和沖洗時(shí)間是濾池反沖洗系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)奎山水廠調(diào)試過(guò)程中對(duì)濾池反沖洗系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，空氣沖洗強(qiáng)度宜采取13～17L/ s.m2，氣沖洗時(shí)間2～4min；水反沖洗強(qiáng)度不宜過(guò)大，以免濾料流失，水沖洗強(qiáng)度宜取3～8 L/ s.m2，氣水混合反沖洗時(shí)間宜為3～6min，單獨(dú)水反沖洗時(shí)間宜取6～8min。
六、供氣系統(tǒng)
氣水反沖洗濾池除設(shè)置常規(guī)水反沖洗供水系統(tǒng)（如反沖洗水泵）外，還須設(shè)置反沖洗供氣系統(tǒng)。氣水反沖洗濾池供氣系統(tǒng)有空壓機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)兩類，奎山水廠濾池采用鼓風(fēng)機(jī)供氣。
奎山水廠采用兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，一用一備。
鼓風(fēng)機(jī)的空氣量按下式計(jì)算：
Q=（l.lq.F）/n
式中：Q——鼓風(fēng)機(jī)空氣量；
L——空氣沖洗強(qiáng)度（L/ s.m2）；
F——單格濾池面積（m2）；
n——鼓風(fēng)機(jī)工作臺(tái)數(shù)（臺(tái)）；
鼓風(fēng)機(jī)出口壓力一般為0.13～0.15Mpa,需根據(jù)配氣管道口徑長(zhǎng)度和濾層厚度等進(jìn)行計(jì)算確定。
鼓風(fēng)機(jī)噪音較大，鼓風(fēng)機(jī)房必須考慮防震消音措施。鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量與反沖洗泵設(shè)置一處。鼓風(fēng)機(jī)須設(shè)與其進(jìn)風(fēng)管相連接的啟動(dòng)式空氣回流管道。
空氣管道應(yīng)采用鋼管，應(yīng)密閉不漏氣、不漏水，流速為10m/s左右，應(yīng)設(shè)排水閥。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置安全閥。
七、配水配氣系統(tǒng)
配水、配氣系統(tǒng)除在正常過(guò)濾時(shí)均勻集水外的另一個(gè)主要作用是：在整個(gè)濾池面積上均勻分配反沖洗水和氣。氣水反沖洗系統(tǒng)的配水配氣系統(tǒng)有水氣合用的大阻力管式系統(tǒng)、水氣分開(kāi)的兩套管式大阻力配水系統(tǒng)、小阻力長(zhǎng)柄濾頭系統(tǒng)三種。第一、二種方式布?xì)獠妓鶆蛐圆患暗谌N方式好。第一種方式不能氣水同時(shí)反沖洗；第二種方式雖能氣水同時(shí)反沖洗，但造價(jià)較大。第三種方式既能氣水同時(shí)反沖洗，在清水管廊內(nèi)形成一層氣墊，配水配氣均勻性好，是較好的配水配氣方式。奎山水廠的AQUAZUR V型濾池即采用第三種配水配氣方式。
長(zhǎng)柄濾頭的配置既滿足均勻布?xì)狻⒉妓囊螅蟹奖闶┕ぃ也挥绊憺V板鋼筋布置。濾頭縫隙總面積占單格濾池面積的0.9%～1.25%，安裝密度為50～60只/m2。長(zhǎng)柄濾頭擰在鋼筋混凝土濾板上。奎山水廠共用4158只長(zhǎng)柄濾頭，Dg20長(zhǎng)柄濾頭共有36條縫隙，縫隙面積為2.88 cm2，單格濾池面積77/m2，安裝密度為54只/m2，開(kāi)孔率1.55%。
長(zhǎng)柄濾頭配氣配水系統(tǒng)安裝應(yīng)注意：〈1〉濾板平面必須水平，各點(diǎn)高度誤差不得超過(guò)+2mm；〈2〉濾板間瀝青瑪蹄脂填充物必須滿足氣密性要求，不可漏氣、漏水、漏沙；〈3〉濾頭安裝位置準(zhǔn)確，其縫隙寬度小于濾料顆粒最小粒徑。
八、自動(dòng)控制
氣水反沖洗設(shè)備較多，反沖洗操作復(fù)雜，宜采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，以方便操作。奎山水廠全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)由1臺(tái)裝在公司調(diào)度室的COMPAQ PCｘ86計(jì)算機(jī)和2臺(tái)安裝在水廠中控室的COMPAQ PCｘ86計(jì)算機(jī)以及5臺(tái)可編程控制器（PLC）組成。濾池有1臺(tái)公共清洗PLC和5臺(tái)濾池PLC。5臺(tái)濾池PLC通過(guò)Telway網(wǎng)絡(luò)與公共清洗PLC相聯(lián)，公共清洗PLC通過(guò)MOD.bus與中控室PC相聯(lián)，中控室PC通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)與公司調(diào)度室PC相聯(lián)，完成層層監(jiān)控。公共清洗PLC負(fù)責(zé)反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)等反沖洗設(shè)備的監(jiān)控，濾池PLC負(fù)責(zé)各濾池運(yùn)行及反沖洗的監(jiān)控，而上位機(jī)負(fù)責(zé)管理，即數(shù)據(jù)的顯示、打印和保存。
濾池運(yùn)行及反沖洗。可由PLC系統(tǒng)自動(dòng)控制，也可由現(xiàn)場(chǎng)XBT（人工智能接口）控制。
PLC系統(tǒng)可顯示濾池閥門故障、資源（水、氣、電）故障、調(diào)節(jié)故障（水位傳感器和閥門調(diào)節(jié)器等）三類故障，并報(bào)警，且傳至中控室。
當(dāng)濾池運(yùn)行狀況滿足以下條件之一時(shí)，濾池開(kāi)始自動(dòng)反沖洗：〈1〉濾池清水出口閥完全開(kāi)啟，濾池水位超過(guò)1.65m。〈2〉當(dāng)出水壓力低0.1bar。〈3〉前一次反沖洗結(jié)束24小時(shí)后。〈4〉由上位機(jī)發(fā)出指令。反沖洗優(yōu)先級(jí)，首先是XBT上人工清洗請(qǐng)求，其次是水頭損失值，再次是過(guò)濾時(shí)間。