倪曉波，沈 虹

（上海浦東威立雅自來水有限公司金海水廠，上海 201209）

1 研究目的

濾池反沖洗是濾池可持續(xù)運(yùn)行不可缺少的環(huán)節(jié)。沖洗質(zhì)量的好壞，直接影響濾后水質(zhì)、沖洗周期和使用壽命[1]。反沖洗對(duì)于系統(tǒng)長期良好運(yùn)行很關(guān)鍵，反沖洗的目的是保持濾層清潔并防止濾層中出現(xiàn)泥球、裂縫等。

濾池失效的最常見根源來自反沖洗系統(tǒng)。因此，反沖洗類型的選擇，確保合理的設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行是水廠成功的關(guān)鍵[2]。

由此可以看出，濾池的運(yùn)行對(duì)濾池的使用壽命及健康度起著很大的影響。而過濾是給水處理工藝的最后一道工序，占有至關(guān)重要的地位[3]。因此，合理的反沖洗參數(shù)尤為重要。

本文通過分析研究TGV濾池不同反沖洗參數(shù)設(shè)置下的過濾效果，尋找最大程度節(jié)能情況下的反沖洗時(shí)間。

2 金海水廠TGV濾池介紹

金海水廠一期設(shè)有高速濾池一座，總規(guī)模40萬m3／d，雙排設(shè)置，每排可獨(dú)立運(yùn)行。每排濾池分成5格，單格濾池過濾面積124.5m2，設(shè)計(jì)正常濾速13.9m／h。采用單層石英砂濾料，有效粒徑為1.35mm，砂層厚度2.0 m，設(shè)置過濾周期48h。采用氣水反沖洗形式。原設(shè)計(jì)中，單氣沖時(shí)，反沖洗強(qiáng)度為60m3／（m2·h），沖洗時(shí)間為300 s；氣水同沖時(shí)，空氣反沖洗強(qiáng)度為60m3／（m2·h），水沖強(qiáng)度為20m3／（m2·h），沖洗時(shí)間為650 s；單水沖時(shí)，水沖洗強(qiáng)度為60m3／（m2·h），沖洗時(shí)間為300 s。

3 試驗(yàn)方法

在10組TGV濾池中選取雙排濾池中各一格，分別為4#、7#作為個(gè)體代表，進(jìn)行同步試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)主要針對(duì)反沖洗過程中氣沖、氣水同沖、水沖的時(shí)間進(jìn)行，在反沖洗強(qiáng)度和濾池過濾周期不變的情況下進(jìn)行個(gè)體試驗(yàn)，得出個(gè)體試驗(yàn)的結(jié)果之后將此結(jié)果運(yùn)用于所有10組濾池進(jìn)行為期1個(gè)月的生產(chǎn)性試驗(yàn)。分別從濾料表層砂層含泥量、砂面平整和穩(wěn)定、沖洗后濁度等方面來驗(yàn)證沖洗效果是否良好[4]。

濁度檢測方法:HACH2100AN濁度儀，GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[5]

砂層含泥量取樣點(diǎn)及檢測方法:烘干法

圖1 取砂深度示意圖Fig.1 Schematic Plot of Sampling Depth

4 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

4.1 試驗(yàn)條件

原水水質(zhì)穩(wěn)定，4月平均濁度5.3 NTU，5月平均濁度8.9 NTU，且無活性炭粉末投加；水溫15～25℃；沉淀池出水濁度穩(wěn)定，日均小于1 NTU。

4.2 試驗(yàn)過程與結(jié)果數(shù)據(jù)分析

4.2.1 氣沖時(shí)間調(diào)整

氣沖時(shí)間由300 s減至150 s，氣水同沖、水沖時(shí)間不變，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖2 氣水沖階段濁度Fig.2 Turbidity of Water-Gas Washing

試驗(yàn)結(jié)果分析:氣水同沖270 s之后濁度有明顯的下降趨勢，并在后90 s內(nèi)基本保持穩(wěn)定；水沖210 s之后濁度趨于平穩(wěn)，在1～2 NTU之間。

圖3 水沖階段濁度Fig.3 Turbidity of Water Washing

初濾450 s后取得砂樣，測得4#、7#砂層含泥量均為0.38%，與未調(diào)整反沖洗參數(shù)時(shí)含泥量相仿。

4.2.2 氣沖、氣水同沖時(shí)間調(diào)整

氣沖時(shí)間由300 s減至150 s，氣水同沖時(shí)間由650 s減至350 s，水沖時(shí)間不變，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖4 氣水沖階段濁度Fig.4 Turbidity of Water-Gas Washing

圖5 水沖階段濁度Fig.5 Turbidity of Water Washing

試驗(yàn)結(jié)果分析:氣水同沖270 s之后濁度下降趨勢平穩(wěn)；氣水同沖時(shí)間雖縮短近一半，但濁度在水沖210 s后仍可趨近于2 NTU。推斷在單次反沖洗過程中，氣水同沖時(shí)間減少對(duì)水沖后濁度無較大影響。

4.2.3 氣沖、氣水同沖、水沖時(shí)間均調(diào)整

氣沖時(shí)間由300 s減至150 s，氣水同沖時(shí)間由650 s減至350 s，水沖時(shí)間由300 s減至210 s，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖6 氣水沖階段濁度Fig.6 Turbidity of Water-Gas Washing

圖7 水沖階段濁度Fig.7 Turbidity of Water Washing

試驗(yàn)結(jié)果分析:在氣水同沖尾聲雖然濁度與試驗(yàn)1、2數(shù)據(jù)相近，但水沖210 s時(shí)濁度卻較試驗(yàn)1、2中300 s時(shí)濁度偏高許多（現(xiàn)象描述:該部分的水樣均發(fā)現(xiàn)有絮狀漂浮物，疑似細(xì)碎的礬花，造成測量時(shí)濁度偏高，沉淀數(shù)分鐘后濁度大幅度下降）。根據(jù)現(xiàn)場在線數(shù)據(jù)記錄，初濾后重新啟用運(yùn)行，濾后濁度能穩(wěn)定在0.08 NTU左右，與反沖洗前相仿，說明該物質(zhì)可以通過初濾階段自然去除，且在目前水質(zhì)狀況下能維持48h正常運(yùn)行。

5 生產(chǎn)性試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

通過上述單格濾池的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，適當(dāng)?shù)慕档头礇_洗氣沖、氣水同沖、水沖的時(shí)間對(duì)過濾無不良影響，所以，根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行1個(gè)月的生產(chǎn)性試驗(yàn)。在原水水質(zhì)無異常波動(dòng)的條件下，調(diào)整10組TGV濾池的反沖洗參數(shù)，并跟蹤6月份的在線濁度實(shí)時(shí)曲線。

5.1 生產(chǎn)性試驗(yàn)原水水質(zhì)狀況及反沖洗參數(shù)調(diào)整值

5.2 生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果分析

5.2.1 對(duì)濁度的影響

表1 6月原水水質(zhì)水量平均值Tab.1 Average Water Quality and Volume of Raw Water in June

表2 TGV濾池反沖洗參數(shù)調(diào)整前后Tab.2 Before and after the Filter Backwash Parameter Adjustment

圖8 4#濾池濁度曲線Fig.8 Filter 4#Turbidity

圖8顯示，4#濾池在反沖洗參數(shù)調(diào)整前與調(diào)整后的出水濁度曲線趨勢相仿。調(diào)整后的出水濁度基本維持在0.1 NTU左右，且曲線比較穩(wěn)定，無異常波動(dòng)。

圖9 7#濾池濁度曲線Fig.9 Filter 7#Turbidity

比對(duì)7#濾池，調(diào)整前后的清水濁度變化趨勢與4#濾池相仿，且同樣維持在0.1 NTU左右，無明顯波動(dòng)。

由此可以得出，在現(xiàn)階段運(yùn)行條件下，縮短濾池的反沖洗時(shí)間對(duì)出水濁度無不良影響。

5.2.2 對(duì)濾池水頭損失的影響

圖10 水頭損失曲線Fig.10 Head Loss Curves

圖10組圖截取了4#、7#濾池在反沖洗參數(shù)調(diào)整前后的水頭損失曲線變化，可以明顯看到4#、7#濾池在調(diào)整前后運(yùn)行一個(gè)周期，即48h后水頭損失的最高值也低于2.1 m（自控系統(tǒng)設(shè)置的強(qiáng)制反沖洗水頭損失條件為3 m），尤其是3#濾池基本處于1.5 m以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)定值。

由此可以得出，在現(xiàn)階段運(yùn)行條件下，縮短濾池的反沖洗時(shí)間對(duì)濾池水頭損失無不良影響。沖洗后重新投運(yùn)時(shí)，過濾水頭損失和周期能維持原狀，不發(fā)生異常。

5.2.3 對(duì)砂層含泥量的影響

表3 砂層含泥量Tab.3 Sand Silt Content

濾池反沖洗后濾層表層含泥量在0～0.5%之間，沖洗效果很好[4]。

由此可以得出，調(diào)整反沖洗時(shí)間對(duì)砂層含泥量基本無影響。

5.2.4 對(duì)砂層的影響

濾池反沖洗后砂層平整、未出現(xiàn)下凹、上凸或有裂縫現(xiàn)象，說明沖洗效果良好。

圖11 濾池砂層表面Fig.11 Sand Filter Layer Surface

6 結(jié)論

在為期1個(gè)月的現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行中，通過對(duì)4#、7#反沖洗參數(shù)調(diào)整前后的濁度、水頭損失、砂層含泥量等常規(guī)反映濾池性能數(shù)據(jù)的連續(xù)跟蹤監(jiān)測，得出在現(xiàn)階段水溫15～25℃、原水水質(zhì)穩(wěn)定無碳粉投加的情況下，減少反沖洗時(shí)間對(duì)濾池運(yùn)行及出水水質(zhì)無不良影響。

同時(shí)，為企業(yè)節(jié)約了比原反沖洗參數(shù)情況下約30%的清水量及38%的耗電量。積極響應(yīng)了政府推行的清潔生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

［1］洪覺民.現(xiàn)代化凈水廠技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

［2］美國自來水廠協(xié)會(huì).水質(zhì)與水處理公共供水技術(shù)手冊(cè)[M],(第五版).北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

［3］同濟(jì)大學(xué).給水工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1980.

［4］中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì).凈水工[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1998.

［5］GB 5749—2006.生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].2006.