改良型翻板濾池在浙江某凈水廠中的應(yīng)用

蔣 躍

（江蘇先行交通科技有限公司，江蘇 南京 210008）

0 引言

隨著我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，城市飲用水水質(zhì)要求愈加嚴(yán)格，供水保證率和供水安全度也日益提高，尤其是體現(xiàn)感官性狀、一般化學(xué)指標(biāo)以及微生物含量等綜合情況的濁度指標(biāo)，日趨嚴(yán)格，新建的凈水廠除采用常規(guī)處理工藝外，均增加了深度處理工藝，其中深度處理工藝又多以“臭氧氧化+活性炭吸附”工藝為主，該工藝出水濁度低且穩(wěn)定，可以有效去除水中的微生物，極大地提高飲用水的生物安全性?？紤]到活性炭是輕質(zhì)濾料，為了減少活性炭濾料流失，多采用“翻板濾池”池型。浙江某凈水廠是一座采用改良型翻板濾池池型作為活性炭濾池的現(xiàn)代化水廠，水廠水源為太湖水庫(kù)，工程處理規(guī)模為8 萬(wàn)t/d，凈水采用“前臭氧接觸+絮凝沉淀+砂濾+臭氧接觸+活性炭吸附+消毒”工藝。

1 活性炭濾池的特點(diǎn)

隨著水源污染的日益加重和飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，為了克服常規(guī)處理工藝的不足，對(duì)常規(guī)處理工藝出水再進(jìn)行深度凈化將成為凈水水廠的選擇之一。臭氧—活性炭濾池（O3-BAC）工藝是目前凈水深度處理的主要工藝?；钚蕴繛V池與普通的濾池的主要不同之處主要是濾料采用的是活性炭。

活性炭是一種經(jīng)過氣化（碳化或活化），造成發(fā)達(dá)空隙的、用碳作骨架結(jié)構(gòu)的黑色的固體物質(zhì)?；钚蕴康陌l(fā)達(dá)空隙、導(dǎo)致其出現(xiàn)很大的表面積，具有良好的吸附特性。活性炭吸附作用是指水中污染物質(zhì)在活性炭表面富集或濃縮的過程。其產(chǎn)生吸附的原因是由于分子之間和分子內(nèi)鍵與鍵之間存在作用力，該力是物質(zhì)聚集狀態(tài)中分子間存在的一種比較弱的相互作用力[1]。

2 翻板濾池的特點(diǎn)

翻板濾池又叫蘇爾壽濾池，是瑞士蘇爾壽（Sulzer）公司下屬技術(shù)工程部（CTE 公司）的研究成果。所謂“翻板”，是因?yàn)槠浞礇_洗排水舌閥在工作工程中0～90°翻轉(zhuǎn)開閉而得名。蘇爾壽公司長(zhǎng)期對(duì)濾池技術(shù)進(jìn)行研究與推廣應(yīng)用，不斷改進(jìn)完善翻板濾池。它在反沖洗系統(tǒng)、排水系統(tǒng)與濾料選擇方面有新的技術(shù)性突破，從而使該型濾池具有出水水質(zhì)明顯提高、反沖洗水量少、反沖洗時(shí)間短、反沖周期長(zhǎng)、基建投資省、運(yùn)行費(fèi)用低以及施工簡(jiǎn)單、工期短等特點(diǎn)。

翻板濾池的工作原理：在過濾時(shí)，進(jìn)水通過溢流堰均勻流入濾池，按照恒水位過濾方式，自上而下進(jìn)行過濾，反沖洗時(shí)，先關(guān)閉進(jìn)水閥，待池內(nèi)余水水位濾至濾料表面20cm～30cm 時(shí)，關(guān)閉出水閥門，按照氣沖、氣水混沖、水沖三個(gè)階段進(jìn)行沖洗，沖洗結(jié)束后開啟排水翻板閥，排出沖洗廢水。原理見圖1。

圖1 傳統(tǒng)翻板濾池池型（未標(biāo)注數(shù)值單位為m）

翻板濾池由于采用閉閥反沖洗，可實(shí)現(xiàn)濾料層大強(qiáng)度膨脹沖洗，沖洗比較徹底干凈，而濾料又不易流失。這一區(qū)別于其他濾池的基本特點(diǎn)可使翻板濾池的濾料可以有雙層濾料或活性炭濾料、砂濾料等多樣性選擇。另外，沖洗過程中不排水，可以減少?zèng)_洗水耗。

翻板濾池目前在國(guó)內(nèi)已有昆明、嘉興、無錫等地多家水廠均有使用經(jīng)驗(yàn)。

3 改良型翻板濾池及傳統(tǒng)翻板濾池的比選

浙江某凈水廠項(xiàng)目水源地為太湖水庫(kù)，根據(jù)國(guó)家城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)臺(tái)州監(jiān)測(cè)站檢測(cè)原水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）衡量，總體為Ⅱ類。此外，近年來太湖水庫(kù)原水具有全年濁度偏低、季節(jié)性暴發(fā)藻類、存在季節(jié)性錳超標(biāo)、pH 值夏季偏低等特點(diǎn)。項(xiàng)目出水水質(zhì)要求較高，除需滿足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）外，還需達(dá)到當(dāng)?shù)亍墩憬〕鞘泄┧F(xiàn)代化水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（2013 年版）的要求，出廠水濁度不大于0.1NTU。

綜合水源水質(zhì)、出水水質(zhì)、用地情況、業(yè)主需求等多因素考慮，采用“預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理”凈水處理工藝，具體為原水→預(yù)臭氧接觸池→絮凝沉淀池→V 型砂濾池→臭氧接觸池→活性炭濾池→清水池→送水泵房→出水。

其中，深度處理為“臭氧接觸+活性炭吸附”的工藝，而翻板濾池較其他池型相比，不僅耗水量小，而且不會(huì)出現(xiàn)濾料流失現(xiàn)象，確定采用翻板濾池作為項(xiàng)目中“活性炭濾池”的池型。

通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)翻板濾池工藝在各凈水廠中的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)活性炭翻板濾池存在以下一些缺點(diǎn)（見圖1）：①翻板閥設(shè)于進(jìn)水同一側(cè)，須在濾池進(jìn)水總渠中安裝翻板閥連桿，因此需要在進(jìn)水總渠中預(yù)埋鋼管（管內(nèi)放置翻板閥連桿），預(yù)埋鋼管設(shè)置在進(jìn)水渠中，進(jìn)水渠中過流斷面面積突然減少，水流狀態(tài)改變，水頭損失增加。②根據(jù)《濾池設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS321：2012）第3.0.15 條，單個(gè)濾池的出水渠應(yīng)設(shè)置方便進(jìn)行安裝與維護(hù)的人孔，傳統(tǒng)翻板濾池底部配氣配水渠（兼出水渠）未設(shè)置人孔，不能滿足相關(guān)規(guī)程要求。濾池施工時(shí)，拆卸模板、清理打掃困難，濾池建成后，檢修維護(hù)復(fù)雜。③溢流孔設(shè)置在池長(zhǎng)一側(cè)，當(dāng)設(shè)置多組活性炭濾池并聯(lián)時(shí)，兩組濾池之間須增加溢流渠道，用來排放溢流出水，增加了濾池占地面積。④濾料自下而上分別為承托層及活性炭層，而濾池多采用敞開式，由于陽(yáng)光的照射及溶解氧較為充足，池內(nèi)藻類極易生長(zhǎng)，易穿透炭濾層進(jìn)入清水池，影響出水水質(zhì)。

針對(duì)以上這些問題，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合平面布局，工藝流程及占地面積，對(duì)傳統(tǒng)翻板濾池池型進(jìn)行了改進(jìn)，具體改進(jìn)如下（見圖2）。

圖2 改良型翻板濾池池型（未標(biāo)注數(shù)值單位為m）

將傳統(tǒng)的翻板排水閥移至與進(jìn)水渠相對(duì)應(yīng)的濾池另一側(cè)，排水閥連桿無需穿過進(jìn)水總渠，原進(jìn)水總渠內(nèi)供翻板閥門安裝用的預(yù)埋鋼管可取消，進(jìn)水渠道的局部水頭損失減小。翻板排水閥移位的同時(shí)，反沖洗廢水渠也同步調(diào)整至與進(jìn)水渠相對(duì)應(yīng)的濾池另一側(cè)。

于配氣配水渠（兼出水渠）的左側(cè)設(shè)置DN700 檢修人孔，可滿足施工時(shí)拆卸模板、清理打掃、平時(shí)檢修維護(hù)的需要。

于反沖洗配水渠一側(cè)設(shè)置溢流孔，溢流孔孔底標(biāo)高高于常水位0.05m，溢流水直接排入反沖洗廢水渠，多組濾池并聯(lián)合建時(shí)，兩組濾池之間無需增加溢流渠道，減少了占地面積。

活性炭濾料與礫石承托層之間增加500mm 厚均質(zhì)石英砂層，通過均質(zhì)石英砂的過濾作用，截留穿透炭濾層的藻類等物質(zhì)，確保出水達(dá)標(biāo)。

4 工藝方案的設(shè)計(jì)

浙江某凈水廠項(xiàng)目，“臭氧接觸+活性炭濾池”，設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0 萬(wàn)t/d，自用水系數(shù)為8%，土建設(shè)備一次建成，具體設(shè)計(jì)如下。

4.1 臭氧接觸池

臭氧接觸池共分2 組，有效接觸時(shí)間15min，采用全封閉結(jié)構(gòu)，單組臭氧池平面尺寸為12.8m×10.8m，池深6.15m，平均有效水深5.5m。

臭氧最大投加量為2.5mg/L，平均投加量為1.5mg/L，臭氧接觸池采用臭氧專用擴(kuò)散盤、每池各3 點(diǎn)投加、投加氣量比為50%、25%、25%。

4.2 活性炭濾池

4.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

活性炭濾池采用改良型翻板濾池池型，數(shù)量為1 座，內(nèi)分6 格，雙排布置（每排3 格），兩排濾池中間設(shè)置管廊。

濾池設(shè)計(jì)濾速：10.0m/h，強(qiáng)制濾速：12.0m/h。

總平面尺寸：38.1m×19.6m，濾池每格凈尺寸10m×6m，池深5.75m，濾層表面以上水深1.8m，管廊尺寸8.7m×19.6m，高度9.35m。

4.2.2 主要設(shè)備及材料

濾池濾料：活性炭種類采用柱狀煤質(zhì)活性炭，粒徑采用8 粒度×30 粒度（相當(dāng)于2.38mm×0.6mm），堆積密度0.35g/cm2～0.55g/cm2，不均勻系數(shù)K80=1.9～2.0，濾料厚度2200mm，亞甲藍(lán)值＞200mg/g，碘值＞900mg/g，比表面積≥900m/g，且應(yīng)滿足《生活飲用水凈水廠用煤質(zhì)活性炭》（CJ/T345-2010）要求。

墊層：采用均質(zhì)石英砂，有效粒徑d10=（0.7±0.03）mm，不均勻系數(shù)K80＜1.4，厚度500mm。

承托層采用礫石，厚度300mm，粒徑從上至下分為2mm～4mm（h=50mm），4mm～8mm（h=100mm），8mm～16mm（h=100mm），16mm～32mm（h=50mm）。

反沖洗設(shè)備：活性炭濾池共設(shè)置反沖洗泵4 臺(tái)，采用臥式離心泵，均設(shè)置變頻調(diào)速裝置，3 用1 備；水泵參數(shù)：流量Q=333L/s，揚(yáng)程H=12m，功率N=55kW?；钚蕴繛V池共設(shè)置反沖洗風(fēng)機(jī)3 臺(tái)，采用螺桿風(fēng)機(jī)，均設(shè)置變頻調(diào)速裝置，兩用一備，與V 型砂濾池共用；風(fēng)機(jī)參數(shù)：流量Q=1815m3/h，揚(yáng)程H=5m，功率N=37kW?；钚蕴繛V池的反沖水來自V 型砂濾池濾后水，反沖洗水泵及反沖洗風(fēng)機(jī)均另設(shè)置在反沖洗泵房。

4.2.3 過濾過程

來水自總進(jìn)水管分至兩側(cè)進(jìn)水渠，通過每格濾池的配水渠進(jìn)入各格濾池，繼續(xù)從上向下穿過活性炭層和集水系統(tǒng)，通過配水配氣渠（兼出水渠），經(jīng)出水管至出水總渠后，至后續(xù)清水池。

4.2.4 反沖洗流程

濾池反沖洗時(shí)先關(guān)進(jìn)水閘門，然后按氣沖、氣水沖、水沖三個(gè)階段開關(guān)相應(yīng)的閥（板）。一般重復(fù)兩次后關(guān)閉排水閥（板），開進(jìn)水閘門，恢復(fù)到正常過濾工況，具體如下：1）出水閥開啟度達(dá)到最大，水損達(dá)到最大（2.0m）時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘門，濾池繼續(xù)過濾。2）待水池水面降至距離濾料層頂0.2m 時(shí)，關(guān)閉出水閥門。3）開啟反沖洗進(jìn)氣閥門，單獨(dú)氣洗，歷時(shí)4min。4）開啟反沖洗進(jìn)水閘門，氣水（小水量）同時(shí)沖洗，歷時(shí)4min。5）關(guān)閉反沖洗進(jìn)氣閥門，增大水沖洗強(qiáng)度，單獨(dú)水（大水量）沖洗，歷時(shí)2min。6）關(guān)閉反沖洗進(jìn)水閥門，閑置約20s，打開翻板閥排水，排水歷時(shí)約1.5min。7）關(guān)閉翻板閥，單獨(dú)水（大水量）沖洗，歷時(shí)2min，閑置20s，打開翻板閥排水，排水歷時(shí)約1.5min。8）關(guān)閉翻板閥，單獨(dú)水（大水量）沖洗，歷時(shí)1min，打開進(jìn)水閘門及初濾水閥，排放歷時(shí)約20min。9）關(guān)閉初濾水閥，打開出水閥門，重新開始過濾。

各步驟的時(shí)間可在濾池運(yùn)行一段時(shí)間后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況作適當(dāng)調(diào)整，濾池整個(gè)反沖洗歷時(shí)約35min～40min。翻板閥打開排水時(shí)，先緩慢打開45°進(jìn)行排水，當(dāng)水位降至炭層表面以上0.5m 時(shí)全打開排水。

5 結(jié)語(yǔ)

為滿足凈水廠日益高標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì)要求，“臭氧接觸+活性炭濾池”工藝在浙江某水廠凈水處理中是必要的。

臭氧活性炭濾池采用新型翻板濾池池型，在不改變處理效果的情況下，在排水閥、檢修通道、溢流通道、濾料等方面進(jìn)行改進(jìn)，具體如下：1）更改翻板閥門安裝位置，減少進(jìn)水渠水頭損失；2）配水配氣槽設(shè)置檢修人孔，便于運(yùn)行維護(hù)；3）更改溢流孔位置，減少池體占地面積；4）增加砂濾層，確保出水水質(zhì)。

新型翻板濾池應(yīng)用于國(guó)內(nèi)凈水廠的經(jīng)驗(yàn)還較少，因此需要在實(shí)際工程應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)分析和解決存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化。