V型濾池在夾江青衣水廠的運(yùn)行與管理探討

劉 斌，周伏虎，趙 偉

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 引言

V型濾池是快型濾池的一種，特點(diǎn)是能夠以恒定的水位進(jìn)行過濾，是法國的Degremont公司研究開發(fā)設(shè)計(jì)的一種快濾池，因?yàn)V池的進(jìn)水槽形狀呈現(xiàn)V字形狀而得名。V型濾池優(yōu)化了過濾的工藝形式，同時聯(lián)合自動化控制對濾池實(shí)現(xiàn)自動反沖洗。經(jīng)過結(jié)合氣洗、水洗的不同沖洗組合使濾層濾料呈現(xiàn)不同的膨脹效果，再通過濾層的表面沖洗，顯著提高濾池的反沖洗能力，增加濾料反沖洗的清潔度，提高濾池的過濾以及濾料反洗再生能力。同時，可提升V型濾池的截污能力及效果，可有效降低對濾池反沖洗的頻率。通過更高的過濾速度，延長了濾池的運(yùn)行周期，提升了濾池的反沖洗能力，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的自動化管理[1]，最終保證了V型濾池過濾水的水質(zhì)更好。目前在我國已得到充分應(yīng)用，特別是在新建的大、中型自來水廠以及改擴(kuò)建的自來水廠中。

夾江青衣水廠是夾江縣新建的水廠，引進(jìn)了V型濾池凈水工藝，保證了水廠自動化程度以及凈水生產(chǎn)效率。同時也根據(jù)實(shí)際情況通過對具體運(yùn)行細(xì)節(jié)上的調(diào)整使得運(yùn)行更加高效與穩(wěn)定，從而保證水廠安全穩(wěn)定地生產(chǎn)。

2 V型濾池的特點(diǎn)

V型濾池是一種氣水反沖洗快濾池，與單純的水反沖洗方式相比，它的主要特點(diǎn)是：

(1)采用粗粒、均質(zhì)單層石英砂濾料，有效粒徑約0.9mm～1.35mm，能使礬花更深地滲入過濾介質(zhì)，從而增大對污物的滯留能力，可使濾池沖洗效果得到有效保證，充分利用濾料排污容量，使濾后水的水質(zhì)好。

(2)通過氣水聯(lián)合反沖洗可較好地消除濾料表層、里層泥團(tuán)，截污能力強(qiáng)，過濾周期長，反沖洗水量小等特點(diǎn)，可節(jié)約40%～60%的反沖洗水量，降低水廠自耗水濾量，降低運(yùn)營成本。

(3)反沖洗時濾層僅為微膨脹，可有效降低濾料流失走砂，提高濾料的使用壽命，減少了濾池補(bǔ)砂、換砂費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)行成本。

(4)在氣水反沖洗的同時，始終保持一定強(qiáng)度的橫向表面掃洗，將常規(guī)反沖洗的雜質(zhì)更好地去除，保證沖洗效果，有效節(jié)省沖洗水量。

(5)砂層以上的水深(1m或1.2m以上)可保持一個恒定的壓力，避免釋放溶解氣體，保證濾池穩(wěn)定高效運(yùn)營。

(6)通過合理設(shè)計(jì)配水渠，在每格濾池進(jìn)口中獲得均勻的進(jìn)水，可不必對每格濾池進(jìn)行單獨(dú)的流量監(jiān)測；通過自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)可維持濾池液面恒定，當(dāng)水廠流量變化時，不需額外人工進(jìn)行調(diào)整；通過氣、水反沖，使得氣泡激烈喘動，可對污物進(jìn)行一定程度沖擊，提高對濾料表層的污物的剝落能力，間接提升濾料的截污能力；進(jìn)行反沖洗時，待濾水通過與反沖洗排水槽對應(yīng)的兩個V型槽底部的小孔進(jìn)入濾池，通過橫向的表面沖洗，把濾池濾料沖洗下來的污物及雜質(zhì)推向排水槽；通過濾池的表面掃洗，還可加強(qiáng)水洗時的沖洗效率，節(jié)約正常反沖洗水量。

3 青衣水廠V型濾池運(yùn)行過程及設(shè)計(jì)參數(shù)

濾池作為水廠凈水處理工藝的核心環(huán)節(jié)，是整個水廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。特別是對于V型濾池，從工藝設(shè)計(jì)、施工精度、自動化程度和后續(xù)管理維護(hù)都提出了更高的要求，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都會影響運(yùn)行效果。本文結(jié)合夾江青衣水廠一期V型濾池運(yùn)行情況與實(shí)際管理提出一些看法和建議。

3.1 夾江青衣水廠V型濾池工藝概況

夾江青衣水廠一期規(guī)模5萬t/d，于2019年7月建成，2020年1月正式運(yùn)行。水源為夾江青衣江水，凈水工藝為常規(guī)反應(yīng)、沉淀、過濾、消毒工藝(如圖1)。濾池采用氣水反沖洗V型濾池，共1座，分4格。正式運(yùn)行以來，因進(jìn)水水質(zhì)相對穩(wěn)定，濾池運(yùn)行基本穩(wěn)定。

圖1 水廠工藝流程

3.2 V型濾池運(yùn)行過程

V型濾池運(yùn)行過程如下。

3.2.1 進(jìn)水

進(jìn)水通過前端絮凝沉淀后被引入過濾單元，進(jìn)入配水渠，在濾池之間進(jìn)行均勻配水，再通過自動閘板的起閉實(shí)現(xiàn)各濾池有序的、無任何手動干擾的、均勻的分配進(jìn)水。

3.2.2 過濾

濾水通過氣動閥門時，經(jīng)濾池的堰口及濾池兩側(cè)孔進(jìn)入V型水槽，通過槽底部掃洗孔和V型堰進(jìn)入濾池。待濾水通過濾層濾料均勻過濾后，經(jīng)長柄濾頭進(jìn)入V濾池底部，通過管渠、出水閥門等流入濾后水池。同時利用濾后出水閥門的自動調(diào)節(jié)，保證濾池水位的恒定運(yùn)行，從而保證濾池的恒速過濾。

3.2.3 反沖洗

濾水通過上位機(jī)手動設(shè)定濾池的運(yùn)行液位后，其余步驟再通過PLC自行完成反沖洗。反沖洗前，先關(guān)閉進(jìn)水閥門，打開出水閥門，同時讓濾池的水位降至反沖洗設(shè)定的液位。待濾池液位達(dá)到設(shè)定液位后，關(guān)閉出水閥門，開啟反沖洗排水閥，關(guān)閉濾池排氣閥門[2]。整個反沖洗過程采用“氣洗-氣水聯(lián)合洗-水洗”3個步驟。具體流程如下：

(1)氣洗：打開氣洗閥，開啟鼓風(fēng)機(jī)，空氣通過專用配氣管道進(jìn)入池底部，經(jīng)長柄濾頭分散至濾料層，將濾料表層的截留物等雜質(zhì)沖洗下來使其懸浮于水中，即可被表面掃洗水沖刷至濾池排水槽。

(2)氣水聯(lián)合洗：在氣洗的同時開啟1臺反沖洗水泵，打開反沖洗閥門和部分進(jìn)水閥門，開始?xì)馑?lián)合洗及表面掃洗。通過氣和水的聯(lián)合進(jìn)一步剝落濾料表層的雜質(zhì)，使得雜質(zhì)污物與濾層得以分離，同時結(jié)合表面掃洗，利用水的橫向流動及時將帶有雜質(zhì)的污水排入濾池排水槽。

(3)水洗：關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和氣洗閥，再開啟另一臺反沖洗水泵，通過上位機(jī)流量設(shè)定增加一定的反沖洗水量，對濾料實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)水洗，徹底沖刷清洗濾料表面雜質(zhì)，同時表面掃洗仍繼續(xù)，將沖洗雜質(zhì)排入排水槽。

待水洗時間結(jié)束，關(guān)閉反沖洗水泵及反沖洗閥門，同時關(guān)閉排水閥，打開排氣閥及進(jìn)水閥，待濾池液位升至設(shè)定液位后開啟出水閥，回歸正常過濾步驟[3]。

3.3 V型濾池設(shè)計(jì)參數(shù)

夾江青衣水廠一期處理能力5萬t/d，濾池分4格，單排布置，管廊布置在中間，反沖洗泵房布置在側(cè)面。

單格濾池過濾面積為86.4m2，設(shè)計(jì)濾速6.3m/h，校核強(qiáng)制濾速8.4m/h，濾池過濾時根據(jù)池內(nèi)水面由濾后水管上控流蝶閥自動調(diào)流進(jìn)行恒水位過濾；濾料層為單層均勻?yàn)V料：石英海砂d10=0.8mm～1.0mm，K80<1.4，厚1.3m；承托層用礫石，厚120mm，粒徑2mm～8mm。每平方米濾板安裝36個濾頭。

3.4 濾池氣水反沖洗設(shè)計(jì)參數(shù)

氣沖系統(tǒng)設(shè)置密集型羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(2用1備)，性能參數(shù)為：Q=40.5m3/min，P=0.49bar，電機(jī)功率P=55kW；水沖系統(tǒng)設(shè)置臥式離心泵3臺(2用1備)，Q=850m3/h，H=12m，電機(jī)功率P=45kW，水泵采用自灌式啟動。

4 V型濾池實(shí)際運(yùn)行存在的問題及優(yōu)化

4.1 V型濾池實(shí)際運(yùn)行存在的問題

該水廠源水取自于青衣江，源水水質(zhì)基本符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。源水濁度常規(guī)優(yōu)良，水質(zhì)較為清澈，濁度通常穩(wěn)定在100NTU以下。運(yùn)行總體情況較好，濾前沉淀水濁度一般控制在3NTU～5NTU，濾后水濁度一般在0.3NTU以下，運(yùn)行周期在40h～60h之間。

在運(yùn)行過程中也存在以下問題：

(1)在汛期6-9月份，因暴雨或連續(xù)大雨造成泥沙量較大，濁度較高，初始運(yùn)行采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制和調(diào)整。

(2)濾池排水出口處有不少濾砂，濾池在冬季存在出水濁度尖峰沖高現(xiàn)象，濾池掃洗進(jìn)水孔未裝閥門而產(chǎn)生不便等。

4.2 V型濾池運(yùn)行控制的優(yōu)化

針對濾池排水出口處有不少濾砂問題，其原因可能是因?yàn)榉礇_洗強(qiáng)度過大而造成濾池跑砂。為解決該問題，我們將原有反沖洗參數(shù)與過程進(jìn)行了分析和校核，在保證濾后水質(zhì)達(dá)標(biāo)和減少水耗、電耗的前提下，找出濾池運(yùn)行的最佳參數(shù)。

4.2.1 原有反沖洗參數(shù)

反沖洗采用全自動方式，沖洗參數(shù)如下：

(1)排水2min；

(2)1臺鼓風(fēng)機(jī)氣沖2min；

(3)2臺鼓風(fēng)機(jī)與1臺反沖水泵同時沖洗5min；

(4)2臺反沖水泵沖洗5min；

(5)排水2min，結(jié)束整個反沖過程。

4.2.2 反沖洗強(qiáng)度復(fù)核

反沖洗水泵出水總管上流量儀監(jiān)測準(zhǔn)確，而鼓風(fēng)機(jī)出氣總管上的孔板流量儀受條件約束監(jiān)測數(shù)據(jù)精確不高，所以本次復(fù)核中只對水沖強(qiáng)度進(jìn)行了測量。具體為：選擇一組濾池進(jìn)行反沖洗，記錄下單臺水泵和兩臺水泵沖洗時的沖洗水量、沖洗時間，計(jì)算出沖洗強(qiáng)度如表1。

表1 沖洗強(qiáng)度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算測得目前氣水混合沖洗時的水沖強(qiáng)度為5.89L/s·m2，對照規(guī)范，氣水混合沖洗時水沖強(qiáng)度偏大，而氣水混合沖洗時開啟一臺水泵的水沖強(qiáng)度是符合規(guī)范要求的[5]。

4.2.3 反沖洗工藝調(diào)整及成果分析

針對水沖強(qiáng)度復(fù)核的結(jié)果，將反沖洗程序進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整前后參數(shù)對比如表2。

表2 調(diào)整前后參數(shù)對比

調(diào)整前后分別對反沖洗結(jié)束時池面水濁度進(jìn)行了測量，測量結(jié)果指標(biāo)差距不明顯，表明在水沖強(qiáng)度減小情況下，并不會影響沖洗效果，同時也在一定程度上減少了濾池的跑砂量。

4.3 濾池出水濁度存在尖峰沖高現(xiàn)象解決

4.3.1 現(xiàn)象描述

在日常運(yùn)行過程中，進(jìn)入冬季后，一旦泵房增開水泵，濾池出水濁度有尖峰沖高現(xiàn)象。濾后水濁度甚至?xí)^1.0NTU，嚴(yán)重影響了出水水質(zhì)。

4.3.2 問題分析

為解決該特殊氣候條件下出現(xiàn)的問題，經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)查，初步分析原因主要有：

(1)流量突變：一泵房早晨增開水泵時，濾池進(jìn)水流量突然增加約兩倍，導(dǎo)致濾速陡然增加，使得運(yùn)行中后期的濾池濾層中靠近底層的雜質(zhì)被帶出進(jìn)入清水管，造成濾后水濁度尖峰升高，隨著流量逐漸平穩(wěn)后，濾池也逐漸適應(yīng)來水，出水濁度趨于平穩(wěn)。

(2)水溫影響：冬季水溫較低，往往是低溫低濁同時出現(xiàn)，造成在沉淀環(huán)節(jié)難于處理。經(jīng)現(xiàn)場觀察，出現(xiàn)問題的這段時間內(nèi)沉淀池一直有跑礬花現(xiàn)象，細(xì)小的礬花進(jìn)入濾池后增加了濾池的負(fù)擔(dān)，在流量突變時往往使得出水濁度波動。

(3)其他因素的排查：例如儀表準(zhǔn)確性、濾池含污量、濾層跑砂情況等，最后判定并非主因。

4.3.3 采取的措施及調(diào)整效果

針對以上初步分析的原因，生產(chǎn)調(diào)度中采取了以下措施：

(1)一泵房增開水泵時，使用變頻泵，低頻率開車，然后逐步提高頻率，使得一泵房流量有一個逐漸增大的過程，減少流量對濾池的沖擊。

(2)加強(qiáng)沉淀工藝，提高沉淀出水水質(zhì)，減少濾池的處理負(fù)荷，解決水質(zhì)低溫低濁現(xiàn)象。例如：一泵房開車前提前加礬、適當(dāng)增加PAC投加量、延長集水槽等辦法改善出水條件。

(3)將濾池過濾周期縮短到40h～50h，保證其運(yùn)行中后期的抗沖擊能力；同時，嘗試停用兩個池子，在一泵房開車時再啟用，減少來水流量增加對濾速的影響。

在采取以上措施后，濾池在一泵房增開水泵時基本不會出現(xiàn)出水濁度升高現(xiàn)象。

4.4 對V型濾池設(shè)計(jì)的優(yōu)化

濾池掃洗進(jìn)水孔加裝閥門。V型濾池的進(jìn)水設(shè)有兩個進(jìn)水孔口，濾池進(jìn)水孔口及表面掃洗水進(jìn)水孔口。通常設(shè)計(jì)濾池進(jìn)水孔口均配有進(jìn)水閥門，表面掃洗進(jìn)水孔口未設(shè)置閥門，在濾池進(jìn)行反沖洗時，設(shè)定的是濾池進(jìn)水閥門關(guān)閉，水由表面掃洗水進(jìn)水孔口進(jìn)入濾池，是按照V型濾池的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的[4]。在運(yùn)行現(xiàn)場，若某單格濾池需要放空檢修或進(jìn)行池體清洗消毒時，此時就需將表面掃洗水進(jìn)水孔口進(jìn)行封堵，按照慣例均通過人工利用插板來進(jìn)行封堵，但封堵效果不佳。經(jīng)分析改造，在表面掃洗水進(jìn)水孔口加裝了方閘板閥，徹底解決了封堵不佳的問題。增加了方閘板閥，但此閘門開關(guān)次數(shù)少，因此需特別注意對此閘門進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié)論及建議

(1)在保證適當(dāng)?shù)臍夂退疀_洗強(qiáng)度外，合理地控制設(shè)備開啟臺數(shù)及其沖洗時間，達(dá)到提升沖洗效果。

(2)根據(jù)不同季節(jié)的水溫水量合理控制反沖洗泵的開啟順序，對反沖洗的流量做柔化控制利于減少對濾池的沖擊，保證濾池的穩(wěn)定運(yùn)行及濾后水的良好出水水質(zhì)。

(3)在不影響配水均勻情況下，適當(dāng)調(diào)整排水槽(H槽)堰頂標(biāo)高，以減少濾料層上的水層深度以及減少沖洗槽之間的距離，可適當(dāng)縮短漂洗時間，減少沖洗水的耗水量。

(4)可根據(jù)實(shí)際情況在濾池進(jìn)水孔加裝閥門以便于濾池檢修和維護(hù)，保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時需要加強(qiáng)對閥門的維護(hù)和保養(yǎng)。

(5)加強(qiáng)對濾池的在線儀表的監(jiān)測管理，及時清洗探頭，定期檢查校準(zhǔn)在線儀表，對于濾池的日常運(yùn)行管理至關(guān)重要。

(6)V型濾池的日常管理維護(hù)過程中，需不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)。如在周期性設(shè)備保養(yǎng)過程中，加強(qiáng)對風(fēng)機(jī)、水泵、儀器儀表的跟蹤檢查；堅(jiān)持對濾池的濾砂進(jìn)行抽樣檢查；對水管、風(fēng)管的流量壓力檢測等。

在青衣水廠V型濾池運(yùn)行和管理過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題并找出解決措施。通過調(diào)整優(yōu)化V型濾池的運(yùn)行控制及保養(yǎng)周期，維持良好的濾池運(yùn)行工況保證出水水質(zhì)，同時做到節(jié)能降耗，使得V型濾池的應(yīng)用更加成熟。