兰溪市东城水厂虹吸滤池气水反冲洗工艺改造应用

饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业委员会第14届年会论文集兰溪市东城水厂虹吸滤池气水反冲洗工艺改造应用盛 谨 文 ， 李 丽(浙江联池水务设备有限公司，浙江杭州311121)摘要虹吸滤池普遍存在滤料板结、冲洗效果不好、滤后水质难达标等问题。钱江水务兰溪市东城水厂为解决虹吸滤池冲洗 问题,提升滤后水质，对虹吸滤池进行了气水反冲洗改造。改造中增加了空气冲洗系统，保留了滤池原有的虹吸系统，仍旧用滤 后清水渠溢流堰前水冲洗，在较低改造投人的情况下，实现了先低水位气冲后单独水冲的气水反冲洗方式。虹吸滤池改造后的 气水反冲洗效果良好，彻底解决滤池滤料板结问题，提升了滤后水质。关 键 词 虹 吸 滤 池 气 水 反 冲 洗 改 造Transformation and Application of Air-water Backwash Process of Siphon Filter in Lanxi Dongcheng WaterworksShe吨 Jinwen, Li Li(Zhejiang Lianchi Water Equipment Co” LTD” Hangzhou 311121， China)Abstract Some of the problems are common to siphon filter, such as media compaction, washing ineffective, water substandard after filtration and other issues. In order to solve the washing problems and improve water quality after filtration, air-water backwashing transformation is made in Dongcheng Water plant of Lanxi Qianjiang Water CO., LTD. By increasing air wash system, retaining the original siphon filter system and washing with filtrated clean water from overflow weir, air-water backwash mode with low level air washing first and then water washing alone is achieved at lower cost and renovation. After the transformation, filter media compaction is completely solved, and filtered water quality gets improved.Keywords siphon filter air-water backwash transformation1工 程 概 况1.1兰 溪 东 城 水 厂 滤 池 现 状浙江省兰溪市东城水厂设计规模为10xl 04m3/d, 水厂采用常规处理工艺，水处理构筑物包括一座折 板絮凝池、一座斜管沉淀池和两座虹吸滤池。东城水厂每座虹吸滤池设计规模为SxlOVd, 分为8格，单格尺寸6 mx5.5 m，滤池完全按照原标 准图集虹吸滤池S773( 四)建造。虹吸滤池长期运行后，出现冲洗不均匀现象， 局部冲洗强度过大、跑料, 而其它部位则出现滤层 板结，滤层中出现大量泥球，有效过滤面积减少，过 滤面积损失严重问题。水厂为使滤池出水浊度达到 控制要求,未达到过滤期终水头损失时就需要对滤作者简介 盛谨文,（ 1975-),男，髙级工程师，从事市政给排水设 计、技术研发工作。联系电话E-mail: 通讯作者 李丽,（1984- ),女，工程师，从事市政给排水设计、技术 研发工作。E- mail: o池进行人工强制冲洗，造成水厂自耗水量增加，水资 源的浪费。为解决滤池冲洗问题，东城水厂几年前对滤池 进行过配水系统改造及滤料的更换，将其中一座滤 池配水系统改造为滤头滤板配水系统，但是运行一 段时间后仍旧出现滤料板结，滤池冲洗效果不佳问 题。针对东城水厂滤池的运行状况,仅更换配水系 统，采用单水冲洗的改造方式无法彻底解决滤池冲 洗问题。因此,业主方提出将虹吸滤池冲洗方式改 造为气水反冲洗, 以彻底解决滤料板结问题。1.2国 内 虹 吸 滤 池 改 造 情 况虹吸滤池利用自身清水廊道中的滤后水进行冲 洗，冲洗水头有限，单格滤池面积较大的虹吸滤池存 在滤料板结、冲洗不均勻问题。随着饮用水水质标 准的不断提高，原水条件不好的水厂虹吸滤池普遍 面临出水水质达标困难问题。7C 厂虹吸滤池的单水 冲洗改造,能够在一定程度上提升滤池性能，但是仍 旧无法彻底解决虹吸滤池冲洗问题。国内已有将虹吸滤池改为 V型滤池、翻板阀滤饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业委员会第14届年会论文集池的改造实例。这类改造中需改动池体结构，增加 管路阀门、气水冲洗系统。改造投入很大，改造施工 工期很长。改造方式受到现场场地条件、滤池自身 结构状况制约,并非所有虹吸滤池都有条件实施。国内水厂也有在不增加冲洗水泵的情况下进 行虹吸滤池气水反冲洗改造尝试，采用长柄滤头滤 板配水系统，将空气引人到滤板底部实现空气冲 洗。但是由于清水廊道中的来水无法控制,滤池只 能维持在高水位(与清水廊道水位平齐 )进行空气 冲洗，气水反冲洗效果不理想，滤料流失问题严重， 这些改造并不算成功。保留滤后水冲洗的虹吸滤池 气水反冲洗改造难点在于实现滤池内低水位(低于 洗砂排水槽口）的单独空气冲洗。虹吸滤池气水反 冲洗改造也可在清水廊道内滤后出水孔上设置电 动盖板阀，解决低水位空气冲洗时清水廊道中水的 干扰。但是这种改造增加了许多水下阀门，导致改 造费用的大幅增加, 对阀门质量、滤池自控要求高， 带活动部件的盖板阀也不宜长期设置在滤后清水 中。1.3兰 溪 东 城 水 厂 滤 池 改 造 分 析由于兰溪市其它新建水厂投人使用,东城水厂 的制水能力出现富余, 水厂为维持虹吸滤池的正常 过滤功能,将两座滤池轮换使用，滤池经常处于间 歇运行状态。水厂沉淀池出水水质很好，浊度一般 低于3NTU。虹吸滤池水头损失增长缓慢，无法在 24小时内实现水力自动冲洗，长过滤周期运行导致 滤池滤料出现板结，滤料中出现泥球，冲洗不均勻 问题。东城水厂滤池改造并无提升水量的要求。而是 希望在低投入、短工期的前提下完成滤池气水反冲 洗改造,改造目的在于彻底解决滤池长时间过滤滤 料板结带来的冲洗问题，并节约滤池冲洗水量，实 现节能降耗目的，同时保证滤后水质稳定达标。水 厂方面要求改造中不改动滤池结构，保留原来的进 水、排水虹吸系统，仍采用清水渠中滤后清水冲洗， 并增加空气冲洗系统型滤池、翻板阀滤池以及增 加清水孔盖板阀的改造方案均不能满足东城水厂 的要求。2滤 池 改 造 工 程 设 计根据水厂的要求, 东城水厂滤池改造仍保留滤 池进、排水虹吸系统，增加真空泵系统，增加空气冲 洗系统，在真空管路上设置电磁阀。滤池改造后实 现自动化运行,采用双层滤料过滤，先气后水的冲洗方式。2.1滤 料 及 配 水 系 统与虹吸滤池单层级配滤料相比,均质滤料可获 得更长的过滤周期和更好的滤后水质，但是虹吸滤 池受到滤后水冲洗水头及排水槽高度限制，不能满 足均质滤料1.2 m左右的装填厚度的空间要求。虹 吸滤池气水反冲洗改造仍采用常规级配滤料，则无 法发挥气水反冲洗滤池长过滤周期的优势。而无烟 煤、石英砂双层滤料滤层厚度与单层级配滤料相当， 截污能力为后者的1.5倍，因此改造中采用无烟煤、 石英砂双层滤料。上层无烟煤粒径0.8-1.8 mm，装 填厚度400 mm;下层石英砂粒径0.5-1.2 ram,装填 厚度400 mm;滤料底部设粒径2-4 mm的卵石承托 层，厚度50 mm。改造采用小阻力滤板、长柄滤头配水系统。受 清水渠冲洗水头制约, 滤池排水槽无法抬高，扣除 滤料上水深、滤料层及承托层厚度后，包括滤板厚 度在内的配水系统空间只有0.6 m。如果采用常规 的混凝土滤板及长柄滤头，底部配水配气空间不 足，影响滤池冲洗时配气、配水均匀性。为解决配水 空间不足问题，工程改造中使用了专利技术的不锈 钢滤板以及改进后的长柄滤头，滤板厚度可以忽 略,使滤板底部配水空间增加约100 mm。（混凝土 滤板厚度为100 _以上），配水空间高度能够满足 气水反冲洗的需要。为满足滤池均匀布气要求, 滤板底部中间横向 布置一套不锈钢矩形布气管，上设12个配气三通， 每格滤池由两条空气支管将空气引人矩形布气管 内，由配气三通向滤板底部布气。2.2进 出 水 、 冲 洗 水 控 制280图1已完成的配水系统Fig.l Finished Water Distribution System饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业委员会第14届年会论文集虹吸管真空管路与新增加的水环真空泵相连，通过 真空管路上电磁阀的启闭控制虹吸管的运行。改造前虹吸滤池滤后清水渠与各格滤池均有 两个0600圆孔连通，改造后，要求将池内水位降至 排水槽口以下位置实现气冲，冲洗时需阻断清水渠 内清水由连通孔进人滤池底部。空气冲洗结束后又 要求清水能迅速进人滤板底部形成单水冲洗。改造 设计中在每个$600连通孔处增加了一套钟罩式虹 吸管系统，钟罩式虹吸管顶部设置真空管路与真空 泵相连，并设有真空破坏电磁阀。钟罩式虹吸管在 真空栗作用下形成真空后能顺利实现虹吸管的通 7JC，真空破坏电磁阀打开后真空破坏，虹吸管断流。 不锈钢材质钟罩式虹吸管成本远低于同口径的阀 门，内部无活动及密封部件，免维护使用，无滤后水二次污染隐患。钟罩式虹吸管是本次虹吸滤池实现 低水位气冲的关键部件。虹吸滤池排水虹吸管只能将池内水位降到洗砂 排水槽口位置,此时进行空气冲洗, 在配水系统底部 气垫层的挤压作用下，滤池内水位继续上升，部分水 会溢流进人洗砂排水槽。气冲时洗砂排水槽两侧大 量空气释放形成浪花，夹带轻质无烟煤的浪花不断 跌落到洗砂排水槽内，造成滤料的流失。为避免无 烟煤滤料气冲时流失, 必须在空气冲洗前将虹吸滤 池内水位降低到洗砂排水槽口以下。改造中在池内 排水渠隔墙上增加了降水位虹吸管，滤池水位降到 排水槽口后，降水位虹吸管仍能将滤池内水排至排 7JC渠内，将水位降低到排水槽口以下0.2 m。这项技 术措施使滤池在空气冲洗时水位始终在排水槽口以 下位置，不会有水跌落到洗砂排水槽中带走滤料。1-进水虹吸管； 2-降水虹吸管； 3-洗砂排 水槽； 4-不锈钢滤板； 5-槽钢滤梁;6-矩形布气管； 7-排水虹吸管； 8-空气冲 洗管； 9-钟罩式虹吸管；10-清水渠图2滤池改造剖面图Fig.2 Sectional View of the Filter Transformation2.3反 冲 洗 空 气 供 给 及 真 空 系 统滤池反冲洗空气由罗茨风机供给，风机配置三 台，两用一备。水环真空泵设置两台，一用一备，根 据运行需要抽吸对应的虹吸管内空气形成真空。在 滤池出水总管侧紧靠滤池侧面增加了一座底部架 空的钢结构设备间，设备间地面与滤池顶部齐平。 罗茨风机及水环真空栗以及控制柜均安装在钢结 构设备间内。空气冲洗总管由滤池一侧接入清水廊道内，然 后一分为二紧贴中间廊道顶板底部安装。每格滤池 的反冲洗进气管也设置在清水廊道内，从总管垂直向下设置一段DN200管并安装一套DN200 电动蝶 阀,阀后变径三通将冲洗管一分为二，减小进人滤池 内的气冲洗管管径，气冲管穿过清水渠中间隔板后 贴池底进人池内与矩形布气管连接。滤池改造后各虹吸管由水力自动方式改为自控 程序控制。进水、排水虹吸及新增的钟罩式虹吸管 真空管路均与水环真空泵相连，并在各虹吸管上设 置抽气电磁阀、真空破坏电磁阀以及可输出控制信 号的真空压力表。各虹吸管均由真空泵抽吸形成真 空，并由真空压力表提供反馈信号给自控系统，控制 真空泵的启停。饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业委员会第14届年会论文集2.4滤 池 自 控 运 行 方 式改造后滤池正常过滤水位上涨到最高处，池内 部分水从排水大虹吸管的落水管中溢流，大虹吸管 抽吸真空，当虹吸形成，安装在大虹吸排水管上的 真空压力表反馈信号给滤池控制系统，该格滤池自 动进入冲洗程序。图3降低水位后待冲洗滤池Fig.3 To be Rinsed Filter After Lowering the Water Level自控系统给出信号打开进水虹吸管上的真空 破坏电磁阀，进水虹吸破坏后滤池停止进水。自控 系统给钟罩式虹吸管真空破坏电磁阀发出信号，电 磁阀打开，当滤池内水位低于清水廊道内水位时, 虹吸管断水，避免清水廊道中滤后水进入滤池形成 单水反冲洗。滤池排水虹吸管迅速排水, 滤池水位降到洗砂 排水槽顶位置后，安装在排水渠隔墙上降水虹吸管 继续排水，滤池内水位下降至洗砂排水槽口以下 0.2 m处，排水虹吸管破坏管口露出水面进人空气 而停止排水。排水虹吸管上的真空压力表反馈真空破坏信图4滤池低水位空气冲洗Fig.4 Air Washing of Filter at Low water Level号给滤池控制系统，控制系统先开启需冲洗滤池的 电动空气冲洗阀, 依次启动两台冲洗风机, 滤池进 入单独气冲阶段。空气冲洗3 min后，风机停止，空 气冲洗阀关闭。钟罩式虹吸管上的真空破坏电磁阀关闭，真空 泵启动并打开抽气电磁阀，钟罩式虹吸管真空形 成，清水廊道内滤后水进入滤池底部形成单水冲 洗。钟罩式抽气电磁阀关闭，打开排水虹吸管抽气 电磁阀，当冲洗水通过洗砂排水槽进人滤池内排水 总渠，淹没排水虹吸真空破坏管管口后排水虹吸 管开始形成真空，开始排水，真空泵停止运行，滤 池进行单独水冲洗阶段。单独水冲洗过程持续时间 5 min,控制系统打开排水虹吸管真空破坏电磁阀， 排水虹吸停止排水，完成滤池冲洗过程。控制系统关闭进水虹吸破坏电磁阀，进水虹吸 管在落水管的作用下抽吸形成真空，开始进水，滤 池恢复过滤 。由于排水虹吸管先排水后断水,再次恢复排水 强制形成真空需要一段时间，怎样做到滤池冲洗过 程连贯也是本次改造的难点所在。滤池冲洗过程 中，排水虹吸管断水后重新恢复排水时间较长，在 钟罩虹吸管开始水冲进水到排水虹吸管形成真空 排水之间有一段时间间隔, 此时的滤池反冲洗水由 洗砂排水槽进人滤池内之前已经排空的排水总渠 内，水位逐渐上升，排水尚未填满排水总渠时，排水 虹吸管已经形成真空开始排水。并且滤池冲洗程序 根据调试情况，真空抽吸时间设置了一定的提前量。 冲洗过程中的大虹吸管排水、气冲洗、单水冲洗、大 虹吸再次排水等环节依次进行，滤池冲洗过程非常 流畅，未出现等待真空形成现象。滤池改造后虽然 保留了虹吸管系统，但是通过程序的优化、调试过 程中参数的合理设置, 做到了滤池运行过程与采用 阀门控制的滤池相当，完美解决了因虹吸管动作滞 后而难以实现自控的难题。3改 造 后 运 行 情 况本工程滤池改造施工自2013年11月开始，于 2014年初投入运行。改造前滤池为人工强制冲洗， 需要在滤池上操作多处阀 门 ,改造后滤池冲洗为自 动进行，或在控制柜上手动操作一次旋钮即可完成 滤池冲洗过程，大幅降低了操作工人的劳动强度。 一 年多来，滤池自控系统运行稳定。滤池改造前后 参数对比如表1所示。 （下 转 第 284页）饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业委员会第14届年会论文集失矣为传统管道式混合器的10 %。同时，其双层双 向混合效果也得到了更佳的强化和提高。实践表 明,该微阻力管道混合器不但具有提高水质水量的 效率，同时有着优越的节能降耗效果，更主要的是 从水处理厂常年节能降耗增加产水量挖潜力计算, 其节电能、降药耗、提水质、增水量等效益是非常可 贵和肯定的。2.2特 点微阻力管道混合器不仅具有机械搅拌混合的 功能,而且还有低水头损失可混合的特点，同时具 备管式混合器的结构简单、免维修、免维护以及防 堵塞的优点。该微阻力混合器能够实现并适应类似机械搅拌混合的流量变化, 可根据水量变化调整投 加压力和药剂量, 在任何流量下均可获得良好的混 合效果。3结 语微阻力管道混合器改进了传统的管道混合技 术，提高水厂净水工艺混合效果，节能降耗效益明 显，经济意义显著、可观。是新一代更新换代管式微 阻力混合新技术装置，是水处理厂节能降耗创效益 理想、超前、超值、明智的选择，在水处理领域使用 经济和社会效益明显可观，具有广阔应用前景和推 广意义。(上接第282 页）表 1滤 池 改 造 前 后 参 数 对 比Tab.l Filter Parameters Contrast Before and After Transformation项目 ssatfr 雌后 ，过滤周期 矣16h 5=24 h滤后水浊度 1NTU 莓0.4 NTU滤料 单层级配滤料、厚度700 mm 无烟煤、石英砂双层滤料、厚度800 mm職方式 单水冲洗 空气冲洗+水冲洗冲洗强度 15 L/m2-s I 5L/m2s(空气）8 L/m 2，s(水冲）冲洗时间 6 min 3 min (空气)+5 min(水）縣滤池?Wtelc量 170 mV次 80 m3