清远市七星岗水厂一期滤池改造

　　摘要：由于一期滤池长期停止使用后恢复生产，故需要对其过滤系统、真空系统、控制系统及其它相关设施进行改造，以达到滤池能正常过滤及冲洗，保证过滤水达到水量、水质要求。在运行1个多月来，取得了满意的效果。
　　关健字：滤池改造，虹吸滤池，滤料，真空系统，控制系统
　　1前言
　　清远市七星岗水厂共建有一、二期净水系统工程，一期工程设计处理能力为6万吨/日，二期工程设计处理能力为10万吨/日。在二期工程1994年建成使用后，由于二期工程的日净水能力已经满足当时城市用水量需要，故一期工程停止使用至今，随着城市经济的不断发展，市区及周边乡镇的企业及人口不断增多，对供水量的要求也不断增大。据统计，2005年清远市城区全年最高日供水已达12吨/日，二期净水系统常处于超负荷运行，为了保证出厂水的水质和水量，于2005年11月初对一期工程的反应池、斜管沉淀池、虹吸滤池进行了大修和技术改造，并增建了斜管沉沙池。并于同年12月底恢复运行。在此主要介绍的是虹吸滤池的改造。
　　2滤池改造前的状况
　　2.1概况
　　一期净水系统工程的滤池形式采用虹吸滤池，于1989年建成使用，1994年停止使用，至今已停用10年之久，进水钢管、闸阀、进水虹吸管和排水虹吸管部分已出现锈蚀、钢管混凝土支墩出现裂缝、滤料积满污泥并长满杂草。需要对滤池进行改造才能恢复运行。
　　滤沙层经过长时间运行，出现磨损破碎，滤沙变小，反冲洗有跑沙现象，滤沙层变薄，局部位置有板结现象；部分滤池出现滤沙层和承托层错层现象、滤砖配水孔部分堵塞，导致滤后水水质变差，产量达不到设计技术要求。
　　进水和排水虹吸管的辅助虹吸管道锈蚀严重，部分水射器出现腐烂穿孔现象，使部分进水和排水虹吸管不能工作；计时水箱的排水虹吸破坏管锈蚀严重，管径变小和部分出现堵塞，导致反冲洗时间延长或反冲洗不能停止的现象，严重影响产量和浪费用水。
　　针对上述存在的问题，对滤沙层、承托层重新进行筛分和补充滤沙；因排水虹吸管水射器安装在虹吸管内，更换成本高、维修困难，现改造为由可编程序控制器（PLC）进行自动控制，可自由设定冲洗周期和冲洗时间，灵活方便，节约自用水，降低生产成本。
　　2.2设计技术参数
　　滤池一共两组，每组分16格，每格净尺寸为3.5m×2.8m，其中过滤面积为3.5m×2.15m，8格两行对称布置，中间为冲洗水箱及水槽，滤池总高度为5.2m，采用单水反冲洗方式。设计滤速：10m/h，冲冼强度：15L/(s•m2)，冲洗水头：1.5m，采用粗沙石粒为承托层，由上至下其粒径及厚度分别为：1.1mm~2mm厚20mm、2mm~4mm厚50mm、4mm~8mm厚100mm、8mm~12mm厚100mm，滤料采用石英砂单层滤料，粒径为0.7mm~1.1mm厚800mm。
　　2.3自动冲冼及恢复过滤工作原理（见图一）
　　滤池在过滤过程中，滤层因不断截留水中的悬浮物而水头损失逐渐增加，致使滤池水位不断上升，当水位高出排水虹吸管的辅助虹吸管5时，水急速流入辅助虹吸管并通过水射器7及抽气管6将虹吸管内的空气带走，排水虹吸管内形成负压，使大量的水流向管内，带走管内剩余空气，造成了连续流水，真正形成虹吸排水，当水位降到排水槽口，其余各格的过滤水就流向该格，开始冲洗。与此同时，当水位下降到进水虹吸破坏管1管口以下时，空气进入进水虹吸管1，虹吸破坏，进水停止。随着冲洗的继续，计时水箱的水位不断下降直至排水虹吸破坏管4管口露出水面，排水虹吸管虹吸破坏，冲洗终止。当水位回升到进水虹吸破坏管1管口被封住时，由于进水虹吸辅助管9和水射器8的作用，不断抽走进水虹吸管中的空气，形成虹吸，滤池开始进水，过滤工作恢复。
　　
　　3滤池的改造
　　3.1过滤系统改造
　　3.1.1改造措施
　　由于长时间没有使用，滤层、承托层的颗粒之间与污泥已粘结在一起，较为严密，而滤砖的配水孔也被污泥堵塞，故需要对滤池的过滤系统进行相应的改造。为了节省改造资金又能达到滤水效果，采取了以下的改造措施：先将滤层上部30cm厚的滤砂清除，然后把剩余的滤料及承托层的粗砂砾石全部清运出滤池外，清通滤砖的配水孔，用清水将池内壁及滤砖清洗干净，将运出的滤料和粗砂砾石中的污泥清洗掉并晒干，采用不同孔径的筛，通过机械振荡筛分成0.5mm~1.2mm、1.1mm~2mm、2mm~4mm、4mm~8mm、8mm~12mm五种规格，补充损耗部分相应规格的滤料和粗砂砾石，最后将滤料和粗砂砾石粒径由大到小按下往上的顺序铺放回滤池，承托层的各层厚度及组成与原设计一致，滤层厚度为800mm，采用了粒径为0.5mm~1.2mm的石英沙，其不均匀系数K80=1.68<2，L/de(滤层厚度mm/滤料有效直径
　　3.1.2冲洗水力校核计算
　　滤层水头损失h1=（γ1/γ－1）（1－m0）H1=(2.65/1－1)×（1－0.41）×0.8=0.779m
　　承托层水头损失h2=0.022H2q=0.022×0.27×15=0.089m
　　式中γ1——石英沙的相对密度（2.65）
　　γ——水的相对密度（1）
　　m0——滤层沙膨胀前的孔隙率（0.41）
　　H1——滤层膨胀前厚度（0.8m）
　　H2——承托层厚度（0.27m）
　　q——冲洗强度[15L/(s•m2)]
　　两次配水滤砖冲洗水头损失h3：根据《给水排水设计手册》第二版第三册查得当冲洗强度15L/(s•m2)时为0.64m
　　总冲洗水头损失h=h1＋h2＋h3=0.779＋0.089＋0.64=1.508m≈1.5m（冲洗水头）
　　在实际运行中，当水冲洗时，滤层松动膨胀，冲洗强度偏小于15L/(s•m2)，故总冲洗水头损失小于1.5m，有一定的富余水头，可以满足冲洗要求。
　　3.2真空系统改造（见图二）
　　滤池原有虹吸进水和虹吸排水的真空系统为水力自动控制系统，在生产运行中，由于管道系统容易发生堵塞而往往造成冲洗时间过长、甚至连续冲洗而浪费水量严重，或出现不冲洗而影响出水水质和水量，因此，须将原水力控制的真空系统改为由真空泵抽真空，可进行人为控制冲洗的真空系统。其改造措施如下：拆除每格滤池的进水虹吸管及排水虹吸管上原有的抽气管、辅助虹吸管、虹吸被坏管、水射器，并在进水虹吸管及排水虹吸管各安装2个DN20的ZY¬—05型电动球阀，一个作用是破坏虹吸的开闭，另一个是抽真空开闭，其开闭由自动控制系统控制。将滤池顶的原制水室隔开两间作为真空泵间及电控间，增设两台SZ—2型水环式真空泵，一用一备，自动切换，互为备用，安装真空管道与每格进水虹吸管及排水虹吸管的真空控制电动球阀连接。见下图：
　　
　　3.3增设自动控制系统
　　为了实现对冲洗及恢复过滤的自动控制，在控制间内增设自动控制柜，其自动控制功能是通过内置的可编程序控制器（PLC）的顺序控制、连接控制、逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算等功能而实现的，并通过触摸屏编制控制程序实现程序化控制。触摸屏具有显示直观、更改程序容易、操作简单等特点。自动控制柜与真空泵、电动球阀连接，通过对真空泵、电动球阀的开启控制来实现对冲洗及恢复过滤的自动控制。通过编制程序实行定时循环自动冲洗，现将冲洗程序设定为：冲洗周期24h、冲洗时间5分钟、每格滤池冲洗间隔8分钟、1格滤池冲洗时其它格滤池不冲洗，这样提高了滤池的工作效率。因为在试运行中，此次改造没有完全地实现全自动化，但为今后的改造工作打好了坚实的基础，今后还可以加装水位变送器、在线浊度检测仪等设备通过自动控制柜对滤池水位、滤前滤后浊度进行实时监测，并根据滤池水位、滤前滤后浊度变化来控制滤池工作，实现全自动化控制。
　　3.4其它改造
　　拆除了滤池两侧的4个DN600待滤水输送管闸阀，更换为软密封闸阀（带省力装置）；拆除滤池原32个DN100排空闸阀，并新安装DN100软密封闸；维修滤池至清水池DN900闸阀1个；加装虑池进水管支承架；对滤池进出水管及栏杆进行防腐处理，并对滤池顶及内壁上部铺设磁砖，使其更加美观。
　　4结束语
　　滤池改造后运行一个多月以来，过滤及冲洗安全稳定，滤前水平均浊度为10NTU，滤后水平均浊度为0.6NTU，符合新标准《城市供水水质标准》（CJ/T206—2005）不大于1NTU标准。冲洗时间5分钟，比改造前缩小了3分钟，节约了冲洗用水，冲洗较为彻底。自动控制系统动作正常，使工作效率和管理效率大为提高。对传统虹吸滤池的改造，受到原构筑物结构的影响，某些改造暂不能在此次改造中实施，需在今后的滤池运行中不断完善工艺，保证供水的水量、水质，但此次改造改善了运行性能是肯定的。
　　
　　参考文献：
　　[1]《给水排水设计手册》第二版第三册城镇给水，中国建筑工业出版社，2004.4
　　[2]严煦世范瑾初主编《给水工程》第四版，中国建筑工业出版社，1999.12
　　[3]《城市供水水质标准》（CJ/T206—2005）