某凈水廠V型濾池自動控制系統的應用

摘 要：設計和實施好凈水廠V型濾池的自動化控制系統，對提高水廠運行效率和產品水質有著極其重要的作用，以某凈水廠V型濾池自控系統為例，研究其生產工藝和反沖洗控制過程的基本流程和原理，采用西門子S7-300 PLC構建了濾池生產過程控制系統，熟悉濾池正常過濾和氣、水反沖洗過程自動控制程序，實現了凈水間生產過程的無人值守自動控制，有效降低了現場工人的勞動強度。

關鍵詞：V型濾池；反沖洗；降耗

V型濾池是快濾池的一種形式，因為其進水槽形狀呈V字形而得名，也叫均粒濾料濾池（其濾料采用均質濾料，即均粒徑濾料）、六閥濾池（各種管路上有六個主要閥門），它是我國于20世紀80年代末從法國Degremont公司引進的技術。為提高反沖洗效率，采用氣墊分布空氣，并利用專用的長柄濾頭進行氣、水分配，從而有效降低氣、水反沖洗過程中因濾層膨脹導致的濾料流失。采用V型濾池技術對來水進行過濾，具有出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節省反沖洗水量、節能和便于自動控制等特點。

1 工藝簡介

1.1 工藝流程

過濾時，渾水由進水總渠通過閘門進入進水支渠，通過溢流堰進入進水槽，再經過與之相連的V型槽進入濾池。濾后水通過長柄濾頭進入濾池底部的配水區，再經設在配水配氣渠下部的配水孔進入配水配氣渠，最后經出水閥、水封井流出。并設置出水堰保證濾后水位恒定，防止濾料層出現負壓。

沖洗時采用氣水聯合沖洗，自動控制運行。即先氣反沖洗，然后氣水同時反沖洗，最后水沖洗的沖洗方式。沖洗時關閉進水閥，打開排水閥，池內水位下降到排水槽頂。進水總渠上設有進水孔，關閉進水閘后仍有部分水進入V型槽，并從設在其底部的進水孔進入濾池，從排水槽流出，形成對濾料表面的掃洗。氣沖洗時，空氣經進氣閥進入配水配氣渠，經其上部的配氣孔進入配水區，再由長柄濾頭進入濾料層。

1.2 工藝特點

V型濾池的主要特點如下：

（1）濾層含污量大。采用采用均質粗砂濾料且厚度大，濾層含污量增加，過濾周期延長。

（2）等水頭過濾。濾池出水閥門根據砂面上水位變化，不斷調節開啟度，實現等水頭過濾。當一格反沖洗時，進入該池的待濾水大部分從V型槽下掃洗孔流出進行表面掃洗，其他濾池水量增加很少。

（3）沖洗效果好。采用小阻力配水系統，汽水聯合沖洗加表面掃洗。

（4）濾料流失率較低。濾池沖洗時，濾層處于微膨脹狀態。

反沖洗過程分為單獨氣洗、氣水混洗和單獨水洗3個階段，反沖洗氣和反沖洗水分別從濾層下部泵入，從下往上沖洗過濾層，沖洗后的污水從排水管排走。通過反沖洗過程，可沖走濾層過濾時沉積的污垢，使濾池保持較高的過濾能力，從而保證水質安全，提高過濾效果。

1.3 某水廠V型濾池實例

某凈水廠采用V形濾池工藝，共設6個濾格，每個濾格安裝有一個液位計以及各自的進水閥、出水閥（調節閥）、反沖洗進氣閥、反沖洗進水閥以及排水閥和排氣閥。公用部分用于氣洗的鼓風機有兩臺（一用一備），用于水洗的反沖洗泵兩臺。系統采用現場總線技術，凈水間控制室設S7-300 PLC主站和觸摸屏人機接口，每個濾格設一個 PLC從站和觸摸屏。主站選用CPU315-2DP控制系統，主要完成公用部分數據采集、控制和通訊系統控制任務；從站選用CPU214通訊控制器并配置I/O數據接口模塊，主要完成采集本濾格現場數據并通過數字總線傳送給主站，接收主站的控制指令對現場設備進行控制的任務。主站和從站間通過Profibus總線連接，主站與廠級中控室上位機系統通過工業以太網總線進行連接。控制過程可以通過從站觸摸屏對本濾池生產過程進行操作，也可以在廠中控室計算機上對濾池系統的生產運行進行遠程監控，實現了中控室計算機集中監控、觸摸屏現場操作的二級控制網絡，從而能夠確保濾池安全可靠的生產運行。

2 系統控制方案

2.1 濾池恒水位控制

濾池過濾中最重要的環節就是恒水位或恒濾速控制。正常濾水工作期間，每組濾池在PLC的控制下，依據來水量的大小，及時調整濾水閥的開度，保證濾池恒水位運行；由于恒水位的根本目的是保證待濾水流量與濾后水流量基本恒定，因此轉化為控制各個濾格的水位保持基本恒定。用PID閉環控制可以根據水位的變化實時控制清水閥開度，把以上所有影響水量變化的條件轉化為濾格水位的控制。

2.2 反沖洗控制

反沖洗一般采用氣沖、氣水同時反沖和水沖三個過程，反沖洗效果好，大大節省反沖洗水量和電耗。過濾過程：待濾水由進水總渠經進水閥和方孔后，溢過堰口再經側孔進入被待濾水淹沿的V型槽，分別經槽底均勻的配水孔和V型槽堰進入濾池。被均質濾料濾層過濾的濾后水經長柄濾頭流入底部空間，由方孔匯入氣水分配管渠，在經管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。

反沖洗過程：1）關閉進水閥，但有一部分進水仍從兩側常開的方孔流入濾池，由V型槽一側流向排水渠一側，形成表面掃洗。而后開啟排水閥將池面水從排水槽中排出直至濾池水面與V型槽頂相平。反沖洗過程常采用“氣沖→氣水同時反沖→水沖”三步。

2）氣沖打開進氣閥，開啟供氣設備，空氣經氣水分配渠的上部小孔均勻進入濾池底部，由長柄濾頭噴出，將濾料表面雜質擦洗下來并懸浮于水中，被表面掃洗水沖入排水槽。

3）氣水同時反沖洗，在氣沖的同時啟動沖洗水泵，打開沖洗水閥，反沖洗水也進入氣水分配渠，氣、水分別經小孔和方孔流入濾池底部配水區，經長柄濾頭均勻進入濾池，濾料得到進一步沖洗，表掃仍繼續進行。

4）停止氣沖，單獨水沖，表掃仍繼續，最后將水中雜質全部沖入排水槽。每格濾池反沖洗全部大約需要20min，各步驟及設定的時間和反沖洗周期可在濾池運行一段時間后根據經驗及季節、水質的變化做適當調整。

3 結束語

隨著城市規模的不斷擴大，城鎮化的發展和人口數量的增加，對城市安全供水能力和相應要求都有所提高，為了緩解不斷增加的城市安全供水壓力，全面提高供水水質及供水水量，各地紛紛開始建設凈水廠。濾池是地表凈水廠水處理的核心工藝處理工序，其生產運行的效果直接影響水廠的生產效率和出水水質的指標。濾池技術發展至今，種類繁多，有無閥濾池、雙閥濾池、普通快濾池、V型均質濾池等，其中V型均質濾池由于其進水槽形狀呈V字形而得名，是快濾池的一種，采用均勻的石英砂濾層，分布較粗厚，具有出水水質好、運行周期長、濾速高、自動化程度高等特點，近年來應用越來越廣泛。

參考文獻

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作者簡介

王佳（1987—），女，遼寧省阜新市人，大學本科，工學學士，遼寧遼東水務控股有限責任公司，一般干部，研究方向：自動化。