基于水廠運行管理經驗反饋氣水反沖洗濾池設計注意細節的探討

鄭全興，張 建

(江蘇長江水務股份有限公司，江蘇揚州 225009)

氣水反沖洗濾池因具有濾速大、運行周期長、節水、濾后水水質好、便于自動化管理等特點被廣泛采用。揚州四水廠二期工程(10×104m3/d)、頭橋水廠(40×104m3/d)、提標擴建的揚州第一水廠(40×104m3/d)、高郵湖西水廠(10×104m3/d)均采用了氣水反沖洗濾池。本文對氣水反沖洗濾池的設計聯絡、施工建設、調試及生產運行管理方面的經驗和教訓進行總結。

1 氣水反沖洗濾池運行注意細節

1.1 掃洗乏力問題

V型槽掃洗效果與孔口標高有關[1]。2001年建設的揚州第四水廠二期濾池表面掃洗孔口低于排水槽堰頂150 mm(垂直距離)，再加上排水的雍水高度約50 mm，掃洗時發現水平推力與漂洗水面約有200 mm的高差，造成掃洗力不足而使反沖洗過程產生的濁液和泡沫黏附在池壁上，且掃洗孔的出水沖向流動水層的中部，把較小粒徑的濾料沖向排水槽，長期沖洗造成濾料表面傾斜。結合此經驗，在后續水廠建設工程中將掃洗孔標高提升比排水槽堰頂高20 mm，從運行情況看，濾料表面砂層水平，掃洗效果好，池壁干凈，無黏附泡沫濁液。

1.2 出水濁度異常問題

揚州四水廠一、二期工程設計供水能力均為10×104m3/d，濾池均采用氣水反沖洗。一期工程采用了普通快濾池，分為8格，對稱布置，濾后水測量濁度只用了1臺濁度儀，測量量程為0～1.0 NTU。二期工程采用了氣水反沖洗濾池，分為8格，對稱布置，每格濾池各安裝了1臺濁度儀，8臺濁度儀均采用光度濁度儀，量程為0～1 000 mNTU。2014年，發現一期工程普通快濾池出水濁度升高，濾后水濁度由正常情況下的0.2～0.3 NTU升高為0.4～0.6 NTU，同時，在一期清水池入口處發現石英砂。由于白天需滿負荷運行，濾池反沖洗一般安排在夜間低峰供水時，反沖洗效果難以觀察，不能及時判斷是哪格濾池出現異常，分析原因可能是某格濾池的濾頭或濾板出現了問題。通過逐一掀起彩鋼瓦蓋板觀察反沖洗效果，在排查到第三格濾池時發現，中央排水槽兩側的反沖洗強度不一樣，兩側的砂面也不一樣高，判斷為這一格濾池出了問題，更換損壞的濾頭后投入運行生產，一期工程濾池出水又恢復正常，濾后水濁度又恢復到0.2～0.3 NTU。結合此經驗，后續水廠新建或擴建時，單格濾池都安裝濁度儀，量程為0～1000 mNTU，既能反映每格濾池出水濁度的變化，又能及時發現異常。

1.3 濾后水外溢問題

在氣水反沖洗濾池管廊下方，一般布置清水渠收集濾后水，濾后水通過溢流井進入清水渠，清水渠末端與清水池或深度處理構筑物連接。分析溢流井滿溢，可能是由以下原因引起。(1)氣堵原因，2002年揚州四水廠二期工程V型濾池試運行時溢流井外溢，濾后水通過溢流井翻過堰板流入清水渠，攜帶大量的空氣，集聚的氣體形成氣堵，導致流水不暢，濾后水從溢流井外溢，后在清水渠首末端的頂板上開孔，安裝了2根De110管道排放清水渠中的空氣，溢流井外溢現象消除。(2)濾池后一構筑壅水原因，如2010年揚州頭橋水廠一期工程V型濾池試運行時，溢流井外溢。在每個溢流井內安裝了De110排氣管，清水渠兩端也安裝了De110排氣管，首先排除了氣堵原因。驗算溢流井外墻標高，與清水池頂板底標高相等，由于清水池最高水位不可能達到頂板底標高,理論上不會發生外溢現象，分析原因可能是清水池高水位運行以及濾后加氯管道混合器阻力引起的清水渠出水管道壅水，從而引起溢流井外溢。針對該原因，考慮到清水渠出水以后流入深度處理提升泵站時，延長連接管道，水流阻力更大，因此，把溢流井外墻加高了1.0 m，后沒有發生過濾后水外溢現象。

1.4 濾池長藻問題

揚州第四水廠濾池建設時無遮光處理，夏季高溫天氣，濾池池壁及排水槽長滿藻類(青苔)，且清洗不便。對此，水廠開始試用彩鋼瓦遮光，發現藻類萎縮，一段時間后不用清洗即自然消失。

可能是揚州地處我國南方地區，水源中以藍藻和綠藻為優勢藻類，其生長的主要環境除受溫度、營養鹽、pH影響外，光照對藻類影響較大。萬蕾等[2]通過不同的遮光方式，對藻類進行了試驗，通過研究不同的遮光面積、遮光周期、遮光率與水體葉綠素a含量和藻密度的關系，探討不同遮光方式對藻類生長的抑制作用。結果顯示：遮光50%以上的試驗桶內的葉綠素a含量和藻類密度相對不遮光減少50%以上；從9時-15時遮光，12 d內可以使葉綠素a濃度和藻類數量相對于不遮光減少70%以上；遮光率達到67%以上時，抑藻效果明顯，第12 d時，葉綠素a含量和藻類密度相對不遮光減少50%以上，遮光是抑制藻類生長的有效措施之一。之后，揚州其他2座水廠擴建或新建時，氣水反沖洗濾池的設計均考慮了遮光，采用鋼筋混凝土封密，每格濾池留有天窗，天窗用移動不銹鋼罩遮光，以后濾池池內沒有生長藻類，方便了水廠管理。

1.5 濾后水水質提升的問題

本文研究了排放初濾水，提高濾后水水質的效果。揚州頭橋水廠氣水反沖洗濾池設計了排放初濾水，揚州第四水廠未設計，通過匯總近2年的運行情況分析排放初濾水對濾池運行效果的影響。由于2座水廠采用相同的常規工藝，都取用長江水源，取水口相距約50 km，中間沒有大的水流匯入，原水水質幾乎一樣，具有一定的可比性。

(1)初濾水排放對濾后水濁度的影響

2座水廠氣水反沖洗濾池都采用均質濾料，粒徑為0.9～1.35 mm，K80<1.25濾層厚度為1.3 m，反沖洗強度和反沖洗時間設定程序一樣，待濾水的濁度雖不一樣，但相差不大，一般為0.8～3.0 NTU。2座水廠濾池的過濾速度和過濾周期不同，頭橋水廠氣水反沖洗濾池過濾速度為7.15 m/h,過濾周期為72 h；揚州第四水廠氣水反沖洗濾池過濾速度為8.0 m/h，過濾周期為24 h。根據2018年生產報表兩水廠出水濁度對比，頭橋水廠濾后水濁度一般低于揚州第四水廠濾后水濁度，如圖1所示。

圖1 2018年兩水廠濾池濾后水濁度對比Fig.1 Comparison of Filtered Water Turbidity in Waterworks in 2018

在進行2座水廠濾池對比探討時，還發現2座水廠濾池石英砂含泥率不同，頭橋水廠濾池石英砂含泥率為0.3%，而揚州第四水廠濾池石英砂含泥率為0.95%，兩者相差約3倍，頭橋水廠濾池含泥率低的原因，可能與初濾水排放有關系。初濾水排放平均速度為12 m/h，相當于對濾料石英砂反沖洗后再正向沖洗，沖洗方向不同，黏附在石英砂上的污泥被沖刷下來，頭橋水廠石英砂含泥率低，可能是濾池出水濁度低于揚州第四水廠濾池出水的原因之一。

(2)初濾水排放速度對濾后水中顆粒物的影響

揚州頭橋水廠氣水反沖洗濾池每格單元都設2只DN200氣動蝶閥排放初濾水，可快速啟閉，同時打開2只DN200氣動蝶閥設計排放15 min，如圖2所示。2010年5月生產調試時發現：氣水反沖洗濾池2只DN500進水閥門全打開正常進水，2只DN200氣動蝶閥同時打開排放初濾水，濾料表面的水位很快下降，排放時間約7 min時，砂面上的水深約10～20 cm，有露砂的危險，生產時把初濾水排放時間調整為2 min，依據是此時初濾水的濁度一般小于0.3 NTU，砂面上的水位高過排水槽頂，不會發生露砂的安全生產事故，且節約水資源。隨著自來水水質要求的不斷提高，企業內部要求控制初濾水中的顆粒物及顆粒數。2017年，生產試驗時，同時開啟2只氣動蝶閥與只開啟1只氣動蝶閥排放初濾水，進行了顆粒數的比較，從排放速度不同可看出初濾水水中的顆粒總數變化。因為濾池中的水位在不斷變化，瞬時排放速度不容易計算，計算排放速度時，以單位時間排放的總水量計算平均排放速度，同時開啟2只DN200氣動蝶閥排放初濾水速度約為12.0 m/h，開啟1只DN200氣動蝶閥排放初濾水速度約為8.6 m/h。

圖2 初濾水排放管Fig.2 Initial Filtration Water Discharge Pipe

圖3 初濾水中顆粒物的對比Fig.3 Comparison of SS in Primary Filtration Water

由圖3可知，初濾水開始外排時水中2～15 μm顆粒物均在3 400個/mL左右，同時開啟2只DN200氣動蝶閥，2 min后初濾水中顆粒物迅速降至370個/mL左右，降幅接近90%，5 min后顆粒物降至200個/mL左右并繼續緩慢降低。開啟1只DN200氣動蝶閥排放初濾水，2 min前初濾水水中顆粒數相對偏小，而2 min后初濾水水中顆粒數為740個/mL左右，相對偏大，排放速度快時初濾水的顆粒物迅速下降。這可能是反沖洗過后，因濾料表面及其孔隙內的反沖洗殘余水中存在殘留雜質，排放初始階段初濾水中顆粒數量較多，排放速度越快時初濾水的沖刷力越大，黏附在濾料上的顆粒物越容易被沖刷下來被排放的初濾水帶出，所以排放速度快的初濾水水中夾帶顆粒數量較多。2只DN200氣動蝶閥同時開啟初濾水排放5 min，可保證出廠水中2～5 μm顆粒物在40～100個/mL，滿足企業內控指標要求，所以確定同時開啟2只DN200氣動蝶閥排放初濾水時間為5 min。

排放初濾水，并通過選擇合適的閥門大小和數量確定適當的排放速度和排放時間，是提高濾后水水質的有效方法之一。

1.6 其他注意的問題

(1)進水總渠水位控制及排空。待濾水通過進水總渠進入氣水反沖洗濾池，總渠的末端安裝溢流管道或每格濾池安裝溢流管道，用以控制總渠水位或濾池水位防止滿溢；在總渠的端頭安裝放空管道，便于總渠的檢修；氣水反沖洗濾池下方檢修人孔一般也作為單格濾池的放空管，人孔的內徑為DN700，標高在施工時需注意，使內底標高與濾池底板相平，便于濾池下方的積水排空。

(2)濾池排氣管道。應注意兩個方面，一是接管位置，二是注意排氣管管徑。氣水反沖洗濾池中間的排水渠分為上下兩層，上層為排水渠，下層為氣水分配室，渠道寬度一般為1.2 m，為了施工和檢修的方便，往往在上下分層的隔板上，在斜坡靠近管廊的一側留有人孔，用悶板密封。有的在悶板上焊接排氣管，有的把排氣管焊接在反沖洗氣管上，位于控制氣閥(蝶閥)的后方，便于氣體的排出。排氣管管徑不能過小，早期氣水反沖洗濾池的排氣管管徑為DN50，排氣時會發生鳴叫聲，技改時換為DN100，排氣時鳴叫現象消除。同時，應注意排氣管上的閥門具備“得電(氣)關，失電(氣)開”的特點。

(3)V型槽材料宜采用不銹鋼，V型槽制作時可以保證掃洗孔的孔口中心標高在同一水平面上，濾池施工濾壁澆筑預埋鋼板，不銹鋼V型槽焊接在預埋的鋼板上，便于調節掃洗孔與排水渠堰頂的高差。V型槽加工時，掃洗口兩邊包覆不銹鋼鋼板，便于V型槽的清洗。

(4)反沖洗風機最好采用變頻，便于調節反沖洗強度，防止跑砂，還能兼顧反沖洗效果。

2 結語

經過多年的實踐經驗，總結認為在氣水反沖洗濾池施工前，應跟設計人員反復交流，充分溝通掌握的管理經驗，使濾池的設計更為完善，并使氣水反沖洗濾池在運行中更加方便管理。