陳冬毅，施志強(qiáng)
(汕頭市自來(lái)水總公司，廣東汕頭515041)

　　摘 要：對(duì)月浦水廠氣水反沖洗濾池設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行情況進(jìn)行了系統(tǒng)的追蹤分析，旨在優(yōu)化氣水反沖洗濾池的運(yùn)行以提高水質(zhì)和節(jié)約能耗，同時(shí)為今后氣水反沖洗濾池的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供借鑒。
　　關(guān)鍵詞：氣水反沖洗；V型濾池；優(yōu)化運(yùn)行
　　中圖分類號(hào)：TU991.6
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)04-0055-04

　　目前以地表水為水源的生活飲用水凈水工藝中，過(guò)濾是固液分離的最后階段，也是必不可少的環(huán)節(jié)，它能去除沉淀池?zé)o法沉降的小顆粒，同時(shí)也為濾后消毒創(chuàng)造良好條件。參照《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》提出的水質(zhì)目標(biāo)，濾池的設(shè)計(jì)選型也應(yīng)尋求一種技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)經(jīng)濟(jì)、更適合水質(zhì)處理要求的新型過(guò)濾形式。20世紀(jì)90年代以來(lái)，以氣水反沖洗、均質(zhì)濾料為代表的新型濾池得到了廣泛應(yīng)用，它具有截污能力強(qiáng)、出水水質(zhì)好、水頭損失增長(zhǎng)較慢、不產(chǎn)生“負(fù)水頭”且易于自動(dòng)控制等特點(diǎn)，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均處于領(lǐng)先水平。

　　1　月浦水廠概況

　　月浦水廠濾池的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

　　月浦水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為80×10⁴ m³/d，分兩期建設(shè)，近期為40×10⁴ m³/d，現(xiàn)已建成投產(chǎn)20×10⁴ m³/d。設(shè)計(jì)中選用氣水反沖洗濾池，共設(shè)濾格10組。濾池在設(shè)計(jì)過(guò)程中借鑒兄弟水廠的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

　　2　氣水反沖洗濾池的運(yùn)行
　　月浦水廠氣水反沖洗濾池運(yùn)行一年來(lái)，濾池設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，在濾前水濁度＜5NTU時(shí)，出水濁度基本保持為0.05～0.20NTU。為檢驗(yàn)濾池設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性和運(yùn)行效果，改善過(guò)濾效能，對(duì)氣水反沖洗濾池的一些設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行情況做了下列的跟蹤分析，并提出一些值得商榷的問(wèn)題。
　　2.1　濾料
　　在待濾水濁度、濾速一定的情況下，過(guò)濾效果取決于濾料的性能，故在月浦水廠濾池安裝過(guò)程中，嚴(yán)格控制濾料質(zhì)量，并按中華人民共和國(guó)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《水處理用石英砂濾料》(CJ24·1—88)對(duì)濾料抽樣篩分，保證符合設(shè)計(jì)要求。濾池運(yùn)行半年后，對(duì)濾料篩分進(jìn)行了復(fù)查，并與原篩分曲線進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)圖1。
　　比較發(fā)現(xiàn)：①濾砂的平均粒徑變粗，濾砂使用前粒徑＜0.90mm的占11.7%，使用后僅占5.1%；②對(duì)不同深度的濾砂取樣分析，其篩分情況基本相同；③每格濾池的濾層厚度均下降2～4cm。分析結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度下，濾砂不會(huì)出現(xiàn)明顯分層，但部分粒徑＜0.90mm的濾砂在反沖洗過(guò)程中被沖走，導(dǎo)致運(yùn)行一段時(shí)間后，濾層厚度有所下降。因此在規(guī)范給出的反沖洗強(qiáng)度下，可考慮選用d10＞1.0mm、粒徑為1.0～1.35mm、K80＝1.2～1.3的濾砂。

　　2.2過(guò)濾周期
　　表2是水廠某一時(shí)期，濾前水濁度在(4.0±0.5)NTU時(shí)，濾層水頭損失、濾后水濁度隨過(guò)濾周期變化的情況。

　　過(guò)濾周期是體現(xiàn)濾池性能的重要參數(shù)，周期選擇合適與否直接關(guān)系到濾池的產(chǎn)水量和水質(zhì)。科學(xué)地確定過(guò)濾周期，充分發(fā)揮均質(zhì)濾料的優(yōu)勢(shì)，成為濾池優(yōu)化的一個(gè)重要課題。目前有的學(xué)者利用數(shù)學(xué)模型描述濾層中懸浮顆粒截留量隨過(guò)濾時(shí)間和濾層深度而變化的規(guī)律，以此來(lái)確定過(guò)濾周期，但不同學(xué)者提出的過(guò)濾方程往往差異很大。因此在實(shí)際操作中，過(guò)濾周期的選定基本上仍是根據(jù)在不同時(shí)期、濾前水濁度相對(duì)穩(wěn)定的某個(gè)時(shí)段進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定的。
　　從表2中可看出：在相同負(fù)荷和濁度下，濾池的過(guò)濾周期即使延長(zhǎng)到64h，濾后水濁度和濾層水頭損失仍很小，距砂面15cm的濾砂含泥量也僅為0.29%，仍有較好的性能。因此為節(jié)能降耗，同時(shí)確保出水水質(zhì)，把過(guò)濾周期從原36～48h調(diào)整為56h。
　　2.3反沖洗強(qiáng)度及時(shí)間
　　在氣水反沖洗濾池設(shè)計(jì)中，反沖強(qiáng)度是決定濾池再生效率的最重要參數(shù)。月浦水廠的氣水反沖洗濾池，其濾層在反沖洗過(guò)程中呈微膨脹，反沖洗后濾砂不會(huì)出現(xiàn)分層，表明反沖洗強(qiáng)度合適。但僅有合適的反沖洗強(qiáng)度而沖洗時(shí)間不足時(shí)，也不能充分洗掉包裹在濾料表面的污泥，甚至無(wú)法置換反沖洗廢水，導(dǎo)致污泥重返濾層，濾層表面易產(chǎn)生泥膜，因此只有配以合適的反沖洗時(shí)間，濾池再生才能徹底。濾池的反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間同過(guò)濾周期有關(guān)，為檢驗(yàn)原設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度和時(shí)間對(duì)濾池反沖洗效果的影響，進(jìn)行了一組試驗(yàn)，圖2是在設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度下，不同過(guò)濾周期的排水濁度變化曲線圖，圖3為水洗末期排水濁度變化情況的放大。

　　改變氣沖、氣水混沖、水沖時(shí)間后測(cè)定的濾料含泥量、反沖洗排水濁度以及排水濁度＜10NTU的所需時(shí)間見(jiàn)表3。

　　實(shí)際生產(chǎn)中常以反沖洗排水濁度＜10NTU、濾砂含泥量＜0.2%作為選定合適反沖洗時(shí)間的指標(biāo)。從試驗(yàn)中得出：①過(guò)濾周期即使為64h，在設(shè)計(jì)的反沖洗強(qiáng)度、時(shí)間條件下，濾料仍能得到徹底再生；②在設(shè)計(jì)的反沖洗時(shí)間內(nèi)，反沖洗末期排水濁度在5min時(shí)已低于10NTU；③氣沖2min與1min的效果基本相同。實(shí)際操作中還發(fā)現(xiàn)氣水混沖為2 min時(shí)，盡管濾砂含泥量較低，但水沖時(shí)余氣冒泡仍帶有濁質(zhì)。為了保證反沖洗質(zhì)量，同時(shí)降低能耗，把反沖洗時(shí)間調(diào)整為氣沖1min，氣水混沖3min，水沖5min后的效果仍很好。經(jīng)測(cè)定，再把水洗時(shí)間調(diào)整到4min時(shí)，反沖洗排水濁度已降到8NTU，水洗結(jié)束時(shí)反沖洗排水濁度降到2NTU左右，距濾池表面15cm的濾砂含泥量均＜0.06%，濾池仍能徹底再生。
　　2.4表面掃洗
  　　氣水反沖洗濾池的反沖洗過(guò)程始終伴隨著表面掃洗，其耗水量較大。因掃洗水量對(duì)反沖洗效果有較大影響，故合理控制掃洗水量有利于減少水耗。為此，在相同過(guò)濾周期、反沖洗強(qiáng)度下，通過(guò)不同掃洗水量對(duì)反沖洗效果進(jìn)行了追蹤，結(jié)果見(jiàn)表4。

　　從表4可看出：表面掃洗強(qiáng)度＜1.0L/(m²·s)時(shí)，反沖洗完畢，不同位置池面水的濁度相差較大；當(dāng)表面掃洗強(qiáng)度＞1.5L/(m²·s)時(shí)，掃洗水溢過(guò)V型槽，反沖效果不明顯且浪費(fèi)水；當(dāng)表面掃洗強(qiáng)度在1.0～1.5L/(m²·s)時(shí)，不存在上述兩種情況，且能達(dá)到掃洗目的，因此表面掃洗強(qiáng)度選定為1.5 L/(m²·s)。另外通過(guò)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，僅在水洗過(guò)程中伴以掃洗也能取得同樣反沖洗效果，這可節(jié)約大量掃洗水，但要增加進(jìn)水的控制設(shè)備和操作步驟，其效益有待進(jìn)一步分析。
　　在生產(chǎn)中還觀察到，濾池在氣沖階段的表面掃洗效果明顯，但在氣水混沖和水沖時(shí)效果不佳，發(fā)現(xiàn)是由掃洗孔位置偏低造成的(見(jiàn)圖4a)。

　　從文獻(xiàn)［4］知：當(dāng)掃洗孔剛好處于半淹沒(méi)狀態(tài)時(shí)，掃洗的橫向推力最大，效果最好。氣沖時(shí)進(jìn)水量?jī)H為掃洗水量，液面上升不高，孔口沒(méi)有完全淹沒(méi)，掃洗效果還可以，而氣水混沖、水沖時(shí)進(jìn)水量增加，濾池水面的上壅高度也加大，使掃洗孔淹沒(méi)水中，降低了掃洗效能。因此在確定掃洗孔標(biāo)高時(shí)，除應(yīng)考慮孔口中心位置與排水堰頂標(biāo)高外，還應(yīng)注意到氣水混沖和水沖階段水的上壅高度。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，掃洗孔口中心標(biāo)高最好是比排水堰頂高2～4cm(見(jiàn)圖4b)，這樣在混沖、水沖時(shí)掃洗水力最大，才能充分發(fā)揮表面掃洗的作用。
　　在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，濾池末端的濾層有嚴(yán)重沖砂現(xiàn)象，分析原因是由于V型進(jìn)水槽采用30°設(shè)計(jì)，導(dǎo)致過(guò)水?dāng)嗝嫣?、流速太快造成的，雖在V型槽的中部設(shè)置穿孔導(dǎo)流板可緩解進(jìn)水流速，消除了上述現(xiàn)象，但又發(fā)現(xiàn)濾池反沖洗時(shí)，該導(dǎo)流板嚴(yán)重影響擋板后端濾池表面掃洗的強(qiáng)度和均勻性，削弱了掃洗效果。借鑒同類濾池采用45°的V型槽設(shè)計(jì)而無(wú)上述現(xiàn)象發(fā)生，說(shuō)明采用30°V型槽不夠合適，建議采用45°V型槽，增加過(guò)水截面以消除沖砂現(xiàn)象。

　　3　小結(jié)與探討

　　氣水反沖濾池具有截污能力強(qiáng)、反沖洗效果好、耗水量低等優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中一些細(xì)節(jié)因素往往易被忽略，結(jié)合水廠實(shí)際及上述試驗(yàn)分析，認(rèn)為在以下三個(gè)方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化，使氣水反沖洗濾池更為完善，更能發(fā)揮其優(yōu)越性。
　?、贋V料粒徑宜選定在1.0～1.35mm月浦水廠氣水反沖洗強(qiáng)度是目前氣水反沖洗濾池設(shè)計(jì)普遍采用的強(qiáng)度，鑒于在該強(qiáng)度下粒徑＜0.90 mm濾料仍易被沖走，導(dǎo)致濾層下降及當(dāng)前對(duì)濾料優(yōu)化有向深濾層、粗粒徑、均勻分布發(fā)展的趨勢(shì)，因此選濾料時(shí)，應(yīng)借鑒氣水反沖洗濾池的實(shí)際應(yīng)用情況，綜合考慮反沖洗強(qiáng)度、濾速、濾層厚度等因素，一般濾料粒徑在1.0～1.35 mm，K80＝1.2～1.3較為合適。
　　②過(guò)濾周期、反沖洗強(qiáng)度、時(shí)間的優(yōu)化應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況
　　過(guò)濾周期對(duì)濾池運(yùn)行有很大影響，延長(zhǎng)過(guò)濾周期可減少反沖洗次數(shù)，降低水耗和電耗，但過(guò)濾周期太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致形成泥球、濾層出現(xiàn)板結(jié)，增大反沖洗難度，影響濾池的使用壽命，水質(zhì)也難以保證。反沖洗強(qiáng)度不足會(huì)無(wú)法完全洗脫濾料上的污泥，過(guò)大則引起跑砂甚至濾頭移位且耗能，反沖洗時(shí)間不夠則不能完全置換反沖洗水，再生不充分。過(guò)濾周期、反沖洗時(shí)間還與濾前水濁度、生產(chǎn)負(fù)荷、濾砂性能等因素有關(guān)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)濾池的過(guò)濾周期等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，才能充分發(fā)揮氣水反沖洗濾池的效能。根據(jù)試驗(yàn)，將過(guò)濾周期調(diào)整為56h，更能發(fā)揮濾池的效能；反沖洗時(shí)間由原來(lái)的2、2、6min調(diào)整為1、3、5min，表面掃洗強(qiáng)度從原來(lái)的2.0 L/(m²·s)減為1.5 L/(m²·s)，也能獲得同樣的反沖洗效果，值得設(shè)計(jì)時(shí)參考。
　　③要控制好掃洗孔的標(biāo)高和V形槽的過(guò)水截面
　　科學(xué)確定掃洗孔的標(biāo)高，發(fā)揮表面掃洗的輔沖功能，既能提高濾池反沖洗效果，又可減少?zèng)_洗水量。V形槽過(guò)水截面的設(shè)計(jì)取值對(duì)于改善池內(nèi)待濾水分布、平衡掃洗水量、強(qiáng)化掃洗效果有很好的促進(jìn)作用。應(yīng)該指出，掃洗孔的標(biāo)高在保證孔口中心與排水堰頂相平仍不夠，還應(yīng)考慮水的上壅高度，一般可比排水堰頂高2～4cm；V型槽設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)精確計(jì)算，確保過(guò)水?dāng)嗝婧蜐M足布水均勻，避免出現(xiàn)沖砂現(xiàn)象。

　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993.
　?。?］嚴(yán)煦世.給水工程［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.
　　［3］丁亞蘭.國(guó)內(nèi)外給水工程設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
　　［4］袁志宇.濾池沖洗方式探討［J］.給水排水，1999，25(1)：8-10.

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　　收稿日期：2001-01-13