日照水司 尹小華
來源：中國供水節(jié)水
奎山十萬噸水廠供水工程是我市重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，該工程總投資1.2億元人民幣，其中利用英國政府貸款352.8萬英鎊。工程一期設(shè)計規(guī)模11.2萬噸/日，其中凈水5萬噸/日，木漿廠用原水6.2萬噸/日。凈水廠設(shè)計供水能力達(dá)到凈水10萬噸/日。過濾是供水工藝中的一個重要環(huán)節(jié)，合理地選擇與設(shè)計濾池反沖洗系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全等方面有著重要的意義。
一、濾池單獨用水反沖洗方式存在的問題
濾池是常規(guī)給水處理中的最后環(huán)節(jié)。濾池的反沖洗系統(tǒng)是維持濾池功能的關(guān)鍵，其基本要求是：在較短的反沖洗時間內(nèi)，使濾料得到清洗，恢復(fù)其去除雜質(zhì)的能力。反沖洗的質(zhì)量對濾后水水質(zhì)、工作周期，運行情況、濾料含污量和級配組成的影響很大。濾池反沖洗系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備費用很高，同時反沖洗費用又是濾池最主要的運行費用。
濾池的反沖洗有水反沖洗和氣水反沖洗兩種基本方式。傳統(tǒng)的濾池反沖洗方式為水反沖洗方式。單獨水反沖洗方式構(gòu)造簡單，運行方便，但在運行中存在以下問題：〈1〉水反沖洗主要靠水流剪力，而濾料間擦洗作用不夠，不易將濾料徹底清洗干凈，往往一些較大的懸浮雜質(zhì)顆粒和泥球殘留在濾層中逐漸積累，使濾層起始水頭損失增大，濾層截污能力下降，運行周期縮短，產(chǎn)水量下降；〈2〉若采用高強(qiáng)度水反沖洗，又會造成濾料嚴(yán)重流失，承托層移動，同時過高的反沖洗強(qiáng)度反會降低濾料顆粒間碰撞、摩擦作用；〈3〉濾層中出現(xiàn)泥球后，在設(shè)計反沖洗強(qiáng)度下沖洗效果不佳，且延長沖洗時間，泥球更趨嚴(yán)重，增加了反沖洗水耗，形成惡性循環(huán)；〈4〉反沖洗需要一定的G值，水反沖洗產(chǎn)生的G值低，為300～400S-1，是一種弱反沖洗方式；〈5〉濾池反沖洗強(qiáng)度與濾料粒徑的平方成正比，對于國內(nèi)外廣泛采用的粗顆粒勻質(zhì)濾料濾池，為保證反沖洗效果，需要較高的反沖洗強(qiáng)度，又易造成濾料流失。
二、氣水反沖洗的優(yōu)缺點
從實際運行來看，氣水反沖洗技術(shù)與單純水沖洗方相比，具有八個主要優(yōu)點：〈1〉反沖洗效果好，濾料含泥量減少18%，濾層截污能力提高100%左右，過濾周期延長60%～70%，初期濾速與終期濾速都有增長，過濾水頭損失也有下降；〈2〉較好地消除了濾層泥球現(xiàn)象，延長了過濾周期；〈3〉節(jié)省反沖洗耗水量60%～70%，節(jié)約水資源效果明顯，減少水反沖洗設(shè)備的規(guī)模；〈4〉空氣增強(qiáng)了濾料的剪切和摩擦作用，在較小的反沖洗強(qiáng)度下，即可達(dá)到＞550S-1的G值可保證沖洗效果，且能量利用率高；〈5〉由于空氣的比重是水比重的1/900～1/750，故氣水反沖洗能量低，可節(jié)省運行費用；〈6〉因水反沖洗強(qiáng)度降低，不易產(chǎn)生濾料流失現(xiàn)象，濾層僅有微膨脹，奎山水廠V型濾池水反沖洗強(qiáng)度僅4L/s.m2，氣洗強(qiáng)度為15L/ s.m2；〈7〉提高濾料的使用壽命，減少了濾料層補(bǔ)沙、換沙費用；〈8〉適用于粗粒、勻質(zhì)濾料濾池，以保證沖洗效果和充分利用濾床截污容量。
但氣水反沖洗方式也存在兩個缺點：〈1〉增加了供氣設(shè)備，提高了基建投資和設(shè)備為維修工作量；〈2〉反沖洗操作復(fù)雜，為方便操作和避免誤操作，氣、水反沖洗濾池宜采用自動控制系統(tǒng)。
三、氣、水反沖洗的基本原理
氣水反沖洗是在水反沖洗之前或同時將空氣由濾料層下部通入，使黏附在濾料層中的污物分離，再用低速水漂洗，排出廢水。
單獨用空氣反沖洗時，濾層不膨脹，濾層吸附雜質(zhì)的去除，靠氣泡上升時對濾料顆粒產(chǎn)生的剪切、摩擦作用和因氣泡通過濾層某處后的空缺由周圍濾料顆粒填充而加強(qiáng)的濾料顆粒間碰撞、摩擦作用；氣泡在上升過程中對濾層擾動作用逐漸增大，對截污量較大的表層濾料擾動尤大。次階段截留在濾層中的雜質(zhì)從濾料顆粒上脫落。
氣水同時反沖洗，濾料微膨脹，污泥從濾料顆粒上脫落是水流剪切、摩擦作用、空氣剪切、摩擦作用和濾料間碰撞、摩擦作用綜合作用的結(jié)果。與單獨水反沖洗方式相比，由于增加了空氣對濾料的剪切、摩擦作用，同時空氣的加入又強(qiáng)化了水流剪切、摩擦作用和濾料顆粒間碰撞、摩擦作用，故在較小的水反沖洗強(qiáng)度下即可達(dá)到大于550S-1的G值。沖洗效果優(yōu)于單獨氣洗階段。次階段雜質(zhì)從濾料中去除。
氣水反沖洗最后一個階段是水漂洗階段，其作用為：首先，將從濾層中去除的雜質(zhì)排出，用清水層置換廢水層；其次，將殘留在濾層中的空氣排出。
四、氣、水反沖洗的運行方式
氣水反沖洗有三種運行方式。第一種方式為：先單獨氣洗，后單獨水洗；第二種方式為：先氣水同時沖洗，后單獨水洗；第三種方式為：先單獨氣洗，然后氣水同時反沖洗，最后水漂洗，即AQUAZUR V型濾池的反沖洗運行方式。
目前國內(nèi)普遍采用的是第一種運行方式。但國內(nèi)外及奎山水廠的運行實踐表明：沖洗效果最好的是第三種運行方式。次種運行方式的采用已成為濾池氣水反沖洗技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。
五、反沖洗強(qiáng)度和沖洗時間
反沖洗強(qiáng)度和沖洗時間是濾池反沖洗系統(tǒng)的重要設(shè)計參數(shù)。根據(jù)奎山水廠調(diào)試過程中對濾池反沖洗系統(tǒng)各運行參數(shù)對比實驗經(jīng)驗，空氣沖洗強(qiáng)度宜采取13～17L/ s.m2，氣沖洗時間2～4min；水反沖洗強(qiáng)度不宜過大，以免濾料流失，水沖洗強(qiáng)度宜取3～8 L/ s.m2，氣水混合反沖洗時間宜為3～6min，單獨水反沖洗時間宜取6～8min。
六、供氣系統(tǒng)
氣水反沖洗濾池除設(shè)置常規(guī)水反沖洗供水系統(tǒng)（如反沖洗水泵）外，還須設(shè)置反沖洗供氣系統(tǒng)。氣水反沖洗濾池供氣系統(tǒng)有空壓機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)兩類，奎山水廠濾池采用鼓風(fēng)機(jī)供氣。
奎山水廠采用兩臺鼓風(fēng)機(jī)，一用一備。
鼓風(fēng)機(jī)的空氣量按下式計算：
Q=（l.lq.F）/n
式中：Q——鼓風(fēng)機(jī)空氣量；
L——空氣沖洗強(qiáng)度（L/ s.m2）；
F——單格濾池面積（m2）；
n——鼓風(fēng)機(jī)工作臺數(shù)（臺）；
鼓風(fēng)機(jī)出口壓力一般為0.13～0.15Mpa,需根據(jù)配氣管道口徑長度和濾層厚度等進(jìn)行計算確定。
鼓風(fēng)機(jī)噪音較大，鼓風(fēng)機(jī)房必須考慮防震消音措施。鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量與反沖洗泵設(shè)置一處。鼓風(fēng)機(jī)須設(shè)與其進(jìn)風(fēng)管相連接的啟動式空氣回流管道。
空氣管道應(yīng)采用鋼管，應(yīng)密閉不漏氣、不漏水，流速為10m/s左右，應(yīng)設(shè)排水閥。整個系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置安全閥。
七、配水配氣系統(tǒng)
配水、配氣系統(tǒng)除在正常過濾時均勻集水外的另一個主要作用是：在整個濾池面積上均勻分配反沖洗水和氣。氣水反沖洗系統(tǒng)的配水配氣系統(tǒng)有水氣合用的大阻力管式系統(tǒng)、水氣分開的兩套管式大阻力配水系統(tǒng)、小阻力長柄濾頭系統(tǒng)三種。第一、二種方式布?xì)獠妓鶆蛐圆患暗谌N方式好。第一種方式不能氣水同時反沖洗；第二種方式雖能氣水同時反沖洗，但造價較大。第三種方式既能氣水同時反沖洗，在清水管廊內(nèi)形成一層氣墊，配水配氣均勻性好，是較好的配水配氣方式。奎山水廠的AQUAZUR V型濾池即采用第三種配水配氣方式。
長柄濾頭的配置既滿足均勻布?xì)狻⒉妓囊螅蟹奖闶┕ぃ也挥绊憺V板鋼筋布置。濾頭縫隙總面積占單格濾池面積的0.9%～1.25%，安裝密度為50～60只/m2。長柄濾頭擰在鋼筋混凝土濾板上。奎山水廠共用4158只長柄濾頭，Dg20長柄濾頭共有36條縫隙，縫隙面積為2.88 cm2，單格濾池面積77/m2，安裝密度為54只/m2，開孔率1.55%。
長柄濾頭配氣配水系統(tǒng)安裝應(yīng)注意：〈1〉濾板平面必須水平，各點高度誤差不得超過+2mm；〈2〉濾板間瀝青瑪蹄脂填充物必須滿足氣密性要求，不可漏氣、漏水、漏沙；〈3〉濾頭安裝位置準(zhǔn)確，其縫隙寬度小于濾料顆粒最小粒徑。
八、自動控制
氣水反沖洗設(shè)備較多，反沖洗操作復(fù)雜，宜采用自動控制系統(tǒng)，以方便操作。奎山水廠全廠自動控制系統(tǒng)由1臺裝在公司調(diào)度室的COMPAQ PCｘ86計算機(jī)和2臺安裝在水廠中控室的COMPAQ PCｘ86計算機(jī)以及5臺可編程控制器（PLC）組成。濾池有1臺公共清洗PLC和5臺濾池PLC。5臺濾池PLC通過Telway網(wǎng)絡(luò)與公共清洗PLC相聯(lián)，公共清洗PLC通過MOD.bus與中控室PC相聯(lián)，中控室PC通過無線通訊系統(tǒng)與公司調(diào)度室PC相聯(lián)，完成層層監(jiān)控。公共清洗PLC負(fù)責(zé)反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)等反沖洗設(shè)備的監(jiān)控，濾池PLC負(fù)責(zé)各濾池運行及反沖洗的監(jiān)控，而上位機(jī)負(fù)責(zé)管理，即數(shù)據(jù)的顯示、打印和保存。
濾池運行及反沖洗。可由PLC系統(tǒng)自動控制，也可由現(xiàn)場XBT（人工智能接口）控制。
PLC系統(tǒng)可顯示濾池閥門故障、資源（水、氣、電）故障、調(diào)節(jié)故障（水位傳感器和閥門調(diào)節(jié)器等）三類故障，并報警，且傳至中控室。
當(dāng)濾池運行狀況滿足以下條件之一時，濾池開始自動反沖洗：〈1〉濾池清水出口閥完全開啟，濾池水位超過1.65m。〈2〉當(dāng)出水壓力低0.1bar。〈3〉前一次反沖洗結(jié)束24小時后。〈4〉由上位機(jī)發(fā)出指令。反沖洗優(yōu)先級，首先是XBT上人工清洗請求，其次是水頭損失值，再次是過濾時間。