陳冬毅，施志強
(汕頭市自來水總公司，廣東汕頭515041)

　　摘 要：對月浦水廠氣水反沖洗濾池設計參數和運行情況進行了系統的追蹤分析，旨在優化氣水反沖洗濾池的運行以提高水質和節約能耗，同時為今后氣水反沖洗濾池的設計和運行管理提供借鑒。
　　關鍵詞：氣水反沖洗；V型濾池；優化運行
　　中圖分類號：TU991.6
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：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，過濾是固液分離的最后階段，也是必不可少的環節，它能去除沉淀池無法沉降的小顆粒，同時也為濾后消毒創造良好條件。參照《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》提出的水質目標，濾池的設計選型也應尋求一種技術先進、科學經濟、更適合水質處理要求的新型過濾形式。20世紀90年代以來，以氣水反沖洗、均質濾料為代表的新型濾池得到了廣泛應用，它具有截污能力強、出水水質好、水頭損失增長較慢、不產生“負水頭”且易于自動控制等特點，在技術和經濟上均處于領先水平。

　　1　月浦水廠概況

　　月浦水廠濾池的設計參數見表1。

　　月浦水廠設計規模為80×10⁴ m³/d，分兩期建設，近期為40×10⁴ m³/d，現已建成投產20×10⁴ m³/d。設計中選用氣水反沖洗濾池，共設濾格10組。濾池在設計過程中借鑒兄弟水廠的使用經驗，對一些設計參數進行了優化。

　　2　氣水反沖洗濾池的運行
　　月浦水廠氣水反沖洗濾池運行一年來，濾池設備運行穩定，在濾前水濁度＜5NTU時，出水濁度基本保持為0.05～0.20NTU。為檢驗濾池設計參數的合理性和運行效果，改善過濾效能，對氣水反沖洗濾池的一些設計參數和運行情況做了下列的跟蹤分析，并提出一些值得商榷的問題。
　　2.1　濾料
　　在待濾水濁度、濾速一定的情況下，過濾效果取決于濾料的性能，故在月浦水廠濾池安裝過程中，嚴格控制濾料質量，并按中華人民共和國建設部標準《水處理用石英砂濾料》(CJ24·1—88)對濾料抽樣篩分，保證符合設計要求。濾池運行半年后，對濾料篩分進行了復查，并與原篩分曲線進行比較，結果見圖1。
　　比較發現：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。分析結果表明，在設計反沖洗強度下，濾砂不會出現明顯分層，但部分粒徑＜0.90mm的濾砂在反沖洗過程中被沖走，導致運行一段時間后，濾層厚度有所下降。因此在規范給出的反沖洗強度下，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過濾周期
　　表2是水廠某一時期，濾前水濁度在(4.0±0.5)NTU時，濾層水頭損失、濾后水濁度隨過濾周期變化的情況。

　　過濾周期是體現濾池性能的重要參數，周期選擇合適與否直接關系到濾池的產水量和水質。科學地確定過濾周期，充分發揮均質濾料的優勢，成為濾池優化的一個重要課題。目前有的學者利用數學模型描述濾層中懸浮顆粒截留量隨過濾時間和濾層深度而變化的規律，以此來確定過濾周期，但不同學者提出的過濾方程往往差異很大。因此在實際操作中，過濾周期的選定基本上仍是根據在不同時期、濾前水濁度相對穩定的某個時段進行試驗來確定的。
　　從表2中可看出：在相同負荷和濁度下，濾池的過濾周期即使延長到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。因此為節能降耗，同時確保出水水質，把過濾周期從原36～48h調整為56h。
　　2.3反沖洗強度及時間
　　在氣水反沖洗濾池設計中，反沖強度是決定濾池再生效率的最重要參數。月浦水廠的氣水反沖洗濾池，其濾層在反沖洗過程中呈微膨脹，反沖洗后濾砂不會出現分層，表明反沖洗強度合適。但僅有合適的反沖洗強度而沖洗時間不足時，也不能充分洗掉包裹在濾料表面的污泥，甚至無法置換反沖洗廢水，導致污泥重返濾層，濾層表面易產生泥膜，因此只有配以合適的反沖洗時間，濾池再生才能徹底。濾池的反沖洗強度、反沖洗時間同過濾周期有關，為檢驗原設計反沖洗強度和時間對濾池反沖洗效果的影響，進行了一組試驗，圖2是在設計反沖洗強度下，不同過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、水沖時間后測定的濾料含泥量、反沖洗排水濁度以及排水濁度＜10NTU的所需時間見表3。

　　實際生產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間的指標。從試驗中得出：①過濾周期即使為64h，在設計的反沖洗強度、時間條件下，濾料仍能得到徹底再生；②在設計的反沖洗時間內，反沖洗末期排水濁度在5min時已低于10NTU；③氣沖2min與1min的效果基本相同。實際操作中還發現氣水混沖為2 min時，盡管濾砂含泥量較低，但水沖時余氣冒泡仍帶有濁質。為了保證反沖洗質量，同時降低能耗，把反沖洗時間調整為氣沖1min，氣水混沖3min，水沖5min后的效果仍很好。經測定，再把水洗時間調整到4min時，反沖洗排水濁度已降到8NTU，水洗結束時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程始終伴隨著表面掃洗，其耗水量較大。因掃洗水量對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，在相同過濾周期、反沖洗強度下，通過不同掃洗水量對反沖洗效果進行了追蹤，結果見表4。

　　從表4可看出：表面掃洗強度＜1.0L/(m²·s)時，反沖洗完畢，不同位置池面水的濁度相差較大；當表面掃洗強度＞1.5L/(m²·s)時，掃洗水溢過V型槽，反沖效果不明顯且浪費水；當表面掃洗強度在1.0～1.5L/(m²·s)時，不存在上述兩種情況，且能達到掃洗目的，因此表面掃洗強度選定為1.5 L/(m²·s)。另外通過試驗還發現，僅在水洗過程中伴以掃洗也能取得同樣反沖洗效果，這可節約大量掃洗水，但要增加進水的控制設備和操作步驟，其效益有待進一步分析。
　　在生產中還觀察到，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效果不佳，發現是由掃洗孔位置偏低造成的(見圖4a)。

　　從文獻［4］知：當掃洗孔剛好處于半淹沒狀態時，掃洗的橫向推力最大，效果最好。氣沖時進水量僅為掃洗水量，液面上升不高，孔口沒有完全淹沒，掃洗效果還可以，而氣水混沖、水沖時進水量增加，濾池水面的上壅高度也加大，使掃洗孔淹沒水中，降低了掃洗效能。因此在確定掃洗孔標高時，除應考慮孔口中心位置與排水堰頂標高外，還應注意到氣水混沖和水沖階段水的上壅高度。經過實際運行發現，掃洗孔口中心標高最好是比排水堰頂高2～4cm(見圖4b)，這樣在混沖、水沖時掃洗水力最大，才能充分發揮表面掃洗的作用。
　　在全負荷運行時，濾池末端的濾層有嚴重沖砂現象，分析原因是由于V型進水槽采用30°設計，導致過水斷面太小、流速太快造成的，雖在V型槽的中部設置穿孔導流板可緩解進水流速，消除了上述現象，但又發現濾池反沖洗時，該導流板嚴重影響擋板后端濾池表面掃洗的強度和均勻性，削弱了掃洗效果。借鑒同類濾池采用45°的V型槽設計而無上述現象發生，說明采用30°V型槽不夠合適，建議采用45°V型槽，增加過水截面以消除沖砂現象。

　　3　小結與探討

　　氣水反沖濾池具有截污能力強、反沖洗效果好、耗水量低等優點，但在設計和使用過程中一些細節因素往往易被忽略，結合水廠實際及上述試驗分析，認為在以下三個方面還可以進一步優化，使氣水反沖洗濾池更為完善，更能發揮其優越性。
　　①濾料粒徑宜選定在1.0～1.35mm月浦水廠氣水反沖洗強度是目前氣水反沖洗濾池設計普遍采用的強度，鑒于在該強度下粒徑＜0.90 mm濾料仍易被沖走，導致濾層下降及當前對濾料優化有向深濾層、粗粒徑、均勻分布發展的趨勢，因此選濾料時，應借鑒氣水反沖洗濾池的實際應用情況，綜合考慮反沖洗強度、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過濾周期、反沖洗強度、時間的優化應結合實際生產情況
　　過濾周期對濾池運行有很大影響，延長過濾周期可減少反沖洗次數，降低水耗和電耗，但過濾周期太長會導致形成泥球、濾層出現板結，增大反沖洗難度，影響濾池的使用壽命，水質也難以保證。反沖洗強度不足會無法完全洗脫濾料上的污泥，過大則引起跑砂甚至濾頭移位且耗能，反沖洗時間不夠則不能完全置換反沖洗水，再生不充分。過濾周期、反沖洗時間還與濾前水濁度、生產負荷、濾砂性能等因素有關，因此應根據實際生產對濾池的過濾周期等參數進行優化，才能充分發揮氣水反沖洗濾池的效能。根據試驗，將過濾周期調整為56h，更能發揮濾池的效能；反沖洗時間由原來的2、2、6min調整為1、3、5min，表面掃洗強度從原來的2.0 L/(m²·s)減為1.5 L/(m²·s)，也能獲得同樣的反沖洗效果，值得設計時參考。
　　③要控制好掃洗孔的標高和V形槽的過水截面
　　科學確定掃洗孔的標高，發揮表面掃洗的輔沖功能，既能提高濾池反沖洗效果，又可減少沖洗水量。V形槽過水截面的設計取值對于改善池內待濾水分布、平衡掃洗水量、強化掃洗效果有很好的促進作用。應該指出，掃洗孔的標高在保證孔口中心與排水堰頂相平仍不夠，還應考慮水的上壅高度，一般可比排水堰頂高2～4cm；V型槽設計時應精確計算，確保過水斷面和滿足布水均勻，避免出現沖砂現象。

　　參考文獻：
　　［1］城市供水行業2000年技術進步發展規劃［M］.北京：中國建筑工業出版社，1993.
　　［2］嚴煦世.給水工程［M］.北京：中國建筑工業出版社，1995.
　　［3］丁亞蘭.國內外給水工程設計實例［M］.北京：化學工業出版社，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