吳建平 ,張莉娜

(鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 ,河南鄭州 450002)

V型濾池設(shè)計中應(yīng)注意問題

吳建平 ,張莉娜

(鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 ,河南鄭州 450002)

V型濾池因具有濾速高、布水均勻、反沖洗耗水低等特點(diǎn),在給水處理及污水深度處理中得到了廣泛的應(yīng)用;但是,在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中由于各種因素的影響會遇到各種問題。筆者在某工程的設(shè)計中,就濾料層設(shè)計、濾速的選擇與控制、進(jìn)出水系統(tǒng)及反沖洗系統(tǒng)等方面所遇到的一些問題進(jìn)行了分析。結(jié)合國內(nèi)類似工程的成熟經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了在 V型濾池設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題。

V型濾池 ;設(shè)計參數(shù) ;進(jìn)出水系統(tǒng) ;反沖洗

V型濾池有恒水位等速過濾、濾速高、過濾周期長、出水效果好、承托層較薄、布水均勻、反沖洗耗水低等特點(diǎn),在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。為加深對其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識,更好地理解設(shè)計意圖,以期在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)化運(yùn)行,我們對 V型濾池設(shè)計中遇到的幾個問題與大家進(jìn)行交流。

1設(shè)計簡介

本工程為某污水處理工程的再生水工程,設(shè)計處理規(guī)模 Q=44000m3/d,設(shè)計時經(jīng)過論證分析,最終確定過濾工藝選用V型濾池。

為節(jié)省占地,選雙格 V型濾池,共 4組,單格寬3.5m,長 12m,面積 42m2。

主要設(shè)計參數(shù)如下:

濾速v=6m/h;

反沖洗強(qiáng)度及時間:

第一步氣沖強(qiáng)度 q(氣 1)=15L/(s·m2),t(氣)=3min;

第二步氣—水同時反沖洗,空氣強(qiáng)度 q(氣 2)=15L/(s·m2),水強(qiáng)度 q(水 1)=4L/(s·m2),t(氣 —水 )=4min;

第三步水沖強(qiáng)度 q(水 2)=5L/(s·m2),t(水)=5min;

沖洗周期 t=24h;反沖橫掃強(qiáng)度 1.8L/(s·m2);濾料層選用均質(zhì)石英砂濾料,厚 1.2m,濾料的有效粒徑d10=0.9～1.2mm,K80=1.2;砂上水深為 1.3m。設(shè)計簡圖如圖 1～3。

圖 1濾池平面圖

圖 2濾池橫斷面圖

圖 3濾池縱剖面圖

2主要設(shè)計參數(shù)的選擇

2.1濾料級配與濾床厚度

濾料層是濾池的主要部分,是濾池工作好壞的關(guān)鍵。良好的濾料級配與濾床厚度是提高過濾效果的關(guān)鍵。參數(shù) L/d是濾床設(shè)計既簡單又可靠的指標(biāo),其中 L為濾床的厚度 (以 mm計),d為濾料的有效粒徑 (以 mm計)。《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB50013-2006)中規(guī)定,選用粗砂濾料時L/d≥1250。從技術(shù)角度講,L/d值越大越好,而綜合經(jīng)濟(jì)因素,工程中應(yīng)以最小 L/d值滿足預(yù)期的過濾出水水質(zhì)要求。

國內(nèi)大多水廠 V型濾池濾床的厚度為 1.2m,本工程借鑒該參數(shù)。在濾床厚度確定的情況下,有效粒徑 d及不均勻系數(shù) (K80)的確定是濾料選擇的重要參數(shù)。粒徑過小,則濾料表層截污量大,不能充分發(fā)揮整個濾床的過濾作用;粒徑過大時,將會導(dǎo)致懸浮顆粒穿透濾層,導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。因此,有效粒徑 d的范圍以 0.9～1.2mm為宜。理論上 K80值愈接近 1,濾料愈均勻,過濾及反沖洗效果愈好,但相應(yīng)的濾料價格愈高。當(dāng) K80值較大時,如反沖洗強(qiáng)度小,則較大的濾料得不到充分反沖洗;如反沖洗強(qiáng)度大,則位于表層的較小的濾料容易被沖走。

設(shè)計中根據(jù)本地部分凈水廠濾池的濾料使用情況,吸取了濾料選擇的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn),初步確定濾料粒徑 d=0.9～1.2mm,不均勻系數(shù) K80≤1.2,濾床厚度1.2m。

2.2濾速的選擇及控制

濾速應(yīng)根據(jù)待濾水濁度、出水水質(zhì)要求等確定,可達(dá) 7～20m/h,一般為 12.5～15m/h。在設(shè)計中,不能盲目照搬,應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際靈活運(yùn)用。本設(shè)計是某城市污水處理中水回用工程,因此,相比其他給水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)而言,中水回用工程的原進(jìn)水水質(zhì)較差。為了取得較為理想的出水水質(zhì),較好的滿足電廠冷卻水、城市景觀河道等水質(zhì)要求,同時也考慮到高質(zhì)量的濾后水質(zhì)對電廠生產(chǎn)等具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計中結(jié)合本工程實(shí)例,經(jīng)比較分析后,最終確定,在該中水回用處理工藝中,選用低濾速6m/h。

V型濾池采用恒定水位、恒定濾速過濾。過濾過程中,濾料逐漸堵塞,出水控制機(jī)構(gòu)根據(jù)水位或流量的變化對濾料堵塞進(jìn)行補(bǔ)償,使出水總阻力相等而保持濾池水位和出水量恒定。在本設(shè)計中,首先,為保證進(jìn)出水水位差恒定 (過濾水頭 =濾池的運(yùn)行水位 -出水堰堰流的水面標(biāo)高),在出水處設(shè)置出水調(diào)節(jié)堰;其次,在出水管上設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥,通過水位計及兩個液位開關(guān)與之聯(lián)鎖,控制水位的波動,同時,該電動調(diào)節(jié)閥在反沖洗時兼做切斷閥[1];第三,在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,還可通過調(diào)節(jié)出水堰的高度,控制過濾水頭,以確保濾池安全可靠運(yùn)行。

2.3運(yùn)行水位的確定

在確定 V型濾池的運(yùn)行水位時,在滿足過濾水頭要求的前提下,還應(yīng)保證各組濾池獨(dú)立運(yùn)行,即運(yùn)行水位要低于進(jìn)水分配堰堰頂標(biāo)高,形成跌水。但是,如果運(yùn)行水位過低,就可能產(chǎn)生濾層中的“負(fù)水頭現(xiàn)象”,導(dǎo)致水中的溶解氣體逸出形成氣泡,不僅破壞濾層結(jié)構(gòu),而且反沖洗時容易出現(xiàn)跑砂現(xiàn)象。

因此,V型濾池的運(yùn)行水位的確定應(yīng)綜合考慮濾池正常運(yùn)行需要的過濾水頭與濾層以上的水深要求。在本次設(shè)計時,砂上水深取 1.3m,沖洗前水頭損失取 2.5m,且設(shè)計運(yùn)行水位低于進(jìn)水堰堰頂標(biāo)高0.1m。

3進(jìn)出水系統(tǒng)的設(shè)計

3.1濾池的進(jìn)水分配堰

進(jìn)水堰能把各格濾池的水面分隔開,使各格濾池成為能獨(dú)立運(yùn)行的過濾單元,同時,能均勻分配各格濾池的進(jìn)水。由于渠道水流的水頭損失,導(dǎo)致進(jìn)水渠首尾兩端的濾池進(jìn)水水位不同,造成進(jìn)水量不均勻。為解決這一問題,在設(shè)計中,我們設(shè)定兩點(diǎn)進(jìn)水,而且,設(shè)置可調(diào)節(jié)的進(jìn)水堰也是非常必要的。進(jìn)水堰在濾池試運(yùn)行時進(jìn)行調(diào)試,達(dá)到各格濾池進(jìn)水均勻的要求后,即可予以固定。

3.2濾池的進(jìn)水孔

V型濾池的進(jìn)水設(shè)計為兩個方孔,即主進(jìn)水孔和掃洗進(jìn)水孔。進(jìn)水總渠的渾水通過這兩個進(jìn)水孔進(jìn)入濾池。主進(jìn)水孔孔口采用橡膠囊充氣閥,在反沖洗時關(guān)閉;掃洗進(jìn)水孔孔口設(shè)手動調(diào)節(jié)閘板,在反沖洗時不關(guān)閉,供給反沖洗表掃用水。調(diào)節(jié)掃洗進(jìn)水孔閥門的開啟度,使其在反沖洗時的進(jìn)水量等于表掃水用水量。在濾池運(yùn)行中,若是遇到某格濾池需要放空檢修或消毒時,需要將掃洗水進(jìn)水孔封堵住,因此,掃洗進(jìn)水孔孔口需要安裝閘板,既可以調(diào)節(jié)開啟度進(jìn)行掃洗,又可以在檢修或消毒時取得較好的封堵效果。

3.3溢流堰

為防止電源故障引發(fā)整個濾池的失控,或進(jìn)水量突然過大,導(dǎo)致其不能正常運(yùn)行,增加溢流裝置是必要的 (為防范此問題發(fā)生,在此還應(yīng)注意的是:清水出水閥時,應(yīng)當(dāng)以氣關(guān)閥為好,這樣一旦自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障就可以使清水出水閥打開)。

我們認(rèn)為,每格濾池設(shè)置溢流井作用不大,而且井寬較窄,不便于施工裝貼和清掃。在本設(shè)計中,如圖 1所示,我們在進(jìn)水總渠內(nèi)側(cè)設(shè)置溢流堰,從而保證濾池的運(yùn)行水位在小范圍內(nèi)波動。

3.4出水堰

如上文 2.2所述,出水堰控制各格濾池的過濾水頭的大小。并且,固定的出水水位能使 V型濾池的恒水位的控制得以簡化,僅需調(diào)控出水閘的開度,便能使運(yùn)行中變化的過濾水頭,滿足恒定的要求[2]。

3.5清水渠總出水堰

清水總渠中的總出水堰能完全隔開清水池水位變化對反沖洗泵的影響,使濾池反沖洗的揚(yáng)程恒定,維持濾池的反沖洗強(qiáng)度不變,使水沖強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)的要求。另外,由于抬高了沖洗水泵進(jìn)水池的水位,使沖洗泵呈自灌進(jìn)水的狀態(tài),使其揚(yáng)程最低,節(jié)省了運(yùn)行的電耗,并使其開啟的程序得以簡化[2]。

3.6集水區(qū)設(shè)檢修人孔

在濾池的運(yùn)行中,可能出現(xiàn)以下問題:①濾板接縫不嚴(yán);②濾砂進(jìn)入集水區(qū),造成反沖洗布水孔或配氣孔堵塞;③濾頭松動或堵塞。因此,為解決這些問題,在集水區(qū)設(shè)置檢修人孔是非常必要的。

4反沖洗系統(tǒng)的設(shè)計

4.1掃洗孔中心標(biāo)高與排水槽頂面標(biāo)高的關(guān)系

在新的《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB 50013-2006)中規(guī)定:“國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《濾池氣水沖洗設(shè)計規(guī)程》規(guī)定表面掃洗孔中心低于排水槽頂面 150mm,但根據(jù)各地實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)和測試表明,這樣的高度會出現(xiàn)濾料面由排水槽側(cè)向 V形槽側(cè)傾斜,如廣東某水廠及?？谀乘畯S都出現(xiàn)這一現(xiàn)象;中山小欖鎮(zhèn)水廠,因表掃孔偏低而出現(xiàn)掃洗水倒流,影響掃洗效果;吉林二水廠也由于表掃孔過低導(dǎo)致掃洗效果差,出現(xiàn)泡沫浮渣漂浮滯留。根據(jù)以上出現(xiàn)的問題,多數(shù)認(rèn)為表掃孔高程宜接近中央排水槽的堰頂高程……設(shè)計時可根據(jù)具體情況確定”。

筆者認(rèn)為,V型進(jìn)水槽下部管嘴的管中心標(biāo)高應(yīng)與排水槽堰頂標(biāo)高基本保持一致。因?yàn)樵趻呦磿r,只有管嘴處于半淹沒狀態(tài),掃洗的橫向推力才為最佳,掃洗效果最好。此外,掃洗管嘴的設(shè)置應(yīng)保證水平方向,管嘴向上、向下傾斜都會減小水平方向的推動力。為此建議在施工過程中施工人員應(yīng)先將鋼管與V型進(jìn)水槽內(nèi)部的鋼筋進(jìn)行點(diǎn)焊,并逐個調(diào)校,且在每個管嘴內(nèi)填入棉紗,再澆筑混凝土,這樣便于混凝土硬化后清通管嘴,不致造成堵塞。

4.2初濾水的排除

反沖洗結(jié)束后,沖洗排水槽頂以下的水無法排除,但這部分水質(zhì)比較差。參看以往的設(shè)計,隨著過濾的開始,這些水進(jìn)入了濾后的凈水系統(tǒng),導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。為了解決這一問題,可以在濾池底部設(shè)置初濾水排放管。反沖洗結(jié)束后,先排除 3min初濾水,然后關(guān)閉排放管閥門,打開出水管閥門進(jìn)行正常過濾。這一改進(jìn),對于提高出水水質(zhì)效果明顯。

5結(jié)束語

V型濾池在我國實(shí)際使用幾年來,運(yùn)行效果良好。但在以往的設(shè)計中,技術(shù)均由法方提供。因此,對于設(shè)計運(yùn)行中遇到的一些問題,對其進(jìn)行總結(jié),在消化吸收其技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)是非常有益的。在此,我們將設(shè)計中遇到的幾個問題同大家交流。今后,我們應(yīng)結(jié)合設(shè)計以及生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際,在濾速控制設(shè)備的研制、氣水反沖洗的進(jìn)一步優(yōu)化以及濾板、濾頭的安裝施工等方面繼續(xù)努力探索,使 V型濾池能更加適合我國情況,發(fā)揮更大的效能。

[1] 張銳鋒.V型濾池特點(diǎn)的濾池設(shè)計與實(shí)踐[J].化工科技,1998,6(1):48-52.

[2] 張景序,黃旭朝.V型濾池工藝設(shè)計中的幾個問題探討[J].城鎮(zhèn)供水,2006,6:15-16;58.

TQ028.53

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1003-3467(2010)24-0035-03

2010-12-01

吳建平 (1963-),男,副教授,主要從事管網(wǎng)優(yōu)化方面的研究,通訊聯(lián)系人:張莉娜,電話:13526475606。