鄭全興，張 建

(江蘇長江水務(wù)股份有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009)

氣水反沖洗濾池因具有濾速大、運(yùn)行周期長、節(jié)水、濾后水水質(zhì)好、便于自動(dòng)化管理等特點(diǎn)被廣泛采用。揚(yáng)州四水廠二期工程(10×104m3/d)、頭橋水廠(40×104m3/d)、提標(biāo)擴(kuò)建的揚(yáng)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(duì)氣水反沖洗濾池的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)、施工建設(shè)、調(diào)試及生產(chǎn)運(yùn)行管理方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。

1 氣水反沖洗濾池運(yùn)行注意細(xì)節(jié)

1.1 掃洗乏力問題

V型槽掃洗效果與孔口標(biāo)高有關(guān)[1]。2001年建設(shè)的揚(yáng)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(shí)發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的濁液和泡沫黏附在池壁上，且掃洗孔的出水沖向流動(dòng)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(jié)合此經(jīng)驗(yàn)，在后續(xù)水廠建設(shè)工程中將掃洗孔標(biāo)高提升比排水槽堰頂高20 mm，從運(yùn)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(yáng)州四水廠一、二期工程設(shè)計(jì)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(duì)稱布置，濾后水測(cè)量濁度只用了1臺(tái)濁度儀，測(cè)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(duì)稱布置，每格濾池各安裝了1臺(tái)濁度儀，8臺(tái)濁度儀均采用光度濁度儀，量程為0～1 000 mNTU。2014年，發(fā)現(xiàn)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(shí)，在一期清水池入口處發(fā)現(xiàn)石英砂。由于白天需滿負(fù)荷運(yùn)行，濾池反沖洗一般安排在夜間低峰供水時(shí)，反沖洗效果難以觀察，不能及時(shí)判斷是哪格濾池出現(xiàn)異常，分析原因可能是某格濾池的濾頭或?yàn)V板出現(xiàn)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(shí)發(fā)現(xiàn)，中央排水槽兩側(cè)的反沖洗強(qiáng)度不一樣，兩側(cè)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(yùn)行生產(chǎn)，一期工程濾池出水又恢復(fù)正常，濾后水濁度又恢復(fù)到0.2～0.3 NTU。結(jié)合此經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)水廠新建或擴(kuò)建時(shí)，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(shí)發(fā)現(xiàn)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(jìn)入清水渠，清水渠末端與清水池或深度處理構(gòu)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(yáng)州四水廠二期工程V型濾池試運(yùn)行時(shí)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(dǎo)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(xiàn)象消除。(2)濾池后一構(gòu)筑壅水原因，如2010年揚(yáng)州頭橋水廠一期工程V型濾池試運(yùn)行時(shí)，溢流井外溢。在每個(gè)溢流井內(nèi)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(yàn)算溢流井外墻標(biāo)高，與清水池頂板底標(biāo)高相等，由于清水池最高水位不可能達(dá)到頂板底標(biāo)高,理論上不會(huì)發(fā)生外溢現(xiàn)象，分析原因可能是清水池高水位運(yùn)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(duì)該原因，考慮到清水渠出水以后流入深度處理提升泵站時(shí)，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(fā)生過濾后水外溢現(xiàn)象。

1.4 濾池長藻問題

揚(yáng)州第四水廠濾池建設(shè)時(shí)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(duì)此，水廠開始試用彩鋼瓦遮光，發(fā)現(xiàn)藻類萎縮，一段時(shí)間后不用清洗即自然消失。

可能是揚(yáng)州地處我國南方地區(qū)，水源中以藍(lán)藻和綠藻為優(yōu)勢(shì)藻類，其生長的主要環(huán)境除受溫度、營養(yǎng)鹽、pH影響外，光照對(duì)藻類影響較大。萬蕾等[2]通過不同的遮光方式，對(duì)藻類進(jìn)行了試驗(yàn)，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(guān)系，探討不同遮光方式對(duì)藻類生長的抑制作用。結(jié)果顯示：遮光50%以上的試驗(yàn)桶內(nèi)的葉綠素a含量和藻類密度相對(duì)不遮光減少50%以上；從9時(shí)-15時(shí)遮光，12 d內(nèi)可以使葉綠素a濃度和藻類數(shù)量相對(duì)于不遮光減少70%以上；遮光率達(dá)到67%以上時(shí)，抑藻效果明顯，第12 d時(shí)，葉綠素a含量和藻類密度相對(duì)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(yáng)州其他2座水廠擴(kuò)建或新建時(shí)，氣水反沖洗濾池的設(shè)計(jì)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(dòng)不銹鋼罩遮光，以后濾池池內(nèi)沒有生長藻類，方便了水廠管理。

1.5 濾后水水質(zhì)提升的問題

本文研究了排放初濾水，提高濾后水水質(zhì)的效果。揚(yáng)州頭橋水廠氣水反沖洗濾池設(shè)計(jì)了排放初濾水，揚(yáng)州第四水廠未設(shè)計(jì)，通過匯總近2年的運(yùn)行情況分析排放初濾水對(duì)濾池運(yùn)行效果的影響。由于2座水廠采用相同的常規(guī)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(zhì)幾乎一樣，具有一定的可比性。

(1)初濾水排放對(duì)濾后水濁度的影響

2座水廠氣水反沖洗濾池都采用均質(zhì)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(qiáng)度和反沖洗時(shí)間設(shè)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(yáng)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(jù)2018年生產(chǎn)報(bào)表兩水廠出水濁度對(duì)比，頭橋水廠濾后水濁度一般低于揚(yáng)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(duì)比Fig.1 Comparison of Filtered Water Turbidity in Waterworks in 2018

在進(jìn)行2座水廠濾池對(duì)比探討時(shí)，還發(fā)現(xiàn)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(yáng)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(guān)系。初濾水排放平均速度為12 m/h，相當(dāng)于對(duì)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(yáng)州第四水廠濾池出水的原因之一。

(2)初濾水排放速度對(duì)濾后水中顆粒物的影響

揚(yáng)州頭橋水廠氣水反沖洗濾池每格單元都設(shè)2只DN200氣動(dòng)蝶閥排放初濾水，可快速啟閉，同時(shí)打開2只DN200氣動(dòng)蝶閥設(shè)計(jì)排放15 min，如圖2所示。2010年5月生產(chǎn)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：氣水反沖洗濾池2只DN500進(jìn)水閥門全打開正常進(jìn)水，2只DN200氣動(dòng)蝶閥同時(shí)打開排放初濾水，濾料表面的水位很快下降，排放時(shí)間約7 min時(shí)，砂面上的水深約10～20 cm，有露砂的危險(xiǎn)，生產(chǎn)時(shí)把初濾水排放時(shí)間調(diào)整為2 min，依據(jù)是此時(shí)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(huì)發(fā)生露砂的安全生產(chǎn)事故，且節(jié)約水資源。隨著自來水水質(zhì)要求的不斷提高，企業(yè)內(nèi)部要求控制初濾水中的顆粒物及顆粒數(shù)。2017年，生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)開啟2只氣動(dòng)蝶閥與只開啟1只氣動(dòng)蝶閥排放初濾水，進(jìn)行了顆粒數(shù)的比較，從排放速度不同可看出初濾水水中的顆?？倲?shù)變化。因?yàn)闉V池中的水位在不斷變化，瞬時(shí)排放速度不容易計(jì)算，計(jì)算排放速度時(shí)，以單位時(shí)間排放的總水量計(jì)算平均排放速度，同時(shí)開啟2只DN200氣動(dòng)蝶閥排放初濾水速度約為12.0 m/h，開啟1只DN200氣動(dòng)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(duì)比Fig.3 Comparison of SS in Primary Filtration Water

由圖3可知，初濾水開始外排時(shí)水中2～15 μm顆粒物均在3 400個(gè)/mL左右，同時(shí)開啟2只DN200氣動(dòng)蝶閥，2 min后初濾水中顆粒物迅速降至370個(gè)/mL左右，降幅接近90%，5 min后顆粒物降至200個(gè)/mL左右并繼續(xù)緩慢降低。開啟1只DN200氣動(dòng)蝶閥排放初濾水，2 min前初濾水水中顆粒數(shù)相對(duì)偏小，而2 min后初濾水水中顆粒數(shù)為740個(gè)/mL左右，相對(duì)偏大，排放速度快時(shí)初濾水的顆粒物迅速下降。這可能是反沖洗過后，因?yàn)V料表面及其孔隙內(nèi)的反沖洗殘余水中存在殘留雜質(zhì)，排放初始階段初濾水中顆粒數(shù)量較多，排放速度越快時(shí)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(shù)量較多。2只DN200氣動(dòng)蝶閥同時(shí)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(gè)/mL，滿足企業(yè)內(nèi)控指標(biāo)要求，所以確定同時(shí)開啟2只DN200氣動(dòng)蝶閥排放初濾水時(shí)間為5 min。

排放初濾水，并通過選擇合適的閥門大小和數(shù)量確定適當(dāng)?shù)呐欧潘俣群团欧艜r(shí)間，是提高濾后水水質(zhì)的有效方法之一。

1.6 其他注意的問題

(1)進(jìn)水總渠水位控制及排空。待濾水通過進(jìn)水總渠進(jìn)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?yàn)V池水位防止?jié)M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(nèi)徑為DN700，標(biāo)高在施工時(shí)需注意，使內(nèi)底標(biāo)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(yīng)注意兩個(gè)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(cè)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(shí)會(huì)發(fā)生鳴叫聲，技改時(shí)換為DN100，排氣時(shí)鳴叫現(xiàn)象消除。同時(shí)，應(yīng)注意排氣管上的閥門具備“得電(氣)關(guān)，失電(氣)開”的特點(diǎn)。

(3)V型槽材料宜采用不銹鋼，V型槽制作時(shí)可以保證掃洗孔的孔口中心標(biāo)高在同一水平面上，濾池施工濾壁澆筑預(yù)埋鋼板，不銹鋼V型槽焊接在預(yù)埋的鋼板上，便于調(diào)節(jié)掃洗孔與排水渠堰頂?shù)母卟?。V型槽加工時(shí)，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(fēng)機(jī)最好采用變頻，便于調(diào)節(jié)反沖洗強(qiáng)度，防止跑砂，還能兼顧反沖洗效果。

2 結(jié)語

經(jīng)過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)認(rèn)為在氣水反沖洗濾池施工前，應(yīng)跟設(shè)計(jì)人員反復(fù)交流，充分溝通掌握的管理經(jīng)驗(yàn)，使濾池的設(shè)計(jì)更為完善，并使氣水反沖洗濾池在運(yùn)行中更加方便管理。