V型濾池設(shè)計(jì)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型濾池設(shè)計(jì)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(huì)遇到各種問題。筆者在某工程的設(shè)計(jì)中,就濾料層設(shè)計(jì)、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(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題。

V型濾池 ;設(shè)計(jì)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(zhǎng)、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(duì)其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí),更好地理解設(shè)計(jì)意圖,以期在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)化運(yùn)行,我們對(duì) V型濾池設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)問題與大家進(jìn)行交流。

1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本工程為某污水處理工程的再生水工程,設(shè)計(jì)處理規(guī)模 Q=44000m3/d,設(shè)計(jì)時(shí)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(zhǎng) 12m,面積 42m2。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

濾速v=6m/h;

反沖洗強(qiáng)度及時(shí)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(shí)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(jì)簡(jiǎn)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(jì)參數(shù)的選擇

2.1濾料級(jí)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(jí)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(jì)既簡(jiǎn)單又可靠的指標(biāo),其中 L為濾床的厚度 (以 mm計(jì)),d為濾料的有效粒徑 (以 mm計(jì))?！妒彝饨o水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50013-2006)中規(guī)定,選用粗砂濾料時(shí)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(gè)濾床的過濾作用;粒徑過大時(shí),將會(huì)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(jià)格愈高。當(dāng) K80值較大時(shí),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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)也考慮到高質(zhì)量的濾后水質(zhì)對(duì)電廠生產(chǎn)等具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(dòng)調(diào)節(jié)閥,通過水位計(jì)及兩個(gè)液位開關(guān)與之聯(lián)鎖,控制水位的波動(dòng),同時(shí),該電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在反沖洗時(shí)兼做切斷閥[1];第三,在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),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(shí),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(shí)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(jì)時(shí),砂上水深取 1.3m,沖洗前水頭損失取 2.5m,且設(shè)計(jì)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(jì)

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(shí),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(jì)中,我們?cè)O(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(shí)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(jì)為兩個(gè)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(gè)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(shí)關(guān)閉;掃洗進(jìn)水孔孔口設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閘板,在反沖洗時(shí)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(shí)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(shí),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(shí)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(gè)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(shí),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(jì)中,如圖 1所示,我們?cè)谶M(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(dòng)。

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(jiǎn)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(duì)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(jì)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(jiǎn)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(dòng)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(jì)

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(jì)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(jì)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(cè)試表明,這樣的高度會(huì)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(jì)時(shí)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(shí),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(huì)減小水平方向的推動(dòng)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(gè)調(diào)校,且在每個(gè)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(jì),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(duì)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(jì)中,技術(shù)均由法方提供。因此,對(duì)于設(shè)計(jì)運(yùn)行中遇到的一些問題,對(duì)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(jì)中遇到的幾個(gè)問題同大家交流。今后,我們應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)中的幾個(gè)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。