某水廠翻板濾池工藝的設(shè)計

劉奕

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

某水廠翻板濾池工藝的設(shè)計

劉奕

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

結(jié)合某水廠翻板濾池工藝的設(shè)計實踐,從濾池構(gòu)造、工藝特點、核心設(shè)備、工作原理、設(shè)計參數(shù)以及運行和控制流程等方面,對翻板濾池設(shè)計的主要環(huán)節(jié)作了系統(tǒng)而全面的介紹,并對該工藝的應(yīng)用范圍進行了總結(jié)。

翻板濾池；翻板閥；布水布氣系統(tǒng)；運行與控制

翻板濾池源于瑞士蘇爾壽公司的研究成果,因其反沖洗排水閥板在0～90°范圍內(nèi)來回翻轉(zhuǎn)而得名。翻板濾池具有構(gòu)造簡單、施工方便、濾料選擇靈活、截污量大、過濾效果好、反沖洗后濾料潔凈度高且不跑料、省水等諸多優(yōu)點，在國外較多的水廠得到了廣泛應(yīng)用。近年來，該工藝在國內(nèi)也逐漸普及,其在樂平潤泉水廠的應(yīng)用取得了較好的效果。本文結(jié)合該項目翻板濾池的設(shè)計實踐對該工藝的幾個核心環(huán)節(jié)進行介紹。

1 工程概況

樂平潤泉水廠位于吳樂公路北面葉家塢的東北側(cè),總設(shè)計規(guī)模10×104m3/d。其中一期供水規(guī)模5× 104m3/d，于2010年投產(chǎn),水源取自共產(chǎn)主義水庫,原水輸水距離33.7 km，凈水工藝為：原水→取水泵房→管式混合器→網(wǎng)格反應(yīng)池→平流沉淀池→翻板濾池→清水池→送水泵房→用戶[1-2]。

2 濾池構(gòu)造及工藝特點

翻板濾池主要構(gòu)造見圖1[3]。

圖1 翻板濾池主要構(gòu)造

翻板濾池的主要工藝特點如下：

1)采用閉池反沖洗,沖洗過程中不排水,一個沖洗階段完成后,靜置沉淀20～30 s之后再排水,沖洗過程與排水過程分開,有效避免了濾料流失的問題。

2)反沖洗采用三段氣水反沖+單獨水沖的沖洗方式,其中單獨水沖采用高強度［14～16 L/(m2·s）］、全流化(膨脹率15%～25%)沖洗,沖洗后濾料潔凈度高。

3)采用橫向配水配氣管和豎向配水配氣管結(jié)合的方式，在配水配氣總渠和橫向配水配氣管中形成上下兩個氣墊層,既保證了布氣、布水的均勻性,又可以避免氣、水分配出現(xiàn)脈沖現(xiàn)象從而影響反沖效果。

4)由于其閉池反沖洗的特點,可根據(jù)濾池進水水質(zhì)與出水水質(zhì)要求的不同,自由選擇單層均質(zhì)濾料或雙層、多層濾料,亦可更改濾層中的濾料。一般單層均質(zhì)濾料采用石英砂或陶粒,雙層濾料為無煙煤和石英砂或陶粒和石英砂。當濾池進水水質(zhì)差,亦可用顆粒活性炭置換無煙煤等濾料。

3 核心設(shè)備及工作原理

3.1 翻板閥

翻板閥及控制系統(tǒng)主要由閥框、閥板、推拉桿、轉(zhuǎn)動方管、與池壁固定件、主動力桿和氣缸驅(qū)動裝置等組成。翻板閥閥框嵌入濾池壁的預留孔中,通常每套翻板閥包括兩套閥板，由一套氣缸驅(qū)動裝置驅(qū)動,構(gòu)造詳見圖2。

圖2 翻板閥構(gòu)造示意

在翻板濾池的反沖洗過程中,閥板可在0～90°范圍內(nèi)來回翻轉(zhuǎn)。濾池反沖洗時,先關(guān)進水閥門,然后按氣沖、氣水合沖、水沖3個階段先后進行，當最后一步水沖洗完成，靜置20～30 s，待濾料沉降后再逐步開啟翻板閥(開啟過程見圖3),從而保證濾料不至于通過翻板閥排水而流失,同時濾池中的微細污泥顆粒仍呈懸浮狀態(tài),不會發(fā)生沉淀，隨水流一起排出。沖洗過程與排水過程分開,有效避免了濾料流失的問題。

圖3 翻板閥開啟方式示意

3.2 布水布氣系統(tǒng)

布水布氣系統(tǒng)主要由配水配氣豎管(以下簡稱“豎向管”，由配水豎向管和配氣豎向管組合而成）、配水配氣橫管(以下簡稱“橫向管”)以及其它安裝配件(如定位鋼板和托板等)組成,詳見圖4。

圖4 布水布氣系統(tǒng)構(gòu)造

布水布氣系統(tǒng)采用中小阻力配水結(jié)構(gòu)和大阻力配氣結(jié)構(gòu)，不僅對過濾進水分配和濾后水收集都能起到均勻分配的作用，更重要的是在反沖洗過程中能均勻地分配反沖洗進水和反沖洗進氣。

濾池的氣水聯(lián)合反沖洗過程按氣沖、氣水合沖、水沖3個階段先后進行，其中單獨氣反沖洗和單獨水反沖洗的氣或水先經(jīng)豎向管初步分配到每個橫向管之后，再由橫向管的圓孔均勻地分配并進入濾料。在氣水聯(lián)合反沖洗過程中，氣和水同時進入配水配氣總渠，由豎向管進行初次配水配氣：反沖洗氣體由配氣豎向管的氣孔進入橫向管，其中進氣孔還有調(diào)節(jié)空氣層高度的作用，而反沖洗水由配水豎向管進入橫向管，這樣在配水配氣總渠中形成第一個均勻的空氣層。進入橫向管中的氣和水實現(xiàn)二次均勻分配：氣體通過橫向管頂部排氣孔和中部布氣孔進行均勻分配，其中中部布氣孔還可以調(diào)節(jié)空氣層的高度,反沖洗水進入橫向管的下部，在橫向管中形成第二個均勻的空氣層(詳見圖5)。

圖5 雙層布水布氣效果示意

采用布水布氣系統(tǒng)后，在濾池配水配氣系統(tǒng)中形成了上、下兩個均勻的氣墊層,保證了布水、布氣的均勻性,避免氣水分配出現(xiàn)脈沖現(xiàn)象,有效提高了反沖洗的質(zhì)量。

4 主要設(shè)計參數(shù)

4.1 主體設(shè)計[4-5]

潤泉水廠一期工程供水規(guī)模5×104m3/d,翻板濾池分4格,單格平面尺寸L×B=11.6 m×6 m，面積69.6 m2,總面積278.4 m2,正常濾速8.08 m/h,強制濾速10.77 m/h,為恒水位等速過濾,進水采用氣動閘門,出水采用氣動調(diào)節(jié)蝶閥。

濾料采用無煙煤—石英砂雙層濾料，總厚度1.2 m,上層無煙煤粒徑 1.4～2.5 mm,不均勻系數(shù) K＜1.7,厚度為0.5 m;下層石英砂粒徑 0.7～1.2 mm,不均勻系數(shù)K＜1.6,厚度為0.7 m。承托層厚度0.45 m,按粒徑不同分為3層。濾層上部最大水深1.9 m,按反沖洗最大蓄水量確定;進水系統(tǒng)跌落差0.2 m,進水總渠板頂超高0.5 m,濾池主體部分總凈高4.25 m。

4.2 反沖洗系統(tǒng)設(shè)計

濾池采用氣水反沖洗，按過濾水頭或時間控制。反沖洗流程一般為“氣沖—氣水同時沖—水沖 +重復水沖”。其中氣沖強度16.7 L/(m2·s),氣水合沖時水沖強度3.5 L/(m2·s），單水沖強度14 L/(m2·s）。

反沖洗進水和進氣采用氣動蝶閥,排水采用氣動翻板閥。單格濾池寬度6 m,每格濾池配備一套2× 2 400×150型翻板閥，每套含兩組翻板，每組翻板開孔尺寸L×H=2 400 mm×150 mm，共用一組連桿和氣動啟閉裝置,氣動裝置設(shè)于排水槽上方。

反沖洗布水布氣系統(tǒng)采用橫向管和豎向管相結(jié)合的配水系統(tǒng)。單格濾池配水配氣總渠尺寸L×B= 11.6 m×1.5 m，根據(jù)管道流速及布置間距要求,設(shè)置配水配氣豎管100根,單根豎管中配水管口徑80 mm,配氣管口徑30 mm，反沖洗豎向配水管設(shè)計流速為1.99 m/s,配氣管設(shè)計流速為16.5 m/s;單格濾池平面尺寸L×B=11.6 m×6.0 m，按孔口流速及布置間距要求,設(shè)置配水配氣橫管100根,單根橫管設(shè)配水孔38個,口徑17 mm,Φ3.5 mm配氣孔78個,Φ1.5 mm配氣孔19個，反沖洗配水配氣橫管水孔設(shè)計流速為1.16 m/s，氣孔設(shè)計流速為14.88 m/s。

5 濾池的運行與控制

5.1 濾池的過濾流程與控制

1)自沉淀池來水由總進水渠經(jīng)閘板閥進入每個濾池的配水渠，然后通過溢流堰進入濾池開始過濾,過濾后的水經(jīng)出水管送至清水池。

2)每組濾池在恒定液位下連續(xù)工作，通過濾池中液位計的信號與設(shè)定值的比較，出水調(diào)節(jié)閥可自動調(diào)整其開啟程度，使濾池整個系統(tǒng)水頭損失恒定，從而保持濾池中的水位恒定，濾速恒定。

5.2 濾池啟動反沖洗的控制條件

當濾池運行工況滿足以下4項中任意1項時,啟動反沖洗程序：1)單格濾池出水調(diào)節(jié)閥至全開狀態(tài)(即濾層水頭損失達到設(shè)定值,一般為2.0 m）。2)連續(xù)運行時間超過 48 h(可調(diào))而尚未進行沖洗的單格濾池。3)池內(nèi)水位超過最高控制水位20 mm以上。4)人工強制順序或單格沖洗。

5.3 濾池反沖洗的工作流程

濾池反沖洗運行與控制流程如下：1)當水頭損失達到設(shè)定值時(一般為2.0 m),關(guān)閉進水閥門,濾池繼續(xù)過濾。2)待池中水面降至近濾料層時,關(guān)閉出水閥門。3)開啟鼓風機和反沖洗進氣閥門,松動濾料層,摩擦濾料的被截污物,強度約為16.7 L/(m2·s),歷時3min。4)開啟反沖洗水泵和反沖洗進水閥門，此時氣沖強度仍約為16.7 L/（m2·s），水沖強度為3.5 L/(m2·s）,歷時5 min。5)關(guān)閉鼓風機和反沖洗進氣閥門,增加反沖洗水泵開啟臺數(shù),使水沖強度達到14 L/(m2·s),歷時1 min。6)關(guān)閉反沖洗水泵和反沖洗進水閥門,此時池中水位約達最高運行水位。7)靜置20～30 s后開啟翻板閥,先開50%開啟度,然后開100%開啟度進行排水,一般在60～80 s內(nèi)排完濾池中的反沖洗水,關(guān)閉翻板閥。8)重復單獨水反沖,強度不變,歷時2 min。9)關(guān)閉反沖洗水泵和反沖洗進水閥,靜置20～30 s后開啟翻板閥,排放反沖洗水(一般通過2次反沖洗后,濾料中含污率低于0.1 kg/m3,并且附著在濾料上的小氣泡也基本上被沖掉）。10)關(guān)閉翻板閥,開啟反沖洗水泵將濾池水位提升至濾料頂面以上 0.6 m后停泵。11)開啟進水閥門,待池中水位上升至設(shè)計水位時,開啟出水閥門,進入新一輪過濾周期。

6 結(jié)語

樂平潤泉水廠自投產(chǎn)以來,運行狀況良好,翻板濾池出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，反沖洗濾料潔凈度高，不跑料,運行管理方便,獲得了業(yè)主的充分肯定。相對于廣泛使用的V型濾池,翻板濾池雖然具有諸多優(yōu)點,但也存在設(shè)備投資和運行電耗偏高的缺點,在工藝選擇時應(yīng)有所權(quán)衡。

翻板濾池不僅適用于常規(guī)過濾工藝，還可應(yīng)用于各類水廠的深度處理工程，由于其具有閉池沖洗、輕質(zhì)濾料流失率低的特點,應(yīng)用在活性炭濾池上優(yōu)勢非常明顯。另外,對于現(xiàn)有水廠的改造項目,特別是采用虹吸濾池的老廠,由于其具有較深的池體結(jié)構(gòu)，比較容易改造為翻板濾池,從而提高產(chǎn)水量和出水水質(zhì)。

[1]上海市政工程設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊:城鎮(zhèn)給水[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]劉文君,施 周.公共供水技術(shù)手冊:水質(zhì)與水處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3]秦新民.凈水廠兩種典型濾池設(shè)計應(yīng)用解析[J].有色冶金設(shè)計與研究,2013,34(6):92-95.

[4]CECS321-2012,翻板濾池設(shè)計規(guī)程[S].

[5]CECS 50:93,濾池氣水反沖洗設(shè)計規(guī)程[S].

Design on Process of Flap Filter Tank for a Certain Water Plant

LIU Yi
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Combining with design practice of process of flap filter tank for a certain water plant,the paper systematically introduces the main steps of design of flap filter tank from the aspects of structure of filter tank,process properties,key equipment, working principles,design parameters,operation and control flow,and summarizes application scope of this process;

flap filter tank;flap valve;water-gas distribution system;operation and control

TU991.24

B

1004-4345（2014）01-0000-00

2013-04-09

劉 奕（1979—），男，高級工程師，主要從事給排水工程設(shè)計工作。