大型水廠普通濾池改造工程實(shí)踐

張麗芳，鐘林，梁仲俊，馬彥文，鄧子優(yōu)

（1.廣州市自來水有限公司，廣州 510000；2.廣東玉環(huán)凈化環(huán)保有限公司，廣州 510000）

1 改造背景

某大型水廠共有4套凈水系統(tǒng)，日供水能力為100萬t，原水取自西江下陳，西江水水源水質(zhì)良好，各項水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。其中，歷史最悠久的二號進(jìn)水系統(tǒng)建于1932年，經(jīng)過多次改建，現(xiàn)由脈沖澄清池和快濾池組成。氣水反沖快濾池采用穿孔管大阻力配水配氣系統(tǒng)，濾池承托層（礫石粒徑2～16 mm）厚度為650 mm；濾料層（石英砂粒徑0.6～1.0 mm）厚度為900 mm。近幾年，二號進(jìn)水系統(tǒng)相繼有多個大阻力配水配氣系統(tǒng)濾池出現(xiàn)以下問題：（1）濾池反沖氣洗時出現(xiàn)單點(diǎn)氣沖過大現(xiàn)象；（2）濾池反沖洗時出現(xiàn)跑砂現(xiàn)象；（3）濾砂清洗不徹底導(dǎo)致積泥嚴(yán)重；（4）濾后水濁度偏高；（5）濾池底板出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。尤其是濾池1#、11#問題更為嚴(yán)重，影響了水廠工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，急需對濾池進(jìn)行改造。

2 改造思路

經(jīng)調(diào)研，大阻力濾池運(yùn)行問題的主要原因是配水配氣系統(tǒng)老化，特別是原有管因氣蝕使管底穿孔，導(dǎo)致反沖洗曝氣不均勻，引起支撐層及濾層紊亂，且反沖洗時濾料進(jìn)入配氣管引起配氣管堵塞，嚴(yán)重影響濾池反沖洗效果。濾池分為大阻力與小阻力配水系統(tǒng)，小阻力配水系統(tǒng)相對大阻力系統(tǒng)水頭損失小、能耗低，無死水區(qū)，不易堵塞積泥，施工管理方便[1-2]。濾池采用氣洗形式，選擇長柄濾頭。為改善濾池工況，提高出廠水水質(zhì)，將濾池1#、11#改造為采用“濾板+長柄濾頭”配水配氣方式。根據(jù)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及濾池設(shè)計規(guī)范，結(jié)合水廠工藝現(xiàn)狀，改造主要考慮以下幾方面：（1）濾池池體翻新修復(fù)；（2）按技術(shù)要求和施工圖制造和安裝濾梁、濾板、濾頭及布?xì)夤?；?）濾砂篩分以及人工鋪設(shè)；（4）優(yōu)化濾池運(yùn)行周期、反沖洗強(qiáng)度、濾速等參數(shù)。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工進(jìn)度安排

濾池大修過程將對全廠的供水量和供水壓力造成一定影響。二號凈水系統(tǒng)設(shè)計日供水量為9.8萬m3/d，單個濾池日供水量為6 120 m3/d。若兩個濾池同時施工勢必增加其他濾池供水壓力。以保證供水安全為前提，結(jié)合施工流程，合理運(yùn)用人工機(jī)具資源制作施工進(jìn)度表。濾池1#施工工期為28 d，完成曬砂后，從第11 d按相同步驟開始施工濾池11#，按照施工橫道圖，兩個濾池改造總工期為38 d，縮短工期不但減少停池對供水系統(tǒng)的影響，而且避免施工隊窩工情況。施工期間需要同時縮短其他濾池洗池周期及降低二號凈水系統(tǒng)取水量。

3.2 濾池底板修復(fù)

由于二號凈水系統(tǒng)歷史最悠久，隨著水質(zhì)變化和工藝進(jìn)步，多次對構(gòu)筑物進(jìn)行改造，池底管線復(fù)雜。本工程池底植筋前鉆孔時，孔洞冒水且池底多處混凝土缺失，為此，采用壓力灌漿機(jī)以0.2 MPa的壓力沿池陰角預(yù)埋灌漿管灌改性環(huán)氧漿液，對滲漏部位進(jìn)行灌漿，以修復(fù)裂縫。池體防水處理采用氯丁聚合物防水砂漿對池壁、底板找平，再做5層防水砂漿。池內(nèi)壁重做水刷石，增加濾砂之間摩擦。本工程對濾池底板的修復(fù)可以有效防止濾池濾后水的流失，減少水量浪費(fèi)的同時，提高了供水安全性。

3.3 配氣系統(tǒng)改造

原配氣系統(tǒng)反沖氣洗時，空氣通配氣總管流經(jīng)配氣主管分配至支管孔口，原配氣總管與配氣主管的連接管為兩條DN100 mm鋼管，反沖氣洗時，配氣管易產(chǎn)生氣蝕導(dǎo)致穿孔?，F(xiàn)增加兩條連接管，有效降低單個配氣主管連接口產(chǎn)生氣蝕的概率。原DN100 mm鋼管連接管改為雙層結(jié)構(gòu)的異形配氣管為雙層結(jié)構(gòu)，采用3 mm的不銹鋼板制作，氣體由4個布?xì)饪趶纳现料聦尤缓蟪蔝形向上，從上層圓孔出，使二次配氣方式避免4個配氣管連接處附近氣體曝氣量過大，布?xì)飧鼮榫鶆颉?/p>

3.4 配水系統(tǒng)改造

原濾池配水系統(tǒng)為大阻力配水系統(tǒng)，穿孔配水支管與中央集水總渠連接，反沖洗時，集水總渠上方的濾料由渠頂鋼板的螺孔布水，布水均勻性不佳。本工程將配水系統(tǒng)更改為濾板加長柄濾頭方式（見圖1），濾頭開孔率為1.5%。濾帽為蘑菇形，濾帽中間有環(huán)形加強(qiáng)肋，濾帽縫隙條數(shù)40條，且均勻分布，縫隙寬度小于濾料粒徑，為0.25～0.30 mm，縫隙寬度誤差為±0.05 mm，每個濾帽縫隙開孔面積為3.0～3.6 cm2。每列濾池的開孔率為1.49%～1.79%。濾頭規(guī)格為長柄濾頭。濾頭和濾桿牢固連接在一起，濾柄內(nèi)徑φ21 mm。管壁厚度為2 mm。濾桿上部帶有外螺紋，螺紋下部（無螺紋處）有一個直徑2 mm的小孔；濾桿下端設(shè)有條形夾縫。濾頭總長度為330 mm，濾頭帽設(shè)有增強(qiáng)底座。

圖1 濾板加長柄濾頭

由于二號凈水系統(tǒng)濾池長度較短，原配水方式易在末端產(chǎn)生漩渦。改造后將原反沖洗總管引出4根反沖洗水管均勻出水，每個支管流速小于1 m/s，有效改善反沖洗配水均勻性。

4 工程效果

4.1 改善濾后水水質(zhì)

濾池大修工況見表1，濾池1#、11#大修后反沖洗強(qiáng)度和膨脹率都有一定提升，可降低砂面含泥量。見表2，對比未改造濾池3#、5#、7#與改造濾池1#、11#初濾水濁度對比，改造后濾池初濾水濁度較未改造濾池初濾水濁度略低，如圖2所示，改造后濾池初濾水顆粒數(shù)明顯降低，反映改造后濾池反沖洗效果有明顯提升。當(dāng)濾池反沖洗5 min后水濁度為2 NTU以下，可縮短洗池時間，進(jìn)而節(jié)省反沖洗水量。原濾池反沖水洗時間為7 min，反沖洗強(qiáng)度取檢驗(yàn)數(shù)據(jù)12.6 L/(s·m2)，反沖洗水量為12.6×7×60×31×0.001=164 m3，現(xiàn)反沖洗水洗時間縮短至5 min，反沖洗水量為12.9×5×60×31×0.001=120 m3，每次反沖洗節(jié)省水量44 m3。

圖2 初濾水顆粒數(shù)對比

表2 1#、11#濾池大修前后反沖洗強(qiáng)度、膨脹率、含泥量與濾速對比

表3 不同配水形式初濾水水質(zhì)

顆粒計數(shù)法應(yīng)用于濾后水水質(zhì)監(jiān)控，其靈敏性可準(zhǔn)確調(diào)整濾池運(yùn)行參數(shù)，提升濾池管理水平[3]。如圖3所示，對比未改造濾池3#、5#、7#與改造濾池1#、11#濾后水顆粒數(shù)情況，0～4 h區(qū)間濾池5#初濾水顆粒數(shù)高于濾池1#、11#，原因是過濾剛開始階段，由于反沖洗將濾料層中的雜質(zhì)顆粒、膠體懸浮物和有機(jī)物沖洗到濾料表層，通過水沖將表面大雜質(zhì)沖洗到排污渠，當(dāng)反沖洗結(jié)束，過濾開始時，由于濾膜尚未形成，濾料表層未沖洗干凈的一些懸浮物小顆?？赡軙┩笧V料，導(dǎo)致濾后水顆粒物偏高。改造后濾池初濾水顆粒數(shù)低于未改造濾池，說明小阻力配水系統(tǒng)濾池的反沖洗效果優(yōu)于大阻力配水系統(tǒng)，前者對微小顆粒的截留能力明顯高于后者。如圖3所示，根據(jù)24 h濾后水顆粒數(shù)情況，可以增加洗池周期至28 h，原每年單個濾反沖洗水量為164×12×30=59 040 m3，改造后每年單個濾反沖洗水量為120×12×30×24/28=37 028 m3，則每年單個濾池節(jié)約22 012 m3。濾池運(yùn)行一年后，大阻力配水系統(tǒng)濾池不均勻系數(shù)為1.52，對比相同情況下小阻力配水系統(tǒng)濾池不均勻系數(shù)為1.3，說明濾料顆粒均勻性得到明顯提高，避免濾料亂層而影響過濾效果。

圖3 濾后水顆粒數(shù)隨時間變化趨勢

4.2 工程經(jīng)濟(jì)效益

本工程對濾池的配氣配水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改良，配水均勻性明顯提高，降低了濾池反沖洗故障的概率，濾料層得到充分清洗，提升了濾池的截留能力，延長運(yùn)行周期，有效節(jié)約反沖洗水量，從而節(jié)約了制水成本。按水廠制水成本0.2元/m3，單個池每年節(jié)約成本0.2×22 012=4 402.4元。

5 結(jié)語

20世紀(jì)80年代，基于造價低及構(gòu)造簡單的優(yōu)勢，國內(nèi)水廠普遍采用大阻力配水系統(tǒng)的快濾池，但運(yùn)行弊端明顯，管道易穿孔，影響濾后水水質(zhì)，增加運(yùn)行維修成本。經(jīng)過濾池改造施工并于2020年6月投入使用，至今運(yùn)行效果良好，反沖洗不均勻、積泥等問題得到解決，對企業(yè)提高濾池效能并改善濾后水水質(zhì)具有重要意義。