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日照水司　尹小华   来源：中国供水节水  　　　 　 　奎山十万吨水厂供水工程是我市重要的基础设施建设项目，该工程总投资1.2亿元人民币，其中利用英国政府贷款352.8万英镑。工程一期设计规模11.2万吨/日，其中净水5万吨/日，木浆厂用原水6.2万吨/日。净水厂设计供水能力达到净水10万吨/日。过滤是供水工艺中的一个重要环节，合理地选择与设计滤池反冲洗系统，在经济、技术、安全等方面有着重要的意义。 　　一、滤池单独用水反冲洗方式存在的问题 　　滤池是常规给水处理中的最后环节。滤池的反冲洗系统是维持滤池功能的关键，其基本要求是：在较短的反冲洗时间内，使滤料得到清洗，恢复其去除杂质的能力。反冲洗的质量对滤后水水质、工作周期，运行情况、滤料含污量和级配组成的影响很大。滤池反冲洗系统的机械设备费用很高，同时反冲洗费用又是滤池最主要的运行费用。 　　滤池的反冲洗有水反冲洗和气水反冲洗两种基本方式。传统的滤池反冲洗方式为水反冲洗方式。单独水反冲洗方式构造简单，运行方便，但在运行中存在以下问题：〈1〉水反冲洗主要靠水流剪力，而滤料间擦洗作用不够，不易将滤料彻底清洗干净，往往一些较大的悬浮杂质颗粒和泥球残留在滤层中逐渐积累，使滤层起始水头损失增大，滤层截污能力下降，运行周期缩短，产水量下降；〈2〉若采用高强度水反冲洗，又会造成滤料严重流失，承托层移动，同时过高的反冲洗强度反会降低滤料颗粒间碰撞、摩擦作用；〈3〉滤层中出现泥球后，在设计反冲洗强度下冲洗效果不佳，且延长冲洗时间，泥球更趋严重，增加了反冲洗水耗，形成恶性循环；〈4〉反冲洗需要一定的G值，水反冲洗产生的G值低，为300～400S-1，是一种弱反冲洗方式；〈5〉滤池反冲洗强度与滤料粒径的平方成正比，对于国内外广泛采用的粗颗粒匀质滤料滤池，为保证反冲洗效果，需要较高的反冲洗强度，又易造成滤料流失。 　　二、气水反冲洗的优缺点 　　从实际运行来看，气水反冲洗技术与单纯水冲洗方相比，具有八个主要优点：〈1〉反冲洗效果好，滤料含泥量减少18%，滤层截污能力提高100%左右，过滤周期延长60%～70%，初期滤速与终期滤速都有增长，过滤水头损失也有下降；〈2〉较好地消除了滤层泥球现象，延长了过滤周期；〈3〉节省反冲洗耗水量60%～70%，节约水资源效果明显，减少水反冲洗设备的规模；〈4〉空气增强了滤料的剪切和摩擦作用，在较小的反冲洗强度下，即可达到＞550S-1的G值可保证冲洗效果，且能量利用率高；〈5〉由于空气的比重是水比重的1/900～1/750，故气水反冲洗能量低，可节省运行费用；〈6〉因水反冲洗强度降低，不易产生滤料流失现象，滤层仅有微膨胀，奎山水厂V型滤池水反冲洗强度仅4L/s.m2，气洗强度为15L/ s.m2；〈7〉提高滤料的使用寿命，减少了滤料层补沙、换沙费用；〈8〉适用于粗粒、匀质滤料滤池，以保证冲洗效果和充分利用滤床截污容量。 　　但气水反冲洗方式也存在两个缺点：〈1〉增加了供气设备，提高了基建投资和设备为维修工作量；〈2〉反冲洗操作复杂，为方便操作和避免误操作，气、水反冲洗滤池宜采用自动控制系统。 　　三、气、水反冲洗的基本原理 　　气水反冲洗是在水反冲洗之前或同时将空气由滤料层下部通入，使黏附在滤料层中的污物分离，再用低速水漂洗，排出废水。 　　单独用空气反冲洗时，滤层不膨胀，滤层吸附杂质的去除，靠气泡上升时对滤料颗粒产生的剪切、摩擦作用和因气泡通过滤层某处后的空缺由周围滤料颗粒填充而加强的滤料颗粒间碰撞、摩擦作用；气泡在上升过程中对滤层扰动作用逐渐增大，对截污量较大的表层滤料扰动尤大。次阶段截留在滤层中的杂质从滤料颗粒上脱落。 　　气水同时反冲洗，滤料微膨胀，污泥从滤料颗粒上脱落是水流剪切、摩擦作用、空气剪切、摩擦作用和滤料间碰撞、摩擦作用综合作用的结果。与单独水反冲洗方式相比，由于增加了空气对滤料的剪切、摩擦作用，同时空气的加入又强化了水流剪切、摩擦作用和滤料颗粒间碰撞、摩擦作用，故在较小的水反冲洗强度下即可达到大于550S-1的G值。冲洗效果优于单独气洗阶段。次阶段杂质从滤料中去除。 　　气水反冲洗最后一个阶段是水漂洗阶段，其作用为：首先，将从滤层中去除的杂质排出，用清水层置换废水层；其次，将残留在滤层中的空气排出。 　　四、气、水反冲洗的运行方式 　　气水反冲洗有三种运行方式。第一种方式为：先单独气洗，后单独水洗；第二种方式为：先气水同时冲洗，后单独水洗；第三种方式为：先单独气洗，然后气水同时反冲洗，最后水漂洗，即AQUAZUR V型滤池的反冲洗运行方式。 　　目前国内普遍采用的是第一种运行方式。但国内外及奎山水厂的运行实践表明：冲洗效果最好的是第三种运行方式。次种运行方式的采用已成为滤池气水反冲洗技术发展的一种趋势。 　　五、反冲洗强度和冲洗时间 　　反冲洗强度和冲洗时间是滤池反冲洗系统的重要设计参数。根据奎山水厂调试过程中对滤池反冲洗系统各运行参数对比实验经验，空气冲洗强度宜采取13～17L/ s.m2，气冲洗时间2～4min；水反冲洗强度不宜过大，以免滤料流失，水冲洗强度宜取3～8 L/ s.m2，气水混合反冲洗时间宜为3～6min，单独水反冲洗时间宜取6～8min。 　　六、供气系统 　　气水反冲洗滤池除设置常规水反冲洗供水系统（如反冲洗水泵）外，还须设置反冲洗供气系统。气水反冲洗滤池供气系统有空压机和鼓风机两类，奎山水厂滤池采用鼓风机供气。 　　奎山水厂采用两台鼓风机，一用一备。 　　鼓风机的空气量按下式计算： Q=（l.lq.F）/n 式中：Q——鼓风机空气量； L——空气冲洗强度（L/ s.m2）； F——单格滤池面积（m2）； n——鼓风机工作台数（台）； 鼓风机出口压力一般为0.13～0.15Mpa,需根据配气管道口径长度和滤层厚度等进行计算确定。 　　鼓风机噪音较大，鼓风机房必须考虑防震消音措施。鼓风机应尽量与反冲洗泵设置一处。鼓风机须设与其进风管相连接的启动式空气回流管道。 　　空气管道应采用钢管，应密闭不漏气、不漏水，流速为10m/s左右，应设排水阀。整个系统应设置安全阀。 　　七、配水配气系统 　　配水、配气系统除在正常过滤时均匀集水外的另一个主要作用是：在整个滤池面积上均匀分配反冲洗水和气。气水反冲洗系统的配水配气系统有水气合用的大阻力管式系统、水气分开的两套管式大阻力配水系统、小阻力长柄滤头系统三种。第一、二种方式布气布水均匀性不及第三种方式好。第一种方式不能气水同时反冲洗；第二种方式虽能气水同时反冲洗，但造价较大。第三种方式既能气水同时反冲洗，在清水管廊内形成一层气垫，配水配气均匀性好，是较好的配水配气方式。奎山水厂的AQUAZUR V型滤池即采用第三种配水配气方式。 　　长柄滤头的配置既满足均匀布气、布水的要求，有方便施工，且不影响滤板钢筋布置。滤头缝隙总面积占单格滤池面积的0.9%～1.25%，安装密度为50～60只/m2。长柄滤头拧在钢筋混凝土滤板上。奎山水厂共用4158只长柄滤头，Dg20长柄滤头共有36条缝隙，缝隙面积为2.88 cm2，单格滤池面积77/m2，安装密度为54只/m2，开孔率1.55%。 　　长柄滤头配气配水系统安装应注意：〈1〉滤板平面必须水平，各点高度误差不得超过+2mm；〈2〉滤板间沥青玛蹄脂填充物必须满足气密性要求，不可漏气、漏水、漏沙；〈3〉滤头安装位置准确，其缝隙宽度小于滤料颗粒最小粒径。 　　八、自动控制 　　气水反冲洗设备较多，反冲洗操作复杂，宜采用自动控制系统，以方便操作。奎山水厂全厂自动控制系统由1台装在公司调度室的COMPAQ PCｘ86计算机和2台安装在水厂中控室的COMPAQ PCｘ86计算机以及5台可编程控制器（PLC）组成。滤池有1台公共清洗PLC和5台滤池PLC。5台滤池PLC通过Telway网络与公共清洗PLC相联，公共清洗PLC通过MOD.bus与中控室PC相联，中控室PC通过无线通讯系统与公司调度室PC相联，完成层层监控。公共清洗PLC负责反冲洗水泵、鼓风机等反冲洗设备的监控，滤池PLC负责各滤池运行及反冲洗的监控，而上位机负责管理，即数据的显示、打印和保存。 　　滤池运行及反冲洗。可由PLC系统自动控制，也可由现场XBT（人工智能接口）控制。 　　PLC系统可显示滤池阀门故障、资源（水、气、电）故障、调节故障（水位传感器和阀门调节器等）三类故障，并报警，且传至中控室。 　　当滤池运行状况满足以下条件之一时，滤池开始自动反冲洗：〈1〉滤池清水出口阀完全开启，滤池水位超过1.65m。〈2〉当出水压力低0.1bar。〈3〉前一次反冲洗结束24小时后。〈4〉由上位机发出指令。反冲洗优先级，首先是XBT上人工清洗请求，其次是水头损失值，再次是过滤时间。