V型滤池工艺原理及在港东水厂的应用完善

技术论文V型滤池工艺原理及在港东水厂的应用完善[提要]本文重点介绍了武钢港东二水厂二期扩建V型滤池的工艺原理及在运行过程中系统的改进完善。

[关键词]V型滤池工艺系统改进完善V型滤池是新建、扩建的大中型水厂中采用最多、最先进的过滤工艺。

该型滤池在工艺技术上主要纳入了均质深层滤料，恒位恒载过滤，长柄滤头布水布气，气水三段式非膨胀或微膨胀反冲洗及伴随反冲洗全过程的表面扫洗等技术，再辅以先进的气动阀门、闸板及仪表、自控设备，具有反冲洗滤料再生彻底、截污深度大、过滤周期长、出水水质好、节水节能及自动化程度高等优点。

港东二水厂二期扩建采用了此型过滤工艺，自2001年8月投运以来，出水水质一直稳定在0.3NTU以内，运行状况良好。

通过近五年的运行管理，基于V型滤池的工艺原理，对工艺控制的一些关键环节也采取了改进完善措施，取得了较好的效果，使系统更为稳定、安全、高效。

现比照工艺原理作一简要总结。

一、V型滤池工艺1、V型滤池工艺流程及主要工艺设计参数滤池的过滤流程港东二水厂二期扩建V型滤池池型采用双排布置，共12格。

近期安装8格，处理能力10万m3/d。

远期12格，处理能力15万m3/d。

单格有效过滤面积70.07m2。

设计滤速7.87m/h，反冲洗时，其它滤池滤速8.92m/h（近期），8.5m/h（远期）。

其主要工艺参数见下表。

V型滤池主要工艺参数2、V型滤池工艺构造滤池的主要工艺构造由四部分组成：进水系统，过滤系统，反冲洗扫洗系统和排水系统。

（1）进水系统进水系统由进水口、进水堰、V型配水堰组成。

进水口有二个孔，大孔设手动闸板，小孔设气动闸板。

反冲时，调节手动闸板的开度，控制表面扫洗水量。

进水堰为可调式，用以平衡各滤池进水量。

V型配水堰使待滤水均匀进入滤池，且因其底部均布的小孔，可以均匀分配表面扫洗水量。

（2）过滤系统过滤系统由滤层、承托层、滤板滤头、清水槽、清水管、清水溢流堰组成。

滤层滤料采用有效粒径为0.95mm、K60=1.2的均质石英砂。

厚度1.0m，承托层粒径为2-4mm，厚度5mm。

由于采用均质滤料，使截留杂质得以逐层下移，充分利用滤层的截污能力，达到深层截污。

使滤层水头损失的增长速度减缓，工作周期延长。

滤板采用钢筋混凝土滤板。

滤头采用半球型长柄滤头，ABS工程塑料铸造，结构好，强度高，材质稳定。

其滤头缝宽0.25mm，缝长25mm，缝条数40条，滤头缝隙面积2.5cm2，开孔率1.35%。

能达到小阻力配水、大阻力配气，从而使配水配气均匀。

溢流堰克服滤料层在过滤后期可能产生的负水头，保障在合理的运行周期内使滤层保持正压，获得在整个运行周期内稳定合格的滤后水水质。

（3）反冲洗扫洗系统滤池采用长柄滤头配水配气系统并辅以表面扫洗。

配水配气系统由进气管、进水管、气水分配槽、配水配气室、气均衡孔、长柄滤头组成。

表面扫洗是在V型进水槽底部均布DN25表面扫洗进水孔，扫洗孔中心距尖顶排水堰顶以下0.1m，为潜射出流，反冲时V型槽水位高于尖顶堰0.55m，射流速度为2.03m/s，保障了扫洗效果。

气水反冲洗的均匀性非常重要，是V型滤池的关键。

气水分配槽进口端高度 1.50m（以滤池底板面为±0.000m），尾端高度与配水配气室高度相同，为0.75m。

槽两侧底部开150mm*100mm进水孔，流速控制在1.5m/s，槽两侧0.72m处，安装DN40进气管，流速控制在10m/s。

从而使气、水均匀地进入滤板下的配气配水室。

滤板底部托梁处设300mm*30mm气压均衡孔.,平衡托梁两侧的气垫层，滤板委托专业厂家制作安装，水平误差严格控制在±2mm以内。

表面扫洗孔和进气配气孔的安装标高误差严格控制在±2mm以内。

（4）排水系统排水系统由排水尖顶堰、排水槽、排水管、放空管、事故溢流堰组成。

此系统中最关键的是排水尖顶堰的堰顶各处标高误差必须控制在±2mm以内。

否则反冲洗水短流，影响反冲洗配水的均匀性。

3、过滤工艺自动控制V型滤池系统除手动进水闸板、反冲洗水泵吸水、出水阀门和风管上排风阀为电动阀门外，其它阀门、闸板均为气动，工作压力6bar。

冲洗泵房内设2台19MN－19D反冲洗水泵，每台水泵水量为1115m3/h，扬程8.5m，电机功率45kw。

鼓风机房设2台EH250型罗茨风机，每台风量4250 m3/h，风压0.4bar,电机功率75kw。

风机房内设2台LU510-7.5A螺杆空压机，为气动装置提供操作气源。

其风量42 m3/h，风压7bar，电机功率7.5kw。

另设两个1m3贮气罐,压力在6bar与7bar之间调节。

工艺要求通过PLC系统对各格滤池的气动进水闸板、清水调节阀、气冲阀、水冲阀、气动排水闸板、排气阀及风机、水泵、超声波液位计和差压变送器进行监控，以控制滤池的正常过滤和反冲洗，其中恒载恒位过滤的控制在现场单元进行，各滤池互不影响，上位机只采集相关数据。

只有在转入反冲洗阶段，上位机才对清水调节阀进行控制。

（1）正常过滤V型滤池是利用滤床上的水位和清水阀的开度来控制出水。

A、恒载过滤的实现滤池的进水口有两个，其中手动闸板控制的孔口，在反冲时，用以调节表面扫洗水量。

在过滤过程中，以手动闸板调节进水流量，使每格滤池进水堰上水头保持一致，从而实现恒载过滤。

B、恒位过滤的实现在V型滤池上方设置超声波液位计，监测砂面至水面的距离（设定基准水位为1.45m，滤池水位控制在基准水位±2cm以内）。

当滤池水位稍有变化，超声波液位计将接收到的信号传至现场单元的PLC，PLC接收信号后，与滤池设定的基准水位相比较，如信号与基准水位间的偏差超过2cm，通过PID调节，现场单元PLC即启动控制单元，开通清水调节阀上的二位五通电磁阀，使压缩空气进入气缸，推动活塞来调节清水调节阀至一定开度，控制滤池水位在基准水位规定的偏差范围内，从而基本实现恒位过滤。

（2）反冲洗V型滤池有两种反冲洗信号，即自动反冲洗信号和人工强制反冲洗信号。

自动反冲洗信号有三个指标：出水浊度上限值、滤层水头损失和设定的反冲洗周期。

只要有一个指标符合条件，就立即开始反冲洗。

人工强制反冲洗是根据生产运行中需要检修等原因而设置的。

若以出水浊度上限值为指标，势必每格滤池均需设置清水浊度仪，这样将使投资扩大。

因此，确定采用过滤周期、滤层水头损失和人工强制这三个指标作为反冲洗控制信号。

滤池自控程序见左图二、工艺系统完善改进措施自2001年8月投运以来，根据运行过程中出现的一些问题，采取了相应可行的完善措施。

1、过滤周期的调整V型滤池原设计周期为24小时。

运行以来，通过流量计，调节扩建工程的总进水阀门，将水量控制在4200m3/h，8格滤池运行，滤前水与滤后水均安装连续在线低浊仪。

当过滤周期设定为36h时，平均滤速为7.52m/h，滤前水浊度 2.2NTU-5.3NTU，滤后水浊度仅为0.09NTU-0.32NTU。

当过滤周期设定为48h时，滤后水浊度仅为0.09NTU-0.42NTU。

均低于设计的0.5NTU，且滤池的水头损失均在1.5m 以内，若按24小时周期，未充分发挥滤池过滤功能。

基于此，将过滤周期调整为48小时。

运行以来，出水水质一直稳定在0.5NTU 以内，节约了反冲洗过程中的能耗和水量。

2、清水总管（至清水池）上增设排气管在运行初期，所有滤池雍水严重，达不到设计处理水量。

通过观察分析，清水总管内积气严重，致使清水总管输水能力严重不足。

积气原因为反冲洗水池出水为一跌水堰，水在跌落过程中混合了大量的空气随水流一同进入清水总管，使清水总管中大量空气积聚，无法排除，形成气阻。

针对此情况，在清水总管最高点处设置了一根DN150排气管，消除了气阻的影响，使清水总管达到设计要求的输水能力，解决了难题。

3、消除单个滤池的气阻影响原设计在反冲洗完成后，排气时间为10秒。

但在实际运行中，滤池反冲洗后排气不彻底，造成滤池内形成气阻。

滤池滤水不畅，降低了滤池的处理负荷。

且由于在施工过程中，个别滤池滤板平整度不够，造成滤池也易形成气阻。

必须在现场单元人工干预，转至手动排气，再恢复到程控。

而这样PLC将重新计时，不利于对滤池的周期控制。

针对此，在程序中将排气时间设定为可调，一般设定为1分钟，再在滤池子站增设人工干预排气操作程序，不影响PLC计时，有效解决了此难题。

4、空气压缩系统的改进完善压缩空气是V型滤池过滤系统中各类气动阀门、闸板的操作动力源。

若空压系统出问题，将造成整个滤池系统运行的瘫痪。

在投运后，特别是冬季，气动阀门、闸板动作不灵敏，造成自控系统频频报警。

分析原因为武汉地区空气湿度大，而空压机出口温度较进口温度升高约400C，在后续操作气源管路和气缸中易达到露点凝结成液态水，增大了气缸活塞的摩擦阻力，阀门、闸板起闭的扭矩增大，致使动作不灵活，超时报警。

且输送压缩空气的管道是镀锌钢管，管路上还有大量的普通的铸铁闸阀，极易锈蚀，堵塞二位五通电磁阀的进口，使气动阀门、闸板不能动作。

针对此情况，我们采取了改进措施：①在贮气罐后增设了二台冷冻干燥机，去除压缩空气中的水蒸汽，使之为干燥的空气。

②将镀锌钢管更换为PN1.6的热水PP-R管，热熔焊接，其配套阀门更换为不锈钢球阀，降低压缩空气在输送过程中的二次污染，保证其洁净度，防止堵塞。

③在进入每一个阀门、闸板的气缸前，增设疏水分离器，进一步保障进入气缸的压缩空气为干燥、洁净的，保护气缸并保障运行的正常。

5、电机控制系统的完善反冲洗水泵及风机的配套电机原设计均为直接启动，在运行过程中发现，在启动的瞬间，对电网造成的波动较大，影响了自控系统的稳定性。

对此，在配套的电机上均增设了软启动装置，有效地消除了启动过程中对自控系统的影响，保障了自控系统的运行稳定性。