某水厂翻板滤池工艺的设计

刘奕

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

某水厂翻板滤池工艺的设计

刘奕

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

结合某水厂翻板滤池工艺的设计实践,从滤池构造、工艺特点、核心设备、工作原理、设计参数以及运行和控制流程等方面,对翻板滤池设计的主要环节作了系统而全面的介绍,并对该工艺的应用范围进行了总结。

翻板滤池；翻板阀；布水布气系统；运行与控制

翻板滤池源于瑞士苏尔寿公司的研究成果,因其反冲洗排水阀板在0～90°范围内来回翻转而得名。翻板滤池具有构造简单、施工方便、滤料选择灵活、截污量大、过滤效果好、反冲洗后滤料洁净度高且不跑料、省水等诸多优点，在国外较多的水厂得到了广泛应用。近年来，该工艺在国内也逐渐普及,其在乐平润泉水厂的应用取得了较好的效果。本文结合该项目翻板滤池的设计实践对该工艺的几个核心环节进行介绍。

1 工程概况

乐平润泉水厂位于吴乐公路北面叶家坞的东北侧,总设计规模10×104m3/d。其中一期供水规模5× 104m3/d，于2010年投产,水源取自共产主义水库,原水输水距离33.7 km，净水工艺为：原水→取水泵房→管式混合器→网格反应池→平流沉淀池→翻板滤池→清水池→送水泵房→用户[1-2]。

2 滤池构造及工艺特点

翻板滤池主要构造见图1[3]。

图1 翻板滤池主要构造

翻板滤池的主要工艺特点如下：

1)采用闭池反冲洗,冲洗过程中不排水,一个冲洗阶段完成后,静置沉淀20～30 s之后再排水,冲洗过程与排水过程分开,有效避免了滤料流失的问题。

2)反冲洗采用三段气水反冲+单独水冲的冲洗方式,其中单独水冲采用高强度［14～16 L/(m2·s）］、全流化(膨胀率15%～25%)冲洗,冲洗后滤料洁净度高。

3)采用横向配水配气管和竖向配水配气管结合的方式，在配水配气总渠和横向配水配气管中形成上下两个气垫层,既保证了布气、布水的均匀性,又可以避免气、水分配出现脉冲现象从而影响反冲效果。

4)由于其闭池反冲洗的特点,可根据滤池进水水质与出水水质要求的不同,自由选择单层均质滤料或双层、多层滤料,亦可更改滤层中的滤料。一般单层均质滤料采用石英砂或陶粒,双层滤料为无烟煤和石英砂或陶粒和石英砂。当滤池进水水质差,亦可用颗粒活性炭置换无烟煤等滤料。

3 核心设备及工作原理

3.1 翻板阀

翻板阀及控制系统主要由阀框、阀板、推拉杆、转动方管、与池壁固定件、主动力杆和气缸驱动装置等组成。翻板阀阀框嵌入滤池壁的预留孔中,通常每套翻板阀包括两套阀板，由一套气缸驱动装置驱动,构造详见图2。

图2 翻板阀构造示意

在翻板滤池的反冲洗过程中,阀板可在0～90°范围内来回翻转。滤池反冲洗时,先关进水阀门,然后按气冲、气水合冲、水冲3个阶段先后进行，当最后一步水冲洗完成，静置20～30 s，待滤料沉降后再逐步开启翻板阀(开启过程见图3),从而保证滤料不至于通过翻板阀排水而流失,同时滤池中的微细污泥颗粒仍呈悬浮状态,不会发生沉淀，随水流一起排出。冲洗过程与排水过程分开,有效避免了滤料流失的问题。

图3 翻板阀开启方式示意

3.2 布水布气系统

布水布气系统主要由配水配气竖管(以下简称“竖向管”，由配水竖向管和配气竖向管组合而成）、配水配气横管(以下简称“横向管”)以及其它安装配件(如定位钢板和托板等)组成,详见图4。

图4 布水布气系统构造

布水布气系统采用中小阻力配水结构和大阻力配气结构，不仅对过滤进水分配和滤后水收集都能起到均匀分配的作用，更重要的是在反冲洗过程中能均匀地分配反冲洗进水和反冲洗进气。

滤池的气水联合反冲洗过程按气冲、气水合冲、水冲3个阶段先后进行，其中单独气反冲洗和单独水反冲洗的气或水先经竖向管初步分配到每个横向管之后，再由横向管的圆孔均匀地分配并进入滤料。在气水联合反冲洗过程中，气和水同时进入配水配气总渠，由竖向管进行初次配水配气：反冲洗气体由配气竖向管的气孔进入横向管，其中进气孔还有调节空气层高度的作用，而反冲洗水由配水竖向管进入横向管，这样在配水配气总渠中形成第一个均匀的空气层。进入横向管中的气和水实现二次均匀分配：气体通过横向管顶部排气孔和中部布气孔进行均匀分配，其中中部布气孔还可以调节空气层的高度,反冲洗水进入横向管的下部，在横向管中形成第二个均匀的空气层(详见图5)。

图5 双层布水布气效果示意

采用布水布气系统后，在滤池配水配气系统中形成了上、下两个均匀的气垫层,保证了布水、布气的均匀性,避免气水分配出现脉冲现象,有效提高了反冲洗的质量。

4 主要设计参数

4.1 主体设计[4-5]

润泉水厂一期工程供水规模5×104m3/d,翻板滤池分4格,单格平面尺寸L×B=11.6 m×6 m，面积69.6 m2,总面积278.4 m2,正常滤速8.08 m/h,强制滤速10.77 m/h,为恒水位等速过滤,进水采用气动闸门,出水采用气动调节蝶阀。

滤料采用无烟煤—石英砂双层滤料，总厚度1.2 m,上层无烟煤粒径 1.4～2.5 mm,不均匀系数 K＜1.7,厚度为0.5 m;下层石英砂粒径 0.7～1.2 mm,不均匀系数K＜1.6,厚度为0.7 m。承托层厚度0.45 m,按粒径不同分为3层。滤层上部最大水深1.9 m,按反冲洗最大蓄水量确定;进水系统跌落差0.2 m,进水总渠板顶超高0.5 m,滤池主体部分总净高4.25 m。

4.2 反冲洗系统设计

滤池采用气水反冲洗，按过滤水头或时间控制。反冲洗流程一般为“气冲—气水同时冲—水冲 +重复水冲”。其中气冲强度16.7 L/(m2·s),气水合冲时水冲强度3.5 L/(m2·s），单水冲强度14 L/(m2·s）。

反冲洗进水和进气采用气动蝶阀,排水采用气动翻板阀。单格滤池宽度6 m,每格滤池配备一套2× 2 400×150型翻板阀，每套含两组翻板，每组翻板开孔尺寸L×H=2 400 mm×150 mm，共用一组连杆和气动启闭装置,气动装置设于排水槽上方。

反冲洗布水布气系统采用横向管和竖向管相结合的配水系统。单格滤池配水配气总渠尺寸L×B= 11.6 m×1.5 m，根据管道流速及布置间距要求,设置配水配气竖管100根,单根竖管中配水管口径80 mm,配气管口径30 mm，反冲洗竖向配水管设计流速为1.99 m/s,配气管设计流速为16.5 m/s;单格滤池平面尺寸L×B=11.6 m×6.0 m，按孔口流速及布置间距要求,设置配水配气横管100根,单根横管设配水孔38个,口径17 mm,Φ3.5 mm配气孔78个,Φ1.5 mm配气孔19个，反冲洗配水配气横管水孔设计流速为1.16 m/s，气孔设计流速为14.88 m/s。

5 滤池的运行与控制

5.1 滤池的过滤流程与控制

1)自沉淀池来水由总进水渠经闸板阀进入每个滤池的配水渠，然后通过溢流堰进入滤池开始过滤,过滤后的水经出水管送至清水池。

2)每组滤池在恒定液位下连续工作，通过滤池中液位计的信号与设定值的比较，出水调节阀可自动调整其开启程度，使滤池整个系统水头损失恒定，从而保持滤池中的水位恒定，滤速恒定。

5.2 滤池启动反冲洗的控制条件

当滤池运行工况满足以下4项中任意1项时,启动反冲洗程序：1)单格滤池出水调节阀至全开状态(即滤层水头损失达到设定值,一般为2.0 m）。2)连续运行时间超过 48 h(可调)而尚未进行冲洗的单格滤池。3)池内水位超过最高控制水位20 mm以上。4)人工强制顺序或单格冲洗。

5.3 滤池反冲洗的工作流程

滤池反冲洗运行与控制流程如下：1)当水头损失达到设定值时(一般为2.0 m),关闭进水阀门,滤池继续过滤。2)待池中水面降至近滤料层时,关闭出水阀门。3)开启鼓风机和反冲洗进气阀门,松动滤料层,摩擦滤料的被截污物,强度约为16.7 L/(m2·s),历时3min。4)开启反冲洗水泵和反冲洗进水阀门，此时气冲强度仍约为16.7 L/（m2·s），水冲强度为3.5 L/(m2·s）,历时5 min。5)关闭鼓风机和反冲洗进气阀门,增加反冲洗水泵开启台数,使水冲强度达到14 L/(m2·s),历时1 min。6)关闭反冲洗水泵和反冲洗进水阀门,此时池中水位约达最高运行水位。7)静置20～30 s后开启翻板阀,先开50%开启度,然后开100%开启度进行排水,一般在60～80 s内排完滤池中的反冲洗水,关闭翻板阀。8)重复单独水反冲,强度不变,历时2 min。9)关闭反冲洗水泵和反冲洗进水阀,静置20～30 s后开启翻板阀,排放反冲洗水(一般通过2次反冲洗后,滤料中含污率低于0.1 kg/m3,并且附着在滤料上的小气泡也基本上被冲掉）。10)关闭翻板阀,开启反冲洗水泵将滤池水位提升至滤料顶面以上 0.6 m后停泵。11)开启进水阀门,待池中水位上升至设计水位时,开启出水阀门,进入新一轮过滤周期。

6 结语

乐平润泉水厂自投产以来,运行状况良好,翻板滤池出水水质稳定达标，反冲洗滤料洁净度高，不跑料,运行管理方便,获得了业主的充分肯定。相对于广泛使用的V型滤池,翻板滤池虽然具有诸多优点,但也存在设备投资和运行电耗偏高的缺点,在工艺选择时应有所权衡。

翻板滤池不仅适用于常规过滤工艺，还可应用于各类水厂的深度处理工程，由于其具有闭池冲洗、轻质滤料流失率低的特点,应用在活性炭滤池上优势非常明显。另外,对于现有水厂的改造项目,特别是采用虹吸滤池的老厂,由于其具有较深的池体结构，比较容易改造为翻板滤池,从而提高产水量和出水水质。

[1]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册:城镇给水[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]刘文君,施 周.公共供水技术手册:水质与水处理[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3]秦新民.净水厂两种典型滤池设计应用解析[J].有色冶金设计与研究,2013,34(6):92-95.

[4]CECS321-2012,翻板滤池设计规程[S].

[5]CECS 50:93,滤池气水反冲洗设计规程[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

刘 奕（1979—），男，高级工程师，主要从事给排水工程设计工作。