基于水厂运行管理经验反馈气水反冲洗滤池设计注意细节的探讨

郑全兴，张 建

(江苏长江水务股份有限公司，江苏扬州 225009)

气水反冲洗滤池因具有滤速大、运行周期长、节水、滤后水水质好、便于自动化管理等特点被广泛采用。扬州四水厂二期工程(10×104m3/d)、头桥水厂(40×104m3/d)、提标扩建的扬州第一水厂(40×104m3/d)、高邮湖西水厂(10×104m3/d)均采用了气水反冲洗滤池。本文对气水反冲洗滤池的设计联络、施工建设、调试及生产运行管理方面的经验和教训进行总结。

1 气水反冲洗滤池运行注意细节

1.1 扫洗乏力问题

V型槽扫洗效果与孔口标高有关[1]。2001年建设的扬州第四水厂二期滤池表面扫洗孔口低于排水槽堰顶150 mm(垂直距离)，再加上排水的雍水高度约50 mm，扫洗时发现水平推力与漂洗水面约有200 mm的高差，造成扫洗力不足而使反冲洗过程产生的浊液和泡沫黏附在池壁上，且扫洗孔的出水冲向流动水层的中部，把较小粒径的滤料冲向排水槽，长期冲洗造成滤料表面倾斜。结合此经验，在后续水厂建设工程中将扫洗孔标高提升比排水槽堰顶高20 mm，从运行情况看，滤料表面砂层水平，扫洗效果好，池壁干净，无黏附泡沫浊液。

1.2 出水浊度异常问题

扬州四水厂一、二期工程设计供水能力均为10×104m3/d，滤池均采用气水反冲洗。一期工程采用了普通快滤池，分为8格，对称布置，滤后水测量浊度只用了1台浊度仪，测量量程为0～1.0 NTU。二期工程采用了气水反冲洗滤池，分为8格，对称布置，每格滤池各安装了1台浊度仪，8台浊度仪均采用光度浊度仪，量程为0～1 000 mNTU。2014年，发现一期工程普通快滤池出水浊度升高，滤后水浊度由正常情况下的0.2～0.3 NTU升高为0.4～0.6 NTU，同时，在一期清水池入口处发现石英砂。由于白天需满负荷运行，滤池反冲洗一般安排在夜间低峰供水时，反冲洗效果难以观察，不能及时判断是哪格滤池出现异常，分析原因可能是某格滤池的滤头或滤板出现了问题。通过逐一掀起彩钢瓦盖板观察反冲洗效果，在排查到第三格滤池时发现，中央排水槽两侧的反冲洗强度不一样，两侧的砂面也不一样高，判断为这一格滤池出了问题，更换损坏的滤头后投入运行生产，一期工程滤池出水又恢复正常，滤后水浊度又恢复到0.2～0.3 NTU。结合此经验，后续水厂新建或扩建时，单格滤池都安装浊度仪，量程为0～1000 mNTU，既能反映每格滤池出水浊度的变化，又能及时发现异常。

1.3 滤后水外溢问题

在气水反冲洗滤池管廊下方，一般布置清水渠收集滤后水，滤后水通过溢流井进入清水渠，清水渠末端与清水池或深度处理构筑物连接。分析溢流井满溢，可能是由以下原因引起。(1)气堵原因，2002年扬州四水厂二期工程V型滤池试运行时溢流井外溢，滤后水通过溢流井翻过堰板流入清水渠，携带大量的空气，集聚的气体形成气堵，导致流水不畅，滤后水从溢流井外溢，后在清水渠首末端的顶板上开孔，安装了2根De110管道排放清水渠中的空气，溢流井外溢现象消除。(2)滤池后一构筑壅水原因，如2010年扬州头桥水厂一期工程V型滤池试运行时，溢流井外溢。在每个溢流井内安装了De110排气管，清水渠两端也安装了De110排气管，首先排除了气堵原因。验算溢流井外墙标高，与清水池顶板底标高相等，由于清水池最高水位不可能达到顶板底标高,理论上不会发生外溢现象，分析原因可能是清水池高水位运行以及滤后加氯管道混合器阻力引起的清水渠出水管道壅水，从而引起溢流井外溢。针对该原因，考虑到清水渠出水以后流入深度处理提升泵站时，延长连接管道，水流阻力更大，因此，把溢流井外墙加高了1.0 m，后没有发生过滤后水外溢现象。

1.4 滤池长藻问题

扬州第四水厂滤池建设时无遮光处理，夏季高温天气，滤池池壁及排水槽长满藻类(青苔)，且清洗不便。对此，水厂开始试用彩钢瓦遮光，发现藻类萎缩，一段时间后不用清洗即自然消失。

可能是扬州地处我国南方地区，水源中以蓝藻和绿藻为优势藻类，其生长的主要环境除受温度、营养盐、pH影响外，光照对藻类影响较大。万蕾等[2]通过不同的遮光方式，对藻类进行了试验，通过研究不同的遮光面积、遮光周期、遮光率与水体叶绿素a含量和藻密度的关系，探讨不同遮光方式对藻类生长的抑制作用。结果显示：遮光50%以上的试验桶内的叶绿素a含量和藻类密度相对不遮光减少50%以上；从9时-15时遮光，12 d内可以使叶绿素a浓度和藻类数量相对于不遮光减少70%以上；遮光率达到67%以上时，抑藻效果明显，第12 d时，叶绿素a含量和藻类密度相对不遮光减少50%以上，遮光是抑制藻类生长的有效措施之一。之后，扬州其他2座水厂扩建或新建时，气水反冲洗滤池的设计均考虑了遮光，采用钢筋混凝土封密，每格滤池留有天窗，天窗用移动不锈钢罩遮光，以后滤池池内没有生长藻类，方便了水厂管理。

1.5 滤后水水质提升的问题

本文研究了排放初滤水，提高滤后水水质的效果。扬州头桥水厂气水反冲洗滤池设计了排放初滤水，扬州第四水厂未设计，通过汇总近2年的运行情况分析排放初滤水对滤池运行效果的影响。由于2座水厂采用相同的常规工艺，都取用长江水源，取水口相距约50 km，中间没有大的水流汇入，原水水质几乎一样，具有一定的可比性。

(1)初滤水排放对滤后水浊度的影响

2座水厂气水反冲洗滤池都采用均质滤料，粒径为0.9～1.35 mm，K80<1.25滤层厚度为1.3 m，反冲洗强度和反冲洗时间设定程序一样，待滤水的浊度虽不一样，但相差不大，一般为0.8～3.0 NTU。2座水厂滤池的过滤速度和过滤周期不同，头桥水厂气水反冲洗滤池过滤速度为7.15 m/h,过滤周期为72 h；扬州第四水厂气水反冲洗滤池过滤速度为8.0 m/h，过滤周期为24 h。根据2018年生产报表两水厂出水浊度对比，头桥水厂滤后水浊度一般低于扬州第四水厂滤后水浊度，如图1所示。

图1 2018年两水厂滤池滤后水浊度对比Fig.1 Comparison of Filtered Water Turbidity in Waterworks in 2018

在进行2座水厂滤池对比探讨时，还发现2座水厂滤池石英砂含泥率不同，头桥水厂滤池石英砂含泥率为0.3%，而扬州第四水厂滤池石英砂含泥率为0.95%，两者相差约3倍，头桥水厂滤池含泥率低的原因，可能与初滤水排放有关系。初滤水排放平均速度为12 m/h，相当于对滤料石英砂反冲洗后再正向冲洗，冲洗方向不同，黏附在石英砂上的污泥被冲刷下来，头桥水厂石英砂含泥率低，可能是滤池出水浊度低于扬州第四水厂滤池出水的原因之一。

(2)初滤水排放速度对滤后水中颗粒物的影响

扬州头桥水厂气水反冲洗滤池每格单元都设2只DN200气动蝶阀排放初滤水，可快速启闭，同时打开2只DN200气动蝶阀设计排放15 min，如图2所示。2010年5月生产调试时发现：气水反冲洗滤池2只DN500进水阀门全打开正常进水，2只DN200气动蝶阀同时打开排放初滤水，滤料表面的水位很快下降，排放时间约7 min时，砂面上的水深约10～20 cm，有露砂的危险，生产时把初滤水排放时间调整为2 min，依据是此时初滤水的浊度一般小于0.3 NTU，砂面上的水位高过排水槽顶，不会发生露砂的安全生产事故，且节约水资源。随着自来水水质要求的不断提高，企业内部要求控制初滤水中的颗粒物及颗粒数。2017年，生产试验时，同时开启2只气动蝶阀与只开启1只气动蝶阀排放初滤水，进行了颗粒数的比较，从排放速度不同可看出初滤水水中的颗粒总数变化。因为滤池中的水位在不断变化，瞬时排放速度不容易计算，计算排放速度时，以单位时间排放的总水量计算平均排放速度，同时开启2只DN200气动蝶阀排放初滤水速度约为12.0 m/h，开启1只DN200气动蝶阀排放初滤水速度约为8.6 m/h。

图2 初滤水排放管Fig.2 Initial Filtration Water Discharge Pipe

图3 初滤水中颗粒物的对比Fig.3 Comparison of SS in Primary Filtration Water

由图3可知，初滤水开始外排时水中2～15 μm颗粒物均在3 400个/mL左右，同时开启2只DN200气动蝶阀，2 min后初滤水中颗粒物迅速降至370个/mL左右，降幅接近90%，5 min后颗粒物降至200个/mL左右并继续缓慢降低。开启1只DN200气动蝶阀排放初滤水，2 min前初滤水水中颗粒数相对偏小，而2 min后初滤水水中颗粒数为740个/mL左右，相对偏大，排放速度快时初滤水的颗粒物迅速下降。这可能是反冲洗过后，因滤料表面及其孔隙内的反冲洗残余水中存在残留杂质，排放初始阶段初滤水中颗粒数量较多，排放速度越快时初滤水的冲刷力越大，黏附在滤料上的颗粒物越容易被冲刷下来被排放的初滤水带出，所以排放速度快的初滤水水中夹带颗粒数量较多。2只DN200气动蝶阀同时开启初滤水排放5 min，可保证出厂水中2～5 μm颗粒物在40～100个/mL，满足企业内控指标要求，所以确定同时开启2只DN200气动蝶阀排放初滤水时间为5 min。

排放初滤水，并通过选择合适的阀门大小和数量确定适当的排放速度和排放时间，是提高滤后水水质的有效方法之一。

1.6 其他注意的问题

(1)进水总渠水位控制及排空。待滤水通过进水总渠进入气水反冲洗滤池，总渠的末端安装溢流管道或每格滤池安装溢流管道，用以控制总渠水位或滤池水位防止满溢；在总渠的端头安装放空管道，便于总渠的检修；气水反冲洗滤池下方检修人孔一般也作为单格滤池的放空管，人孔的内径为DN700，标高在施工时需注意，使内底标高与滤池底板相平，便于滤池下方的积水排空。

(2)滤池排气管道。应注意两个方面，一是接管位置，二是注意排气管管径。气水反冲洗滤池中间的排水渠分为上下两层，上层为排水渠，下层为气水分配室，渠道宽度一般为1.2 m，为了施工和检修的方便，往往在上下分层的隔板上，在斜坡靠近管廊的一侧留有人孔，用闷板密封。有的在闷板上焊接排气管，有的把排气管焊接在反冲洗气管上，位于控制气阀(蝶阀)的后方，便于气体的排出。排气管管径不能过小，早期气水反冲洗滤池的排气管管径为DN50，排气时会发生鸣叫声，技改时换为DN100，排气时鸣叫现象消除。同时，应注意排气管上的阀门具备“得电(气)关，失电(气)开”的特点。

(3)V型槽材料宜采用不锈钢，V型槽制作时可以保证扫洗孔的孔口中心标高在同一水平面上，滤池施工滤壁浇筑预埋钢板，不锈钢V型槽焊接在预埋的钢板上，便于调节扫洗孔与排水渠堰顶的高差。V型槽加工时，扫洗口两边包覆不锈钢钢板，便于V型槽的清洗。

(4)反冲洗风机最好采用变频，便于调节反冲洗强度，防止跑砂，还能兼顾反冲洗效果。

2 结语

经过多年的实践经验，总结认为在气水反冲洗滤池施工前，应跟设计人员反复交流，充分沟通掌握的管理经验，使滤池的设计更为完善，并使气水反冲洗滤池在运行中更加方便管理。