V型滤池在夹江青衣水厂的运行与管理探讨

刘 斌，周伏虎，赵 伟

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 引言

V型滤池是快型滤池的一种，特点是能够以恒定的水位进行过滤，是法国的Degremont公司研究开发设计的一种快滤池，因滤池的进水槽形状呈现V字形状而得名。V型滤池优化了过滤的工艺形式，同时联合自动化控制对滤池实现自动反冲洗。经过结合气洗、水洗的不同冲洗组合使滤层滤料呈现不同的膨胀效果，再通过滤层的表面冲洗，显著提高滤池的反冲洗能力，增加滤料反冲洗的清洁度，提高滤池的过滤以及滤料反洗再生能力。同时，可提升V型滤池的截污能力及效果，可有效降低对滤池反冲洗的频率。通过更高的过滤速度，延长了滤池的运行周期，提升了滤池的反冲洗能力，实现了科学的自动化管理[1]，最终保证了V型滤池过滤水的水质更好。目前在我国已得到充分应用，特别是在新建的大、中型自来水厂以及改扩建的自来水厂中。

夹江青衣水厂是夹江县新建的水厂，引进了V型滤池净水工艺，保证了水厂自动化程度以及净水生产效率。同时也根据实际情况通过对具体运行细节上的调整使得运行更加高效与稳定，从而保证水厂安全稳定地生产。

2 V型滤池的特点

V型滤池是一种气水反冲洗快滤池，与单纯的水反冲洗方式相比，它的主要特点是：

(1)采用粗粒、均质单层石英砂滤料，有效粒径约0.9mm～1.35mm，能使矾花更深地渗入过滤介质，从而增大对污物的滞留能力，可使滤池冲洗效果得到有效保证，充分利用滤料排污容量，使滤后水的水质好。

(2)通过气水联合反冲洗可较好地消除滤料表层、里层泥团，截污能力强，过滤周期长，反冲洗水量小等特点，可节约40%～60%的反冲洗水量，降低水厂自耗水滤量，降低运营成本。

(3)反冲洗时滤层仅为微膨胀，可有效降低滤料流失走砂，提高滤料的使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用，节约运行成本。

(4)在气水反冲洗的同时，始终保持一定强度的横向表面扫洗，将常规反冲洗的杂质更好地去除，保证冲洗效果，有效节省冲洗水量。

(5)砂层以上的水深(1m或1.2m以上)可保持一个恒定的压力，避免释放溶解气体，保证滤池稳定高效运营。

(6)通过合理设计配水渠，在每格滤池进口中获得均匀的进水，可不必对每格滤池进行单独的流量监测；通过自控调节系统可维持滤池液面恒定，当水厂流量变化时，不需额外人工进行调整；通过气、水反冲，使得气泡激烈喘动，可对污物进行一定程度冲击，提高对滤料表层的污物的剥落能力，间接提升滤料的截污能力；进行反冲洗时，待滤水通过与反冲洗排水槽对应的两个V型槽底部的小孔进入滤池，通过横向的表面冲洗，把滤池滤料冲洗下来的污物及杂质推向排水槽；通过滤池的表面扫洗，还可加强水洗时的冲洗效率，节约正常反冲洗水量。

3 青衣水厂V型滤池运行过程及设计参数

滤池作为水厂净水处理工艺的核心环节，是整个水厂安全稳定运行的关键。特别是对于V型滤池，从工艺设计、施工精度、自动化程度和后续管理维护都提出了更高的要求，任何一个环节出现偏差都会影响运行效果。本文结合夹江青衣水厂一期V型滤池运行情况与实际管理提出一些看法和建议。

3.1 夹江青衣水厂V型滤池工艺概况

夹江青衣水厂一期规模5万t/d，于2019年7月建成，2020年1月正式运行。水源为夹江青衣江水，净水工艺为常规反应、沉淀、过滤、消毒工艺(如图1)。滤池采用气水反冲洗V型滤池，共1座，分4格。正式运行以来，因进水水质相对稳定，滤池运行基本稳定。

图1 水厂工艺流程

3.2 V型滤池运行过程

V型滤池运行过程如下。

3.2.1 进水

进水通过前端絮凝沉淀后被引入过滤单元，进入配水渠，在滤池之间进行均匀配水，再通过自动闸板的起闭实现各滤池有序的、无任何手动干扰的、均匀的分配进水。

3.2.2 过滤

滤水通过气动阀门时，经滤池的堰口及滤池两侧孔进入V型水槽，通过槽底部扫洗孔和V型堰进入滤池。待滤水通过滤层滤料均匀过滤后，经长柄滤头进入V滤池底部，通过管渠、出水阀门等流入滤后水池。同时利用滤后出水阀门的自动调节，保证滤池水位的恒定运行，从而保证滤池的恒速过滤。

3.2.3 反冲洗

滤水通过上位机手动设定滤池的运行液位后，其余步骤再通过PLC自行完成反冲洗。反冲洗前，先关闭进水阀门，打开出水阀门，同时让滤池的水位降至反冲洗设定的液位。待滤池液位达到设定液位后，关闭出水阀门，开启反冲洗排水阀，关闭滤池排气阀门[2]。整个反冲洗过程采用“气洗-气水联合洗-水洗”3个步骤。具体流程如下：

(1)气洗：打开气洗阀，开启鼓风机，空气通过专用配气管道进入池底部，经长柄滤头分散至滤料层，将滤料表层的截留物等杂质冲洗下来使其悬浮于水中，即可被表面扫洗水冲刷至滤池排水槽。

(2)气水联合洗：在气洗的同时开启1台反冲洗水泵，打开反冲洗阀门和部分进水阀门，开始气水联合洗及表面扫洗。通过气和水的联合进一步剥落滤料表层的杂质，使得杂质污物与滤层得以分离，同时结合表面扫洗，利用水的横向流动及时将带有杂质的污水排入滤池排水槽。

(3)水洗：关闭鼓风机和气洗阀，再开启另一台反冲洗水泵，通过上位机流量设定增加一定的反冲洗水量，对滤料实现加强水洗，彻底冲刷清洗滤料表面杂质，同时表面扫洗仍继续，将冲洗杂质排入排水槽。

待水洗时间结束，关闭反冲洗水泵及反冲洗阀门，同时关闭排水阀，打开排气阀及进水阀，待滤池液位升至设定液位后开启出水阀，回归正常过滤步骤[3]。

3.3 V型滤池设计参数

夹江青衣水厂一期处理能力5万t/d，滤池分4格，单排布置，管廊布置在中间，反冲洗泵房布置在侧面。

单格滤池过滤面积为86.4m2，设计滤速6.3m/h，校核强制滤速8.4m/h，滤池过滤时根据池内水面由滤后水管上控流蝶阀自动调流进行恒水位过滤；滤料层为单层均匀滤料：石英海砂d10=0.8mm～1.0mm，K80<1.4，厚1.3m；承托层用砾石，厚120mm，粒径2mm～8mm。每平方米滤板安装36个滤头。

3.4 滤池气水反冲洗设计参数

气冲系统设置密集型罗茨鼓风机3台(2用1备)，性能参数为：Q=40.5m3/min，P=0.49bar，电机功率P=55kW；水冲系统设置卧式离心泵3台(2用1备)，Q=850m3/h，H=12m，电机功率P=45kW，水泵采用自灌式启动。

4 V型滤池实际运行存在的问题及优化

4.1 V型滤池实际运行存在的问题

该水厂源水取自于青衣江，源水水质基本符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅱ类标准。源水浊度常规优良，水质较为清澈，浊度通常稳定在100NTU以下。运行总体情况较好，滤前沉淀水浊度一般控制在3NTU～5NTU，滤后水浊度一般在0.3NTU以下，运行周期在40h～60h之间。

在运行过程中也存在以下问题：

(1)在汛期6-9月份，因暴雨或连续大雨造成泥沙量较大，浊度较高，初始运行采用经验设计进行控制和调整。

(2)滤池排水出口处有不少滤砂，滤池在冬季存在出水浊度尖峰冲高现象，滤池扫洗进水孔未装阀门而产生不便等。

4.2 V型滤池运行控制的优化

针对滤池排水出口处有不少滤砂问题，其原因可能是因为反冲洗强度过大而造成滤池跑砂。为解决该问题，我们将原有反冲洗参数与过程进行了分析和校核，在保证滤后水质达标和减少水耗、电耗的前提下，找出滤池运行的最佳参数。

4.2.1 原有反冲洗参数

反冲洗采用全自动方式，冲洗参数如下：

(1)排水2min；

(2)1台鼓风机气冲2min；

(3)2台鼓风机与1台反冲水泵同时冲洗5min；

(4)2台反冲水泵冲洗5min；

(5)排水2min，结束整个反冲过程。

4.2.2 反冲洗强度复核

反冲洗水泵出水总管上流量仪监测准确，而鼓风机出气总管上的孔板流量仪受条件约束监测数据精确不高，所以本次复核中只对水冲强度进行了测量。具体为：选择一组滤池进行反冲洗，记录下单台水泵和两台水泵冲洗时的冲洗水量、冲洗时间，计算出冲洗强度如表1。

表1 冲洗强度计算

经计算测得目前气水混合冲洗时的水冲强度为5.89L/s·m2，对照规范，气水混合冲洗时水冲强度偏大，而气水混合冲洗时开启一台水泵的水冲强度是符合规范要求的[5]。

4.2.3 反冲洗工艺调整及成果分析

针对水冲强度复核的结果，将反冲洗程序进行了调整，调整前后参数对比如表2。

表2 调整前后参数对比

调整前后分别对反冲洗结束时池面水浊度进行了测量，测量结果指标差距不明显，表明在水冲强度减小情况下，并不会影响冲洗效果，同时也在一定程度上减少了滤池的跑砂量。

4.3 滤池出水浊度存在尖峰冲高现象解决

4.3.1 现象描述

在日常运行过程中，进入冬季后，一旦泵房增开水泵，滤池出水浊度有尖峰冲高现象。滤后水浊度甚至会超过1.0NTU，严重影响了出水水质。

4.3.2 问题分析

为解决该特殊气候条件下出现的问题，经过详细的调查，初步分析原因主要有：

(1)流量突变：一泵房早晨增开水泵时，滤池进水流量突然增加约两倍，导致滤速陡然增加，使得运行中后期的滤池滤层中靠近底层的杂质被带出进入清水管，造成滤后水浊度尖峰升高，随着流量逐渐平稳后，滤池也逐渐适应来水，出水浊度趋于平稳。

(2)水温影响：冬季水温较低，往往是低温低浊同时出现，造成在沉淀环节难于处理。经现场观察，出现问题的这段时间内沉淀池一直有跑矾花现象，细小的矾花进入滤池后增加了滤池的负担，在流量突变时往往使得出水浊度波动。

(3)其他因素的排查：例如仪表准确性、滤池含污量、滤层跑砂情况等，最后判定并非主因。

4.3.3 采取的措施及调整效果

针对以上初步分析的原因，生产调度中采取了以下措施：

(1)一泵房增开水泵时，使用变频泵，低频率开车，然后逐步提高频率，使得一泵房流量有一个逐渐增大的过程，减少流量对滤池的冲击。

(2)加强沉淀工艺，提高沉淀出水水质，减少滤池的处理负荷，解决水质低温低浊现象。例如：一泵房开车前提前加矾、适当增加PAC投加量、延长集水槽等办法改善出水条件。

(3)将滤池过滤周期缩短到40h～50h，保证其运行中后期的抗冲击能力；同时，尝试停用两个池子，在一泵房开车时再启用，减少来水流量增加对滤速的影响。

在采取以上措施后，滤池在一泵房增开水泵时基本不会出现出水浊度升高现象。

4.4 对V型滤池设计的优化

滤池扫洗进水孔加装阀门。V型滤池的进水设有两个进水孔口，滤池进水孔口及表面扫洗水进水孔口。通常设计滤池进水孔口均配有进水阀门，表面扫洗进水孔口未设置阀门，在滤池进行反冲洗时，设定的是滤池进水阀门关闭，水由表面扫洗水进水孔口进入滤池，是按照V型滤池的设计原理设计的[4]。在运行现场，若某单格滤池需要放空检修或进行池体清洗消毒时，此时就需将表面扫洗水进水孔口进行封堵，按照惯例均通过人工利用插板来进行封堵，但封堵效果不佳。经分析改造，在表面扫洗水进水孔口加装了方闸板阀，彻底解决了封堵不佳的问题。增加了方闸板阀，但此闸门开关次数少，因此需特别注意对此闸门进行定期维护保养。

5 结论及建议

(1)在保证适当的气和水冲洗强度外，合理地控制设备开启台数及其冲洗时间，达到提升冲洗效果。

(2)根据不同季节的水温水量合理控制反冲洗泵的开启顺序，对反冲洗的流量做柔化控制利于减少对滤池的冲击，保证滤池的稳定运行及滤后水的良好出水水质。

(3)在不影响配水均匀情况下，适当调整排水槽(H槽)堰顶标高，以减少滤料层上的水层深度以及减少冲洗槽之间的距离，可适当缩短漂洗时间，减少冲洗水的耗水量。

(4)可根据实际情况在滤池进水孔加装阀门以便于滤池检修和维护，保持整个系统的稳定，同时需要加强对阀门的维护和保养。

(5)加强对滤池的在线仪表的监测管理，及时清洗探头，定期检查校准在线仪表，对于滤池的日常运行管理至关重要。

(6)V型滤池的日常管理维护过程中，需不断总结经验和改进。如在周期性设备保养过程中，加强对风机、水泵、仪器仪表的跟踪检查；坚持对滤池的滤砂进行抽样检查；对水管、风管的流量压力检测等。

在青衣水厂V型滤池运行和管理过程中，不断发现问题并找出解决措施。通过调整优化V型滤池的运行控制及保养周期，维持良好的滤池运行工况保证出水水质，同时做到节能降耗，使得V型滤池的应用更加成熟。