氣水反沖洗的V型濾池
一、摘要
廈門水務集團有限公司在高殿水廠擴建二期工程引進了在技術、經濟上均處于國際領先地位的法國DEREMONT水務處理公司獨有專利的AQUAZUR V型濾池。V型濾池在工藝技術上主要納入了均粒濾料、氣水沖洗、恒位恒載運行等技術措施，并運用簡易可靠的監(jiān)控技術手段，使之成為適用于大、中型凈水廠優(yōu)化運行的一種新型濾池。高殿水廠經97年投產運行至今，即使濾前水濁度達到 5 NTU的情況下，濾后水濁度均低于0.05 NTU，濁度去除率可達 98%以上。運行結果表明：與其它類型濾池相比，V型濾池具有無可比擬的優(yōu)越性。
二 基本工藝流程
V型濾池運行過程分為過濾周期及反沖洗周期兩部分，互相交替進行。過濾周期進行時，沉清水由V型濾池兩側的總配水渠通過可調進水堰進入各個單池，經各濾池恒速過濾后，出水匯集于中央管廊下的總干渠，再經出水堰后進入清水池。由于V型濾池采用恒載恒位運行，達到各單元池負荷一致，整個周期恒速運行，從而避免了起始濾速過高，過濾水質下降，運行周期縮短，自耗水率增大等負面影響。故恒位恒載是優(yōu)化運行必不可少的重要技術措施。當過濾周期達到某設定時限，或當濾層阻塞度達到設定的水頭損失時，濾池將自動進行反沖洗。為避免在沖洗時產生水力分級，影響深層截污，免致出現垢污經分離后重復粘附于濾料之上的現象，故采用氣、水三段沖洗。先氣沖使濾料表面附著的雜質被破碎，得到較徹底的剝落，氣、水反沖洗時，由于氣泡的激烈遄動作用，大大加強了污物剝落能力及截污能力。反沖洗時，原水通過與反沖洗排水槽相對的兩個V型槽底部的小孔進入濾池，它掃洗濾層的表面，并把濾層反沖上來的污物、雜質推向排水槽。此外濾池的表面掃洗，還加快了反沖水的漂洗速度，最后用低強度清水反沖漂洗，將殘存雜質徹底清除（反沖水回收到源水吸水井，進行回收利用），從而獲得明顯優(yōu)越于其它反沖洗模式的最理想沖洗效果。
三 運行控制
（一） 運行控制網及PLC配置
V型濾池的運行控制網及PLC配置如圖1所示。每一單元池均配置一臺PLC（TSX47—40），用作單元池恒位恒載運行控制和濾池水頭損失的測示，及確定沖洗信號的傳送；每一單元池同時配備一臺現場XBT—B（人工智能接口），它通過XBT CABLE（電纜）與PLC聯系，它可以對單元池進行現場控制。公共沖洗PLC（TSX37300）負責沖洗水泵、鼓風機等設備的監(jiān)控，各單元濾池PLC通過TELWAY網絡與公共沖洗PLC相連，公共沖洗PLC通過ETHWAY進入水廠中央控制室ETHWAY集線器與中央控制室PLC和微機聯網，故系統(tǒng)亦能在中央控制室內對濾池運行實施遠端監(jiān)控，實現了中央控制室計算機集中監(jiān)控、PLC遠程控制、現場XBT操作的三級控制，從而確保了濾池生產運行的安全可靠性。
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(二)濾速的控制
單元濾池是根據濾池水位變化自動調節(jié)出水閥開啟度來實現等速過濾的。由于濾池的閘閥和溢流堰確保了進水的均勻性，使一組濾池的各濾格可以得到相同的待濾水流量。依據水池中水位的變化調節(jié)出水閥的開啟度來實現等速的恒水位過濾。系統(tǒng)根據所接受到的水位信號，調節(jié)閥門的開啟度，當水位信號高于設定的恒水位時，開大出水閥；當水位信號低于設下的恒水位時，關小出水閥；當水位信號等于恒水位時，保持出水閥開啟度。濾格水位的控制是一個典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制過程是：具有參數可調的PID方程根據設定值和過程變量輸入之間的誤差，經運算后把輸出信號傳送給輸出附加處理程序，再輸出給控制閥，對整個過程進行控制。即實際水位比設定水位的值大得越多，輸出的開度就越大。開度增大的數值是由一定累積時間內水位上升的速度及實際水位和設定水位的差共同決定的。反映為進水流速越快，清水出水閥開度越大，反之亦然。PID方程計算的目標是把受控的過程變量保持在設定值，附加值可作為補償添加到輸出控制中。輸出附加處理程序是把PID方程的運算結果按一定的規(guī)律輸出給清水閥。濾速的控制系統(tǒng)如圖（ 2 ）所示。
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（三） 濾池反沖洗
1． 控制系統(tǒng)
當過濾周期達到某設定時限、或當濾層阻塞度達到設定的水頭損失或系統(tǒng)接收到手動強制沖洗信號時，單元濾池PLC向公共沖洗PLC發(fā)出反沖洗請求，若有其它單元池也發(fā)出請求時，該信號被存入公共沖洗PLC的存儲器中，然后按存儲先后順序進行沖洗。濾池反沖洗由PLC系統(tǒng)自動控制，也可由現場XBT控制。整個控制系統(tǒng)示意如圖（3）所示：
2． 沖洗控制程序
（1）、關閉單元濾池進水氣動閘板，保持進水閥二側進水孔仍繼續(xù)向V型槽進水，經小孔分布到濾池，起表面掃洗作用。
（2）、開啟濾池排水氣動碟閥，使砂面水位下降至排水槽頂，此時砂面上仍保持水深0.5米，排水歷時2分鐘。
（3）、啟動一臺鼓風機，開啟單元池氣動蝶閥，進行氣沖，歷時1分鐘。
（4）、開啟反沖水氣動蝶閥，同時啟動一臺反沖洗水泵和第二臺鼓風機，進行氣、水混合沖洗，歷時6分鐘。
（5）、關閉鼓風機和氣沖蝶閥，再啟動第二臺反沖洗水泵，進行反沖水水漂洗，歷時6分鐘。
（6）、完成單元池沖洗，關閉反沖水氣動蝶閥和沖洗水泵。開啟濾池排氣隔膜閥，排除配氣總渠中殘存氣體，約10秒后，待氣排盡后關閉。關閉排水氣動閘板，開啟進水氣動閘板，隨著池中水位達到過濾水位后，自動開啟清水出水閥。
3． 沖洗泵房
羅茨鼓風機3臺，2用1備。2臺鼓風機的風量供1格濾池反沖洗使用，鼓風機性能為Q=3080m3/h，P=1.35bar，配用電機：N=45kW，n=1500r.p.mIp44。
臥式離心水泵3臺，2用1備。2臺水泵出水量供1格濾池反沖洗使用，離心水泵性能為Q=847m3/h，H=10m，配用電機：N=37kW，n=1500r.p.mIp44，總出水管為DN=500mm，并裝有一臺超聲波流量計。
微型空壓機2臺，1用1備，Q=45m3/h，P=8bar，N=5.5kW，用于操作濾池氣動閘板和蝶閥等氣源設備。
四．經驗總結
由于高殿水廠在沉淀處理前增加了靜態(tài)混合器，提高了混凝效果，濾前水質相當好，從而延長了濾池的運行周期，最長周期可達一個星期。然而太長的運行周期可能引致濾床內部有機物集聚和菌群增長，使濾后水變臭、變味，及濾池內部產生難以清除的粘滯物，另一方面，運行周期短則造成濾水時間減少，反沖洗水量增加，降低了生產能力。因此，高殿水廠根據運行需要，設定一個運行周期為24小時，水頭損失極限設定為1.0m。
經過七年使用時間，即使在夏季高峰供水及臺風引起源水高渾濁度時，只要保證濾前水渾濁度在10NTU以下，濾后水濁度均低于1NTU，濁度去除率可達98%以上。此外，濾池運行至今，由于采用氣、水同時反沖及表面漂洗效果良好，砂層內不積存泥球，亦無需定時把砂移出外面進行徹底清洗，由于所選用砂粒耐磨度高，破碎度小，反沖洗時砂床不膨脹，并無顯著砂粒被水沖走的現象，從而節(jié)省了維持費及帶來操作上的方便。
與其它類型濾池相比，V型濾池至少具有以下三個無可比擬的優(yōu)越性：
——濾速可達7—10m/h，即使在高濾速運行時，在整個過濾周期中都能獲得優(yōu)質水。
——運行周期最長，而運行費用低反沖水循環(huán)次數較少。
——反沖洗采用三種流體：壓縮空氣、濾后水和源水，因此可用最小的水頭損失和電耗獲得最高的效率。
綜上所述，我們認為V型濾池在水廠中的廣泛應用是實現供水行業(yè)提高供水水質，提高供水安全可靠性，降低藥耗、降低能耗、降低漏耗的較好途徑。
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