V型滤池设计中应注意问题

吴建平 ,张莉娜

(郑州大学水利与环境学院 ,河南郑州 450002)

V型滤池设计中应注意问题

吴建平 ,张莉娜

(郑州大学水利与环境学院 ,河南郑州 450002)

V型滤池因具有滤速高、布水均匀、反冲洗耗水低等特点,在给水处理及污水深度处理中得到了广泛的应用;但是,在实际生产运行中由于各种因素的影响会遇到各种问题。笔者在某工程的设计中,就滤料层设计、滤速的选择与控制、进出水系统及反冲洗系统等方面所遇到的一些问题进行了分析。结合国内类似工程的成熟经验,总结了在 V型滤池设计中应注意的几个问题。

V型滤池 ;设计参数 ;进出水系统 ;反冲洗

V型滤池有恒水位等速过滤、滤速高、过滤周期长、出水效果好、承托层较薄、布水均匀、反冲洗耗水低等特点,在国内应用广泛。为加深对其内在规律的认识,更好地理解设计意图,以期在生产中实现安全优化运行,我们对 V型滤池设计中遇到的几个问题与大家进行交流。

1设计简介

本工程为某污水处理工程的再生水工程,设计处理规模 Q=44000m3/d,设计时经过论证分析,最终确定过滤工艺选用V型滤池。

为节省占地,选双格 V型滤池,共 4组,单格宽3.5m,长 12m,面积 42m2。

主要设计参数如下:

滤速v=6m/h;

反冲洗强度及时间:

第一步气冲强度 q(气 1)=15L/(s·m2),t(气)=3min;

第二步气—水同时反冲洗,空气强度 q(气 2)=15L/(s·m2),水强度 q(水 1)=4L/(s·m2),t(气 —水 )=4min;

第三步水冲强度 q(水 2)=5L/(s·m2),t(水)=5min;

冲洗周期 t=24h;反冲横扫强度 1.8L/(s·m2);滤料层选用均质石英砂滤料,厚 1.2m,滤料的有效粒径d10=0.9～1.2mm,K80=1.2;砂上水深为 1.3m。设计简图如图 1～3。

图 1滤池平面图

图 2滤池横断面图

图 3滤池纵剖面图

2主要设计参数的选择

2.1滤料级配与滤床厚度

滤料层是滤池的主要部分,是滤池工作好坏的关键。良好的滤料级配与滤床厚度是提高过滤效果的关键。参数 L/d是滤床设计既简单又可靠的指标,其中 L为滤床的厚度 (以 mm计),d为滤料的有效粒径 (以 mm计)。《室外给水设计规范》(GB50013-2006)中规定,选用粗砂滤料时L/d≥1250。从技术角度讲,L/d值越大越好,而综合经济因素,工程中应以最小 L/d值满足预期的过滤出水水质要求。

国内大多水厂 V型滤池滤床的厚度为 1.2m,本工程借鉴该参数。在滤床厚度确定的情况下,有效粒径 d及不均匀系数 (K80)的确定是滤料选择的重要参数。粒径过小,则滤料表层截污量大,不能充分发挥整个滤床的过滤作用;粒径过大时,将会导致悬浮颗粒穿透滤层,导致出水水质变差。因此,有效粒径 d的范围以 0.9～1.2mm为宜。理论上 K80值愈接近 1,滤料愈均匀,过滤及反冲洗效果愈好,但相应的滤料价格愈高。当 K80值较大时,如反冲洗强度小,则较大的滤料得不到充分反冲洗;如反冲洗强度大,则位于表层的较小的滤料容易被冲走。

设计中根据本地部分净水厂滤池的滤料使用情况,吸取了滤料选择的经验及教训,初步确定滤料粒径 d=0.9～1.2mm,不均匀系数 K80≤1.2,滤床厚度1.2m。

2.2滤速的选择及控制

滤速应根据待滤水浊度、出水水质要求等确定,可达 7～20m/h,一般为 12.5～15m/h。在设计中,不能盲目照搬,应结合工程实际灵活运用。本设计是某城市污水处理中水回用工程,因此,相比其他给水处理厂的进水水质而言,中水回用工程的原进水水质较差。为了取得较为理想的出水水质,较好的满足电厂冷却水、城市景观河道等水质要求,同时也考虑到高质量的滤后水质对电厂生产等具有明显的经济效益。在设计中结合本工程实例,经比较分析后,最终确定,在该中水回用处理工艺中,选用低滤速6m/h。

V型滤池采用恒定水位、恒定滤速过滤。过滤过程中,滤料逐渐堵塞,出水控制机构根据水位或流量的变化对滤料堵塞进行补偿,使出水总阻力相等而保持滤池水位和出水量恒定。在本设计中,首先,为保证进出水水位差恒定 (过滤水头 =滤池的运行水位 -出水堰堰流的水面标高),在出水处设置出水调节堰;其次,在出水管上设置电动调节阀,通过水位计及两个液位开关与之联锁,控制水位的波动,同时,该电动调节阀在反冲洗时兼做切断阀[1];第三,在系统出现故障时,还可通过调节出水堰的高度,控制过滤水头,以确保滤池安全可靠运行。

2.3运行水位的确定

在确定 V型滤池的运行水位时,在满足过滤水头要求的前提下,还应保证各组滤池独立运行,即运行水位要低于进水分配堰堰顶标高,形成跌水。但是,如果运行水位过低,就可能产生滤层中的“负水头现象”,导致水中的溶解气体逸出形成气泡,不仅破坏滤层结构,而且反冲洗时容易出现跑砂现象。

因此,V型滤池的运行水位的确定应综合考虑滤池正常运行需要的过滤水头与滤层以上的水深要求。在本次设计时,砂上水深取 1.3m,冲洗前水头损失取 2.5m,且设计运行水位低于进水堰堰顶标高0.1m。

3进出水系统的设计

3.1滤池的进水分配堰

进水堰能把各格滤池的水面分隔开,使各格滤池成为能独立运行的过滤单元,同时,能均匀分配各格滤池的进水。由于渠道水流的水头损失,导致进水渠首尾两端的滤池进水水位不同,造成进水量不均匀。为解决这一问题,在设计中,我们设定两点进水,而且,设置可调节的进水堰也是非常必要的。进水堰在滤池试运行时进行调试,达到各格滤池进水均匀的要求后,即可予以固定。

3.2滤池的进水孔

V型滤池的进水设计为两个方孔,即主进水孔和扫洗进水孔。进水总渠的浑水通过这两个进水孔进入滤池。主进水孔孔口采用橡胶囊充气阀,在反冲洗时关闭;扫洗进水孔孔口设手动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反冲洗表扫用水。调节扫洗进水孔阀门的开启度,使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。在滤池运行中,若是遇到某格滤池需要放空检修或消毒时,需要将扫洗水进水孔封堵住,因此,扫洗进水孔孔口需要安装闸板,既可以调节开启度进行扫洗,又可以在检修或消毒时取得较好的封堵效果。

3.3溢流堰

为防止电源故障引发整个滤池的失控,或进水量突然过大,导致其不能正常运行,增加溢流装置是必要的 (为防范此问题发生,在此还应注意的是:清水出水阀时,应当以气关阀为好,这样一旦自控系统出现故障就可以使清水出水阀打开)。

我们认为,每格滤池设置溢流井作用不大,而且井宽较窄,不便于施工装贴和清扫。在本设计中,如图 1所示,我们在进水总渠内侧设置溢流堰,从而保证滤池的运行水位在小范围内波动。

3.4出水堰

如上文 2.2所述,出水堰控制各格滤池的过滤水头的大小。并且,固定的出水水位能使 V型滤池的恒水位的控制得以简化,仅需调控出水闸的开度,便能使运行中变化的过滤水头,满足恒定的要求[2]。

3.5清水渠总出水堰

清水总渠中的总出水堰能完全隔开清水池水位变化对反冲洗泵的影响,使滤池反冲洗的扬程恒定,维持滤池的反冲洗强度不变,使水冲强度达到设计指标的要求。另外,由于抬高了冲洗水泵进水池的水位,使冲洗泵呈自灌进水的状态,使其扬程最低,节省了运行的电耗,并使其开启的程序得以简化[2]。

3.6集水区设检修人孔

在滤池的运行中,可能出现以下问题:①滤板接缝不严;②滤砂进入集水区,造成反冲洗布水孔或配气孔堵塞;③滤头松动或堵塞。因此,为解决这些问题,在集水区设置检修人孔是非常必要的。

4反冲洗系统的设计

4.1扫洗孔中心标高与排水槽顶面标高的关系

在新的《室外给水设计规范》(GB 50013-2006)中规定:“国家现行标准《滤池气水冲洗设计规程》规定表面扫洗孔中心低于排水槽顶面 150mm,但根据各地实际运转和测试表明,这样的高度会出现滤料面由排水槽侧向 V形槽侧倾斜,如广东某水厂及海口某水厂都出现这一现象;中山小榄镇水厂,因表扫孔偏低而出现扫洗水倒流,影响扫洗效果;吉林二水厂也由于表扫孔过低导致扫洗效果差,出现泡沫浮渣漂浮滞留。根据以上出现的问题,多数认为表扫孔高程宜接近中央排水槽的堰顶高程……设计时可根据具体情况确定”。

笔者认为,V型进水槽下部管嘴的管中心标高应与排水槽堰顶标高基本保持一致。因为在扫洗时,只有管嘴处于半淹没状态,扫洗的横向推力才为最佳,扫洗效果最好。此外,扫洗管嘴的设置应保证水平方向,管嘴向上、向下倾斜都会减小水平方向的推动力。为此建议在施工过程中施工人员应先将钢管与V型进水槽内部的钢筋进行点焊,并逐个调校,且在每个管嘴内填入棉纱,再浇筑混凝土,这样便于混凝土硬化后清通管嘴,不致造成堵塞。

4.2初滤水的排除

反冲洗结束后,冲洗排水槽顶以下的水无法排除,但这部分水质比较差。参看以往的设计,随着过滤的开始,这些水进入了滤后的净水系统,导致出水水质变差。为了解决这一问题,可以在滤池底部设置初滤水排放管。反冲洗结束后,先排除 3min初滤水,然后关闭排放管阀门,打开出水管阀门进行正常过滤。这一改进,对于提高出水水质效果明显。

5结束语

V型滤池在我国实际使用几年来,运行效果良好。但在以往的设计中,技术均由法方提供。因此,对于设计运行中遇到的一些问题,对其进行总结,在消化吸收其技术的基础上不断改进是非常有益的。在此,我们将设计中遇到的几个问题同大家交流。今后,我们应结合设计以及生产运行实际,在滤速控制设备的研制、气水反冲洗的进一步优化以及滤板、滤头的安装施工等方面继续努力探索,使 V型滤池能更加适合我国情况,发挥更大的效能。

[1] 张锐锋.V型滤池特点的滤池设计与实践[J].化工科技,1998,6(1):48-52.

[2] 张景序,黄旭朝.V型滤池工艺设计中的几个问题探讨[J].城镇供水,2006,6:15-16;58.

TQ028.53

B

1003-3467(2010)24-0035-03

2010-12-01

吴建平 (1963-),男,副教授,主要从事管网优化方面的研究,通讯联系人:张莉娜,电话:13526475606。