净水厂改造中将普通快滤池改造为气-水反冲滤池的工程设计与应用
发布时间：
2023-10-05
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随着居民对美好生活的追求日益增高，相应对饮用水水质的要求也越来越高。2023年4月1日起将实施《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022），对净水厂出厂水的水质做出了新调整。近年来，随着净水厂处理设施老化，滤池运行方式落后，导致出水水质难以满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749）的要求，急需改造。
1 滤池反冲洗的类型及原理
滤池反冲洗的作用是为了恢复滤池过滤能力，洗出滤层中截留的污物。目前，常用的冲洗方式包括：高速水流反冲洗；气-水反冲洗；表面辅助冲洗等。
高速水流反冲洗是普通快滤池常用的冲洗方法。以相当于过滤滤速4至5倍以上的高速水流自下而上冲洗滤层，滤料因受到扰流阻力作用而向上运动，处于膨胀状态。上升水流不断冲刷滤料使之相互碰撞摩擦，附着在滤料表面的污物就会脱落，随水流排出池外。
气-水反冲洗是在滤层结构不变或有稍有松动的条件下，利用高速气流扰动滤层，促使滤料互撞摩擦，以及气泡震动对滤料表面擦洗，使表层污泥脱落，然后利用低速水流冲洗污泥排出池外，即为气-水反冲洗的基本原理。
2 滤池反冲洗系统在净水厂改造中的特点
近些年来，随着V型滤池的大面积使用，气水反冲洗成为主流，其耗水量小，冲洗效果好，出水水质稳定的特点也深受运行人员的喜爱。而早些年使用的普通快滤池使用石英砂级配滤料，滤料呈现上小下大的级配类型，易出现表层截留阻塞现象，纳污能力小，导致运行周期短、出水浊度高［1］。
如今，在进行老水厂的改造中，将滤池反冲洗系统改造为气水反冲洗甚至增加表面辅助扫洗也成了改造的一大特点。改造后的滤池，冲洗强度可控并且稳定，多组滤池的间隔冲洗时间也比较灵活，冲洗效果更加良好。
3 A水厂改造工程实例
A水厂设计规模10万吨/天，2002年投产运行，水源取自附近的地表河流，经一级泵房加压后送至厂内，再通过混合、絮凝、沉淀、过滤及消毒等常规处理后，经过送水泵房加压后送至用户。
近年来，随着A水厂水源水质的变化，水厂处理设施老化，导致出水水质难以满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749）的要求，因此，需要进行改造。
3.1改造前普通快滤池设计参数
A水厂改造前的砂滤池为普通快滤池，单池面积39 m2，共16格，总过滤面积624 m2，设计滤速为7.01 m/h，一格冲洗时强制滤速为7.48 m/h，石英砂滤料厚度1.0m，滤池总深4.0m，其中滤砖高度0.34m，承托层高度0.4m，砂层高度1.0m，排水槽底到砂层高度0.6m，排水槽高度0.65m，排水槽上水深0.71m，超高0.3m。
普通快滤池通过屋顶高位水箱实现单独水冲洗。
3.2改造前普通快滤池的问题
改造前普通快滤池为单水反冲洗，反冲洗由屋顶水箱供给，反冲洗强度在冲洗时随着水位的下降逐渐变小，水冲强度不易控制，导致反冲洗效果不佳。研究表明，滤池长期冲洗不充分的结果会导致运行周期缩短，冲洗耗水量加大，产水率降低、出水水质超标，并会在边角出现积泥死区，滋生微生物或虫卵[2]。因此，反冲洗效果不佳对水厂运行有着重大的安全隐患。
3.3滤池改造方案
本次将单独水冲洗滤池改造为气水反冲洗滤池。
气-水反冲洗既提高了冲洗效果，又节约冲洗水量，同时，冲洗时滤层不一定膨胀，冲洗结束后，滤层不产生明显的分层现象，从而提高了滤层含污能力[3]。
改造的具体内容包括：
① 需要增加气冲系统管道及阀门；
② 更换配水配气系统为U型管；
③ 更换滤料为双层滤料，无烟煤和石英砂。
3.4改造后滤池的设计参数及工程设计
滤池的进、出水和反冲洗进排水方式不变，将滤后出水阀门改为电动调节型蝶阀，用于调节滤池恒水位运行，增加反冲洗气管（包括进气阀、放气阀以及相应管道），拆除内部滤砖，改为U型布水布气管；增设水头损失测定装置，用于滤池冲洗控制。
U型管和承托层总高度0.5m（含底板增加混凝土垫层0.1m），滤料高度设为1.20m，采用单层石英砂滤料，粒径范围0.5-1.0mm，d10=0.53mm。滤料到排水槽底高度为0.54m，排水槽高度0.65m，排水槽以上水深0.71m，超高0.3m，滤料层以上水深2.0m。
由于滤池中部配水配气渠高度较低，改造时将该渠高度增加，将滤池底部用混凝土填高，使中部渠道达到较好的配水配气效果。
滤池反冲洗鼓风机与新建活性炭滤池共用，在活性炭滤池内新建反冲洗泵房，为普通快滤池提供反冲洗水，反冲洗水取自普通快滤池出水。
3.5改造后滤池效果
根据运行后建设单位提供的数据显示，滤池进水浊度在0.6 ~ 0.9NTU之间，滤池出水保持在0.3NTU以下。反冲洗时间保持在24小时，改造效果良好。
4 结论
（1）在对单水冲滤池的改造中，将其改造为气-水反冲洗滤池，往往能达到较好的反冲洗效果，改造的投资也比较小。
（2）净水厂的改造是一个系统性的工程，要结合进水水质、出水水质、运行管理人员水平进行统一规划，按序实施。
