方承佳?
（佛山市供水總公司，廣東 佛山 528000）

　　摘要：為提高供水水質，對原建的大阻力普通快濾池采用均質濾料和氣水反沖洗技術進行了挖潛改造，取得了明顯的社會和經濟效益。
　　關鍵詞：技術改造；普通濾池；均質濾料；氣水反沖洗
　　中圖分類號：tu991.24
　　文獻標識碼：c
　　文章編號：1000-4602(2000)06-0045-03

　　1 概況

　　佛山市供水總公司下屬的石灣水廠始建于1963年，當時供水規模只有4 000 m³/d，隨著城市建設的飛速發展，水廠前后經過幾次改擴建和挖潛改造，目前已具備50×10⁴m³/d的供水能力。水廠由三個生產完全獨立的車間組成，由于建立的年代不同，三個車間凈水構筑物所采用的型式也不盡相同。單就濾池來說，一車間采用的是單閥濾池和中阻力快濾池，二、三車間采用的是大阻力普通快濾池。它們沖洗的方式都是采用單一的水沖洗形式，所要求的反沖洗強度大，因此耗水量多。
　　從濾池的工藝過程來看，首先沖洗效果的好壞會直接影響到濾池的工作周期，另外，如果濾料的粒徑比較均勻，孔隙率較大，濾料層截污能力就增強，濾池的工作周期也會相應增長。
　　因此濾池改進的重點應該從增加濾池的含污能力、改進濾料的級配組成、提高濾速和反沖洗效果、延長運行周期等入手。然而舊池的改造不同于建新池，必須盡可能利用原池的結構，即要投資省，又要使效果最佳，從而達到提高供水水質、節能降耗等目的。

　　2 二車間濾池的對比性改造試驗

　　二車間有兩座共16格濾池，單池尺寸為5m×5m，配水系統為豐字形多叉穿孔管系統。承托層由下而上是由粒徑為36～16mm、16～8mm、8～4mm、4～2mm的卵石組成，厚45cm。中間是粒徑為1～2mm粗砂層，厚5cm，也起承托作用。上面是粒徑為0.5～1.0 mm的石英砂濾料層，厚80cm。1995年借二車間濾池更換濾砂的機會，開始了濾池的改造試驗，將其中兩格濾池增設了配氣系統。為了與原配水系統相配合，增設的配氣系統也采用豐字多叉穿孔管形式，其干管采用Φ219 mm的無縫鋼管，支管為Φ40 mm的玻璃鋼管。支管上鉆有與水平面成45°夾角、向下的兩排孔，孔徑為Φ2.5 mm，孔距150 mm，兩排孔交錯排列。這兩格濾池的配水系統、承托層均維持原狀，而濾料層配置其中一格維持原狀，另一格則換成厚80 cm、粒徑為0.95～1.35 mm的均質石英砂。
　　濾池反沖洗時，仍用原高位水池水沖洗，水洗強度14 L/(m²·s)，氣洗強度為15 L/(m²·s)。反沖洗順序是先氣洗2 min，然后再氣水同時沖洗3 min，最后水洗3 min。這套配氣系統剛開始使用時效果特別好，特別是第一次沖洗就把粒徑為0.5～1.0 mm濾料層中長期積累的泥球沖上表面足有3 cm厚一層(由于風機房建造等原因，配氣系統安裝了半年多才投入使用，原單一水洗又洗得不徹底，積攢了很多泥球)，遂將該層鏟去補上了新砂。這兩格濾池的工作周期均比其他沒裝氣洗裝置的濾格至少長4～8 h，特別是均質濾料這格池的工作周期就更長一些。出水水質比其他沒有氣沖裝置的濾池要好，濾后水濁度比其他濾池低0.2～0.5 NTU。二車間這一試驗充分顯示了氣水反沖洗和均質濾料的優越性。但是，這兩個池運行一段時間后，空氣支管已受到不同程度的堵塞，使氣洗很不均勻，特別是非均質濾料層的一格濾池，差不多有1/5的地方已堵塞，影響了氣洗效果。分析其原因，其一是只增加了氣洗裝置而其他沒有改動，例如承托層沒有增厚，不能將氣管埋入承托層中，洗砂排水槽液面高度也沒變，水洗強度仍在14 L/(m?2·s)左右變化。單獨水洗時這個強度正好，能使濾砂膨脹，使污泥水進入排污槽排走，但氣水同時沖洗，水的沖洗強度又顯得大了，氣和水沖洗速度配合不容易得到控制，造成了不同程度的亂層。其二是氣水同時反沖洗完后再進行單獨水洗而突然停氣時，空氣支管內容易產生負壓，細小砂子從氣孔進入了支管，時間一長就發生了堵塞，布氣也就不均勻了，從而會影響氣洗效果。
　　從一年多的生產試驗中我們體會到：水沖洗是靠水的剪切力去除砂粒之間的截留物，壓縮空氣的加入增大了濾料表面的剪力，使得通常水沖洗時不易剝落的污物在氣泡急劇上升的剪力下得以剝落，從而提高了反沖洗效果；同時，由于壓縮空氣的加入，氣泡在顆粒濾料中爆破，使得濾料顆粒間的碰撞摩擦加劇，并加強了水沖洗時對濾料顆粒表面的剪切作用；另外氣泡在均粒濾料濾層中運動產生混合后，使濾料的顆粒不易粘結，氣泡速度的波動和尾跡中水流的湍動產生漩渦擴散，促進了濾層顆粒的循環混合，由此得到一個級配較均勻的混合濾層，其孔隙率將高于級配濾料的分級濾層，改善了過濾性能，因此提高了濾層截污能力；又由于氣泡在濾層中的運動，減少了水沖洗時濾料顆粒間相互接觸的阻力，水洗強度可大大降低，從而節省了沖洗的水耗。所以濾池采用均粒濾料及氣、水反沖洗，是目前國內外過濾技術中效果最好的，但如果采用這種豐字型多叉穿孔管作為配水配氣系統，那么布氣、布水就不夠均勻，沖洗時容易造成濾層亂層，沖洗效果也不如長柄濾頭配水配氣系統的沖洗效果好。

　　3 三車間濾池的實際改造

　　三車間的大阻力普通快濾池有兩座共20格濾池，單池尺寸為6.25 m×6.25 m。配水系統由一條DN800 mm的干管和44條DN100 mm的穿孔支管組成。承托層、濾料層的組成及沖洗方式均與二車間相同，池高3.55 m。1997年在總結二車間濾池改造試驗的基礎上，開始了對三車間濾池進行改造的工作。遵照盡可能少興土木、充分利用原池結構、既節省投資且效果又佳的改造宗旨，對濾池原結構進行了分析，得出的改造方法是：
　　① 對原池體不進行太多的改動，只將大阻力配水系統的穿孔支管拆除，保留干管，采用長柄濾頭配水配氣，增設濾板、濾梁(均做成預制件)。安裝時盡可能提高濾板高度，加大配氣的空間(濾板與池底之間高0.8 m)。當濾池反沖洗時，布氣、布水都能得到較好的均壓性能，使反沖洗的均勻度能得到充分保障。
　　② 增加濾層厚度，并將濾層原來的級配濾料改為無需墊層、有效粒徑為0.9～1.35 mm的石英砂均質濾料。這種濾料顆粒粗，孔隙大，強度高，使用壽命長。對均質濾料層采用氣、水進行幾乎無膨脹的反沖洗，使濾池的原有高度得到充分利用，可將濾層厚度由原來的0.8 m提高到1.1 m(將原有3條洗砂排水槽適當提高，使槽面只高出砂面0.5 m，而原槽面高出原砂面1 m)。
　　③ 將每格濾池的濾后清水管斷開，增設出水堰，使濾后水經過堰口跌水后再收集流入清水總管中，利用出水堰和清水閥共同來控制濾池的恒水位過濾。
　　④ 在緊靠濾板下面的池壁上，對稱開兩個Φ219 mm的孔洞，使空氣經孔洞進入濾板下面的空間。用Φ219 mm的無縫鋼管作為氣沖管道，同時配置氣洗蝶閥，使壓縮空氣經過氣洗蝶閥后分兩路從孔洞進入濾板下面的空間，形成氣墊層，并通過濾頭均布于整格濾池平面上。
　　⑤ 管廊里原有的電動清水和反沖水閥，由于環境潮濕不通風，經常出現故障動作失靈，因此將它們更換為氣動蝶閥。還將原電動進水閥換成氣動橡皮閥。氣動蝶閥采用法國產氣動蝶閥(其中清水氣動閥是帶角位控制儀的，用以控制閥門的開啟度)。增設一些必要的儀表(如采用德國E+H公司的水位控制儀等)，用PLC程序控制器來控制四個閥門的開啟，實現濾池的全自動控制。
　　⑥ 新建一幢風機房，安裝2臺羅茨鼓風機和2臺空氣壓縮機(一用一備，均為國產設備)，裝一個貯氣罐，分別給濾池反沖洗和氣動閥門提供壓縮空氣。
　　改造分兩期進行，先改造一座10格濾池。改造能否成功的關鍵在濾板濾梁的制作及安裝上，濾板面在39.062 5 m²范圍內，水平度誤差不能超過±2 mm，要使整池濾板面水平度高，關鍵又在濾梁的安裝上。另外，還需對濾板之間及濾板與池壁之間的縫隙進行密封，保證不漏水、不漏氣。
　　三車間一期濾池的改造歷時八個月，一次性獲得成功，總投資310萬元。緊接著對三車間濾池進行了改造和未改造的實際生產性對比試驗(見表1)，經改造濾池的運行周期為72 h，未改造濾池的運行周期為40 h，待濾水濁度在4～8 NTU之間，水量在5 500～9 000 m³/h之間。

　　從表1可以看出：①改造后濾池的濾后水濁度降低了一倍；②在符合細菌指標的情況下，改造后濾池的運行周期還有潛力可挖。
　　同時，還對改造與未改造濾池的工藝參數進行了測定(見表2)。
　　測定條件：待濾水濁度為4NTU，水量為6600m³/h；經改造濾池的反沖洗程序為先氣洗1 min，再氣水同時沖洗3 min，最后單獨水洗3min。

　　從表2可以看出：①改造后反沖周期增加近兩倍，且還有潛力；②反沖強度減小后，反沖水量節約60%左右。

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收稿日期：1999-12-20