虹吸濾池改為氣水反沖洗濾池的工程實踐
1 工程概況
勝利油田供水公司辛安水廠設計供水能力為15×104m³/d，近幾年實際供水量為7×104m³/d左右。該廠共有3座虹吸濾池，單座濾池設計處理規模為5×104m³/d，每座濾池分為12格，單格面積為27. 5 m²；原設計濾速為7 m/h，反沖洗強度為15 L/(m²•s)；濾床底部采用小阻力穿孔板加設20目和40目尼龍網各一層，穿孔板上布有Φ10喇叭形小孔，開孔率為1. 28%；承托層厚為250 mm，采用粒徑為2~16 mm的多層級配礫石；濾料層使用粒徑為0. 8~1. 2mm的石英砂，厚為700mm。在使用過程中存在反沖洗布水不均、效果差、出水水質差等問題，難以適應原水水質惡化、供水量變化系數大、水質標準越來越高等狀況。
辛安水廠首先對一座虹吸濾池進行了技術改造。改造盡量利用原有主體構筑物，將每2格濾池合并為1格濾池(原12格濾池合并為6格濾池)，中間隔墻在上部渾水區和下部清水區分別進行開孔連通，隔墻兩旁設置雙層渠道，下層為濾后出水、反沖洗進氣進水總渠，上層為反沖洗排水渠，單池過濾面積為46. 4 m²。對虹吸濾池反沖洗排水堰口矮墻予以加高封閉，使原排水渠上層成為管廊，安放排水管件與控制閥門等，下層排水渠繼續利用，采用閥門代替原進水和反沖洗排水虹吸控制。重新安裝清水出水和反沖洗配水、配氣等管線及控制閥門。新建反沖洗泵房及風機房一座，安裝反沖洗水泵和鼓風機等設備。控制閥門采用氣動閥門，安裝PLC等自控設備，實現全自動監測與控制。
2 技術改造要點
① 改用濾頭、濾板及單層均質石英砂濾料層清除原濾料，拆除原排水槽、濾板、濾梁。將原池底加高500 mm，在濾池內沿原濾梁方向做5道高1 200 mm、寬120 mm的濾梁(靠池壁的兩道寬60mm)，濾梁頂面達到水平，并保證預埋錨固濾板用的不銹鋼件定位準確，濾梁內配筋與池底筋接牢，池中間的每條濾梁頂面預留均勻分布的配氣平衡孔(140 mm×5 mm)4個，確保反沖洗配氣均勻，濾梁下部開孔(800 mm×800 mm)2個，使配水室貫通，確保反沖洗配水均勻。在每格濾池內安裝940 mm×993 mm×100 mm的濾板48塊，找平后用不銹鋼壓板固定，濾板間嵌縫采用防滲專用攪拌水泥砂漿(不用水)填實、襯平。每塊濾板上安裝49個濾頭，每格濾池安裝2 352個，單個濾帽縫隙總面積為2. 8cm²，濾板開孔率為1. 46%。其上鋪設粒徑為2~8mm礫石承托層，厚100 mm。濾料層采用粒徑為0. 85~1. 10 mm的均質石英砂濾料，厚1 200 mm。
② 改變渾水進水方式
取消原虹吸濾池的進水虹吸管，改用管道閥門控制進水。在濾池兩側設置兩條進水V型槽，對應V型槽在原有進水廊道及新加高池壁開孔安裝DN250鋼管進水，進水管接入V型槽內，采用氣動調節蝶閥控制進水量和掃洗水量。進水管在進水廊道上的取水管口標高要合適，中心位置偏差不得超過5 mm，以免影響各濾池的進水量平衡。進水V型槽采用不銹鋼制做，與原有池壁成45°角安裝，采用膨脹螺栓固定。
③ V型槽表面掃洗配水孔口標高的確定
按濾池氣水沖洗設計規程(CECS50： 1993)規定，低于排水槽頂面的垂直距離一般可為150 mm。
不銹鋼V型槽表面掃洗配水開孔采用Φ25、間距116 mm水平布置。但在掃洗時發現孔口淹沒水深較大且成45°角向下出流，造成橫向掃洗力度不足而使沖洗過程中產生的渾濁液及泡沫粘附在池壁上，反沖洗后初始進水通過孔口將砂面沖出一條溝槽，影響沖洗和過濾效果。為此，將配水孔標高抬高至排水槽頂以上30 mm，并將孔口加水平短管調整為水平出流，以加強沖洗水的橫向流動，及時排除懸浮固體。
④ 改變濾后出水方式
拆除原匯水渠間的隔墻及平板閥，以盲板封堵原濾池出水孔口，將原出水匯水渠改為管廊。在隔墻兩邊新建清水匯水渠(兼作反沖洗配水、配氣總渠)，渠頂與濾板標高一致，中間隔墻開設800mm×800 mm孔連通，在渠底部兩邊分別設通向濾池清水區的匯水支孔(兼作反沖洗配水孔)，采用DN100管預埋，每邊均勻分布30個。對應匯水渠底部安裝DN450出水管(反沖洗時兼作配水管)，通過閥門調節出水量，控制濾池水位和濾速。濾后水通過清水管、清水匯管流入清水池。
⑤ 改變沖洗方式，采用氣水反沖洗
在新建反沖洗配水、配氣總渠(即清水匯水渠)頂部兩邊分別設通向濾池清水區的配氣支孔，采用DN25管預埋，每邊均勻分布48個，對應渠頂部安裝DN250配氣管，通過閥門控制進氣。
反沖洗過程：首先單獨氣洗，然后氣、水混合沖洗，最后單獨水洗。各反沖洗方式的歷時根據現場試驗而定，初步設定各為4 min。為了加強沖洗效果，緩沖對其他濾池的負荷變化沖擊，可在整個反沖洗過程中一直維持用部分濾前水進行表面掃洗。各反沖洗方式的強度如下： a.單獨氣洗為15 L/(m²•s)； b.氣、水混合沖洗時氣為15 L/(m²•s)，水為4~6 L/(m²•s)； c.單獨水洗為6~8 L/(m²•s)； d.表面掃洗為1~2 L/(m²•s)。
⑥ 濾池反沖洗排水
撤除原排水虹吸管，在隔墻兩邊清水匯水渠上面新建反沖洗排水匯水渠，中間隔墻開設800 mm×800 mm孔連通，對應排水匯水渠安裝DN450排水管，接入原排水渠下的排水總渠，用閥門控制排水。
排水匯水渠堰頂標高在不影響配水均勻的情況下適當降低，減少濾料層上的水深，可適當縮短漂清時間，減少沖洗水耗。此次改造中排水渠堰頂距離砂面500 mm。
⑦ 新建反沖洗泵房及風機房1座
安裝KRTK200-280電潛泵3臺(2用1備)，SSR-150型羅茨鼓風機3臺(2用1備)，分別給濾池反沖洗提供壓力水和壓縮空氣；安裝JX5FF型空氣壓縮機2臺(1用1備)，給氣動閥門提供壓縮空氣。
⑧ 采用工業控制計算機、PLC、儀表及控制按
鈕等組成一套控制系統，對濾池進水、水位、過濾運行和氣水反沖洗的全過程進行自動控制進水閥和清水調節閥采用氣動調節蝶閥，排水閥、氣沖閥和水沖閥采用氣動開關蝶閥，放氣閥采用氣動擠壓蝶閥。電潛泵和鼓風機采用AB軟啟動裝置。水位、水阻采用壓阻式在線檢測。控制界面及軟件使用工控組態王開發。濾池反沖洗采用水阻、水位、工作周期三個條件進行判斷，實現了全自動、中控室點動、現場一步化、現場全手動共四級操作。改造后的濾池構造見圖1。
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3 運行情況
辛安水廠源水取自黃河最下游，污染較為嚴重。本次改造工程于2002年5月30日投入試運行，改造后與改造前對比表明：改造后的V型濾池達到無人操作，運行穩定，工作周期比原虹吸濾池大大延長，濾后水濁度<1 NTU(見圖2)，出水水質明顯優于虹吸濾池。
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4 結語
辛安水廠的濾池改造達到了預期的出水水質目標，經與該公司新建的純化水廠V型濾池相比，取得了相同的出水水質效果，而改造工程總投資僅為340萬元，比建造一座同等規模新濾池節省一半投資，經濟效益明顯且改造工期僅6個月。該公司隨后于2003年和2004年采用相同工藝，對河口水廠、孤東水廠(處理規模均為5×104m³/d)進行了改造。
參考文獻：
[1] 許保玖.給水處理理論[M].北京：中國建筑工業出版社， 2000.
[2] 童禎恭，謝宏云，吳雪峰.桂林鐵路水廠虹吸濾池反沖洗系統的改造[J].中國給水排水， 2003， 19(3)： 58-60.
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