第三水厂普通快滤池改造与应用效果的研究

第三水厂普通快滤池改造与应用效果的研究

王建雄 ,张路兵 

连云港市自来水有限责任公司   江苏 连云港   222000

摘要：为解决第三水厂一期普通快滤池出水浊度高，反冲洗效果差，自用水浪费大，滤砖配水系统易损坏且布水不均，阀门和设备，自动化系统因老化故障频发等问题。第三水厂对普通快滤池进行改造。主要改造内容为更换滤砖为滤板滤头配水配气系统，加装鼓风机系统，更换阀门，完善自动化系统。经调查研究表明：改造后滤后水浊度大幅降低，冲洗效果好，过滤周期长，冲洗自用水少，运行稳定，经济效益好，自动化程度高，为智慧水厂的建设向前迈出坚实的一步。

关键词：快滤池改造；气水反冲；配水配气系统；运行效果；

引言：连云港市第三水厂一期工程建于1995年，设计规模为10万吨/天，采用折板反应池+平流沉淀池+普通快滤池的常规处理工艺。本次改造对象为一期普通快滤池，共分8格，每格过滤面积58m2，采用陶瓷滤砖中阻力配水系统，石英砂和无煤炭双层滤料过滤，表扫洗+单水反冲洗方式（由于对自用水压力影响较大，表洗已于2014年取消），冲洗水泵从滤池出水井抽水，送到冲洗水塔，然后由水塔供水反冲洗滤池。进水阀、出水阀、反冲洗水阀等均采用电动控制。冲洗控制采用定时周期冲洗，冲洗周期为12～24小时。冲洗时，8格滤池依次连续反冲洗，且高位水箱无储水功能，当滤池达到冲洗条件时，启动提升水泵向高位水箱充水，同时进行滤池反冲洗，8格滤池全部冲洗完毕后，关闭提升水泵，高位水箱中的余水回流至清水池，高位水箱仅用作缓冲水池。

为解决滤砖配水系统易损坏且不均匀、阀门和设备因老化故障频发和自动化系统故障等问题，从2019年上半年开始对8组滤池进行工艺、机电设备以及自动化系统进行改造。主要改造内容为更换滤砖为滤板滤头配水配气系统，新安装鼓风机系统，对老旧阀门进行更换，重新建立自动化系统等。

1滤池基本情况及存在的问题

第三水厂一期滤池于1995年正式投入运行，池型为普通快滤池，单池面积58.04平方米，设计规模10万吨/日，设计滤速10m/h，强制滤速13.50m/h，为双层滤料滤池，共八座。滤池设有反冲洗水塔，反冲洗采用水冲加表面扫洗的冲洗方式，过滤周期为12～24h。经过多年的运行，滤池存在以下问题：

1.1现状滤砖配水系统容易被冲洗损坏，而滤砖属于国家明令禁止生产的高能耗产品，已经很难采购到备用滤砖，并且价格昂贵。滤砖一旦损坏，必须全部清理，维修周期长达20天左右，同时由于安装等原因，使用中滤砖出现裂缝、堵塞，造成反冲洗布水不均匀，滤料冲洗不干净，滤料上层结有泥球，并逐渐出现部分滤砖破损、漏砂、承托层混乱、反冲洗周期短等问题，严重影响了出水水质。

1.2由于采用单一水反冲洗，冲洗耗水量过大。所以对滤池的改造也是大势所趋。

2技术改造

改造方案：国内已经有很多水厂完成了普通快滤池改造并且取得了良好的运行效果和经济效益比如：

2.1永安市北区水厂 5 万 m3/ d 单水冲普通快滤池提升改造项目[2]针对现状滤池的反冲洗方式、配水系统、滤料层、配套设备及控制系统等方面进行了提升改造。滤池提 升改造后投产两年多，运行稳定，过滤周期长、自耗水量小、自动化程度高，滤后水水质得到明显改善。

2.2秦皇岛市海港水厂虹吸滤池改造其进出水、排水系统，[1]将单一利用滤后水反冲洗改造成气水联合反冲洗形式，并更换均匀配水系统和加厚均粒石英砂滤料层的技术要点，改造后滤后水浊度降低到 1NTU 以下，滤池反冲洗均匀彻底、节水效果明显、过滤周期延长，并 实现了全自动运行。

第三水厂的普通快滤池工艺改造主要涉及更换滤砖配水系统为滤板滤头配水配气系统，更换洗砂排水槽为不锈钢排水槽、并核定标高，更换新的石英砂无烟煤滤料、预留均质滤料安装空间，增加气冲洗。工艺使用的新型滤板滤头配水配气系统先进、成熟、可靠，增加气冲洗可提高冲洗效率和质量，核定排水槽标高更有利于冲洗均匀。复核改造后各功能层标高，现状滤池深度满足改造要求。借此改造契机，检查、加固、修补滤池结构，延长滤池使用寿命。

改造方案仍使用无烟煤和石英砂双层滤料结构，保证过滤速度，满足改造后生产负荷要求，并通过更彻底的清洗，改善过滤效果，提高滤后水水质。加装滤池气冲系统，新设鼓风机房和气冲管。加装2台鼓风机，1用1备。电机功率，75 kW。[3]降低了滤层石英砂不均匀系数（滤料的不均匀系数是指80%滤料(按质量计)能通过的筛孔孔径(d80)，与10%滤料能通过的筛孔孔径(d10)之比。滤料不均匀系数用K80表示，即：K80=d80/d10。滤料颗粒如果不均匀，有两大影响：一是使反洗操作困难，因为反洗强度太大，会带出细小的滤料，造成滤料的流失；而反洗强度太小又不能松动下部大粒滤砂，长期下去易造成滤层“结块”；二是会使过滤情况恶化。因为滤料颗粒大小不均匀，就意味着有细小滤料颗粒。这些细小颗粒会集中在滤层表面，结果会使过滤下来的污物堆积在滤层表面，使水头损失增加比较快，过滤周期变短。），

加厚了承托层支承滤料，防止滤料漏入下部配水系统中，反冲洗时能均匀地配水配气至滤料层。

3改造后的运行效果

第三水厂8个快滤池与2021年5月全部改造完毕并投入运行，出水浊度在0.2左右，达到了预期目标。滤池反冲洗配水、配气均匀，反冲洗效果良好，冲洗周期提高，降低了冲洗水消耗量。

3.1节约冲洗自用水消耗量

与改造前相比，改造后普通快滤池水冲洗时间由10分钟降低至5分钟，冲洗周期由12h提高至24h，改造前冲洗强度为15L/m2*s,滤池面积为58m2，滤池一共8个，由此计算可得自用水消耗如下：

滤池的冲洗流量：Q=qA ；式中q——反冲洗强度，

     A——滤池有效面积；滤池冲洗自用水量：V=Qt；t——反冲洗时间

改造前V1=15*58*10*60*2*8=8352000L=8352m3（吨）；改造后普通快滤池实测冲洗强度是通过水冲自用水消耗量，水冲用时，和滤池面积的测定来计算冲洗强度（W）。
 

测算出的实际冲洗强度见下表，（1、2号改造中未测算暂取设计设计水冲强度36m3/m2*h=10L/m2*s）

改造后V2=10*58*5*60*2+14.7*58*5*60+15.8*58*5*60+14.3*58*5*60+12.5*58*5*60+

13.5*58*5*60+13.6*58*5*60=1990560L=1816.56m3(吨）；可得改造后一天节约自用水量V2-V1=8352-1816.56=6535.44吨

3.2滤池出水浊度明显降低

改造前后不同时期滤池出水浊度的变化见图1（由于资料完整度暂取2018年和2021年的5月份和7月份做同期浊度比较。）改造前后滤后水浊度对比详见图1；

图1：2018年和2021年的5月份同期浊度比较

可以看出改造后滤后水浊度降低明显，出水水质提升巨大，改造后快滤池当前滤后水浊度在0.3NTU左右，完成了改造后滤后水浊度小于0.5NTU的目标。

3.3降低滤速改善滤后水水质

通过关闭滤池进水阀门，使滤池水位下降，记录一分钟内下降的水位高度来计算滤速。用秒表来计时，当时间到一分钟时，水位下降L（m）则滤速为：

取3次清水阀门开度，来求得平均滤速，详细数据见下表：

改造前设计滤速为10m/h,实际滤速为12m/h左右，改造后设计滤速9.43，实测8.93左右。改造后由于加厚了70mm承托层，在提高反冲洗效果的同时，也降低了滤速，降低了出水浊度，提高了出水水质。

4反冲洗效果明显改善

改造后与改造前相比，改造后普通快滤池水冲洗时间由10分钟降低至5分钟，冲洗周期由12h提高至24h，滤后水浊度大幅降低，平均滤后水浊度在0.3NTU左右。之所以能获得如此好的反冲洗效果，是因为滤池配水系统降低了滤层石英砂不均匀系数使快滤池滤料更加均匀，反冲洗不容易跑料，提高了冲洗周期。加厚了承托层支承滤料，防止滤料漏入下部配水系统中，反冲洗时能均匀地配水配气至滤料层，反冲洗时保持稳定，所以反冲洗效果提升很大。

5产水量增加

由于反冲洗水来自于滤后水，所以前面算出改造后一天节约自用水量变相相当于增加的产水量，改造后每天产水量增加6535.44吨。每年可增加2385435.6吨水。对于减轻供水压力和实现节能增效具有广泛而深远的意义。

6降低运行成本

节约电力成本：由于滤池反冲洗周期由12h增加至24h，同时也降低了反冲泵往水塔输水运行电力消耗费用。根据运行数据记录可得一天节电约150kWh，减去气冲时鼓风机用电60kWh(鼓风机75kW一台使用软起动器，软启动器输出频率为电源频率不可变频，由此可计算出鼓风机用电75kWh×气冲总计用时约0.8h=60kWh）,合计每天节约越90度电。按照江苏省工业平均峰谷电价用电0.6元每千瓦时计算，每天可节约电费节省电费54元，每年节约19710元电费；

节约滤后水成本：反冲洗自用水量每天节约6535.44吨，按滤后水0.4元一吨的处理成本计算，每天节约2614.2元，一年节约954174.2元。

全年总计节省运行成本973884.2元。

7快滤池实现自动化运行

改造后，滤站实现全自动运行，[6]降低了现场操作工作量，节省人力并减轻了劳动强度。由于完善了相关的监控手段，提高了滤站的管理水平，也确保了滤池出水水质和安全运行。

8工程投资

[5]三水厂滤池改造费用匡算表

9经济效益分析

前面算得运行成本（自用水处理费+电费）每年一共节约973884.2元再加上节约滤砖损坏维修费用，单格滤池维修需大滤砖100块、小滤砖50块，每组需要300块，滤砖单价500元/块，单组滤池更换滤砖成本15万元，运费5000元，安装费成本约4.0万元，单组滤池更换滤砖成本合计约19.50万元。按照每年损坏2池计算，每年约39万元更换成本。共计改造后每年节约1363884.2元。预计5年可收回投资成本。

10结语

1.更换更换滤砖为滤板滤头配水配气系统，降低滤层石英砂不均匀系数以及加厚承托层，保证了滤池反冲洗时配水、配气的均匀性，使滤池的反冲洗效果明显改善。

2.经过调查研究表明，滤池改造运行状况良好，滤后水浊度大幅降低，出水水质提高达到了改造预期效果。

3.滤池改造后提升了水厂经济效益，降低了水厂日常运行成本费用，每年比改造前可节省开支1363884.2元。

4.滤池改造后每天产水量增加6535.44吨水，对减轻供水压力和实现节能增效有积极作用。

5.改造成本预计5年可回收，改造后运行效果好，投资省，回收快。

参考文献：

[1]《净水厂传统虹吸滤池升级改造工程实例》作者：龙宝云

[2] 《福建建材》2020年11期

[3] 《卵石滤料_中国百科网》

[4] 《常规水处理工艺及强化工艺介绍 - 道客巴巴》

[5] 《快滤池改造建议书》

[6] 《普通快滤池改造为气水反冲洗均质滤料滤池工程实践》