金海水廠TGV濾池反沖洗參數的優化調整

倪曉波，沈 虹

（上海浦東威立雅自來水有限公司金海水廠，上海 201209）

1 研究目的

濾池反沖洗是濾池可持續運行不可缺少的環節。沖洗質量的好壞，直接影響濾后水質、沖洗周期和使用壽命[1]。反沖洗對于系統長期良好運行很關鍵，反沖洗的目的是保持濾層清潔并防止濾層中出現泥球、裂縫等。

濾池失效的最常見根源來自反沖洗系統。因此，反沖洗類型的選擇，確保合理的設計、建造及運行是水廠成功的關鍵[2]。

由此可以看出，濾池的運行對濾池的使用壽命及健康度起著很大的影響。而過濾是給水處理工藝的最后一道工序，占有至關重要的地位[3]。因此，合理的反沖洗參數尤為重要。

本文通過分析研究TGV濾池不同反沖洗參數設置下的過濾效果，尋找最大程度節能情況下的反沖洗時間。

2 金海水廠TGV濾池介紹

金海水廠一期設有高速濾池一座，總規模40萬m3／d，雙排設置，每排可獨立運行。每排濾池分成5格，單格濾池過濾面積124.5m2，設計正常濾速13.9m／h。采用單層石英砂濾料，有效粒徑為1.35mm，砂層厚度2.0 m，設置過濾周期48h。采用氣水反沖洗形式。原設計中，單氣沖時，反沖洗強度為60m3／（m2·h），沖洗時間為300 s；氣水同沖時，空氣反沖洗強度為60m3／（m2·h），水沖強度為20m3／（m2·h），沖洗時間為650 s；單水沖時，水沖洗強度為60m3／（m2·h），沖洗時間為300 s。

3 試驗方法

在10組TGV濾池中選取雙排濾池中各一格，分別為4#、7#作為個體代表，進行同步試驗。

本次試驗主要針對反沖洗過程中氣沖、氣水同沖、水沖的時間進行，在反沖洗強度和濾池過濾周期不變的情況下進行個體試驗，得出個體試驗的結果之后將此結果運用于所有10組濾池進行為期1個月的生產性試驗。分別從濾料表層砂層含泥量、砂面平整和穩定、沖洗后濁度等方面來驗證沖洗效果是否良好[4]。

濁度檢測方法:HACH2100AN濁度儀，GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》[5]

砂層含泥量取樣點及檢測方法:烘干法

圖1 取砂深度示意圖Fig.1 Schematic Plot of Sampling Depth

4 試驗結果與數據分析

4.1 試驗條件

原水水質穩定，4月平均濁度5.3 NTU，5月平均濁度8.9 NTU，且無活性炭粉末投加；水溫15～25℃；沉淀池出水濁度穩定，日均小于1 NTU。

4.2 試驗過程與結果數據分析

4.2.1 氣沖時間調整

氣沖時間由300 s減至150 s，氣水同沖、水沖時間不變，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖2 氣水沖階段濁度Fig.2 Turbidity of Water-Gas Washing

試驗結果分析:氣水同沖270 s之后濁度有明顯的下降趨勢，并在后90 s內基本保持穩定；水沖210 s之后濁度趨于平穩，在1～2 NTU之間。

圖3 水沖階段濁度Fig.3 Turbidity of Water Washing

初濾450 s后取得砂樣，測得4#、7#砂層含泥量均為0.38%，與未調整反沖洗參數時含泥量相仿。

4.2.2 氣沖、氣水同沖時間調整

氣沖時間由300 s減至150 s，氣水同沖時間由650 s減至350 s，水沖時間不變，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖4 氣水沖階段濁度Fig.4 Turbidity of Water-Gas Washing

圖5 水沖階段濁度Fig.5 Turbidity of Water Washing

試驗結果分析:氣水同沖270 s之后濁度下降趨勢平穩；氣水同沖時間雖縮短近一半，但濁度在水沖210 s后仍可趨近于2 NTU。推斷在單次反沖洗過程中，氣水同沖時間減少對水沖后濁度無較大影響。

4.2.3 氣沖、氣水同沖、水沖時間均調整

氣沖時間由300 s減至150 s，氣水同沖時間由650 s減至350 s，水沖時間由300 s減至210 s，檢測氣水同沖及水沖階段的濾池反沖洗廢水濁度變化。

圖6 氣水沖階段濁度Fig.6 Turbidity of Water-Gas Washing

圖7 水沖階段濁度Fig.7 Turbidity of Water Washing

試驗結果分析:在氣水同沖尾聲雖然濁度與試驗1、2數據相近，但水沖210 s時濁度卻較試驗1、2中300 s時濁度偏高許多（現象描述:該部分的水樣均發現有絮狀漂浮物，疑似細碎的礬花，造成測量時濁度偏高，沉淀數分鐘后濁度大幅度下降）。根據現場在線數據記錄，初濾后重新啟用運行，濾后濁度能穩定在0.08 NTU左右，與反沖洗前相仿，說明該物質可以通過初濾階段自然去除，且在目前水質狀況下能維持48h正常運行。

5 生產性試驗與數據分析

通過上述單格濾池的試驗結果可以得出，適當的降低反沖洗氣沖、氣水同沖、水沖的時間對過濾無不良影響，所以，根據該結果進行1個月的生產性試驗。在原水水質無異常波動的條件下，調整10組TGV濾池的反沖洗參數，并跟蹤6月份的在線濁度實時曲線。

5.1 生產性試驗原水水質狀況及反沖洗參數調整值

5.2 生產性試驗結果分析

5.2.1 對濁度的影響

表1 6月原水水質水量平均值Tab.1 Average Water Quality and Volume of Raw Water in June

表2 TGV濾池反沖洗參數調整前后Tab.2 Before and after the Filter Backwash Parameter Adjustment

圖8 4#濾池濁度曲線Fig.8 Filter 4#Turbidity

圖8顯示，4#濾池在反沖洗參數調整前與調整后的出水濁度曲線趨勢相仿。調整后的出水濁度基本維持在0.1 NTU左右，且曲線比較穩定，無異常波動。

圖9 7#濾池濁度曲線Fig.9 Filter 7#Turbidity

比對7#濾池，調整前后的清水濁度變化趨勢與4#濾池相仿，且同樣維持在0.1 NTU左右，無明顯波動。

由此可以得出，在現階段運行條件下，縮短濾池的反沖洗時間對出水濁度無不良影響。

5.2.2 對濾池水頭損失的影響

圖10 水頭損失曲線Fig.10 Head Loss Curves

圖10組圖截取了4#、7#濾池在反沖洗參數調整前后的水頭損失曲線變化，可以明顯看到4#、7#濾池在調整前后運行一個周期，即48h后水頭損失的最高值也低于2.1 m（自控系統設置的強制反沖洗水頭損失條件為3 m），尤其是3#濾池基本處于1.5 m以下，遠遠小于設定值。

由此可以得出，在現階段運行條件下，縮短濾池的反沖洗時間對濾池水頭損失無不良影響。沖洗后重新投運時，過濾水頭損失和周期能維持原狀，不發生異常。

5.2.3 對砂層含泥量的影響

表3 砂層含泥量Tab.3 Sand Silt Content

濾池反沖洗后濾層表層含泥量在0～0.5%之間，沖洗效果很好[4]。

由此可以得出，調整反沖洗時間對砂層含泥量基本無影響。

5.2.4 對砂層的影響

濾池反沖洗后砂層平整、未出現下凹、上凸或有裂縫現象，說明沖洗效果良好。

圖11 濾池砂層表面Fig.11 Sand Filter Layer Surface

6 結論

在為期1個月的現場生產運行中，通過對4#、7#反沖洗參數調整前后的濁度、水頭損失、砂層含泥量等常規反映濾池性能數據的連續跟蹤監測，得出在現階段水溫15～25℃、原水水質穩定無碳粉投加的情況下，減少反沖洗時間對濾池運行及出水水質無不良影響。

同時，為企業節約了比原反沖洗參數情況下約30%的清水量及38%的耗電量。積極響應了政府推行的清潔生產及可持續發展戰略。

［1］洪覺民.現代化凈水廠技術手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2013.

［2］美國自來水廠協會.水質與水處理公共供水技術手冊[M],(第五版).北京:中國建筑工業出版社,2008.

［3］同濟大學.給水工程[M].北京:中國建筑工業出版社,1980.

［4］中國城鎮供水協會.凈水工[M].北京:中國建材工業出版社,1998.

［5］GB 5749—2006.生活飲用水衛生標準[S].2006.