杨树浦水厂甲组滤池改造运行分析

论文类型	技术与工程	发表日期	2004-06-01
来源	净水技术
作者	顾振国,顾玖平
摘要	顾振国1　　顾玖平2 (1.上海市自来水市北有限公司杨树浦水厂，上海 200082；2.上海理工大学，上海 200093) 　　摘要通过对杨厂甲组滤池的工艺改造，使这座具有77年历史的普通快滤池在管道布局、设施设备、运行控制方式、滤后水水质、冲洗强度、冲洗水率，砂层含污率等各个方面与过去 ...

顾振国¹　　顾玖平²
(1.上海市自来水市北有限公司杨树浦水厂，上海 200082；2.上海理工大学，上海 200093)

　　摘要通过对杨厂甲组滤池的工艺改造，使这座具有77年历史的普通快滤池在管道布局、设施设备、运行控制方式、滤后水水质、冲洗强度、冲洗水率，砂层含污率等各个方面与过去相比均发生T!t大的改变，满足了对自来水水质的控制要求。
　　关键词 工艺改造运行控制水质目标效益分析

Operation Analysis of the Reformed Group A Filters in Yangshupu Water Plant
Gu Zhenguo¹　 Gu Jiuping²
(1.Shanghai Waterworks Shibei Co.Ltd，Yangshupu Water Plant，Shanghai 200082 China；
2.Shanghai University of science and Technology，Shanghai 200093，China)

　　 Abstract In this paper，reformation of the pipe gallery，facilities，equipments and operation procedures and control of the group A filters was introduced，the performance of the group A filters，including filtered water quality，back washing water rate，back washing strength and thus dirty containing of the sand layer has become excellently changed than before and the requirement of the water quality control of the water plant satisfied.
　　 Keywords technology reformation　 operation control　 goal of water quality　 benefit analysis

　　杨树浦水厂甲组滤池为普通快滤池，始建于1927年，运行至今已有77年历史。其共有8格滤池，单池面积130M²，并与乙组共用一个冲洗水箱。由于当时的原水水质、出厂水水质要求、工艺条件以及控制操作方式等与现在有很大的区别，因此该组滤池在各方面都显得越来越难以满足当前的生产要求，阻碍了我厂发展的步伐。其主要表现为：
　　(1)管道及阀门腐蚀严重、阀门可控性和密封性差；
　　(2)冲洗水箱进水与反冲洗总管共用一管，造成水头损失较大，冲洗强度及水量均无法满足要求，滤池表面积泥现象严重；
　　(3)滤池运行完全靠人工操作，现场无在线仪表监测，其冲洗水量、过滤水量、运行液位、过滤后浊度等都无法得到实时监控，因此时常发生溢水、滤干、滤速无法控制引起浊度超标等安全事故；
　　(4)原排水阀为DN900的平底阀，反冲洗时水流在此遇阻，增加了水头损失，形成臃水，排水不畅；
　　(5)管廊中无排水设备，致使管廊长期存在积水现象，管廊内操作条件差，管道腐蚀严重，由于滤池下部叠合清水池，对供水安全产生威胁。
　　为彻底解决上述存在的问题，对甲组滤池进行了改造。改造后于2003年12月5日起交付生产性试运行至今，滤池运行平稳，出水水质稳定。

1 工艺改造的主要内容

　　依据上海市市政设计院的《杨树浦水厂甲组滤池改造方案》进行施工建设，沿用了改造前的滤层级配，即砂层厚度55cm，平均粒径0.76—0.78mm，厚度粒径比为700～730。改造主要针对滤池不合理的工艺结构与参数。
1.1 反冲洗系统
　　1)反冲洗水箱进出水管分离，原DN800反冲洗总管仅保留其水箱进水功能，新设DNl200反冲洗出水总管，并在该管上安装流量仪与电动调节阀，在整个反冲洗过程中，反冲洗强度始终保持在14L／s·m²。
　　2)单次冲洗水量比改造前增加了80m³。
　　3)反冲洗条件由原来的过滤周期控制改为水头损失、滤后水浊度及累计过滤流量三重控制。
　　4)单池反冲洗阀由DN700改为DN800。
1.2 过滤系统
　　1)滤池初滤时采用半滤速运行，约15min。
　　2)采用恒水位等速过滤，每格滤池安装1台液位仪，清水阀采用电动调节阀，其开启度以保持滤池液位恒定为准自动调节。
　　3)每格滤池安装1台浊度仪。
　　4)清水管由DN450改为DN500。
1.3 进水系统
　　1)单池进水阀由DN700改为DN600。
　　2)甲组滤池进水系统由1根DNl200与1根DNl000进水支管并人1根DNl600进水总管，总管上安装了同口径的流量仪，DNl000支管上安装了电动调节阀，以调节甲组滤池的进水量。
1.4 排水系统
　　排水阀由原来的DNl000平底阀改为900×900电动闸阀。
1.5 其它
　　1)甲组滤池的运行由原来的人工控制改为PLC程序控制。
　　2)清水渠道上安装透气管。
　　3)管廊两端设置了排水泵及排风扇。

2 改造前后的甲组滤池有关参数对比

表1　改造前后甲组滤池有关参数对比

甲组滤池

改造前平均

改造后

最高

最低

平均

滤后水浊度（NTU）

0.26

0.15

0.07

0.10

去除率（%）

初滤水浊度（NTU）

0.40

0.39

0.13

0.18

余氯（mg/L)

1.8

2.0

105

1.8

过滤水位(m)

0.9-1.4

1.23

1017

1.20

单池周期过滤能力（m³)

1100

16000

13000

15000

过滤周期（h)

总进水量（m³/h)

8000

11000

4000

8000

末滤速（m/h)

15-21

反冲洗强度（L/s·m²)

反冲洗历时（min)

5.2

4.3

k₈₀

1.52

1.50

d₁₀

0.54

0.58

d₈₀

0.82

0.87

砂层厚度（cm)

平均粒径（mm)

0.767

0.775

砂层厚度与粒径比

717

710

砂层含泥量（%）

3.5

1.0

表面积泥现象

严重

轻微

3 改造后滤池效能

3.1 滤后水水质
　　尽管砂层级配及高度与改造前无区别，但通过一系列科学管理手段，如：控制初滤速、始终保持滤速相对恒定、改善反冲洗效果、保障各格滤池进水相对均匀等，使得滤后水水质较改造前有了明显的提高，平均去除率由82％提高至88％，改造后甲组滤池和其单格7#滤后水浊度见图1。

　　1)初滤水采用半滤速过滤，因此初滤水的水质比改造前有了明显的提高，且各格滤池的进水量相对平均，从而导致整组滤池滤后水浊度比改造前有所降低。
　　图2曲线突起部分为初滤水，其浊度在初滤后15min达到峰值，一般约0.20～0.16NTU，随后浊度开始逐步下降，约1h后恢复到正常水平。

　　图3为甲组7#滤池初滤水浊度，也是在15min左右达到峰值，随后浊度开始逐步下降。

　　2）滤后水水质稳定，滤后水总浊度绝大部分时间稳定在0.09-0.11NTU，余氯稳定在1.5-2.0mg/L(见图4）。

3.2反冲洗系统
　　反冲洗强度由改造前的10L／s·m²增加到14L／s·m²满足了设计要求。在整个反冲洗过程中，反冲洗调流阀根据反冲洗流量自动调节开启度，使反冲洗强度始终稳定在13.9～14.1L／s·m²。反冲洗效果明显好于改造前，主要表现为滤池的过滤能力显著增强和砂层表面积泥现象明显缓解。改造前后砂层表面积泥现象如图5所示。
　　反冲洗泵更新保证管路畅通。

3 过滤系统

　　1)采用恒水位等速过滤，过滤水位变化幅度仅6cm，即1.17～1.23m。而改造前过滤水位调节幅度近50cm，现在的甲组滤池滤速稳定，从而也保证了滤后水水质稳定及供水安全。
　　2)清水阀调节频率较低，阀门开启度绝大多数时间内超过30％，各格滤池进水量相对均匀。
　　3)单个滤池的水头损失由砂层水头损失与清水阀水头损失两部分组成(H_总=H_砂+H_阀)。砂层在一个过滤周期内的水头损失可通过清水阀开启度曲线间接反映出来，即：H_砂=H_总-H_阀。在过滤流量及清水库液位基本不变的前提下，由于过滤液位也基本不变，单个滤池的总水头损失(H_总)也保持不变。随着过滤时间的增加，清水阀门的开启度也随之增加，H_阀则随之减少，H_总随之增加。当开启度超过90％时，表明清水阀的调节能力接近极限，砂层水头损失接近最大值(H_总)，则该格滤池需反冲洗。
　　4)甲组滤池过滤能力得到了充分的利用。改造后的甲组滤池取消了12h为一个过滤周期的固定模式，改以浊度超高控制(超过0.5NTU)；滤速过慢，即在清水阀开启度超过90％的前提下，过滤液位超过上限且持续一段时间；达到过滤能力，即1个过滤周期内的累计过滤流量设定值为16000m³，共同作为反冲洗条件。
　　在一个过滤周期内，单池累计过滤水量平均增加了37％以上，即4000m³以上，过滤周期平均延长了6h，即18h。每年可节约反冲洗水量约20％。
　　当某格滤池过滤水量达到设定值时，其清水阀开度均超过90％，为保障甲组滤池始终保持一定的抗水量冲击负荷，故设定值暂定为16000m³。
3.4 进水系统
　　1)在进水总管上安装流量仪，准确计量甲组滤池的总进水量，从而能够进一步了解次级提升泵房各机泵的真实工况，使过程水的调度更准确、安全。
　　2)进水支管安装的电动调节阀在一定范围内起到了平衡甲、乙组滤池进水水量的作用，使两组滤池尽可能负荷均匀，从而充分发挥两组滤池的总过滤能力。
3.5 排水系统
　　排水通畅，有效地解决了改造前反冲洗拥水的问题。
3.6 控制系统
　　1)甲组滤池的控制由手动控制改为全自动PLC程序控制，各步操作由数据库全程记录。
　　2)液位、浊度、阀门开启度、流量等数据在操作界面上实时反映，并以实时曲线的方式进行记录，使当班人员能随时掌握甲组滤池的运行工况，并为事故分析提供数据基础。
　　3)对各种异常情况，如：液位超高、浊度超高、阀门失灵、机泵故障等，提供报警，以保障甲组滤池安全运行。
　　4)具备手、自动切换功能，操作方便，有利于处理各类突发事件。
3.7 经济效益
　　每年可节约费用35万元左右。
　　1)尽管改造后的甲组滤池单次反冲洗水量增加了约80m3，但由于反冲洗周期平均延长了6h，合计每年可节约反冲洗水量约20％。
　　2)反冲洗效果的明显提高，使得甲组滤池表面涸积泥现象大大缓解，每年可节省1～2次扦砂加砂的费用。
　　3)由于更新了冲洗水泵及所有阀门(免维护)，甲组滤池的检修费用大幅度降低。
　　4)改造前的甲组滤池手动控制，实行五班三运制。改造后采用无人值守的自动控制模式，最大限度地节省了人工，提高劳动效率，降低了制水成本。