武汉市某自来水厂现有6座滤池, 其中2#、3#、4#、5#、7#滤池均为V型滤池, 设计制水能力89万m³/d。随着城市快速发展, 自来水厂供水管网半径相应扩大, 供水量节节攀升, 已达到和超过净水系统设计能力。

通过调研自来水厂V型滤池的运行现状, 发现部分滤池的工况并不理想。极端水质情况下, 滤池清水门开度在短时间内增大导致滤池过滤周期缩短。反冲洗时降水位困难, 存在过滤受阻的情况。为提高出厂水的水质标准, 改善滤池工况, 自来水厂自2017年9月对7#滤池进行了翻修和过滤效果检查, 并根据翻修情况进行了工艺参数测定, 制定了相应的技术措施。

从近几年的日均供水量、最高供水量以及滤池的运行工况、过滤效果和构筑物使用情况几个方面来阐述自来水厂V型滤池的运行现状。

由表1可看出, 自来水厂2015～2017年7月日均供水量呈现逐年增长的趋势。以2017年7月供水情况来看, 比2015年同期日均供水量增加2.87万m³/d, 2年内供水负荷增长4.1%。

由表2可看出, 自来水厂2017年全年最高供水量约77.26万m³/d, 较2015年增长3.43万m³/d, 2年内最高供水量增长4.6%。从长远角度考虑, 自来水厂全年最高供水量将呈现逐年增长的趋势。

7#滤池从2004年改造后投运自今, 已运行14年。目前运行工况相对较差, 其中有5个滤格运行12h左右出现清水门开度增大, 开度值超过60%, 实时水位超过设定恒水位, 需提前进行反冲洗, 这无形中增加了其余滤格的运行负荷。针对此情况, 将7#滤池的过滤周期由原来的24h调整到12h。

2017年5月25日, 对7#滤池不同滤格的过滤效果进行了逐一检验, 7#滤池进出水水质取样数据如表3所示。自来水厂出厂干管水质内控指标为0.3NTU, 由表3中可以看出, 7#滤池过滤末期出水水质不佳, 均超过0.3NTU, 需尽快进行反冲洗以保证滤池的过滤效果和滤后水质。在反冲洗后稳定运行状态下重新检测, 滤后水水质均符合内控要求。

自来水厂每年会对滤池的工艺参数进行现场检测, 根据2016年全厂工艺参数检测数据, 7—9#滤格南面砂层平均厚度为1.04m, 而滤料设计厚度为1.20m, 相差0.16m。通过仔细排查原因, 发现池体中有部分滤头破损脱落, 导致7-9#滤格中部分滤料从缝隙中流失, 砂层厚度达不到设计要求。

同时, 运行过程中发现部分滤格在气冲时滤头释放的空气分布不均匀。将池中液位降低后, 砂层表面凹凸不平, 滤料厚度有较大差异, 通过分析可能出现的原因有以下几点: (1) 滤头破损, 运行时滤料漏失。 (2) 滤板缝隙表面原有填充物变形、膨出, 已无密封作用。 (3) 反冲洗时冲洗强度不均, 局部强度过大导致漏砂。

为改善滤池工况, 提高出厂水水质, 自来水厂自2017年9月着手对7#滤池进行翻修。基于自来水厂的安全生产和施工进度考虑, 计划每次以7#滤池的2格滤池作为一组进行翻修。

滤池翻修过程中势必对全厂的供水量、出厂压力和生产消耗构成不同的影响。

(1) 对供水量的影响。自来水厂V型滤池制水设计能力为89万m³/d, 若同时翻修2格滤池, 过滤能力减小3.125万m³/d。另外, 若滤池翻修期间取水区域突遇上游排洪等水源污染, 自来水厂供水安全将面临较大的考验。

(2) 对出厂压力的影响。2017年自来水厂的内控压力指标明显高于2016年, 造成2017年7月的日平均压力 (393kPa) 较去年同期高出17kPa, 这也是造成供水量较2016年同期增加的主要原因, 滤池翻修期间, 日制水能力减少3.125万m³/d, 供水量缺口将进一步加大。

(3) 对生产消耗的影响。由于供水量的逐年递增以及汉江上游开闸排水频次增加, 突发水源污染几率增高, 自来水厂2017年7月的生产消耗 (265kW·h/10³ m³) 较2016年7月 (247kW·h/10³ m³) 有所增高。滤池翻修期间, 为了减轻滤池的超负荷运行状况, 势必会消耗更多的生产成本。

由于全年供水量逐步递增以及社会居民对水质的要求越来越高, 且7#滤池的运行工况越来越差。滤池大修期间为保证自来水厂安全优质供水, 制定了一系列的技术措施。

由于部分滤池的运行工况下降, 全厂在生产中通过缩短滤池的反冲洗周期, 以尽量缓解滤池翻修对其余滤池造成的附加负荷, 同时应密切关注清水阀开度和滤池液位的变化。

滤池翻修前滤池进水浊度控制在3～3.5NTU, 为保证翻修期间滤后水质, 降低滤池运行负荷, 将滤池进水浊度控制在2～2.5NTU。同时还可通过加大预投氯量以减轻滤池的负荷, 在此期间应密切关注滤后水的浊度和余氯。

对工艺构筑物配水进行调整, 若7#的2格滤池进行翻修施工, 可将7#滤池的进水量由25万m³/d调整至21.8万m³/d左右, 通过调整工艺构筑物的配水量, 使得其余滤池分担7#滤池的过滤负荷, 解决7#滤池因翻修施工超负荷的运行状态, 在此期间应密切关注其他滤池的运行状态。

施工前, 根据翻修工作流程、施工工期、水泥、聚氨酯密封胶等建筑材料的属性, 制定出施工进度表 (见表4) , 要求施工方严格遵守。

滤池整体翻修工作于2017年9月3日正式开工, 翻修施工的主要工序包括取滤料、整修滤板、更换长柄滤头、滤料筛分清洗、滤料层的还原铺设、滤头布水试验、上滤料和消毒。

(1) 将滤池与沉淀池中间路面清场, 并用彩条布垫于路面及路边排水槽, 以便于工程期间滤砂的堆积。

(2) 堆积滤砂现场布置后开始取滤砂, 在移砂过程中应尽量避免滤料的人为流失。

(3) 在移砂过程中, 如砂面明显出现界面分层则说明砂面以下为滤池的承托层。将承托层移出滤池时, 应尽量避免承托层的流失。

(4) 滤砂及承托层被移出池外后, 滤板上会遗留下部分滤砂, 为减少滤砂的流失, 应将遗留在滤板上的滤砂整理到角落, 然后移出池外与其他滤砂一并放置。

每个滤格滤料取尽后, 发现都有多个滤头破损、滤板出现裂缝、填充物膨出等现象, 这些因素都影响运行工况。

(1) 将滤板上的滤头全部拆卸, 检查滤板平整度和滤板固定螺栓, 并视具体情况对滤板进行维修。

(2) 撬起部分滤板, 对滤池底部配水渠进行清淤工作, 直至滤池底部积泥清理干净为止。

(3) 凿缝。将滤板之间及滤板与池壁之间的缝隙表面原有的填充物、油污、附着物、灰尘等杂物凿除干净, 保证被粘表面干燥, 平整, 以防止粘接不良。

(4) 填缝。用柔性填料SGJL-851双组分聚硫密封胶将凿缝处压实、填平, 再用速干水泥抹平填缝处, 保证滤板之间及滤板与池壁之间的缝隙密封性好, 不漏水不漏气。

(5) 待滤板翻完后, 用水平仪校正并用PVC硬板块来调整滤板间的平整度, 确保每块板的水平误差应小于±1mm, 整个池内板面的水平误差不得大于±3mm。

待滤板表面密封胶及水泥完全干透后, 人工将新滤头装入预埋套管, 再用扳手将其拧紧。滤头套加“O”型橡胶密封圈旋入滤帽, 保证每块滤板上的滤头安装高度一致, 可用绳线牵紧或调整滤池水位来检测滤头安装水平度。安装中应注意不可用力过大, 以免将滤头旋断, 配置合适的橡胶垫圈, 确保滤头与滤板的密封性。

每组滤池共4 704个, 长柄滤头材料为ABS;滤缝条数为40条/件, 滤缝规格为25× (0.25±0.03) mm, 滤缝面积2.5cm²/件;滤头表面光滑、无明显杂质、无裂纹、色泽一致;滤头缝隙无残缺、气泡、飞边和毛刺等缺陷。

进行以上工序时, 可同时进行筛分滤料工作。首先用孔径4mm的筛网筛分承托层, 截留部分固定地点放置, 筛过部分再用2mm孔径的筛网进行筛分。2次筛分截留部分固定地点放置, 2次筛过部分可与滤砂混合。最后将全部滤料用清水冲洗干净。

待滤板表面密封胶及水泥完全干透, 新滤头更换完毕后, 对承托层高度进行了划标, 按照划标高度进行承托层的铺设。具体铺设过程:首先将1次筛分截留卵石均匀铺设在滤板上, 要求铺设均匀平整, 厚度相等。然后将2次筛分的截留砾石铺设在卵石上, 要求铺设均匀平整, 厚度相等。承托层铺设完毕后, 对铺设情况进行检查, 并对铺设高度进行测量。

滤池进水, 没过承托层数厘米, 利用手动冲洗方式, 分别开启2台鼓风机, 观察滤头布水情况是否均匀, 滤板是否漏气。

铺设滤砂时, 要求铺设均匀平整, 厚度相等。铺设完毕后对滤砂高度进行测量。

滤料敷设完毕后, 对单格滤池进行反冲洗, 再使用10%的次氯酸钠溶液浸泡24h。根据水质检验要求, 次氯酸钠溶液消毒时应按不小于10mg/L的浓度投加, 滤后水余氯在1～1.5mg/L。

翻修后的滤池消毒24h后, 对消毒水进行氯气含量的检测, 要求消毒24h后, 水体中氯气含量不低于1.0mg/L, 通过检测, 已翻修后的滤池消毒均合格 (1.2～1.5mg/L) 。

消毒合格后, 每格滤池反复冲洗数次后停置, 滤料进水, 澄清4～5h后正式投入使用, 所有翻修后滤池水质达标且优于翻修前, 数据对比如表5所示。

通过此次滤池翻修工作, 7#滤池整体工况得到了明显改善。工程结束后, 自来水厂针对翻修过程中发现的漏砂现象, 抽取7-5#滤池的滤料进行筛分试验, 测定滤料的有效粒径和不均匀系数, 并与2014年的筛分试验数据进行了对比 (见表6和表7) 。

对比筛分试验数据可以看出, 2014年7-5#滤池滤料的有效粒径D₁₀=0.98mm, 2017年7#滤池滤料的有效粒径D₁₀=0.88mm, 有效粒径变小, 且低于设计值范围0.95～1.35 mm。这说明在多年的反冲洗阶段, 细颗粒滤料不断摩擦造成磨损。细颗粒滤料尺寸越来越小, 容易在滤池反冲洗过程中发生滤料流失的情形, 使得滤池滤料层厚度变小, 影响滤池滤后水水质。

通过此次滤池翻修施工, 7#滤池的整体工况得到了一定程度的提高, 主要体现在以下几个方面:

(1) 翻修后滤板之间、滤板与池壁之间的缝隙全部进行凿缝、填胶、加水泥等处理, 旧滤头全部更新, 滤池整体密闭性能大大提高。

(2) 通过人工翻砂, 滤料筛分清洗, 滤料板结、泥团、泥球现象从根本上得到解决。

(3) 大修结束后, 将7#滤池的过滤周期调回到24h, 大大提高了滤池产水量, 达到了节能降耗的成效。