嵊州市第一水厂于1991年建成通水,设计规模为4万m³/d。过滤采用两座标准S773(三)虹吸滤池,单座滤池设计规模1 330m³/h,分8格,为双排布置,每格改造前平面净空尺寸为4.5m×4.0m。虹吸滤池构造见图1。

　　 虹吸滤池过滤过程为:沉淀出水经配水渠,由滤池的虹吸进水管分配到滤池,穿过滤料层和配水系统,最后经配水孔汇总到清水渠。虹吸滤池反冲洗过程为:当滤池内水位达到最高液位时,通过抽真空系统,使虹吸排水管内水位上升,形成虹吸排水,滤池内水位迅速下降,清水总渠内的水即通过配水系统穿过滤层向上流动,从而达到反冲洗的目的。当计时水槽内的破坏虹吸管口露出时,空气会进入排水虹吸管内,虹吸被破坏,冲洗即停止,滤池进入过滤状态。

　　 虹吸滤池在运行过程中存在如下问题:

　　 (1)反冲洗不彻底,滤料板结。虹吸滤池采用清水总渠内水冲洗,冲洗水头小,冲洗不彻底,随着运行时间的增加,滤料积泥也日渐严重,最终板结发黑。每隔1年需要人工掏砂并清洗后填回。

　　 (2)过滤周期短。滤池采用的是单层细砂滤料,粒径小,不均匀系数大,污物通常只被截留在表层20cm左右的砂层,纳污能力有限,过滤周期不到12h。

　　 (3)部分滤池滤头破损,漏砂严重。

　　 随着嵊州市用水需求不断增加,为了保障正常供水,嵊州市水务集团有限公司决定对一水厂进行升级改造,提高出水水质和水量,本文主要针对滤池改造部分进行阐述。

　　 (1)将虹吸滤池改造为均质滤料滤池,按规模6万m³/d设计,进水浊度≤3NTU时,出水浊度≤0.5NTU,过滤周期≥36h。

　　 (2)实现气水反冲洗。

　　 (3)实现恒水位恒速过滤,全自控运行。

　　 均质滤料滤池构造见图2,滤池内各标高见表1。

　　 均质滤料滤池过滤过程为:沉淀出水经配水渠,由滤池的进水口分配到各滤池,然后向下穿过滤池砂床和集水系统进入底部清水空间,最后经出水孔和出水管送至中间清水管。当满足如下两个条件时进行反冲洗程序:(1)达到设定时间(36h或48h,根据进水水质定,常用设定);(2)清水出水阀全开(改造后采用恒水位等速过滤,备用设定)。滤池反冲洗流程为:(1)关闭进水阀并静置降水位6~8 min,关闭清水阀;(2)开启风机,开启反冲气阀门,进行单气冲洗,历时1.5 min;(3) 单气冲洗完毕后,开启一台水泵,开启排水阀,进行气水反冲洗,历时5min;(4)气水反冲洗结束后,关闭风机,打开排气阀,开启2台水泵,进行单水冲洗,历时5min;(5) 单水冲洗结束后,关闭反冲水阀门,关闭水泵,关闭排水阀;重新打开进水阀,打开清水出水阀。

　　 设计流量2 625 m³/h(自用水系数取5%);滤速V=7.5m/h;单池过滤面积22m²(原池18m²),分16个滤池,总过滤面积352m²。

　　 反冲洗方式采用单气-气水-单水,其中气洗:q气=17L/(s·m²),t=1.5 min;气水反冲洗:q气=17L/(s·m²),q水=4.0L/(s·m²),t=5min;单水:q_水=8.0L/(s·m²),t=5 min,运行中由于排水不畅,后修改为q_水=6.0L/(s·m²)。

　　 滤料采用单层均质石英砂滤料,滤料有效粒径d₁₀=0.8~1.2mm,K₈₀=1.35,厚1.25m;承托层厚0.1m,粒径2~4mm。

　　 (1)进水及反冲排水由气动闸板阀控制。

　　 (2)清水出水改为气动调节蝶阀控制,与滤池顶的液位计联动,达到恒水位恒速过滤。

　　 (3)反冲水及反冲气管上设气动蝶阀。

　　 (4)在每格滤池的反冲气管上设一根排气管,用电磁阀控制。

　　 (5)新购置罗茨鼓风机2台,作为反冲气源。风机参数:Q=23m³/min,H=0.05 MPa。1用1备。

　　 (6)新购置水泵3台,为反冲水提供动力。水泵参数:Q=320m³/h,H=10m。2用1备。

　　 (7)新购置气动阀门气源一套。含空压机、储气罐、冷干机等。 空压机参数:Q =70 m³/h,H =0.75 MPa。1用1备。

　　 (8)安装各工艺管道、滤板、排水槽及均匀布气管等,并新购置承托层及粗砂滤料。

　　 (9)仪表及自控系统改造。每格滤池配备1台超声波液位计,用来监测滤池水位;本滤池改造后采用集中式控制方案,在滤池控制室设置1 台滤池PLC分站,滤池现场设置8台PLC子站。另外,在反冲设备间分别设反冲洗泵控制箱、鼓风机控制箱、空压机控制箱。

　　 均质滤料滤池采用的阀门规格及设计参数见表2。

　　 (1)拆除原进水、排水虹吸管及附属管路。

　　 (2)拆除池内排水槽、排水槽隔墙及计量水槽。

　　 (3)清除滤料,拆除滤板、滤梁。

　　 (4)拆除原清水渠上的走道板、清水渠顶板隔墙及排水堰板等。

　　 (1)在中间池壁上开设反冲水管孔、反冲气管孔及清水出水管孔。

　　 (2)开设进水孔及反冲排水孔,浇筑滤梁及边梁。

　　 (3)封堵原滤池下部的长条过水孔。

　　 (4)清水池内设一道堰,以保证稳定过滤水头。

　　 (5)清水出水总管上接一根水管引入反冲泵房。

　　 本次改造工程施工历时3 个月,改造费用约450万元,改造规模6 万m³/h。新建一个相同规模的V型滤池费用在800 万元左右,施工时间要5~6个月。此次改造费用不到新建的60%,时间可缩短近一半,并且可根据供水实际情况边供水边改造。

　　 滤池改造工程于2015年7月完工并投入运行,目前运行规模4.5万m³/d,滤前水浊度2~3NTU,滤后水浊度0.1~0.2 NTU,过滤周期大于48h。但在使用过程中出现了两个问题:

　　 (1)进水量达到6万m³/d时,配水渠溢水。经现场分析应是原配水槽的混凝土堰板设计时没考虑拆除,导致出水不畅,拆除堰板后解决。

　　 (2)单水反冲洗排水不畅。首先排水水平段管径不够大,排水口孔上水头也比较低,造成排水不畅;其次排水管存在一个90°转弯,也引起排水不畅。此点是设计上的失误,应设计更大的排水口和排水水平管段,由于施工已完成,更改比较困难,和业主协商不作更改。经现场测算水冲强度不超过6L/(s·m²)时,排水槽内水位没有溢出。虽然单水强度没有达到设计要求,但也满足设计规范的单水冲洗强度4~8L/(s·m²)要求。在使用中单水冲洗强度定为6L/(s·m²),并且通过适当延长气水联洗和单水漂洗时间,弥补设计缺陷。

　　 此次滤池改造,将标准S773(三)虹吸滤池改造成恒水位恒速过滤的气水反冲洗均质滤料滤池,并实现全自控运行,将原滤池清水出水方式由敞开改为封闭,提升了供水的安全性。在运行规模4.5万m³/d,滤前水浊度2~3NTU时,滤后水浊度0.1~0.2NTU,过滤周期大于48h。

　　 由于标准虹吸滤池在全国有着广泛的应用,该技改工程的成功实施,对重启停用的滤池及需要进行提质改造的供水企业有很好的示范作用,可节省因新建滤池所需的资金、人力等,因此带来的经济效益是非常可观的。