潍坊自来水有限公司眉村净水厂于1989年动工修建, 1992年正式投产运行, 净水能力为10万m³/d, 采用网格絮凝池+平流沉淀池+砂滤池的常规处理工艺, 其中滤池为双阀滤池。自2004年开始, 滤池先后出现滤水管堵塞、反冲洗不均匀、出水水质变差、过滤周期变短、耗水量大等问题。为了提高供水水质、节能降耗, 有必要对滤池进行技术改造。

　　 设计规模10万m³/d, 6组, 单组平面尺寸12m×4.5m×2=108 m², 配水系统采用大阻力丰型管。滤料及承托层:卵石层粒径2~32 mm, 厚600mm, 滤料层粒径0.6~1.2 mm, 厚700 mm。采用高位水塔自流进入滤池进行反冲洗。

　　 (1) 大阻力丰型管配水系统, 由于锈蚀十分严重, 导致长时间反冲洗不均匀, 从而造成滤料积泥板结, 过滤周期缩短, 反冲次数频繁, 出水水质恶化等问题。

　　 (2) 采用单水反冲洗, 冲洗不干净, 且冲洗耗水量大。

　　 (3) 反冲洗后池水面有大量泡沫, 需人工清理, 耗费人力。

　　 (4) 部分滤池进水虹吸管、排水虹吸管漏气, 无法形成虹吸。

　　 根据水厂要求, 将双阀滤池改造成V型滤池, 具体改造思路如下:

　　 (1) 改变滤池进水渠道结构:拆除原有虹吸进水管和虹吸排水管, 将原有进水渠分成上下两层, 上层为进水渠, 下层为排水渠。每格滤池设进水和排水电动闸板阀各1只。各滤池可通过调节进水堰板, 均衡进水量。

　　 (2) 更换配水系统:将原有丰型管大阻力配水系统更换成滤头滤板小阻力配水系统。

　　 (3) 增设表扫水系统:每格滤池分两小格, 每小格内设一条断面为V型的不锈钢进水槽。

　　 (4) 更换滤料:在滤板上铺设50mm厚的砾石承托层和1 200 mm厚的滤料。承托层粒径为2~4mm, 滤料粒径为0.9~1.2mm, d₁₀=0.95mm。

　　 (5) 更换反冲洗排水系统:拆除原混凝土排水槽, 设中央排水渠。

　　 (6) 增设气冲洗系统:新增鼓风机房和气冲洗管路。鼓风机房设3台罗茨风机, 2用1备。

　　 (7) 改造水冲洗系统:在高位水箱出水总管上增加一个电动调节阀门和一只超声波流量计, 以利于日后冲洗强度调节和运行管理。

　　 (8) 为了实现滤池全自动化运行, 进行相应的电气与自动化改造。

　　 问题:按常规V型滤池改造, 只需要将原滤池中央排水廊道顶部拆除, 制作成矮墙排水渠即可^[1]。但由于北方地区, 滤池多建于室内, 而滤池排水廊道顶多为承重结构, 不能拆除, 无法直接制作成排水渠。

　　 解决方案:为了不影响土建结构, 在廊道两侧增设了不锈钢V型排水槽, 并借用原滤池的排水槽孔将废水排至中央排水廊道中。具体如图1、图2所示。

　　 问题:不少采用中央渠道式的双阀滤池, 下层配水渠底比滤池底板低, 而渠顶比滤板低。因此, 如改造过程中直接在池壁开设气孔和水孔就不能满足《滤池气水冲洗设计规程》 (CECS 50-93) “配气渠向滤板下气水室配气的支管管顶宜与滤板底部相平”和“配水渠向滤板下气水室配水的支管管底应平池底”的要求。

　　 解决方案: (1) 为了利于配气, 改造时在渠道两侧壁增设若干特制DN50上弯式管件, 以便配气孔出口紧贴于滤板底部。 (2) 为了利于配水, 改造时在渠道两侧壁增设若干特制DN80下弯式管件, 以便渠道中水能顺利进入滤板底部。 (3) 原池体“丰型”配水支管管径为DN100, 采用翼环嵌于渠壁中。为了不影响原有渠壁结构稳定性, 配水支管拆除时保留其渠壁内部分, 而将特制DN80下弯式管件直接套于原DN100配水管内, 并在靠近配水配气渠一侧, 增设加牢钢板, 采用高强度快速凝固水泥密封。具体如图3所示。

　　 以往双阀滤池改V型滤池的工程实例, 均在滤池两侧池壁上增设不锈钢V型进水槽, 滤池进水先进入V型槽中, 再通过槽体侧壁底部小孔进入滤池中^[1,2]。而根据多个滤池实际运行情况来看, 在滤池反冲洗过程中, 表扫水经不锈钢V型进水槽底部小孔出水后, 呈抛物线流进滤池, 扫除泡沫效果不是特别理想, 特别是在滤池较宽时, 尤其明显。

　　 解决方案:在V型槽底部加装一块水平导流板, 让小孔射出来的水流能够呈水平状前行, 对滤池冲洗泡沫有较好的扫除效果。

　　 为了实现滤池全自动化运行, 每格滤池设1个就地PLC控制柜, 并改造原有公共冲洗柜和公共PLC控制柜。中控室增设上位机及软件程序、并增设滤池运行监控系统, 从而实现滤池全自动运行管理。

　　 根据滤池一年多的运行情况来看, 滤池出水水质良好, 滤池反冲洗配水配气均匀, 反冲洗排污效果好, 大大减少了反冲洗耗水量。且在保证出水浊度<0.5NTU的条件下, 净水能力由改造前的10万m³/d增加到12万m³/d。改造前后滤池运行参数见表1。

　　 (1) 滤池出水水质明显提高。改造前沉淀池全年出水平均浊度为2.3NTU时, 滤后水平均出水浊度为0.9NTU, 去除率为60.9%;改造后沉淀池全年出水平均浊度为1.95NTU时, 滤后水平均出水浊度为0.32NTU, 去除率为83.6%。改造前后时期滤池出水浊度见图4。

　　 (2) 反冲洗效果明显改善。滤池采用滤头滤板小阻力配水系统, 增加气水联合冲洗, 滤料清洗更干净, 彻底解决了滤料结泥球的问题。改造前后滤池滤料含泥量对比见图5。

　　 (3) 反冲洗周期明显延长。改造前滤池反冲洗周期为18~24h, 其中30%滤池反冲洗周期仅为18~20h;改造后反冲洗周期可达36h, 水质好时甚至达到48h。

　　 (4) 产水量大大增加。根据水厂日常生产运行记录统计数据, 夏季 (7~9月) 用水高峰时, 水厂运行水量为12万m³/d, 出水浊度仍能保证在0.5NTU以下。

　　 (5) 节水降耗。 (1) 由于增设空气冲洗系统, 单池反冲洗耗水量节省60%。 (2) 由于冲洗水量大大减少, 回流调节池至配水井潜水泵的运行电力消耗降低。对比滤池改造前后, 每天节省电耗70.15kW·h, 电价按0.8元/ (kW·h) 计算, 每天可节省电费56.12元, 每年可节省电费20 485.6元。

　　 (6) 运行管理水平得到提高。改造后, 滤站实现无人值守全自动化运行, 在节省了人力成本的同时, 完善了相关的监控手段, 提高了滤站的管理水平, 确保了滤池出水水质和安全运行。

　　 (7) 节省投资。滤池改造工程总投资395万元, 改造后滤池过滤能力达到12万m³/d, 增加了2万m³/d, 比新建1座滤池投资节省约60%。

　　 (1) 对于具有承重功能的中央渠道的滤池在改造成V型滤池时, 采用V型排水槽形式, 解决了排水渠顶部无法拆除的问题, 施工简便。

　　 (2) 滤池中央渠道下层配水配气渠两侧配气、配水孔采用特制弯管件进行配气、配水, 有效弥补了双阀滤池结构改造成V型滤池结构的先天不足。

　　 (3) V型槽表扫孔处加装水平导流板, 提高了滤池扫除浮渣和泡沫的能力。

　　 (4) 滤池改造后净化能力增加2万m³/d, 与新建2万m³/d水厂相比, 投资少见效快, 经济效益明显。

　　 (5) 滤池实现全自动化运行, 在节省了人力成本的同时, 完善了相关的监控手段, 提高了管理水平, 确保了滤池出水水质和安全运行。