对于大多数地表水处理工程来说, 过滤是消毒工艺前的关键性处理手段, 据了解在闽南地区净水厂中采用较多的过滤构筑物主要有虹吸滤池、重力式无阀滤池、普快滤池和V型滤池。翻板滤池作为一种较新型滤池, 其过滤机理与V型滤池相似, 冲洗方式也相同, 但在滤料组成、配水配气系统、排水方式、冲洗强度等作了改进, 使滤料选择更加灵活、施工安装更加方便、冲洗更加干净省水^[1]。在泉州市泉港第二水厂设计时考虑到该地区水资源短缺和水源水质的特点, 采用了双层滤料翻板滤池。

　　 泉州市泉港第二水厂地处闽南地区, 是泉港南部的一座重要的城市净水厂, 负责泉港南部核心城区和工业区的供水任务, 设计总规模15万m³/d, 一期建设规模5万m³/d。水厂水源来自本地的泗洲水库和区外的湄洲湾南岸引水工程。水厂净化水工艺采用强化常规处理工艺, 工艺流程:原水→管式静态混合器 (加PAC) →竖向折板絮凝池→平流沉淀池→双层滤料翻板滤池→清水池 (加液氯消毒) →送水泵房→配水管网。设计供水水质目标是达到现行《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749-2006) 的指标要求。

　　 根据国家城市供水水质监测网厦门监测站所做的泉州市泉港第二水厂月度水源检验报告, 水厂水源的原水水质总体较好, 基本符合《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) Ⅱ～Ⅲ类水体水质标准的要求, 个别指标有超标现象。原水水质特征主要表现为受季节、天气影响较大, 水质波动主要体现在浊度、氨氮、高锰酸盐指数、锰等指标, 局部时段会出现锰超标的情况。

　　 翻板滤池分期建设, 一期按5万m³/d规模先建设一组, 厂区自用水率按5%取值。

　　 翻板滤池采用单排布置, 平行分成4格;按照进水方向, 前端上部布置进水渠、配水渠、进水闸门、配水堰, 下部布置排水翻板阀、排水渠;中段布置过滤池, 包括滤料层、承托层、配水配气系统等;后端上部布置管廊, 内设反冲水管、反冲气管、清水收集管、出水稳流槽等, 下部布置集水渠。翻板滤池布置见图1和图2。

　　 反冲洗泵房根据厂区总平面布置紧靠滤池设置在滤池一侧, 方便与二期共用;分为地下和地上两部分, 地下部分为集水池和水泵间, 地上部分为鼓风机和空压机间;内设反冲洗水泵、恒压泵、鼓风机、空压机等设备。

　　 沉淀池来水经进水渠先进入沿滤池横向布置的配水渠, 再通过每格滤池设置的进水闸门, 最后经配水堰后进入到各格滤池, 完成配水。配水渠长31.45 m, 宽1.0 m, 水深0.9 m, 流速0.68 m/s, 两端设溢流堰和放空管。每格滤池进水口大小为500 mm×500 mm, 进水流速为0.61 m/s。进水口前设置不锈钢5#槽钢阀框, 用于放置活动检修闸板阀, 平时库存;进水口后设置固定气动闸板阀, 用于控制进水量和反冲洗关阀。配水堰主要保证滤池均匀进水, 每格滤池进水端均横向布置一道配水堰, 长7.60 m, 堰上水头0.05 m, 详见图3。

　　 排水系统是翻板滤池的主要特点和最大特色, 并以此得名。本次设计滤池单排布置, 排水与进水布置在同一侧, 以便于另一侧布置管廊。每格滤池在配水渠下方平行设置两道排水口, 大小为3 200 mm×200 mm, 排水口底部高度控制在滤料上方0.3 m, 以保证排水时阀门开启所需的空间和减少反冲洗时滤料的流失。排水阀采用气动翻板阀, 气动控制机构设置在池顶走道板上, 通过一根竖向和横向传动杆及传动曲柄与翻板阀进行连接, 控制翻板阀在0～90°来回翻转, 关闭或开启排水口, 实现滤料的反冲洗“淘洗”过程。排水渠位于配水渠下方, 排水口通过翻板阀控制排水, 跌水进入排水渠。排水渠长31.45 m, 宽2.0 m, 高3.8 m。见图3。

　　 过滤池共4格, 每格过滤池长9.8 m, 宽7.6 m, 单格有效过滤面积74.48 m²。按一期设计规模计算正常滤速7.34 m/h, 强制滤速9.79 m/h, 满足设计规范要求, 并考虑了水厂超负荷运行的可能性。

　　 过滤池竖向总高度5.6 m, 从下往上依次为:中央配水配气渠高1.2 m, 承托层厚0.45 m, 双层滤料厚1.5 m, 设计水深1.7 m, 安全超高0.75 m。

　　 在两格过滤池中间的隔墙上, 均匀开了5个1 000 mm×200 mm的溢流口, 溢流口底比设计运行水面高0.1 m, 保证超水位时能安全溢流。

　　 过滤池的滤层表面以上设计水深1.7 m, 单格可储存水量约127 m³, 单格一次反冲洗过程中出现的最大水量约101 m³, 过滤池滤层表面以上水深满足冲洗废水储存要求。

　　 翻板滤池的配水配气系统是滤池的核心, 关系到过滤水的收集和反冲洗的布水布气, 直接影响出水水质的优劣。系统主要由配水配气渠、配水配气立管和U型滤管组成。

　　 配水配气渠与滤池土建结合布置, 沿每格滤池底板纵向设置, 从底板中间下凹做一条矩形渠道, 滤池配水、配气总管从管廊一端接入渠道中, 将反冲洗水、气输送到每格滤池。配水配气渠长9.8 m, 宽1.2 m, 深1.2 m。见图4。

　　 配水配气立管布置在配水配气渠中, 沿纵向布置两排, 横向间距750 mm;每排42根, 均匀布置, 纵向间距230 mm。配水配气立管采用定位板垂直固定安装在配水配气渠的顶板内, 定位板盖板材质为钢模预制钢筋混凝土板, 板厚50 mm。见图4。

　　 立管由大小管镶嵌组成, 总长1 010 mm。大管内径为Ø100 mm, 起配水作用, 配水立管流速为1.69 m/s;在大管上部沿内壁又镶嵌一根小立管, 内径为Ø30 mm, 起配气作用, 配气立管流速为18.82 m/s。见图5。安装时单格滤池竖向配水配气立管顶部标高误差须控制在±3 mm以内, 下端管口的水平误差须控制在±2 mm以内。

　　 U型滤管即所谓“面包管”, 上部为半圆管, 下部为矩形管, 形似“面包”。U型滤管横向布置在滤池池底, 在配水配气渠两侧均匀对称布置, 一根配水配气立管连接一根滤管。每格滤池布置84根U型滤管, 每根滤管长3 730 mm, 净宽110 mm, 净高155 mm, 根据功能要求在不同位置和高度分别设置气孔和水孔。见图6。

　　 滤管气孔设计必须保证管内气垫层的形成, 而且使反冲洗空气能够均匀分布于滤层。开孔位置在半圆管顶部和半圆管与矩形管结合部 (两侧) 各开一列, 此外在滤管两端各开一孔。滤管顶部排气孔孔径1.5 mm, 间距150 mm, 孔数共25个;两侧气孔孔径3.5 mm, 间距75 mm, 孔数共100个;两端气孔孔径3.5 mm。每格滤池滤管气孔开孔面积共0.086 m², 气孔开孔比 (开孔面积/滤池过滤面积) 0.12%, 气孔流速12.99 m/s。气孔的孔径和开孔比严格按设计规范和规程进行确定, 避免大气泡反冲洗。

　　 滤管水孔设计要保证配水均匀, 开孔位置在矩形管底部沿中心线两侧各开一列, 水孔孔径17 mm, 横向间距50 mm, 纵向间距150 mm, 孔数共48个。每格滤池滤管水孔开孔面积共0.915 m², 水孔开孔比1.23%, 水孔流速1.22 m/s, 属小阻力配水系统。

　　 滤池底板浇筑时预留50 mm高的二次浇注找平层, 对滤池池底进行二次找平, 找平后单格滤池池底平整度误差须≤±5 mm, 整池平整度误差须≤±10 mm。横向滤管单根水平误差须控制在±3 mm之内, 同格滤池相互水平误差须控制在±10 mm之内。

　　 承托层采用不同粒径砾石多层级配方式, 共分4层, 总厚度450 mm。各层承托层自上而下的粒径及厚度见图7。铺设时须按设计粒径和厚度经洗净后分层铺设, 每层用水面找平。

　　 滤料组成根据滤后水水质要求, 综合考虑进水水质和设计滤速等因素, 按照强化常规处理的要求采用双层滤料, 即上层无烟煤滤料、下层均质石英砂滤料。双层滤料的技术参数为:无烟煤粒径0.8～1.8 mm, 不均匀系数K₈₀<1.60, 厚度700 mm;石英砂粒径0.8～1.2 mm, 不均匀系数K₈₀<1.45, 厚度800 mm。

　　 管廊布置在滤池出水端, 紧靠过滤池横向布置, 长31.45 m, 宽7.65 m, 内设反冲水管、反冲气管、清水收集管、出水稳流槽等。反冲水管和反冲气管从反冲洗泵房引出进入管廊, 分别沿管廊底板和顶板横向布设, 再分4路接入每格过滤池中央的配水配气渠。清水收集管从每格过滤池的反冲水管出口端开三通接出, 进入出水稳流槽, 经出水调节堰后进入管廊下部的集水渠。两格滤池共用一个出水稳流槽, 每道出水调节堰长1.30 m, 堰上水头0.15 m。

　　 反冲水管管径DN800, 设计流速2.22 m/s;反冲气管管径DN300, 设计流速15.81 m/s;清水收集管管径DN500, 设计流速0.77 m/s。反冲水管、反冲气管、清水收集管出口均设气动蝶阀进行调节控制, 其中清水收集管出口气动蝶阀可调节开启度, 以控制过滤池水位恒定运行。

　　 翻板滤池反冲水强度较大, 冲洗一次需较大的水量, 单靠滤池运行时的正常出水量不足以满足一格滤池反冲洗所需的瞬时大水量, 因此需设置集水渠, 用于储存反冲洗水量。集水渠设于管廊下部, 31.45 m×7.65 m×1.4 m, 有效容积约337 m³, 大于一格滤池反冲洗一次所需水量255 m³, 满足滤池反冲洗所需水量要求。

　　 滤池采用气水三阶段冲洗, 先气冲, 强度15 L/ (s·m²) , 时间3 min;再气水混冲, 气冲强度15 L/ (s·m²) , 水冲强度4 L/ (s·m²) , 时间3 min;最后单水冲, 水冲强度15 L/ (s·m²) , 分2次, 时间3 min。冲洗周期一般为24～48 h。按照反冲洗流程, 1格滤池反冲洗1次所需水量约为255 m³。

　　 根据气 (水) 冲强度和滤池单格有效过滤面积, 并考虑必要的安全系数 (1.05～1.10) , 测算反冲洗所需气 (水) 量和气 (水) 压, 选用满足反冲洗要求、节能经济的反冲洗设备。

　　 气冲设备选用2台三叶罗茨鼓风机, 1用1备, 单机风量Q=77.4 m³/min, 风压H=49 kPa, 功率N=90 kW。水冲设备选用4台高效单级双吸离心泵, 3用1备, 单泵流量Q=1 341 m³/h, 扬程H=10 m, 功率N=55 kW。为便于调节冲洗强度, 冲洗水泵采用变频调节。

　　 反冲洗泵房紧靠翻板滤池一侧布置, 并考虑二期共用。平面尺寸20.70 m×15.00 m, 地下深度3.75 m, 地上高度7.95 m。地下部分为集水池和水泵间, 地上部分为鼓风机和空压机间。集水池通过闸门与滤池管廊下部的集水渠连通, 提供反冲洗水量;中间设一道出水总堰, 堰前作水泵吸水井, 堰后作出水井, 堰长14.40 m, 高3.85 m, 堰上水头0.10 m。水泵间平行布置4台反冲洗水泵和2台恒压泵。地上部分布置2台鼓风机和2台空压机;空压机为整个厂区的气动设备提供气源, 选用占地小的螺杆式空压机, 单机气量Q=1.42 m³/min, 气压H=1.0 MPa, 功率N=11 kW。屋面梁上设置1台电动单梁悬挂起重机, 方便设备的起吊和安装, 起重量3 t, 跨度12 m, 起吊高度9 m。

　　 翻板滤池有几个关键的水位点, 需根据流程水损进行严格控制, 满足水头差要求, 保证滤池的正常稳定运行。几个关键水位点分别是:配水堰水位、过滤池正常运行水位、出水稳流槽调节堰水位、集水池出水总堰水位。其中过滤池正常运行水位与出水稳流槽调节堰前的水位差, 即过滤池运行的最大水头损失的确定最为关键, 需根据承托层、滤料层、配水系统、反冲洗周期等进行确定, 根据计算, 设计过滤池运行最大水头损失采用2.45 m。滤池全流程即从起端配水堰到尾端出水总堰的水头损失合计为3.00 m。

　　 翻板滤池采用全自动化运行, 设置了自动控制系统, 来满足滤池正常过滤和冲洗全过程的自动运行需要。为此配置的主要仪器仪表有:每格滤池设1台量程0～5 m的超声波液位计, 用于滤池水位控制;每格滤池出水管上设差压仪, 用于监测过滤水头差;气冲总管上设1台空气涡街流量计, 水冲总管上设1台电磁流量计, 用于监测反冲洗气量和水量;每格滤池出水管及出水总管上均设1台清水浊度仪, 用于监测滤后水水质。

　　 滤池运行由PLC控制, 滤池自动控制系统根据滤池水位信号与设定值的比较, 控制出水调节阀自动调整其开启度, 使滤池整套系统水头损失恒定, 从而保持滤池中的水位恒定、滤速恒定。反冲洗时则根据滤床堵塞状态 (过滤水头差) 或运行经验定时 (时间) 自动进行反冲洗, 并可根据反冲洗效果适时调整反冲洗气量、水量和时间, 达到最佳冲洗效果。

　　 作为水厂整个工艺环节中最重要的核心设施, 翻板滤池运行效果的好坏, 直接关系到水厂出厂水能否达标的问题。目前水厂已正式运行一年多的时间, 各工艺设施和设备均运行正常, 且经过调试磨合后, 运行效果已基本稳定。

　　 根据水厂2017年11月的供水运行日报表, 目前日均供水量在3.1万m³/d左右, 供水负荷率达到60%;原水浊度8.1～11.0 NTU, pH 7.1～7.7;聚氯化铝投加量5.6～5.9 mg/L, 前加氯量0.5～1.0 mg/L, 后加氯量0.5～1.0 mg/L;滤前水浊度0.36～1.09 NTU, 滤后水浊度0.07～0.14 NTU。根据水厂每月一次的水质全分析检测报告, 水厂出厂水水质指标全面达到《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749-2006) 的要求。

　　 本次在泉州市泉港第二水厂设计中采用了双层滤料翻板滤池, 经过生产实践的检验, 运行效果稳定, 出水水质优良, 达到了预期目标。通过对设计经验的总结, 希望能为闽南地区今后在净水厂滤池的选型上提供成功的案例和技术的参考。主要有以下几点设计体会:

　　 (1) 设计参数的选用应留有安全余地。考虑到原水水质可能的变化及将来超负荷运行的可能性, 设计采用较低的滤速和较厚的滤层, 减小了杂质穿透滤层的风险, 保证了稳定的低出水浊度。

　　 (2) 运行实践表明, 翻板滤池单格过滤面积及长宽尺寸的选取对于运行效果至关重要, 关系到过滤、冲洗和排污的效果以及冲洗设备的规格大小。根据设计规程及运行经验, 翻板滤池单格池长不应大于15 m, 池宽不宜大于8 m, 同时应与布水布气系统和翻板阀相适应。本次设计翻板滤池单格池长9.8 m, 池宽7.6 m, 翻板阀规格为2-3.2 m×0.2 m, 符合设计规程要求, 经实际检验运行各环节效果均达到预期。

　　 (3) 翻板滤池的滤料选择可以根据水源特点灵活搭配。根据其反冲洗时关阀“淘洗”、滤料不易流失的特点, 设计采用双层滤料截留污质, 充分利用无烟煤的吸附能力和石英砂的截污能力, 滤料厚度达1.5 m, 实现深层过滤, 待滤水中的悬浮物可以深入滤层, 避免滤料较薄穿透滤层, 增强了截污能力。今后还可根据水源水质变化情况, 灵活采取其他的滤料搭配型式。

　　 (4) 排水翻板阀和配水配气系统是翻板滤池的主要特点和最大特色, 采用翻板阀排水使对滤料的大强度高速冲洗成为可能, 滤料清洁度大大提高, 流失率也大大降低;配水配气系统形成的双气垫层特殊结构, 使得布水布气均匀稳定, 保证了良好的冲洗效果。

　　 (5) 翻板滤池土建结构较简单, 施工安装较方便, 经过一年多的生产实践, 总体运行平稳、高效, 出水水质优良、稳定, 确保了水厂终端水质安全。