水厂优化 王璞

1、净水厂滤池中过滤和反冲洗过程优化研究王璞 2016.04目录1234反冲洗过程优化可行性分析引言小结优化实验及性能评价1. 引言引言1.1反冲洗工作原理 在经过了过滤阶段之后，必须对滤层进行冲洗，从而保证滤后水的水质安全及滤池的正常过滤能力。良好的冲洗方案能使滤池有效去除滤层中的浊质，很好地恢复滤池的过滤功能，同时也能起到节能降耗的作用。目前，我国常用的反冲洗技术有两种，一种是高速水流反冲洗，一种是气水反冲洗。 现阶段众多给水厂在工艺选择上更倾向于气水反冲洗，因为与其它反冲洗工艺相比较气水反冲洗除了省水外，还可较好地消除滤层中结成的泥球，达到极佳的冲洗效果，以提高滤层的过滤性能。1.2滤池气水

2、反冲洗主要的过程为：气冲气水混合冲水冲 由于实际工作过程的复杂变化，使得在设计上达到优化的滤池在实际中并不能实现最优的运行。在滤池的过滤和反冲洗环节方面，国内也有许多学者对滤池优化问题提出了许多方案，主要体现在以下三个方面：1）滤池控制模式的优化；2）过滤周期的优化；3）反冲洗时间配比 但由于这方面的研究大致都是基于特定的水厂环境，对不同的水厂可能优化的方法会有所不同2.1 2.过滤和反冲洗过程优化运行分析过滤和反冲洗过程优化运行分析（1）滤后水浊度分析： 选取水厂 08 年 6-12 月的实际生产中的某一段时间内的待滤水以及滤后水浊度数据作为采样阶段，该采样阶段的待滤水浊度约为，滤后水的浊度

3、约为 。 由待滤水及滤后水的数值可看出，在目前的过滤及反冲洗周期的设置上，生产过程中的待滤水和滤后水浊度均能满足水厂的内部控制指标和集团公司的水质要求，为滤池反冲洗的。（2）水头损失分析： 经现场试验，水厂的滤池经过 72 小时的全负载过滤后，水头损失将约等于 1.09m。另外，根据设计数据计算分析可以得出，最大过滤时间计算约等于 110 小时，此时允许的最大水头损失为 2.2m。而实际上某水厂目前的过滤时间设定为 55 小时，处于半负载工作。那么从水头损失的角度分析，按照目前水厂设定的过滤时间进行过滤，在过滤结束后，滤池的水头损失尚未达到水厂滤池允许最大的水头损失值，意味着可以。（3）含泥量

4、分析： 按照水厂目前的工作情况，设定过滤周期为 55 小时，滤速 3.5m/h 工况（即半负载工况），反冲洗时间为 3 分钟单独气冲，5 分钟气水混合冲，5 分钟单独水冲，即 3-5-5反冲模式。在此情况下，反冲洗前后分别测量 5cm、15cm 以及 60cm 三个位置滤层深度的含泥量，如表 1：表1：反冲洗前后含泥量结果1）反冲洗开始前的滤池是经过一个过滤周期后滤池的状态，从滤池的含泥量看出，滤池截污主要在上层，还没有充分发挥底层滤砂的截污能力；2）经过 3-5-5 反冲洗模式，反冲洗结束后滤砂已经基本清洗干净，可以进入下一个过滤周期。（4）排水浊度分析 在当前过滤周期及反冲洗 3-5-5

5、模式下，实验滤池排水浊度按照一定时间取一次样，测量 3 次排水浊度并平均，得到目前工作条件下排水浊度数据如表 2 所示：表 2： 当前工作条件下反冲洗过程中排水浊度 从表2可以看出，在目前的工作状态下：1）排水浊度峰值出现在气冲开始 1-2 分钟，在反冲洗时间达到 10 分钟时排水浊度已经小于 10NTU；2）在 5 分钟单独水冲阶段，排水浊度改变不大，这时候的滤池经过前面气冲和气水混合冲洗环节已经基本清洗干净。3.优化实验及性能评价1）延长过滤周期。 在实验过程中，通过关闭同排滤池，使实验滤池尽量保持在设计滤速8.45m/h 附近实现滤池满负荷工作，实验中滤速为 7.0m/h，同时将滤池工作

6、周期由原来的 55 小时延长至 70 小时，全负载工作；2）设定多个反冲洗时间组合。 在过滤周期结束后，按不同配比的反冲时间进行反冲，检测排水浊度。在滤池反冲洗过程中，如果从排水浊度看真正起去除杂质作用的是，而气冲起的作用是令砂粒充分翻滚、摩擦，让杂质与砂粒分离。所以在时间配比上，如果减少了气水混冲的时间，最好就要相应地增加水冲的时间，以保证反冲洗效果。而减少气冲或气水混冲的时间，是在保证反冲洗效果的前提下节省电耗，同时也为了减少滤砂的磨损。反冲洗时间组合如表 3：图3：实验反冲洗时间组合1）在不同过滤周期以及反冲洗时间配比的情况下，排水浊度的变化趋势基本相同，排水浊度的峰值基本都出现在前两分

7、钟。在全负载的情况下，适当延长了过滤周期，将会使排水浊度的峰值远远高于原工作情况的排水浊度峰值。2）对于 3-5-5 模式、3-4-6 模式和 3-3-6 模式，这三种模式来说，三者总的反冲洗时间相同，且单独气洗时间和总的水洗时间相同。三者的区别在于气水混合冲洗的时间不同。在这三种模式下，经过反冲洗 10 分钟后，排水浊度已经下降到 10NTU 左右。因此在单独气洗之后，适当减少气水混合冲洗时间也能将滤池清洗干净，也就是说可以将鼓风机的运行时间减少，从而节省鼓风机的耗电费用。3）在反冲洗模式为 3-3-6、2-4-6 情况下，反冲洗时间为 9.5 分钟时排水浊度已经小于 10NTU；而在 3-

8、5-5、3-4-6、3-4-4 情况下，反冲洗时间要到达 11 分钟以后，排水浊度才会小于 10NTU。那么说明反冲洗的气洗时间不宜过长，气洗的总时间控制在 6 分钟左右为宜，而水洗总时间控制在 7-8 分钟就足以将滤层清洗干净。综上，若将过滤周期适当延长至综上，若将过滤周期适当延长至 小时，全负载工作的情况下，总的小时，全负载工作的情况下，总的反冲洗时间可以设置在反冲洗时间可以设置在 分钟左右。因此可将分钟左右。因此可将 3-3-6 和和 2-4-6 两种反两种反冲模式缩短为冲模式缩短为 10 分钟，将这两种模式的单独水洗部分的时间进行缩短分钟，将这两种模式的单独水洗部分的时间进行缩短，即，

9、即或或 。另外，气冲所起到的作用是令砂粒充分翻滚、摩。另外，气冲所起到的作用是令砂粒充分翻滚、摩擦，让杂质与砂粒分离，减少单独气冲时间能减少滤砂的磨损。那么在擦，让杂质与砂粒分离，减少单独气冲时间能减少滤砂的磨损。那么在时间配比上，时间配比上，2-4-4 模式要比模式要比 3-3-4 模式较好。由此确定滤池的反冲洗模式较好。由此确定滤池的反冲洗最佳时间分配为最佳时间分配为 模式。模式。从表 5看出，优化前后 36 个滤池消耗的能源明显减少，减少近一半水耗及电耗，节能降耗的效果非常明显。若按照目前的水价和电价来估算，每年的经济效益巨大，能节省 100 万元以上。 3.3 1）优化前后滤后水浊度情况比较 若将待滤水浊度保持在 2.0NTU-2.6NTU 之间，得到优化前滤后水浊度为 0.189，优化后滤后水浊度为 0.203，优化前后的滤后水浊度均能符合水厂的出水要求。2）优化前后水头损失情况比较 对于 1.09m 的滤层来说，优化后水头损失远远大于优化前的水头损失，可以根据之上所述估算得到优化前后总水头损失值分别为：1m 和 1.2m，均未超过滤层允许的最大水头损失值。从水头损失的情况来看，此优化方案可行。3）优化前后滤池性能指标比较补充：可以知道当 FPI 指标越大滤池的过滤性能越好。