1、凈水廠濾池中過濾和反沖洗過程優(yōu)化研究王璞 2016.04目錄1234反沖洗過程優(yōu)化可行性分析引言小結(jié)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)及性能評價1. 引言引言1.1反沖洗工作原理 在經(jīng)過了過濾階段之后，必須對濾層進(jìn)行沖洗，從而保證濾后水的水質(zhì)安全及濾池的正常過濾能力。良好的沖洗方案能使濾池有效去除濾層中的濁質(zhì)，很好地恢復(fù)濾池的過濾功能，同時也能起到節(jié)能降耗的作用。目前，我國常用的反沖洗技術(shù)有兩種，一種是高速水流反沖洗，一種是氣水反沖洗。 現(xiàn)階段眾多給水廠在工藝選擇上更傾向于氣水反沖洗，因?yàn)榕c其它反沖洗工藝相比較氣水反沖洗除了省水外，還可較好地消除濾層中結(jié)成的泥球，達(dá)到極佳的沖洗效果，以提高濾層的過濾性能。1.2濾池氣水

2、反沖洗主要的過程為：氣沖氣水混合沖水沖 由于實(shí)際工作過程的復(fù)雜變化，使得在設(shè)計上達(dá)到優(yōu)化的濾池在實(shí)際中并不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的運(yùn)行。在濾池的過濾和反沖洗環(huán)節(jié)方面，國內(nèi)也有許多學(xué)者對濾池優(yōu)化問題提出了許多方案，主要體現(xiàn)在以下三個方面：1）濾池控制模式的優(yōu)化；2）過濾周期的優(yōu)化；3）反沖洗時間配比 但由于這方面的研究大致都是基于特定的水廠環(huán)境，對不同的水廠可能優(yōu)化的方法會有所不同2.1 2.過濾和反沖洗過程優(yōu)化運(yùn)行分析過濾和反沖洗過程優(yōu)化運(yùn)行分析（1）濾后水濁度分析： 選取水廠 08 年 6-12 月的實(shí)際生產(chǎn)中的某一段時間內(nèi)的待濾水以及濾后水濁度數(shù)據(jù)作為采樣階段，該采樣階段的待濾水濁度約為，濾后水的濁度

3、約為 。 由待濾水及濾后水的數(shù)值可看出，在目前的過濾及反沖洗周期的設(shè)置上，生產(chǎn)過程中的待濾水和濾后水濁度均能滿足水廠的內(nèi)部控制指標(biāo)和集團(tuán)公司的水質(zhì)要求，為濾池反沖洗的。（2）水頭損失分析： 經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，水廠的濾池經(jīng)過 72 小時的全負(fù)載過濾后，水頭損失將約等于 1.09m。另外，根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)計算分析可以得出，最大過濾時間計算約等于 110 小時，此時允許的最大水頭損失為 2.2m。而實(shí)際上某水廠目前的過濾時間設(shè)定為 55 小時，處于半負(fù)載工作。那么從水頭損失的角度分析，按照目前水廠設(shè)定的過濾時間進(jìn)行過濾，在過濾結(jié)束后，濾池的水頭損失尚未達(dá)到水廠濾池允許最大的水頭損失值，意味著可以。（3）含泥量

4、分析： 按照水廠目前的工作情況，設(shè)定過濾周期為 55 小時，濾速 3.5m/h 工況（即半負(fù)載工況），反沖洗時間為 3 分鐘單獨(dú)氣沖，5 分鐘氣水混合沖，5 分鐘單獨(dú)水沖，即 3-5-5反沖模式。在此情況下，反沖洗前后分別測量 5cm、15cm 以及 60cm 三個位置濾層深度的含泥量，如表 1：表1：反沖洗前后含泥量結(jié)果1）反沖洗開始前的濾池是經(jīng)過一個過濾周期后濾池的狀態(tài)，從濾池的含泥量看出，濾池截污主要在上層，還沒有充分發(fā)揮底層濾砂的截污能力；2）經(jīng)過 3-5-5 反沖洗模式，反沖洗結(jié)束后濾砂已經(jīng)基本清洗干凈，可以進(jìn)入下一個過濾周期。（4）排水濁度分析 在當(dāng)前過濾周期及反沖洗 3-5-5

5、模式下，實(shí)驗(yàn)濾池排水濁度按照一定時間取一次樣，測量 3 次排水濁度并平均，得到目前工作條件下排水濁度數(shù)據(jù)如表 2 所示：表 2： 當(dāng)前工作條件下反沖洗過程中排水濁度 從表2可以看出，在目前的工作狀態(tài)下：1）排水濁度峰值出現(xiàn)在氣沖開始 1-2 分鐘，在反沖洗時間達(dá)到 10 分鐘時排水濁度已經(jīng)小于 10NTU；2）在 5 分鐘單獨(dú)水沖階段，排水濁度改變不大，這時候的濾池經(jīng)過前面氣沖和氣水混合沖洗環(huán)節(jié)已經(jīng)基本清洗干凈。3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)及性能評價1）延長過濾周期。 在實(shí)驗(yàn)過程中，通過關(guān)閉同排濾池，使實(shí)驗(yàn)濾池盡量保持在設(shè)計濾速8.45m/h 附近實(shí)現(xiàn)濾池滿負(fù)荷工作，實(shí)驗(yàn)中濾速為 7.0m/h，同時將濾池工作

6、周期由原來的 55 小時延長至 70 小時，全負(fù)載工作；2）設(shè)定多個反沖洗時間組合。 在過濾周期結(jié)束后，按不同配比的反沖時間進(jìn)行反沖，檢測排水濁度。在濾池反沖洗過程中，如果從排水濁度看真正起去除雜質(zhì)作用的是，而氣沖起的作用是令砂粒充分翻滾、摩擦，讓雜質(zhì)與砂粒分離。所以在時間配比上，如果減少了氣水混沖的時間，最好就要相應(yīng)地增加水沖的時間，以保證反沖洗效果。而減少氣沖或氣水混沖的時間，是在保證反沖洗效果的前提下節(jié)省電耗，同時也為了減少濾砂的磨損。反沖洗時間組合如表 3：圖3：實(shí)驗(yàn)反沖洗時間組合1）在不同過濾周期以及反沖洗時間配比的情況下，排水濁度的變化趨勢基本相同，排水濁度的峰值基本都出現(xiàn)在前兩分

7、鐘。在全負(fù)載的情況下，適當(dāng)延長了過濾周期，將會使排水濁度的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原工作情況的排水濁度峰值。2）對于 3-5-5 模式、3-4-6 模式和 3-3-6 模式，這三種模式來說，三者總的反沖洗時間相同，且單獨(dú)氣洗時間和總的水洗時間相同。三者的區(qū)別在于氣水混合沖洗的時間不同。在這三種模式下，經(jīng)過反沖洗 10 分鐘后，排水濁度已經(jīng)下降到 10NTU 左右。因此在單獨(dú)氣洗之后，適當(dāng)減少氣水混合沖洗時間也能將濾池清洗干凈，也就是說可以將鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間減少，從而節(jié)省鼓風(fēng)機(jī)的耗電費(fèi)用。3）在反沖洗模式為 3-3-6、2-4-6 情況下，反沖洗時間為 9.5 分鐘時排水濁度已經(jīng)小于 10NTU；而在 3-

8、5-5、3-4-6、3-4-4 情況下，反沖洗時間要到達(dá) 11 分鐘以后，排水濁度才會小于 10NTU。那么說明反沖洗的氣洗時間不宜過長，氣洗的總時間控制在 6 分鐘左右為宜，而水洗總時間控制在 7-8 分鐘就足以將濾層清洗干凈。綜上，若將過濾周期適當(dāng)延長至綜上，若將過濾周期適當(dāng)延長至 小時，全負(fù)載工作的情況下，總的小時，全負(fù)載工作的情況下，總的反沖洗時間可以設(shè)置在反沖洗時間可以設(shè)置在 分鐘左右。因此可將分鐘左右。因此可將 3-3-6 和和 2-4-6 兩種反兩種反沖模式縮短為沖模式縮短為 10 分鐘，將這兩種模式的單獨(dú)水洗部分的時間進(jìn)行縮短分鐘，將這兩種模式的單獨(dú)水洗部分的時間進(jìn)行縮短，即，

9、即或或 。另外，氣沖所起到的作用是令砂粒充分翻滾、摩。另外，氣沖所起到的作用是令砂粒充分翻滾、摩擦，讓雜質(zhì)與砂粒分離，減少單獨(dú)氣沖時間能減少濾砂的磨損。那么在擦，讓雜質(zhì)與砂粒分離，減少單獨(dú)氣沖時間能減少濾砂的磨損。那么在時間配比上，時間配比上，2-4-4 模式要比模式要比 3-3-4 模式較好。由此確定濾池的反沖洗模式較好。由此確定濾池的反沖洗最佳時間分配為最佳時間分配為 模式。模式。從表 5看出，優(yōu)化前后 36 個濾池消耗的能源明顯減少，減少近一半水耗及電耗，節(jié)能降耗的效果非常明顯。若按照目前的水價和電價來估算，每年的經(jīng)濟(jì)效益巨大，能節(jié)省 100 萬元以上。 3.3 1）優(yōu)化前后濾后水濁度情況比較 若將待濾水濁度保持在 2.0NTU-2.6NTU 之間，得到優(yōu)化前濾后水濁度為 0.189，優(yōu)化后濾后水濁度為 0.203，優(yōu)化前后的濾后水濁度均能符合水廠的出水要求。2）優(yōu)化前后水頭損失情況比較 對于 1.09m 的濾層來說，優(yōu)化后水頭損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于優(yōu)化前的水頭損失，可以根據(jù)之上所述估算得到優(yōu)化前后總水頭損失值分別為：1m 和 1.2m，均未超過濾層允許的最大水頭損失值。從水頭損失的情況來看，此優(yōu)化方案可行。3）優(yōu)化前后濾池性能指標(biāo)比較補(bǔ)充：可以知道當(dāng) FPI 指標(biāo)越大濾池的過濾性能越好。