顧振國¹　　 顧玖平²
(1.上海市自來水市北有限公司楊樹浦水廠，上海 200082；2.上海理工大學(xué)，上海 200093)

　　摘要 通過對楊廠甲組濾池的工藝改造，使這座具有77年歷史的普通快濾池在管道布局、設(shè)施設(shè)備、運(yùn)行控制方式、濾后水水質(zhì)、沖洗強(qiáng)度、沖洗水率，砂層含污率等各個方面與過去相比均發(fā)生T!t大的改變，滿足了對自來水水質(zhì)的控制要求。
　　關(guān)鍵詞 工藝改造 運(yùn)行控制 水質(zhì)目標(biāo) 效益分析

Operation Analysis of the Reformed Group A Filters in Yangshupu Water Plant
Gu Zhenguo¹　 Gu Jiuping²
(1.Shanghai Waterworks Shibei Co.Ltd，Yangshupu Water Plant，Shanghai 200082 China；
2.Shanghai University of science and Technology，Shanghai 200093，China)

　　 Abstract In this paper，reformation of the pipe gallery，facilities，equipments and operation procedures and control of the group A filters was introduced，the performance of the group A filters，including filtered water quality，back washing water rate，back washing strength and thus dirty containing of the sand layer has become excellently changed than before and the requirement of the water quality control of the water plant satisfied.
　　 Keywords technology reformation　 operation control　 goal of water quality　 benefit analysis

　　楊樹浦水廠甲組濾池為普通快濾池，始建于1927年，運(yùn)行至今已有77年歷史。其共有8格濾池，單池面積130M²，并與乙組共用一個沖洗水箱。由于當(dāng)時的原水水質(zhì)、出廠水水質(zhì)要求、工藝條件以及控制操作方式等與現(xiàn)在有很大的區(qū)別，因此該組濾池在各方面都顯得越來越難以滿足當(dāng)前的生產(chǎn)要求，阻礙了我廠發(fā)展的步伐。其主要表現(xiàn)為：
　　(1)管道及閥門腐蝕嚴(yán)重、閥門可控性和密封性差；
　　(2)沖洗水箱進(jìn)水與反沖洗總管共用一管，造成水頭損失較大，沖洗強(qiáng)度及水量均無法滿足要求，濾池表面積泥現(xiàn)象嚴(yán)重；
　　(3)濾池運(yùn)行完全靠人工操作，現(xiàn)場無在線儀表監(jiān)測，其沖洗水量、過濾水量、運(yùn)行液位、過濾后濁度等都無法得到實時監(jiān)控，因此時常發(fā)生溢水、濾干、濾速無法控制引起濁度超標(biāo)等安全事故；
　　(4)原排水閥為DN900的平底閥，反沖洗時水流在此遇阻，增加了水頭損失，形成臃水，排水不暢；
　　(5)管廊中無排水設(shè)備，致使管廊長期存在積水現(xiàn)象，管廊內(nèi)操作條件差，管道腐蝕嚴(yán)重，由于濾池下部疊合清水池，對供水安全產(chǎn)生威脅。
　　為徹底解決上述存在的問題，對甲組濾池進(jìn)行了改造。改造后于2003年12月5日起交付生產(chǎn)性試運(yùn)行至今，濾池運(yùn)行平穩(wěn)，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

1 工藝改造的主要內(nèi)容

　　依據(jù)上海市市政設(shè)計院的《楊樹浦水廠甲組濾池改造方案》進(jìn)行施工建設(shè)，沿用了改造前的濾層級配，即砂層厚度55cm，平均粒徑0.76—0.78mm，厚度粒徑比為700～730。改造主要針對濾池不合理的工藝結(jié)構(gòu)與參數(shù)。
1.1 反沖洗系統(tǒng)
　　1)反沖洗水箱進(jìn)出水管分離，原DN800反沖洗總管僅保留其水箱進(jìn)水功能，新設(shè)DNl200反沖洗出水總管，并在該管上安裝流量儀與電動調(diào)節(jié)閥，在整個反沖洗過程中，反沖洗強(qiáng)度始終保持在14L／s·m²。
　　2)單次沖洗水量比改造前增加了80m³。
　　3)反沖洗條件由原來的過濾周期控制改為水頭損失、濾后水濁度及累計過濾流量三重控制。
　　4)單池反沖洗閥由DN700改為DN800。
1.2 過濾系統(tǒng)
　　1)濾池初濾時采用半濾速運(yùn)行，約15min。
　　2)采用恒水位等速過濾，每格濾池安裝1臺液位儀，清水閥采用電動調(diào)節(jié)閥，其開啟度以保持濾池液位恒定為準(zhǔn)自動調(diào)節(jié)。
　　3)每格濾池安裝1臺濁度儀。
　　4)清水管由DN450改為DN500。
1.3 進(jìn)水系統(tǒng)
　　1)單池進(jìn)水閥由DN700改為DN600。
　　2)甲組濾池進(jìn)水系統(tǒng)由1根DNl200與1根DNl000進(jìn)水支管并人1根DNl600進(jìn)水總管，總管上安裝了同口徑的流量儀，DNl000支管上安裝了電動調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)甲組濾池的進(jìn)水量。
1.4 排水系統(tǒng)
　　排水閥由原來的DNl000平底閥改為900×900電動閘閥。
1.5 其它
　　1)甲組濾池的運(yùn)行由原來的人工控制改為PLC程序控制。
　　2)清水渠道上安裝透氣管。
　　3)管廊兩端設(shè)置了排水泵及排風(fēng)扇。

2 改造前后的甲組濾池有關(guān)參數(shù)對比

表1　 改造前后甲組濾池有關(guān)參數(shù)對比

甲組濾池

改造前平均

改造后

最高

最低

平均

濾后水濁度（NTU）

0.26

0.15

0.07

0.10

去除率（%）

82

93

80

88

初濾水濁度（NTU）

0.40

0.39

0.13

0.18

余氯（mg/L)

1.8

2.0

105

1.8

過濾水位(m)

0.9-1.4

1.23

1017

1.20

單池周期過濾能力（m³)

1100

16000

13000

15000

過濾周期（h)

12

22

14

18

總進(jìn)水量（m³/h)

8000

11000

4000

8000

末濾速（m/h)

15-21

11

反沖洗強(qiáng)度（L/s·m²)

10

14

反沖洗歷時（min)

5.2

4.3

k₈₀

1.52

1.50

d₁₀

0.54

0.58

d₈₀

0.82

0.87

砂層厚度（cm)

55

55

平均粒徑（mm)

0.767

0.775

砂層厚度與粒徑比

717

710

砂層含泥量（%）

3.5

1.0

表面積泥現(xiàn)象

嚴(yán)重

輕微

3 改造后濾池效能

3.1 濾后水水質(zhì)
　　盡管砂層級配及高度與改造前無區(qū)別，但通過一系列科學(xué)管理手段，如：控制初濾速、始終保持濾速相對恒定、改善反沖洗效果、保障各格濾池進(jìn)水相對均勻等，使得濾后水水質(zhì)較改造前有了明顯的提高，平均去除率由82％提高至88％，改造后甲組濾池和其單格7#濾后水濁度見圖1。

　　1)初濾水采用半濾速過濾，因此初濾水的水質(zhì)比改造前有了明顯的提高，且各格濾池的進(jìn)水量相對平均，從而導(dǎo)致整組濾池濾后水濁度比改造前有所降低。
　　圖2曲線突起部分為初濾水，其濁度在初濾后15min達(dá)到峰值，一般約0.20～0.16NTU，隨后濁度開始逐步下降，約1h后恢復(fù)到正常水平。

　　圖3為甲組7#濾池初濾水濁度，也是在15min左右達(dá)到峰值，隨后濁度開始逐步下降。

　　2）濾后水水質(zhì)穩(wěn)定，濾后水總濁度絕大部分時間穩(wěn)定在0.09-0.11NTU，余氯穩(wěn)定在1.5-2.0mg/L(見圖4）。

3.2反沖洗系統(tǒng)
　　反沖洗強(qiáng)度由改造前的10L／s·m²增加到14L／s·m²滿足了設(shè)計要求。在整個反沖洗過程中，反沖洗調(diào)流閥根據(jù)反沖洗流量自動調(diào)節(jié)開啟度，使反沖洗強(qiáng)度始終穩(wěn)定在13.9～14.1L／s·m²。反沖洗效果明顯好于改造前，主要表現(xiàn)為濾池的過濾能力顯著增強(qiáng)和砂層表面積泥現(xiàn)象明顯緩解。改造前后砂層表面積泥現(xiàn)象如圖5所示。
　　反沖洗泵更新保證管路暢通。

3 過濾系統(tǒng)

　　1)采用恒水位等速過濾，過濾水位變化幅度僅6cm，即1.17～1.23m。而改造前過濾水位調(diào)節(jié)幅度近50cm，現(xiàn)在的甲組濾池濾速穩(wěn)定，從而也保證了濾后水水質(zhì)穩(wěn)定及供水安全。
　　2)清水閥調(diào)節(jié)頻率較低，閥門開啟度絕大多數(shù)時間內(nèi)超過30％，各格濾池進(jìn)水量相對均勻。
　　3)單個濾池的水頭損失由砂層水頭損失與清水閥水頭損失兩部分組成(H_總=H_砂+H_閥)。砂層在一個過濾周期內(nèi)的水頭損失可通過清水閥開啟度曲線間接反映出來，即：H_砂=H_總-H_閥。在過濾流量及清水庫液位基本不變的前提下，由于過濾液位也基本不變，單個濾池的總水頭損失(H_總)也保持不變。隨著過濾時間的增加，清水閥門的開啟度也隨之增加，H_閥則隨之減少，H_總隨之增加。當(dāng)開啟度超過90％時，表明清水閥的調(diào)節(jié)能力接近極限，砂層水頭損失接近最大值(H_總)，則該格濾池需反沖洗。
　　4)甲組濾池過濾能力得到了充分的利用。改造后的甲組濾池取消了12h為一個過濾周期的固定模式，改以濁度超高控制(超過0.5NTU)；濾速過慢，即在清水閥開啟度超過90％的前提下，過濾液位超過上限且持續(xù)一段時間；達(dá)到過濾能力，即1個過濾周期內(nèi)的累計過濾流量設(shè)定值為16000m³，共同作為反沖洗條件。
　　在一個過濾周期內(nèi)，單池累計過濾水量平均增加了37％以上，即4000m³以上，過濾周期平均延長了6h，即18h。每年可節(jié)約反沖洗水量約20％。
　　當(dāng)某格濾池過濾水量達(dá)到設(shè)定值時，其清水閥開度均超過90％，為保障甲組濾池始終保持一定的抗水量沖擊負(fù)荷，故設(shè)定值暫定為16000m³。
3.4 進(jìn)水系統(tǒng)
　　1)在進(jìn)水總管上安裝流量儀，準(zhǔn)確計量甲組濾池的總進(jìn)水量，從而能夠進(jìn)一步了解次級提升泵房各機(jī)泵的真實工況，使過程水的調(diào)度更準(zhǔn)確、安全。
　　2)進(jìn)水支管安裝的電動調(diào)節(jié)閥在一定范圍內(nèi)起到了平衡甲、乙組濾池進(jìn)水水量的作用，使兩組濾池盡可能負(fù)荷均勻，從而充分發(fā)揮兩組濾池的總過濾能力。
3.5 排水系統(tǒng)
　　排水通暢，有效地解決了改造前反沖洗擁水的問題。
3.6 控制系統(tǒng)
　　1)甲組濾池的控制由手動控制改為全自動PLC程序控制，各步操作由數(shù)據(jù)庫全程記錄。
　　2)液位、濁度、閥門開啟度、流量等數(shù)據(jù)在操作界面上實時反映，并以實時曲線的方式進(jìn)行記錄，使當(dāng)班人員能隨時掌握甲組濾池的運(yùn)行工況，并為事故分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　3)對各種異常情況，如：液位超高、濁度超高、閥門失靈、機(jī)泵故障等，提供報警，以保障甲組濾池安全運(yùn)行。
　　4)具備手、自動切換功能，操作方便，有利于處理各類突發(fā)事件。
3.7 經(jīng)濟(jì)效益
　　每年可節(jié)約費用35萬元左右。
　　1)盡管改造后的甲組濾池單次反沖洗水量增加了約80m3，但由于反沖洗周期平均延長了6h，合計每年可節(jié)約反沖洗水量約20％。
　　2)反沖洗效果的明顯提高，使得甲組濾池表面涸積泥現(xiàn)象大大緩解，每年可節(jié)省1～2次扦砂加砂的費用。
　　3)由于更新了沖洗水泵及所有閥門(免維護(hù))，甲組濾池的檢修費用大幅度降低。
　　4)改造前的甲組濾池手動控制，實行五班三運(yùn)制。改造后采用無人值守的自動控制模式，最大限度地節(jié)省了人工，提高勞動效率，降低了制水成本。

4 結(jié) 論

　　甲組濾池已7個月安全穩(wěn)定地運(yùn)行，初步證明：甲組濾池的反沖洗效果有了明顯的改善，過濾能力大幅度增強(qiáng)，濾池整體性能得到了很大程度的提高，濾后水水質(zhì)及安全運(yùn)行與調(diào)度有了充分的保障。因此，甲組濾池工藝改造基本達(dá)到了設(shè)計要求。

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收稿日期：2004-6-4

第一作者簡介：顧振國，男，1954年2月出生，同濟(jì)大學(xué)工業(yè)自動化專業(yè)畢業(yè)，復(fù)旦大學(xué) EMBA 畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)任上海自來水市北有限公司楊樹浦水廠廠長。電話：021-65126789