CN110613966A - 一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，通过气动拉板阀的使用并增加气冲系统，将只有水冲方式的虹吸滤池改造为气水联合反冲洗的高效集约化滤池，该滤池包括设于配水渠中的进水拉板阀、设于清水渠横向隔板的出水/水冲拉板阀、设于滤池外侧池壁上的排水拉板阀、设于滤池清水渠尾端溢水堰墙的溢水拉板阀，通过气动拉板阀间的协调配合形成冲洗水头，进行无反冲洗泵的滤池水冲作业，精简工艺设备；通过增加气冲系统，实现滤池气水联合反冲洗，改善传统虹吸滤池运行效率。本发明可显著提升滤池运行效果，延长滤池运行周期，降低运行成本，对中小水厂虹吸滤池改造具有一定的推广及借鉴价值。
Description
技术领域
本发明属于给水处理技术领域，尤其涉及一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池。
背景技术
虹吸滤池是上世纪90年代主流的给水过滤工艺单元，随着社会经济不断发展，给水厂虹吸滤池的实际运行负荷远高于起初的设计负荷，而虹吸滤池原有的单水反冲洗方式不再满足滤池内滤料高效再生需求，从而引发滤料板结、滤池再生能力差、运行周期短等现象，最终导致滤池运行效率低、出水水质变差等问题。针对上述问题，需对传统虹吸滤池进行升级改造，以满足城镇供水需求。
围绕提高虹吸滤池处理能力、提升滤池再生效率的核心改造目标，虹吸滤池改造需从改变滤池原有反冲洗方式、挖掘滤池运行潜力等2个方向入手。目前，对于虹吸滤池的改造，国内一些水厂也进行了积极尝试，主要改造思路包括两大类：一是在原来虹吸滤池基础上，直接增加反冲洗气冲系统；二是直接将虹吸滤池改造为V型滤池或翻板滤池。尽管这些改造均取得了一定成效，但也存在一些问题，前者直接增加气冲系统，并没有解决虹吸系统工艺进水、出水和排水过程效率低的问题，尤其是滤池排水过程跑砂现象；后者V型滤池因排水槽大幅挤占滤池实际过滤面积，限制了滤池的生产能力，且反冲洗需水量较大，占产水量的2.6％，增加了生产运行成本。此外，V型滤池池型结构复杂，升级改造周期较长，对于供水压力较大的水厂而言推广改造难度大；翻板滤池阀门结构复杂，机械操作频率高，设备运维难度大，对于城镇中小级水厂不具普适性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，将单水冲洗的虹吸滤池改造为具有气冲和水冲两种反冲洗方式的快速滤池，通过拉板阀间的协同配合控制滤池的过滤及反冲洗过程，实现滤池稳定高效运行，具有投资小、工程量小、效果显著的特点，可有效提高虹吸滤池工作效率、降低滤池运行能耗。
本发明提供了一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，包括：
设于配水渠中的进水拉板阀，用于每格滤池的进水阀门；
设于清水渠横向隔板的出水/水冲拉板阀，用于滤池出水和水冲共用阀门；
设于滤池外侧池壁上的排水拉板阀，用于滤池的排水阀门；
设于滤池清水渠尾端溢水堰墙的溢水拉板阀，用于滤池清水渠水位控制；
所述进水拉板阀、出水/水冲拉板阀、排水拉板阀、溢水拉板阀采用由气缸控制的气动拉板阀，通过各气动拉板阀间的协调配合形成冲洗水头，进行无反冲洗泵的滤池水冲作业，通过气冲系统的协调配合，进行滤池三段式气水联合反冲洗。
进一步地，还包括滤板、滤头，所述滤头采用长柄滤头，滤板采用高精度钢模钢筋混凝土制成，滤板缝隙采用903聚合物水泥砂浆密封填充。
所述气冲系统包括均匀布置于滤池滤板下面的多个配气管，所述配气管通过进气主管与罗茨鼓风机连接，所述进气主管安装有气动蝶阀作为气冲作业的控制阀门。
进一步地，所述气动拉板阀包括阀座、阀板及阀杆，阀板与阀座间用橡胶圈密封。
进一步地，所述进水拉板阀与进水拉板阀气缸连接，所述出水/水冲拉板阀与出水/水冲拉板阀气缸连接，所述排水拉板阀与排水拉板阀气缸连接，所述溢水拉板阀与溢水拉板阀气缸连接。
进一步地，相对两格滤池的清水渠下部设有一道混凝土隔墙，用于将每格滤池的出水单独分开，用以实现每格滤池过滤过程中的独立出水。
进一步地，所述滤池的滤层由粒径0.8-1.2mm的石英砂均质滤料构成；所述滤层的承托层由粒径2-4mm的砾石构成。
进一步地，所述滤层上方设有配水槽，用以均匀配水、减小对滤砂冲击和水冲过程中的表面扫洗。
借由上述方案，通过基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，具有如下技术效果：
(1)气动拉板阀门采用气缸驱动，可根据不同的功能需求合理设定尺寸，结构简单，经久耐用。
(2)巧妙利用虹吸滤池原有池体结构，通过新增混凝土隔墙、清水渠出水堰墙和安装溢水拉板阀等技术措施实现无反冲洗泵水冲作业，节水节电。
(3)增加有效过滤面积，提升滤池生产能力。拆除原有排水虹吸管、池内的排水槽、排水渠等构筑物，滤池过滤面积由原来的10.5m2增大至13.5m2，提升了29％，产水能力随之增加。
(4)优化布水排水方式，避免短流和跑砂现象。在滤池外侧墙壁安装排水拉板阀，进行反冲洗作业时，关闭排水阀，从根本上解决了跑砂的问题。
(5)增设气冲反冲洗环节，等效G值为原来的2倍以上，水流剪切力增强，增加了滤料间的摩擦碰撞次数，滤料清洗更加彻底，截污再生能力增强。
(6)滤后水平均浊度由0.25NTU降低至0.11NTU，降低了54％-58％，颗粒物去除率由76％提升至90％；滤池反冲洗周期由12h延长至36h，提升了滤池运行效果提升。
(7)反冲洗水量减少了69％，年减少排水量10.6万m3；产水量由改造前的1.2万m3/d增加至2.1万m3/d，增加了75％，经济效益显著。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明气动拉板阀的平视图；
图2是本发明气动拉板阀的左视图；
图3是本发明基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池的内部结构图一；
图4是本发明基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池的内部结构图二。
图中标号：
1-气缸；2-进水拉板阀；3-进水缓冲管；4-溢水拉板阀；5-出水/水冲拉板阀；6-排水拉板阀；7-V型配水槽；8-配气管；9-排水渠加高部；10-新增混凝土隔墙；11-均质石英砂滤料；12-池壁拉毛；13-砾石层；14-滤梁；15-溢水堰墙；
101-阀座；102-阀板；103-阀杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1至图4所示，本实施例提供了一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，包括：
设于配水渠中的进水拉板阀2，用于每格滤池的进水阀门；
设于清水渠横向隔板的出水/水冲拉板阀5，用于滤池出水和水冲共用阀门；
设于滤池外侧池壁上的排水拉板阀6，用于滤池的排水阀门；
设于滤池清水渠尾端溢水堰墙15的溢水拉板阀4，用于滤池清水渠水位控制，水冲过程关闭可提高滤池水冲强度；
进水拉板阀2、出水/水冲拉板阀5、排水拉板阀6、溢水拉板阀4采用由气缸控制的气动拉板阀，通过气动拉板阀间的协调配合形成冲洗水头，进行无反冲洗泵的滤池水冲作业，通过气水联合反冲洗系统，进行滤池气水联合反冲洗。具体水冲作业原理及过程为：关闭待反冲洗滤池进水阀2，待滤池水位不再降低时，关闭滤池出水阀门5，关闭溢水拉板阀10，提高滤池清水渠水位；打开排水拉板阀6，降低滤池内水位至排水阀底部；打开水冲拉板阀，利用清水渠与滤池内的水位差将滤后水倒流回待反冲洗滤池，实现无反冲洗泵的滤池水冲作业。
在本实施例中，该滤池还包括滤板、滤头，滤头采用长柄滤头，滤板采用高精度钢模钢筋混凝土制成，滤板缝隙采用903聚合物水泥砂浆密封填充；
气冲系统包括均匀布置于滤池滤板下面的多个配气管8，配气管8通过进气主管与罗茨鼓风机连接，进气主管安装有气动蝶阀作为气冲作业的控制阀门。
在本实施例中，气动拉板阀包括阀座101、阀板102及阀杆103。阀座101和阀板102上设计有螺栓孔位，通过304不锈钢螺栓将阀板102紧固连接在阀座101上；阀板102上设计有阀杆连接口，通过304不锈钢螺栓将阀板102和阀杆103的一端进行连接，阀杆103另一端连接至气缸活塞杆上，通过气缸活塞往复直线运动带动阀板102的上下运动，进而实现拉板阀的打开和闭合。
在本实施例中，进水拉板阀2与进水拉板阀气缸连接，出水/水冲拉板阀5与出水/水冲拉板阀气缸连接，排水拉板阀6与排水拉板阀气缸连接。
在本实施例中，相对两格滤池的清水渠下部设有一道(新建)混凝土隔墙10，用于将每格滤池的出水单独分开，使各滤池的出水独立。
在本实施例中，滤池的滤层由粒径0.8-1.2mm的均质石英砂滤料11构成；滤层的承托层由粒径2-4mm的砾石构成砾石层13。
在本实施例中，滤层上方设有V型配水槽7，用以均匀配水、减小对滤砂冲击和水冲过程中的表面扫洗。
在本实施例中，进水拉板阀2下方设有进水缓冲管3；滤池下部设有配气管8；排水渠设有排水渠加高部9；与滤池接触的池壁具有滤池拉毛12；承托层通过滤梁14支撑。
下面对本发明作进一步详细说明。
本发明设计了一种气动拉板阀，阀门采用镀锌钢板制作，由阀座101、阀板102和阀杆103组成，驱动机构可以为气缸，可根据不同的应用场合灵活调整规格尺寸，拉板阀结构图如图1、图2所示。
本发明将上述气动拉板阀应用于虹吸滤池改造为气水反冲洗快速滤池的方案，在方案中，安装滤池进水拉板阀、出水(水冲)拉板阀、排水拉板阀、溢水拉板阀，通过拉板阀间的协调配合形成冲洗水头，实现无反冲洗泵的滤池水冲作业；通过增加气冲系统，最终实现滤池气水联合反冲洗。改造完成后，滤池运行效果显著提升，出水浊度由0.25NTU降低至0.11NTU，颗粒物去除率提高了14％；反冲洗周期由12h延长至36h；排泥水量减少了69％。
本发明的基于气动拉板阀的虹吸滤池改造方法，主要包括以下步骤：
一、改变滤池进水、出水和排水方式
(1)进水：拆除进水虹吸管及真空管路，在配水渠中开300mm×300mm方孔，安装气动拉板阀，作为每格滤池进水阀门，同时在滤池内滤料上方一定高度修建一条配水槽，达到均匀配水、减少对滤砂冲击的目的，同时可配合拉板阀实现水冲过程中的表面扫洗。
(2)出水：保留原出水方式，在相对两格滤池的清水渠下部建一道隔墙，将每格滤池的出水单独分开，隔离冲洗滤池与清水渠，不影响出水浊度。在清水渠的横向隔板上面开300mm×300mm的方形孔洞，安装气动拉板阀，该阀门为滤池出水和水冲共用；
(3)排水：拆除排水虹吸管和池内的排水槽，排水渠等构筑物，在滤池外侧池壁上开800mm×400mm方孔，安装气动拉板阀，作为滤池的排水阀门，在反冲洗过程中，通过合理控制排水阀的开闭可彻底解决反冲洗过程中的跑砂问题。
二、更换滤板、滤头和滤料
拆除原虹吸滤池双层滤板的配水系统，采用滤板滤头的配水配气结构。
(1)滤板滤头：采用长柄滤头大阻力配水系统，每个滤头缝隙的面积为2.6cm2，50个/m2，开孔率为1.29％。采用高精度钢模钢筋混凝土滤板和高强度密封胶密封滤板缝，克服了一般滤板平整度差、气密性差、滤头安装不易垂直的弊端。
(2)滤板支撑系统：设计配水系统(气水室)高度为600mm，满足气水冲洗过程中配水配气均匀。预制滤梁，宽120mm，间隔约0.98m。
(3)承托层：为了防止过滤时滤料从集水系统中流失，并且在冲洗时可起到一定的均匀布水辅助作用，采用粒径2-4mm、厚度100mm砾石作为承托层。
(4)滤层：移除原滤料层，采用均质滤料石英砂，粒径0.8-1.2mm，K80<1.4，厚度0.9m，填充滤料之间池壁拉毛部位拉毛。提高了滤层含污能力，使滤池冲洗周期延长，达到产水量高，降低出水浊度的目的。
三、优化设计配水配气系统
(1)优化设计配水系统，预制滤梁，安装滤板滤头。将原配水系统高度由400mm提升至600mm，以实现布水均匀，避免短流现象的发生。
(2)新增配气系统，滤板下面均匀排布3个DN70配气管，通过一根DN150mm进气主管连接至罗茨鼓风机，每个滤池的进气管上安装一个DN150mm气动蝶阀作为气冲作业的控制阀门。通过新增滤池气冲系统，增加气洗，提升滤池冲洗效果。
四、新增设备
(1)增设两台空气压缩机(一备一用)，选用具有噪音小，运行稳定的螺杆式空气压缩机为气缸提供稳定气源，主要性能参数为：Q＝1.35m3/min，P＝7.5kW，同时配备冷干机(含过滤器)和储气罐。
(2)增加两台反冲洗鼓风机(一备一用)，选用耐流量冲击、应用范围广的罗茨鼓风机作为气冲系统空气源，将反冲气管引入每格滤池的配水系统，采用气动蝶阀控制，鼓风机主要性能参数为：Q＝14.4m3/min，P＝22kW，并配套相应阀门及管道。
(3)在滤池上安装一个就地控制柜，集成了滤池的进水拉板阀、出水拉板阀、气冲拉板阀、排水拉板阀、溢水拉板阀和罗茨鼓风机的远程控制电路，可实现滤池的运行及反冲洗控制，保证滤池可靠工作。
针对以上改造方案，设计了滤池三段式气水联合反冲洗步骤(反冲洗时间可根据生产运行状况进行适当调整)：①单独气冲，气冲强度16L/(s.m2)，持续时间1～2min；②气水联合反冲洗，气冲强度16L/(s.m2)，水冲强度4～6L/(s.m2)，持续时间3～4min；③单独水冲，水冲强度4～6L/(s.m2)，持续时间4～5min。
以某水厂为例进行虹吸滤池改造，改造前滤池单水冲洗，存在反冲洗不均匀，滤料板结的问题，造成反冲洗水耗大、滤池出水水质有超标风险等问题，因此需要对滤池进行工艺改造。改造方案主要包括三部分：首先对滤池原有的进水、出水、排水工艺部门进行改造，拆除原有的虹吸管、真空管路、排水槽、排水渠等工艺设施，安装进水拉板阀、出水拉板阀、排水拉板阀；然后更换滤板、滤头和滤料拆除原虹吸滤池双层滤板的配水系统，采用滤板滤头的配水配气结构，滤层采用厚度为900mm的石英砂均质滤料，粒径范围为0.8-1.2mm，承托层为粒径2-4mm厚度为100mm的砾石；最后新增气水联合反冲洗系统，新增两台罗茨鼓风机为气冲系统提供动力空气源，精确设计气水反冲洗强度及反冲洗步骤，提升滤池反冲洗效果。
经该方法升级改造后的虹吸滤池，在污染物去除、滤池再生及产水能力等三方面都取得显著成效，对浊度、悬浮物等污染物去除能力分别提高25％和14％；使滤池反冲洗周期延长200％，排泥水量减少69％；滤池过滤面积增加30％，产水量增加了75％。此外，基于该发明的虹吸滤池改造周期短、改造投资少，其中涉及的核心气动拉板阀部件经久耐用、便于检修，便于在中小水厂改造升级中推广应用，具体技术效果如下：
(1)气动拉板阀门采用气缸驱动，可根据不同的功能需求合理设定尺寸，结构简单，经久耐用。
(2)巧妙利用虹吸滤池原有池体结构，通过新增混凝土隔墙、清水渠溢水堰墙和安装溢水拉板阀等技术措施实现无反冲洗泵水冲作业，节水节电。
(3)增加有效过滤面积，提升滤池生产能力。拆除原有排水虹吸管、池内的排水槽、排水渠等构筑物，滤池过滤面积由原来的10.5m2增大至13.5m2，提升了29％，产水能力随之增加。
(4)优化布水排水方式，避免短流和跑砂现象。在滤池外侧墙壁安装排水拉板阀，进行反冲洗作业时，关闭排水阀，从根本上解决了跑砂的问题。
(5)增设气冲反冲洗环节，等效G值为原来的2倍以上，水流剪切力增强，增加了滤料间的摩擦碰撞次数，滤料清洗更加彻底，截污再生能力增强。
(6)滤后水平均浊度由0.25NTU降低至0.11NTU，降低了54％-58％，颗粒物去除率由76％提升至90％；滤池反冲洗周期由12h延长至36h，提升了滤池运行效果提升。
(7)反冲洗水量减少了69％，年减少排水量10.6万m3；产水量由改造前的1.2万m3/d增加至2.1万m3/d，增加了75％，经济效益显著。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，包括：
设于配水渠中的进水拉板阀，用于每格滤池的进水阀门；
设于清水渠横向隔板的出水/水冲拉板阀，用于滤池出水和水冲共用阀门；
设于滤池外侧池壁上的排水拉板阀，用于滤池的排水阀门；
设于滤池清水渠尾端溢水堰墙的溢水拉板阀，用于滤池清水渠水位控制；
所述进水拉板阀、出水/水冲拉板阀、排水拉板阀、溢水拉板阀采用由气缸控制的气动拉板阀，通过各气动拉板阀间的协调配合形成冲洗水头，进行无反冲洗泵的滤池水冲作业，通过气冲系统的协调配合，进行滤池三段式气水联合反冲洗。
2.根据权利要求1所述的基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，还包括滤板、滤头，所述滤头采用长柄滤头，所述滤板采用高精度钢模钢筋混凝土制成，所述滤板的缝隙采用903聚合物水泥砂浆密封填充；
所述气冲系统包括均匀布置于滤池滤板下面的多个配气管，所述配气管通过进气主管与罗茨鼓风机连接，所述进气主管安装有气动蝶阀作为气冲作业的控制阀门。
3.根据权利要求1或2所述的基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，所述气动拉板阀包括阀座、阀板及阀杆。
4.根据权利要求3所述的基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，所述进水拉板阀与进水拉板阀气缸连接，所述出水/水冲拉板阀与出水/水冲拉板阀气缸连接，所述排水拉板阀与排水拉板阀气缸连接，所述溢水拉板阀与溢水拉板阀气缸连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，相对两格滤池的清水渠下部设有一道混凝土隔墙，用于将每格滤池的出水单独分开，用以实现每格滤池过滤过程中的独立出水。
6.根据权利要求1或2所述的虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，所述滤池的滤层由粒径0.8-1.2mm的石英砂均质滤料构成；所述滤层的承托层由粒径2-4mm的砾石构成。
7.根据权利要求6所述的基于虹吸滤池改造的气水反冲洗快速滤池，其特征在于，所述滤层上方设有配水槽，用以均匀配水、减小对滤砂冲击和水冲过程中的表面扫洗。
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