柿园水厂普通快滤池关于异形布气管的应用

39科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald工业技术2011NO.12ScienceandTechnologyInnovationHerald科技创新导报郑州市自来水总公司柿园水厂始建于1954年,当时日供水能力仅8.5万m3,随着郑州市城市建设和工业生产规模的不断扩大,城市人口的增加及人民生活水平的提高,需水量也逐年增加。为了满足日益增大的用水需求,郑州市自来水总公司曾多次投资对柿园水厂进行了改、扩建,使其供水能力由早期的8.5万m3/日增加至目前的37万m3/日,水源也由贾鲁河取水改为黄河取水。作为郑州市供水量最大、运行时间最长的自来水厂,柿园水厂设施老化、管理复杂、抗冲击能力差等问题逐渐显现出来,其中,水处理工艺中的过滤设施存在的问题尤为突出。根据供水行业的技术进步发展规划及生产管理的实际需要,为了提高柿园水厂现有滤池净化能力及净水工艺的安全可靠性,柿园水厂普通快滤池改造工程已势在必行。1异形布气管的应用受当时的技术条件和经济状况的制约,当时兴建的滤池(下称老滤池)和以后扩建时兴建的滤池(以下称新滤池)均为4阀普通快滤池。两座滤池呈南北布置,新滤池在南,中间有6.0m的间隔,新老滤池的单格滤池池形、面积完全一样,滤池运行参数如下:单格面积:F=5.5m×11.0m=60.5m2滤池面积:老滤池:60.5m2格×2格/组×6组=726m2新滤池:60.5m2/格×2格/组×6组=726m2合计:1452m2柿园水厂两座滤池设计时按原来设计标准,出水浊度≤5NTU,采用“丰”字管形式大阻力配水系统,单水反冲洗。随着国家对水质标准的提高,已满足不了新的水质生产工艺要求。这种单水反冲主要是冲洗不理想,滤料易积泥,滤料层的截污能力未得充分利用,且冲洗耗水量较大;滤池冲洗时,由于滤料膨胀,因而自动进行水力分级,形成下粗上细的滤料层,其上部易被堵塞,即水头损失增长较快,产生负压过滤,因而影响过滤周期,下层滤料又不能充分发挥截污作用,因此,柿园水厂普通快滤池技术改造已是当务之急。本次改造采用的过滤系统为长柄滤头。将原来配水系统改为长柄滤头,气-水反冲,即将大阻力配水系统改为小阻力配水系统。这样不仅可以节约反冲洗水水头的能量,又可以减少反冲洗水量,更重要的是,滤池通过气-水反冲后,均质滤料层非常干净,大大延长了工作周期和检修周期,减低了制水成本,提高了滤后水水质。在工程改造调研中我们认识到:滤池气水反冲洗改造成功的关键在于配气均匀。柿园水厂的滤池单格面积较大,且全国尚未有改造如此大面积的普通快滤池气水反冲洗改造工程,因此,为慎重起见对均匀布气一定要采取有效措施。由于是改造工程,滤池高度(3.15m)已经确定,配水室空间受到一定限制,如果按照常规方式,很难实现气水的均匀分布,因此,柿园水厂在改造过程中采用了浙江玉环净化集团特制的“凸”字型异形布气管:沿滤池5.5m方向设3根异形布气支管,在滤梁筑时预埋,并将滤梁纵向切断的钢筋与异形布气管焊接,且在该处进行加强;这样,既降低了配水室的高度(改造后配水室空间为550mm),又能够达到配气均匀的效果,有效的解决了改造过程中的这一难题。2异形布气管的设计2.1设计参数单格滤池的面积A=11.0×5.5=60.5m2滤池气冲强度取q=0.015m3/S·m2单格滤池下设三根布气管,每根布气管内的输气量:Q=3025.03015.05.603=×=×qAm3/S2.2异形布气管计算因为布气管布置方向与滤梁布置方向垂直,为了布气均匀,异形布气管分为上下两层,下层输气至异形布气管的中部,然后气流上升到上层布气廊道后进行布气。(1)异形布气管下层输气廊道。异形布气管下层输气廊道截面积:S=()210070170×+=12000mm2=0.012m2则其内流速为:V=25012.03025.0==SQm/s>10m/s虽然异形布气管输气廊道内气流流速大于设计流速,但其长度只有2.98m,故气阻损失对整体布气管路而言不会产生很大影响。(2)异形布气管上层布气廊道。异形布气管上层布气廊道是从其中部进气,沿前后两方向进行布气。异形布气管上层布气廊道截面积:S1=150×70=10500mm2=0.0105m2则其内流速为:V=4.140105.023025.021=×=SQm/s,满足设计要求布气孔孔径取dk＝10mm孔眼流速取V孔=25m/s每个孔眼面积:fk=24kdπ=78.5mm2=7.85×10-5m2每个孔眼空气流量:Q=fk·V孔=25×7.85×10-5=1.96×10-3m3/s一根支管两侧所需孔眼总数nk=31096.13025.0−×=154个支管单侧孔数为77个孔眼距离Lk=1775500+1=71.4mm,取70mm3结语改造后的滤池运行至今,配水