双阀滤池辅助虹吸管设计及应用
CITY AND TOWN WATER SUPPLY
·水处理技术与设备·
双阀滤池辅助虹吸管设计及应用
李 柱1，2 高乃云2 张根良1
（1.上海浦东新区自来水有限公司, 上海 201200；2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）
摘要：普通双阀滤池作为净水传统工艺中过滤环节常用净水设施应用非常普遍，其滤池进水方式和反冲洗排水方式采用虹吸管式较多，代替了阀门，不仅节省设备维护费用，而且操作方便、便于控制。笔者针对城镇水厂超负荷运行状态双阀滤池进水总渠溢流造成水量浪费，结合滤池实际过滤性能，设计了辅助虹吸管装置，解决了溢水问题，同时有效增加了进水量，为应急状态下提高滤池负荷储备了可行方案。
关键词：双阀滤池 虹吸管 浊度 进水总渠
DOI:10.14143/j.cnki.czgs.2016.06.005
1. 水厂概况
上海浦东新区自来水有限公司下属城镇水厂位于浦东新区川沙新镇西侧，分为东、中、西三个车通过更新改造后，间，设计制水总能力14.5万m 3/d，核定制水能力为16.7万m 3/d，实际供水能力约20万m 3/d，供水区域120km 2，主要包含川沙、合庆、蔡路、唐镇、王港镇及张江镇部分地区，受众人口约45万。水厂于2012年9月切换使用青草沙原水，其中东车间净水工艺属常规型流程见图
1。
力，通过上海供水主管部门测定其供水能力核定为10.0万m 3/d，机械搅拌澄清池通过斜管改造，其处理负荷为11.25万m 3/d，二泵房五组机泵供水能力为，而其中的双阀滤池过11.38万m 3/d（无备泵情况下）
滤能力为9.9万m 3/d，是主要制约因素。
因城镇水厂2012年9月切换使用青草沙原水后，原水浊度长期维持在15～30NTU 左右，偶尔达到100NTU 左右，通过澄清池混凝沉淀后，进滤池水浊度约0.5～1.2NTU，平均值在0.7NTU，2013年、2014年检测数据具体见表1。
从原水浊度、澄清池浊度可知，普通双阀双层滤料滤池的运行负荷与使用川杨河水源之比大为减轻。根据《城镇供水厂运行、维护及安全技术规程》（CJJ58-2007）中关于“供水设施运行”章节规定“机械加速澄清池的出口应设质量控制点，浊度指标一般宜控制在5NTU 以下”的控制指标，城镇水厂澄清池出水浊度远远低于该指标，故滤池的进水量可在确保滤池过滤性能的前提下进一步提高。
图1 城镇水厂东车间净水工艺流程
2. 存在问题
城镇水厂东车间设计能力为7.5万m 3/d，后通过机械搅拌澄清池加装斜管、双阀滤池改成双层滤料两项改造工程措施，提高了东车间的处理能
18 城镇供水
NO.6 2016
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表1 2013年、2014年原水、澄清池浊度检测表
2013年检测值（单位：NTU）
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
原水浊度8.268.718.8110.511.659.038.778.9111.2723.0610.312.52
澄清池浊度
0.460.80.920.981.011.120.780.650.520.480.440.41
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
2014年检测值（单位：NTU）原水浊度13.4241.89101.2362.640.5232.4319.2616.4210.6712.3917.1314.71
澄清池浊度
0.510.661.10.670.530.430.550.620.410.690.550.49
3. 理论计算
3.1 现有工艺参数
东车间双阀滤池共有6组，夏季高峰时段最大时处理水量为6000m 3/h，滤料采用双层滤料，上层为400mm 无烟煤，下层为400mm 石英砂。进水流量每组滤池过滤平均滤速为9.9m/h，最大时滤速为13.0m/h，略高于正常滤速9～12m/h内。实测滤池反冲洗强度为15L/m2，每24小时定期水反冲洗一次。
3.2 理论设计计算
3.2.1 基础参数测量：实测滤池进水渠总深度为1200mm，运行水位变化在700～1000mm 范围，实测滤池进水槽内挡水堰高度为950mm，挡水堰与进水渠运行水位高差维持在550～250mm。
3.2.2 辅助虹吸管水量设定：根据澄清池运行水位高度、出水浊度变化以及生产需求，考虑供应余量，每组滤池辅助虹吸管设计流量为150m 3/h。
3.2.3 水力计算：水力计算简要示意见图2，拟采用不锈钢制作，截面尺寸为L×B，进水渠侧垂
直高度为H1，进水槽侧垂直高度为H2，其间距为W，圆弧下底距堰顶为h，以上H1、H2、W、h为设定数据，L、B
为待求数据。
图2 水力计算简要示意图
考虑到进水负荷最低时防止辅助虹吸管进水端进气，进水端深入水下600mm，故H1设定为800mm，进水槽一直处于满水溢流状态，出水端低于水面250mm，故H2设定为1000mm，考虑虹吸管加工和安装便利，h设定为160mm，虹吸管直管段总长l 为2000mm。
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为便于计算沿程水头损失，先设定辅助虹吸管截面为圆形，直径为d，则局部水头损失系数选择：A 端进口局部水头损失系数通过查表选择为ζ1=1.0，B端进口局部水头损失系数查表选择为弯头，选择水头ζ2=1.0，虹吸管顶端为两个90°
损失系数为ζ3=ζ4=0.55，查表取曼宁糙率系数为n=0.0084，则通过计算采用圆形截面面积为0.02m 2。为加工和安装方便，拟采用方形截面，截面尺寸为L×B为200mm×100mm。
3.2.4 加工要求：不锈钢板厚度选6mm，在辅助虹吸管上段安装真空表一只，虹吸形成阀门一只，虹吸破坏阀门一只，虹吸形成软管一根。
3.3 安装调试说明
为评测辅助虹吸管效果，对东车间6组滤池的2、3、4、5四组安装了辅助虹吸管，安装前后对比见图
3。
32序
号
4. 运行实测
城镇水厂东车间于2015年5月上旬完成安装，为评测辅助虹吸管进水量、滤池过滤效果以及滤池含泥率情况，水厂选取了1号滤池、2号滤池对水量、滤速、进出水浊度、膨胀率和含泥率进行了统计和检测，具体见表3。
表3 滤池改造后效果对比分析表
进水出水
进水量滤速膨胀率含泥率
浊度浊度3
（m/h）（%）（%）
[***********][***********]10
12.7 14.7 13.1 15.1 13.4 15.6 12.3 13.2 14.9 15.7
0.820.820.910.910.650.650.480.480.750.75
0.120.130.130.110.140.140.090.100.110.10
[***********]48
0.080.090.110.100.090.110.100.080.110.10
滤池
编号1号
1
2号1号2号1号2号1号4
2号1号5
2号
5. 效果分析
5.1 辅助虹吸管有效的提高了滤池的处理负荷，并从运行数据分析可知对滤池的过滤性能未增加影响，特别是滤池的出水浊度与未安装滤池比较基本一致，而且进水总渠再未出现溢水情况，达到了预期效果。
5.2 由于安装辅助虹吸管的滤池处理负荷增加，含泥率短期检测可能相差不大，理论分析认为长时间运行，可能滤池的含泥率同比未安装滤池要增大，建议在运行期间定期检查含泥率变化情况。
图3 辅助虹吸管安装对比图
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（下转第26页）
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作者通联：[1**********]
（上接第17页）
设备厂家在设备运行控制上需做深一步的探讨，在市政管网压力处于保护的临界状态，泵组启动和停止，以及切换泵时，需要根据流量和压力情况控制泵的转速，使压力波动影响降低到最小。另外大小泵组合设计搭配，根据用水高峰期和夜间小流量用水量情况，设计相对合理的大小流量的组合。
总之，二次供水的发展需要供水主管和设备制造商共同努力，从老百姓的角度出发，多从卫生安
全考虑，做到市政供水基础设施投资和终端节能的有效统一，打造节能减排的和谐社会。
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作者通联：0537-2331730
（上接第20页）
5.3 辅助虹吸管操作简单，通过真空表读数易于判断虹吸形成与否，阀门操作容易。亦可安装电磁阀控制，并与原有虹吸进水管连接，从而提高自动化程度。
提高滤池的进水负荷，亦可降低进水总渠和进水槽隔墙的高度，但无法控制进水量，同时给检修工作带来影响，通过辅助虹吸管方式提高滤池进水量，不仅安装加工方便，而且对原有构筑物不存在影响，可作为临时应急增加滤池负荷的可行做法。
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作者通联：021-58371298