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虹吸濾池全自控運行應用實踐
摘要：針對虹吸濾池運行中存在的主要問題，在不改造濾池主體結構的情況下，實現了虹吸濾池全自控運行。就此介紹了新安水廠虹吸濾池全自控改造的系統控制原理、主要設備及其功能。
關鍵詞：虹吸濾池 全自控運行 應用實踐
由于虹吸濾池具有基建少，出水水質穩定，又可實現水力全自動運行，維修方便等特點，在20世紀80年代中期前建成的水廠較多采用此種池型。深圳市寶安自來水有限公司新安水廠一、二、三期工程分別于1983年、1985年、1988年建成投產，總設計供水能力為7萬噸/日，均采用虹吸濾池。由于虹吸濾池存在水力反沖洗浪費待濾水等問題，2000年6月至10月，水廠經過反復摸索和運行調試，成功地實現了虹吸濾池全自控運行。較好地解決了水廠虹吸濾池存在的主要問題，減輕了工人勞動強度，且系統運行穩定，維護管理工作極少。現將有關工程內容闡述如下。
1 虹吸濾池運行存在的主要問題
由于新安水廠虹吸濾池單池面積小（10.5m2），設計濾速低（6m/h），采用雙層陶土孔板磚配水系統，開孔比為1.023%，配水較均勻，單層石英砂濾料厚800mm，粗砂+礫石支承層厚250mm，沖洗水頭1.07m，基本滿足要求。但還存在如下問題：
（1）反沖洗時進水虹吸不能破壞，浪費部分待濾水。
（2）不能確保按原有設計意圖，一次最多沖洗二格濾池，經常性多格濾池同時到達期終水頭損失，同時沖洗。如不人為放空，阻止其反沖洗，沖洗水頭不夠，造成濾砂沖洗不干凈而板結或產生泥球，減少過濾周期及濾砂使用壽命。
（3）由于清水池設計調節容積為8.57%，超負荷運行時僅6%左右。多格濾池沖洗，清水池進水少，造成清水池水位迅速下降，送水泵房不得不部分停機，使供水管網服務壓力波動較大。
（4）員工勞動強度大，且需要較強的責任心。實際上晚班、早班難以做到，以致于一般情況下，濾砂使用周期僅二年左右。
2 虹吸濾池水力反沖洗系統改造方案設想
（1）由電磁閥代替各格濾池上原有手動操作閥，即進水虹吸破壞閥，排水虹吸破壞閥，高壓水強制反。
（2）由PLC輸出信號控制各格濾池電磁閥動作。
（3）各濾池期終水位由水位計信號傳送至PLC。
3 系統控制原理
系統由PLC可編程控制器自動控制，只要各濾池水位超過水位計所設定的水位時，水位計開始閉合。閉合信號傳到PLC，通過程序計算，PLC輸出1個開啟信號至進水虹吸管上常閉式電磁閥，常閥點開啟，虹吸破壞，濾池停止進水。延時3min，待濾池內水位下降1m左右時，PLC輸出兩個信號，一個為關閉信號至排水虹吸管上常開式電磁閥，使常開點閉合，逐漸形成排水虹吸；另一個為開啟信號至高壓水常閉式電磁閥，使常閉點開啟，高壓水幫助排水虹吸盡快形成。同時，PLC經程序運算，斷開其它已到期終水位的濾池沖洗，保持等候狀態，以確保每組每次只沖洗1格濾池。當排水虹吸形成后，PLC送一個延時信號至高壓水電磁閥，使常閉點關閉，高壓水停止進水。高壓水延長時間由人工根據排水虹吸形成所需時間設定，目前設定為50S。排水虹吸形成后，濾池反沖洗開始，沖洗歷時由人工根據反沖洗出水濁度控制值設定，目前設定為400S左右。反沖洗結束后，PLC輸出兩個信號，一個為開啟信號至排水虹吸上常開式電磁閥，使常開點開啟，排水虹吸破壞，反沖洗停止；另一個為關閉信號至進水虹吸上常閉式電磁閥，使常閉點閉合，濾池開始進水，恢復過濾狀態直至下一個沖洗過程。如此反復循環控制各個濾池工作。程序設計流程見圖1。
4 系統主要設備及功能
（1）P170觸摸面板。進入主菜單后，通過輸入數字，對高壓水進水時間，反沖洗時間設置與修改，并記憶各格濾池的沖洗次數，同時，還可進行畫面設置。
（2）可編程控制器。1臺S7 - 200Micro PLC內有1臺單獨的27 - 224CPU模板，并帶有1個EM223，2個EM222擴展單元。S7 - 224CPU模塊內含1個中央處理單元、電源以及數字量I/0點，這些都被緊奏地置于1個獨立的設備中。
CPU負責召待程序和存儲數據，控制整個運行過程。系統的控制點為輸入輸出部分，輸入部分采集各格濾池水位計信號，輸出部分則控制電磁閥；電源向CPU及其所連接的模塊提供；通訊端口將使S7 - 200CPU同TP170A連接起來；狀態信號燈顯示CPU的工作模式，即運行或停止；
通過擴展模塊EM222、EM223增加CPU的1/0點數。
（3）每格濾池3個電磁閥。常開式電磁閥1個，即斷電開啟，通電關閉，用于排水虹吸抽氣。介質為空氣，直徑25mm，工作壓力0~0.05MPa。線圈垂直向下安裝。常閉式電磁閥2個，即斷電關閉，通電開啟，1個用于高壓進水，介質為水，直徑40mm，工作壓力0.5MPa左右。另1個用于進水虹吸抽氣，介質為空氣，直徑25mm，工作壓力0~0.05MPa。
（4）每格濾池1個電纜式。
5 工程投資
三期工程虹吸濾池（設計供水能力4萬噸/日，共28格，每格面積10.5m2）自控系統工程總投資約為9萬元。其中PLC系統約為20000元，信號電纜及穿線管約為8000元，電磁閥DN25約為596元/個共56個，DN40約為820元/個共28個，電纜式196元/個共28個。
圖1 程序設計流程
6 結語
目前，虹吸濾池改造方法較多。有改造水力反沖洗系統、配水系統、濾料等。也有采用氣水反沖洗，進水排水用閘板控制，濾板濾頭配水系統，整個過程采用PLC程序控制。還有的僅留一個鋼筋砼外殼，內部結構部分按V型濾池改造等等。其實，虹吸濾池一般單池面積都不大，砂層也僅800~900mm厚，承托層厚250mm左右，若配水系統運作良好，濾砂完全可以被沖洗干凈。而虹吸濾池最大的缺點就是反沖洗時浪費部分待濾水，水力自動反沖洗系統運行欠佳，部分配水系統設計不合理等。因此，筆者認為，對現有虹吸濾池改造，若從、技術角度考慮，較為合理的方式應為基本不動其主體結構，進水排水采用自動控制虹吸系統（實際是保持管路處于常真空狀態，當需要形成真空時只需打開真空管上的閥門，虹吸管立即形成真空）或氣動閘板控制，必要時改造配水系統，整個過程采用PLC程序控制。這樣，即可以克服虹吸濾池的缺點，又可實現全自動運行，且投入較少，一般鎮級水廠都可以接受。
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