一种自来水V型滤池精细化反冲控制技术的方法

摘要

本发明公开了一种自来水V型滤池精细化反冲控制技术的方法，包括在自来水厂V型滤池的反冲出水总管上安装电磁流量计和在反冲总风管上安装风量计，在现场PLC反冲柜到反冲水泵和反冲风机之间安装变频装置，测试V型滤池的反冲水强度、反冲风强度等反冲相关参数，结合前期测试数据，完善变频调节参数曲线，建立整个滤池反冲数据库，建立相应的专家系统，并通过后续数据不断完善提高，以达到精细化自动反冲控制的目标。该发明实施后，能够节约反冲水量、反冲风量，从而较大幅度节约水源和能源，同时还能提高滤后水的水质。

说明书

技术领域(001)：

本发明涉及自来水厂V型滤池反冲技术，尤其涉及精细化反冲控制技术的方法；

背景技术(002)：

任何自来水生产车间的V型滤池，都要依靠反冲水泵和鼓风机构成反冲系统，滤池必须靠有效的反冲洗来维持滤池的正常及可靠运行，这就要求反冲洗强度必须适当。太弱达不到冲洗要求，影响过滤效果；太强则会造成跑砂，甚至对滤池结构造成破坏。因此，在V型滤池设计及运行中，风机、水泵必须保持适当的运行参数，但由于一般在最初工程设计时，设计人员必须顾及各种最不利的工况，并需要对设备容量考虑一定的余量，再加上受风机、水泵选型限制，特别是受水厂源水水质季节性变化的限制，所以难以选到参数正好合适的水泵、风机，实际所选择的设备容量通常较实际需求偏大，这样在实际运行中，往往需要根据实际情况控制阀门或风板来满足工艺要求。

发明内容(003)：

发明自来水V型滤池精细化反冲控制技术的方法的目的就是在已建成的自来水生产车间V型滤池既已选定了反冲水泵和风机的情况下或新建自来水生产车间V型滤池时，设计并实施自来水V型滤池精细化反冲控制技术，使自来水生产过程中的反冲洗强度自动达到最优工况，从而提高过滤效果和减少跑砂，较大程度降低自来水的生产成本和提高所生产自来水的品质。

附图说明(004)：

图1系V型滤池传统反冲系统结构示意图，反映的是V型滤池传统的反冲系统结构。图1中机泵指反冲风机和反冲水泵。

图2系V型滤池采用精细化反冲控制系统结构示意图，反映的是通过采用数据库、建立数学模型和专家系统，引入阻塞值和滤后水浊度两个PID参数调节实行自动反冲控制，并通过机泵变频器对反冲水量和反冲风量进行无级调节，确保并增强反冲效果的精细化反冲控制系统结构。图2中机泵指反冲风机和反冲水泵。

图3系V型滤池传统反冲机泵参数示意图，反映的是V型滤池传统工频机泵反冲风量和水量的阶梯变化参数。

图4系V型滤池采用精细化反冲控制系统机泵参数示意图，反映的是V型滤池精细化控制机泵反冲风量和水量的动态参数。

图3与图4系精细化反冲技术实施前后反冲水量和风量对比示意图

具体实施方式(005)：

(1)对于已建成水厂的V型滤池，一般没有安装反冲水流量计和反冲气量计。所以，要采用本次发明所指的精细化反冲控制技术的方法，应先在反冲出水总管安装电磁流量计和在反冲总风管上安装风量计。新建水厂在设计过程中即可以直接设计并采用精细化反冲控制技术的方法。

(2)在现场PLC反冲柜到反冲水泵和反冲风机之间安装变频装置。

(3)测试V型滤池的反冲水强度、反冲风强度、沉水浊度、滤后水浊度、阻塞值、滤料厚度、滤料粒径配比、跑砂量等反冲相关参数。

(4)结合前期测试数据，分析滤池目前状况，建立单口滤池数学模型，计算滤池相关参数，围绕滤池最优参数，完善变频调节参数曲线。

(5)对V型滤池反冲参数集中进行优化分析，建立整个滤池反冲数据库，并通过3至6个月的反冲数据完善，根据滤后水质最优参数选择适当的数学模型，建立相应的专家系统，并通过后续数据不断完善提高。

从重庆市自来水有限公司在沙坪坝水厂实施精细化反冲控制技术方法的情况看，该发明具有良好的社会效益和经济效益。

社会效益

(1)对V型滤池采用精细化反冲控制技术方法系国内首创

根据我们查询网络资料和供水协会其他资料，国内对V型滤池的探讨，没有在此领域有更深入细致的研究，对此项目的研究对象和策略也是基于国内空白领域突破。

我们此次对滤池的研究只是做出了硬件和粗浅调节，初步完成了对滤池反冲水气量的调节，初步研究了对滤后水浊度影响较大的两个参数：滤后水浊度和阻塞值对反冲周期进行闭环调节。对于反冲周期的改善有一定的优化。

1)逼近式反冲强度调节

本次课题加入了逼近式反冲强度调节。用户可在滤池控制界面设定混合冲总风量、混合冲总水量以及水冲总水量三个数据。每次反冲的总风量和总水量将分别和上诉三个数据进行对比。若总量高于设定值，那么调低下一次反冲的强度，即调低反冲泵变频器或鼓风机变频器的频率；若总量低于设定值，那么提高下一次反冲的强度，即提高反冲泵变频器或鼓风机变频器的频率。根据差值的大小不同，调整的幅度也相应变化。差值越大，调整的幅度越大，差值越小，调整的幅度越小。最后，总量在一个可容忍的范围内动态平衡，频率也趋于稳定。

根据试运行阶段的观察和记录，反冲频率将在4-7次范围内达到稳定。相对于定频的冲洗方式，逼近式反冲强度调节使得冲洗用量可控，并能够根据实际需要灵活调节(满足反冲洗需求的同时，达到节省能源和成本的目的)。

2)基于用户经验的自动反冲控制

本次课题加入了基于用户经验的自动反冲控制。用户可在滤池控制界面开启或关闭浊度自动反冲和阻塞值自动反冲。并对检测的次数和间隔时间分别进行设置。每间隔时间到达后，对浊度或阻塞值进行一次采样。若采样值小于设定值则等待下一次采样；若采样值大于设定值则检测超标次数累计加1。当累计次数达到检测次数设定值时，进入自动反冲程序。若连续检测1分钟内，实际值都小于设定值，则视为之前检测值有误，并对累计次数清零。

该自动反冲控制基于用户多年的制水经验得出。相对于单纯依靠延迟进行检测，该检测方式更加准确。首先是大大减小了仪表波动引起的误操作；其次是对短暂的小波动有一定的容忍性。用户也可以根据实际情况提高或者降低检测的严格程度。

根据试运行阶段的观察和记录，反冲洗条件的识别与人工识别基本一致。

(2)实行精细化反冲控制技术以后，滤后水质更稳定

从反冲后水质稳定效果看，精细化反冲控制技术项目实施后，滤后水质更稳定可靠。

(3)实行精细化反冲控制技术以后，减少了滤池维护工作量

从沙坪坝水厂使用经验看，未实行精细化反冲控制技术以前，V型滤池多次发生故障，尤其是滤头引起的漏砂等。通过实行精细化反冲控制技术以后，降低了反冲水的冲刷强度，减少对滤池滤头的冲刷，减少了滤池维护工作量，能起到一定的积极作用。

(4)对精细化反冲控制技术可进一步深化研究，持续可研性强。

对于进一步根据季节引起的水体水质变化，我们将进一步建立数据库和数学模型，逐渐完善V型滤池运行和反冲的专家系统，以使滤池的精细化管理做到常态化、科学化、完善化。

(5)精细化反冲控制技术项目可扩展性高

同时一步去延展扩充，可以对沙坪坝水厂实施智能控制智慧化打好良好的基础。

经济效益

采用V型滤池精细化反冲控制技术方法对于节约反冲水、反冲用电和跑砂有明显效益，由于沙坪坝水厂的用电系统无法停运安装计量装置，对于此项目电量节约无法定量统计。在此仅对节约反冲水量和跑砂进行计算。

(1)反冲水方面：

沙坪坝水厂改造前每天对每口滤池进行一次反冲。每天的反冲水量为：

(119.9+269.04)+(155.87+272.58)+(160.23+274.94)+ (155.87+276.12)+(166.77+266.68)+(170.04+272.58)+(171.13+277.3) ＝3451.85(m3)

说明：括弧里的两个数据为未进行技术实施前反冲水量混合冲阶段和全水冲阶段的用水量，前后数据和为八口滤池每日加起来的总和。

每年反冲水量为：3451.85×365＝1,259,925.25(m

经过我们优化反冲时间目前为40小时反冲一次，年反冲周期为：

8760÷40＝219

优化后年反冲水量为：

219×330×8＝578160(m

说明：经过我们分析，采用混合冲阶段，水冲量为110m

年节水：

1,259,925.25-578160＝681,765.25(m

(2)反冲跑砂方面

2017年沙坪坝水厂补砂300吨，2018年沙坪坝水厂补砂180吨；根据我们现在滤池的砂量，如果补充到设计高限值(1.4米)的话，需要补砂189吨。综合三年平均值为：

(300+180+189)÷3＝223(吨)

按照水价2.5元计算，反冲水量经济效益为：

681,765.25×2.5＝1,704,413.125元

补砂目前陈本为滤料1150元/吨，加上二次转运人工等按照1500元 /吨计算，跑砂经济效益为：

223×1500＝334500元

(3)总经济效益

1,704,413.125+334500＝2,038,913.125元

总之，对各类V型滤池水厂实施精细化反冲控制技术的方法，会产生良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1系V型滤池传统反冲系统结构示意图，反映的是V型滤池传统的反冲系统结构。图1中机泵指反冲风机和反冲水泵。

图2系V型滤池采用精细化反冲控制系统结构示意图，反映的是通过采用数据库、建立数学模型和专家系统，引入阻塞值和滤后水浊度两个 PID参数调节实行自动反冲控制，并通过机泵变频器对反冲水量和反冲风量进行无级调节，确保并增强反冲效果的精细化反冲控制系统结构。图2 中机泵指反冲风机和反冲水泵。

图3系V型滤池传统反冲机泵参数示意图，反映的是V型滤池传统工频机泵反冲风量和水量的阶梯变化参数。

图4系V型滤池采用精细化反冲控制系统机泵参数示意图，反映的是V型滤池精细化控制机泵反冲风量和水量的动态参数。

图3与图4系精细化反冲技术实施前后反冲水量和风量对比示意图。