翻板阀滤池反冲洗智能化控制方法及设备技术领域
本发明涉及一种滤池反冲洗的方法及设备，具体的说是一种翻板阀滤池反冲洗智
能化控制方法及设备。
背景技术
在净水工艺中，滤池过滤是其中的一个重要部分。过滤过程中，水中过滤出的杂质
会不断在滤料层中积累，积累过多会导致出水水质不合格，使产水效率降低。因此需要通过
反冲洗清除滤料层中积累的杂质。目前大多数滤池反冲洗控制都是根据经验法控制生产流
程，也就是根据经验设定一个时间，时间一到就启动反冲洗程序。反冲洗的过程也是根据经
验设定冲洗时间。这种方式存在以下问题：一是反冲洗的时机不能精确掌握，有时出水水质
仍然合格，但设定的时间已经到了，此时强制进行反冲洗就浪费了水能和电能；或者出水水
质已经不合格，但设定的时间还未到，不能及时进行反冲洗，使自来水厂生产质量不能达
标。二是反冲洗过程控制不精确，有时滤料已经冲洗干净，但反冲洗仍未结束，浪费了水能
和电能或者滤料未冲洗干净，反冲洗就已经结束了，不能达到反冲洗的目的。另外，目前的
反冲洗还存在效率较低的问题，导致冲洗时间长，滤料损失大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种滤池反冲洗智能化控制方
法及设备。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：翻板阀滤池反冲洗智能化控制
方法，通过设置在滤池出水口的出水浊度仪实时监控出水水质，当出水浊度大于设定值或
水头损失达到设定值时，启动反冲程序对滤池进行反冲洗，并在反冲洗过程中，利用滤池液
面上方设置的气吹浮管向翻板阀方向沿液面水平吹气，以加速液面上方的杂物向翻板阀方
向移动、汇聚，排出滤池；在反冲洗的过程中利用排水浊度仪实时监控排水水质，当排水浊
度小于设定值时停止反冲洗。
所述的反冲洗过程分为气冲、气水混合冲和水冲三个阶段。
在所述水冲阶段利用滤池液面上方设置的气吹浮管水平吹气。
在反冲洗过程中根据滤池中的液位调节翻板阀的开度，使翻板阀的开度随着滤池
中液位的降低而增大。
在反冲洗过程中，利用变频调速的方法，通过控制气泵和水泵的运行速度，调节反
冲洗强度。
在水冲阶段，通过翻板阀和用于反冲的水泵控制液位高度，使液面高度与翻板阀
的开度相适应。
所述滤池上方设有用于进水的进水渠，下方设有用于排出过滤后液体的出水口，
在滤池的侧壁上还设有用于反冲洗时排水的翻板阀；用于反冲洗的气泵和水泵分别通过相
应的管路连接至出水口，在出水口处以及翻板阀相连的排水渠处分别设有用于检测水质出
水浊度仪和排水浊度仪，在滤池内设有吹气方向与翻板阀相对的气吹浮管。
所述气泵和水泵均接有变频器。
所述气泵与出水口连接的管路上安装有逆止阀。
所述的气吹浮管浮动设置在滤池内的液面上。
本发明的有益效果是：通过设置的在线浊度仪实时监测出水口水质，当出水水质
不合格时能够及时进行反冲洗，且避免了过早进行反冲洗导致的水能和电能浪费。同样，通
过在线浊度仪实时监测排水渠的水质能够精确判断反冲洗是否彻底，及时结束反冲洗，既
达到了反冲洗的目的，又节约了水能和电能。通过设置的气吹浮管吹气给液面提供一定的
动力，可吹动漂浮在液面的杂物快速通过翻板阀排出滤池，从而缩短反冲洗所需的时间，减
少反冲洗导致的滤料流失。
附图说明
图1是滤池控制系统的结构示意图。
图2是翻板阀开度闭环控制原理图。
图3是气泵的闭环控制原理图。
图4是水泵的闭环控制原理图。
图5是过滤程序控制流程图。
图6是反冲洗程序控制流程图。
图7是急停程序流程图。
图8是排水渠排水浊度变化曲线。
图9是水冲强度变化曲线。
图10是水泵频率变化曲线。
图中标记：1、进水渠，2、进水阀，3、水泵，4、气泵，5、出水口，6、反冲水阀，7、出水浊
度仪，8、出水阀，9、反冲气阀，10、逆止阀，11、气吹浮管，12、滤料层，13、超声波液位仪，14、
翻板阀，15、翻板阀气动装置，16、排水浊度仪。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本发明的实施方式。
通常在滤池一侧的上方设有用于进水的进水渠1，该进水渠上接有安装有进水阀2
的进水管路。待过滤的原水从进水渠1进入滤池中。滤池内设有用于过滤的滤料层。在滤池
下方设有用于排出过滤后液体的出水口5。原水进入滤池后，以重力渗透穿过滤料层，并以
衡水头过滤后汇集入滤料层下方的集水室，后由出水口5流出。在反冲洗时，在出水口5处通
过相应的管路分别连接气泵4和水泵3，通过从出水口泵入气流或水流的方式反向冲洗滤料
层。在滤池的侧壁上设置翻板阀14，反冲洗过程中的水通过翻板阀14流入排水渠，并由排水
口排出。本发明为了实现反冲洗时机和冲洗时间的精确控制，在出水口5处以及翻板阀14相
连的排水渠处分别设置用于检测水质出水浊度仪7和排水浊度仪16，通过检测水质控制反
冲洗开始或结束。图8为排水浊度仪检测到的排水渠排水浊度变化曲线，由排水浊度随时间
变化曲线可知，在反冲洗过程中排水渠内排水浊度是先增长到一个峰值，然后在多次反冲
洗过程中逐渐降低，只有当排水浊度达到a点及其之后，才可以结束反冲洗过程，此时排水
浊度应该在2—3NTU左右。
通常情况下，排水过程中截留物并不能很迅速的被排除，特别是离翻板阀较远的
截留物，只能通过边冲水边排水的方式使截留物被排出，这个过程会造成大量的滤料流失，
同时浪费水和电能。为了利于反冲洗时杂物的排出，加速反冲洗进程，在滤池内设置吹气方
向与翻板阀14相对的气吹浮管11，通过气吹浮管吹气给液面上的截留物提供一定的动力，
帮助截留物快速排出滤池，大大减少了滤料的流失。气吹浮管11可以包括一个用于吹气的
吹气管，其设置在一个漂浮物上，并通过软管与气源连接。为了限定其在液面上的位置还可
以设置导杆、滑槽等导向机构以引导其上下浮动。
具体控制方法为：在滤池正常运转时，通过设置在滤池出水口5的出水浊度仪7实
时监控出水水质，当出水浊度大于设定值时，即判断出水水质不合格，需要进行反冲洗操
作。或者通过检测滤池水头损失，当水头损失达到设定值时进行反冲洗操作，检测方法可以
参照现有技术（例如用液压计测定水压、压差）。需要进行反冲洗操作时，自动控制关闭进水
阀2，依次启动气泵和水泵按照反冲洗的程序进行反冲洗。在反冲洗过程中，利用滤池液面
上方浮动设置的气吹浮管11向翻板阀14方向水平吹气，以加速液面上方的杂物通过翻板阀
排出滤池。在反冲洗的整个过程中，利用设置在排水渠处的排水浊度仪16实时监控排水水
质，当排水浊度小于设定值时即可判断为滤料已经冲洗干净，自动控制停止反冲洗操作，恢
复到正常过滤。
通常，反冲洗过程分为气冲、气水混合冲和水冲三个阶段。在气冲阶段，仅启动气
泵，通过气流冲击滤料。气水混合冲阶段同时启动气泵和水泵，以一定比例的气流和水流混
合冲击滤料。水冲阶段则关闭气泵，仅通过水流冲洗滤料。由于仅在气水混合冲和水冲阶段
有新的水流入滤池形成水流并从翻板阀排出，因而可仅在气水混合冲和/或水冲启动气吹
浮管11水平吹气。本实施例中选择仅在水冲阶段利用气吹浮管11吹气。
为了保证滤池液面上方的杂物能够顺利从翻板阀流出，应保证液面高度与翻板阀
的开度相适应。液面高度可以通过翻板阀14和水泵3控制。在排水时，如果滤料没有沉淀下
来，就有可能随排出水流失到排水渠中。因此，使用伺服电机无极调速的特性可以连续、精
确地控制翻板阀的开度，当排水开始时，翻板阀的开度随滤池内液位降低而逐渐增大，使滤
池内只有最上层的液体和截留物被排到排水渠内，减少滤料的流失。
因为水源水质受时间、季节、天气等因素影响，所以滤料层截留物也不相同，不同
的截留物，所需要的反冲洗强度也不同，利用变频器调节气泵、水泵的频率，控制其运行速
度，以达到智能的控制反冲洗的强度。如图9为水冲强度的变化曲线。由图9可知水冲强度在
反冲洗过程中的变化曲线，其最大水冲强度为15L/s.m2。而水流量，式中Q是水泵
流量,单位是(L/s);q是反冲洗水冲强度,单位是（L/s.m2）;A是单个滤池面积，单位是
（m2）。
由公式可知,水泵的流量与滤池反冲洗强度成正比,所以流量Q随时间的变化曲线
与水冲强度变化曲线形状相同,曲线与时间t坐标轴所围成的封闭图形的面积L应等于从滤
料层上表面到翻板阀上沿之间滤池的体积L0。水泵的流量与频率成正比，由此可以得出水
泵的频率变化曲线应为图10水泵频率变化曲线。根据反冲洗的强度就可以确定水泵所达到
的最大频率f0，由L0与流量曲线可以求出t5、t6、t7，如此便可实现在不同的水质情况下，对
反冲洗的水冲强度和时间的实时调节控制。一般情况下当出水浊度达到设定值时，其反冲
洗水冲强度的峰值应为15L/s.m2，0-t5=10s，t5-t6=3min，t6-t7=10s。
而气泵因为没有体积的限制，可由现场调试得出气泵频率变化的拟合曲线，以实
现气冲强度和时间的调节控制，以达到最节能高效的运行的方式。一般情况下当出水浊度
达到设定值时，其反冲洗气冲强度的峰值应为15L/s.m2，气冲强度上升、下降时间均为10s，
峰值情况下运行5min。
为避免集水室中的水倒灌气泵，除了可将气泵的连接管路设置为倒U形管路外，还
可在气泵4与出水口5连接的管路上安装有逆止阀10，形成双重保护，使生产更加安全，可
靠。
由于工厂内信息比较封闭，如果因事外出，我们很难及时、快捷的获取厂内工况，
为了解决这种“信息孤岛”现象，引入远程无线控制终端模块，以实现远程、无线监控。
如在控制系统中集成巨诚S6503无线通讯模块，它使用3G作为通讯手段，内置网页
发布，采用WIFI、有线、3G、短信等多重通讯结合方式，可通过串口，网口对PLC远程下载，上
传，监控梯形图，何能上网的电脑，可以实现组态软件远程监控，能够短信报警，短信查询，
短信控制，最终实现无人值守。工程师还可以使用手机或远程PC通过登录网页来监控设备，
进行一些简单的后期维护，减少出差。