在大型综合类游泳馆的应用重力节能过滤系统结合臭氧消毒技术
摘 要：待处理的游泳池水既不能顺畅的自流回重力节能过滤器，而且处理后的清水也不能自流回游泳池。在重力节能过滤器前后各设置一组循环水泵，前一组循环水泵由游泳池吸水，将待处理的水提升送入重力节能过滤器，经曝气溶氧、过滤后，再由后一组循环水泵将清水压力循环送回游泳池内。这种系统称为“机前机后泵”系统。
1、引言；
参观和了解了国内很多大型综合类游泳馆，其内部水处理设备系统多为压力砂缸过滤＋氯消毒或者压力砂缸过滤＋臭氧消毒的配置。经营管理者在配置了几名甚至十几名水处理系统及池岸维护人员后，大多都能保证水质合格。与此同时，高昂的运行费用及人员管理费用也随之而来，以恒温标准游泳池为例（25m*50m），每天平均运行12小时，每年水处理系统的运行费用高达60-70万元，这其中还不包含人工费及设备折旧费。面对以上问题，我们经过数年的研究和试验，在全国率先推出了“重力节能过滤系统”，目前此系统已在大大小小200多座游泳场、馆内使用，节能降耗效果明显。
青海省中国石化格尔木管道输油处职工娱乐活动中心游泳馆于2006年9月建成，为一座标准的大型综合类场馆，内部设置竞赛池、造浪池、儿童戏水池、滑道池四部分功能分区，水处理系统四池合用了1套NB-360型重力节能过滤设备＋1套HD-150型分流量臭氧消毒设备，此系统配置在目前国内乃至全世界尚属首次。如今系统已持续运行16个月，其间多次水质检测，结果均远远优于国家相关卫生标准。系统运行费用经过日常核算，仅为相同处理量压力砂缸过滤系统的2/5。
2、重力节能过滤系统的设备结构、与压力砂缸基本技术性能对比、过滤系统标准运行工况；
重力节能过滤设备是模仿重力无阀滤池过滤、反洗原理，并结合了曝气溶氧工艺，经过机械配合手工焊接，最后装配成型的整体式过滤设备。材质采用环保型UPVC塑料，无腐蚀、无污染。重力节能过滤系统与压力砂缸过滤系统基本技术性能对比表：
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重力节能过滤系统标准系统工况；
重力节能过滤系统分为三种系统工况：一、机前泵运行；二、机后泵运行；三、机前机后泵运行；
当所处理的游泳池池水水面与设备机房地面相平或设备机房地面低于游泳池池水水面的距离不大于1.2米时，称为“机前泵”系统。简单流程：主循环水泵由游泳池回水口吸水，将待处理的水提升送入重力节能过滤器，经曝气溶氧、过滤后，清水依靠自重循环流回游泳池内。此系统控制简单，节能效果最好。
当所处理的游泳池池水水面高于设备机房地面的距离不小于5米时，称为“机后泵”系统。简单流程：待处理的游泳池水由循环回水口自流回重力节能过滤器内，经曝气溶氧、过滤后，再通过主循环水泵压力循环送回游泳池内。此系统应用面广，不占地上空间，节能效果较机前泵系统略差。
当所处理的游泳池池水水面高于设备机房地面的距离小于5米，且又大于1.2米，此情况下，待处理的游泳池水既不能顺畅的自流回重力节能过滤器，而且处理后的清水也不能自流回游泳池。在重力节能过滤器前后各设置一组循环水泵，前一组循环水泵由游泳池吸水，将待处理的水提升送入重力节能过滤器，经曝气溶氧、过滤后，再由后一组循环水泵将清水压力循环送回游泳池内。这种系统称为“机前机后泵”系统。
3、实例工程水处理系统具体流程、配置、设备控制；
3－1、实例工程水处理系统流程图如下：
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3－2、图中各池循环设计参数：
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3－3、水处理系统各单元构筑物及设备配置：
3－3－1、过滤单元；过滤系统去除池水杂质、降低池水浊度主要由NB-360重力节能过滤器来完成，过滤器处理量为360-390立方米/小时。过滤介质采用磁铁矿、石英砂、无烟煤等复合滤料，层层筛选污物，最小过滤粒径达到0.25毫米。过滤器反洗排污为虹吸水力自动化。
3－3－2、消毒及水质控制单元；消毒系统配置了一台HD-150克臭氧发生器，分流量负压投加，在经过充分反应混合进入主管路后再投加少量次氯酸钠溶液以保持水体中游离余氯。水质自控方面，利用ORP和PH单独的监测、传送仪表（传输模拟信号）控制臭氧发生器的启闭及PH加药计量泵的成比例投加。
3－3－3、加热恒温单元；四个功能池初次加热供热负荷合计约1563千瓦/小时（水温由5摄氏度加热至28摄氏度，初次加热时间为48小时），甲方提供80－85摄氏度高温循环热水作为一次热源。此单元配置了两台BR02-10平米板式不锈钢换热器，初次加热时两台同时开启，日常运行开一备一，附加一台温控阀控制一次热源循环供水管路的自动开闭。
3－3－4、四个功能池循环回水的控制；四个功能池水面位于同一标高，均衡水池池顶标高相对池水面低了2.0米。儿童池、滑道池、造浪池的循环回水均通过池边溢水槽收集流入机房内均衡水池，竞赛池的循环回水多部分通过池边溢水槽收集流入机房内均衡水池，小部分则通过池底回水口汇集流入机房内均衡水池。循环回水不断汇入均衡水池的同时，1＃循环水泵组（重力系统中称为“机前泵”）由该池吸水送入NB-360重力节能过滤器进行曝气溶氧、过滤。1＃主循环水泵组中单台水泵参数：Q:130立方米/小时，h：6米，N：3千瓦。开三备一。竞赛池池底循环回水管上加装零压差开闭电磁阀，在应急停电状态时，电磁阀自动关闭切断池底回水，保证机房安全。
3－3－5、四个功能池循环进水的控制；重力节能过滤器为无压敞开式设备，根据现场机房与游泳池的相对关系，过滤后的清水无法通过系统压力回到四个功能池内，因此在NB-360重力节能过滤器后设置了2＃循环水泵组（重力系统中称为“机后泵”）。 2＃循环水泵组由NB-360重力过滤器的清水箱吸水，将清水送回四功能池。由于四个功能池的循环进出水量不一致，如果单纯依靠在四个功能池的循环进水管上安装阀门来控制各池循环进水量，调试工作会异常复杂，而且调试出的各池的实际循环量与设计值难免会有较大偏差，针对此问题，工程人员在循环进水上设置了一台分水器，系统循环主进水管接入分水器，再由分水器的四个出口分别接四个功能池循环进水管，各出口安装瞬时涡轮流量计，根据流量计的显示调节阀门，准确控制各池循环进水量。2＃循环水泵组中单台水泵参数：Q:132立方米/小时，h：10米，N：4千瓦。开三备一。
4、实例工程水处理系统运行费用分析；
4－1、日常运行费用计算依据（根据工程现运行实际情况得出）
A、游泳馆每年开放天数：330天。
B、水处理系统每天运行时间：12小时。
C、电费：0.80元/千瓦。
D、水费：3.00元/立方。
E、成品次氯酸钠溶液费用：3.00元/千克
F、成品絮凝剂费用：3.00元/千克
G、热源（天然气）费用：0.8元/立方
H、管理人员工资：40.00元/天
4－2、日常运行费用计算明细
4－2－1、电费计算明细；
a、水处理系统耗电量：
1＃主循环水泵组：9千瓦 2＃主循环水泵组：12千瓦
臭氧消毒系统：7千瓦 其他电气设备合计：1千瓦
总小时耗电量：29千瓦
每天耗电量：29*12＝348千瓦（臭氧消毒系统按不间断运行计算）
b、电费；
每天所耗电费：348千瓦*0.80元/千瓦＝278.40元
每年所耗电费：278.40元*330天＝91872.00元
4－2－2、水费计算明细；
重力节能过滤器反洗排污采用水力自动反洗方式，反洗周期长短取决于泳池客流量对池水含污量的影响程度。当含污量达到极限，虹吸才会形成进行冲洗，不必人为每天都进行反洗，降低了水耗。本项目运行以来，将总耗水量如果平均分配到每天，仅仅占池水总量的0.8%。
a、水处理系统耗水量；
平均每天耗水量：2347立方*0.8％＝19立方
b、水费；
每天所耗水费：19立方*3元/立方＝57.00元
每年所耗水费：57.00元*330天＝18810.00元
4－2－3、成品次氯酸钠溶液及絮凝剂费用计算明细；
重力节能过滤器相比传统压力设备增加了曝气溶氧装置，再配合臭氧消毒设备，使池水溶解氧含量达到了4－6毫克/升，水体活性极强，单位质量内的消毒剂利用率提高，平均投加量为1毫克/升（以有效氯计）。
另外重力节能过滤器滤层介质间隙小，截污能力高，工程运行中未投加絮凝剂，通过滤层后的清水浊度达到了0.3NTU。
a、水处理系统次氯酸钠溶液消耗量；
每小时投加量：390立方/小时*1毫克/升*10＝3900克＝3.9千克
每天投加量：3.9千克*12小时＝46.8千克
b、成品次氯酸钠溶液及絮凝剂费用；
每天所耗成品次氯酸钠溶液费用：46.8千克*3.00元/千克＝140.40元
每年所耗成品次氯酸钠溶液费用：140.40元*330天＝46332.00元
每年所耗絮凝剂费用：0.00元
4－2－4、热耗费用计算明细；
四个功能池的热耗主要由日常池水温降及补充水加热耗热组成。
a、日常平均耗热；
在不开启加热系统时，全年中平均每天池水自然温降约1.5摄氏度，平均耗热量：4107千瓦/天。四功能池每天补充水水量为19立方，平均耗热量：509千瓦/天。
总平均耗热：4616千瓦/天。
b、热耗费用；
热源为常压燃气锅炉供热水，1立方标准天然气产完全燃烧产热量为8800大卡，合10.23千瓦，因此游泳池池水维持恒温每日平均耗天然气量约为451立方。平均每天所耗费用：451立方*0.80元/立方＝360.00元。
每年所耗费用：360.00元*330天＝118800.00元
4－2－5、人员管理费；
重力节能设备系统均为全自动化控制，基本无操作、无维护。仅仅安排了一名兼职管理人员进行管理，每天人员管理费用为：20.00元。每年人员管理费用为20.00元*330天＝6600.00元
综合以上各单元，每年水处理系统运行费用合计为282414.00元
同条件下传统压力砂缸水处理系统与重力节能水处理系统的费用对比表：
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由上表可以看出：在此项目上，重力节能水处理系统相比传统压力砂缸水处理系统每年可节省运行费用357984.00元，五年合计节省运行费用1789920.00元。经济效益显著！
我们在为经营管理者节省如此多的运行费用的同时也不乏遗憾。由于游泳馆建筑布局及结构在施工时已无法改动，按设备机房地面与四个功能池水面的关系只能将系统工况设计成重力节能过滤系统中的“机前机后泵”系统工况，而此工况是重力节能过滤系统三大工况中节能效果最差的。
如果能将设备机房地面整体提升2.5米，且设备机房净高保证不小于4.5米，系统设备中的2＃主循环水泵就可以取消，形成“机前泵”系统工况。这样一来，每天的系统电耗还能节省144千瓦（12小时*4千瓦/小时，*3台），每天节省电费115.20元（144千瓦*0.8元/千瓦），每年节省电费38016.00元（115.20元*330天），五年合计190080.00元。
换成另一方面，如果能将设备机房地面整体下降3.0米，且设备机房净高保证不小于4.5米，系统设备中的1＃主循环水泵就可以取消，形成“机后泵”系统工况。每天的系统电耗能节省108千瓦（12小时*3千瓦/小时，*3台），每天节省电费86.40元（108千瓦*0.8元/千瓦），每年节省电费28512.00元（86.40元*330天），五年合计142560.00元。
5、重力节能过滤系统设计选用中的注意事项；
目前很多设计单位的设计师在选用重力节能系统时往往照搬传统压力砂缸系统的系统设计参数，导致后期土建施工预留出的各项条件不能满足重力节能系统的安装及运行要求，出现工程变更及返工，造成不必要的损失。为了避免这些不必要的损失，引导设计师及广大业主更好的选用重力节能系统，扩大经济效益，以下列出重力节能系统在选用时的一些基本注意事项：
5－1、重力节能过滤器根据处理量（5－840立方/小时）分为二十多种不同型号，其中处理量在5－20立方/小时的主设备高度为3.7米，处理量在25－400立方/小时的主设备高度为4.4米，处理量在440－840立方/小时的主设备高度为4.8米。所以设备机房的净高均需满足主设备高度要求，并留出0.3－0.5米的施工空间。
5－2、重力节能过滤系统受运行工况的影响，在池水循环进回水管路管径的确定上也需注意。当运行工况为机前泵系统时，游泳池循环进水管管径一般比传统压力砂缸系统循环进水管大一号。当运行工况为机后泵系统时，游泳池循环回水管管径一般比传统压力砂缸系统循环回水管大一号。机前机后泵系统循环进回水管与传统压力砂缸系统一致。
5－3、重力节能过滤系统在工艺设计中不必设置絮凝剂投加单元。
5－4、重力节能过滤系统的主设备为一体化组装设备，对搁置处地面的承载力有一定要求，一般需满足3吨/平米。
5－5、系统在配置循环水泵时不必考虑主机过滤和反洗时所需要的水头压，只需满足水位提升要求即可。一般情况下以标准游泳池为例，机前泵系统主循环水泵扬程约7-8米，机后泵系统主循环水泵扬程约8－10米，水泵功率大大降低。
5－6、重力节能过滤器反洗为虹吸水力自动化，反洗时间一般为3－3.5分钟，瞬间排污水量较大，因此在设计机房主排污管或集水坑、潜水排污泵时，应留出部分富余。
6、结语；
从实例工程完工到现在的一年多时间里，我们应用此系统技术又接连在几处大中型游泳馆进行了推广，节能效果明显且水质优异。在如今全国各地大力推行全民健身，兴建大大小小的游泳场馆的同时，也需要经营管理者由投资、人力耗费、运行耗费、管理效率等多方面综合考虑。做到一次投资，终生受益。
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