吉林市某水廠擴建工程設計

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　　某市某水廠位于龍?zhí)渡侥_松花江畔，原規(guī)模4×104m3/d（1964年建成投產(chǎn)），由于供水量已無法滿足需求，于1992年開始擴建。工程分兩期建設，一期新建取水泵站及輸水工藝，二期擴建凈水廠及管網(wǎng)部分，設計規(guī)模12×104m3/d。擴建工程設計特點主要體現(xiàn)在：工藝構(gòu)筑物選型充分考慮原水水質(zhì)特性；成套引進國外先進工藝及設備；引進先進的自控技術(shù)及完善的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；采用了先進的節(jié)能降耗技術(shù)及設備；擴建同時結(jié)合了對原有老工藝的技術(shù)改造。

　　1、凈水工藝設計及運行

　　1.1取水工藝

　　取水位置在龍?zhí)洞髽蛳掠?00m的江心處，水質(zhì)較好，可避免冰凌沖擊。采用江心淹沒式箱式取水裝置，箱體兩面進水，流速為0.15m/s。共設兩個箱體，每個箱體平面尺寸為12.7m×5.5m，高3.9m。取水頭部的設計特點：為了方便施工，將其分割為兩個獨立箱體，鋼筋混凝土箱體預制；在箱體上設置DN300充、排水管，施工時根據(jù)箱體就位偏差程度通過注水或抽水來精確定位箱體（控制標高精度）；在進水格柵柵條上加套導熱性能差的橡膠管，防止細小冰絮凍結(jié)在格柵上而縮小進水面積，影響進水量；水流流向與箱體長度方向平行，避免洪水沖刷，水力條件較好。共設兩根DN1200自流管線，v＝0.82m/s，i=0.0028。

　　取水泵站為地下式，設計流量16×104m3/d，校核流量按20×104m3/d.泵站共四臺機組，離心泵型號為24SA—18A，其中一臺為調(diào)速機組，電機采用YQT1—450—6型屈氏內(nèi)反饋調(diào)速電機，維護管理方便，節(jié)能效果顯著。輸水管線為兩根DN1200預應力鋼筋混凝土管，輸水距離為1.9km.取水泵站設計特點：自灌式取水，雖埋深較大，但水量供給相對充足，水力條件好，布置緊湊；采用先進的內(nèi)反饋調(diào)速機組及高壓節(jié)能電機（10kV），形成調(diào)、定聯(lián)合供水系統(tǒng)。

　　在實際運行中發(fā)現(xiàn)取水泵站存在一些問題：在藻類繁殖旺盛期，格柵易被堵塞，加之大塊異物附著，嚴重影響正常取水量；取水戽頭箱體出現(xiàn)位移，自流管線接口出現(xiàn)漏點；由于戽頭為淹沒式，加之江心水流湍急，在進行戽頭堵塞清理及維護時，操作船只難于定位并靠近戽頭，操作條件差；取水泵站日總?cè)∷坎蛔?，較難達到設計取水量。

　　1.2穩(wěn)壓跌水曝氣配水井

　　根據(jù)二水廠實際情況，要求擴建工程水處理構(gòu)筑物在高程上要與原老工藝密切配合，故采用了穩(wěn)壓配水井，同時利于新、老系統(tǒng)水量的優(yōu)化調(diào)度與分配，并為后續(xù)處理創(chuàng)造良好的水力條件。水力停留時間為3min。

　　1.3混合及絮凝工藝

　　混凝劑采用聚合氯化鋁，投加濃度為2%～5%，采用管式靜態(tài)混合器。混合停留時間9s，管道停留時間25s，混合流速v＝1.23m/s。加藥控制方式采用開環(huán)控制，投藥泵電機的轉(zhuǎn)速在PLC控制下和原水流量成正比，而沖程根據(jù)原水、絮凝水、沉后水濁度和pH值等因素在PLC—XBT鍵盤上調(diào)節(jié)。

　　絮凝池形式為“豎流折板絮凝池+往復式隔板絮凝池”的組合結(jié)構(gòu)，穿孔管排泥。絮凝時間約25min，實測GT＝95352，G＝58s-1。絮凝池分三個區(qū)段：前三格為異向折板，v＝0.35m/s；中三格為同向折板，v＝0.18m/s；后四格為隔板段，v＝0.10m/s。沉淀池過渡采用穿孔花墻實現(xiàn)均勻配水，v孔＝0.075m/s。

　　實踐證明，豎流折板絮凝池工藝特征的設計符合松花江水質(zhì)特點，實際應用效果理想，在折板間距的選取、絮凝時間的確定、折板的組合方式、GT值的選取上都較具特點。但唯一不足之處是隔板絮凝時間過長，流速選取偏低，在渾水期淤泥沉積嚴重，加重了絮凝池的排泥工作量。

　　結(jié)合新、老系統(tǒng)1999年的運行數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：新系統(tǒng)混凝效果明顯好于老系統(tǒng)，聚合鋁單耗僅為老系統(tǒng)的1/2，這顯示出新系統(tǒng)“靜態(tài)混合器+豎流折板絮凝池”工藝的優(yōu)越性。降低藥耗的關(guān)鍵是要強化混凝工藝，主要方法是采用快速均勻的混合凝聚設備和高效的絮凝工藝，提高單位時間顆粒碰撞次數(shù)，使膠體顆粒脫穩(wěn)瞬時、充分，并為微絮體的穩(wěn)定增長和凝聚創(chuàng)造良好的水力條件。

　　1.4沉淀工藝

　　針對松花江不同季節(jié)水質(zhì)特點，并考慮擴建預留地緊張等因素，設計選型采用橫向流斜板沉淀池。池體由前穩(wěn)流配水區(qū)、沉淀區(qū)、后穩(wěn)流區(qū)、出水區(qū)、污泥區(qū)幾部分組成。設計特點主要體現(xiàn)在：

　　①沉淀區(qū)采用三層斜板單體組架，占地面積小，水力條件好，沉淀效率高；

　?、诳蓪⑵浞奖愕馗某蓺飧〕?，即在預設配水區(qū)的底部加裝溶氣釋放設備形成溶氣接觸區(qū)，浮渣通過設在池上部的刮渣機刮入排渣槽排走，這就是氣浮工藝和沉淀工藝有機融為一體的“浮沉池”，其實質(zhì)是在同一池體內(nèi)實現(xiàn)兩種固液分離技術(shù)的有機結(jié)合。不同季節(jié)的原水水質(zhì)波動較大，針對各時期水質(zhì)特征，相繼采用氣浮或沉淀——在低溫低濁和藻類旺盛繁殖期采用氣浮工藝，而在其他時期采用沉淀工藝。同水源的第一、第三水廠氣浮工藝的多年實際運行結(jié)果證明，氣浮工藝對體積質(zhì)量小的微細懸浮物、藻類及色度都有較好的去除效能，并且顯著降低混凝劑單耗。

　　主要設計參數(shù)：平面尺寸為28.6m×18m，沉淀時間為32min，水平流速為15mm/s，斜板單體尺寸為4.4m×1.0m×2.6m，斜板間距為80mm，傾角為60°，斜板區(qū)表面負荷為7.2m3/（m2·h）。

　　在運行管理中也發(fā)現(xiàn)該工藝存在一些問題：

　　①沉淀池底板采用橫向鋼筋混凝土拉梁結(jié)構(gòu)，并作為斜板組架的支撐結(jié)構(gòu)，刮泥車安置在相鄰兩梁槽底的預設導軌上，拉梁上部支設斜板組架，這樣完全封閉的結(jié)構(gòu)給檢修刮泥車帶來了極大不便；

　?、谟捎谛卑宀捎脝误w組架結(jié)構(gòu)，每池斜板區(qū)共設置4×21個單體，內(nèi)側(cè)單體檢修更換極為不便，同時也不易判定內(nèi)側(cè)斜板組架或板片的損壞及淤積狀況；

　?、刍炷Ч缓脮r，微絮體有時被出水攜出，緩沖能力不如老系統(tǒng)平流式沉淀池穩(wěn)定。

　　1.5過濾工藝

　　其主要特點是：采用粒徑相對較粗的石英砂均質(zhì)濾料及較厚濾層的截污、納污能力，并延長濾池工作周期；氣水反沖洗加表面掃洗，濾層不膨脹或微膨脹；其配水系統(tǒng)為長柄濾頭配水系統(tǒng)；運行實現(xiàn)“公用沖洗PLC+各濾池PLC”的自動控制模式。主要設計參數(shù)如下：平面尺寸為12m×7m；設計濾速為8.04m/h；濾頭密度為54個/m2；濾料層厚1.2m。

　　V型濾池在自動模式下運行時，PLC通過控制濾后水出水閘門的開度來控制濾池恒液位，當符合下列條件之一時開始反沖洗：濾池運行時間達到設定值；過濾水頭損失達到設定值；來自于控制臺現(xiàn)場PLC—XBT鍵盤或中控室監(jiān)控計算機的沖洗命令。

　　V型濾池反沖洗方式較具特色，沖洗分三個過程：

　?、贇忸A擦洗［一臺鼓風機，送氣1min，q氣＝22.5m3/（m2·h）］；

　?、跉馑旌蠜_洗［兩臺鼓風機，一臺沖洗水泵，沖洗6min，q氣＝55m3/（m2·h），q水=7.5m3/（m2·h）］；　　

　?、鬯矗蹆膳_沖洗水泵，沖洗6min，q水＝15m3/（m2·h）］；始終的橫向表面掃洗強度q水＝5.2m3/（m2·h）左右。

　　在運行管理中發(fā)現(xiàn)：濾池進水V型槽橫向表面掃洗孔的標高過低，表面掃洗強度略低，導致橫向掃洗效果欠佳，泡沫浮渣漂浮滯留；濾頭有堵塞現(xiàn)象，清理極為不便；濾池調(diào)節(jié)故障經(jīng)常出現(xiàn)，采取的主要對策是經(jīng)常定期清洗水位計及濾層水頭損失計，保持靈敏度，適當控制濾池進水穩(wěn)定性，濾池維護管理工作量較大。

　　另外，在生產(chǎn)中考察了低濁期（原水濁度＜20NTU）的V型濾池直接過濾性能及聚合鋁投加量對直接過濾的影響。結(jié)果表明，合理控制PAC投加量會產(chǎn)生如下效應：

　?、偈惯^濾水頭損失增長減緩，水頭損失隨時間變化曲線近似直線，可有效防止濾層過早堵塞；

　?、谠黾有躞w在濾層內(nèi)的穿透深度，充分發(fā)揮V型濾池的均質(zhì)濾料、深濾床的截污納污優(yōu)勢。

　　1.6氯消毒工藝

　　氯消毒工藝可實現(xiàn)兩種控制模式：開環(huán)控制即加氯量和濾后水流量成正比關(guān)系；閉環(huán)控制即加氯機控制器PCU不但根據(jù)濾后水流量進行控制，還接收余氯分析儀和余氯設定點號，PLC根據(jù)以上信息綜合控制加氯。PLC從監(jiān)控系統(tǒng)或加氯PLC—XBT操作員終端接收余氯設定點并通過模擬輸出將其送到調(diào)節(jié)系統(tǒng)；PLC通過模擬輸入接收濾后水流量信息及濾后水余氯信息，并通過模擬輸出將其送到調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，加氯機PCU—fuzzy控制器具有模糊控制功能。

　　1.7清水池及送水泵站

　　清水池調(diào)節(jié)能力按日供水量的9%設計。送水泵站設置了吸水井，穩(wěn)定流態(tài)，形成良好的吸水條件。采用了HIBON生產(chǎn)的DELTA型真空裝置（自動真空），泵裝置出口設有微阻緩閉止回閥。機組設有多種運行保護：泵出口低壓保護；清水池低液位保護；低電壓和過電流保護；軸承溫度（＞85℃），繞組溫度（＞105℃）保護；電動蝶閥過轉(zhuǎn)矩保護等。

　　2、自控系統(tǒng)設計特點

　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

　　控制系統(tǒng)由中心控制站和若干現(xiàn)場監(jiān)控子站構(gòu)成。該系統(tǒng)是由工業(yè)計算機和可編程邏輯控制器組成的集散型控制系統(tǒng)，其特點是可實現(xiàn)生產(chǎn)過程“集中管理，分散控制”的功能，系統(tǒng)運行可靠度高，能實現(xiàn)中心控制站、監(jiān)控子站和現(xiàn)場手動操作的分級控制，技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)開放，支持多種網(wǎng)絡，編程方便。

　　2.2中心控制室

　　中控室主要設備：監(jiān)控計算機與管理計算機各一臺；模擬報警屏；水廠生產(chǎn)狀態(tài)模擬屏等設備。中心控制站具有方便靈活的系統(tǒng)組態(tài)功能，完善的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制及信息處理功能。監(jiān)控計算機用于對水廠生產(chǎn)設備的遠程監(jiān)視和控制，管理計算機用于存儲及顯示由PLC生成的平均積分值模擬量報表。中控室主要功能有：

　?、傧到y(tǒng)現(xiàn)場控制站和控制參數(shù)組態(tài)，系統(tǒng)監(jiān)控功能；

　?、趯崟r監(jiān)測、顯示、處理、控制各監(jiān)測子站狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息；

　?、蹌討B(tài)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫管理，趨勢打印；

　　④報警處理及報表打?。?/p>

　?、菖c公司總調(diào)度室的通訊等。

　　2.3現(xiàn)場監(jiān)控站

　　共設立取水、加藥、過濾、加氯、新送水、老送水6個PLC子站，進行集中檢測和程序控制，并和中控室總站CP100通過FIPWAY及以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)和指令的傳送?，F(xiàn)場監(jiān)控站控制系統(tǒng)由法國TE公司的TSX67、TSX47可編程邏輯控制器（PLC）及MCC等自控設備組成。主要功能是完成生產(chǎn)過程的邏輯控制及工況參數(shù)的采集與處理，包括網(wǎng)絡通訊，修改模擬量設定點，報警及故障復位等功能。

　　3、結(jié)語

　　擴建工程自竣工投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐證明，水廠凈水構(gòu)筑物選型科學先進，技術(shù)參數(shù)選取符合規(guī)范及生產(chǎn)要求，運行狀況良好穩(wěn)定，系統(tǒng)高程合理，出水能夠達到國家一類水質(zhì)要求；先進節(jié)能技術(shù)的采用達到節(jié)能降耗的目的，效果顯著，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。吉林市二水廠的擴建實踐，為我國21世紀新建、擴建現(xiàn)代化水廠提供了極具參考價值的成功范例。