新安水廠技術(shù)改造

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簡介： 根據(jù)新安水廠工藝運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題，從燒杯攪拌試驗和生產(chǎn)性試驗入手，對各關(guān)鍵工藝進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)自控運(yùn)行。本文全面介紹了新安水廠工藝現(xiàn)狀、改造原理、主要設(shè)備、及取得的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵字：新安水廠 技術(shù)改造 自控運(yùn)行

新安水廠建于20世紀(jì)80年代，設(shè)計能力為：一期1萬m³/d，二期2萬m³/d，三期4萬m³/d，分別于1983年、1985年、1988年建成投產(chǎn)。原水來自鐵崗水庫，水廠處理工藝祥見圖1。

    由于設(shè)計施工的局限及長期超負(fù)荷運(yùn)行，加之原水污染日漸嚴(yán)重，城市供水標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高，使新安水廠原有的工藝技術(shù)日漸不能滿足生產(chǎn)的需要，尤其是各關(guān)鍵工序全手動運(yùn)行，不僅浪費(fèi)成本、員工勞動強(qiáng)度大，且較難實(shí)現(xiàn)安全供水。因此，2000年3月至2002年9月，新安水廠對其關(guān)鍵工藝進(jìn)行了技術(shù)改造，同時解決了一些長期困繞著該廠的疑難問題。小改小革，投資少，見效快，綜合效益極佳。本文就2年多時間進(jìn)行的一些主要技術(shù)改造措施總結(jié)如下，供老水廠各位同行參考。

1 針對聚合氯化鋁單耗高的情況，修改混凝劑和助凝劑投加方式和投加點(diǎn)，使藥劑與原水充分混合。

    對比寶安水司所屬兩座水廠生產(chǎn)報表得知，新安水廠聚合氯化鋁的單耗，比同樣原水、而工藝技術(shù)較為完善的朱坳水廠高出2～3倍。針對該廠的工藝條件，工作人員從燒杯攪拌試驗和生產(chǎn)性試驗入手，就下列問題進(jìn)行了探討：

    1. 1不同混凝劑、助凝劑加注量、投加次序凈水效果的對比

    1. 2最佳混凝效果時耗礬量最小的PH值范圍。

    混凝劑采用聚合氯化鋁、硫酸鋁，助凝劑采用石灰、聚丙烯酰胺。多次燒杯攪拌試驗與生產(chǎn)性試驗結(jié)果表明：對濁度低、堿度低、藻類高的原水，混凝劑以投加聚合氯化鋁效果較好，投加量為2.4~3.0ppm（以Al₂O₃30%計，下同）。聚合氯化鋁和硫酸鋁同時投加，投加量各占50%，也可取得同樣效果，但硫酸鋁酸性大，且投二種藥劑操作管理不便。試驗還發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁混凝效果最佳的PH值范圍為6～7，若PH值增加，聚合氯化鋁單耗隨之增加。

    通過實(shí)驗找出了該廠混凝劑單耗高的原因：多年以來，該廠是先投氫氧化納（1998年前）、或熟石灰（1998年后），后投聚合氯化鋁?；炷齽┩都釉O(shè)計采用靜態(tài)混合器，由于水頭損失大，1992年取消，混凝劑采用重力投加至反應(yīng)池表面入口。由于藥劑與原水混合不均，導(dǎo)致藥劑濃度高的部位，膠體擴(kuò)散層的正離子被異電負(fù)離了壓縮和包圍，出現(xiàn)膠體再穩(wěn)定情況，多余的藥劑浪費(fèi)；濃度低的部位，藥量不足，不足以壓縮雙電層，降低不了電位，達(dá)不到混凝效果。因此，該廠一直采用加大投藥量的方法提高混凝效果，常常多達(dá)6.8～15ppm。

    2000年5月，該廠首先將混凝劑由原重力投加改為壓力投加，投加在混合槽處，較好地解決了藥劑與原水混合不均勻的問題;其次將石灰投加點(diǎn)后移至反應(yīng)池，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，以反應(yīng)池1/3~1/4位置效果最佳。為了石灰與水充分混合，又能滿足人工投加時觀察到投藥量大小，在投加點(diǎn)增設(shè)漏斗式穿孔擴(kuò)散管，PVC塑料管材。

    經(jīng)過上述改造后，混凝劑單耗降低了75％左右，由原來的6.8～15ppm降至約為2.4~3.0ppm，基本與工藝技術(shù)較為完善的朱坳水廠一致。

2 針對虹吸濾池固有的缺陷，以及原設(shè)計、施工中的不足，進(jìn)行了如下改造：

    2. 1 利用計算機(jī)技術(shù)及電磁閥控制實(shí)現(xiàn)了虹吸濾池全自控運(yùn)行，較好地解決了虹吸濾池固有的主要缺陷，有關(guān)方面的內(nèi)容詳見《給水排水》2003年第5期。

    2. 2 由于施工及長期以來地基的不均勻沉降等問題，使虹吸濾池各配水槽出水堰高程相差較大。2000年10月測量數(shù)據(jù)，普遍相差50~180mm，最多達(dá)231mm。而原設(shè)計并未考慮安裝可調(diào)堰板，導(dǎo)致各池進(jìn)水量極不均勻，過濾周期相差幾倍之多，極個別池長期以來存在過濾周期短，僅3～4h。采用常用的、較為簡易的方法改造，即在各混凝土出水堰上安裝可調(diào)不銹鋼擋板，幾個相對標(biāo)高較高的混凝土堰先用手砂輪機(jī)磨低一些后，再安裝可調(diào)不銹鋼擋板。經(jīng)過一段時間的調(diào)試，各池的進(jìn)水量基本一致，過濾周期也不會相差太多。揭開了長期以來員工認(rèn)為“這個池不好”的迷。

    2. 3 一、二期部分濾池不能正常運(yùn)行，當(dāng)水位超過輔助虹吸管進(jìn)水口上部的設(shè)定水位標(biāo)高時，排水虹吸仍然遲遲不能形成，導(dǎo)致水位繼續(xù)上升而溢流。經(jīng)檢查，管路即沒有漏氣現(xiàn)象，輔助虹吸管也沒有被堵。當(dāng)打開強(qiáng)制虹吸閥和強(qiáng)制破壞閥后，發(fā)現(xiàn)虹吸管內(nèi)的氣體往外噴，而不是往內(nèi)吸。經(jīng)仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)造成上述現(xiàn)象的關(guān)鍵因素是排水渠出水堰的控制水位標(biāo)高和輔助虹吸管出水的安裝標(biāo)高之差。經(jīng)查本工程原有施工圖，此標(biāo)高差為0.05m。而實(shí)際安裝為：能正常運(yùn)行的33格濾池為0.06m左右，而不能正常運(yùn)行的9格濾池為0.25~0.57m。即輔助虹吸管插入排水渠過深。因此，按原設(shè)計施工圖割去多余部分后，排水虹吸恢復(fù)正常。

3 加氯系統(tǒng)由傳統(tǒng)的二點(diǎn)投加改為三點(diǎn)投加，不僅確保了出水水質(zhì)，而且氯耗降低。

    目前，大部分老水廠采用原水、濾后水兩點(diǎn)投氯方式，其中一部分水廠實(shí)現(xiàn)了自控運(yùn)行，前加氯量按流量比例控制，后加氯量按余氯反饋控制。而一部分水廠仍然全手動運(yùn)行。

    新安水廠原采用兩點(diǎn)投加，全手動運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行中存在如下不足：

    3. 1濾池與清水池距離較短，即余氯分析儀取樣點(diǎn)與投氯點(diǎn)距離較近，氯與水尚未完全充分混合后取樣，測出來的余氯信息不穩(wěn)定，控制信號波動較大。

    3. 2 加氯后，水迅速進(jìn)入清水池，靠水流作用，通過長時間的接觸反應(yīng)來完成，并有揮發(fā)現(xiàn)象。因此，在清水池中消耗的氯量是一個不確定數(shù)，它與氣溫及停留時間長短有關(guān)。

    3. 3 清水池中水流通常呈層流狀態(tài)，加注的氯很難擴(kuò)散，會導(dǎo)致短流或死角，影響消毒效果。

    3. 4 沉淀池排泥，濾池反沖洗均會引起余氯的突變。

    鑒于以上問題，為了安全供水，新安水廠常年采用“多加一點(diǎn)”的不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，余氯的合理控制成為該廠一大難題。 2000年3月，該廠開始計劃改造投氯系統(tǒng)，考慮即要安全合理，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，改造部位如下：

    原水、濾后水投氯仍采用原有二點(diǎn)投加方式，不增加任何設(shè)備。但為了使氯均勻擴(kuò)散至水中，投加點(diǎn)作如下修改：

    將原靠近清水池進(jìn)口處的投加點(diǎn)前移至濾池出水堰處；濾池兩端出水堰處均設(shè)投加點(diǎn)，并安裝穿孔管式混合器。

    增加泵前補(bǔ)氯點(diǎn)，主要設(shè)備：柜式自動加氯機(jī)1臺，余氯分析儀1臺，均為美國CAPITAL CONTROLS公司產(chǎn)品。

    投氯量控制：原水投氯量由技術(shù)人員視原水水質(zhì)而定，濾后水投氯量由操作人員視補(bǔ)氯量多少調(diào)節(jié)，控制補(bǔ)氯量不超過1.5ppm，主要考慮水泵葉輪的腐蝕問題。補(bǔ)氯量采用出廠水流量比例與余氯反饋復(fù)合環(huán)控制。

    該改造項目自2000年10月投入運(yùn)行以來，出廠水余氯運(yùn)行穩(wěn)定。一般情況下，補(bǔ)氯量為0.5~1.5ppm，滯后時間約196s。

    國內(nèi)外專家多次實(shí)踐證明，初始形成的余氯比以后生成的化合氯更具有明顯的殺菌效能，這表明氯化開始時，氯與水體快速均勻混合異常重要。而泵前加氯，借助于水泵葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，使氯氣快速均勻地擴(kuò)散至整個水體中，大大縮短了出廠水的氯化消毒過程，一般僅2-5min。因此，泵前補(bǔ)氯，并以出廠水余氯信號作為反饋進(jìn)行閉環(huán)控制，是確保出廠水余氯穩(wěn)定的較為準(zhǔn)確的控制方法。

4 解決了濾池與清水池之間跌水問題

    任何事物都有它的兩面性，出水堰的設(shè)置又使濾池與清水池之間形成“跌水”，而卷帶空氣進(jìn)入濾后清水。一般情況，并無大礙，但對新安水廠來說，由于設(shè)計未考慮一期清水池與二、三期清水池配套運(yùn)行，造成運(yùn)行一期清水池時，二、三期清水池運(yùn)行水面線需降低1.74m，否則一期清水池會溢流。這樣，不僅浪費(fèi)二、三期清水池調(diào)節(jié)容積約2849m³，且降低了二級泵房吸水水位，不節(jié)能，而一期清水池僅1000m³，因此，1996年該廠取消一期清水池。又因二級泵房前未設(shè)吸水井，采用吸水母管吸水。因此，一期濾后夾氣清水全部帶進(jìn)清水泵及出水管。主要產(chǎn)生以下負(fù)面影響：

    水泵葉輪產(chǎn)生氣蝕；

    出廠水部分在線儀表指示波動較大，需在取樣進(jìn)水管上另裝小型斷流水箱排氣；

    影響出廠水計量的準(zhǔn)確程度；

    增大管網(wǎng)阻力，且易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，嚴(yán)重時造成爆管事故。

    解決清水夾氣問題，主要是解決跌水問題。2001年11月，新安水廠在一期濾池后增設(shè)一緩沖罐（圖2），緩沖罐進(jìn)水接濾池出水，緩沖罐頂采用DN400管直通大氣，排走夾帶的氣體。緩沖罐出水與二、三期清水池出水管相連，使緩沖罐內(nèi)水位始終與二、三期清水池一致，而出水處于淹沒出流狀態(tài)。這樣基本解決了一期濾后清水夾氣問題。為了縮短出廠水取樣滯后時間，繼緩沖罐安裝后，我廠隨即取消了出廠水在線儀表前取樣斷流水箱，儀表運(yùn)行穩(wěn)定。

5 實(shí)現(xiàn)了回收水泵自控運(yùn)行

新安水廠回收水泵存在如下問題：

    5. 1水泵吸入式工作，由底閥引水。一般來說，底閥的嚴(yán)密性較差，水泵停運(yùn)稍長一段時間，又需人工灌水啟動。

    5. 2水泵由人工視回收水池水位手動啟停，員工勞動強(qiáng)度大。

    5. 3進(jìn)出水管路稍小，且底閥阻力大，使水泵達(dá)不到額定流量。

    該廠首先增設(shè)回收水池水位計及回收水泵控制設(shè)備，使回收水泵根據(jù)回收水池水位自動啟停，之后又根據(jù)新版《給水排水設(shè)計手冊》第九冊專用機(jī)械第10. 2. 2節(jié)有關(guān)理論與實(shí)例，設(shè)計并安裝引水筒（圖3），同時取消底閥，對進(jìn)出水管道分別加大一級。4年多來，回收水泵完全實(shí)行無人操作，并達(dá)到了該泵的額定流量，回收水量增加。

6結(jié)語

    近2年半時間，新安水廠為了滿足安全運(yùn)行及使用要求，完成了較多的改造項目。每項硬件投資最多不超過10萬元，絕大多數(shù)僅是購買設(shè)備或材料，有些是廢管利用，象引水筒、漏斗式投藥擴(kuò)散管等。但收到的效益是很可觀的，主要表現(xiàn)在：

6. 1水廠運(yùn)行管理水平提高，供水的安全可靠性增加

    通過改造，水廠的濾池、投氯等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自控運(yùn)行，減少了人工操作和人為判斷帶來的影響，水質(zhì)、水量和供水安全性有較大提高。濾池運(yùn)行穩(wěn)定，各池運(yùn)行周期和出水量均勻，水質(zhì)、水量明顯提高，改造前出廠水濁度大多在1NTU以上，改造后基本保持在0.2～0.5NTU，濾池超負(fù)荷50％情況下運(yùn)行仍然能保證出水水質(zhì)。改造前管網(wǎng)末梢余氯量波動，常出現(xiàn)不大標(biāo)情況，改二點(diǎn)投氯為三點(diǎn)投氯后，水廠實(shí)現(xiàn)了出廠水流量與余氯反饋復(fù)合環(huán)控制，管網(wǎng)末梢余氯量100％合格，大大提高了供水安全性。

    6. 2員工勞動強(qiáng)度減少

    由于水廠投藥量降低，且多個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全自控運(yùn)行，員工的勞動強(qiáng)度大大減少。改造后水廠混凝劑投加量由原來每天70包左右降到18包左右。改造前44格虹吸濾池基本靠人工控制反沖，個別濾池過濾周期僅為3～4h，且經(jīng)常出現(xiàn)多個濾池同時反沖的情況；改造后，濾池實(shí)現(xiàn)了全自控運(yùn)行，運(yùn)行周期穩(wěn)定，通過調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了各濾池依次反沖，反沖強(qiáng)度和質(zhì)量得到保證。改造前，需根據(jù)出廠水余氯量人工每小時調(diào)節(jié)投氯量，改造后實(shí)現(xiàn)了復(fù)合環(huán)控制，可根據(jù)在線儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)整投氯量。改造前員工一上班便不停地忙于各項手動操作，改造后員工主要職能改為巡視和解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題。

    6. 3降低制水成本

    通過改造，混凝劑投加量由原來地6.8～15ppm降到2.4～3.0ppm，減少了75％，每天生產(chǎn)7萬噸自來水，每年可節(jié)約混凝劑209.5噸，每噸購入價約1850元，每年可節(jié)約藥劑費(fèi)38.8萬元。而投藥點(diǎn)和投藥方式地改造總投資才幾千元。

    改造前投藥量大，濾池運(yùn)行周期短、反沖頻繁，且各池的產(chǎn)水量不均勻，運(yùn)行周期長短不一，經(jīng)常出現(xiàn)多格濾池同時反沖的情況，反沖不徹底，造成濾料板結(jié)，石英砂濾料每兩年需更新一次，每次更新費(fèi)用約40萬元。通過改造后，近4年來濾池運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)良，據(jù)觀察，濾料的使用期限可延長至8年左右。

    改造前各濾池平均反沖周期為5～6h，改造后基本穩(wěn)定在12～17h，反沖洗水量大大減少，水廠生產(chǎn)自用水由原來的5％降到2～3％。在供水量不變的情況下，每年少取用原水約50萬噸，新安水廠原水購入價約0.85元/噸，每年可節(jié)約原水費(fèi)近40萬元。另外，由于投藥量減少，排泥量相應(yīng)減少，由此帶來的環(huán)保效益也是可觀的。

    筆者認(rèn)為，投入較多的資金建成全自動水廠固然好，值班人員大大減少。但一些老水廠和中、小型水廠難以做到。其實(shí)，投入適當(dāng)?shù)馁Y金，對關(guān)鍵工藝、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行更新改造，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序自動控制，也是適合我國國情的較好的作法。