吉林市二水廠擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

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摘要：介紹了吉林市二水廠擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及主要設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合運(yùn)行狀況分析了工藝設(shè)計(jì)中存在的一些問題。

　　關(guān)鍵詞：凈水廠，工藝設(shè)計(jì)，運(yùn)行管理

　　吉林市二水廠位于龍?zhí)渡侥_松花江畔，原規(guī)模4×104 m³/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(kuò)建。工程分兩期建設(shè)，一期新建取水泵站及輸水工藝，二期擴(kuò)建凈水廠及管網(wǎng)部分，設(shè)計(jì)規(guī)模12×104m³/d.擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(jìn)國外先進(jìn)工藝及設(shè)備；引進(jìn)先進(jìn)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(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)及設(shè)備；擴(kuò)建同時(shí)結(jié)合了對(duì)原有老工藝的技術(shù)改造。

　　1 凈水工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行

　　1.1取水工藝

　　取水位置在龍?zhí)洞髽蛳掠?00 m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(jìn)水，流速為0.15 m/s.共設(shè)兩個(gè)箱體，每個(gè)箱體平面尺寸為12.7 m×5.5 m，高3.9 m.取水頭部的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：為了方便施工，將其分割為兩個(gè)獨(dú)立箱體，鋼筋混凝土箱體預(yù)制；在箱體上設(shè)置DN300充、排水管，施工時(shí)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(biāo)高精度）；在進(jìn)水格柵柵條上加套導(dǎo)熱性能差的橡膠管，防止細(xì)小冰絮凍結(jié)在格柵上而縮小進(jìn)水面積，影響進(jìn)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(shè)兩根DN1 200自流管線，v＝0.82 m/s，i=0.002 8.

　　取水泵站為地下式，設(shè)計(jì)流量16×104 m³/d，校核流量按20×104 m³/d.泵站共四臺(tái)機(jī)組，離心泵型號(hào)為24SA—18A，其中一臺(tái)為調(diào)速機(jī)組，電機(jī)采用YQT1—450—6型屈氏內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)，維護(hù)管理方便，節(jié)能效果顯著。輸水管線為兩根DN1 200預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，輸水距離為1.9 km.取水泵站設(shè)計(jì)特點(diǎn)：自灌式取水，雖埋深較大，但水量供給相對(duì)充足，水力條件好，布置緊湊；采用先進(jìn)的內(nèi)反饋調(diào)速機(jī)組及高壓節(jié)能電機(jī)（10 kV），形成調(diào)、定聯(lián)合供水系統(tǒng)。

　　在實(shí)際運(yùn)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(yán)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(diǎn)；由于戽頭為淹沒式，加之江心水流湍急，在進(jìn)行戽頭堵塞清理及維護(hù)時(shí)，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(dá)到設(shè)計(jì)取水量。

　　1.2 穩(wěn)壓跌水曝氣配水井

　　根據(jù)二水廠實(shí)際情況，要求擴(kuò)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(shí)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(shí)間為3 min.

　　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(shí)間9 s，管道停留時(shí)間25 s，混合流速v＝1.23 m/s.加藥控制方式采用開環(huán)控制，投藥泵電機(jī)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(fù)式隔板絮凝池”的組合結(jié)構(gòu)，穿孔管排泥。絮凝時(shí)間約25 min，實(shí)測(cè)GT＝95 352，G＝58 s-1.絮凝池分三個(gè)區(qū)段：前三格為異向折板，v＝0.35 m/s；中三格為同向折板，v＝0.18 m/s；后四格為隔板段，v＝0.10 m/s.沉淀池過渡采用穿孔花墻實(shí)現(xiàn)均勻配水，v孔＝0.075 m/s.

　　實(shí)踐證明，豎流折板絮凝池工藝特征的設(shè)計(jì)符合松花江水質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用效果理想，在折板間距的選取、絮凝時(shí)間的確定、折板的組合方式、GT值的選取上都較具特點(diǎn)。但唯一不足之處是隔板絮凝時(shí)間過長，流速選取偏低，在渾水期淤泥沉積嚴(yán)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(yùn)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(qiáng)化混凝工藝，主要方法是采用快速均勻的混合凝聚設(shè)備和高效的絮凝工藝，提高單位時(shí)間顆粒碰撞次數(shù)，使膠體顆粒脫穩(wěn)瞬時(shí)、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(duì)松花江不同季節(jié)水質(zhì)特點(diǎn)，并考慮擴(kuò)建預(yù)留地緊張等因素，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)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；②可將其方便地改成氣浮池，即在預(yù)設(shè)配水區(qū)的底部加裝溶氣釋放設(shè)備形成溶氣接觸區(qū)，浮渣通過設(shè)在池上部的刮渣機(jī)刮入排渣槽排走，這就是氣浮工藝和沉淀工藝有機(jī)融為一體的“浮沉池”，其實(shí)質(zhì)是在同一池體內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種固液分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。不同季節(jié)的原水水質(zhì)波動(dòng)較大，針對(duì)各時(shí)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(shí)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(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，氣浮工藝對(duì)體積質(zhì)量小的微細(xì)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(shè)計(jì)參數(shù)：平面尺寸為28.6 m×18 m，沉淀時(shí)間為32 min，水平流速為15 mm/s，斜板單體尺寸為4.4 m×1.0 m×2.6 m，斜板間距為80 mm，傾角為60°，斜板區(qū)表面負(fù)荷為7.2 m³/（m²·h）。

　　在運(yùn)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(yù)設(shè)導(dǎo)軌上，拉梁上部支設(shè)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；②由于斜板采用單體組架結(jié)構(gòu)，每池斜板區(qū)共設(shè)置4×21個(gè)單體，內(nèi)側(cè)單體檢修更換極為不便，同時(shí)也不易判定內(nèi)側(cè)斜板組架或板片的損壞及淤積狀況；③混凝效果不好時(shí)，微絮體有時(shí)被出水?dāng)y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(diǎn)是：采用粒徑相對(duì)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(yùn)行實(shí)現(xiàn)“公用沖洗PLC+各濾池PLC”的自動(dòng)控制模式。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：平面尺寸為12 m×7 m；設(shè)計(jì)濾速為8.04 m/h；濾頭密度為54 個(gè)/m²；濾料層厚1.2 m.

　　V型濾池在自動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)，PLC通過控制濾后水出水閘門的開度來控制濾池恒液位，當(dāng)符合下列條件之一時(shí)開始反沖洗：濾池運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定值；過濾水頭損失達(dá)到設(shè)定值；來自于控制臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)PLC—XBT鍵盤或中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)的沖洗命令。

　　V型濾池反沖洗方式較具特色，沖洗分三個(gè)過程：①氣預(yù)擦洗[一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，送氣1 min，q氣＝22.5 m³/（m²·h）]；②氣水混合沖洗[兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，一臺(tái)沖洗水泵，沖洗6 min，q氣＝55 m³/（m²·h），q水=7.5 m³/（m²·h）]；③水漂洗[兩臺(tái)沖洗水泵，沖洗6 min，q水＝15 m³/（m²·h）]；始終的橫向表面掃洗強(qiáng)度q水＝5.2 m³/（m²·h）左右。

　　在運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)：濾池進(jìn)水V型槽橫向表面掃洗孔的標(biāo)高過低，表面掃洗強(qiáng)度略低，導(dǎo)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(duì)策是經(jīng)常定期清洗水位計(jì)及濾層水頭損失計(jì)，保持靈敏度，適當(dāng)控制濾池進(jìn)水穩(wěn)定性，濾池維護(hù)管理工作量較大。

　　另外，在生產(chǎn)中考察了低濁期（原水濁度＜20 NTU）的V型濾池直接過濾性能及聚合鋁投加量對(duì)直接過濾的影響。結(jié)果表明，合理控制PAC投加量會(huì)產(chǎn)生如下效應(yīng)：①使過濾水頭損失增長減緩，水頭損失隨時(shí)間變化曲線近似直線，可有效防止濾層過早堵塞；②增加絮體在濾層內(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(shì)。

　　1.6 氯消毒工藝

　　氯消毒工藝可實(shí)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(jī)控制器PCU不但根據(jù)濾后水流量進(jìn)行控制，還接收余氯分析儀和余氯設(shè)定點(diǎn)號(hào)，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(shè)定點(diǎn)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(jī)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(shè)計(jì)。送水泵站設(shè)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(dòng)真空），泵裝置出口設(shè)有微阻緩閉止回閥。機(jī)組設(shè)有多種運(yùn)行保護(hù)：泵出口低壓保護(hù)；清水池低液位保護(hù)；低電壓和過電流保護(hù)；軸承溫度（＞85 ℃），繞組溫度（＞105 ℃）保護(hù)；電動(dòng)蝶閥過轉(zhuǎn)矩保護(hù)等。

　　2 自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　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(chǎng)監(jiān)控子站構(gòu)成。該系統(tǒng)是由工業(yè)計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制器組成的集散型控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程“集中管理，分散控制”的功能，系統(tǒng)運(yùn)行可靠度高，能實(shí)現(xiàn)中心控制站、監(jiān)控子站和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作的分級(jí)控制，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)開放，支持多種網(wǎng)絡(luò)，編程方便。

　　2.2 中心控制室

　　中控室主要設(shè)備：監(jiān)控計(jì)算機(jī)與管理計(jì)算機(jī)各一臺(tái)；模擬報(bào)警屏；水廠生產(chǎn)狀態(tài)模擬屏等設(shè)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(cè)、控制及信息處理功能。監(jiān)控計(jì)算機(jī)用于對(duì)水廠生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，管理計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)及顯示由PLC生成的平均積分值模擬量報(bào)表。中控室主要功能有：①系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站和控制參數(shù)組態(tài)，系統(tǒng)監(jiān)控功能；②實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、處理、控制各監(jiān)測(cè)子站狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息；③動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫管理，趨勢(shì)打印；④報(bào)警處理及報(bào)表打印；⑤與公司總調(diào)度室的通訊等。

　　2.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站

　　共設(shè)立取水、加藥、過濾、加氯、新送水、老送水6個(gè)PLC子站，進(jìn)行集中檢測(cè)和程序控制，并和中控室總站CP100通過FIPWAY及以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳送?，F(xiàn)場(chǎng)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(shè)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(luò)通訊，修改模擬量設(shè)定點(diǎn)，報(bào)警及故障復(fù)位等功能。

　　3 結(jié)語

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