利用先进技术改造水厂

黄宇萍 蔡同辛 (湛江市自来水公司)
黄毅轩 陆细华 (顺德科力给排水工程公司)

　　湛江赤坎水厂利用国内外先进技术和设备对落后工艺进行技术改造，使之达到可靠、优质、高效的要求，使技术落后的水厂变为自动化控制的现代水厂。
　　该水厂始建于1971年，水源为赤坎水库，经四次扩建后，供水能力达10×10⁴m³/d。生产工艺除第4次扩建采用孔室反应—斜管沉淀—双阀滤池外，其余均为脉冲澄清池—虹吸滤池。全厂形成五个系列，布局紊乱，管理困难，投药及水泵运行完全由人工控制，设备和工艺都很落后。80年代以来，水库污染日益加剧，原水富营养化严重，藻类大量繁殖，水质已下降为Ⅲ、Ⅳ类，水厂出水水质大多达不到国家标准，水量也不能满足该区人口和经济发展的需要。1995年市政府决定对该厂进行扩建改造，要求工程完成后达到可靠(不间断供水)、优质(出厂水质可比项目达到欧盟标准)、高效(物耗低)的目的。

1 扩建改造总体方案

　　工程总规模为20×10⁴m³/d，由三部分组成：
　　① 引水工程：从7.4 km外的青年运河干渠直接引入运河水(水质为Ⅱ类)，避开水库的污染。
　　② 扩建工程：把原第1、2、3、4系列的建(构)筑物全部拆除，清理出场地，新建生产能力为15×10⁴m³/d的网格反应池、平流沉淀池、V型滤池和清水池(迭合在沉淀池之下)，加药消毒则按20×10⁴m³/d建设。
　　③ 改造工程：新系列投产之后，对原第5系列的反应、沉淀、过滤池进行必要的技术改造并使其达到自动化控制的要求。原一、二级泵房在第4次扩建时已按20×10⁴m³/d设计，在扩建工程的同时对其进行自动化改造。鉴于原设计存在一些问题，为使其水质与新建系列一致，改造后按5×10⁴m³/d运行。
　　水厂扩建和改造两部分的实际投资为7500万元人民币，其中引进外国设备技术172万美元(折合人民币1430万元)。该厂投入自动化运行一年多的实践表明，工程达到可靠、优质、高效的要求，取得了较好的效益。

2 实现水厂自动化

　　水厂自动化的主要目的不是节省劳动力，而是实现可靠、优质、高效的保证。生产过程的自动检测、调整、控制和事故报警可保证设备在规定状态下运行，防范事故于未然，实现不间断的可靠供水；投药、过滤、消毒等工艺过程实施闭环控制，可以随着水量、水质的变化及时调整工艺参数，保证出水水质达标；出厂水压自动调整，能保证稳定的服务水压，减少爆管和漏失水量；生产过程的优化运行大大减少了水、气、电和各种药剂的浪费，达到低耗高效。
　　根据水厂各车间(站)地域分布集中、对响应时间和控制精度要求较低的特点，选择了结构简单、性能可靠、组网容易、价格便宜的PC+PLC系统，采取机旁、车间(站)及中央控制室三级控制方式。中央控制室和原水泵房子站、加药间子站、新滤池子站、旧滤池子站、清水泵房子站等5个分控站组成一个控制网络。每个子站配一台PLC，既可控制站内设备，又可与其它子站通讯，中央控制室负责全厂设备统一控制、调动。
　　① 滤池控制PLC：传统V型滤池是每格滤池用一台PLC控制运行，再用一台公共PLC控制整组滤池的反冲洗(分布式)。现在采用集中控制，一台PLC不仅控制各格滤池运行，也同时控制整组滤池反冲洗，既简化结构，又节省投资。
　　② 滤池控制阀门：气动蝶阀需要一套压缩空气系统和配气系统作为动力气源。电动蝶阀则很简单，但启闭时间长(约100s)，导致反冲洗耗时增大。故在条件许可情况下采用气动蝶阀较好。
　　③ 滤池进水阀门：传统V型滤池使用闸板阀。该阀价格较高、密封性较差且不美观。用可调蝶阀代替。
　　④ SCD：由于加药间已有PLC统一控制，故可选用4200型代替价格较高的5200型，但一定要带自清洗装置，以便定时对探头进行清洗。
　　⑤ 投矾隔膜泵：新型橡胶隔膜泵的连杆与隔膜之间采用软接触，比旧型号的硬接触大大延长了寿命。电机的频率和泵的冲程则分别由原水流量和SC值闭环控制。
　　⑥ 石灰投加系统：投加石灰粉尘大，劳动条件差，灰渣多，易堵塞泵体和管路。湿式投加比干式投加减少粉尘，贮斗进料部分选用国外密封式倒袋机，可大大减少粉尘，石灰乳投加用偏心螺杆泵，另加清水冲洗系统(停泵时用)防止泵体堵塞，输送管道采用PVC软管(拐弯部分用不锈钢弯头)可减少堵塞便于清通，石灰乳投加量通过原水流量和pH值闭环控制。
　　⑦ 流量计：就水厂计量而言，电磁流量计(±0.5%)、超声波流量计(±1%～±2%)均可满足要求。在满足直管段要求的前提下，通常小口径用电磁流量计，大口径用超声波流量计。旧式超声波流量计用模拟信号处理技术，抗环境干扰能力弱，输出信号不稳定，流量曲线频繁上下颤动，既影响计量又影响投药控制，全数字信号处理技术有效地弥补了上述缺陷。
　　⑧ 压差计：滤池的水头一般在30kPa以内且较稳定。但气水反冲洗时瞬间冲击压力可达此值的数倍，容易导致压差计内密封圈泄漏和传感器膜片损坏。选用EPDM(乙丙三铅橡胶)密封圈、不锈钢膜片比FPM(氟橡胶)密封圈、瓷质膜片耐用。此外，压差计价格昂贵，也可用普通压力计代替(与滤池池面的水位计共同工作)。
　　⑨ 仪表：测定加药后水质参数仪表的取样点既要设置于药剂与水充分混合后，又要尽量缩短水样的滞后时间。原水投矾后，其流动电流值时间效应十分明显，故应在紧靠充分混合点处取样，并尽可能缩短取样点至传感器之间的采样管长度，削弱时间效应的影响，提高测定、控制的灵敏度。但各水质监测仪表的位置又不宜太分散，可按现场情况适当集中以便日常管理。取样管口应插入管道内1/4直径处。不同量程的超声波水位计，由于声波频率不同而要求不同的盲区，故要把其探头安装在最高水位之上的相应距离处。
　　⑩ 压缩空气配气系统：空压机的使用寿命与其累计工作时间和启动频度有关。减少配气系统的泄漏可延长空压机的寿命。丝扣连接的镀锌管气密性差，用无缝钢管(管件之间电焊焊接)和优质气阀组成的配气系统可大大减少泄漏。

3 老系列改造

　　新系列投产后，对原有的第5系列进行必要的改造，使其出水水质能与新的要求相适应，运行控制实现自动化。

3.1 双阀滤池
　　双阀指反冲洗进水阀(气动蝶阀)和进水鸭舌阀，过滤用钟罩式虹吸管和恒水位器控制。进水鸭舌阀要求反冲排水槽高置(槽顶至砂面达1.55m)，导致反冲耗水量大，稍大的污泥块很难排出，在滤层内形成泥球。该阀本身密封性甚差，反冲时依然有大量待滤水进入滤池排掉，虹吸钟罩在滤池停运后重新启动困难。管廊设计不合理，反冲进水管顶到管廊楼板底只有1.45m(至梁底只有0.75m)，通风透光差，阴暗潮湿，安装、维修不便，实现自动化也比较困难，所以对该池进行了比较大的改造。
　　① 为提高反冲效果、节约冲洗用水，池型由双阀滤池改为气水反冲洗滤池；冲洗强度按V型滤池不膨胀冲洗要求，即q_a=15L/(m²·s)，q_w=5L/(m²·s)；滤料由非均粒石英砂改为均粒石英砂(d=0.8～1.2mm，L=950mm)；滤板由陶瓷滤砖改为长柄滤头滤板。
　　② 取消原反洗水槽，并按不膨胀冲洗的要求重新建造；用闸板阀代替原进水鸭舌阀。
　　③ 用可调蝶阀代替原出水虹吸管；排水槽重新分格，并新设排水蝶阀；降低反冲进水管高度，拆除原管廊楼板，使整个管廊变得通畅、光鲜、明亮。
　　④ 在滤池一端新建反冲泵、鼓风机房(二楼作滤池控制室)。
3.2 一、二级泵房改造
　　泵房改造采用集中控制方案，一、二级泵房各设一个PLC分控站。改造后的一、二级泵房控制系统具有以下功能：
　　① 启动水泵前能根据一、二级泵房吸水井的水位，自动判断是否需要启动真空系统，如需启动则可自动完成整个抽真空过。
　　② 每台机组在启动和运行过程中，能实时监测电机的三相电流是否平衡、是否过载运行、是否缺相运行、是否空载运行，并根据运行情况自动采取必要的保护措施：报警或停机。
　　③ 二级泵房变频调速系统通过PLC调节电机转速，保证出厂水压稳定在设定范围之内。
　　要实现泵房全自动控制，从程序设计的角度而言是完全可能的。关键是要增加投资更换其真空系统和配电系统，提高可靠性。
　　老系列改造后的运行情况表明，在出水水质和自动化控制方面，工程已达到了预期的目标。

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　　(收稿日期 1998-11-16)