绍兴市宋六陵净水厂给水工程

傅阿二
绍兴市宋六陵净水厂　 邮编：312071

　　摘要：介绍宋六陵净水厂一期40万m³/d工程系统设计、设备选型情况，通过生产实践，对系统的缺陷与不足，进行了分析、改进，希望为今后类似水厂的设计、改进提供帮助。
　　关键字：水厂设计　 生产运行　 缺陷　 改进　

　　绍兴市宋六陵净水厂位于绍兴市东南宋六陵附近，距离市区22公里，占地300多亩，水厂设计规模70万m³/d，分二期建设，其中一期40 万m³/d，是浙江省一次建成规模最大的给水工程。宋六陵净水厂从选址、设计、建设定位都很高。原水选取小舜江水库水，水质属国家一级标准，常年水质较好，浑浊度在5NTU以下，藻类等有机物质较少；工艺选用折板反应、平流式沉淀、均质滤料过滤等先进的净水工艺，一期设备引进具有国际、国内先进水平的制水、输水设备和自动化控仪表。整个系统工程被评为2001年中国建筑工程鲁班奖工程。虽然在设计、选型、建设上要求都很高，但在实际运行过程中，该系统也暴露出了许多不足，下面就进水系统，反应、沉淀系统，滤池、反冲洗系统，清水池系统，加药系统，自动控制系统六大块进行分析。

1、工艺流程图

2、进水系统

　　水厂进水没有一级泵房、配水井，原水主要依靠达郭水库与水厂之间高差，利用重力流经针阀泄压直接流入水厂。针阀在水厂的作用突出，它代替了传统工艺中配水井的功能，起到了压力释放、调节流量的作用。
　　该系统中配置的主要设备情况：针阀采用德国ERHARD口径为DN1400阀门，DN2000光华流量计，E+H高浊度仪、PH计、余氯仪、温度计等，上述设备具有现场操作、显示功能外，还利用4—20mA信号，将其与PLC通讯，实现中央控制室时时监控。
　　进水系统各设备在运行中，都能按照要求运转，作为药剂投加的主要场所，工程建设中应适当预留投加口，以应付原水水质变化。对于针阀：从针阀运行看,根据出水量的变化针阀能自动跟踪、自动调节，体现出它强大的调节能力，从能自由调节5000m³/h进水到22000m³/h进水看，该针阀调节幅度很大，在类似水厂中值得一用。

3、反应、沉淀系统

　　水厂采用折板反应、平流沉淀工艺，沉淀池以20万 m³/d一组分为二格，共计二组四格，其中反应池长25 m，平流池长110m，一格池宽42.8m，有效水深3m,水平流速20m/s,停留时间为1.5小时。排泥系统采用行车式泵吸排泥机，每格沉淀池对应一台吸泥机，共四台。
　　整个工艺成熟，经沉淀池处理，出水浊度在1.0NTU以下。存在不足之处：
　　（1）、滑触线信号传输差。虽然水厂采用了导电性能好，耐腐蚀的无氧铜做成的多及滑触线，铜和滑动触片之间的磨损及接触电阻都比较小，与铝和不锈钢划触线相比，性能有了很大提高，但是滑触线和触片是滑动接触的，接触不良产生的过障很难避免的，吸泥系统由于控制信号传递出现故障较多，PLC与行车之间信号无法正常传输，无法实现自动控制。为此，在深入调研的基础上，我们采用无线电台来代替滑触线，解决了行车到PLC信号传输问题，实现控制信号的无线传输，效果较好。
　　（2）、沉淀池中的吸泥死角问题。由于吸泥机行车滑轨，行车限位开关及吸泥机底架结构的影响，吸泥机的刮集装置到不了沉淀池端部边缘，使得沉淀池出口底端的污泥无法排除，形成了刮吸泥死角，使沉淀池出水端底部形成了厚厚的积泥，严重时造成沉淀池出水水质降低。为解决吸泥机死角问题，结合其他水厂的经验，在不影响沉淀池处理工艺的条件，我们在沉淀池出口端，行车到位后，距刮集装置大约15公分处增设了45度光滑的塑料挡板，从根本上减少了污泥的沉积量。
　　（3）ABS穿孔排泥管问题。在每格反应池底安装均匀安装了30根管径为200mm的ABS穿孔排泥管，管子容易在沉淀池外边附近折断，究其原因，主要存在：ABS时间一长老化容易老化和沉淀池本身沉降等问题，现主要利用扁钢在外围将其加固，ABS管不宜在此做排泥管，设计上应考虑其它材质。

4、滤池、反冲洗系统

　　采用V型气水反冲洗滤池共两座，每座8格，双排排列，有效过滤面积135m²/格，设计滤速8mm/s,滤料采用均质石英砂滤料，层厚1.2m,滤池反冲洗分气冲、气水混冲、水冲和表扫四个阶段，整个冲洗过程历时20min，按照总进水量统计，进水量在设计范围以内时，其冲洗周期为48h，在进水量超出设计值时，冲洗周期调整为30h。
　　该系统主要设备情况：滤池阀门为德国ERHARD的气动阀门，其中滤池进水阀、排水阀为闸板阀，口径分别为800mm*600mm和1000mm*900mm,气冲阀、水冲阀和透气阀为气动开关型蝶阀，口径分别为DN400，DN600和DN80，滤池出水阀为气动调节阀，口径为DN600，控制原器件全部为安全型，电源采用24VDC控制。每格滤池还配有德国E+H公司的FMU230E-AA12型超声波液位仪和PMC731压力变送器等。鼓风机为英国德莱塞DRESSER罗茨风机，型号为XLP/PEIM 208，额定功率为75KW，供气量4000m³/h,二用一备。反冲水泵为国产阀门，产地长沙，额定功率55KW，也是二用一备，废水回收泵为二台Flygt排污泵，其型号为CP3300，流量为350m³/h,扬程15m,转速为980r/min。
　　滤池、反冲洗系统是水厂制水最重要的环节，系统运行好坏将直接影响出水水质，水厂在运行中该系统需要改进、推广的工艺、设备情况如下：
　　（1）滤池气动阀门、鼓风机、水泵、液位计在生产控制中运行可靠，在经过5年的生产运行后上述设备只有气动调节阀在频繁调节后，有两只输出信号发生了大的偏差，更换了电路板，其他设备在正常维护保养下，运行安全，在设计上可以考虑使用。
　　（2）压力变送仪容易出现波动、故障，维护量较大，设计选型较难。
　　（3）滤池配水不均，降低滤池超负荷能力。03年当水厂进水量达到设计能力的80%左右时，部分滤池出现了翻砂现象，查其原因主要为：工艺上沉淀池和滤池之间不是一格沉淀池对应四格滤池供水，而是二格沉淀池对应八格滤池，且每格滤格进水渠标高一致。导致了各个滤池在水量分配上不均，靠近沉淀池的水量大，距离近的水量小。解决方法为：首先在沉淀池出水渠设置挡板，由二对八改为一对四，其次在靠近沉淀池的滤池进水渠端加设挡板，来调节滤池之间的进水。经过改造后，滤池的超负荷能力增加，04年滤池在22000 m³/h的进水量下，运行平稳，没有出现翻砂现象。

5、清水系统

　　该系统主要包括接触池、清水池及出水管路组成。接触池实际是传统意义上的清水池的一部分，只是氯气在该池内对滤后水接触，进行消毒而得名。水厂的接触池在滤池的下面，清水池在沉淀池的下面，设计上采用了上下复层结构，这是水厂又一大特点。
　　设计中该系统主要设备有：接触池中装有E+H公司余氯仪、PH仪表，在清水池中装有液位计，出水仪表间有E+H公司余氯仪、PH仪表、浊度仪、流量仪等。
　　在清水系统中为达到对滤池出水、清水池出水做到时时、有效监测，确保水质安全，对部分仪表进行更换，具体：
　　（1）把E+H公司CCS151余氯仪更换为HACH公司余氯仪。主要HACH公司余氯仪对PH波动的适应能力强，不会造成PH变化而引起余氯显示值偏离实际值现象，从而，可靠指导补氯点加氯机的投加。
　　（2）把出水E+H公司CUS31低浊度更换为HACH公司FT660激光浊度仪。因为水厂出水一般保持在0.1NTU以下，E+H公司低浊度仪由于精度不够，不能显示实际值。而激光浊度仪的量程：0.000---1000mNTU，可检测的最低浊度变化为0.001 mNTU，其分辨率：0.001 mNTU。出厂水浊度在0.01NTU—0.03NTU之间波动。
　　（3）存在缺陷是，水厂接触池和清水池容量偏小，两者相加只有2.9万m³，水厂出水量的变化只能依靠调节进水量来稳定供水，使得水厂应变出水变化能力大大降低。一般水厂清水池容量设计应不低于水厂制水设计能力的10%。

6、加药系统

　　根据原水水质特点，水厂设计上安装了加矾设备和加氯设备具体情况如下：加矾系统中，水厂设计用固体Al₂(SO₄)₃ ，系统设置了溶解池、溶液池各三个，池内搅拌采用气搅，溶解中内安装了E+H公司的超声波液位仪、提升泵等设备，溶液池内安装了液位计、溢流管、进液、出液、搅气管、出液管等，出液管相互连同，由阀门控制开关，连接着五台德国SERA公司的电冲程变频隔膜计量泵，流量为500l/h，四用一备。加氯系统由氯库、蒸发器间、加氯机间、泄氯回收间组成，主要设备有：二台美国Force Flow 电子称，二台W&T公司50-200电加热型蒸发器，每台投加量40kg/h，一用一备，六台W&T公司加氯机，其中用于滤后加氯的三台为450Kg/d，用于前加氯和出水补加氯的三台为900Kg/d，各为二用一备，氯库和蒸发器间装有二套美国EIT公司的漏氯报警仪，报警浓度为1mg/l，在氯库还装有W&T公司的液氯切换装置、歧管系统等设备。
　　水厂整个加药系统系统除更换氯瓶外，已实现中央控制室集中监控，加药现场自02年起实现无人职守，整体运行稳定，存在不足：
　　（1）、工艺设计上，由于缺乏对水库水PH变化的调研（一般水库水PH都呈酸性，且季节性变化大），加药系统中没有考虑当PH降低后，对碱性药剂投加。水厂经过摸索，不仅掌握了石灰投加的工艺，还对投加数据进行了积累，现已进入石灰自动化的设计阶段。
　　（2）、加矾系统中考虑用固体Al₂(SO₄)₃投加使自控系统的稳定性大大降低，加矾系统处于半自动状态，02年系统进行了技术改造，把固体矾改为了液体矾，重新建造了计量池和储液池，在添置很少的设备情况下，实现了系统的真正自动化。
　　（3）、加氯系统中，应考虑将尽量多信号状态接入PLC，如管路压力、蒸发器、加氯机等重要设备的内部仪表等。

7、自动控制系统

　　全厂的自空系统配置如上图，整个系统由三级网络组成：以太网（管理层）、实时控制网（监控层）、现场控总线（现场层）。
　　管理层配备有1台服务器和3台客户机，他们之间构成以太网；监控层由2台监控计算机与3台主PLC站构成冗余的PROFIBUS FMS网，同时两台监控层计算机分别连至以太网，也作为管理层服务器的客户机；监控层的1#、2#PLC为SIEMENS公司的400系列双机热备的PLC系统，下设10个远程I/O站，他们之间的通讯采用冗余现场控制总线PROFIBUS DP，3#PLC下设17个现场子站，1个远程I/O站，通讯采用PROFIBUS DP现场控制总线。
　　上位机系统主要配有1台美国HPE60服务器，有中控室、化验室、厂长室3台客户机，同时中控室2台监控计算机也作为本网服务的客户机。系统配美国3COM公司10M以太网卡6块，并配有所需的相关软件，中控室2台监控计算机配备有西门子公司的SIMATIC WINCC组态监控软件及基于此开发运行的监控应用软件，同时还配有REDCONNECT网络冗余软件包，系统可以自动监测网络运行状态，网络或网卡发生故障可自动切换，无需人工介入，运行中体会有：
　　（1）系统上位机采用西门子公司的SIMATIC WINCC组态监控软件，下位机采用同采用西门子公司的S7-300及400系列PLC，系统稳定，运行可靠。系统充分体现集中经营管理、分散控制的原则，PLC安装上，屏弃了原有的集中布线的安装模式，采用先进的Prof—ibus二线制现场总线模式，在各个相对集中的控制单元设立相应的子站，以二线制将子站与PLC站相联，大大降低了消耗并极大地提高了系统的简洁性、可靠性。系统采用冗余设计，实现双网冗余，用软件实行自动切换，保证整个网络正常运行。
　　（2）仪表作为自控系统的一部分显得尤为重要，在现场无人值班的水厂里，仪表从现场检测到的数据，作为PLC控制的依据。自动化仪表要根据原水水质的变化和工艺调整，不断的完善。
　　（3）水厂地处多雷区，由于自控系统中大部分仪表、设备是微电子设备，雷击容易导致设备和仪表的损坏，因此在设计自控系统时，必须强调设计有效的防雷。
　　水厂一期自投产运行以来，整个系统运行都比较正常。在生产运行中碰到的一些问题经过我们的努力大部分得到了解决。由于系统先进，完善，水厂生产现场实行无人职守只制，生产人员每班3人，集中到中央控制室进行生产调度。水厂出水水质均达到和超过国家饮用水卫生标准。