摘要：介紹了吉林市二水廠(chǎng)擴建工程的設計特點(diǎn)及主要設計參數，結合運行狀況分析了工藝設計中存在的一些問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：凈水廠(chǎng)，工藝設計，運行管理

　　吉林市二水廠(chǎng)位于龍潭山腳松花江畔，原規模4×104 m³/d（1964年建成投產(chǎn)），由于供水量已無(wú)法滿(mǎn)足需求，于1992年開(kāi)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(chǎng)及管網(wǎng)部分，設計規模12×104m³/d.擴建工程設計特點(diǎn)主要體現在：工藝構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)工藝及設備；引進(jìn)先進(jìn)的自控技術(shù)及完善的數據采集處理系統；采用了先進(jìn)的節能降耗技術(shù)及設備；擴建同時(shí)結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

　　取水位置在龍潭大橋下游300 m的江心處，水質(zhì)較好，可避免冰凌沖擊。采用江心淹沒(méi)式箱式取水裝置，箱體兩面進(jìn)水，流速為0.15 m/s.共設兩個(gè)箱體，每個(gè)箱體平面尺寸為12.7 m×5.5 m，高3.9 m.取水頭部的設計特點(diǎn)：為了方便施工，將其分割為兩個(gè)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(shí)根據箱體就位偏差程度通過(guò)注水或抽水來(lái)精確定位箱體（控制標高精度）；在進(jìn)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(cháng)度方向平行，避免洪水沖刷，水力條件較好。共設兩根DN1 200自流管線(xiàn)，v＝0.82 m/s，i=0.002 8.

　　取水泵站為地下式，設計流量16×104 m³/d，校核流量按20×104 m³/d.泵站共四臺機組，離心泵型號為24SA—18A，其中一臺為調速機組，電機采用YQT1—450—6型屈氏內反饋調速電機，維護管理方便，節能效果顯著(zhù)。輸水管線(xiàn)為兩根DN1 200預應力鋼筋混凝土管，輸水距離為1.9 km.取水泵站設計特點(diǎn)：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(jìn)的內反饋調速機組及高壓節能電機（10 kV），形成調、定聯(lián)合供水系統。

　　在實(shí)際運行中發(fā)現取水泵站存在一些問(wèn)題：在藻類(lèi)繁殖旺盛期，格柵易被堵塞，加之大塊異物附著(zhù)，嚴重影響正常取水量；取水戽頭箱體出現位移，自流管線(xiàn)接口出現漏點(diǎn)；由于戽頭為淹沒(méi)式，加之江心水流湍急，在進(jìn)行戽頭堵塞清理及維護時(shí)，操作船只難于定位并靠近戽頭，操作條件差；取水泵站日總取水量不足，較難達到設計取水量。

　　1.2 穩壓跌水曝氣配水井

　　根據二水廠(chǎng)實(shí)際情況，要求擴建工程水處理構筑物在高程上要與原老工藝密切配合，故采用了穩壓配水井，同時(shí)利于新、老系統水量的優(yōu)化調度與分配，并為后續處理創(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�；旌贤Ａ魰r(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(kāi)環(huán)控制，投藥泵電機的轉速在PLC控制下和原水流量成正比，而沖程根據原水、絮凝水、沉后水濁度和pH值等因素在PLC—XBT鍵盤(pán)上調節。

　　絮凝池形式為“豎流折板絮凝池+往復式隔板絮凝池”的組合結構，穿孔管排泥。絮凝時(shí)間約25 min，實(shí)測GT＝95 352，G＝58 s-1.絮凝池分三個(gè)區段：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(guò)渡采用穿孔花墻實(shí)現均勻配水，v孔＝0.075 m/s.

　　實(shí)踐證明，豎流折板絮凝池工藝特征的設計符合松花江水質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)際應用效果理想，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(guò)長(cháng)，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。

　　結合新、老系統1999年的運行數據得出以下結論：新系統混凝效果明顯好于老系統，聚合鋁單耗僅為老系統的1/2，這顯示出新系統“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(shí)間顆粒碰撞次數，使膠體顆粒脫穩瞬時(shí)、充分，并為微絮體的穩定增長(cháng)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水質(zhì)特點(diǎn)，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。池體由前穩流配水區、沉淀區、后穩流區、出水區、污泥區幾部分組成。設計特點(diǎn)主要體現在：①沉淀區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，即在預設配水區的底部加裝溶氣釋放設備形成溶氣接觸區，浮渣通過(guò)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(shí)質(zhì)是在同一池體內實(shí)現兩種固液分離技術(shù)的有機結合。不同季節的原水水質(zhì)波動(dòng)較大，針對各時(shí)期水質(zhì)特征，相繼采用氣浮或沉淀——在低溫低濁和藻類(lèi)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(chǎng)氣浮工藝的多年實(shí)際運行結果證明，氣浮工藝對體積質(zhì)量小的微細懸浮物、藻類(lèi)及色度都有較好的去除效能，并且顯著(zhù)降低混凝劑單耗。

　　主要設計參數：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°，斜板區表面負荷為7.2 m³/（m²·h）。

　　在運行管理中也發(fā)現該工藝存在一些問(wèn)題：①沉淀池底板采用橫向鋼筋混凝土拉梁結構，并作為斜板組架的支撐結構，刮泥車(chē)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，這樣完全封閉的結構給檢修刮泥車(chē)帶來(lái)了極大不便；②由于斜板采用單體組架結構，每池斜板區共設置4×21個(gè)單體，內側單體檢修更換極為不便，同時(shí)也不易判定內側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)被出水攜出，緩沖能力不如老系統平流式沉淀池穩定。

　　1.5 過(guò)濾工藝

　　其主要特點(diǎn)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(cháng)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；其配水系統為長(cháng)柄濾頭配水系統；運行實(shí)現“公用沖洗PLC+各濾池PLC”的自動(dòng)控制模式。主要設計參數如下：平面尺寸為12 m×7 m；設計濾速為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)模式下運行時(shí)，PLC通過(guò)控制濾后水出水閘門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制濾池恒液位，當符合下列條件之一時(shí)開(kāi)始反沖洗：濾池運行時(shí)間達到設定值；過(guò)濾水頭損失達到設定值；來(lái)自于控制臺現場(chǎng)PLC—XBT鍵盤(pán)或中控室監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(gè)過(guò)程：①氣預擦洗[一臺鼓風(fēng)機，送氣1 min，q氣＝22.5 m³/（m²·h）]；②氣水混合沖洗[兩臺鼓風(fēng)機，一臺沖洗水泵，沖洗6 min，q氣＝55 m³/（m²·h），q水=7.5 m³/（m²·h）]；③水漂洗[兩臺沖洗水泵，沖洗6 min，q水＝15 m³/（m²·h）]；始終的橫向表面掃洗強度q水＝5.2 m³/（m²·h）左右。

　　在運行管理中發(fā)現：濾池進(jìn)水V型槽橫向表面掃洗孔的標高過(guò)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；濾頭有堵塞現象，清理極為不便；濾池調節故障經(jīng)常出現，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(jìn)水穩定性，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＜20 NTU）的V型濾池直接過(guò)濾性能及聚合鋁投加量對直接過(guò)濾的影響。結果表明，合理控制PAC投加量會(huì )產(chǎn)生如下效應：①使過(guò)濾水頭損失增長(cháng)減緩，水頭損失隨時(shí)間變化曲線(xiàn)近似直線(xiàn)，可有效防止濾層過(guò)早堵塞；②增加絮體在濾層內的穿透深度，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(shí)現兩種控制模式：開(kāi)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不但根據濾后水流量進(jìn)行控制，還接收余氯分析儀和余氯設定點(diǎn)號，PLC根據以上信息綜合控制加氯。PLC從監控系統或加氯PLC—XBT操作員終端接收余氯設定點(diǎn)并通過(guò)模擬輸出將其送到調節系統；PLC通過(guò)模擬輸入接收濾后水流量信息及濾后水余氯信息，并通過(guò)模擬輸出將其送到調節控制系統，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

　　清水池調節能力按日供水量的9%設計。送水泵站設置了吸水井，穩定流態(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(guò)電流保護；軸承溫度（＞85 ℃），繞組溫度（＞105 ℃）保護；電動(dòng)蝶閥過(guò)轉矩保護等。

　　2 自控系統設計特點(diǎn)

　　2.1 系統結構及功能

　　控制系統由中心控制站和若干現場(chǎng)監控子站構成。該系統是由工業(yè)計算機和可編程邏輯控制器組成的集散型控制系統，其特點(diǎn)是可實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程“集中管理，分散控制”的功能，系統運行可靠度高，能實(shí)現中心控制站、監控子站和現場(chǎng)手動(dòng)操作的分級控制，技術(shù)先進(jìn)，結構開(kāi)放，支持多種網(wǎng)絡(luò )，編程方便。

　　2.2 中心控制室

　　中控室主要設備：監控計算機與管理計算機各一臺；模擬報警屏；水廠(chǎng)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組態(tài)功能，完善的數據采集、監測、控制及信息處理功能。監控計算機用于對水廠(chǎng)生產(chǎn)設備的遠程監視和控制，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：①系統現場(chǎng)控制站和控制參數組態(tài)，系統監控功能；②實(shí)時(shí)監測、顯示、處理、控制各監測子站狀態(tài)、通信、數據和信息；③動(dòng)態(tài)數據庫和歷史數據庫管理，趨勢打��；④報警處理及報表打��；⑤與公司總調度室的通訊等。

　　2.3 現場(chǎng)監控站

　　共設立取水、加藥、過(guò)濾、加氯、新送水、老送水6個(gè)PLC子站，進(jìn)行集中檢測和程序控制，并和中控室總站CP100通過(guò)FIPWAY及以太網(wǎng)進(jìn)行數據和指令的傳送�，F場(chǎng)監控站控制系統由法國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(guò)程的邏輯控制及工況參數的采集與處理，包括網(wǎng)絡(luò )通訊，修改模擬量設定點(diǎn)，報警及故障復位等功能。

　　3 結語(yǔ)

　　擴建工程自竣工投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，水廠(chǎng)凈水構筑物選型科學(xué)先進(jìn)，技術(shù)參數選取符合規范及生產(chǎn)要求，運行狀況良好穩定，系統高程合理，出水能夠達到國家一類(lèi)水質(zhì)要求；先進(jìn)節能技術(shù)的采用達到節能降耗的目的，效果顯著(zhù)，取得了良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。吉林市二水廠(chǎng)的擴建實(shí)踐，為我國21世紀新建、擴建現代化水廠(chǎng)提供了極具參考價(jià)值的成功范例。