劉智曉¹，孫大軍²，蔣德利³
(1.吉林市自來水公司；2.吉林市二水廠；3.吉林化學工業公司設計院)

　　摘要：介紹了吉林市二水廠擴建工程的設計特點及主要設計參數，結合運行狀況分析了工藝設計中存在的一些問題。
　　關鍵詞：凈水廠；工藝設計；運行管理
　　中圖分類號：TU991.35
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)10-0032-03

　　吉林市二水廠位于龍潭山腳松花江畔，原規模4×104 m3/d(1964年建成投產)，由于供水量已無法滿足需求，于1992年開始擴建。工程分兩期建設，一期新建取水泵站及輸水工藝，二期擴建凈水廠及管網部分，設計規模12×10⁴m3/d。擴建工程設計特點主要體現在：工藝構筑物選型充分考慮原水水質特性；成套引進國外先進工藝及設備；引進先進的自控技術及完善的數據采集處理系統；采用了先進的節能降耗技術及設備；擴建同時結合了對原有老工藝的技術改造。二水廠凈水工藝流程如圖1。

　　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，箱體兩面進水，流速為0.15 m/s。共設兩個箱體，每個箱體平面尺寸為12.7 m×5.5 m，高3.9 m。取水頭部的設計特點：為了方便施工，將其分割為兩個獨立箱體，鋼筋混凝土箱體預制；在箱體上設置DN300充、排水管，施工時根據箱體就位偏差程度通過注水或抽水來精確定位箱體(控制標高精度)；在進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水面積，影響進水量；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。輸水管線為兩根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：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；采用先進的內反饋調速機組及高壓節能電機(10 kV)，形成調、定聯合供水系統。
　　在實際運行中發現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，嚴重影響正常取水量；取水戽頭箱體出現位移，自流管線接口出現漏點；由于戽頭為淹沒式，加之江心水流湍急，在進行戽頭堵塞清理及維護時，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
　　根據二水廠實際情況，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，同時利于新、老系統水量的優化調度與分配，并為后續處理創造良好的水力條件。水力停留時間為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%，采用管式靜態混合器。混合停留時間9 s，管道停留時間25 s，混合流速v＝1.23 m/s。加藥控制方式采用開環控制，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。絮凝時間約25 min，實測GT＝95 352，G＝58 s-1。絮凝池分三個區段：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。沉淀池過渡采用穿孔花墻實現均勻配水，v孔＝0.075 m/s。
實踐證明，豎流折板絮凝池工藝特征的設計符合松花江水質特點，實際應用效果理想，在折板間距的選取、絮凝時間的確定、折板的組合方式、GT值的選取上都較具特點。但唯一不足之處是隔板絮凝時間過長，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“靜態混合器+豎流折板絮凝池”工藝的優越性。降低藥耗的關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，提高單位時間顆粒碰撞次數，使膠體顆粒脫穩瞬時、充分，并為微絮體的穩定增長和凝聚創造良好的水力條件。
　　1.4 沉淀工藝
　　針對松花江不同季節水質特點，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”，其實質是在同一池體內實現兩種固液分離技術的有機結合。不同季節的原水水質波動較大，針對各時期水質特征，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際運行結果證明，氣浮工藝對體積質量小的微細懸浮物、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。
　　主要設計參數：平面尺寸為28.6 m×18 m，沉淀時間為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)。
　　在運行管理中也發現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構，并作為斜板組架的支撐結構，刮泥車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帶來了極大不便；②由于斜板采用單體組架結構，每池斜板區共設置4×21個單體，內側單體檢修更換極為不便，同時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，微絮體有時被出水攜出，緩沖能力不如老系統平流式沉淀池穩定。
　　1.5 過濾工藝
　　其主要特點是：采用粒徑相對較粗的石英砂均質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；其配水系統為長柄濾頭配水系統；運行實現“公用沖洗PLC+各濾池PLC”的自動控制模式。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/m²；濾料層厚1.2 m。
　　V型濾池在自動模式下運行時，PLC通過控制濾后水出水閘門的開度來控制濾池恒液位，當符合下列條件之一時開始反沖洗：濾池運行時間達到設定值；過濾水頭損失達到設定值；來自于控制臺現場PLC—XBT鍵盤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，沖洗分三個過程：①氣預擦洗［一臺鼓風機，送氣1 min，q氣＝22.5 m³/(m²·h)］；②氣水混合沖洗［兩臺鼓風機，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。
　　在運行管理中發現：濾池進水V型槽橫向表面掃洗孔的標高過低，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；濾池調節故障經常出現，采取的主要對策是經常定期清洗水位計及濾層水頭損失計，保持靈敏度，適當控制濾池進水穩定性，濾池維護管理工作量較大。
另外，在生產中考察了低濁期(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直接過濾的影響。結果表明，合理控制PAC投加量會產生如下效應：①使過濾水頭損失增長減緩，水頭損失隨時間變化曲線近似直線，可有效防止濾層過早堵塞；②增加絮體在濾層內的穿透深度，充分發揮V型濾池的均質濾料、深濾床的截污納污優勢。
　　1.6 氯消毒工藝
　　氯消毒工藝可實現兩種控制模式：開環控制即加氯量和濾后水流量成正比關系；閉環控制即加氯機控制器PCU不但根據濾后水流量進行控制，還接收余氯分析儀和余氯設定點號，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并通過模擬輸出將其送到調節系統；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，形成良好的吸水條件。采用了HIBON生產的DELTA型真空裝置(自動真空)，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；低電壓和過電流保護；軸承溫度(＞85 ℃)，繞組溫度(＞105 ℃)保護；電動蝶閥過轉矩保護等。

　　2 自控系統設計特點

　　2.1 系統結構及功能
　　控制系統由中心控制站和若干現場監控子站構成。該系統是由工業計算機和可編程邏輯控制器組成的集散型控制系統，其特點是可實現生產過程“集中管理，分散控制”的功能，系統運行可靠度高，能實現中心控制站、監控子站和現場手動操作的分級控制，技術先進，結構開放，支持多種網絡，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；水廠生產狀態模擬屏等設備。中心控制站具有方便靈活的系統組態功能，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生產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系統現場控制站和控制參數組態，系統監控功能；②實時監測、顯示、處理、控制各監測子站狀態、通信、數據和信息；③動態數據庫和歷史數據庫管理，趨勢打印；④報警處理及報表打印；⑤與公司總調度室的通訊等。
　　2.3 現場監控站
　　共設立取水、加藥、過濾、加氯、新送水、老送水6個PLC子站，進行集中檢測和程序控制，并和中控室總站CP100通過FIPWAY及以太網進行數據和指令的傳送。現場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過程的邏輯控制及工況參數的采集與處理，包括網絡通訊，修改模擬量設定點，報警及故障復位等功能。

　　3 結語

　　擴建工程自竣工投產以來的生產實踐證明，水廠凈水構筑物選型科學先進，技術參數選取符合規范及生產要求，運行狀況良好穩定，系統高程合理，出水能夠達到國家一類水質要求；先進節能技術的采用達到節能降耗的目的，效果顯著，取得了良好的社會效益和經濟效益。吉林市二水廠的擴建實踐，為我國21世紀新建、擴建現代化水廠提供了極具參考價值的成功范例。

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收稿日期：2000-04-17