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利用先进技术改造水厂

论文类型 运营与管理 发表日期 1999-05-01
来源 《中国给水排水》1999年第5期
作者 黄宇萍,蔡同辛,黄毅轩,陆细华
摘要 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 ...

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qa=15L/(m2·s),qw=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。


  作者通讯处:524001 广东省湛江市人民南路20号 市自来水公司
  电  话:(0759)2209255
  传  真:(0759)2286394
  (收稿日期 1998-11-16)

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