傅阿二
紹興市宋六陵凈水廠　 郵編：312071

　　摘要：介紹宋六陵凈水廠一期40萬m³/d工程系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型情況，通過生產(chǎn)實踐，對系統(tǒng)的缺陷與不足，進行了分析、改進，希望為今后類似水廠的設(shè)計、改進提供幫助。
　　關(guān)鍵字：水廠設(shè)計　 生產(chǎn)運行　 缺陷　 改進　

　　紹興市宋六陵凈水廠位于紹興市東南宋六陵附近，距離市區(qū)22公里，占地300多畝，水廠設(shè)計規(guī)模70萬m³/d，分二期建設(shè)，其中一期40 萬m³/d，是浙江省一次建成規(guī)模最大的給水工程。宋六陵凈水廠從選址、設(shè)計、建設(shè)定位都很高。原水選取小舜江水庫水，水質(zhì)屬國家一級標準，常年水質(zhì)較好，渾濁度在5NTU以下，藻類等有機物質(zhì)較少；工藝選用折板反應(yīng)、平流式沉淀、均質(zhì)濾料過濾等先進的凈水工藝，一期設(shè)備引進具有國際、國內(nèi)先進水平的制水、輸水設(shè)備和自動化控儀表。整個系統(tǒng)工程被評為2001年中國建筑工程魯班獎工程。雖然在設(shè)計、選型、建設(shè)上要求都很高，但在實際運行過程中，該系統(tǒng)也暴露出了許多不足，下面就進水系統(tǒng)，反應(yīng)、沉淀系統(tǒng)，濾池、反沖洗系統(tǒng)，清水池系統(tǒng)，加藥系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)六大塊進行分析。

1、工藝流程圖

2、進水系統(tǒng)

　　水廠進水沒有一級泵房、配水井，原水主要依靠達郭水庫與水廠之間高差，利用重力流經(jīng)針閥泄壓直接流入水廠。針閥在水廠的作用突出，它代替了傳統(tǒng)工藝中配水井的功能，起到了壓力釋放、調(diào)節(jié)流量的作用。
　　該系統(tǒng)中配置的主要設(shè)備情況：針閥采用德國ERHARD口徑為DN1400閥門，DN2000光華流量計，E+H高濁度儀、PH計、余氯儀、溫度計等，上述設(shè)備具有現(xiàn)場操作、顯示功能外，還利用4—20mA信號，將其與PLC通訊，實現(xiàn)中央控制室時時監(jiān)控。
　　進水系統(tǒng)各設(shè)備在運行中，都能按照要求運轉(zhuǎn)，作為藥劑投加的主要場所，工程建設(shè)中應(yīng)適當(dāng)預(yù)留投加口，以應(yīng)付原水水質(zhì)變化。對于針閥：從針閥運行看,根據(jù)出水量的變化針閥能自動跟蹤、自動調(diào)節(jié)，體現(xiàn)出它強大的調(diào)節(jié)能力，從能自由調(diào)節(jié)5000m³/h進水到22000m³/h進水看，該針閥調(diào)節(jié)幅度很大，在類似水廠中值得一用。

3、反應(yīng)、沉淀系統(tǒng)

　　水廠采用折板反應(yīng)、平流沉淀工藝，沉淀池以20萬 m³/d一組分為二格，共計二組四格，其中反應(yīng)池長25 m，平流池長110m，一格池寬42.8m，有效水深3m,水平流速20m/s,停留時間為1.5小時。排泥系統(tǒng)采用行車式泵吸排泥機，每格沉淀池對應(yīng)一臺吸泥機，共四臺。
　　整個工藝成熟，經(jīng)沉淀池處理，出水濁度在1.0NTU以下。存在不足之處：
　?。?）、滑觸線信號傳輸差。雖然水廠采用了導(dǎo)電性能好，耐腐蝕的無氧銅做成的多及滑觸線，銅和滑動觸片之間的磨損及接觸電阻都比較小，與鋁和不銹鋼劃觸線相比，性能有了很大提高，但是滑觸線和觸片是滑動接觸的，接觸不良產(chǎn)生的過障很難避免的，吸泥系統(tǒng)由于控制信號傳遞出現(xiàn)故障較多，PLC與行車之間信號無法正常傳輸，無法實現(xiàn)自動控制。為此，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們采用無線電臺來代替滑觸線，解決了行車到PLC信號傳輸問題，實現(xiàn)控制信號的無線傳輸，效果較好。
　　（2）、沉淀池中的吸泥死角問題。由于吸泥機行車滑軌，行車限位開關(guān)及吸泥機底架結(jié)構(gòu)的影響，吸泥機的刮集裝置到不了沉淀池端部邊緣，使得沉淀池出口底端的污泥無法排除，形成了刮吸泥死角，使沉淀池出水端底部形成了厚厚的積泥，嚴重時造成沉淀池出水水質(zhì)降低。為解決吸泥機死角問題，結(jié)合其他水廠的經(jīng)驗，在不影響沉淀池處理工藝的條件，我們在沉淀池出口端，行車到位后，距刮集裝置大約15公分處增設(shè)了45度光滑的塑料擋板，從根本上減少了污泥的沉積量。
　?。?）ABS穿孔排泥管問題。在每格反應(yīng)池底安裝均勻安裝了30根管徑為200mm的ABS穿孔排泥管，管子容易在沉淀池外邊附近折斷，究其原因，主要存在：ABS時間一長老化容易老化和沉淀池本身沉降等問題，現(xiàn)主要利用扁鋼在外圍將其加固，ABS管不宜在此做排泥管，設(shè)計上應(yīng)考慮其它材質(zhì)。

4、濾池、反沖洗系統(tǒng)

　　采用V型氣水反沖洗濾池共兩座，每座8格，雙排排列，有效過濾面積135m²/格，設(shè)計濾速8mm/s,濾料采用均質(zhì)石英砂濾料，層厚1.2m,濾池反沖洗分氣沖、氣水混沖、水沖和表掃四個階段，整個沖洗過程歷時20min，按照總進水量統(tǒng)計，進水量在設(shè)計范圍以內(nèi)時，其沖洗周期為48h，在進水量超出設(shè)計值時，沖洗周期調(diào)整為30h。
　　該系統(tǒng)主要設(shè)備情況：濾池閥門為德國ERHARD的氣動閥門，其中濾池進水閥、排水閥為閘板閥，口徑分別為800mm*600mm和1000mm*900mm,氣沖閥、水沖閥和透氣閥為氣動開關(guān)型蝶閥，口徑分別為DN400，DN600和DN80，濾池出水閥為氣動調(diào)節(jié)閥，口徑為DN600，控制原器件全部為安全型，電源采用24VDC控制。每格濾池還配有德國E+H公司的FMU230E-AA12型超聲波液位儀和PMC731壓力變送器等。鼓風(fēng)機為英國德萊塞DRESSER羅茨風(fēng)機，型號為XLP/PEIM 208，額定功率為75KW，供氣量4000m³/h,二用一備。反沖水泵為國產(chǎn)閥門，產(chǎn)地長沙，額定功率55KW，也是二用一備，廢水回收泵為二臺Flygt排污泵，其型號為CP3300，流量為350m³/h,揚程15m,轉(zhuǎn)速為980r/min。
　　濾池、反沖洗系統(tǒng)是水廠制水最重要的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)運行好壞將直接影響出水水質(zhì)，水廠在運行中該系統(tǒng)需要改進、推廣的工藝、設(shè)備情況如下：
　　（1）濾池氣動閥門、鼓風(fēng)機、水泵、液位計在生產(chǎn)控制中運行可靠，在經(jīng)過5年的生產(chǎn)運行后上述設(shè)備只有氣動調(diào)節(jié)閥在頻繁調(diào)節(jié)后，有兩只輸出信號發(fā)生了大的偏差，更換了電路板，其他設(shè)備在正常維護保養(yǎng)下，運行安全，在設(shè)計上可以考慮使用。
　　（2）壓力變送儀容易出現(xiàn)波動、故障，維護量較大，設(shè)計選型較難。
　　（3）濾池配水不均，降低濾池超負荷能力。03年當(dāng)水廠進水量達到設(shè)計能力的80%左右時，部分濾池出現(xiàn)了翻砂現(xiàn)象，查其原因主要為：工藝上沉淀池和濾池之間不是一格沉淀池對應(yīng)四格濾池供水，而是二格沉淀池對應(yīng)八格濾池，且每格濾格進水渠標高一致。導(dǎo)致了各個濾池在水量分配上不均，靠近沉淀池的水量大，距離近的水量小。解決方法為：首先在沉淀池出水渠設(shè)置擋板，由二對八改為一對四，其次在靠近沉淀池的濾池進水渠端加設(shè)擋板，來調(diào)節(jié)濾池之間的進水。經(jīng)過改造后，濾池的超負荷能力增加，04年濾池在22000 m³/h的進水量下，運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象。

5、清水系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)主要包括接觸池、清水池及出水管路組成。接觸池實際是傳統(tǒng)意義上的清水池的一部分，只是氯氣在該池內(nèi)對濾后水接觸，進行消毒而得名。水廠的接觸池在濾池的下面，清水池在沉淀池的下面，設(shè)計上采用了上下復(fù)層結(jié)構(gòu)，這是水廠又一大特點。
　　設(shè)計中該系統(tǒng)主要設(shè)備有：接觸池中裝有E+H公司余氯儀、PH儀表，在清水池中裝有液位計，出水儀表間有E+H公司余氯儀、PH儀表、濁度儀、流量儀等。
　　在清水系統(tǒng)中為達到對濾池出水、清水池出水做到時時、有效監(jiān)測，確保水質(zhì)安全，對部分儀表進行更換，具體：
　　（1）把E+H公司CCS151余氯儀更換為HACH公司余氯儀。主要HACH公司余氯儀對PH波動的適應(yīng)能力強，不會造成PH變化而引起余氯顯示值偏離實際值現(xiàn)象，從而，可靠指導(dǎo)補氯點加氯機的投加。
　　（2）把出水E+H公司CUS31低濁度更換為HACH公司FT660激光濁度儀。因為水廠出水一般保持在0.1NTU以下，E+H公司低濁度儀由于精度不夠，不能顯示實際值。而激光濁度儀的量程：0.000---1000mNTU，可檢測的最低濁度變化為0.001 mNTU，其分辨率：0.001 mNTU。出廠水濁度在0.01NTU—0.03NTU之間波動。
　　（3）存在缺陷是，水廠接觸池和清水池容量偏小，兩者相加只有2.9萬m³，水廠出水量的變化只能依靠調(diào)節(jié)進水量來穩(wěn)定供水，使得水廠應(yīng)變出水變化能力大大降低。一般水廠清水池容量設(shè)計應(yīng)不低于水廠制水設(shè)計能力的10%。

6、加藥系統(tǒng)

　　根據(jù)原水水質(zhì)特點，水廠設(shè)計上安裝了加礬設(shè)備和加氯設(shè)備具體情況如下：加礬系統(tǒng)中，水廠設(shè)計用固體Al₂(SO₄)₃ ，系統(tǒng)設(shè)置了溶解池、溶液池各三個，池內(nèi)攪拌采用氣攪，溶解中內(nèi)安裝了E+H公司的超聲波液位儀、提升泵等設(shè)備，溶液池內(nèi)安裝了液位計、溢流管、進液、出液、攪氣管、出液管等，出液管相互連同，由閥門控制開關(guān)，連接著五臺德國SERA公司的電沖程變頻隔膜計量泵，流量為500l/h，四用一備。加氯系統(tǒng)由氯庫、蒸發(fā)器間、加氯機間、泄氯回收間組成，主要設(shè)備有：二臺美國Force Flow 電子稱，二臺W&T公司50-200電加熱型蒸發(fā)器，每臺投加量40kg/h，一用一備，六臺W&T公司加氯機，其中用于濾后加氯的三臺為450Kg/d，用于前加氯和出水補加氯的三臺為900Kg/d，各為二用一備，氯庫和蒸發(fā)器間裝有二套美國EIT公司的漏氯報警儀，報警濃度為1mg/l，在氯庫還裝有W&T公司的液氯切換裝置、歧管系統(tǒng)等設(shè)備。
　　水廠整個加藥系統(tǒng)系統(tǒng)除更換氯瓶外，已實現(xiàn)中央控制室集中監(jiān)控，加藥現(xiàn)場自02年起實現(xiàn)無人職守，整體運行穩(wěn)定，存在不足：
　?。?）、工藝設(shè)計上，由于缺乏對水庫水PH變化的調(diào)研（一般水庫水PH都呈酸性，且季節(jié)性變化大），加藥系統(tǒng)中沒有考慮當(dāng)PH降低后，對堿性藥劑投加。水廠經(jīng)過摸索，不僅掌握了石灰投加的工藝，還對投加數(shù)據(jù)進行了積累，現(xiàn)已進入石灰自動化的設(shè)計階段。
　?。?）、加礬系統(tǒng)中考慮用固體Al₂(SO₄)₃投加使自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大降低，加礬系統(tǒng)處于半自動狀態(tài)，02年系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，把固體礬改為了液體礬，重新建造了計量池和儲液池，在添置很少的設(shè)備情況下，實現(xiàn)了系統(tǒng)的真正自動化。
　　（3）、加氯系統(tǒng)中，應(yīng)考慮將盡量多信號狀態(tài)接入PLC，如管路壓力、蒸發(fā)器、加氯機等重要設(shè)備的內(nèi)部儀表等。

7、自動控制系統(tǒng)

　　全廠的自空系統(tǒng)配置如上圖，整個系統(tǒng)由三級網(wǎng)絡(luò)組成：以太網(wǎng)（管理層）、實時控制網(wǎng)（監(jiān)控層）、現(xiàn)場控總線（現(xiàn)場層）。
　　管理層配備有1臺服務(wù)器和3臺客戶機，他們之間構(gòu)成以太網(wǎng)；監(jiān)控層由2臺監(jiān)控計算機與3臺主PLC站構(gòu)成冗余的PROFIBUS FMS網(wǎng)，同時兩臺監(jiān)控層計算機分別連至以太網(wǎng)，也作為管理層服務(wù)器的客戶機；監(jiān)控層的1#、2#PLC為SIEMENS公司的400系列雙機熱備的PLC系統(tǒng)，下設(shè)10個遠程I/O站，他們之間的通訊采用冗余現(xiàn)場控制總線PROFIBUS DP，3#PLC下設(shè)17個現(xiàn)場子站，1個遠程I/O站，通訊采用PROFIBUS DP現(xiàn)場控制總線。
　　上位機系統(tǒng)主要配有1臺美國HPE60服務(wù)器，有中控室、化驗室、廠長室3臺客戶機，同時中控室2臺監(jiān)控計算機也作為本網(wǎng)服務(wù)的客戶機。系統(tǒng)配美國3COM公司10M以太網(wǎng)卡6塊，并配有所需的相關(guān)軟件，中控室2臺監(jiān)控計算機配備有西門子公司的SIMATIC WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件及基于此開發(fā)運行的監(jiān)控應(yīng)用軟件，同時還配有REDCONNECT網(wǎng)絡(luò)冗余軟件包，系統(tǒng)可以自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)卡發(fā)生故障可自動切換，無需人工介入，運行中體會有：
　?。?）系統(tǒng)上位機采用西門子公司的SIMATIC WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件，下位機采用同采用西門子公司的S7-300及400系列PLC，系統(tǒng)穩(wěn)定，運行可靠。系統(tǒng)充分體現(xiàn)集中經(jīng)營管理、分散控制的原則，PLC安裝上，屏棄了原有的集中布線的安裝模式，采用先進的Prof—ibus二線制現(xiàn)場總線模式，在各個相對集中的控制單元設(shè)立相應(yīng)的子站，以二線制將子站與PLC站相聯(lián)，大大降低了消耗并極大地提高了系統(tǒng)的簡潔性、可靠性。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計，實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余，用軟件實行自動切換，保證整個網(wǎng)絡(luò)正常運行。
　?。?）儀表作為自控系統(tǒng)的一部分顯得尤為重要，在現(xiàn)場無人值班的水廠里，儀表從現(xiàn)場檢測到的數(shù)據(jù)，作為PLC控制的依據(jù)。自動化儀表要根據(jù)原水水質(zhì)的變化和工藝調(diào)整，不斷的完善。
　　（3）水廠地處多雷區(qū)，由于自控系統(tǒng)中大部分儀表、設(shè)備是微電子設(shè)備，雷擊容易導(dǎo)致設(shè)備和儀表的損壞，因此在設(shè)計自控系統(tǒng)時，必須強調(diào)設(shè)計有效的防雷。
　　水廠一期自投產(chǎn)運行以來，整個系統(tǒng)運行都比較正常。在生產(chǎn)運行中碰到的一些問題經(jīng)過我們的努力大部分得到了解決。由于系統(tǒng)先進，完善，水廠生產(chǎn)現(xiàn)場實行無人職守只制，生產(chǎn)人員每班3人，集中到中央控制室進行生產(chǎn)調(diào)度。水廠出水水質(zhì)均達到和超過國家飲用水衛(wèi)生標準。