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(wàn)m³/d工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型情況，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)系統(tǒng)的缺陷與不足，進(jìn)行了分析、改進(jìn)，希望為今后類似水廠的設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供幫助。
　　關(guān)鍵字：水廠設(shè)計(jì)　 生產(chǎn)運(yùn)行　 缺陷　 改進(jìn)　

　　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(jì)規(guī)模70萬(wàn)m³/d，分二期建設(shè)，其中一期40 萬(wàn)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(jì)、建設(shè)定位都很高。原水選取小舜江水庫(kù)水，水質(zhì)屬國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，常年水質(zhì)較好，渾濁度在5NTU以下，藻類等有機(jī)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(guò)濾等先進(jìn)的凈水工藝，一期設(shè)備引進(jìn)具有國(guó)際、國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的制水、輸水設(shè)備和自動(dòng)化控儀表。整個(gè)系統(tǒng)工程被評(píng)為2001年中國(guó)建筑工程魯班獎(jiǎng)工程。雖然在設(shè)計(jì)、選型、建設(shè)上要求都很高，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)也暴露出了許多不足，下面就進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)六大塊進(jìn)行分析。

1、工藝流程圖

2、進(jìn)水系統(tǒng)

　　水廠進(jìn)水沒(méi)有一級(jí)泵房、配水井，原水主要依靠達(dá)郭水庫(kù)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(guó)ERHARD口徑為DN1400閥門(mén)，DN2000光華流量計(jì)，E+H高濁度儀、PH計(jì)、余氯儀、溫度計(jì)等，上述設(shè)備具有現(xiàn)場(chǎng)操作、顯示功能外，還利用4—20mA信號(hào)，將其與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)中央控制室時(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　進(jìn)水系統(tǒng)各設(shè)備在運(yùn)行中，都能按照要求運(yùn)轉(zhuǎn)，作為藥劑投加的主要場(chǎng)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(duì)于針閥：從針閥運(yùn)行看,根據(jù)出水量的變化針閥能自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)調(diào)節(jié)，體現(xiàn)出它強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力，從能自由調(diào)節(jié)5000m³/h進(jìn)水到22000m³/h進(jìn)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(wàn) m³/d一組分為二格，共計(jì)二組四格，其中反應(yīng)池長(zhǎng)25 m，平流池長(zhǎng)110m，一格池寬42.8m，有效水深3m,水平流速20m/s,停留時(shí)間為1.5小時(shí)。排泥系統(tǒng)采用行車式泵吸排泥機(jī)，每格沉淀池對(duì)應(yīng)一臺(tái)吸泥機(jī)，共四臺(tái)。
　　整個(gè)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：
　　（1）、滑觸線信號(hào)傳輸差。雖然水廠采用了導(dǎo)電性能好，耐腐蝕的無(wú)氧銅做成的多及滑觸線，銅和滑動(dòng)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(dòng)接觸的，接觸不良產(chǎn)生的過(guò)障很難避免的，吸泥系統(tǒng)由于控制信號(hào)傳遞出現(xiàn)故障較多，PLC與行車之間信號(hào)無(wú)法正常傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為此，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們采用無(wú)線電臺(tái)來(lái)代替滑觸線，解決了行車到PLC信號(hào)傳輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的無(wú)線傳輸，效果較好。
　?。?）、沉淀池中的吸泥死角問(wèn)題。由于吸泥機(jī)行車滑軌，行車限位開(kāi)關(guān)及吸泥機(jī)底架結(jié)構(gòu)的影響，吸泥機(jī)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(wú)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(yán)重時(shí)造成沉淀池出水水質(zhì)降低。為解決吸泥機(jī)死角問(wèn)題，結(jié)合其他水廠的經(jīng)驗(yàn)，在不影響沉淀池處理工藝的條件，我們?cè)诔恋沓爻隹诙耍熊嚨轿缓?，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(wèn)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(shí)間一長(zhǎng)老化容易老化和沉淀池本身沉降等問(wèn)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(jì)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(guò)濾面積135m²/格，設(shè)計(jì)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(gè)階段，整個(gè)沖洗過(guò)程歷時(shí)20min，按照總進(jìn)水量統(tǒng)計(jì)，進(jìn)水量在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)時(shí)，其沖洗周期為48h，在進(jìn)水量超出設(shè)計(jì)值時(shí)，沖洗周期調(diào)整為30h。
　　該系統(tǒng)主要設(shè)備情況：濾池閥門(mén)為德國(guó)ERHARD的氣動(dòng)閥門(mén)，其中濾池進(jìn)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(dòng)開(kāi)關(guān)型蝶閥，口徑分別為DN400，DN600和DN80，濾池出水閥為氣動(dòng)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(guó)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(jī)為英國(guó)德萊塞DRESSER羅茨風(fēng)機(jī)，型號(hào)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(guó)產(chǎn)閥門(mén)，產(chǎn)地長(zhǎng)沙，額定功率55KW，也是二用一備，廢水回收泵為二臺(tái)Flygt排污泵，其型號(hào)為CP3300，流量為350m³/h,揚(yáng)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(yùn)行好壞將直接影響出水水質(zhì)，水廠在運(yùn)行中該系統(tǒng)需要改進(jìn)、推廣的工藝、設(shè)備情況如下：
　?。?）濾池氣動(dòng)閥門(mén)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵、液位計(jì)在生產(chǎn)控制中運(yùn)行可靠，在經(jīng)過(guò)5年的生產(chǎn)運(yùn)行后上述設(shè)備只有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在頻繁調(diào)節(jié)后，有兩只輸出信號(hào)發(fā)生了大的偏差，更換了電路板，其他設(shè)備在正常維護(hù)保養(yǎng)下，運(yùn)行安全，在設(shè)計(jì)上可以考慮使用。
　?。?）壓力變送儀容易出現(xiàn)波動(dòng)、故障，維護(hù)量較大，設(shè)計(jì)選型較難。
　　（3）濾池配水不均，降低濾池超負(fù)荷能力。03年當(dāng)水廠進(jìn)水量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的80%左右時(shí)，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(duì)應(yīng)四格濾池供水，而是二格沉淀池對(duì)應(yīng)八格濾池，且每格濾格進(jìn)水渠標(biāo)高一致。導(dǎo)致了各個(gè)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(duì)八改為一對(duì)四，其次在靠近沉淀池的濾池進(jìn)水渠端加設(shè)擋板，來(lái)調(diào)節(jié)濾池之間的進(jìn)水。經(jīng)過(guò)改造后，濾池的超負(fù)荷能力增加，04年濾池在22000 m³/h的進(jìn)水量下，運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)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(shí)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(duì)濾后水接觸，進(jìn)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(jì)上采用了上下復(fù)層結(jié)構(gòu)，這是水廠又一大特點(diǎn)。
　　設(shè)計(jì)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(jì)，出水儀表間有E+H公司余氯儀、PH儀表、濁度儀、流量?jī)x等。
　　在清水系統(tǒng)中為達(dá)到對(duì)濾池出水、清水池出水做到時(shí)時(shí)、有效監(jiān)測(cè)，確保水質(zhì)安全，對(duì)部分儀表進(jìn)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(duì)PH波動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng)，不會(huì)造成PH變化而引起余氯顯示值偏離實(shí)際值現(xiàn)象，從而，可靠指導(dǎo)補(bǔ)氯點(diǎn)加氯機(jī)的投加。
　?。?）把出水E+H公司CUS31低濁度更換為HACH公司FT660激光濁度儀。因?yàn)樗畯S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(shí)際值。而激光濁度儀的量程：0.000---1000mNTU，可檢測(cè)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(dòng)。
　?。?）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(wàn)m³，水廠出水量的變化只能依靠調(diào)節(jié)進(jìn)水量來(lái)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(jì)應(yīng)不低于水廠制水設(shè)計(jì)能力的10%。

6、加藥系統(tǒng)

　　根據(jù)原水水質(zhì)特點(diǎn)，水廠設(shè)計(jì)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(jì)用固體Al₂(SO₄)₃ ，系統(tǒng)設(shè)置了溶解池、溶液池各三個(gè)，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(jì)、溢流管、進(jìn)液、出液、攪氣管、出液管等，出液管相互連同，由閥門(mén)控制開(kāi)關(guān)，連接著五臺(tái)德國(guó)SERA公司的電沖程變頻隔膜計(jì)量泵，流量為500l/h，四用一備。加氯系統(tǒng)由氯庫(kù)、蒸發(fā)器間、加氯機(jī)間、泄氯回收間組成，主要設(shè)備有：二臺(tái)美國(guó)Force Flow 電子稱，二臺(tái)W&T公司50-200電加熱型蒸發(fā)器，每臺(tái)投加量40kg/h，一用一備，六臺(tái)W&T公司加氯機(jī)，其中用于濾后加氯的三臺(tái)為450Kg/d，用于前加氯和出水補(bǔ)加氯的三臺(tái)為900Kg/d，各為二用一備，氯庫(kù)和蒸發(fā)器間裝有二套美國(guó)EIT公司的漏氯報(bào)警儀，報(bào)警濃度為1mg/l，在氯庫(kù)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(gè)加藥系統(tǒng)系統(tǒng)除更換氯瓶外，已實(shí)現(xiàn)中央控制室集中監(jiān)控，加藥現(xiàn)場(chǎng)自02年起實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守，整體運(yùn)行穩(wěn)定，存在不足：
　　（1）、工藝設(shè)計(jì)上，由于缺乏對(duì)水庫(kù)水PH變化的調(diào)研（一般水庫(kù)水PH都呈酸性，且季節(jié)性變化大），加藥系統(tǒng)中沒(méi)有考慮當(dāng)PH降低后，對(duì)堿性藥劑投加。水廠經(jīng)過(guò)摸索，不僅掌握了石灰投加的工藝，還對(duì)投加數(shù)據(jù)進(jìn)行了積累，現(xiàn)已進(jìn)入石灰自動(dòng)化的設(shè)計(jì)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(dòng)狀態(tài)，02年系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，把固體礬改為了液體礬，重新建造了計(jì)量池和儲(chǔ)液池，在添置很少的設(shè)備情況下，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的真正自動(dòng)化。
　?。?）、加氯系統(tǒng)中，應(yīng)考慮將盡量多信號(hào)狀態(tài)接入PLC，如管路壓力、蒸發(fā)器、加氯機(jī)等重要設(shè)備的內(nèi)部?jī)x表等。

7、自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　全廠的自空系統(tǒng)配置如上圖，整個(gè)系統(tǒng)由三級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成：以太網(wǎng)（管理層）、實(shí)時(shí)控制網(wǎng)（監(jiān)控層）、現(xiàn)場(chǎng)控總線（現(xiàn)場(chǎng)層）。
　　管理層配備有1臺(tái)服務(wù)器和3臺(tái)客戶機(jī)，他們之間構(gòu)成以太網(wǎng)；監(jiān)控層由2臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與3臺(tái)主PLC站構(gòu)成冗余的PROFIBUS FMS網(wǎng)，同時(shí)兩臺(tái)監(jiān)控層計(jì)算機(jī)分別連至以太網(wǎng)，也作為管理層服務(wù)器的客戶機(jī)；監(jiān)控層的1#、2#PLC為SIEMENS公司的400系列雙機(jī)熱備的PLC系統(tǒng)，下設(shè)10個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，他們之間的通訊采用冗余現(xiàn)場(chǎng)控制總線PROFIBUS DP，3#PLC下設(shè)17個(gè)現(xiàn)場(chǎng)子站，1個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，通訊采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)控制總線。
　　上位機(jī)系統(tǒng)主要配有1臺(tái)美國(guó)HPE60服務(wù)器，有中控室、化驗(yàn)室、廠長(zhǎng)室3臺(tái)客戶機(jī)，同時(shí)中控室2臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)也作為本網(wǎng)服務(wù)的客戶機(jī)。系統(tǒng)配美國(guó)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(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)配備有西門(mén)子公司的SIMATIC WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件及基于此開(kāi)發(fā)運(yùn)行的監(jiān)控應(yīng)用軟件，同時(shí)還配有REDCONNECT網(wǎng)絡(luò)冗余軟件包，系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)卡發(fā)生故障可自動(dòng)切換，無(wú)需人工介入，運(yùn)行中體會(huì)有：
　?。?）系統(tǒng)上位機(jī)采用西門(mén)子公司的SIMATIC WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件，下位機(jī)采用同采用西門(mén)子公司的S7-300及400系列PLC，系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。系統(tǒng)充分體現(xiàn)集中經(jīng)營(yíng)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(jìn)的Prof—ibus二線制現(xiàn)場(chǎng)總線模式，在各個(gè)相對(duì)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(jiǎn)潔性、可靠性。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)冗余，用軟件實(shí)行自動(dòng)切換，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。
　?。?）儀表作為自控系統(tǒng)的一部分顯得尤為重要，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值班的水廠里，儀表從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，作為PLC控制的依據(jù)。自動(dòng)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(jì)自控系統(tǒng)時(shí)，必須強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)有效的防雷。
　　水廠一期自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行都比較正常。在生產(chǎn)運(yùn)行中碰到的一些問(wèn)題經(jīng)過(guò)我們的努力大部分得到了解決。由于系統(tǒng)先進(jìn)，完善，水廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行無(wú)人職守只制，生產(chǎn)人員每班3人，集中到中央控制室進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。水廠出水水質(zhì)均達(dá)到和超過(guò)國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。