摘要： 湛江赤坎水廠利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備對(duì)落后工藝進(jìn)行技術(shù)改造，使之達(dá)到可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的要求，使技術(shù)落后的水廠變?yōu)樽詣?dòng)化控制的現(xiàn)代水廠。
關(guān)鍵字： 水廠自動(dòng)化 雙閥濾池 泵房
該水廠始建于1971年，水源為赤坎水庫(kù)，經(jīng)四次擴(kuò)建后，供水能力達(dá)10×104 m3/d。生產(chǎn)工藝除第4次擴(kuò)建采用孔室反應(yīng)—斜管沉淀—雙閥濾池外，其余均為脈沖澄清池—虹吸濾池。全廠形成五個(gè)系列，布局紊亂，管理困難，投藥及水泵運(yùn)行完全由人工控制，設(shè)備和工藝都很落后。80年代以來(lái)，水庫(kù)污染日益加劇，原水富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，藻類大量繁殖，水質(zhì)已下降為Ⅲ、Ⅳ類，水廠出水水質(zhì)大多達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，水量也不能滿足該區(qū)人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。1995年市政府決定對(duì)該廠進(jìn)行擴(kuò)建改造，要求工程完成后達(dá)到可靠(不間斷供水)、優(yōu)質(zhì)(出廠水質(zhì)可比項(xiàng)目達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn))、高效(物耗低)的目的。
1 擴(kuò)建改造總體方案
工程總規(guī)模為20×104 m3/d，由三部分組成：
① 引水工程：從7.4km外的青年運(yùn)河干渠直接引入運(yùn)河水(水質(zhì)為Ⅱ類)，避開水庫(kù)的污染。
② 擴(kuò)建工程：把原第1、2、3、4系列的建(構(gòu))筑物全部拆除，清理出場(chǎng)地，新建生產(chǎn)能力為15×104m3/d的網(wǎng)格反應(yīng)池、平流沉淀池、V型濾池和清水池(迭合在沉淀池之下)，加藥消毒則按20×104m3/d建設(shè)。
③ 改造工程：新系列投產(chǎn)之后，對(duì)原第5系列的反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾池進(jìn)行必要的技術(shù)改造并使其達(dá)到自動(dòng)化控制的要求。原一、二級(jí)泵房在第4次擴(kuò)建時(shí)已按20×104m3/d設(shè)計(jì)，在擴(kuò)建工程的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造。鑒于原設(shè)計(jì)存在一些問(wèn)題，為使其水質(zhì)與新建系列一致，改造后按5×104m3/d運(yùn)行。
水廠擴(kuò)建和改造兩部分的實(shí)際投資為7 500萬(wàn)元人民幣，其中引進(jìn)外國(guó)設(shè)備技術(shù)172萬(wàn)美元(折合人民幣1 430萬(wàn)元)。該廠投入自動(dòng)化運(yùn)行一年多的實(shí)踐表明，工程達(dá)到可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的要求，取得了較好的效益。
2 實(shí)現(xiàn)水廠自動(dòng)化
水廠自動(dòng)化的主要目的不是節(jié)省勞動(dòng)力，而是實(shí)現(xiàn)可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的保證。生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)整、控制和事故報(bào)警可保證設(shè)備在規(guī)定狀態(tài)下運(yùn)行，防范事故于未然，實(shí)現(xiàn)不間斷的可靠供水；投藥、過(guò)濾、消毒等工藝過(guò)程實(shí)施閉環(huán)控制，可以隨著水量、水質(zhì)的變化及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)；出廠水壓自動(dòng)調(diào)整，能保證穩(wěn)定的服務(wù)水壓，減少爆管和漏失水量；生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化運(yùn)行大大減少了水、氣、電和各種藥劑的浪費(fèi)，達(dá)到低耗高效。
根據(jù)水廠各車間(站)地域分布集中、對(duì)響應(yīng)時(shí)間和控制精度要求較低的特點(diǎn)，選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、組網(wǎng)容易、價(jià)格便宜的PC+PLC系統(tǒng)，采取機(jī)旁、車間(站)及中央控制室三級(jí)控制方式。中央控制室和原水泵房子站、加藥間子站、新濾池子站、舊濾池子站、清水泵房子站等5個(gè)分控站組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)子站配一臺(tái)PLC，既可控制站內(nèi)設(shè)備，又可與其它子站通訊，中央控制室負(fù)責(zé)全廠設(shè)備統(tǒng)一控制、調(diào)動(dòng)。
① 濾池控制PLC：傳統(tǒng)V型濾池是每格濾池用一臺(tái)PLC控制運(yùn)行，再用一臺(tái)公共PLC控制整組濾池的反沖洗(分布式)。現(xiàn)在采用集中控制，一臺(tái)PLC不僅控制各格濾池運(yùn)行，也同時(shí)控制整組濾池反沖洗，既簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又節(jié)省投資。
② 濾池控制閥門：氣動(dòng)蝶閥需要一套壓縮空氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)作為動(dòng)力氣源。電動(dòng)蝶閥則很簡(jiǎn)單，但啟閉時(shí)間長(zhǎng)(約100 s)，導(dǎo)致反沖洗耗時(shí)增大。故在條件許可情況下采用氣動(dòng)蝶閥較好。
③ 濾池進(jìn)水閥門：傳統(tǒng)V型濾池使用閘板閥。該閥價(jià)格較高、密封性較差且不美觀。用可調(diào)蝶閥代替。
④ SCD：由于加藥間已有PLC統(tǒng)一控制，故可選用4200型代替價(jià)格較高的5200型，但一定要帶自清洗裝置，以便定時(shí)對(duì)探頭進(jìn)行清洗。
⑤ 投礬隔膜泵：新型橡膠隔膜泵的連桿與隔膜之間采用軟接觸，比舊型號(hào)的硬接觸大大延長(zhǎng)了壽命。電機(jī)的頻率和泵的沖程則分別由原水流量和SC值閉環(huán)控制。
⑥ 石灰投加系統(tǒng)：投加石灰粉塵大，勞動(dòng)條件差，灰渣多，易堵塞泵體和管路。濕式投加比干式投加減少粉塵，貯斗進(jìn)料部分選用國(guó)外密封式倒袋機(jī)，可大大減少粉塵，石灰乳投加用偏心螺桿泵，另加清水沖洗系統(tǒng)(停泵時(shí)用)防止泵體堵塞，輸送管道采用PVC軟管(拐彎部分用不銹鋼彎頭)可減少堵塞便于清通，石灰乳投加量通過(guò)原水流量和pH值閉環(huán)控制。
⑦ 流量計(jì)：就水廠計(jì)量而言，電磁流量計(jì)(±0.5%)、超聲波流量計(jì)(±1%～±2%)均可滿足要求。在滿足直管段要求的前提下，通常小口徑用電磁流量計(jì)，大口徑用超聲波流量計(jì)。舊式超聲波流量計(jì)用模擬信號(hào)處理技術(shù)，抗環(huán)境干擾能力弱，輸出信號(hào)不穩(wěn)定，流量曲線頻繁上下顫動(dòng)，既影響計(jì)量又影響投藥控制，全數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有效地彌補(bǔ)了上述缺陷。
⑧ 壓差計(jì)：濾池的水頭一般在30 kPa以內(nèi)且較穩(wěn)定。但氣水反沖洗時(shí)瞬間沖擊壓力可達(dá)此值的數(shù)倍，容易導(dǎo)致壓差計(jì)內(nèi)密封圈泄漏和傳感器膜片損壞。選用EPDM(乙丙三鉛橡膠)密封圈、不銹鋼膜片比FPM(氟橡膠)密封圈、瓷質(zhì)膜片耐用。此外，壓差計(jì)價(jià)格昂貴，也可用普通壓力計(jì)代替(與濾池池面的水位計(jì)共同工作)。
⑨ 儀表：測(cè)定加藥后水質(zhì)參數(shù)儀表的取樣點(diǎn)既要設(shè)置于藥劑與水充分混合后，又要盡量縮短水樣的滯后時(shí)間。原水投礬后，其流動(dòng)電流值時(shí)間效應(yīng)十分明顯，故應(yīng)在緊靠充分混合點(diǎn)處取樣，并盡可能縮短取樣點(diǎn)至傳感器之間的采樣管長(zhǎng)度，削弱時(shí)間效應(yīng)的影響，提高測(cè)定、控制的靈敏度。但各水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表的位置又不宜太分散，可按現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)集中以便日常管理。取樣管口應(yīng)插入管道內(nèi)1/4直徑處。不同量程的超聲波水位計(jì)，由于聲波頻率不同而要求不同的盲區(qū)，故要把其探頭安裝在最高水位之上的相應(yīng)距離處。
⑩ 壓縮空氣配氣系統(tǒng)：空壓機(jī)的使用壽命與其累計(jì)工作時(shí)間和啟動(dòng)頻度有關(guān)。減少配氣系統(tǒng)的泄漏可延長(zhǎng)空壓機(jī)的壽命。絲扣連接的鍍鋅管氣密性差，用無(wú)縫鋼管(管件之間電焊焊接)和優(yōu)質(zhì)氣閥組成的配氣系統(tǒng)可大大減少泄漏。
3 老系列改造
新系列投產(chǎn)后，對(duì)原有的第5系列進(jìn)行必要的改造，使其出水水質(zhì)能與新的要求相適應(yīng)，運(yùn)行控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
3.1 雙閥濾池
雙閥指反沖洗進(jìn)水閥(氣動(dòng)蝶閥)和進(jìn)水鴨舌閥，過(guò)濾用鐘罩式虹吸管和恒水位器控制。進(jìn)水鴨舌閥要求反沖排水槽高置(槽頂至砂面達(dá)1.55m)，導(dǎo)致反沖耗水量大，稍大的污泥塊很難排出，在濾層內(nèi)形成泥球。該閥本身密封性甚差，反沖時(shí)依然有大量待濾水進(jìn)入濾池排掉，虹吸鐘罩在濾池停運(yùn)后重新啟動(dòng)困難。管廊設(shè)計(jì)不合理，反沖進(jìn)水管頂?shù)焦芾葮前宓字挥?.45 m(至梁底只有0.75m)，通風(fēng)透光差，陰暗潮濕，安裝、維修不便，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化也比較困難，所以對(duì)該池進(jìn)行了比較大的改造。
① 為提高反沖效果、節(jié)約沖洗用水，池型由雙閥濾池改為氣水反沖洗濾池；沖洗強(qiáng)度按V型濾池不膨脹沖洗要求，即qa=15 L/(m2.s)，qw=5 L/(m2.s)；濾料由非均粒石英砂改為均粒石英砂(d=0.8～1.2mm，L=950mm)；濾板由陶瓷濾磚改為長(zhǎng)柄濾頭濾板。
② 取消原反洗水槽，并按不膨脹沖洗的要求重新建造；用閘板閥代替原進(jìn)水鴨舌閥。
③ 用可調(diào)蝶閥代替原出水虹吸管；排水槽重新分格，并新設(shè)排水蝶閥；降低反沖進(jìn)水管高度，拆除原管廊樓板，使整個(gè)管廊變得通暢、光鮮、明亮。
④ 在濾池一端新建反沖泵、鼓風(fēng)機(jī)房(二樓作濾池控制室)。
3.2 一、二級(jí)泵房改造
泵房改造采用集中控制方案，一、二級(jí)泵房各設(shè)一個(gè)PLC分控站。改造后的一、二級(jí)泵房控制系統(tǒng)具有以下功能：
① 啟動(dòng)水泵前能根據(jù)一、二級(jí)泵房吸水井的水位，自動(dòng)判斷是否需要啟動(dòng)真空系統(tǒng)，如需啟動(dòng)則可自動(dòng)完成整個(gè)抽真空過(guò)程。
② 每臺(tái)機(jī)組在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的三相電流是否平衡、是否過(guò)載運(yùn)行、是否缺相運(yùn)行、是否空載運(yùn)行，并根據(jù)運(yùn)行情況自動(dòng)采取必要的保護(hù)措施：報(bào)警或停機(jī)。
③ 二級(jí)泵房變頻調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)PLC調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證出廠水壓穩(wěn)定在設(shè)定范圍之內(nèi)。
要實(shí)現(xiàn)泵房全自動(dòng)控制，從程序設(shè)計(jì)的角度而言是完全可能的。關(guān)鍵是要增加投資更換其真空系統(tǒng)和配電系統(tǒng)，提高可靠性。
老系列改造后的運(yùn)行情況表明，在出水水質(zhì)和自動(dòng)化控制方面，工程已達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
作者通訊處：524001 廣東省湛江市人民南路20號(hào) 市自來(lái)水公司
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傳真：(0759)2286394
作者單位：黃宇萍 蔡同辛：湛江市自來(lái)水公司
黃毅軒 陸細(xì)華：順德科力給排水工程公司
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