新安水廠技術改造評析論文

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摘要：根據(jù)新安水廠工藝運行現(xiàn)狀及存在的問題，從燒杯攪拌試驗和生產性試驗入手，對各關鍵工藝進行技術改造，實現(xiàn)自控運行。本文全面介紹了新安水廠工藝現(xiàn)狀、改造原理、主要設備、及取得的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：新安水廠技術改造自控運行

新安水廠建于20世紀80年代，設計能力為：一期1萬m3/d，二期2萬m3/d，三期4萬m3/d，分別于1983年、1985年、1988年建成投產。原水來自鐵崗水庫，水廠處理工藝祥見圖1。

由于設計施工的局限及長期超負荷運行，加之原水污染日漸嚴重，城市供水標準的逐漸提高，使新安水廠原有的工藝技術日漸不能滿足生產的需要，尤其是各關鍵工序全手動運行，不僅浪費成本、員工勞動強度大，且較難實現(xiàn)安全供水。因此，2000年3月至2002年9月，新安水廠對其關鍵工藝進行了技術改造，同時解決了一些長期困繞著該廠的疑難問題。小改小革，投資少，見效快，綜合效益極佳。本文就2年多時間進行的一些主要技術改造措施總結如下，供老水廠各位同行參考。

1針對聚合氯化鋁單耗高的情況，修改混凝劑和助凝劑投加方式和投加點，使藥劑與原水充分混合。

對比寶安水司所屬兩座水廠生產報表得知，新安水廠聚合氯化鋁的單耗，比同樣原水、而工藝技術較為完善的朱坳水廠高出2～3倍。針對該廠的工藝條件，工作人員從燒杯攪拌試驗和生產性試驗入手，就下列問題進行了探討：

1.1不同混凝劑、助凝劑加注量、投加次序凈水效果的對比

1.2最佳混凝效果時耗礬量最小的PH值范圍。

混凝劑采用聚合氯化鋁、硫酸鋁，助凝劑采用石灰、聚丙烯酰胺。多次燒杯攪拌試驗與生產性試驗結果表明：對濁度低、堿度低、藻類高的原水，混凝劑以投加聚合氯化鋁效果較好，投加量為2.4~3.0ppm（以Al2O330%計，下同）。聚合氯化鋁和硫酸鋁同時投加，投加量各占50%，也可取得同樣效果，但硫酸鋁酸性大，且投二種藥劑操作管理不便。試驗還發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁混凝效果最佳的PH值范圍為6～7，若PH值增加，聚合氯化鋁單耗隨之增加。

通過實驗找出了該廠混凝劑單耗高的原因：多年以來，該廠是先投氫氧化納（1998年前）、或熟石灰（1998年后），后投聚合氯化鋁。混凝劑投加原設計采用靜態(tài)混合器，由于水頭損失大，1992年取消，混凝劑采用重力投加至反應池表面入口。由于藥劑與原水混合不均，導致藥劑濃度高的部位，膠體擴散層的正離子被異電負離了壓縮和包圍，出現(xiàn)膠體再穩(wěn)定情況，多余的藥劑浪費；濃度低的部位，藥量不足，不足以壓縮雙電層，降低不了電位，達不到混凝效果。因此，該廠一直采用加大投藥量的方法提高混凝效果，常常多達6.8～15ppm。

2000年5月，該廠首先將混凝劑由原重力投加改為壓力投加，投加在混合槽處，較好地解決了藥劑與原水混合不均勻的問題;其次將石灰投加點后移至反應池，經(jīng)過反復實踐，以反應池1/3~1/4位置效果最佳。為了石灰與水充分混合，又能滿足人工投加時觀察到投藥量大小，在投加點增設漏斗式穿孔擴散管，PVC塑料管材。

經(jīng)過上述改造后，混凝劑單耗降低了75％左右，由原來的6.8～15ppm降至約為2.4~3.0ppm，基本與工藝技術較為完善的朱坳水廠一致。

2針對虹吸濾池固有的缺陷，以及原設計、施工中的不足，進行了如下改造：

2.1利用計算機技術及電磁閥控制實現(xiàn)了虹吸濾池全自控運行，較好地解決了虹吸濾池固有的主要缺陷，有關方面的內容詳見《給水排水》2003年第5期。

2.2由于施工及長期以來地基的不均勻沉降等問題，使虹吸濾池各配水槽出水堰高程相差較大。2000年10月測量數(shù)據(jù)，普遍相差50~180mm，最多達231mm。而原設計并未考慮安裝可調堰板，導致各池進水量極不均勻，過濾周期相差幾倍之多，極個別池長期以來存在過濾周期短，僅3～4h。采用常用的、較為簡易的方法改造，即在各混凝土出水堰上安裝可調不銹鋼擋板，幾個相對標高較高的混凝土堰先用手砂輪機磨低一些后，再安裝可調不銹鋼擋板。經(jīng)過一段時間的調試，各池的進水量基本一致，過濾周期也不會相差太多。揭開了長期以來員工認為“這個池不好”的迷。

2.3一、二期部分濾池不能正常運行，當水位超過輔助虹吸管進水口上部的設定水位標高時，排水虹吸仍然遲遲不能形成，導致水位繼續(xù)上升而溢流。經(jīng)檢查，管路即沒有漏氣現(xiàn)象，輔助虹吸管也沒有被堵。當打開強制虹吸閥和強制破壞閥后，發(fā)現(xiàn)虹吸管內的氣體往外噴，而不是往內吸。經(jīng)仔細分析，發(fā)現(xiàn)造成上述現(xiàn)象的關鍵因素是排水渠出水堰的控制水位標高和輔助虹吸管出水的安裝標高之差。經(jīng)查本工程原有施工圖，此標高差為0.05m。而實際安裝為：能正常運行的33格濾池為0.06m左右，而不能正常運行的9格濾池為0.25~0.57m。即輔助虹吸管插入排水渠過深。因此，按原設計施工圖割去多余部分后，排水虹吸恢復正常。

3加氯系統(tǒng)由傳統(tǒng)的二點投加改為三點投加，不僅確保了出水水質，而且氯耗降低。

目前，大部分老水廠采用原水、濾后水兩點投氯方式，其中一部分水廠實現(xiàn)了自控運行，前加氯量按流量比例控制，后加氯量按余氯反饋控制。而一部分水廠仍然全手動運行。

新安水廠原采用兩點投加，全手動運行，實際運行中存在如下不足：

3.1濾池與清水池距離較短，即余氯分析儀取樣點與投氯點距離較近，氯與水尚未完全充分混合后取樣，測出來的余氯信息不穩(wěn)定，控制信號波動較大。

3.2加氯后，水迅速進入清水池，靠水流作用，通過長時間的接觸反應來完成，并有揮發(fā)現(xiàn)象。因此，在清水池中消耗的氯量是一個不確定數(shù)，它與氣溫及停留時間長短有關。

3.3清水池中水流通常呈層流狀態(tài)，加注的氯很難擴散，會導致短流或死角，影響消毒效果。

3.4沉淀池排泥，濾池反沖洗均會引起余氯的突變。

鑒于以上問題，為了安全供水，新安水廠常年采用“多加一點”的不經(jīng)濟運行方式，余氯的合理控制成為該廠一大難題。2000年3月，該廠開始計劃改造投氯系統(tǒng)，考慮即要安全合理，又要經(jīng)濟實用，改造部位如下：

原水、濾后水投氯仍采用原有二點投加方式，不增加任何設備。但為了使氯均勻擴散至水中，投加點作如下修改：

將原靠近清水池進口處的投加點前移至濾池出水堰處；濾池兩端出水堰處均設投加點，并安裝穿孔管式混合器。

增加泵前補氯點，主要設備：柜式自動加氯機1臺，余氯分析儀1臺，均為美國CAPITALCONTROLS公司產品。

投氯量控制：原水投氯量由技術人員視原水水質而定，濾后水投氯量由操作人員視補氯量多少調節(jié)，控制補氯量不超過1.5ppm，主要考慮水泵葉輪的腐蝕問題。補氯量采用出廠水流量比例與余氯反饋復合環(huán)控制。

該改造項目自2000年10月投入運行以來，出廠水余氯運行穩(wěn)定。一般情況下，補氯量為0.5~1.5ppm，滯后時間約196s。

國內外專家多次實踐證明，初始形成的余氯比以后生成的化合氯更具有明顯的殺菌效能，這表明氯化開始時，氯與水體快速均勻混合異常重要。而泵前加氯，借助于水泵葉輪的高速旋轉，使氯氣快速均勻地擴散至整個水體中，大大縮短了出廠水的氯化消毒過程，一般僅2-5min。因此，泵前補氯，并以出廠水余氯信號作為反饋進行閉環(huán)控制，是確保出廠水余氯穩(wěn)定的較為準確的控制方法。

4解決了濾池與清水池之間跌水問題

任何事物都有它的兩面性，出水堰的設置又使濾池與清水池之間形成“跌水”，而卷帶空氣進入濾后清水。一般情況，并無大礙，但對新安水廠來說，由于設計未考慮一期清水池與二、三期清水池配套運行，造成運行一期清水池時，二、三期清水池運行水面線需降低1.74m，否則一期清水池會溢流。這樣，不僅浪費二、三期清水池調節(jié)容積約2849m3，且降低了二級泵房吸水水位，不節(jié)能，而一期清水池僅1000m3，因此，1996年該廠取消一期清水池。又因二級泵房前未設吸水井，采用吸水母管吸水。因此，一期濾后夾氣清水全部帶進清水泵及出水管。主要產生以下負面影響：

水泵葉輪產生氣蝕；

出廠水部分在線儀表指示波動較大，需在取樣進水管上另裝小型斷流水箱排氣；

影響出廠水計量的準確程度；

增大管網(wǎng)阻力，且易產生水錘現(xiàn)象，嚴重時造成爆管事故。

解決清水夾氣問題，主要是解決跌水問題。2001年11月，新安水廠在一期濾池后增設一緩沖罐（圖2），緩沖罐進水接濾池出水，緩沖罐頂采用DN400管直通大氣，排走夾帶的氣體。緩沖罐出水與二、三期清水池出水管相連，使緩沖罐內水位始終與二、三期清水池一致，而出水處于淹沒出流狀態(tài)。這樣基本解決了一期濾后清水夾氣問題。為了縮短出廠水取樣滯后時間，繼緩沖罐安裝后，我廠隨即取消了出廠水在線儀表前取樣斷流水箱，儀表運行穩(wěn)定。

5實現(xiàn)了回收水泵自控運行

新安水廠回收水泵存在如下問題：

5.1水泵吸入式工作，由底閥引水。一般來說，底閥的嚴密性較差，水泵停運稍長一段時間，又需人工灌水啟動。

5.2水泵由人工視回收水池水位手動啟停，員工勞動強度大。

5.3進出水管路稍小，且底閥阻力大，使水泵達不到額定流量。

該廠首先增設回收水池水位計及回收水泵控制設備，使回收水泵根據(jù)回收水池水位自動啟停，之后又根據(jù)新版《給水排水設計手冊》第九冊專用機械第10.2.2節(jié)有關理論與實例，設計并安裝引水筒（圖3），同時取消底閥，對進出水管道分別加大一級。4年多來，回收水泵完全實行無人操作，并達到了該泵的額定流量，回收水量增加。

6結語

近2年半時間，新安水廠為了滿足安全運行及使用要求，完成了較多的改造項目。每項硬件投資最多不超過10萬元，絕大多數(shù)僅是購買設備或材料，有些是廢管利用，象引水筒、漏斗式投藥擴散管等。但收到的效益是很可觀的，主要表現(xiàn)在：

6.1水廠運行管理水平提高，供水的安全可靠性增加

通過改造，水廠的濾池、投氯等環(huán)節(jié)實現(xiàn)了自控運行，減少了人工操作和人為判斷帶來的影響，水質、水量和供水安全性有較大提高。濾池運行穩(wěn)定，各池運行周期和出水量均勻，水質、水量明顯提高，改造前出廠水濁度大多在1NTU以上，改造后基本保持在0.2～0.5NTU，濾池超負荷50％情況下運行仍然能保證出水水質。改造前管網(wǎng)末梢余氯量波動，常出現(xiàn)不大標情況，改二點投氯為三點投氯后，水廠實現(xiàn)了出廠水流量與余氯反饋復合環(huán)控制，管網(wǎng)末梢余氯量100％合格，大大提高了供水安全性。

6.2員工勞動強度減少

由于水廠投藥量降低，且多個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了全自控運行，員工的勞動強度大大減少。改造后水廠混凝劑投加量由原來每天70包左右降到18包左右。改造前44格虹吸濾池基本靠人工控制反沖，個別濾池過濾周期僅為3～4h，且經(jīng)常出現(xiàn)多個濾池同時反沖的情況；改造后，濾池實現(xiàn)了全自控運行，運行周期穩(wěn)定，通過調控，實現(xiàn)了各濾池依次反沖，反沖強度和質量得到保證。改造前，需根據(jù)出廠水余氯量人工每小時調節(jié)投氯量，改造后實現(xiàn)了復合環(huán)控制，可根據(jù)在線儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調整投氯量。改造前員工一上班便不停地忙于各項手動操作，改造后員工主要職能改為巡視和解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題。

6.3降低制水成本

通過改造，混凝劑投加量由原來地6.8～15ppm降到2.4～3.0ppm，減少了75％，每天生產7萬噸自來水，每年可節(jié)約混凝劑209.5噸，每噸購入價約1850元，每年可節(jié)約藥劑費38.8萬元。而投藥點和投藥方式地改造總投資才幾千元。

改造前投藥量大，濾池運行周期短、反沖頻繁，且各池的產水量不均勻，運行周期長短不一，經(jīng)常出現(xiàn)多格濾池同時反沖的情況，反沖不徹底，造成濾料板結，石英砂濾料每兩年需更新一次，每次更新費用約40萬元。通過改造后，近4年來濾池運行穩(wěn)定，出水水質優(yōu)良，據(jù)觀察，濾料的使用期限可延長至8年左右。

改造前各濾池平均反沖周期為5～6h，改造后基本穩(wěn)定在12～17h，反沖洗水量大大減少，水廠生產自用水由原來的5％降到2～3％。在供水量不變的情況下，每年少取用原水約50萬噸，新安水廠原水購入價約0.85元/噸，每年可節(jié)約原水費近40萬元。另外，由于投藥量減少，排泥量相應減少，由此帶來的環(huán)保效益也是可觀的。

筆者認為，投入較多的資金建成全自動水廠固然好，值班人員大大減少。但一些老水廠和中、小型水廠難以做到。其實，投入適當?shù)馁Y金，對關鍵工藝、關鍵設備進行更新改造，實現(xiàn)關鍵工序自動控制，也是適合我國國情的較好的作法。