該水廠始建于1971年，水源為赤坎水庫，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，水庫污染日益加劇，原水富營養(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，對原第5系列的反應(yīng)、沉淀、過濾池進(jìn)行必要的技術(shù)改造并使其達(dá)到自動化控制的要求。原一、二級泵房在第4次擴(kuò)建時已按20×104m3/d設(shè)計(jì)，在擴(kuò)建工程的同時對其進(jìn)行自動化改造。鑒于原設(shè)計(jì)存在一些問題，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7 500萬元人民幣，其中引進(jìn)外國設(shè)備技術(shù)172萬美元(折合人民幣1 430萬元)。該廠投入自動化運(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)水廠自動化

水廠自動化的主要目的不是節(jié)省勞動力，而是實(shí)現(xiàn)可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的保證。生產(chǎn)過程的自動檢測、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、過濾、消毒等工藝過程實(shí)施閉環(huán)控制，可以隨著水量、水質(zhì)的變化及時調(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、對響應(yīng)時間和控制精度要求較低的特點(diǎn)，選擇了結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、組網(wǎng)容易、價格便宜的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個分控站組成一個控制網(wǎng)絡(luò)。每個子站配一臺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。

①　濾池控制PLC：傳統(tǒng)V型濾池是每格濾池用一臺PLC控制運(yùn)行，再用一臺公共PLC控制整組濾池的反沖洗(分布式)�，F(xiàn)在采用集中控制，一臺PLC不僅控制各格濾池運(yùn)行，也同時控制整組濾池反沖洗，既簡化結(jié)構(gòu)，又節(jié)省投資。

②　濾池控制閥門：氣動蝶閥需要一套壓縮空氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)作為動力氣源。電動蝶閥則很簡單，但啟閉時間長(約100 s)，導(dǎo)致反沖洗耗時增大。故在條件許可情況下采用氣動蝶閥較好。

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型代替價格較高的5200型，但一定要帶自清洗裝置，以便定時對探頭進(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，比舊型號的硬接觸大大延長了壽命。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)用模擬信號處理技術(shù)，抗環(huán)境干擾能力弱，輸出信號不穩(wěn)定，流量曲線頻繁上下顫動，既影響計(jì)量又影響投藥控制，全數(shù)字信號處理技術(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間。原水投礬后，其流動電流值時間效應(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度，削弱時間效應(yīng)的影響，提高測定、控制的靈敏度。但各水質(zhì)監(jiān)測儀表的位置又不宜太分散，可按現(xiàn)場情況適當(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)工作時間和啟動頻度有關(guān)。減少配氣系統(tǒng)的泄漏可延長空壓機(jī)的壽命。絲扣連接的鍍鋅管氣密性差，用無縫鋼管(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)自動化。

3.1　雙閥濾池

雙閥指反沖洗進(jìn)水閥(氣動蝶閥)和進(jìn)水鴨舌閥，過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)自動化也比較困難，所以對該池進(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、二級泵房改造

泵房改造采用集中控制方案，一、二級泵房各設(shè)一個PLC分控站。改造后的一、二級泵房控制系統(tǒng)具有以下功能：

①　啟動水泵前能根據(jù)一、二級泵房吸水井的水位，自動判斷是否需要啟動真空系統(tǒng)，如需啟動則可自動完成整個抽真空過程。

②　每臺機(jī)組在啟動和運(yùn)行過程中，能實(shí)時監(jiān)測電機(jī)的三相電流是否平衡、是否過載運(yùn)行、是否缺相運(yùn)行、是否空載運(yùn)行，并根據(jù)運(yùn)行情況自動采取必要的保護(hù)措施：報(bào)警或停機(jī)。

③　二級泵房變頻調(diào)速系統(tǒng)通過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)和自動化控制方面，工程已達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
 

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