黃宇萍 蔡同辛 (湛江市自來水公司)
黃毅軒 陸細華 (順德科力給排水工程公司)

　　湛江赤坎水廠利用國內外先進技術和設備對落后工藝進行技術改造，使之達到可靠、優質、高效的要求，使技術落后的水廠變為自動化控制的現代水廠。
　　該水廠始建于1971年，水源為赤坎水庫，經四次擴建后，供水能力達10×10⁴m³/d。生產工藝除第4次擴建采用孔室反應—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，投藥及水泵運行完全由人工控制，設備和工藝都很落后。80年代以來，水庫污染日益加劇，原水富營養化嚴重，藻類大量繁殖，水質已下降為Ⅲ、Ⅳ類，水廠出水水質大多達不到國家標準，水量也不能滿足該區人口和經濟發展的需要。1995年市政府決定對該廠進行擴建改造，要求工程完成后達到可靠(不間斷供水)、優質(出廠水質可比項目達到歐盟標準)、高效(物耗低)的目的。

1 擴建改造總體方案

　　工程總規模為20×10⁴m³/d，由三部分組成：
　　① 引水工程：從7.4 km外的青年運河干渠直接引入運河水(水質為Ⅱ類)，避開水庫的污染。
　　② 擴建工程：把原第1、2、3、4系列的建(構)筑物全部拆除，清理出場地，新建生產能力為15×10⁴m³/d的網格反應池、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。
　　③ 改造工程：新系列投產之后，對原第5系列的反應、沉淀、過濾池進行必要的技術改造并使其達到自動化控制的要求。原一、二級泵房在第4次擴建時已按20×10⁴m³/d設計，在擴建工程的同時對其進行自動化改造。鑒于原設計存在一些問題，為使其水質與新建系列一致，改造后按5×10⁴m³/d運行。
　　水廠擴建和改造兩部分的實際投資為7500萬元人民幣，其中引進外國設備技術172萬美元(折合人民幣1430萬元)。該廠投入自動化運行一年多的實踐表明，工程達到可靠、優質、高效的要求，取得了較好的效益。

2 實現水廠自動化

　　水廠自動化的主要目的不是節省勞動力，而是實現可靠、優質、高效的保證。生產過程的自動檢測、調整、控制和事故報警可保證設備在規定狀態下運行，防范事故于未然，實現不間斷的可靠供水；投藥、過濾、消毒等工藝過程實施閉環控制，可以隨著水量、水質的變化及時調整工藝參數，保證出水水質達標；出廠水壓自動調整，能保證穩定的服務水壓，減少爆管和漏失水量；生產過程的優化運行大大減少了水、氣、電和各種藥劑的浪費，達到低耗高效。
　　根據水廠各車間(站)地域分布集中、對響應時間和控制精度要求較低的特點，選擇了結構簡單、性能可靠、組網容易、價格便宜的PC+PLC系統，采取機旁、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絡。每個子站配一臺PLC，既可控制站內設備，又可與其它子站通訊，中央控制室負責全廠設備統一控制、調動。
　　① 濾池控制PLC：傳統V型濾池是每格濾池用一臺PLC控制運行，再用一臺公共PLC控制整組濾池的反沖洗(分布式)。現在采用集中控制，一臺PLC不僅控制各格濾池運行，也同時控制整組濾池反沖洗，既簡化結構，又節省投資。
　　② 濾池控制閥門：氣動蝶閥需要一套壓縮空氣系統和配氣系統作為動力氣源。電動蝶閥則很簡單，但啟閉時間長(約100s)，導致反沖洗耗時增大。故在條件許可情況下采用氣動蝶閥較好。
　　③ 濾池進水閥門：傳統V型濾池使用閘板閥。該閥價格較高、密封性較差且不美觀。用可調蝶閥代替。
　　④ SCD：由于加藥間已有PLC統一控制，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。電機的頻率和泵的沖程則分別由原水流量和SC值閉環控制。
　　⑥ 石灰投加系統：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，貯斗進料部分選用國外密封式倒袋機，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(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值閉環控制。
　　⑦ 流量計：就水廠計量而言，電磁流量計(±0.5%)、超聲波流量計(±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，大口徑用超聲波流量計。舊式超聲波流量計用模擬信號處理技術，抗環境干擾能力弱，輸出信號不穩定，流量曲線頻繁上下顫動，既影響計量又影響投藥控制，全數字信號處理技術有效地彌補了上述缺陷。
　　⑧ 壓差計：濾池的水頭一般在30kPa以內且較穩定。但氣水反沖洗時瞬間沖擊壓力可達此值的數倍，容易導致壓差計內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、瓷質膜片耐用。此外，壓差計價格昂貴，也可用普通壓力計代替(與濾池池面的水位計共同工作)。
　　⑨ 儀表：測定加藥后水質參數儀表的取樣點既要設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十分明顯，故應在緊靠充分混合點處取樣，并盡可能縮短取樣點至傳感器之間的采樣管長度，削弱時間效應的影響，提高測定、控制的靈敏度。但各水質監測儀表的位置又不宜太分散，可按現場情況適當集中以便日常管理。取樣管口應插入管道內1/4直徑處。不同量程的超聲波水位計，由于聲波頻率不同而要求不同的盲區，故要把其探頭安裝在最高水位之上的相應距離處。
　　⑩ 壓縮空氣配氣系統：空壓機的使用壽命與其累計工作時間和啟動頻度有關。減少配氣系統的泄漏可延長空壓機的壽命。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)和優質氣閥組成的配氣系統可大大減少泄漏。

3 老系列改造

　　新系列投產后，對原有的第5系列進行必要的改造，使其出水水質能與新的要求相適應，運行控制實現自動化。

3.1 雙閥濾池
　　雙閥指反沖洗進水閥(氣動蝶閥)和進水鴨舌閥，過濾用鐘罩式虹吸管和恒水位器控制。進水鴨舌閥要求反沖排水槽高置(槽頂至砂面達1.55m)，導致反沖耗水量大，稍大的污泥塊很難排出，在濾層內形成泥球。該閥本身密封性甚差，反沖時依然有大量待濾水進入濾池排掉，虹吸鐘罩在濾池停運后重新啟動困難。管廊設計不合理，反沖進水管頂到管廊樓板底只有1.45m(至梁底只有0.75m)，通風透光差，陰暗潮濕，安裝、維修不便，實現自動化也比較困難，所以對該池進行了比較大的改造。
　　① 為提高反沖效果、節約沖洗用水，池型由雙閥濾池改為氣水反沖洗濾池；沖洗強度按V型濾池不膨脹沖洗要求，即q_a=15L/(m²·s)，q_w=5L/(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；用閘板閥代替原進水鴨舌閥。
　　③ 用可調蝶閥代替原出水虹吸管；排水槽重新分格，并新設排水蝶閥；降低反沖進水管高度，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、鼓風機房(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、二級泵房各設一個PLC分控站。改造后的一、二級泵房控制系統具有以下功能：
　　① 啟動水泵前能根據一、二級泵房吸水井的水位，自動判斷是否需要啟動真空系統，如需啟動則可自動完成整個抽真空過。
　　② 每臺機組在啟動和運行過程中，能實時監測電機的三相電流是否平衡、是否過載運行、是否缺相運行、是否空載運行，并根據運行情況自動采取必要的保護措施：報警或停機。
　　③ 二級泵房變頻調速系統通過PLC調節電機轉速，保證出廠水壓穩定在設定范圍之內。
　　要實現泵房全自動控制，從程序設計的角度而言是完全可能的。關鍵是要增加投資更換其真空系統和配電系統，提高可靠性。
　　老系列改造后的運行情況表明，在出水水質和自動化控制方面，工程已達到了預期的目標。

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　　(收稿日期 1998-11-16)