吉林市三水廠擴建工程凈化工藝應用實踐

【摘 要】吉林市三水廠在擴建工程中，采用了國外的V型濾池、國內的微渦網格絮凝池、小間距斜板沉淀池、全流程自動控制等先進的凈化與自動化設備，工程投產以來，運行穩定，出水水質優良，達到了事半功倍的效果，取得了明顯的社會經濟效益，確保了高效、安全供水。

【關鍵詞】靜態混合器;表面負荷;SCADA集散型控制系統;節能減排

Water treatment practice in the third Water works expansion project

Wang Li-ping，Wei Wen-zhang

(Water (Group) CO.LTD of jilin city Jilin Jilin 132011)

【Abstract】In the expansion project of the third waterworks in jilin city， we use the foreign V filter、the microvortex network flocculation tank ，minimum separable sloping plate setting tank、whole process leaking such advanced automatic control of purification and automation equipment. Project operation， stable operation， good water quality and water to the twice the result with half the effort， made significant social and economic benefits， and ensure the efficient safe water.

【Key words】Static mixer; Surface load; SCADA distributed control system; Energy conservation and emission reduction

1. 采用先進凈化工藝技術是高效、優質、安全供水的關鍵

隨著國民經濟飛速發展和構建和諧社會的需要，近年來國家對自來水的質量要求越來越高，比如2007年7月1日實施的GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》比舊標準GB5749-85《生活飲用水衛生標準》的檢測項目多72項(新標準107項，舊標準35項)，并且新標準的要求更為嚴格。就渾濁渡這項指標來說，新標準要求小于1~3NTU，舊標準要求小于3~5mg/L(相當于提高6~10NTU)，即新標準對自來水渾濁度的要求應好于舊標準的6~10倍。吉林市水務集團雖經幾次改造，凈化設備仍屬20世紀90年代以前低產能的傳統工藝，達不到新的水質標準和設計規范要求，在節能和環保方面也很落后。為滿足吉林市城市發展和居民安全高質用水的需要，公司從2002年至2006年進行了三水廠擴建工程，經與東北市政工程設計研究院認真調研考察，結合吉林市松花江原水低溫低濁水質凈化難度大的特點，設計中采用了快速混合、紊流多微渦反應、小間距斜板淺池沉淀、恒水位等速過濾V型濾池等先進工藝技術，收到了水質好、節能減排、節省人力的好效果，開辟了水質全面達標的新路子。因篇幅所限，在此僅就微渦網格反應與小間距斜板沉淀相匹配的絮凝沉淀工藝、全流程自動控制工藝的應用實踐概況淺析于下。

2. 微渦網格絮凝池與小間距斜板沉淀池的應用

2.1 絮凝沉淀設備的構造。

三水廠擴建工程凈化系統的設計規模為20×1.08×10.4m³/d，其中一期工程10×1.08×10.4m³/d.混凝、沉淀工藝由加藥——管道混合與靜態混合器、微渦網格絮凝池、小間距斜板沉淀池三大部分組成，總平面尺寸為54m×42m。

2.1.1 管道混合與靜態混合器?；旌瞎艿罏?0米長的DN900鋼管，其中包括長4米安裝6組葉片的靜態混合器。

2.1.2 網格絮凝池。由于池高適當，網格絮凝池與斜板沉淀池合建，共分兩個系統，每個系統分兩格。整個絮凝池由若干個豎井、孔洞和網板組成。(1)豎井。每個系統的網格絮凝池由49個方格豎井組成，加藥混合后的原水先進入第1個總豎井，而后水流一分為二，分流到兩側的其余48個豎井中。48個豎井按流速和停留時間又分為三個區段，每個區段豎井的方格尺寸各異，并依次逐個增大。第一區段和第三區段36格，第二區段24格。(2)孔洞。每個豎井的側壁留有孔洞，三個區段孔洞尺寸各異，呈逐漸增大趨勢。進水水流通過預留孔洞按照流速漸減的規律，從一格流向下一格，上下交錯流動，直至出口。(3)網板。為形成良好的微渦反應，在三個區段豎井的不同深度共安裝360片網板，其中第一區段144片，第二區段120片，第三區段96片。每片網板上分布若干個網眼，網眼尺寸為80mm×80mm，100mm×100mm，120mm×120mm，三個區段網眼總數為668424個，網板用乙丙共聚塑料壓制而成。網格絮凝池的幾何尺寸單格為19.7m×15.1m×6.2m，為鋼筋混凝土結構。

2.1.3 小間距斜板沉淀池。池體的幾何尺寸為29m×15.1m×5.4m，為鋼筋混凝土結構。小間距斜板沉淀池由布水、進水、沉淀、清水、出水、排泥6個系統組成。布水系統由絮凝池后部的過渡區與布水花墻組成;進水區即斜板區下部至排泥區中間的廣大空間;沉淀系統即斜板區，面積為861m²，斜板間距為25mm，材質為乙丙共聚樹脂;清水系統即斜板區至出水區之間的空間;出水系統由40個齒形集水堰槽(材質為不銹鋼)和2個集水渠組成，將沉淀后的清水傳輸至濾池過濾;排泥系統位于沉淀池底部，由8臺GNS型雙鋼絲繩牽引式刮泥機、52個氣動刀形快開閥和排泥槽組成。

2.2 工作原理。

2.2.1 混合設備。混合的作用是使藥劑迅速均勻地擴散于水中，以創造良好的水解和聚合條件。混凝設備根據所采用的絮凝劑品種，使藥劑與水進行恰當的急劇、充分混合，通常用時間與流速控制，一般混合時間為10~60s，流速為0.8 m/s~1.0m/s。

2.2.2 網格絮凝池。絮凝也叫反應，其作用是經過藥劑與原水快速混合后形成的無數凝聚微粒在具有良好的化學與水力條件下，通過分子間的雙電層作用和接觸架橋作用形成具有良好沉淀性能的大的絮凝體(礬花)，以便進入沉淀池沉淀。這一過程是以流速漸減的方式進行的。絮凝的質量通常用流速、流速梯度(G值)、反應時間(T)和GT值控制。一般G=20～70s.-1，GT=10.4~10.5(無因次)，T=12~20min。網格的作用是增加微渦數量，調整流態，形成良好的漸減反應環境。

2.2.3 小間距斜板沉淀池。根據動水力學原理，有兩個參數與沉淀效果有關，一是雷諾數Re=VR/ν，二是弗勞德數Fγ=V.2/Rg，式中V表示水平流速，R表示水力半徑，ν表示水的運動粘滯系數，g表示重力加速度。在沉淀池中通常要求降低雷諾數使流態成為層流以利于顆粒沉降，提高弗勞德數，水流對溫差、渾水、風浪等影響抵抗能力強，使沉淀池中的流型保持穩定。由雷諾數Re和弗勞德數Fγ的計算公式可見，降低雷諾數和提高弗勞德數的有效措施是減小水力半徑，斜板沉淀池就能達到這一目的，斜板間距越小，效果越好，斜板起到了整流作用。規范規定斜板間距為80mm~100mm，三水廠采用25mm，為小間距斜板。

2.3 混凝沉淀設備工作特點。

投藥與混和。混凝劑為液態聚合鋁(PAC)，采用數字模擬自動投藥系統即采用隔膜計量泵投加藥劑。加藥系統以原水流量、水質濁度為前饋信號，按比例調節投藥量;以水下攝像FCD等效直徑值為中饋信號，以沉淀池出水濁度為后饋信號，對投藥量進行微調。混和時間為規范值的下限10.2s，流速為0.98m/s，時間短，速度快，效果好。

網格絮凝池。在設計中根據吉林松花江原水低溫低濁處理難的特點對網格絮凝池的一些設計參數作了調整，一是大幅度提高了豎井、孔洞和過網流速，豎井一檔流速規范值為0.14~0.12m/s，實際為0.29 m/s，提高107%，二檔規范為0.12m/s，實際0.16 m/s，提高33%(規范指GB50013-2006室外給水設計規范)。孔洞一檔流速提高了120%，二檔提高了160%，三檔提高了90%，過網流速一檔提高了103%，二檔提高了44%。二是將反映時間延長了6.9 min~14.9min(實際反應時間為26.9min，規范是12~20min)。三是網格網眼總數高達近67萬個，龐大的微渦數加強了水分子與絮凝劑分子接觸碰撞機會，加快了絮凝。四是絮凝參數GT值為54069(規范為10.4~10.5)，處中間狀態，礬花形成的強度高，穩定性好，水下攝像顯示絮凝效果較佳。

小間距斜板。沉淀池表面負荷5.23 m³/hm²，接近規范下限值(規范5.0~9.0 m³/ m²h)，清水區上升流速1.43mm/s，比二水廠斜板沉淀池清水區上升流速低21%(二水廠為1.81mm/s)，凈化效果比二水廠好。沉后水質好，去濁率高達98%，沉后濁度最低達0.5NTU，平均1.4NTU，比三水廠舊系統低82%，大大減輕了后續構筑物濾池的負擔。排泥采用刮泥機與氣動快開刀閘相結合方式，周期長、濃度高、快捷、徹底、排水量小，較舊系統節水34%。網格絮凝池形成60多萬個主微渦和無數個小微渦，蘊藏著巨大的反應能量。排泥周期長，為48小時，比舊系統提高1倍，減少自用水量。此外，新系統較舊系統節電69%，節藥41%，節省人力87.5%，且自控程度高、屏幕顯示直觀大方、科學、安全(新舊絮凝沉淀系統主要技術參數對比詳見表1)。

3. 水廠在生產運行中實現全流程自動控制

自動控制系統本著:“技術先進、經濟實用、安全可靠、質量優良”的設計原則，并為遠期發展、公司的供水調度系統及Internet的銜接留有接口。為防止因技術產品使用時間較長趨于落后，易被淘汰而給水廠后期擴充留下隱患，以滿足水廠和管理為前提，盡可能采用成熟可靠的最新產品。該系統由深圳市貝爾自動化技術有限公司設計，采用當今國內外最先進的自動化技術及設備搭建的，經過四年多的生產運行，該系統達到了“技術先進、經濟實用、安全可靠、質量優良”的設計標準，實現了全流程自動化控制與管理，因篇幅有限，在此不再贅述。

綜上所述，吉林市水務集團有限公司在三水廠擴建工程中，踐行科學發展觀，發揮工程技術人員的作用，根據吉林松花江低溫低濁原水難處理的特點，采用了國外的V型濾池，國內的微渦網格絮凝池，小間距斜板沉淀池、全流程自動控制等先進的凈化與自動化設備。工程投產以來運行穩定，按GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》要求，水質全面達標，經過四年來的運行驗證，這套凈化工藝的除濁、除色、除鐵、除錳、除毒理學指標、降低耗氧量等效果比擴建前更顯著(見表2)，達到了事半功倍的效果，取得了明顯的社會經濟效益，確保了高效、安全供水。

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[文章編號]1006-7619(2010)07-19-156

[作者簡介] 王麗萍，吉林市水務集團有限公司客戶服務中心工程師，監理工程師，90年畢業于大連職工大學給排水專業，有較高的技術水平，業務純熟。魏文章，吉林市水務集團有限公司董事長總經理技術顧問、高級工程師 。