應用現代凈水工藝技術取代低產能水處理設備加快高效水務建設的步伐

【摘 要】吉林市水務集團有限公司共有五個自來水廠，其中一水廠始建于一九二七年，迄今已八十三年，其他四個水廠建于上個世紀四十年代至八十年代，供水設備嚴重老化落后，產能低下。為適應城市發展及吉林市140萬用水人口安全高質用水的需要，吉林市水務集團有限公司堅持科學發展觀、解放思想，匯聚民智，在二、三水廠擴建工程中及技改項目中，積極采用先進的現代凈水工藝技術，逐漸取代或淘汰低產能凈水處理設備，成效顯著，加快了高效水務建設的步伐。

【關鍵詞】 節能減排;微渦網格絮凝池;小間距斜板沉淀池;V型濾池;氣電轉換器;二位三通電磁閥;SCADA集散型控制系統

Using the modern water-purifying technology replacing the low efficient water-treating equipments to speed up the construction pace of highly effective water supply

Teng Yong-chun， Wei Wen-zhang

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

【Abstract】Water(Group) CO.LTD of Jilin city has totally five water plants， in which the first water plant has the history of 83 years and the others build in 1940's to 1980's. Therefore， their water-supplying equipments fall behind seriously and the production capacity was low. In order to adapt the requirements of the urban development and the safety and high quality of the 1.4 million residents water， Water(Group) CO.LTD of Jilin cityinsist the scientific development concept， emancipate the mind， adopt opinions from various sources to use positively the modern water-purifying technology to replace or eliminate gradually the low production capacity water-treating equipments. It gets a remarkable result and speeds up the construction pace of highly effective water supply.

【Key words】Energy saving and pollution reducing;Small eddy and grids flocculation pond;small pitch and sloping plates sedimentation pond;V-filter;Gas-electric converter;Two-dimensional and Three-contacts solenoid valve;SCADA distributed control system 

1. 采用現代先進凈水工藝技術，取代或淘汰低產能水處理設備，是高效、優質、安全供水急待解決的問題

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80年代以前低產能的傳統工藝，根據吉林市松花江原水低溫低濁處理難度大的特點，是達不到新水質標準和設計規范要求的，在節能與環保方面也很落后，這種狀態如不盡快解決，會嚴重影響企業的信譽和發展。為擺脫低產能設備的制約，滿足吉林市160平方公里區域內140萬用水人口安全高質用水的需要，公司1998和2006年投產的二、三水廠的擴建工程，經公司與東北市政工程設計研究院認真調研考察，結合松花江原水低溫低濁凈化難度大的特點，設計中采用了法國得V型濾池和國內外先進的數字模擬自動投藥、微渦網格絮凝池、小間距斜板沉淀池、SCADA集散型全流程自動控制系統，并在一水廠老濾池的技術改造中，將閘閥氣動裝置中的氣電轉換器改為二位三通電磁閥等，都收到了優質、環保、快捷、精確、節能減排、經濟效益顯著的效果。可見，采用現代先進凈化工藝技術，取代或淘汰低產能凈水處理設備，是水務行業高效、優質、安全供水急待解決的問題。

2. 實施項目的內容及收到的效果

2.1 工藝流程。原工藝流程見圖1，擴建后工藝流程見圖2。

2.2 項目內容與實施效果。

2.2.1 吉林市的源水系距吉林僅20公里的上游松花湖水庫(庫容108億m³)泄流而來，青苔較多，易造成取水格柵堵塞，取水不暢，影響生產，在二、三水廠擴建工程中，取水增設了旋轉隔網，問題迎刃而解。

2.2.2 多年來吉林市水廠曾使用過三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁等絮凝劑，均屬一般無機鹽絮凝劑，效率低，投量大，易腐蝕管道及設備，因PH值低對人健康不利，制水成本高。1996年公司從深圳引進了聚合氯化鋁生產線，產品達到國家優等品標準，相對密度≥1.27，氧化鋁含量(Al2O3)≥12%，鹽基度為60%，PH值3.5~5.0，屬于高分子高效絮凝劑，適于松花江低溫低濁原水，投量僅為硫酸鋁的30~50%，無須加堿調整出廠水的PH值，對設備和管網無腐蝕，自來水口感好。

2.2.3 投藥與混合。

在二、三水廠擴建工程中，一期工程設計產水量均為10×1.08×104萬m³/d。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。混合方式為管道混合輔以靜態混合器，混合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。

2.2.4 網格絮凝池。

絮凝是混凝沉淀工藝成敗與否的關鍵，本文是從構造與設計參數兩個方面加以論述的。首先，從構造上來看，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。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668 424個，網板用乙丙共聚塑料壓制而成。其次從設計參數的選擇來看，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(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104~105)，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。為后續沉淀工藝創造看有力的條件。

2.2.5 小間距斜板沉淀池。

小間距斜板沉淀池是根據動水力學原理，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80 mm~100mm，三水廠采用25mm，為小間距斜板。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。斜板區面積為861m²，材質為乙丙共聚樹脂。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)，比處理相同水量間距100mm三層斜板的沉淀池的表面負荷值低20%(見表1)。清水區上升流速1.43mm/s，比常規斜板沉淀池清水區上升流速低21%，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。

2.2.6 V型濾池。

(1)V型濾池的引進。

V型濾池的基本形式是由法國得利滿(Degremont)公司開發的一種重力式快濾池。1998年7月1日投產的吉林市二水廠擴建工程引進了法國的V型濾池，設計能力為10萬m³/d。凈化效果明顯好于現有的傳統式濾池，故在三水廠擴建工程中選擇了V型濾池，設計能力為10萬m³/d。經過認真研究消化吸收后，在設計中依據國標GB50013-2006《室外給水設計規范》結合松花江原水水質特點選擇設計參數，并本著優先采用國產設備和材料的原則，對進水系統、配水系統、出水系統和自控系統中的閘閥、溢流堰、反沖洗潛水泵、鼓風機、濾頭、測壓表、流量計、程控儀等均采用國產設備，上馬快，投資少，較進口設備節省建設資金37%。

(2)V型濾池的工作特點及高效節能效果(見表2)。

參照表2中各項數據總結出V型濾池工作特點及高效節能效果:

(1)恒水位等速過濾。濾池出水閥隨水位變化不斷調節開啟度，池內水位在整個過濾周期內保持不變，濾池不出現負壓，不產生氣阻，整個池面始終處于均衡工作狀態，運行穩定。

(2)采用均粒石英砂濾料，濾層厚度比普通濾池厚，為1150mm，普通快濾池濾料層厚700 mm，故截污量大、濾速高、水質好、過濾周期長。正常濾速為8~10m/h(普通快濾池為7~9 m/h)，水質濁度一般達 0.5NTU以下，(普通快濾池為3NTU以下)，過濾周期一般為48小時(普通快濾池為16小時)。

(3)V型進水槽(沖洗時兼做表面掃洗水槽)和排水槽沿池長方向布置，單池面積大時，有利布水均勻，其單池面積為普通快濾池3～5倍，適于大中型水廠，可節省閘門和儀表1/5~1/3，降低工程造價，便于維護管理。

(4)承托層較薄(50mm~100mm)普通快濾池為450mm~600mm，便于施工和維護，節省材料費用。

(5)采用空氣、空氣加水、水、表面掃洗四種反沖洗方式，提高了沖洗效果并節水、節電、減排。經統計，節水91%、節電87.5%、減少反沖洗排水85%(以上三個百分數計算依據是普通快濾池單池面積25m²，反沖洗泵配套電機功率為75KW，反沖洗強度為13L/㎡S，每池一次沖洗歷時8分鐘;V型濾池反沖洗潛水泵電機功率30KW，鼓風機電機功率45KW)。

(6)沖洗時濾層保持微膨脹狀態，避免砂粒間的磨損和跑砂現象，既防止濾膜損壞又延長濾料的使用年限。

(7)與前置混凝沉淀工藝銜接順暢，配套默契，較傳統工藝降低混凝劑投量41%。

(8)自動控制，無人值班，只經常有人巡查即可，節省人力75%。

(9)按GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》要求，出廠水質全面達標。

2.2.7 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。

2.2.8 我公司一水廠現有已使用60余年的普通快濾池18座，共72個電動閘門安裝在潮濕狹窄的管廊里，電氣元件腐蝕嚴重，經常燒電機，后來將電動閘門改成氣動閘門，情況稍有好轉，但改造后每個閘門都有一個叫做氣電轉換器的配件也因潮濕經常損壞，致使事故頻生，既影響安全生產，又須花費大量維修費;后經技術人員與維修工人反復研究，幾經周折和努力，將氣電轉換器改換成二位三通電磁閥，成功地應用新技術改造老設備，每年節省電費、材料費、維修費20.6萬元，保證了濾池的安全運行，收到了事半功倍的效果。

綜上所述，吉林市水務集團有限公司這個老供水企業，面對供水設備嚴重老化落后、產能低下、難以完成高質安全的供水任務的困難局面，堅持科學發展觀，解放思想，匯聚民智，在水廠擴建和技術改造中，采用先進的現代工藝技術，逐漸取代和淘汰低產能水處理設備，成效顯著，加快了高效水務建設的步伐。

[文章編號]1619-2737(2010)06-02-116

[作者簡介]滕永春，吉林市水務集團有限公司 人力資源部部長，大學本科，學士學位;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。