应用现代净水工艺技术取代低产能水处理设备加快高效水务建设的步伐

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  【摘 要】吉林市水务集团有限公司共有五个自来水厂,其中一水厂始建于一九二七年,迄今已八十三年,其他四个水厂建于上个世纪四十年代至八十年代,供水设备严重老化落后,产能低下。为适应城市发展及吉林市140万用水人口安全高质用水的需要,吉林市水务集团有限公司坚持科学发展观、解放思想,汇聚民智,在二、三水厂扩建工程中及技改项目中,积极采用先进的现代净水工艺技术,逐渐取代或淘汰低产能净水处理设备,成效显著,加快了高效水务建设的步伐。
  【关键词】 节能减排;微涡网格絮凝池;小间距斜板沉淀池;V型滤池;气电转换器;二位三通电磁阀;SCADA集散型控制系统
  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. 采用现代先进净水工艺技术,取代或淘汰低产能水处理设备,是高效、优质、安全供水急待解决的问题
  随着国民经济飞速发展和构建和谐社会的需要,近年来国家对自来水的质量要求越来越高,比如2007年7月1日实施的GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》比旧标准GB5749-85《生活饮用水卫生标准》的检测项目多72项(新标准107项,旧标准35项),并且新标准的要求更为严格。就浑浊渡这项指标来说,新标准要求小于1~3NTU,旧标准要求小于3~5mg/L(相当于提高6~10NTU),即新标准对自来水浑浊度的要求应好于旧标准的6~10倍。吉林市水务集团虽经几次改造,净化设备仍属20世纪80年代以前低产能的传统工艺,根据吉林市松花江原水低温低浊处理难度大的特点,是达不到新水质标准和设计规范要求的,在节能与环保方面也很落后,这种状态如不尽快解决,会严重影响企业的信誉和发展。为摆脱低产能设备的制约,满足吉林市160平方公里区域内140万用水人口安全高质用水的需要,公司1998和2006年投产的二、三水厂的扩建工程,经公司与东北市政工程设计研究院认真调研考察,结合松花江原水低温低浊净化难度大的特点,设计中采用了法国得V型滤池和国内外先进的数字模拟自动投药、微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池、SCADA集散型全流程自动控制系统,并在一水厂老滤池的技术改造中,将闸阀气动装置中的气电转换器改为二位三通电磁阀等,都收到了优质、环保、快捷、精确、节能减排、经济效益显著的效果。可见,采用现代先进净化工艺技术,取代或淘汰低产能净水处理设备,是水务行业高效、优质、安全供水急待解决的问题。
  2. 实施项目的内容及收到的效果
  2.1 工艺流程。原工艺流程见图1,扩建后工艺流程见图2。
  2.2 项目内容与实施效果。
  2.2.1 吉林市的源水系距吉林仅20公里的上游松花湖水库(库容108亿m3)泄流而来,青苔较多,易造成取水格栅堵塞,取水不畅,影响生产,在二、三水厂扩建工程中,取水增设了旋转隔网,问题迎刃而解。
  2.2.2 多年来吉林市水厂曾使用过三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝等絮凝剂,均属一般无机盐絮凝剂,效率低,投量大,易腐蚀管道及设备,因PH值低对人健康不利,制水成本高。1996年公司从深圳引进了聚合氯化铝生产线,产品达到国家优等品标准,相对密度≥1.27,氧化铝含量(Al2O3)≥12%,盐基度为60%,PH值3.5~5.0,属于高分子高效絮凝剂,适于松花江低温低浊原水,投量仅为硫酸铝的30~50%,无须加碱调整出厂水的PH值,对设备和管网无腐蚀,自来水口感好。
  
  2.2.3 投药与混合。
  在二、三水厂扩建工程中,一期工程设计产水量均为10×1.08×104万m3/d。混凝剂为液态聚合铝(PAC),采用数字模拟自动投药系统即采用隔膜计量泵投加药剂。加药系统以原水流量、水质浊度为前馈信号,按比例调节投药量;以水下摄像FCD等效直径值为中馈信号,以沉淀池出水浊度为后馈信号,对投药量进行微调。混合方式为管道混合辅以静态混合器,混合时间为规范值的下限10.2s,流速为0.98m/s,时间短,速度快,效果好。
  2.2.4 网格絮凝池。
  絮凝是混凝沉淀工艺成败与否的关键,本文是从构造与设计参数两个方面加以论述的。首先,从构造上来看,网格絮凝池的几何尺寸单格为19.7m×15.1m×6.2m,为钢筋混凝土结构。由于池高适当,网格絮凝池与斜板沉淀池合建,共分两个系统,每个系统分两格。整个絮凝池由若干个竖井、孔洞和网板组成。(1)竖井。每个系统的网格絮凝池由49个方格竖井组成,加药混合后的原水先进入第1个总竖井,而后水流一分为二,分流到两侧的其余48个竖井中。48个竖井按流速和停留时间又分为三个区段,每个区段竖井的方格尺寸各异,并依次逐个增大。第一区段和第三区段36格,第二区段24格。(2)孔洞。每个竖井的侧壁留有孔洞,三个区段孔洞尺寸各异,呈逐渐增大趋势。进水水流通过预留孔洞按照流速渐减的规律,從一格流向下一格,上下交错流动,直至出口。(3)网板。为形成良好的微涡反应,在三个区段竖井的不同深度共安装360片网板,其中第一区段144片,第二区段120片,第三区段96片。每片网板上分布若干个网眼,网眼尺寸为80mm×80mm,100mm×100mm,120mm×120mm,三个区段网眼总数为668 424个,网板用乙丙共聚塑料压制而成。其次从设计参数的选择来看,在设计中根据吉林松花江原水低温低浊处理难的特点对网格絮凝池的一些设计参数作了调整,一是大幅度提高了竖井、孔洞和过网流速,竖井一档流速规范值为0.14~0.12m/s,实际为0.29 m/s,提高107%,二档规范为0.12m/s,实际0.16 m/s,提高33%(规范指GB50013-2006室外给水设计规范)。孔洞一档流速提高了120%,二档提高了160%,三档提高了90%,过网流速一档提高了103%,二档提高了44%。二是将反映时间延长了6.9 min~14.9min(反应时间为26.9min,规范是12~20min)。三是网格网眼总数高达近67万个,庞大的微涡数加强了水分子与絮凝剂分子接触碰撞机会,加快了絮凝。四是絮凝参数GT值为54069(规范为104~105),处中间状态,矾花形成的强度高,稳定性好,水下摄像显示絮凝效果较佳。为后续沉淀工艺创造看有力的条件。
  2.2.5 小间距斜板沉淀池。
  小间距斜板沉淀池是根据动水力学原理,有两个参数与沉淀效果有关,一是雷诺数Re=VR/ν,二是弗劳德数Fγ=V2/Rg,式中V表示水平流速,R表示水力半径,ν表示水的运动粘滞系数,g表示重力加速度。在沉淀池中通常要求降低雷诺数使流态成为层流以利于颗粒沉降,提高弗劳德数,水流对温差、浑水、风浪等影响抵抗能力强,使沉淀池中的流型保持稳定。由雷诺数Re和弗劳德数Fγ的计算公式可见,降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径,斜板沉淀池就能达到这一目的,斜板间距越小,效果越好,斜板起到了整流作用。规范规定斜板间距为80 mm~100mm,三水厂采用25mm,为小间距斜板。池体的几何尺寸为29m×15.1m×5.4m,为钢筋混凝土结构。小间距斜板沉淀池由布水、进水、沉淀、清水、出水、排泥6个系统组成。斜板区面积为861m2,材质为乙丙共聚树脂。沉淀池表面负荷5.23 m3/hm2,接近规范下限值(规范5.0~9.0 m3/ m2h),比处理相同水量间距100mm三层斜板的沉淀池的表面负荷值低20%(见表1)。清水区上升流速1.43mm/s,比常规斜板沉淀池清水区上升流速低21%,沉后水质好,去浊率高达98%,沉后浊度最低达0.5NTU,平均1.4NTU,比三水厂旧系统低82%,大大减轻了后续构筑物滤池的负担。排泥采用刮泥机与气动快开刀闸相结合方式,周期长、浓度高、快捷、彻底、排水量小,较旧系统节水34%。网格絮凝池形成60多万个主微涡和无数个小微涡,蕴藏着巨大的反应能量。排泥周期长,为48小时,比旧系统提高1倍,减少自用水量。此外,新系统较旧系统节电69%,节药41%,节省人力87.5%,且自控程度高、屏幕显示直观大方、科学、安全。
  2.2.6 V型滤池。
  (1)V型滤池的引进。
  V型滤池的基本形式是由法国得利满(Degremont)公司开发的一种重力式快滤池。1998年7月1日投产的吉林市二水厂扩建工程引进了法国的V型滤池,设计能力为10万m3/d。净化效果明显好于现有的传统式滤池,故在三水厂扩建工程中选择了V型滤池,设计能力为10万m3/d。经过认真研究消化吸收后,在设计中依据国标GB50013-2006《室外给水设计规范》结合松花江原水水质特点选择设计参数,并本着优先采用国产设备和材料的原则,对进水系统、配水系统、出水系统和自控系统中的闸阀、溢流堰、反冲洗潜水泵、鼓风机、滤头、测压表、流量计、程控仪等均采用国产设备,上马快,投资少,较进口设备节省建设资金37%。
  (2)V型滤池的工作特点及高效节能效果(见表2)。
  
  参照表2中各项数据总结出V型滤池工作特点及高效节能效果:
  (1)恒水位等速过滤。滤池出水阀随水位变化不断调节开启度,池内水位在整个过滤周期内保持不变,滤池不出现负压,不产生气阻,整个池面始终处于均衡工作状态,运行稳定。
  (2)采用均粒石英砂滤料,滤层厚度比普通滤池厚,为1150mm,普通快滤池滤料层厚700 mm,故截污量大、滤速高、水质好、过滤周期长。正常滤速为8~10m/h(普通快濾池为7~9 m/h),水质浊度一般达 0.5NTU以下,(普通快滤池为3NTU以下),过滤周期一般为48小时(普通快滤池为16小时)。
  (3)V型进水槽(冲洗时兼做表面扫洗水槽)和排水槽沿池长方向布置,单池面积大时,有利布水均匀,其单池面积为普通快滤池3~5倍,适于大中型水厂,可节省闸门和仪表1/5~1/3,降低工程造价,便于维护管理。
  (4)承托层较薄(50mm~100mm)普通快滤池为450mm~600mm,便于施工和维护,节省材料费用。
  (5)采用空气、空气加水、水、表面扫洗四种反冲洗方式,提高了冲洗效果并节水、节电、减排。经统计,节水91%、节电87.5%、减少反冲洗排水85%(以上三个百分数计算依据是普通快滤池单池面积25m2,反冲洗泵配套电机功率为75KW,反冲洗强度为13L/㎡S,每池一次冲洗历时8分钟;V型滤池反冲洗潜水泵电机功率30KW,鼓风机电机功率45KW)。
  (6)冲洗时滤层保持微膨胀状态,避免砂粒间的磨损和跑砂现象,既防止滤膜损坏又延长滤料的使用年限。
  (7)与前置混凝沉淀工艺衔接顺畅,配套默契,较传统工艺降低混凝剂投量41%。
  (8)自动控制,无人值班,只经常有人巡查即可,节省人力75%。
  (9)按GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》要求,出厂水质全面达标。
  
  2.2.7 水厂在生产运行中实现全流程自动控制。
  自动控制系统本着:“技术先进、经济实用、安全可靠、质量优良”的设计原则,并为远期发展、公司的供水调度系统及Internet的衔接留有接口。为防止因技术产品使用时间较长趋于落后,易被淘汰而给水厂后期扩充留下隐患,以满足水厂和管理为前提,尽可能采用成熟可靠的最新产品。该系统由深圳市贝尔自动化技术有限公司设
  计,采用当今国内外最先进的自动化技术及设备搭建的,经过四年多的生产运行,该系统达到了“技术先进、经济实用、安全可靠、质量优良”的设计标准,实现了全流程自动化控制与管理,因篇幅有限,在此不再赘述。
  2.2.8 我公司一水厂现有已使用60余年的普通快滤池18座,共72个电动闸门安装在潮湿狭窄的管廊里,电气元件腐蚀严重,经常烧电机,后来将电动闸门改成气动闸门,情况稍有好转,但改造后每个闸门都有一个叫做气电转换器的配件也因潮湿经常损坏,致使事故频生,既影响安全生产,又须花费大量维修费;后经技术人员与维修工人反复研究,几经周折和努力,将气电转换器改换成二位三通电磁阀,成功地应用新技术改造老设备,每年节省电费、材料费、维修费20.6万元,保证了滤池的安全运行,收到了事半功倍的效果。
  综上所述,吉林市水务集团有限公司这个老供水企业,面对供水设备严重老化落后、产能低下、难以完成高质安全的供水任务的困难局面,坚持科学发展观,解放思想,汇聚民智,在水厂扩建和技术改造中,采用先进的现代工艺技术,逐渐取代和淘汰低产能水处理设备,成效显著,加快了高效水务建设的步伐。
  
  [文章编号]1619-2737(2010)06-02-116
  [作者简介]滕永春,吉林市水务集团有限公司 人力资源部部长,大学本科,学士学位;魏文章,吉林市水务集团有限公司 董事长总经理技术顾问,高级工程师。
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