简介： 根据新安水厂工艺运行现状及存在的问题，从烧杯搅拌试验和生产性试验入手，对各关键工艺进行技术改造，实现自控运行。本文全面介绍了新安水厂工艺现状、改造原理、主要设备、及取得的经济效益。
关键字：新安水厂 技术改造 自控运行
新安水厂建于20世纪80年代，设计能力为：一期1万m3/d，二期2万m3/d，三期4万m3/d，分别于1983年、1985年、1988年建成投产。原水来自铁岗水库，水厂处理工艺祥见图1。
由于设计施工的局限及长期超负荷运行，加之原水污染日渐严重，城市供水标准的逐渐提高，使新安水厂原有的工艺技术日渐不能满足生产的需要，尤其是各关键工序全手动运行，不仅浪费成本、员工劳动强度大，且较难实现安全供水。因此，2000年3月至2002年9月，新安水厂对其关键工艺进行了技术改造，同时解决了一些长期困绕着该厂的疑难问题。小改小革，投资少，见效快，综合效益极佳。本文就2年多时间进行的一些主要技术改造措施总结如下，供老水厂各位同行参考。
1 针对聚合氯化铝单耗高的情况，修改混凝剂和助凝剂投加方式和投加点，使与原水充分混合。
对比宝安水司所属两座水厂生产报表得知，新安水厂聚合氯化铝的单耗，比同样原水、而工艺技术较为完善的朱坳水厂高出2～3倍。针对该厂的工艺条件，工作人员从烧杯搅拌试验和生产性试验入手，就下列问题进行了探讨：
1. 1不同混凝剂、助凝剂加注量、投加次序净水效果的对比
1. 2最佳混凝效果时耗矾量最小的PH值范围。
混凝剂采用聚合氯化铝、硫酸铝，助凝剂采用石灰、聚丙烯酰胺。多次烧杯搅拌试验与生产性试验结果表明：对浊度低、碱度低、藻类高的原水，混凝剂以投加聚合氯化铝效果较好，投加量为2.4~3.0ppm（以Al2O330%计，下同）。聚合氯化铝和硫酸铝同时投加，投加量各占50%，也可取得同样效果，但硫酸铝酸性大，且投二种操作管理不便。试验还发现，聚合氯化铝混凝效果最佳的PH值范围为6～7，若PH值增加，聚合氯化铝单耗随之增加。
通过实验找出了该厂混凝剂单耗高的原因：多年以来，该厂是先投氢氧化纳（1998年前）、或熟石灰（1998年后），后投聚合氯化铝。混凝剂投加原设计采用静态混合器，由于水头损失大，1992年取消，混凝剂采用重力投加至反应池表面入口。由于与原水混合不均，导致浓度高的部位，胶体扩散层的正离子被异电负离了压缩和包围，出现胶体再稳定情况，多余的浪费；浓度低的部位，药量不足，不足以压缩双电层，降低不了电位，达不到混凝效果。因此，该厂一直采用加大投药量的方法提高混凝效果，常常多达6.8～15ppm。
2000年5月，该厂首先将混凝剂由原重力投加改为压力投加，投加在混合槽处，较好地解决了与原水混合不均匀的问题;其次将石灰投加点后移至反应池，经过反复实践，以反应池1/3~1/4位置效果最佳。为了石灰与水充分混合，又能满足人工投加时观察到投药量大小，在投加点增设漏斗式穿孔扩散管，PVC塑料管材。
经过上述改造后，混凝剂单耗降低了75％左右，由原来的6.8～15ppm降至约为2.4~3.0ppm，基本与工艺技术较为完善的朱坳水厂一致。
2 针对虹吸滤池固有的缺陷，以及原设计、施工中的不足，进行了如下改造：
2. 1 利用计算机技术及电磁阀控制实现了虹吸滤池全自控运行，较好地解决了虹吸滤池固有的主要缺陷，有关方面的内容详见《给水排水》2003年第5期。
2. 2 由于施工及长期以来地基的不均匀沉降等问题，使虹吸滤池各配水槽出水堰高程相差较大。2000年10月测量数据，普遍相差50~180mm，最多达231mm。而原设计并未考虑安装可调堰板，导致各池进水量极不均匀，过滤周期相差几倍之多，极个别池长期以来存在过滤周期短，仅3～4h。采用常用的、较为简易的方法改造，即在各混凝土出水堰上安装可调不锈钢挡板，几个相对标高较高的混凝土堰先用手砂轮机磨低一些后，再安装可调不锈钢挡板。经过一段时间的调试，各池的进水量基本一致，过滤周期也不会相差太多。揭开了长期以来员工认为“这个池不好”的迷。
2. 3 一、二期部分滤池不能正常运行，当水位超过辅助虹吸管进水口上部的设定水位标高时，排水虹吸仍然迟迟不能形成，导致水位继续上升而溢流。经检查，管路即没有漏气现象，辅助虹吸管也没有被堵。当打开强制虹吸阀和强制破坏阀后，发现虹吸管内的气体往外喷，而不是往内吸。经仔细分析，发现造成上述现象的关键因素是排水渠出水堰的控制水位标高和辅助虹吸管出水的安装标高之差。经查本工程原有施工图，此标高差为0.05m。而实际安装为：能正常运行的33格滤池为0.06m左右，而不能正常运行的9格滤池为0.25~0.57m。即辅助虹吸管插入排水渠过深。因此，按原设计施工图割去多余部分后，排水虹吸恢复正常。
3 加氯系统由传统的二点投加改为三点投加，不仅确保了出水水质，而且氯耗降低。
目前，大部分老水厂采用原水、滤后水两点投氯方式，其中一部分水厂实现了自控运行，前加氯量按流量比例控制，后加氯量按余氯反馈控制。而一部分水厂仍然全手动运行。
新安水厂原采用两点投加，全手动运行，实际运行中存在如下不足：
3. 1滤池与清水池距离较短，即余氯分析仪取样点与投氯点距离较近，氯与水尚未完全充分混合后取样，测出来的余氯信息不稳定，控制信号波动较大。
3. 2 加氯后，水迅速进入清水池，靠水流作用，通过长时间的接触反应来完成，并有挥发现象。因此，在清水池中消耗的氯量是一个不确定数，它与气温及停留时间长短有关。
3. 3 清水池中水流通常呈层流状态，加注的氯很难扩散，会导致短流或死角，影响消毒效果。
3. 4 沉淀池排泥，滤池反冲洗均会引起余氯的突变。
鉴于以上问题，为了安全供水，新安水厂常年采用“多加一点”的不经济运行方式，余氯的合理控制成为该厂一大难题。 2000年3月，该厂开始计划改造投氯系统，考虑即要安全合理，又要经济实用，改造部位如下：
原水、滤后水投氯仍采用原有二点投加方式，不增加任何设备。但为了使氯均匀扩散至水中，投加点作如下修改：
将原靠近清水池进口处的投加点前移至滤池出水堰处；滤池两端出水堰处均设投加点，并安装穿孔管式混合器。
增加泵前补氯点，主要设备：柜式自动加氯机1台，余氯分析仪1台，均为美国CAPITAL CONTROLS公司产品。
投氯量控制：原水投氯量由技术人员视原水水质而定，滤后水投氯量由操作人员视补氯量多少调节，控制补氯量不超过1.5ppm，主要考虑水泵叶轮的腐蚀问题。补氯量采用出厂水流量比例与余氯反馈复合环控制。
该改造项目自2000年10月投入运行以来，出厂水余氯运行稳定。一般情况下，补氯量为0.5~1.5ppm，滞后时间约196s。
国内外专家多次实践证明，初始形成的余氯比以后生成的化合氯更具有明显的杀菌效能，这表明氯化开始时，氯与水体快速均匀混合异常重要。而泵前加氯，借助于水泵叶轮的高速旋转，使氯气快速均匀地扩散至整个水体中，大大缩短了出厂水的氯化消毒过程，一般仅2-5min。因此，泵前补氯，并以出厂水余氯信号作为反馈进行闭环控制，是确保出厂水余氯稳定的较为准确的控制方法。
4 解决了滤池与清水池之间跌水问题
任何事物都有它的两面性，出水堰的设置又使滤池与清水池之间形成“跌水”，而卷带空气进入滤后清水。一般情况，并无大碍，但对新安水厂来说，由于设计未考虑一期清水池与二、三期清水池配套运行，造成运行一期清水池时，二、三期清水池运行水面线需降低1.74m，否则一期清水池会溢流。这样，不仅浪费二、三期清水池调节容积约2849m3，且降低了二级泵房吸水水位，不节能，而一期清水池仅1000m3，因此，1996年该厂取消一期清水池。又因二级泵房前未设吸水井，采用吸水母管吸水。因此，一期滤后夹气清水全部带进清水泵及出水管。主要产生以下负面影响：
水泵叶轮产生气蚀；
出厂水部分在线仪表指示波动较大，需在取样进水管上另装小型断流水箱排气；
影响出厂水计量的准确程度；
增大管网阻力，且易产生水锤现象，严重时造成爆管事故。
解决清水夹气问题，主要是解决跌水问题。2001年11月，新安水厂在一期滤池后增设一缓冲罐（图2），缓冲罐进水接滤池出水，缓冲罐顶采用DN400管直通大气，排走夹带的气体。缓冲罐出水与二、三期清水池出水管相连，使缓冲罐内水位始终与二、三期清水池一致，而出水处于淹没出流状态。这样基本解决了一期滤后清水夹气问题。为了缩短出厂水取样滞后时间，继缓冲罐安装后，我厂随即取消了出厂水在线仪表前取样断流水箱，仪表运行稳定。
5 实现了回收水泵自控运行
新安水厂回收水泵存在如下问题：
5. 1水泵吸入式工作，由底阀引水。一般来说，底阀的严密性较差，水泵停运稍长一段时间，又需人工灌水启动。
5. 2水泵由人工视回收水池水位手动启停，员工劳动强度大。
5. 3进出水管路稍小，且底阀阻力大，使水泵达不到额定流量。
该厂首先增设回收水池水位计及回收水泵控制设备，使回收水泵根据回收水池水位自动启停，之后又根据新版《给水排水设计手册》第九册专用机械第10. 2. 2节有关理论与实例，设计并安装引水筒（图3），同时取消底阀，对进出水管道分别加大一级。4年多来，回收水泵完全实行无人操作，并达到了该泵的额定流量，回收水量增加。
6结语
近2年半时间，新安水厂为了满足安全运行及使用要求，完成了较多的改造项目。每项硬件投资最多不超过10万元，绝大多数仅是购买设备或材料，有些是废管利用，象引水筒、漏斗式投药扩散管等。但收到的效益是很可观的，主要表现在：
6. 1水厂运行管理水平提高，供水的安全可靠性增加
通过改造，水厂的滤池、投氯等环节实现了自控运行，减少了人工操作和人为判断带来的影响，水质、水量和供水安全性有较大提高。滤池运行稳定，各池运行周期和出水量均匀，水质、水量明显提高，改造前出厂水浊度大多在1NTU以上，改造后基本保持在0.2～0.5NTU，滤池超负荷50％情况下运行仍然能保证出水水质。改造前管网末梢余氯量波动，常出现不大标情况，改二点投氯为三点投氯后，水厂实现了出厂水流量与余氯反馈复合环控制，管网末梢余氯量100％合格，大大提高了供水安全性。
6. 2员工劳动强度减少
由于水厂投药量降低，且多个环节实现了全自控运行，员工的劳动强度大大减少。改造后水厂混凝剂投加量由原来每天70包左右降到18包左右。改造前44格虹吸滤池基本靠人工控制反冲，个别滤池过滤周期仅为3～4h，且经常出现多个滤池同时反冲的情况；改造后，滤池实现了全自控运行，运行周期稳定，通过调控，实现了各滤池依次反冲，反冲强度和质量得到保证。改造前，需根据出厂水余氯量人工每小时调节投氯量，改造后实现了复合环控制，可根据在线仪表监测数据自动调整投氯量。改造前员工一上班便不停地忙于各项手动操作，改造后员工主要职能改为巡视和解决现场出现的问题。
6. 3降低制水成本
通过改造，混凝剂投加量由原来地6.8～15ppm降到2.4～3.0ppm，减少了75％，每天生产7万吨自来水，每年可节约混凝剂209.5吨，每吨购入价约1850元，每年可节约费38.8万元。而投药点和投药方式地改造总投资才几千元。
改造前投药量大，滤池运行周期短、反冲频繁，且各池的产水量不均匀，运行周期长短不一，经常出现多格滤池同时反冲的情况，反冲不彻底，造成滤料板结，石英砂滤料每两年需更新一次，每次更新费用约40万元。通过改造后，近4年来滤池运行稳定，出水水质优良，据观察，滤料的使用期限可延长至8年左右。
改造前各滤池平均反冲周期为5～6h，改造后基本稳定在12～17h，反冲洗水量大大减少，水厂生产自用水由原来的5％降到2～3％。在供水量不变的情况下，每年少取用原水约50万吨，新安水厂原水购入价约0.85元/吨，每年可节约原水费近40万元。另外，由于投药量减少，排泥量相应减少，由此带来的效益也是可观的。
笔者认为，投入较多的资金建成全自动水厂固然好，值班人员大大减少。但一些老水厂和中、小型水厂难以做到。其实，投入适当的资金，对关键工艺、关键设备进行更新改造，实现关键工序自动控制，也是适合我国国情的较好的作法。