上海金山水廠的加礬混合絮凝工藝
上海金山水廠的加礬混合絮凝工藝
摘 要：介紹了新近竣工的上海金山自來水廠的加礬及混合、絮凝工藝，闡述了加礬混合絮凝系統在運行實踐中出現的問題及其改進措施。
關鍵詞：加礬系統 混合系統 絮凝系統 參數 自控 改進
上海金山自來水廠規模為20萬噸/日，2006年2月新近竣工供水。原水取自黃浦江松浦大橋江段，原水水質的主要指標介于Ⅲ—Ⅴ類水之間，針對原水的特點，水廠投加聚合氯化鋁（礬）并采用機械混合、折板絮凝工藝。加礬及混合絮凝系統設一PLC站進行自動化控制，采用全自動方式配礬、投礬及混合、絮凝，系統的主要設備儀表均采用國外進口名牌設備儀表。下面對此加礬混合絮凝系統進行介紹。
1 水廠的工藝流程
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2 加礬混合絮凝系統
2.1加礬配礬設備及參數
在室外設地下式儲液池一座，分隔成獨立的兩格，單格尺寸8×7×2.2m，地上部分高0.5m，每格設有1m×1m的進料口。每格設耐腐蝕液下提升泵1臺，型號FYS40-32-145，流量10m3/h，揚程17m，配套功率2.2KW。溶液池共四格，每格平面尺寸2.5m×2.5m，有效深度2.8 m ,超高0.3 m，每格溶液池中設慢速攪拌機1臺，槳板直徑1m，配套功率3KW。投加采用5臺隔膜式計量泵，型號ALLDOS257—1150V63，流量1.15m3/h，揚程1Mpa，配套功率1.5KW,頻率沖程均可自動調節。
2.2混合設備及參數
設兩座機械混合池，混合時間20S，混合效果不受水量變化的影響。混合池平面尺寸2.7m×2.7m，有效水深3.35m。混合池中心設快速攪拌機1臺，攪拌槳板直徑0.8m，配套功率7.5KW。
2.3加礬點的形式
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兩個加礬點分別設在兩座混合池下，加礬管在混合池內部分采用DN40PVC-U穿孔管并做成正八邊型，圍住攪拌機下面的八片槳葉,從而確保加入的礬液能夠隨著攪拌機攪動產生的水流迅速均勻地擴散到水中與原水充分混合。(礬投加方式見下面圖2)
2.4絮凝設備及參數
絮凝池采用兩座單通道多級串聯的折板絮凝池，效率高,絮凝時間短,不易積泥，單池平面尺寸20×17.5m，有效水深3.6-3.9m，絮凝時間16min。折板采用120°相對折板,折板間距延水流方向由0.2m至0.65m逐漸增大。池底設26根DN200穿孔排泥管，管口配有快開隔膜水力排泥閥。
2.5自動化功能
2.5.1加礬配礬自動控制
（1）自動調節控制加礬量：自動加礬采用多參數復合環控制方法，即根據原水流量、濁度進行前饋控制，根據模擬沉淀水濁度（在絮凝池末端上向流處安裝一小型斜管，斜管上端清水區安有連續在線測定濁度儀,根據斜管沉淀快的原理來模擬沉淀水濁度）即時反饋進行復合環控制，再根據實際沉淀水濁度進行一定程度的微調修正。從而既能迅速響應原水的水質變化，快速調節加礬量，又能自動跟蹤沉淀水濁度進行適當調整，在保證沉后水濁度指標的同時節約礬耗。（復合環控制加礬的模式見下面圖3）
應加礬量的計算公式： Q礬=（FI×KI/ m）/ρ＋Q調
● Q礬 —— 應加礬的量l/h
● Fi—— 原水流量m3/h
● Ki—— 礬單耗Kg/Km3
● m —— 礬溶液質量百分比濃度
● ρ —— 礬溶液密度
● Q調 —— PID調節量
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礬單耗KI曲線先由分段濁度所做的混凝實驗得出，再根據實際運行情況的經驗數值進行充實調整，由PLC對加礬單耗曲線進行分段線性化運算處理。加礬曲線按春、夏、秋、冬四季各設一條，將天氣溫度因素考慮進去。PLC工控機自動計算出當前沉后濁度與設定值的差值并對這個差值進行PID運算，得出相應的控制增量，使得沉淀水濁度始終向設定值逼近，從而保證沉后水的濁度穩定。PID調節量及滯后時間等參數也可在操作終端上人為調整設定。PLC能夠計算出實時出礬量Q實和應加礬量Q礬，通過調節隔膜計量泵的頻率和沖程來使Q實與Q礬逼近。
（2）自動配礬：對于液位低于下限的溶液池，首先自動打開溶液池進礬閥，然后啟動儲液池提升泵，進原礬高度根據溶液池面積及所要配礬的濃度由PLC自動計算得出，當達到此高度后停止提升泵，自動打開進水閥，加水至溶液池設定的高位后關閉進水閥，然后攪拌機進行10min攪拌，配礬過程完成。
（3）溶液池自動切換：當工作溶液池的液位下降到設定的下限值時，自動關閉該組池出液閥，同時打開另一組已配好的溶液池出液閥，確保連續供礬。
（4）儲液池液下提升泵的運行控制：儲液池的液位高于下限時提升泵才會啟動；抽原礬時，當儲液池的液位低于下限時，報警并自動切換到另一儲液池；當某一臺提升泵運行過程中發生故障，報警并自動切換到另一臺泵。
（5）溶液池攪拌機的自動控制：在配礬過程中攪拌機自動啟動進行攪拌,在溶液池使用過程中攪拌機每隔2h自動攪拌10min。當溶液池液位低于攪拌機槳板上0.5m時，攪拌機不動作。
（6）液位監控：當儲液池和溶液池的液位高于上限或低于下限時均報警。
2.5.2混合自動控制 混合池的攪拌機根據原水流量信號自動進行開停。
2.5.3絮凝池排泥自動控制 PLC根據周期自動控制排泥閥按順序進行排泥,周期可根據生產工況自由設定。
3 系統在運行中發現的問題及改進措施
(1)礬溶液池的出液管高度距離池底0.5m，致使每格溶液池每次配礬都有3.125m3礬液用不到。而水廠本身使用液態原礬進行配礬，不存在以前袋裝固體干量配礬時池底所積存的礬渣問題。所以設計院原設計提高出液管高度沒有必要，只會增加配礬的次數，浪費能源損耗設備。改進措施：利用虹吸管原理把出液管池內部分高度降低到距池底0.1m，從而使每次配礬可多用2.5m3 礬液。
(2) 在礬溶液池上安裝的超聲波液位計離進礬管和進水管的水平距離原先只有0.2—0.3m，致使配礬時進礬或進水散射的水花影響超聲波液位計的液位計量，使所配礬溶液的濃度是錯誤的。改進措施：移動超聲波液位計的位置，使液位計與進礬管和進水管的水平距離達到1m。
（3）在自動配礬的程序設置上，原先攪拌機是邊注液邊攪拌，致使攪拌機攪拌產生的泡沫影響了超聲波液位計的液位計量，造成所配礬液的濃度是錯誤的。改進措施：把自控程序改為在原礬和水都注滿后攪拌機再開始自動攪拌。
(4)配礬時由于廠家所送原礬的濃度經常變化不穩定，致使每次所配礬液的濃度經常波動進而影響水質。改進措施：對每座礬溶液池增設濃度計，自動監測濃度進行反饋，閉環控制配礬，從而使所配礬液的濃度達到設定值。
(5)礬溶液池在臨近池壁上沿處未設置溢流管，當在觸摸屏面板控制、手動時由于操作者疏忽或者自動模式下程序出現問題時出現過冒漾跑液的情況。改進措施：在距離池壁上沿0.3m處設置溢流管。
(6)為防止絮凝池剛投入運行進水時，折板前后有壓差容易沖壞折板，設計院設計在折板底下的水泥墻上開有200×200過流孔，但這些過流孔在正常運行時卻使水形成短流，致使絮凝效果不好礬耗升高。改進措施：在所有過流孔處均加裝拍門，只在池子充水前后有壓差時才使水經過流孔從前向后流，平時折板前后均有水時則處于關閉狀態，從而既防止正常運行時短流，保證絮凝時間，又對折板起到保護作用。
(7)絮凝池排泥管原先設計起端于墻壁，運行一段時間后發現由于絮凝池較寬，池子里面的泥排不出去。改進措施：把排泥管伸入到池里并做成穿孔排泥管，13根穿孔排泥管伸入到池子最里端，13根排泥管伸入到池子一半的位置，使池子里側外側的泥都能排掉。
金山水廠經過2個月的運行，此套加礬混合絮凝系統自動運行穩定可靠，加礬混合絮凝后形成的礬花大而密實易沉淀，為后續水處理工藝創造了良好的基礎和條件。生產2個月以來（日產10萬噸的情況），出廠各項水質指標均優于國家標準，濁度低于0.2NTU。希望能夠為其它水廠的加礬混合絮凝系統設計提供借鑒和參考。
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