上海金山水厂的加矾混合絮凝工艺
上海金山水厂的加矾混合絮凝工艺
摘 要：介绍了新近竣工的上海金山自来水厂的加矾及混合、絮凝工艺，阐述了加矾混合絮凝系统在运行实践中出现的问题及其改进措施。
关键词：加矾系统 混合系统 絮凝系统 参数 自控 改进
上海金山自来水厂规模为20万吨/日，2006年2月新近竣工供水。原水取自黄浦江松浦大桥江段，原水水质的主要指标介于Ⅲ—Ⅴ类水之间，针对原水的特点，水厂投加聚合氯化铝（矾）并采用机械混合、折板絮凝工艺。加矾及混合絮凝系统设一PLC站进行自动化控制，采用全自动方式配矾、投矾及混合、絮凝，系统的主要设备仪表均采用国外进口名牌设备仪表。下面对此加矾混合絮凝系统进行介绍。
1 水厂的工艺流程
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2 加矾混合絮凝系统
2.1加矾配矾设备及参数
在室外设地下式储液池一座，分隔成独立的两格，单格尺寸8×7×2.2m，地上部分高0.5m，每格设有1m×1m的进料口。每格设耐腐蚀液下提升泵1台，型号FYS40-32-145，流量10m3/h，扬程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，每格溶液池中设慢速搅拌机1台，桨板直径1m，配套功率3KW。投加采用5台隔膜式计量泵，型号ALLDOS257—1150V63，流量1.15m3/h，扬程1Mpa，配套功率1.5KW,频率冲程均可自动调节。
2.2混合设备及参数
设两座机械混合池，混合时间20S，混合效果不受水量变化的影响。混合池平面尺寸2.7m×2.7m，有效水深3.35m。混合池中心设快速搅拌机1台，搅拌桨板直径0.8m，配套功率7.5KW。
2.3加矾点的形式
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两个加矾点分别设在两座混合池下，加矾管在混合池内部分采用DN40PVC-U穿孔管并做成正八边型，围住搅拌机下面的八片桨叶,从而确保加入的矾液能够随着搅拌机搅动产生的水流迅速均匀地扩散到水中与原水充分混合。(矾投加方式见下面图2)
2.4絮凝设备及参数
絮凝池采用两座单通道多级串联的折板絮凝池，效率高,絮凝时间短,不易积泥，单池平面尺寸20×17.5m，有效水深3.6-3.9m，絮凝时间16min。折板采用120°相对折板,折板间距延水流方向由0.2m至0.65m逐渐增大。池底设26根DN200穿孔排泥管，管口配有快开隔膜水力排泥阀。
2.5自动化功能
2.5.1加矾配矾自动控制
（1）自动调节控制加矾量：自动加矾采用多参数复合环控制方法，即根据原水流量、浊度进行前馈控制，根据模拟沉淀水浊度（在絮凝池末端上向流处安装一小型斜管，斜管上端清水区安有连续在线测定浊度仪,根据斜管沉淀快的原理来模拟沉淀水浊度）即时反馈进行复合环控制，再根据实际沉淀水浊度进行一定程度的微调修正。从而既能迅速响应原水的水质变化，快速调节加矾量，又能自动跟踪沉淀水浊度进行适当调整，在保证沉后水浊度指标的同时节约矾耗。（复合环控制加矾的模式见下面图3）
应加矾量的计算公式： Q矾=（FI×KI/ m）/ρ＋Q调
● Q矾 —— 应加矾的量l/h
● Fi—— 原水流量m3/h
● Ki—— 矾单耗Kg/Km3
● m —— 矾溶液质量百分比浓度
● ρ —— 矾溶液密度
● Q调 —— PID调节量
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矾单耗KI曲线先由分段浊度所做的混凝实验得出，再根据实际运行情况的经验数值进行充实调整，由PLC对加矾单耗曲线进行分段线性化运算处理。加矾曲线按春、夏、秋、冬四季各设一条，将天气温度因素考虑进去。PLC工控机自动计算出当前沉后浊度与设定值的差值并对这个差值进行PID运算，得出相应的控制增量，使得沉淀水浊度始终向设定值逼近，从而保证沉后水的浊度稳定。PID调节量及滞后时间等参数也可在操作终端上人为调整设定。PLC能够计算出实时出矾量Q实和应加矾量Q矾，通过调节隔膜计量泵的频率和冲程来使Q实与Q矾逼近。
（2）自动配矾：对于液位低于下限的溶液池，首先自动打开溶液池进矾阀，然后启动储液池提升泵，进原矾高度根据溶液池面积及所要配矾的浓度由PLC自动计算得出，当达到此高度后停止提升泵，自动打开进水阀，加水至溶液池设定的高位后关闭进水阀，然后搅拌机进行10min搅拌，配矾过程完成。
（3）溶液池自动切换：当工作溶液池的液位下降到设定的下限值时，自动关闭该组池出液阀，同时打开另一组已配好的溶液池出液阀，确保连续供矾。
（4）储液池液下提升泵的运行控制：储液池的液位高于下限时提升泵才会启动；抽原矾时，当储液池的液位低于下限时，报警并自动切换到另一储液池；当某一台提升泵运行过程中发生故障，报警并自动切换到另一台泵。
（5）溶液池搅拌机的自动控制：在配矾过程中搅拌机自动启动进行搅拌,在溶液池使用过程中搅拌机每隔2h自动搅拌10min。当溶液池液位低于搅拌机桨板上0.5m时，搅拌机不动作。
（6）液位监控：当储液池和溶液池的液位高于上限或低于下限时均报警。
2.5.2混合自动控制 混合池的搅拌机根据原水流量信号自动进行开停。
2.5.3絮凝池排泥自动控制 PLC根据周期自动控制排泥阀按顺序进行排泥,周期可根据生产工况自由设定。
3 系统在运行中发现的问题及改进措施
(1)矾溶液池的出液管高度距离池底0.5m，致使每格溶液池每次配矾都有3.125m3矾液用不到。而水厂本身使用液态原矾进行配矾，不存在以前袋装固体干量配矾时池底所积存的矾渣问题。所以设计院原设计提高出液管高度没有必要，只会增加配矾的次数，浪费能源损耗设备。改进措施：利用虹吸管原理把出液管池内部分高度降低到距池底0.1m，从而使每次配矾可多用2.5m3 矾液。
(2) 在矾溶液池上安装的超声波液位计离进矾管和进水管的水平距离原先只有0.2—0.3m，致使配矾时进矾或进水散射的水花影响超声波液位计的液位计量，使所配矾溶液的浓度是错误的。改进措施：移动超声波液位计的位置，使液位计与进矾管和进水管的水平距离达到1m。
（3）在自动配矾的程序设置上，原先搅拌机是边注液边搅拌，致使搅拌机搅拌产生的泡沫影响了超声波液位计的液位计量，造成所配矾液的浓度是错误的。改进措施：把自控程序改为在原矾和水都注满后搅拌机再开始自动搅拌。
(4)配矾时由于厂家所送原矾的浓度经常变化不稳定，致使每次所配矾液的浓度经常波动进而影响水质。改进措施：对每座矾溶液池增设浓度计，自动监测浓度进行反馈，闭环控制配矾，从而使所配矾液的浓度达到设定值。
(5)矾溶液池在临近池壁上沿处未设置溢流管，当在触摸屏面板控制、手动时由于操作者疏忽或者自动模式下程序出现问题时出现过冒漾跑液的情况。改进措施：在距离池壁上沿0.3m处设置溢流管。
(6)为防止絮凝池刚投入运行进水时，折板前后有压差容易冲坏折板，设计院设计在折板底下的水泥墙上开有200×200过流孔，但这些过流孔在正常运行时却使水形成短流，致使絮凝效果不好矾耗升高。改进措施：在所有过流孔处均加装拍门，只在池子充水前后有压差时才使水经过流孔从前向后流，平时折板前后均有水时则处于关闭状态，从而既防止正常运行时短流，保证絮凝时间，又对折板起到保护作用。
(7)絮凝池排泥管原先设计起端于墙壁，运行一段时间后发现由于絮凝池较宽，池子里面的泥排不出去。改进措施：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，使池子里侧外侧的泥都能排掉。
金山水厂经过2个月的运行，此套加矾混合絮凝系统自动运行稳定可靠，加矾混合絮凝后形成的矾花大而密实易沉淀，为后续水处理工艺创造了良好的基础和条件。生产2个月以来（日产10万吨的情况），出厂各项水质指标均优于国家标准，浊度低于0.2NTU。希望能够为其它水厂的加矾混合絮凝系统设计提供借鉴和参考。
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