简介： 纯化水厂采用了微涡混合、小格网絮凝、平流沉淀池、V型滤池、自动加药/加氯工艺,是一个产水量为10×104m3/d规模的现代化水厂。本文主要介绍该工程的工艺流程、工艺设计、自控系统及仪表设备的选择。
关键字：给水处理厂 工艺流 工艺设计 自控系统 仪表设备
前言
胜利油田纯化水厂地处黄河下游入海口的山东省东营市, 水源为黄河水。进入90年代以来,由于黄河中下游地区不断加快黄河水资源的开发利用步伐,水量明显减少,断流天数加长；黄河中、上游工业及生活污染日趋严重,原水水质中有机物、重金属离子等时有超标、水体异臭、异味的产生给水处理带来一定的难度。随着社会的发展、人民生活水平的不断提高,对供水水质的要求也越来越高, 要求新建纯化水厂出厂水质必须达到“城市供水行业2000年技术进步发展规划”对出水浊度小于1NTU的指标。该水厂投运至今出水浊度小于0.4NTU,完全达到了设计的技术指标及参数，是胜利油田目前自动化程度最高、出厂水质最好的现代化水厂。
1. 工程概况
纯化水厂始建于2000年3月,2001年6月竣工。纯化水厂的投产缓解了胜利油田东营西部地区供水紧张的局面，并使胜利油田黄河南岸的供水系统布局更趋合理。纯化水厂设计规模为10×104m3/d,采用微涡混合、小格网絮凝、平流沉淀池及V型滤池、自控系统及设备。本工程还包括10.53kM预应力钢筋混凝土输水管道及站外配套电力、通信系统，工程总投资9752万元。
2. 工艺流程
纯化水厂工艺流程及仪表安装位置见图1。
1流量计 2液位计 3pH计 4温度计 5浊度计 6余氯分析仪 7反冲洗流量计 8阻塞显示器 9 液位传感器
图1 工艺流程及监测仪表安装位置
3 工程设计
3.1 水源
纯化水厂水源取自纯化水库。纯化水库由引黄打渔张灌区的二干渠引水,二干渠由打渔张东沉砂池出口洛车李分水闸引出,设计流量80m3/s,最大通水能力95m3/s。纯化水库引水口距洛车李分水闸约1780m。水库总库容3341×104m3,水深10m。
黄河水经沉砂池沉砂后进入水库,水库出水浊度一般小于30度。在黄河断流缺水期，原水浊度约在100度左右。原水色度一般小于20度，7～8月份库底水色度达到26度。化学需氧量为3.62～40.2mg/L。CL-含量为115～586mg/L。总矿化度为590.18～1456.63mg/L。原水水温随季节变化为0 ～27°C。pH为8～8.6。春、夏季藻类含量较高时约为(6～70)×104 个/ml。以上数据显示原水有富营养化污染。原水微量重金属元素总汞、总镉时有超标，基本属于饮用水水源三级水水质标准。
3. 2 吸水井、原水泵房
3.2.1 吸水井(钢筋混凝土结构)
吸水井设计流量为Q计=14×104m3/d。设有1.5m×13.25m(B×H)格栅清污机二台,皮带运输机一台。进水段尺寸为3.6m×6.0m×11.0m，吸水井部分为半地下承压钢筋混凝土结构，尺寸为17.0m×4.5m×5.0m， 吸水井至絮凝沉淀池超越管线上设DN1200电动调节阀1个。
3.2.2 原水泵房
水库高、中水位时原水可自流进入平流沉淀池，当水库水位为中下、低水位时由泵提升至平流沉淀池。水泵扬程为1～6m。由于水泵扬程低、变幅较大，目前常规的水泵达不到要求。为此经与水泵厂协商，由厂方将泵转速降低(由n=985降至585、485rp /min)以达到设计要求。选用RDL600-540B型离心泵三台，Q=2020m3/h， N=55kW,D=585mm,当H=6.5m时η=82%；RDL500-510B离心泵一台，Q=1130m3/h， H=6.5m，N=45kW,D=502mm,η=83%；SZ-2真空泵二台，DX5-5.0-20(5t)电动单梁悬挂起重机一台。
泵房为砖混结构地上泵房，平面尺寸为24.0m×7.8m，H=6.3m。值班、控制、配电、变压器室为砖混结构，平面尺寸为15.9m×7.8m，H=4.5m。
3.3混合、絮凝、沉淀
3.3.1混合
设立管式微涡混合装置二座，每座通过流量5.5×104m3/d,水头损失为0.7m。该装置由9组DN300×4200串联圆管混合器组成,混合时间为68秒。立管式微涡混合装置安装在3.2×2.85、H=5.0的钢筋混凝土水池中、即絮凝池进口端。
3.3.2 絮凝
采用絮凝时间短、絮凝效果好、抗冲击力强的小孔眼格网絮凝池。设小孔眼格网絮凝池二座 每座Q规模=5.5×104m3/d, 可超负荷20%运行。每座平面尺寸为16.55m×10.945m,H=4.80m，平均有效水深3.8m。絮凝池中设有聚丙烯小孔眼格网，为变速流，絮凝停留时间707秒，絮凝池水头损失为0.3 m。过渡段采用网箱形式布设格网。每座絮凝池底部设穿孔排泥管、12个 DN150气动蝶阀，由PLC程序自动控制向池两侧自动排泥。设9.94m× 2.5m,H=3.70m 排泥阀组间二座。每座絮凝沉淀池来水管线上设DN900手动蝶阀一个。每座絮凝池进口设SONO3110(变送器SONO3000)型超声波流量变送器一台。
3.3.3沉淀池
设平流沉淀池二座,每座Q规模=5.5×104m3/d，可超负荷20%运行。每座沉淀池平面尺寸为16.55m×64.675m,H=4.4m，停留时间为1.5小时。
每座沉淀池沉淀区设SX-I-16虹吸式自动吸泥机一台。每座沉淀池集水区上部设集水槽 8条, 集水槽上用螺栓固定不锈钢三角堰。沉淀池出水采用钢筋混凝土渠道输送至V型滤池，每座沉淀池出水渠设闸板控制。
3.4 V型滤池
3.4.1 V型滤池
滤池为半地下钢筋混凝土水池，平面尺寸为25.59m×37.2m(包括管廊),内设六组滤池 (双格),滤池高4.09m。采用法国得利满公司的V型滤池和自控系统及专用设备。
每组滤池设200mm×200mm、400mm×520mm气动交叉扫洗减流闸板阀各一台， DN400 气动反冲洗进水蝶阀、DN600气动反冲洗排水蝶阀、DN250气动气洗蝶阀、DN400气动滤后出水液位调节阀、DN150排空蝶阀、DN40气动排气阀各一台。每组滤池安装D20滤头4914 个。设CI90阻塞显示器、LT90液位探测器、A11FEB26GD低液位探测器各一台，滤池运行全自动控制。管廊仪表盘安装了pH计、浊度仪。操作间仪表盘安装了浊度仪、余氯分析仪，还安装了反冲洗流量计和总滤后水流量计二次仪表。滤池采用均质石英海砂滤料，滤料层厚度为1.15m,滤料有效粒径0.90～1.0mm,d10/ d60<1.35,垫层砾石平均粒径为4～8mm,厚0.05m。
3.4.2 操作间
反冲洗泵房内安装三台ETAR200－250M1离心水泵，每台流量Q=680 m3/h, H=7m, N=22kW；设有三台50DLX-12×3投氯水用增压泵，每台流量Q=17 m3/h, H=33m, N=4kW。泵房平面尺寸为9.3m×7.3m, H=3.9m。鼓风机房内设有三台GM50L罗茨鼓风机，每台风量Q=2500 m3/h, H=400 mbar, N=45kW；设有二套10T3NEL 15A无油式压缩机，每台流量Q=72.6 m3/h,最大压力 0.86MPa, N=7.5kW。机房平面尺寸为9.3m×11.24m, H=5.3 m。
3.4.3 工艺设计主要参数：
每组滤池过滤面积为90.965 m2 (2×3.5m×12.995m ),总过滤面积为545.79 m2。恒速恒水位过滤，正常滤速7.79m3/m2·h,当一座滤池反冲洗时滤速为7.94 m3/m2·h,强制滤速9.5 m3/m2·h。气冲洗强度q气洗＝15.3I/m2·s，冲洗历时2～4min，水反冲洗强度q水洗＝4.0 I/m2·s，气水混冲历时4～6min, 水漂洗4min，水表面扫洗强度q水表洗＝2.0 I/m2·s.冲洗全过程辅以表面扫洗。
3.4.4 过滤及反冲洗控制:
V型滤池由一台公共反冲洗PLC及六个滤池单元PLC控制滤池正常运行。各单元V 型滤池的监控和自动化是通过各自PLC、专用仪表、气动阀等组成的自动控制系统来自动完成恒位、恒载运行。当滤池水位稍有变化时，滤池液位传感器发出信号给PLC,PLC接收信号后，与滤池设定的基准水位相比较。如果信号与基准水位偏差超过2cm时、PLC立即启动控制单元，开启电磁阀，打开气动阀来调节滤池出水蝶阀的开启度，使滤池水位基本维持恒定。
安装在滤板下的阻塞显示器，可将滤床阻塞程度的信号传送给滤池单元PLC,PLC接收信号后，与设定的水头损失值相比较、显示出来，用以决定滤池是否要冲洗(或设定冲洗周期)，并传送至公共PLC。
每一滤池均配有1台PLC,用作单元滤池恒位、恒载运行控制和测示滤池水头损失，确定传送信号；公共冲洗PLC负责冲洗水泵、鼓风机等设备的监控；各单元滤池PLC通过网络与公共冲洗PLC相连，公共冲洗PLC通过网络与计算机相连。计算机负责管理，即数据显示、打印、储存。公共冲洗PLC又与水厂中控室PLC和微机联网，故能在中控室内对滤池运行实施监控。当公共冲洗PLC失灵时，仍能维持正常运行。
当一个滤池进行冲洗时，如另一滤池也达到需要冲洗而发出信号时，则此信号被存入公共冲洗PLC存储器中，然后按存储先后，顺序进行冲洗。滤池运行反冲洗，由PLC系统自动运行，也可由现场控制。
本工程设置了滤池反冲洗废水回收系统，反冲洗水自流进入废水池，经泵提升至调储池后连续均匀的将水再回送至沉淀池进行处理。
3.5 清水池
清水池为半地下钢筋混凝土结构,有效容积10000 m3,平面尺寸为32.25m× 56.25m, H=3.3m分二格。有效水深3.0m。每格清水池设DN1200进水、出水阀、DN1200溢流管各一个，DN200通气管12个。
3.6 清水泵房、吸水井
3.6.1 吸水井
吸水井为半地下钢筋混凝土结构,平面尺寸为4m×26m,H=5.4m。
3.6.2清水泵房
清水泵房为半地下钢筋混凝土砖混结构,平面尺寸为9m×43.2m，地下部分H=2m，地上部分H=6.0m。配电室为地上砖混结构，平面尺寸为9.0m×23.0m, H=4.5m, 设6kV配电室和低压配电室、变压器室、控制室、值班室。
清水泵房内设离心水泵六台，其中RDL400-540B离心高压(6000v)水泵四台，Q=2020 m3/h、H=55m、N=450kW、η=85%、D=475mm；Omega250-480A离心低压(380V)水泵二台， Q=1080 m3/h、H=55m、N=220kW、η=85%、D=438mm,最大时运行三大一小。设220kW 变频调速器二台，SZ-2真空泵二台。设DX3-6.5-20电动单梁悬挂起重机一台。设QSD2-20- 0.55潜水泵一台。
清水泵可采用自动或手动控制运行，自动控制由设置的变频器按照管网的压力自动调整低压水泵的转速，PLC控制六台泵的启动/停止，整个系统采用变频调速，PID自适应调节，PLC逻辑控制方式。
在外输总管线上设有EC310pH变送器、314－610余氯分析仪、1720D浊度仪。DN1000、 DN500、DN500三条外输出线上分别设DN700、DN350、DN350、IFM4100电磁流量计。
主要设计参数:
时变化系数K时＝1.4, 平均时流量Q平均＝4167 m3/h,最大时流量 Q计＝5833 m3/h,超负荷20%最大时流量Q校核＝6999 m3/h。 3.7药库、加药间
药库为地面砖混结构,平面尺寸为7.2m×11.7m,加药间平面尺寸为7.2m×15.6m,值班室平面尺寸7.2m×3.9m,H=5.4m。内设Φ1.6m混凝剂溶药罐一座,3.5m×3.0m×1.3m混凝剂溶液池二座,每座有效容积10.5 m3；设Φ1.6m助凝剂溶药罐一座，3.5 m×1.4m×1.3m助凝剂溶液池二座,每座有效容积5.0 m3；设3.5 m×1.4m×1.3m粉末活性炭溶液池二座,每座有效容积5.0m3。加药间内设RB96K7P5/7 MAXROYB混凝剂投加隔膜泵三台，Q=650l/h、 H=1.0Mpa、N=1.1kW,配套变频器三台。溶药罐搅拌器一台、溶液池搅拌器二台。助凝剂(加酸)RA96H5P5/E 7 L TS MAXROYA隔膜泵三台，Q=215L/h、H=1.0Mpa、 N=0.55kW；助凝剂溶药罐搅拌器一台、助凝剂溶液池搅拌器二台。粉末活性炭RA144H5H5/7L KS MAXROYA隔膜泵二台Q=330L/h、H=1.0Mpa、 N=0.55kW，配套变频器二台；粉末活性炭溶液池搅拌器二台。室外设ф1400×15000玻璃钢卧式酸储罐一台。
设计参数:
混凝剂平均投加量q1平=20mg/L,混凝剂最大投加量q1最大=40mg/L,
助凝剂最大投加量q2最大=2mg/L,粉末活性炭最大投加量q3最大=5mg/L。酸的投加量需根据原水pH值的大小，经试验后确定。
混凝剂、助凝剂、粉末活性炭投加由加药泵变频器频率设定，采用进水流量比例控制方式调节加药量。
3.8 氯库、加氯间
3.8.1氯库
氯库为地面砖混结构,氯库平面尺寸为7.2m×23.4m,H=5.4m ；氯库可存放1t氯瓶18个，设 DX2-5.0-20电动单梁悬挂起重机一台。设2t弹簧天平一台，设氯气泄漏探测器一台及氯瓶切换设备。
3.8.2加氯间
加氯间平面尺寸为7.2m×7.8m, H=5.4m。成套引进ALLDOS生产的GS143-040 M01V01 20 kg/h加氯机三台，二运一备，预氯比例投加，滤后消毒为复合环控制自动投加，一台备用自动加氯机预氯和消毒公共备用。当“泄氯报警”仪检测到泄氯时，PLC发出报警，并连锁关闭氯气管线电磁阀。
预加氯点有两处,当原水中藻类大量繁殖时在立管微涡混合器前加氯;当原水中氨氮超标, 为减少水中三卤甲烷的产生量,在V型滤池进水口设有中间加氯点。设4mX4m泄氯事故池，以备不时之需。
3.9 废水池、调储池
设废水池两座、总容积900m3,接收V型滤池反冲洗废水及絮凝沉淀池排泥废水。废水池内设有两台潜水泵，在半小时内将废水池水抽送至调储池。设两台小型潜水泵，将部分带活性污泥的废水回送至沉淀池回用。
调储池容积为10000m3, 调储池内设两台潜水泵连续将经沉淀后的水送至沉淀池进行再处理。
3.10 管材的选择及连接方式
3.10.1管材选择
纯化水厂站内管线规格较多，DN15～DN1200,总长度约为3kM。由于纯化水厂所在地的地下水具有中腐蚀性,主体工艺流程管线除V型滤池管廊内管线采用钢管(外壁采用醇酸瓷漆防腐，内壁采用H8701饮用水涂料衬里)外,其余管线全部采用夹砂玻璃钢管和玻璃钢管; 加药、加氯管线及饮用水管线采用PVC塑料管；排水管采用铸铁管；至石化总厂输水管线采用钢筋混凝土管。
3.10.2 连接方式
钢管采用焊接和法兰连接； 夹砂玻璃钢管和玻璃钢管采用承插、法兰连接和粘接；PVC 管采用粘接和法兰连接；排水铸铁管采用水泥砂浆连接；承压钢筋混凝土管采用承插口橡胶圈连接。 考虑到夹砂玻璃钢管和玻璃钢管刚性较差，为防止管线断裂，在主流程构筑物工艺管线之间均设防震膨胀节。
4．检测仪表为了即时控制和检测水厂生产过程中的参数,在工艺流程中不同的部位安装了各种检测仪表,分别安装了pH分析仪、浊度计、流量计、液位计、液位传感器、阻塞显示器、余氯泄漏探测器、余氯分析仪等检测仪表。检测仪表均为进口设备。
5．自控系统
纯化水厂自控PLC部分包括：原水泵房控制盘CP100、絮凝沉淀池控制盘CP200、V型滤池控制盘CP300、清水泵房控制盘CP400、加氯加药间控制盘CP500等。自控系统采用分散控制，集中管理，该系统的监控操作站设置在中控室，由一台监控PC机，一台管理PC 机，打印机等设备组成。监控操作站下辖五台PLC控制盘：原水控制盘负责对原水泵房参数测控；沉淀池控制盘用于控制和检测絮凝沉淀池有关设备;清水泵房控制盘用于控制和检测清水泵房的有关设备；加药加氯控制盘用于控制和检测加药加氯的有关设备；滤池控制盘设置于滤池电气室，与其下辖的六个控制台一起实现滤池自动反冲洗。各控制台与滤池控制盘间采用现场总线进行通讯。所有完成测控任务的控制盘(内含PLC)都互联，并通过ETHW (以太网)网络于中控室的监控操作站的两台PC机连接。
由于采用了带有PLC控制盘，PLC可对监控参数进行数据采集和自动控制，各台PLC 内的软件根据运行参数的变化(流量、压力、浊度或操作员设定点的改变)而变化或自动操作各台设备，通过各台配有的人－机界面，可以对设备进行手动控制。
现场网络可使这一网络连接的PLC进行直接通讯，来自水厂各处的信息都可以用于各台PLC。
在中控室，操作员可通过计算机对水厂进行全面监测管理，所有信息都及时显示在屏幕上，可以实时显示工艺流程画面，设备状态及运行情况，便于观察。中控室内设置的数据服务器通过油田综合信息网可向信息中心等需数据的单位提供数据服务。 监控操作站主要功能：
(1)通过网络与各控制盘进行数据通讯管理；
(2)实时显示水厂工艺流程画面、设备状态；
(3)可在画面中进行以下操作：记录活动清单，非取消报警清单，运行电机清单，
模拟值和设定点清单，模拟值直方图，按操作员要求打印上述清单和直方图，自动打印班、日、月报表，实时打印主要活动(报警)、记录模拟值、打印一千个最近的活动。
◇作者通讯处：257026 山东省东营市济南路236号 胜利石油管理局勘察设计研究院
○电话：(0546)8793456
○何桂华 勘察设计研究院水处理工艺设计所
○刘国华 勘察设计研究院水处理工艺设计所
○电话：(0546) 8793442
○杨肃民 勘察设计研究院自控通信所
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