新河水厂加药系统改造及自动化控制

第26卷　第24期中国给水排水Ｖｏｌ. 26Ｎｏ. 24

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2010年12月ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲＤｅｃ. 2010

新河水厂加药系统改造及自动化控制

秦宝发, 　杨津文, 　孙　力, 　张德跃, 　方大鹏

1

1

1

2

1

(1. 天津塘沽中法供水有限公司, 天津300450; 2. 中国市政工程华北设计研究总院, 天津300074) 　　摘　要:　针对新河水厂现有混凝工艺的不足, 在混凝剂的投加种类、投加方式及投加量的准确控制等方面提出了改造方案。改造后的加药系统采用ＦｅＣｌＰＡＣ) 两种药剂复配3与聚合氯化铝(投加, 降低了药耗; 同时增加了自动化控制系统, 使药剂的配制和投加更准确。　　关键词:　加药工艺; 　系统改造; 　自动控制

中图分类号:ＴＵ991　　文献标识码:Ｃ　　文章编号:1000-4602(2010) 24-0070-04

ＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＤｏｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍｏｆ

ＸｉｎｈｅＷＴＰ

ＱＩＮＢａｏ-ｆａ, 　ＹＡＮＧＪｉｎ-ｗｅｎ, 　ＳＵＮＬｉ, 　ＺＨＡＮＧＤｅ-ｙｕｅ, 　ＦＡＮＧＤａ-ｐｅｎｇ

(1. ＴｉａｎｊｉｎＴａｎｇｇｕＳｉｎｏｆｒｅｎｃｈＷａｔｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏ. Ｌｔｄ. , Ｔｉａｎｊｉｎ300450, Ｃｈｉｎａ; 2. ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ

ＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ, Ｔｉａｎｊｉｎ300074, Ｃｈｉｎａ)

　　Ａｂｓｔｒａｃｔ:　ＡｉｍｅｄａｔｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎＸｉｎｈｅＷＴＰ, ａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ｓｃｈｅｍｅｉｎｔｅｒｍｓｏｆｄｏｓｉｎｇｃａｔｅｇｏｒｉｅｓｏｆｃｏａｇｕｌａｎｔｓ, ｏｐｔｉｏｎｏｆｄｏｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｄｏｓａｇｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｄｏｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇａｎｄｄｏｓｉｎｇｏｆｔｗｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ, ＦｅＣｌｎｄＰＡＣ, ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｓｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ; ｍｅａｎｗｈｉｌｅ, ｔｈｅａｕｔｏｍａ-3ａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓａｄｄｅｄ, ｍａｋｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇａｎｄｄｏｓｉｎｇｏｆｔｗｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅ. 　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:　ｃｈｅｍｉｃａｌｄｏｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ; 　ｓｙｓｔｅｍｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ; 　ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ　　新河水厂于1984年建成投产, 原设计能力为94343

×10ｍ/ｄ, 通过增能挖潜现达到13×10ｍ/ｄ。该水厂加药系统以投加ＦｅＣｌ溶解3为主, 由储药池、池、溶液池、隔膜计量泵、加药管路组成。新河水厂是塘沽中法供水公司的主力厂, 其送水量占公司总送水量的49%,面对原水水质的日趋恶化和供水水质标准的提高, 现有加药系统已不能满足生产运行的需要。

2006年8月, 在进行大量水处理试验的基础上, 对新河水厂加药系统进行了改造。

结构, 4座;

③　隔膜计量泵:5台, 其中投加流量为500Ｌ/ｈ的1台, 投加流量为800Ｌ/ｈ的2台, 投加流量为2200Ｌ/ｈ的2台。1. 2　存在的问题

①　原水水质恶化, 药耗增加, 混凝剂品种单一, 近3年的供水量及药耗统计结果分别见表1、2。

表1　近3年的水量和药耗统计

Ｔａｂ. 1　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｔａｂｌｅｏｆｗａｔｅｒｖｏｌｕｍｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌ

ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎｌａｓｔ3ｙｅａｒｓ

项　目2003年2004年2005年

平均供水最高日供量/(104/(104/(ｍｇ·/(ｍｇ·/(ｍｇ·

-1-1-13-13-1

Ｌ) Ｌ) ｍ·ａｍ·ｄＬ)

2838. 2510. 4334. 871. 3411. 302854. 0611. 6948. 093. 4315. 092989. 1011. 1666. 541. 9916. 31

1

1

1

2

1

改造前存在的问题1　

1. 1　加药系统工艺参数

①　溶解池:直径为1. 2ｍ, 高为1. 2ｍ, 圆形钢结构, 4座;

②　溶液池:直径为1. 4ｍ, 高为1. 2ｍ, 圆形钢

ｗｗｗ. ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ. ｃｏｍ秦宝发, 等:新河水厂加药系统改造及自动化控制第26卷　第24期

表2　近3年的不同药耗发生频次统计

Ｔａｂ. 2　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｔａｂｌｅｏｆｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｃｈｅｍｉｃａｌ

ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎｌａｓｔ3ｙｅａｒｓ

2003年2004年2005年药耗(原液) /(ｍｇ·Ｌ-1) 累计/发生天累计/累计/

数/ｄｄ数/ｄｄ数/ｄｄ>60

50～6040～5030～4020～3010～205～10最低～[**************]40

[**************]

[**************]92

[**************]

[**************]0

[**************]65

图1、2。

图1　配药系统管路示意

Ｆｉｇ. 1　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｐｉｐｅｌｉｎｅ

　　由表1可知, 近3年药耗增幅较大, 最高药耗由34. 87ｍｇ/Ｌ增至66. 54ｍｇ/Ｌ。

由表2可知, 投加量>30ｍｇ/Ｌ的发生天数由

2003年的5ｄ增至2005年的66ｄ, 投加量>20ｍｇ/Ｌ的发生天数由2003年的79ｄ增至2005年的121ｄ。

②　配药罐数量多且容积小, 造成配药次数多, 混凝剂浓度准确性差异较大(见表3) 。

表3　近3年的配药频次统计

Ｔａｂ. 3　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｔａｂ

ｌｅｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｃｈｅｍｉｃａｌｄｉｓｐｅｎｓａｔｉｏｎ

ｉｎｌａｓｔ3ｙｅａｒｓ

项　目

夜班最高配药缸数夜班平均配药缸数中班最高配药缸数中班平均配药缸数白班最高配药缸数白班平均配药缸数全年日最高配药缸数全年日平均配药缸数

2003年[1**********]

2004年[1**********]

缸2005年938361198

图2　加药系统管路示意

Ｆｉｇ. 2　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｄｏｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｉｐｅｌｉｎｅ

2. 1　投加点的选择

在进入中央混合井的原水管道上开1个孔, 用于投加聚合氯化铝(ＰＡＣ) 混凝剂, 聚合氯化铝投加孔位于泵站各水泵出水汇总管道始端, 三氯化铁混凝剂仍在原投加点投加(位于混合井进口处) , 助凝剂的投加点位于吸水井集水口。

2. 2　混凝剂的选择、配制及投加泵的确定

中心化验室于2005年5月—11月期间进行了大量烧杯试验, 并在新河水厂进行多次生产性试验, 其结果显示:聚合氯化铝(原液浓度为10%)和三氯化铁(原液浓度为38%)两种混凝剂按照(1∶1) ～(1∶2) 的比例, 并将两种原液均稀释6～8倍后投加, 可以降低沉淀池出水浊度, ｐＨ也相应得到改善; 另外, 烧杯试验进一步证明ＨＣＡ或ＦＯ4190聚丙烯酰胺助凝剂可以进一步降低沉后水浊度。

因此, 选择聚合氯化铝和三氯化铁两种混凝剂复配投加, 投加比例为1∶2, 聚合氯化铝(原液) 最大投加量为20ｍｇ/Ｌ, 三氯化铁(原液) 最大投加量为40ｍｇ/Ｌ。

　　由表3可知, 2003年最高一日配药26缸, 最高一个班次配药14缸, 全年日平均配药9缸。2004

年最高一日配药33缸, 最高一个班次配药16缸, 全年日平均配药8缸。2005年最高一日配药19缸, 最高一个班次配药9缸, 全年日平均配药8缸。

③　计量

进入中央混合井的原水管道上无计量设备, 加药泵虽然是隔膜计量泵, 仍不能确保混凝剂投加量准确。

改造方案2　

在新河水厂原有仓库内布置加药系统, 具体见

第26卷　第24期　　　　　　　　　　　　　　中

3

国给水排水　　　　　　　　　　　　ｗｗｗ. ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ. ｃｏｍ

3. 2　配药过程

与配药过程相关的泵和电动阀的控制均分为

“手动”、“远控”、“程控”三种状态, 可在不同状态下灵活进行配药过程, 现简述设备均在“程控”状态下的自动配药过程。

①　ＦｅＣｌ以Ａ池为例) 。可通过触摸屏选择3(液位计配药或液位开关配药。当Ａ池到达低液位时, 如果原液池液位可用, 则打开Ａ池进药阀; 当配药池液位到达中液位时, 关闭进药阀, 打开Ａ池进水阀; 当Ａ池液位到达高液位时, 关闭进水阀, 启动搅拌器, 开始计时, 当达到设定时间时, 停止搅拌器, 配药结束。

②　ＰＡＣ。配制过程与ＦｅＣｌ3相同。

③　ＨＣＡ。当配药池液位低时, 则开启进水阀; 当达到高液位时, 关闭进水阀, 启动搅拌器, 开始手动投加原液, 通过按配电屏上的配药完成按钮结束配药过程。

3. 3　关于设备

①　控制。提升泵、投药泵、电动阀门均有三种控制方式:手动, 在配电柜上通过按钮开停; 远控, 在触摸屏上通过点击远程开停图标操作控制; 程控方式, 不需要人工参与, 由ＰＬＣ程序根据实际情况选择开停。

②　状态显示。泵:频率(投药泵) 、运行/停止、故障显示、运行时间、自动/手动。阀:全开/全关、动作、故障。

③　切换。程控状态, ＰＬＣ会根据设备运行时间长短自动切换下一次运行的对象。

④　实时历史曲线。可查看曲线有:ＨＣＡ加药流量、ＦｅＣｌＰＡＣ加药流量、原水流量。3加药流量、⑤　实时与历史报警。设备如果故障, 触摸屏会自动转到报警页面, 提示确认。

⑥　报表。将流量相关的数据进行了统计计算, 包括今日累计值、昨日累计值和总累计值。4　加药系统的改造效果与讨论4. 1　原水水质

根据对滦河水各项指标的综合分析, 确定以温度、浊度、藻类为主要指标, 将滦河水源分为三个时期:低温低浊期、高温高藻期和过渡期。

①　低温低浊期:每年的11月下旬—次年3月中旬, 平均温度为5. 5℃左右, 平均浊度

原水流量按6000ｍ/ｈ计, 聚合氯化铝密度为1. 2ｇ/ｃｍ, 三氯化铁密度为1. 4ｇ/ｃｍ, 稀释6倍,

稀释后聚合氯化铝浓度约为2%,三氯化铁浓度约为8. 5%,每天配制2次。

①　三氯化铁投加系统

投加流量:Ｑ=1028. 5Ｌ/ｈ。

溶液池容积:Ｗ1=15ｍ, 建2个带搅拌混合装置的溶液池, 1用1备, 溶液池采用钢筋混凝土方形池, 混凝剂池内玻璃钢防腐。

加药泵:选择2台耐腐蚀磁力泵加调频器, 1用1备。

②　聚合氯化铝投加系统投加流量:Ｑ=600Ｌ/ｈ。

溶液池容积:Ｗ1=15ｍ。

建一个与三氯化铁投加系统同样的溶液池。加药泵:选择2台耐腐蚀磁力泵加调频器, 1用1备。

2. 3　助凝剂的配制及投加泵的选择

3

助凝剂选择ＨＣＡ, 原水流量按6000ｍ/ｈ计, ＨＣＡ最大投加量为0. 3ｍｇ/Ｌ, 稀释后浓度为0. 4%,每天配制1次。投加流量:Ｑ=144Ｌ/ｈ。

溶液池容积:Ｗ1=15ｍ, 建两个带搅拌混合装置的溶液池, 1用1备, 溶液池采用钢筋混凝土方形池, 混凝剂池内玻璃钢防腐。

加药泵:选择2台耐腐蚀磁力泵加调频器, 1用1备。2. 4　其他

原加药系统在进入中央混合井的原水管道上无计量设备。因此, 本方案选择在进入中央混合井的原水管道上安装超声波流量计, 在溶液池出药管道上安装电磁流量计和电动阀, 以实现加药系统的自动化控制。

333

3

3

加药自动化3　

3. 1　投药方式

①　就地模式。完全脱离ＰＬＣ控制, 由变频器开停投加泵, 手动调节频率控制投加量。

②　ＰＬＣ模式。ａ. 设定投量:通过设定投加流量控制加药量。ｂ. 手动调频:可通过快速改变投药泵变频器的频率控制加药量, 也可通过手动调频进行微调。ｃ. 流量比例:根据原水流量及投加浓度自动调节投药量。

ｗｗｗ. ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ. ｃｏｍ秦宝发, 等:新河水厂加药系统改造及自动化控制第26卷　第24期

②　高温高藻期:每年的7月初—10月初, 平均温度为25℃左右, 平均浊度为15. 0ＮＴＵ左右,

4

藻类>1000×10个/Ｌ。

③　过渡期:每年的3月中旬—7月初和每年的10月初—11月下旬, 平均温度为10℃左右, 平均浊度为10. 0ＮＴＵ左右, 藻类约为800×10个/Ｌ。

4. 2　复配投加混凝剂强化混凝效果

新河水厂加药系统于2006年8月完成并投入运行, 其改造的关键在于投药方式的改变, 即絮凝剂、助凝剂的复配投加。该厂药耗、出厂水水质与新村水厂的比较见表4。

表4　新河水厂与新村水厂药耗及出厂水水质比较Ｔａｂ. 4　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｅｄｗａｔｅｒ

ｑｕａｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎＸｉｎｈｅａｎｄＸｉｎｃｕｎＷＴＰｓ

新河水厂新村水厂

906. 38/(10ｍ·ｄ9.

-1

ＰＡＣ平均单耗/(ｍｇ·Ｌ) 10. 71—

-1药ＦｅＣｌｍｇ·Ｌ) 24. 2949. 033平均单耗/(

耗-1

ＨＣＡ平均单耗/(ｍｇ·Ｌ) 0. 25—指

—3. 18ａＯＨ平均单耗/(ｍｇ·Ｌ-1) 标Ｎ

絮凝剂成本/(元·104ｍ-3) 25213. 331869. 5

340773. 5总药剂成本/(元·104ｍ-3) 29338.

4

3

-1

提高, 解决了因为出厂水ｐＨ过低造成的“黄水”问题; 采用复配投加絮凝剂、助凝剂方式的出厂水剩余

Ｆｅ浓度明显低于单加ＦｅＣｌ3的投加方式, 部分甚至低于检测限(0. 05ｍｇ/Ｌ) 。

在低温低浊期, 虽然采用复配投加絮凝剂、助凝剂方式略优于单加ＦｅＣｌ3的投加方式, 但效果不明显且工序复杂, 故仍采用单加ＦｅＣｌ3的投加方式。

由于新河水厂、新村水厂的原水均来自塘沽区2号水库, 水处理工艺相似, 因此通过对两个水厂同期(2006年9月—2006年11月和2007年4月—2007年8月) 运行数据和出厂水水质数据的对比分析能够印证上述观点(具体见表4) 。5　结论

①　通过完善加药系统, 选择多种混凝剂复配的投加方式, 能够更好地应对原水水质的变化, 进一步提高供水的安全可靠性。

②　在不改变原有处理工艺和处理构筑物的情况下, 复配投加絮凝剂、助凝剂比单一投加ＦｅＣｌ3节省药剂费用20%左右。

③　在不改变原有处理工艺和处理构筑物的情况下, 复配投加絮凝剂、助凝剂的出水浊度、耗氧量低于新的水质标准; 出水ｐＨ比单一投加ＦｅＣｌ3高, 解决了由于出厂水ｐＨ低造成的输配水管网腐蚀而出现的“黄水”问题。

④　实现了加药系统的自动化, 减轻了工人的劳动强度, 提高了混凝剂的配制及投加精确度, 有利于提高供水水质, 为今后实现水厂自动化奠定了基础。参考文献:

[1]　许保玖. 给水处理理论[Ｍ]. 北京:中国建筑工业出

版社, 2000.

[2]　刘灿生. 自动化是我国水厂的发展方向[Ｊ]. 给水排

水, 1998, 24(12) :1-1.

[3]　陈威. 强化水处理混凝相关技术的研究[Ｄ]. 武汉:

华中科技大学, 2005.

4

指标

质

浊度/ＮＴＵ

ｐＨＣＯＤＭｎ/(ｍｇ·Ｌ-1) 余铁/(ｍｇ·Ｌ-1)

藻类/(104个·Ｌ-1)

0. 32

7. 501. 920. 0825. 25

0. 33

7. 321. 910. 1230. 09

　注:　①在低温低浊期, 新河水厂仍采用单加ＦｅＣｌ的3

投加方式。因此, 2006年11月—2007年3月运行数据和出厂水水质数据未计入表中。②混凝剂市场价格:ＰＡＣ为880元/ｔ, ＦｅＣｌ3为650元/ｔ, ＨＣＡ为16500元/ｔ, ＮａＯＨ为2800元/ｔ

。

　　在高温高藻期和过渡期, 这种投加方式无论在

技术指标还是经济指标上都明显优于传统的单独投加ＦｅＣｌ53方式。在满足公司对出厂水浊度≤0. ＮＴＵ的要求和国家水质标准的前提下, 采用复配投加絮凝剂、助凝剂方式比单独投加ＦｅＣｌ3节约混凝剂费用约20%(根据水质情况浮动) 。在出厂水浊度方面, 采用复配投加絮凝剂、助凝剂方式比单独投加ＦｅＣｌ5ＮＴＵ以下; 采用复配投加3略低, 保持在0. 絮凝剂、助凝剂方式比单独投加ＦｅＣｌＨ明显3时的ｐ

Ｅ-ｍａｉｌ:ｙｊｗ6604@126. ｃｏｍ收稿日期:2010-09-13