水廠建築改造論文
水廠指具有一定生產裝置,能完成自來水整個生產過程,水質符合一般生產用水和生活用水要求,並可作為公司***廠***內部一級核算的生產單位。下文是小編為大家整理的關於的範文，歡迎大家閱讀參考!
篇1
淺談地表水供水廠的自控改造
摘要：隨著居民對足量優質飲用水供應要求的不斷提升，自控系統在水廠生產執行中所發揮的重要性也越來越受到重視。本文介紹了建成多年的地表水供水廠進行自控改造工作的思路和方向，提供了當下主流的改造方法，對改造專案的操作具有參考作用。
關鍵詞： 自控改造 水廠 處理工藝生產執行 地表水供水廠的自動化控制系統對於保障水廠各水處理工藝單元在生產過程實現不間斷的安全執行及自動控制具有重要意義，科學而高效的自控系統能迅速採集和處理大量資訊，迅速發現異常，進而協助生產人員精確掌握裝置的執行工況，嚴格執行生產工藝流程，實現全過程控制要求並及時採取措施，防止事故的發生，全面提升出廠水質、水量，確保水廠向城市提供足量優質飲用水。為滿足國家對生活飲用水的標準要求，對建成多年的地表水供水廠而言，全面升級改造原有落伍的自控系統已經勢在必然。
一、老舊地表水供水廠自控系統現狀概述
對於已建成多年的地表水供水廠而言，其自控系統往往是經陸續建設改造而成，由於改造資金、專業能力有限，其所採用的技術和裝置均受到相應的限制，而且由於建設時期不同，自控系統所採用的技術也存在差異，經過多年執行後，普遍存在以下主要問題:
1、相對水廠各處理單元資料量大、監測量多、控制面雜的實際情況，老舊水廠原有的初級自控系統無論硬體配置和軟體設計均無法真正滿足“集中管理、分散控制”的實際需求。
2、原有自控系統組成的大部分PLC控制器型號已屬淘汰產品，故障率高且生產廠商已停止生產或轉型，系統備品備件無法得到保證，導致系統執行狀態極不穩定，難以發揮應有作用。
3、原有組態軟體、應用程式維護和修改優化工作繁瑣;與其它系統的資料交換困難，不易與應用系統整合。
4、自控系統個各單元採用的技術標準不盡統一，網路結構、通訊協議、軟硬體選型也不一致。網路開放性差，採用專用的通訊協議，無法與其他現場控制裝置通訊互聯。
二、自控改造總體要求
水廠自控程度的高低不僅與硬體系統有關，還取決於控制技術的執行方式，只有將合理、完善、優秀的設計理念和相應的硬體基礎相結合，才能盡最大限度地發揮自控系統優勢。
因水廠自控系統直接作用於水質監控、水量調整、機泵執行、閥門開啟等各個水處理工藝環節，為實現對水處理工藝、裝置設施執行和生產過程的可靠自動監控，達到“集中管理、分散監控”的目的，應通過徹底改造使得水廠自控系統成為多層次監控系統，實現“測、控、管”一體化，並能與多種工業I/O、PLC等現場控制裝置通訊，滿足水廠生產自動化控制的需求。
地表水供水廠水處理工藝環節一般包括加藥工藝、加氯工藝、反應沉澱工藝、濾池工藝、汙水處理工藝及出水加壓工藝等，為保證整個工藝的協調處理，其自控系統構成一般是在中央控制站採用HMI/SCADA自動化監控軟體***如INTOUCH、IFIX、WINCC等軟體***構成的平臺做為第一級。
以各工藝環節現場控制站及分站作為控制單元組成第二級，採用適宜於水處理工藝應用的主流自動化控制產品***如美國GE PAC 3i system系列、德國SIEMENS S7-400系列、中國浙大中控G5系列等***以使得控制系統具有模組化、可擴充套件體系結構、靈活配置、功能多樣的特點;第三級是現場就地手動控制。
各現場控制站及分站與中央控制站通過環型光纖進行工業乙太網連線，完成整個系統的資料採集、工藝引數線上修改和設定、裝置遠端遙控，使全廠整個生產情況能夠在中央控制室實時地顯示出來，並能實現歷史資料查詢及呼叫、各種形式的系統報警顯示查詢、生成資料庫、各種報表生成、組成了一個以網路通訊為基礎的集管理、監測、控制一體化的生產控制系統。
在資金條件允許的情況下，水廠應設立大螢幕系統與計算機網路系統、視訊監控系統和其它獨立計算機工作站相聯，以提供直觀、高效、靈活的顯示系統。顯示系統控制應由一體化顯示單元、影象處理系統，控制應用軟體和專用電纜等附件組成，能實現訊號剪下、縮放、大小調整等多功能處理。同時，該系統要充分考慮到與水廠現有視訊、網路等系統的融合對接，以及系統後續擴充，並可輕鬆實現和其他控制系統多種方式的整合，以適應水廠在自控顯示方面的各種需要。
三、自控改造遵循原則
1、先進性系統的總體結構、軟硬體選型、通訊手段、開發方式，均應採用已被廣泛長期應用和考驗、實踐證明屬先進性的產品和方法，保證系統在建成投運後的較長時間內保持技術先進性。
2、經濟實用性系統要滿足水處理工藝要求、切合生產執行的實際情況、併為水廠今後的使用、維護及擴充套件升級考慮，具有高性價比。合理根據工藝裝置的技術要求、重要性及使用條件來設定控制框架，避免盲目擴大控制範圍，提高系統的實用性和經濟性，保證投入資金的有效性。
3、開放性選用符合國際標準的硬體裝置和軟體平臺，便於系統擴充套件升級。應用軟體設計開發要組態方便，相應系統中留有相應的軟體介面，使得各類資料得到很好的共享。做到總體規劃，統一標準，系統開放、資訊共享。
4、可靠性充分考慮系統的抗干擾和防雷問題，提高系統可靠性;考慮系統的網路安全性，使得系統具有一定的抗入侵能力。
四、自控改造對水處理工藝的改進
要充分實現自控系統對地表水供水廠全過程、全覆蓋的優化執行控制，除具備生產處理流程各環節工藝引數、執行狀態顯示、故障報警的基礎功能外，必須按照水處理工藝環節逐一完善生產自動化的控制手段，滿足多方面的需求。主要體現在：
加藥工藝：根據水源水質和混凝實驗結果確定藥劑投加量和投加方式，確定裝置執行狀況和實時投加量。
加氯工藝：以合理控制限值為參考依據，並根據水量、PH值等引數，實現自動閉環控制方式。氯劑洩露情況下的中和回收裝置、排放裝置保持自動狀態。
沉澱工藝：根據水質狀況控制排泥週期和時間，確定排泥裝置執行狀況。
過濾工藝：根據濾池執行時間、壓差值、濾後濁度確定反衝洗週期及時間，控制濾池濾速、執行水位、沖洗強度。
汙水處理工藝：根據汙水池液位、汙泥濃度和流量，確定裝置執行狀況。
加壓出水工藝：根據清水池水位、出口壓力和流量，確定裝置執行狀況。
自動調流切換裝置：控制濾池反衝洗水泵、鼓風機，加氯互為備用的氯瓶、出水泵房的供水機組等按照執行引數設定實現自動切換。
模擬量超限設定：各水處理工藝環節控制濁度、餘氯值、PH值、水量突變、壓力變化、電機溫度等。
對上述生產工藝的自控功能是在積累了大量執行資料的基礎上，根據給定的條件，經過量化的處理分析和計算來實現自動控制。
五、改造過程中的幾點注意事項
原有落伍自控系統改造不同於新建專案，在安裝除錯過程中不可避免地受到現有條件限制，既要利用原有基礎設施，又不能因改造影響水廠正常生產執行，這就要求在改造實施前，周密安排、落實好各項準備工作及應對突發故障的緊急措施。主要包括以下幾方面：
1、自控改造應遵循先易後難、各個突破的原則，切忌全面開花、同時開工，以避免當水廠工藝環節遇到故障時，新、老系統無法正常銜接從而給故障的恢復造成人為困難。
2、原有各工藝環節控制分站的控制程式在新自控系統尚不能完全獨立正常工作之前，要做好保管備份以便於在改進過程中隨時進行比對完善;新自控系統中，重要單元子站也應考慮冗餘配置。
3、新升級改造自控系統應採用雙迴路電源供電，做好接地保護，不要與原有用電設施的使用產生衝突，還要設定UPS電源，防止因突發停電而損失系統重要檔案。
4、自控系統線路在改造鋪設時要注意避免受到機械損傷，儘可能遠離有腐蝕性物質排放、潮溼以及有強磁場和強靜電場干擾的區域，當無法避免時應採取防護或遮蔽措施。
參考文獻：
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【2】《淨水廠技術改造實施指南》中國建築工業出版社***2009年版***
【3】《城鎮供水廠執行維護及安全技術規程》中國計劃出版社***1994年版***
篇2
淺談小型水廠改造工程的設計
摘 要：本文介紹了小型水廠改造工程的工藝設計過程。水廠工藝設計充分考慮了水源、水質的特點以及與現狀水廠的結合問題，採用了機械混合池+浮沉池+超濾車間+次氯酸鈉消毒工藝。工程具有佔地少，造價低、節水節能的特點，為國內小型水廠改造工程設計提供了參考。
關鍵詞：小型水廠;給水工藝;構築物設計;改造工程。 小型水廠的現狀
小型水廠廠區佔地30餘畝，2002年投入使用，現實際日供水量0.8萬m3/d，水源來自周邊的井群，水廠現狀平面佈置主要是廠區南側的二級泵房、吸水井、清水池各一座，廠區北側均為空地。水廠原設計規模為5萬m3/d.，目前需要對廠區進行擴建改造。
現狀清水池調節容積為5000m3，有效水深3.8m，單座平面尺寸37m×37m，鋼筋混凝土結構。現狀吸水井鋼筋混凝土結構，平面尺寸4m×20m。現狀加壓泵房框架結構，平面尺寸10m×60，3臺離心泵，設計引數1700m3/d，揚程35m。
工藝改造流程
現狀水廠存在問題
2.1.1水源的改變
水源為地表水地下水共同開發利用，原以地下水為主要供水來源，現以地表水為主，水源的改變，必將使得淨水工藝作出相應調整，以滿足出水水質標準。
2.1.2供水安全性
採用地下水供水，水源較為單一，從供水安全形度，擬建地表水廠可使得該市未來的供水格局為地下水與地表水同時供水，可增強供水安全性。
2.1.3新生活飲用水標準的提出
根據國家標準委和衛生部聯合釋出經過修訂的《生活飲用水衛生標準》和13項生活飲用水衛生檢驗方法國家標準。新生活飲用水衛生標準的提出對水廠出水水質的要求更加嚴格，檢測專案也更加全面。原水廠需要完善處理工藝，加強出水水質達到新標準要求。
2.1.4井群原水水質
該水廠部分井群原水面臨著總硬度偏高、硫酸鹽、氟化物、總硬度等指標偏高的問題。
選擇淨水工藝注意事項
淨水工藝方案的擬定應針對原水水質特點，以最低的基建投資和經常執行費用達到要求的出水水質，提高水廠的供水安全性和可靠性;實現水廠的穩定執行，提高水廠在短時惡劣條件下的執行能力，保證城市的供水水質安全。
設計應充分考慮下列主要因素：①原水水質的歷史資料;②出水水質的要求;③相同或類似水源淨水處理的實踐;④經濟條件及操作人員的經驗和管理水平。
工程設計規模
2.3.1 水量：結合近、遠期供水規劃要求，設計採用單位人口綜合用水量指標法和單位建設用地綜合用水量指標法兩種方法加權平均法計算出的水量作為最終需水量。水廠改造規模為5萬m3/d。
2.3.2 水源：水源主要是以南水北調原水為主，水質較好，水質為《地表水環境質量標準》GB3838-2020中的Ⅱ類水體，但供水期為非汛期的8個月，因此，在汛期採用周邊井群地下水作為供水水源，該水質是氯化物、硫酸鹽等指標較低。
2.3.3 水質：水廠出水水質達到國家《生活飲用水衛生標準》***GB5749-2006***的要求。
2.3.4 水壓：供水水壓滿足《某市城市給水專項規劃***2012-2030年***》中規定，本次改造工程保持加壓泵房揚程不變，即35m。
2.3.5 生產廢水處理目標：本次改造工程反衝洗廢水及排泥水就近排入汙水收集管網，接入汙水廠集中處理。
給水工藝論述
常規處理技術比較與選擇
3.1.1 混合
混合的目的在於使投入水中的混凝劑能迅速而均勻的擴散於水體，使水中的膠體脫穩，提高凝聚效果。目前以管式混合、機械混合為主。
① 管式混合器可以適用於水量變化不大的各種規模水廠，其主要優點有裝置簡單、維護管理方便、不需土建構築物，在設計流量固定的範圍內混合效果好、不需要外動力裝置;一旦執行水量變化過大，其水頭損失將按水量的二次方關係相應改變。
② 機械混合是利用機械攪拌器的快速旋轉，使混凝劑迅速、有效均勻地擴散於整個水池之中，混合效果良好，水頭損失小。適用於大規模的淨水廠。其優點是混合效果不受水量變化的影響。缺點是需要耗能，且管理維護複雜、需建混合池。
考慮到本工程水源複雜，水量變化較大，為節省投資及執行管理費，本設計採用不受水量變化影響混合效果的機械混合形式。
3.1.2 絮凝
水中的膠體顆粒脫穩後，在絮凝設施中形成粗大密實且沉降效能良好的絮體顆粒。為使微絮體良好成長，絮凝設施要有良好的水力條件，操作執行合理直接影響到最終的出水水質。淨水工藝中絮凝池形式大致可分為水力絮凝和機械絮凝。
① 目前水力絮凝效果好、效率高、技術相對成熟的大多采用柵條***網格***絮凝和折板絮凝。
a.柵條***網格***絮凝池是通過柵條或網格的能量消耗完成絮凝過程。優點是絮凝時間短，絮凝效果較好，構造相對簡單。但這種池型對水量的變化較為敏感，單池能力不能太大，另外柵條***網格***有時會被帶狀雜物堵塞，或滋生青苔，底部容易積泥，需經常清洗。
b.折板絮凝池是在隔板絮凝池基礎上發展起來的。該種池型是利用在池中加設一些擾流單元以達到絮凝所要求的紊流狀態，使能量損失得到充分利用。折板絮凝池可佈置成豎流式或平流式。折板絮凝池具有絮凝時間短、絮凝效果好等特點，且單池處理能力較大。
② 機械絮凝處理效果較好，能適應水量、水質、水溫的變化，能耗、藥耗也較低，但主要缺點是機械裝置加工、維護工作量大，造價較高。機械裝置一但出故障，若不能及時搶修，將影響絮凝效果。
考慮到本工程水量變化的特點以及投資建設問題，採用折板絮凝池。
3.1.3 沉澱
沉澱的目的是為去除水中懸浮物，使出水達到待濾水的水質要求。目前國內應用較多的主要有平流沉澱池和斜管沉澱池。
① 平流沉澱池：構造簡單、管理方便、耐衝擊負荷強等優點。通過合理加藥和絮凝，目前平流沉澱池的出水濁度基本可控制在1～3NTU。其缺點是停留時間長，佔地面積較大，土建投資較高。近幾年實施的平流沉澱池均增加外圍護結構，隔離陽光和防凍，雖增加部分投資，但整體美觀、處理效果好。
② 斜管沉澱池：利用淺池沉澱原理，具有沉澱效率高、佔地小等優點;其缺點是：處理同樣水量時其沉澱部分面積僅為平流沉澱池的1/3，對原水水質變化的適應性較差;斜管需定期更換且造價較高，增加執行費用。若水源水為低溫低濁度微汙染水，採用斜管工藝沉澱，當加藥量大，礬花變多且難沉降時，常黏附於斜管頂部易形成一層絮凝渣層堵住斜管，脫落後又帶入濾池，會增加濾池負荷。
考慮在現有水廠的應用，平流式沉澱池對水質適應性強，處理效果穩定，推薦採用。
3.1.4 氣浮型式
氣浮法是由溶氣系統供應溶氣水，通過水中氣泡粘附水中懸浮物，使其浮於池面，用刮渣機刮除。氣浮池一般分為平流式、豎流式和綜合式三大類。
① 平流式氣浮池：是目前氣浮淨水工藝中用得最多的一種，採用反應池與氣浮池串聯的形式。該形式的優點是池身淺、構造簡單、管理方便。缺點是佔地較多、與後續處理構築物配套較困難、池體分離部分的容積利用率不高。
② 豎流式氣浮池：是國外常用的一種形式。優點是佔地較小，固、液上浮分離在水流分配上較合理，便於與後續構築物配合。缺點是池身高、造價較大，容積利用率低，反應池與氣浮池的水流銜接較困難。
③ 浮沉池：採用沉澱與氣浮相結合的浮沉池工藝以適應原水的變化，先將部分易沉雜質去除，而未沉的較輕雜質則由氣浮池去除。這種形式結構緊湊，佔地小，去除率高，充分發揮氣浮、沉澱兩種處理方法各自的特長，提高綜合淨水效果。但對於沉澱和氣浮工藝兩者的切換卻比較困難。我國北方地區有使用浮沉池的工程例項。
考慮到本工程水質特點，氣浮池在實際應用中主要作用為除藻和處理低溫低濁水，效果較好，浮沉池作為與沉澱池相結合的一種池型，在水處理過程中，可根據原水不同的水質特徵進行調整，也是一種較為理想的方式，推薦使用。
3.1.5過濾
過濾是消毒工藝前的關鍵性處理手段，對保證出水水質具有重要的作用。目前，國內水廠採用較多的是V型濾池和移動罩濾池。
① V型濾池：兩側***或一側***進水槽設計成V型而得名。主要特點有：a.濾料粒徑均勻，厚度大而粒徑較粗，具有較大的截汙能力，可保證出水水質和延長過濾週期;b.採用微膨脹的氣水反衝洗和表面掃洗，沖洗乾淨;c.過濾清水採用調節閥門做到恆水位等速過濾，出水水質更有保障;d.執行和反衝過程的自動控制更使濾池體現出先進水平。但濾池配套裝置多，土建較複雜，投資較高。
② 移動罩濾池：濾速高，執行週期短，沖洗耗水大，沖洗不均勻也不徹底。該方式為等水頭變速過濾，濾後水濁度為整座濾池平均濁度，無法解決反衝洗後單格清潔濾池濾速較快，濾後水濁度偏高的問題，進一步提高濾後水質困難。優點是裝置少，佔地小，投資少。
考慮到本工程出水水質和過濾週期的要求，綜合考慮採用V型濾池。
預處理技術
預處理技術一般是作為其他工藝的輔助措施，主要是生物預處理和強氧化處理技術。對水源水中存在的嗅味、藻類、微量有機汙染物、重金屬物質等問題，本工程在預處理階段採用投加高錳酸鉀。其能夠選擇性地與水中有機汙染作用，破壞有機物的不飽和官能團，用於去除水中嗅味、色度等問題，效果良好。深度處理工藝
深度處理技術
常規處理的後續深度處理技術一般包括氧化技術、吸附技術、膜技術以及離子交換技術等。
在各種改善水質處理效果的深度處理技術中，臭氧活性炭吸附技術是完善常規處理工藝，把臭氧氧化和活性炭吸附工藝組合使用，是去除水中有機物最成熟有效的方法之一，應用於水廠淨水處理中，技術成熟，淨水效果非常顯著。
消毒劑的選擇
《室外給水設計規範》規定，生活飲用水必須消毒。本工程消毒工藝根據水源水質和處理要求，採用濾後次氯酸鈉進行消毒。
主要構築物設計
機械混合池
本工程機械混合池設計規模為2250m3/h，總平面尺寸為2.0m×2.0m，有效水深4.0m，鋼筋混凝土矩形池，分二組，主要裝置採用TJ型攪拌機2臺。
折板反應池
本工程折板反應池2座，單池設計規模為1125m3/h，鋼筋混凝土矩形池;單池平面尺寸為14.53m×8.0m，平均有效水深為4.0m，超高0.40m。
平流沉澱池
本工程平流沉澱池與絮凝池反應池合建。設2座，單池設計流量為1125m3/h，水平流速為11.16mm/s，表面負荷為1.44m3/ m2.h，平面尺寸為100.0m×8.0m，水深為3.5m;主要裝置採用泵吸式刮吸泥機。
氣浮池
在平流沉澱池後部建設氣浮池，設2池，單池分為2格，單池設計流量為1125m3/h，氣浮接觸時間為122.5s，單池平面尺寸為20.45m×8.0m，水深為3.5m。氣浮區包括導流區、接觸室、分離區，按寬度方向均分為4格，單格寬度為3.9m。
加藥間
設定高錳酸鹽和粉末活性炭投加系統，作為強化預處理使用。加藥間平面尺寸為27.0m×12.0m。高錳酸鹽投加於現有配水池進水管上，設溶液池2座，單池尺寸為1.5m×1.5 m×1.5m***深***，每池各設配液攪拌機1臺，隔膜計量泵投加。粉末活性炭投加於現有配水池進水管上，投加間外設料倉，容積為10m3，投加間內設溶液罐，並配備攪拌機1臺，採用螺桿泵投加。
加壓泵房***現有***
現狀加壓泵房1座，位於廠區南側，框架結構，平面尺寸10m×60m，包括值班室、配電室、加氯間、氯庫與之合建。主要裝置為離心泵3臺，單臺額定設計引數1700m3/d，揚程35m。原加氯間、氯庫等未配置加氯裝置，本次工程採用次氯酸鈉消毒方式，投加量以5mg/L計算。
結束語
綜上所述，該水廠改造工程採用的淨水處理廠工藝設計充分考慮了水源水的水質特點，採用了機械混合池+浮沉池+超濾車間+次氯酸鈉消毒的工藝，並輔以投加粉末活性炭與高錳酸鹽等強化預處理措施。工程結合現狀水廠用地規模，高效組合淨水工藝各個單體構築物的建設，集中的體現了集約化程度高、造價低、節水節能的特點，為國內小型水廠改造工程的設計提供了參考，通過以上的設計及改造，濾後水濁度<0.5NTU，色度、嗅味等感官指標優於國家標準，深度處理後，水濁度達0.1NTU以下，出水指標達到《生活飲用水衛生標準》。
參考文獻
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[2]上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊第三冊***城鎮給水第二版***[M].北京：中國建築工業出版社,2004。