杭州市九溪水廠設計介紹
杭州市九溪水廠設計能力60萬m3/d，是目前浙江省規模最大的自來水廠。該水廠是利用國外貸款，既引進90年代國際先進技術與設備，又充分使用國內成熟經驗，使國內外技術融為一體。設備進行合理組合的一座現代化水廠。水廠自1999年6月試運行，2000年6月正式投產以來一直運行正常，出廠水質各項指標都達到了建設部2000年科技進步規劃中要求一類水司標準，出廠水濁度去年平均為0.3NTU，經常在0.1NTU以下。全廠職工只有60人，其中生產一線30人，每班只有5人。現將該工程的設計和建設特點介紹如下。
1、設計介紹
九溪水廠分為三期建成，一、二期規模各為15萬m3/d，三期為30萬m3/d。
1.1、水源
以錢塘江珊瑚沙段為水源，錢塘江干流全長483km，一般流量在5000m3/s，枯水年平均泄水量300m3/s(95%保證率)。水質良好，按地面水環境質量標準評價屬Ⅰ～Ⅱ級。原水濁度3.2～7000NTU；溫度5～32℃；色度10～30SCU；氯化物3～4370mg/L(咸潮型河段)；鐵0.05～0.08mg/L；錳0.05～0.10mg/L；總細菌280～7300個/mL；總大腸菌群740～9600個/L。
1.2工藝流程
水廠工藝流程如圖1。
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圖1工藝流程1.3.2配水井
1.3、工藝設計
1.3.1、取水泵房
取水口為淹沒式江心取水口，通過長108m(DN=2600)引水鋼管自流進水泵站吸水井。泵站平面尺寸24.6m×26m，地下部分深12.8m，內設粗格柵、旋轉濾網及立式斜流泵(Q=6875m3/h，H=16m)5臺。
圓型配水井直徑18m，有效容積1470m3，分設4路，停留時間3.2min，主要功能為將原水均勻分配至4組凈水構筑物，兼作預氯化投加點。
1.3.2、混合
采用DN=1400×4靜態管道混合器，速度梯度為750～1000s-1，滯留時間最長為6s，投藥口設于混合器前端，分上、下、左、右4處，保證藥液快速、均勻的分配。
1.3.3、絮凝沉淀池
絮凝采用水力折板絮凝，分為三段，絮凝時間為15～18min；速度梯度分別為：異波折板80s-1，同波折板43s-1，平板24s-1；絮凝區設穿孔排泥管，氣閥控制。
共設4組平流式沉淀池，每座平面尺寸為118.5m×18m，有效水深3.2m，分為兩格，每格處理能力7.5萬m3/d。出水為鋸齒形三角堰指形槽，堰的負荷率一期為440～500m3/(d·m)，二期為190～225m3/(d·m)，三期為150～170m3/(d·m)。排泥采用刮吸結合無軌道式吸泥機。
1.3.5、濾池
濾池全部采用V型濾池，均粒石英砂濾料，有效粒徑0.95mm(K=60分別為≤1.4，≤1.6)、砂層厚度為1.20m,4～8mm礫石墊層厚50mm，氣水反沖洗、恒水頭、恒濾速過濾。
一、二期15萬m3/d規模為一組，每組分為10格，單格面積107.27m2(有效過濾面積93.28m2)，濾速7.37m/h。三期30萬m3/d規模為一組，每組分為10格，單格面積186.6m2(有效過濾面積163.0m2)，濾速7.82m/h。沖洗強度：表沖1.8L/(s·m2)，氣沖15.28L/(s·m2)，水沖一、二期2.08～3.85L/(s·m2)，三期為1.94～3.6L/(s·m2)。
操作室設：3臺反沖洗水泵，每臺水泵水量1100m3/h，揚程8.6m，電機功率45kW；2臺鼓風機，每臺風量8918m3/h，風壓1.35bar，電機功率132kW；1臺空氣壓縮機，風量56.5m3/h，風壓7bar，電機功率7.5kW。
濾池的控制閥門均采用氣動。在濾池水頭損失和流速變化情況下，每格濾池在±100mm范圍內的定水位由出水控制閥門自動維持。
1.3.6、清水池
一期二期濾池下部各設有3000m3接觸池，三期另設容積為12000m3清水池。廠外增壓泵房另設清水池30000m3。
1.3.7、送水泵房
兩座30萬m3/d規模的半地下式送水泵房分設在高壓配電間及控制室的左右。
一期內設兩臺奧地利ELIN公司600-LNN-950水泵(Q=4700m3/h，H=22m，配套10kV電機，315kW)。兩臺上海KSB32SA-19A-1100水泵(Q=5500m3/h，H=22m，配套10kV電機，450kW)。三期內設4臺法國660-LNN-950水泵(Q=5000m3/h，H=24m，配套10kV電機，450kW)。
1.3.8、加藥間
加藥間設有Cl2、NH3、Al2(SO4)3、PAM、NaOH等5種藥劑的儲存、調制及投加設施。
1.3.8.1、消毒劑
消毒劑采用氯和氨。前加氯設計投加量3mg/L，為流量比例控制，每臺最大加注量57kg/h(2用1備)，投加點為原水流量計出口10m處加氯井內。
后加氯設計投加量1.5mg/L，共設置5臺余氯控制加氯機，其中一、二期為3臺10kg/h(2用1備)，投加點為濾池下部接觸池進水端；三期為2臺20kg/h(1月1備)，投加點為濾池出水渠堰口處。
后加氨設計投加量1mg/h，采用壓力式流量比例加氨機，每臺最大加注量20mg/h(2用1備)，投加點為送水泵房吸水井。
加氯間由氣源室(15.2×10.5m)、氯庫(10.4m×8.5m)、蒸發器與加氯機室(10.5m×5.6m)、泄氯中和裝置(10.5m×7.6m)等組成。
加氨間由氣源室、氨庫(15.2m×10.5m)及加氨機室(11.1m×3.8m)組成。
1.3.8.2、混凝劑
混凝劑為液體聚氯化鋁，備用混凝劑為固體聚氯化鋁。
混凝劑投劑間平面尺寸38m×10.5m，溶解池與溶液池合建于室內地坪下，共分3格(每格尺寸12.8m×3.05m×3.8m)，交替運行，每格配2臺5.5kW攪拌機，投加液濃度依據液位計信號自動調配，并用濃度計的信號進行修正。
設計平均投加量30mg/L(商品原液)，共設8臺(4用4備)美國M.R公司計量泵，每臺投加量4550～6060L/h，采用SCD信號調節頻率流量信號調節沖程方式進行控制。
1.3.8.3、助凝劑
助凝劑為粉狀袋裝聚合電介質。
藥庫平面尺寸10.5m×3.8m，投加間平面尺寸15.2m×10.5m。投加液由TMI提供的3臺配制罐進行配制，每罐容積4m3(配1.5kW攪拌機)。設計平均投加量0.08mg/L，投加泵出液管上配有稀釋設施。共設12臺雙缸投加泵(8用4備)，每臺投加量33L/h，投加泵的運行可在10%～100%范圍內進行手動調節。投加點為絮凝池進水端。
1.3.8.4、pH調節劑
調節劑用荷性鈉(NaOH)45%濃度的液態產品，比重為1.3。投劑間平面尺寸15.2m×10.5m，設有2個40m3封閉儲存池，儲存池上配有干燥設備。主要作用為調整出廠水pH，使出水具有良好的口感；或根據原水水質的情況，可對原水pH調整，以保證良好的絮凝效果。pH調節的設計投加量12L/h，投加濃度450g/L。設12臺(8用4備)雙缸投加泵，每臺投加量66L/h，手動操作投加，投加點為管式靜態混合器入口端。
出廠水pH調節的設計投加量8mg/L，投加濃度450g/L。設3臺(2用1備)單缸投加泵，每臺投加量650L/h，投加泵依據濾后水流量信號調節其頻率，自動投加，投加點為送水泵房吸水井內。
1.3.9、回收水池及綜合泵房
設有容積分別為600m3與500m3回收(污泥)水池2座，分別接納濾池反沖洗廢水及沉淀池排泥水。回用水泵將上清液抽至配水井重復使用，污泥泵將泥水排入錢塘江。
1.3.10、凈水廠生活污(廢)水處理
將生活污(廢水)收集至污水調節池，經A/O(地埋)式活性污泥處理設備二級生物處理，達標后排入錢塘江。處理規模100m3/d。
1.3.11、清水輸送管線
原水經凈化處理后，由2根長170m、DN=1600送水泵房輸水鋼管匯入一根長1560m、DN=2400輸水鋼管，并與長8700m、直徑2900mm輸水隧道接通；隧道出口由長度31m、DN=2900鋼管，與廠外苗圃增壓泵站內清水池接通；經加壓后再送入城市管網。
1.4、供電及自控系統
供電采用2路10kV高壓線路，廠內設有總高壓配電裝置及2臺630kV，10kV/380V的低壓變電器。
自控采用集散性控制系統(DCS系統)，該系統由中心調度室及進水、加藥、濾池1、濾池2、濾池3、出水、綜合泵房等7個PLC站組成。網絡結構分為單元控制、通訊和監控三級既可實行調度室集中控制，也可在各控制子站通過PLC子站間采用高效可靠的FLPWAY網絡連接，實現各PLC間的數據交換，各控制站的計算機利用高流量通訊網絡ETHWAY和NETDDE互相聯接，實現計算機間的快速信息交換。中控室還設有一臺主模擬屏和全廠攝像監控系統。
2、設計特點
2.1、穩妥可靠的工藝技術
(1)針對水源水質變化較大的情況選用適應性強、穩妥可靠的常規凈水處理工藝，特別強調了原水的均勻分配、快速混合、充分絮凝以及選用能夠確保水質處理效果的沉淀池與濾池的設計參數。
(2)加強了沉淀池的排泥，針對錢塘江原水濁度變化頻繁含泥沙量大的特點在沉淀池常規設計的基礎上選用法國提供的帶12組橡皮驅動(定向)滾輪的桁架式虹吸式刮(吸)泥機，與一般虹吸式排泥機相比有所創新。還在沉淀池區長度1/3一端部積泥較多部分加設兩道固定排泥斗，利用吸泥機刮板將池底污泥刮至泥斗儲存，靠重力強制排泥。
(3)降低沉淀池出水堰負荷，確保礬花不易上浮。
(4)擴大了濾池單池面積，三期30萬m3/d，濾池只有10座，每座面積有163m2，為國內之最，從而節省了建設投資。
2.2、加藥設計有所創新
(1)加藥品種多樣化，保證良好的凈水效果。使出廠水具有良好的口感。
(2)藥劑原料不落地、不搬運。加藥間通常是最臟、最亂的地方，這主要是由于人工搬運的緣故。本設計將原料進口設在加藥間外面，可與運輸車輛直接連接自流進入溶藥池，并將溶解池與溶液池連在一起設置在地下，為藥庫寬敞、明亮、清潔環境提供了保證。
(3)加氯、加氨均采用自動控制投加設備，并有雙保險措施即既可以利用分控站PLC，也可以利用投加設備內控制器實現閉環控制。
(4)計量泵采用SCD與進水流量雙信號控制，更加有效地保證處理效果。
(5)建筑設計上考慮布局合理，通風良好，有效的防腐措施及必要的建筑面積。藥庫與加藥間分設，加藥間每個房間都可割斷，確保生產安全。
2.3、先進的自動控制
九溪水廠的DCS系統具有以下特色：
2.3.1、雙機熱備結構的調變主機
主機配備雙機并處于熱備狀態，在切換時做到不會丟失數據，又使它的無故障工作時日(MTBF)從4×104h提高到6×104h，從而使整個DCS系統的MTBF提高了近1.5倍。
2.3.2、高可靠的網絡結構
DCS系統的通訊網絡是三級控制的神經，為了提高其運行速度和可靠性，不采用單一型式的通訊網，而是在各PLC站之間采用FIPWAY網絡連接以進行站際間的數據通訊，PLC與RTU之間通過MODBUS通訊協議，實現與總公司的數據通訊，各控制站計算機FTHWAY高流量通訊網絡和NETDDE互相連接，實現計算機之間的快速信息交換。這種結構可以充分保證內部三級控制方式的高速通訊，各級網絡之間是隔離的，當其中某一網絡發生故障時，可以自動改變通訊傳送鏈路進行信號傳輸，使系統控制的影響減到最小。
2.3.3、完善的輔助系統
輔助系統是自控系統正常運行的保證。考慮到水廠處于雷電多發區，配置了完善的避雷設施，包括防直接雷系統、防感應雷的電源避雷、網絡避雷、信號避雷、一次儀表避雷等。為了適應全自動化的管理需要配置了7臺室外攝像機、5臺室內攝像機，4臺顯示屏，對生產關鍵部位進行全天候監測。
2.3.4、嶄新的工業組套軟件
設計使用INTOUCH7.0版本新的軟件，具有面向對象的圖形功能、動畫連接功能、標準用戶界面、精靈圖庫功能、動態參數功能等，具有畫面立體感強，操作誤碼率小的特點。為提高自控系統的整體可靠性、主機和PLC都設置了必要的冗余系統。
2.4、少而精的一次儀表
一次儀表的優劣往往對自控系統的可靠程度影響極大。九溪水廠一次儀表的設計遵循兩條原則：一是盡可能的少，除原水、沉淀水、濾后水的流量、濁度，SCD值，余氯，壓力，藥液液位、濃度等必要的參數參與控制外，一般不設在線式儀表；二是盡可能的精，不僅是選用名牌的儀表，而且要在國內已被使用，實踐證明性能可靠的產品，這些產品的零配件又能在國內市場上購買到。
2.5、優美的建筑與環境設計
凈水廠占地338畝，水廠場地地形平坦、地勢開闊，位于杭州國家之江旅游度假區。為與周圍環境協調，水廠的布局及建筑造型格調新穎、環境優美和富有時代感。綠化面積占廠區面積45%，使廠內建筑盡可能地淹沒于綠色環抱之中，再借以清水池頂上的西湖微縮水池、小品、雕塑等，與周圍環境組成一個完整而又疊落有序的建筑空間群體，使整個廠區既富有生機，又親切宜人。
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