扬州市第五水厂一期工程设计
摘要：介绍了扬州市第五水厂一期工程的工艺流程、主要设计参数和运行状况，其工艺方案优化、设备配置等方面有着独到之处，可供同类工程借鉴。
关键词：净化工艺、设计参数、设备配置、自控、结语
工程概况
扬州市第五水厂远期设计规模为60×104m3/d，分三期建成，占地约15.0ha。一期工程设计规模为20×104m3/d，该工程于2008年5月底开工建设，由于规范施工管理程序，对施工单位选择及材料设备采购实行招标竟标，加强施工过程中管理和监督，在保证工程质量的同时，缩短了施工周期，历时两年完成整个工程的施工任务，工程于2010年5月建成投产，工程总造价约为3.89亿人民币。为扬州市沿江开发、招商引资及全面实施扬州市区域供水,奠定了坚实的基础。一期工程投产以来,运行情况良好，平均出厂水浊度一般为20～80mNTU，出厂水水质均优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），其他各项技术指标均达到或优于设计要求。
一、取水工程
扬州第五水厂取水水源位于长江三江营主航道段，国家南水北调（东线）夹江口上游1.5Km处，此处长江水质较好，据 2003年～2007年水质检测结果表明：长江三江营段水源II类水质达标率为87%以上，
是比较理想的城市供水水源。
1、取水头部
取水头部设计规模60×104m3/d，设置桩架式菱形取水头部两座，其间距12m，采用钢管桩框架式结构。水面设置浮标防护区域及航标信号灯以确保取水头部维护和航道安全。自流引水管采用2根DN1800钢管，其单管长度为452（457）m。
2、取水泵房
取水泵房设在长江大堤内侧，泵房土建工程按总规模60×104m3/d设计施工，泵房平面尺寸：19.9×22.86m，设计吸水井底标高-6.60m，顶标高6.82m（水源长江最高水位6.36m），满足百年一遇的防洪要求。两个进水区5450m×5300m ；过渡区5400m×5300m，1500m×1500m分中电动联络闸板阀2只； 1200m×1300m进水电动闸板阀6只；三个过滤区5400m×2460m，XWC-2000型旋转滤网3台套，要求可根据上下游水位差自动冲洗启闭。吸水井共计5台泵位，其中一期工程采用2大2小立式斜流泵，小泵性能参数Q=2300～3300m/h、H=16～10m，大泵性能参数Q=4550～5850m3/h、H=15～10m，其中1大1小采用变频调节，以适应源水需求量和长江水位的变化要求。
3、原水加药间
加药间平面尺寸40.0m×13.8m，土建按总规模一次建成，设有高锰酸钾溶液池，以应对水源污染突发事故和常规预氧化处理，其尺寸：4.8m×3.8m×3.7m 。采用隔膜计量泵定量自动投加，一期工程设隔膜式计量泵2台，1用1备，单台参数Q=1200L/h,H=3bar。高锰酸钾
3正常0.2～0.5mg/L。
二、源水输水管道
浑水输水管线的走向选择直接影响到管线的长度，施工的难易、沿线拆迁量的大小、工程造价的高低和运行安全保障等因素。一期浑水输水管线的选择，注重于安全保障和抢修维修的便利，经过组织专家多次查勘和论证，线路基本上是沿乡镇干道面铺设，减少了拆迁量，方便了施工，取用管材为DN1600（PCCP）钢筒水泥管，长度4.7km。
三、净水工艺
净化厂设计总规模40×104m3/日，一期规模20×104m3/日.占地总面积为13.448Ha。以技术成熟、工艺先进、运行可靠、管理方便原则选用净水工艺：
加 原水加混凝剂 机械搅拌折板反应平流沉淀型滤池 加 氯反冲吸洗水泵井房 深预度留处 理清水池吸水井送水泵房输水管网 加 污 加 泥饼外运回收调节池 加 储泥池污泥浓缩池加混凝剂污泥调节池污泥脱水机房
3.1、净水厂一期工程：机械混合、折板絮凝、平流式沉淀池2座，每座规模10×104m3/d，可独立运行。
3.1.1、混合
采用机械搅拌混合，解决了以往静态管道式混合器在投产初期因产水量小，混合效果不好的问题，有效的保证其混合效果，机械搅拌池尺寸2.8m×2.8m×4.5m，混凝剂投加采用穿孔分配器,以保证加药均匀，设置在进水口上部搅拌叶轮下部，其混合时间28s。 3.1.2、絮凝
采用不锈钢竖向折板絮凝，其单池尺寸25.2 m×20.1m×4.5m，经总配水堰分宽2.70m 计7个过水通道，每个通道分三段串联流速：V1=0.26m/s、V2=0.18m/s、V3=0.11m/s，絮凝时间为20min 絮凝池采用斜角为490斗式集中排泥，排泥管采用DN200的ABS管，并在斗底口集泥区设压力水反冲辅助管以防积泥提高排泥效果，ABS穿孔排泥管排泥，管径为DN200，设34只DN200气动快开排泥角阀，并实现压力水反冲和排泥阀启闭现场手动和远程遥控双重控制，提高了自动化程度和排泥效果。 3.1.3、平流沉淀池
平流沉淀池与絮凝池合建，单池设计规模10×104m3/d，沉淀池单座平面尺寸120.00m×20.1m，沉淀时间167min，水平流速15mm/s, 絮凝池至沉淀池配水采用竖向条形孔花墙，使其布水均匀。出水设9根指形不锈钢集水槽，每根长长22m，断面尺寸为0.5m×0.8m,表面出水负荷为240.5m3/(m·d) ,严格控制集水槽堰口标高误差，使其误差≤1mm，有效的保证集水区水流上升流速均衡，提高出水水质。单座设有一套桥式虹吸排泥机，其跨度21.0m，行走速度＜1m/min，配
备现场手动和远程自动控制系统。
为方便清理排泥,在沉淀区内底板增设3道0.5m×0.5m横向沟槽,每条槽出墙由DN300手动蝶阀控制。 3.1.4、滤池：
采用V型滤池，设计规模20×104m3/d，气动阀控制。滤池分10格，单池有效面积15.05m×6.2m。两边对称布置，中间为管廊。设计滤速采用7.15m/h，有效水深3.3m，滤料采用单层天然石英砂均质滤料，厚度为1.30m，d10=0.9～1.35mm，K80≤1.25；支承层d10=2～4mm，原度为0.05m。配水配气采用长柄滤头，单个滤头缝隙面积为2.52cm2，滤头设置为55个/m2。
反冲洗采用滤池累计工作时间、滤层水头损失、滤后水浊度及强制冲洗并行手动和全自动控制方式。滤池反冲洗分为气冲洗、气水混合冲洗、单水漂洗三个阶段。第一阶段气冲强度为17L/s.m2,历时3min；第二阶段气水冲洗，气冲强度17L/s.m2，水冲洗强度3L/s.m2，冲洗历时4min；第三阶段清水漂洗，冲洗强度为5L/s.m2，冲洗时间为6min。表面扫洗强度2L/s.m2。 3.1.5、反冲洗泵房
反冲洗泵房按总设计规模40×104m3/d一次建成，平面尺寸55.88m×22.20m，半地下式布置。滤后加氯过的清水经反冲洗泵房吸水井内溢流墙溢入清水池，冲洗泵吸水口水位恒定不变，有效保证反冲洗强度恒定不变。设置反冲洗水泵3台，2用1备，单泵流量Q=970m3/h，扬程H=9.5m。另设置罗茨鼓风机3台，2用1备，单机风量
Q=46.3m3/min，出口风压ΔP=0.4bar。
在滤池工艺施工及设备配置方面有三个特点：
⑴工艺改进及安装科学合理：对滤池单格阀门和堰墙位置进行合理调整布置，增设了格栅走道，使滤池走道宽畅美观。对滤池总进水渠和排水管方向位置进行合理变动调整，使排水管线缩短，布置更优化。对滤板制作安装进行科学合理的安排和要求,提高了质量，缩短了施工周期。整个现浇滤扳的水平误差≤2mm,优于设计要求(设计要求≤5mm),并经98kpa试压一次性试压成功。
⑵设备合理配置。阀门控制系统采用气动控制，兼有远程、就地及手动控制功能，为防止断电引发阀门自动关闭问题，配置了UBS不间断电源系统，确保滤池安全运行。
⑶采用超声波液位仪输出信号控制进出阀门开启度,从而实现恒水位过滤。每格滤池配有超声波液位仪和高精度浊度仪，通过滤池上部液位仪的信号与设定值比较，自动调整出水调节阀的启闭度，使整个滤池系统中的水位恒定，从而保持滤速恒定。每格滤池DN200放空排水阀配置气动蝶阀，用于排放初滤水，有效控制滤池冲洗后的出水水质。
3.1.6、加氯与清水池：
加氯采用DN1600不锈钢静态管式混合器，40kg/h的真加氯机，水射器副压投加方式，药液管采用DN50的APS穿孔管。考虑到主要服务对象区域为城市郊区，用水时变化系数大的特点，适当提高清水池调节容量，清水池调节容量按15％设计，规模为3×104m3，平面
尺寸为95.00m×64.50m，有效水深4.9m。 3.1.7、送水泵房
设置一座吸水井，平面尺寸为42m×7.00m，有效水深H=7.3m。泵房土建40×104m3/d设计施工，平面尺寸为54.00m×12.00m，地坪以下5.1m的地下式布置，共设6台水泵机组位，设备安装一期按规模20×104m3/d配置，安装4台卧式离心泵，2大2小，其中1台大泵和1台小泵采用变频调节，单台大泵流量Q=3500～5400m3/h，扬程H=55～43m，；单台小泵流量Q=3000～4000m3/h，扬程H=53.5～45m。泵房内设起重量10T的电动吊钩桥式起重机1台。
地下墙壁上在电机相对位置设对称性换风机12台套，泵房内壁及房顶均设有吸音板，以降低泵房室内温度和噪音。 3.1.8、加药间
加矾间与加氯间合建，土建规模按40×104m3/d一次建成，总平面尺寸65.40m×16.40m。一期设备安装规模20×104m3/d，预留加氨系统。
1、加矾系统：混凝剂为固态碱式氯化铝，最大投加量为20mg/L，平均投加量10mg/L，设两座溶解池，其单池平面尺寸5.8m×4.5m，有效水深1.7m，地下式布置，设液下提升泵两台和机械搅拌器两台；溶液池3座可互为备用，半地下式布置，单池尺寸3.5m×3.7m×3m, 每池设有机械搅拌器，一期工程设隔膜式计量泵3台，2用1备，单台参数：Q=2616L/h,H=4bar。
2、加氯系统：消毒剂采用液氯，设有2台加氯量40kg/h（滤后
加氯一用一备）、两台加氯量20kg/h（补氯一用一备）美国W&T真空加氯机加氯机，一台蒸发量为100kg/h的液氯蒸发器。氯库设置漏氯报警仪和处理能力为1000kg氯气的漏氯吸收装置。加氯采用滤后加氯、吸水井前补氯方式。分别通过余氯分析仪反馈和流动电流仪反馈信号自动切换和控制（现场可手动控制）。 3.1.9、粉末活性炭自动投加系统
投加系统：有效容积50 m3的料仓、625kg/h的给料机，螺旋输送器，有效容积5.5m3的PAC溶液混合箱，流量为Q=12m3/h的投加泵，电磁流量计，空气压缩机，电控柜等设备。料仓顶部安装除尘器。料仓底部安装启动空穴振打设备，防止PAC板结，料仓上部、下部各装配一个料位计，以显示料位高低。
常规投加10-20mg/l，应急40mg/l。粉炭最大设计投加量为40mg/l，采用湿式投加。设置加注泵3台，两用一备，单泵流量为12 m3/h。粉末活性炭系统包括上料系统、储存输送、自动在线根据原水水质和水量，通过集中程序化控制自动配置PAC液浓度调节PAC投加量。
3.1.10、污泥池处理及废水回收
污泥处理系统：由污泥水调节池，污泥浓缩池，储泥池，污泥脱水机房和回用水调节池组成。絮凝池、沉淀池排水经污泥水调节池(容积约448m3，分二格，本期设2台潜水泵1用1备)进入污泥浓缩池浓缩处理，浓缩后的污泥送入储泥池(污泥浓缩池设置圆形幅流式2座，单座直径28m,池边水深5.0m。单池配28m周边浓缩机1台)，再有泵输送至脱水机房内, 脱水机房土建按总规模40万m3/d
建一座脱水机房，分三层，顶层安装卧螺沉降离心脱水机脱水机，二层设无轴螺旋输送机和储泥斗，底层为配套进泥泵等设备和运泥车外运的通道。
废水回收：为节约排污量提高节能效益，回收滤池反冲洗废水，将废水回收调节池内(容积约939.12m3，分二格，本期设4台潜水泵Q=240m3/h,H=10m两用两备)的反冲洗废水通过潜流泵提升回流至机械混合池入口处。
废水回收和污泥池处理系统运行全部实行远程自动或现场手动控制运行。
四、清水输水管道：
一期清水输水管道总长近40.00Km，主要采用DN1600、DN1200PCCP管，局部过河段采用钢管，主要供水服务对象为扬州沿江开发区、广陵产业圆、江都县。
五、水厂监控自动化系统：
控制系统采用两级分布式结构，即分为厂级控制中心和现场区域控制分站。控制中心、控制分站及终端机通过有线网络连接，各有分工，既能独立工作，又能在统一指挥下协调工作。现场控制分站具备脱离控制中心独立运行的能力，以减少局部事故给整个控制系统造成的损失。
净水厂中心控制室与水源厂及总公司调度中心组成通讯网络，网络形式采用电信光纤宽带。既能将净水厂的数据实时传输给水源厂控制中心和总公司调度中心，也能将水源厂控制中心和总公司调度中心
的命令传输给净水厂。
计算机测控系统采用集中管理，分散控制。全厂集中管理系统设于中心控制室，配备两台工控机并行工作。将各个生产区域划为五个PLC分站，分别为取水泵房分站PLC1，加药间分站PLC2，反冲洗分站PLC3（下设10个远程I/O分别控制一期10格滤池），送水泵房分站PLC4，污泥脱水车间分站PLC5。
5.1.1、PLC1取水泵房分站：
① 采集电机温度、出水管道压力、出水总管压力、进水及吸水井水位、原水的PH值、COD（Mn）、TOC、溶解氧值、10KV及6KV配电系统进线电流、电压、有功电能、无功电能信号，变压器柜电流、有功功率信号，电动机柜电流、有功功率、电机温度信号、0.4kvKV配电系统进线电流、电压信号、电机电流、有功功率信
号。通过智能监控仪传送至分站。
② 监视变配电系统和水泵、阀们的运行状态，对事故信号予以报警。 ③ 操作人员通过对水泵机组的开/停实施监控，协调泵阀工作顺序，自动完成一体化操作。
④ 通过电信光纤宽带实时向净水厂中控室传递工艺、电气参数。 5.1.2、PLC2加药间分站：负责加药间内各设备的监控检测加药间溶解池、溶液池液位信号。
① 检测加药泵运行状况、出液流量、压力，加氯间氯瓶重量、漏氯报警信号。检测加氨间氨瓶重量、漏氨报警信号。
② 加氯控制：滤后水加氯则采用复合环路控制方式，加氯机上专用控制器同时接受滤后水流量计和滤后水余氯分析仪或用出厂水余氯分析仪传来的信号，调整加氯量和补氯量。
③ 混凝剂的自动投加：根据流量比例调节加药泵的冲程，从而调节混凝剂的投加量。
④ 粉末活性碳的投加：分为正常投加和突发事件投加自动投加系统。 采集0.4KV配电系统进线电流、电压信号。集电机电流、有功功率信号。实时向中控室传递工艺、电气参数。
5.1.3、PLC3反冲洗泵房分站：负责絮凝沉淀池；滤池；反冲洗泵房；废水回收池及污泥调节池的监控
① 絮凝反应池的排泥：根据设定的排泥时间和周期，分组顺序开启排泥阀。操作人员可以在主控机上的相应窗口修改排泥时间和排泥周期。
② 沉淀池虹吸排泥机的自动控制：根据泥位计的检测信号或设定的排泥周期启动刮泥机，当刮泥机运行至沉淀池全长的1/3处时返至沉淀池首端，再次运行至沉淀池末端，完成一次排泥。
③ 滤池和反冲洗泵房：整个滤池工作过程分为两个阶段，即正常过滤阶段和反冲洗阶段，其正常过滤阶段由每格滤池的现场子站（远程I/O子站）完成；反冲洗阶段由控制分站（PLC3）完成。 现场子站（远程I/O子站）：
实时检测每格滤池水位和水头损失值。根据滤池水位，通过PID调节程序，调节清水出水阀开度以保证滤池恒水位恒速过滤。将滤池水头损失实测1与设定值相比较，到达设定值时或达到过滤周期时向分站（PLC3）发出反冲洗请求。 控制分站（PLC3）有如下功能：
检测0.4KV配电系统进线电流、电压信号。电机电流、有功功率信号、原水工艺参数（如原水流量、浊度、温度、PH值）、沉淀池泥位和出水浊度、滤池水头损失仪、液位计、反冲洗泵房压力计、流量计、0.4KV配电系统进线电流、电压信号、电机电流、有功功率信号、单格滤后水及总出水管的浊度。监视反冲洗设备的工作状态。当某格滤池满足反冲洗条件时，即进入自动反冲洗程序。实时向中控室传递工艺、电气参数。
5.1.4、PLC4送水泵房分站：负责高压配电室内智能监控仪的信号传输及送水泵房内各送水泵及阀门等系统的监控。
检测清水池水位、电机温度、管道压力、10KV及6KV配电系统进
线电流、电压、有功电能、无功电能信号、变压器柜电流、有功功率信号，电动机柜电流、有功功率、电机温度信号、0.4KV配电系统进线电流、电压信号、电机电流、有功功率信号、出厂水工艺参数（出厂水流量、压力、浊度、余氯）通过智能监控仪传送至分站，实时向中控室传递工艺、电气参数。
① 根据清水池水位和总管压力控制泵的开/停，协调泵阀工作顺序，自动完成一步化操作过程，达到恒压供水的目的。采用变频调速装置实现变频供水，泵房水泵出口的压力保持恒定供水，达到节能供水的目的。
② 监视变配电系统和水泵、阀门的运行状态，对事故信号予以报警。 ③ 操作人员通过对水泵机组的开/停实施键控，协调泵阀工作顺序，自动完成一步化操作。
5.1.5、PLC5脱水车间分站：负责储泥池；浓缩池；脱水车间等系统的监控。
检测0.4KV配电系统进线电流、电压信号、电机电流、有功功率信号、污泥量及污泥浓度自动控制设备的运行台数，实时向中控室传递工艺、电气参数，根据污泥量对浓缩机、板框压滤机、螺旋输送机状态进行远程监控。
各PLC分站是该生产区域内所有工艺、电气参数的集中点，这些数据由各PLC分站通过网络送至中控室工控机，在中控室工控机进行分析处理后，向各分站内工艺设备发出相关的测控指令，指挥生产，从而实现各个工艺流程的全自动控制。各PLC分站预留了二期工程
的I/O点。
5.2、工程控制方式设置如下： 1） 手动模式：通过就地控制箱或低压柜上的按钮实现对设备的启停操作。 2） 遥控模式：即远程手动控制方式。操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘来控制控制现场设备。 3） 自动方式：设备的运行完全由各PLC根据水厂的工况及工艺参数来完成对设备的启/停控制，而不需要人工干预。
通过强电设计中的“就地/遥控”切换开关可实现就地现场手动控制和PLC监控，其中就地现场手动控制优先权高于PLC监控，以保证现场操作维修安全。
六、结语：
1、通过多次的外出学习参观，吸取其他兄弟水厂的经验教训，对原设计工艺提出更适合、更经济、更科学的合理化改进，使工艺优化创新、合理、适用，从而提高水处理效果，降低了生产成本。
2、将高锰酸钾（PP）与粉末活性炭（PAC）投加纳入常规水处理流程，在原水取水泵房出水管投加PP，使氧化过程充分，在加矾前2min左右投加PAC，可最大限度的发挥PP的对胶体具有良好的氧化作用，PAC因能吸附水中的有机物，还可作为混凝剂的晶核，强化混凝过程，提高絮凝沉淀效果，降低滤后水浊度，改善出厂水质。出厂水水质综合合格率均达到100%，106项指标检测全部达到或优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。
3、水厂的建设把现代气息与古代文化结合起来。平流式沉淀池与V型滤池上部采用拉膜结构，彰显现代气息。厂区所有辅助建筑物采用典型的扬州园林风格，灰色外墙涂料，暗褐色大理石墙裙，灰蓝色陶瓷瓦屋顶，建筑物之间与周围配有小桥流水、树林、竹林、假山点缀，古色古香。
4、通过规范工程管理，建立完善的管理体系，加强施工现场管理，可有效地降低工程造价，提高工程施工质量。
