杭州市九溪水厂设计介绍
杭州市九溪水厂设计能力60万m3/d，是目前浙江省规模最大的自来水厂。该水厂是利用国外贷款，既引进90年代国际先进技术与设备，又充分使用国内成熟经验，使国内外技术融为一体。设备进行合理组合的一座现代化水厂。水厂自1999年6月试运行，2000年6月正式投产以来一直运行正常，出厂水质各项指标都达到了建设部2000年科技进步规划中要求一类水司标准，出厂水浊度去年平均为0.3NTU，经常在0.1NTU以下。全厂职工只有60人，其中生产一线30人，每班只有5人。现将该工程的设计和建设特点介绍如下。
1、设计介绍
九溪水厂分为三期建成，一、二期规模各为15万m3/d，三期为30万m3/d。
1.1、水源
以钱塘江珊瑚沙段为水源，钱塘江干流全长483km，一般流量在5000m3/s，枯水年平均泄水量300m3/s(95%保证率)。水质良好，按地面水环境质量标准评价属Ⅰ～Ⅱ级。原水浊度3.2～7000NTU；温度5～32℃；色度10～30SCU；氯化物3～4370mg/L(咸潮型河段)；铁0.05～0.08mg/L；锰0.05～0.10mg/L；总细菌280～7300个/mL；总大肠菌群740～9600个/L。
1.2工艺流程
水厂工艺流程如图1。
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图1工艺流程1.3.2配水井
1.3、工艺设计
1.3.1、取水泵房
取水口为淹没式江心取水口，通过长108m(DN=2600)引水钢管自流进水泵站吸水井。泵站平面尺寸24.6m×26m，地下部分深12.8m，内设粗格栅、旋转滤网及立式斜流泵(Q=6875m3/h，H=16m)5台。
圆型配水井直径18m，有效容积1470m3，分设4路，停留时间3.2min，主要功能为将原水均匀分配至4组净水构筑物，兼作预氯化投加点。
1.3.2、混合
采用DN=1400×4静态管道混合器，速度梯度为750～1000s-1，滞留时间最长为6s，投药口设于混合器前端，分上、下、左、右4处，保证药液快速、均匀的分配。
1.3.3、絮凝沉淀池
絮凝采用水力折板絮凝，分为三段，絮凝时间为15～18min；速度梯度分别为：异波折板80s-1，同波折板43s-1，平板24s-1；絮凝区设穿孔排泥管，气阀控制。
共设4组平流式沉淀池，每座平面尺寸为118.5m×18m，有效水深3.2m，分为两格，每格处理能力7.5万m3/d。出水为锯齿形三角堰指形槽，堰的负荷率一期为440～500m3/(d·m)，二期为190～225m3/(d·m)，三期为150～170m3/(d·m)。排泥采用刮吸结合无轨道式吸泥机。
1.3.5、滤池
滤池全部采用V型滤池，均粒石英砂滤料，有效粒径0.95mm(K=60分别为≤1.4，≤1.6)、砂层厚度为1.20m,4～8mm砾石垫层厚50mm，气水反冲洗、恒水头、恒滤速过滤。
一、二期15万m3/d规模为一组，每组分为10格，单格面积107.27m2(有效过滤面积93.28m2)，滤速7.37m/h。三期30万m3/d规模为一组，每组分为10格，单格面积186.6m2(有效过滤面积163.0m2)，滤速7.82m/h。冲洗强度：表冲1.8L/(s·m2)，气冲15.28L/(s·m2)，水冲一、二期2.08～3.85L/(s·m2)，三期为1.94～3.6L/(s·m2)。
操作室设：3台反冲洗水泵，每台水泵水量1100m3/h，扬程8.6m，电机功率45kW；2台鼓风机，每台风量8918m3/h，风压1.35bar，电机功率132kW；1台空气压缩机，风量56.5m3/h，风压7bar，电机功率7.5kW。
滤池的控制阀门均采用气动。在滤池水头损失和流速变化情况下，每格滤池在±100mm范围内的定水位由出水控制阀门自动维持。
1.3.6、清水池
一期二期滤池下部各设有3000m3接触池，三期另设容积为12000m3清水池。厂外增压泵房另设清水池30000m3。
1.3.7、送水泵房
两座30万m3/d规模的半地下式送水泵房分设在高压配电间及控制室的左右。
一期内设两台奥地利ELIN公司600-LNN-950水泵(Q=4700m3/h，H=22m，配套10kV电机，315kW)。两台上海KSB32SA-19A-1100水泵(Q=5500m3/h，H=22m，配套10kV电机，450kW)。三期内设4台法国660-LNN-950水泵(Q=5000m3/h，H=24m，配套10kV电机，450kW)。
1.3.8、加药间
加药间设有Cl2、NH3、Al2(SO4)3、PAM、NaOH等5种药剂的储存、调制及投加设施。
1.3.8.1、消毒剂
消毒剂采用氯和氨。前加氯设计投加量3mg/L，为流量比例控制，每台最大加注量57kg/h(2用1备)，投加点为原水流量计出口10m处加氯井内。
后加氯设计投加量1.5mg/L，共设置5台余氯控制加氯机，其中一、二期为3台10kg/h(2用1备)，投加点为滤池下部接触池进水端；三期为2台20kg/h(1月1备)，投加点为滤池出水渠堰口处。
后加氨设计投加量1mg/h，采用压力式流量比例加氨机，每台最大加注量20mg/h(2用1备)，投加点为送水泵房吸水井。
加氯间由气源室(15.2×10.5m)、氯库(10.4m×8.5m)、蒸发器与加氯机室(10.5m×5.6m)、泄氯中和装置(10.5m×7.6m)等组成。
加氨间由气源室、氨库(15.2m×10.5m)及加氨机室(11.1m×3.8m)组成。
1.3.8.2、混凝剂
混凝剂为液体聚氯化铝，备用混凝剂为固体聚氯化铝。
混凝剂投剂间平面尺寸38m×10.5m，溶解池与溶液池合建于室内地坪下，共分3格(每格尺寸12.8m×3.05m×3.8m)，交替运行，每格配2台5.5kW搅拌机，投加液浓度依据液位计信号自动调配，并用浓度计的信号进行修正。
设计平均投加量30mg/L(商品原液)，共设8台(4用4备)美国M.R公司计量泵，每台投加量4550～6060L/h，采用SCD信号调节频率流量信号调节冲程方式进行控制。
1.3.8.3、助凝剂
助凝剂为粉状袋装聚合电介质。
药库平面尺寸10.5m×3.8m，投加间平面尺寸15.2m×10.5m。投加液由TMI提供的3台配制罐进行配制，每罐容积4m3(配1.5kW搅拌机)。设计平均投加量0.08mg/L，投加泵出液管上配有稀释设施。共设12台双缸投加泵(8用4备)，每台投加量33L/h，投加泵的运行可在10%～100%范围内进行手动调节。投加点为絮凝池进水端。
1.3.8.4、pH调节剂
调节剂用荷性钠(NaOH)45%浓度的液态产品，比重为1.3。投剂间平面尺寸15.2m×10.5m，设有2个40m3封闭储存池，储存池上配有干燥设备。主要作用为调整出厂水pH，使出水具有良好的口感；或根据原水水质的情况，可对原水pH调整，以保证良好的絮凝效果。pH调节的设计投加量12L/h，投加浓度450g/L。设12台(8用4备)双缸投加泵，每台投加量66L/h，手动操作投加，投加点为管式静态混合器入口端。
出厂水pH调节的设计投加量8mg/L，投加浓度450g/L。设3台(2用1备)单缸投加泵，每台投加量650L/h，投加泵依据滤后水流量信号调节其频率，自动投加，投加点为送水泵房吸水井内。
1.3.9、回收水池及综合泵房
设有容积分别为600m3与500m3回收(污泥)水池2座，分别接纳滤池反冲洗废水及沉淀池排泥水。回用水泵将上清液抽至配水井重复使用，污泥泵将泥水排入钱塘江。
1.3.10、净水厂生活污(废)水处理
将生活污(废水)收集至污水调节池，经A/O(地埋)式活性污泥处理设备二级生物处理，达标后排入钱塘江。处理规模100m3/d。
1.3.11、清水输送管线
原水经净化处理后，由2根长170m、DN=1600送水泵房输水钢管汇入一根长1560m、DN=2400输水钢管，并与长8700m、直径2900mm输水隧道接通；隧道出口由长度31m、DN=2900钢管，与厂外苗圃增压泵站内清水池接通；经加压后再送入城市管网。
1.4、供电及自控系统
供电采用2路10kV高压线路，厂内设有总高压配电装置及2台630kV，10kV/380V的低压变电器。
自控采用集散性控制系统(DCS系统)，该系统由中心调度室及进水、加药、滤池1、滤池2、滤池3、出水、综合泵房等7个PLC站组成。网络结构分为单元控制、通讯和监控三级既可实行调度室集中控制，也可在各控制子站通过PLC子站间采用高效可靠的FLPWAY网络连接，实现各PLC间的数据交换，各控制站的计算机利用高流量通讯网络ETHWAY和NETDDE互相联接，实现计算机间的快速信息交换。中控室还设有一台主模拟屏和全厂摄像监控系统。
2、设计特点
2.1、稳妥可靠的工艺技术
(1)针对水源水质变化较大的情况选用适应性强、稳妥可靠的常规净水处理工艺，特别强调了原水的均匀分配、快速混合、充分絮凝以及选用能够确保水质处理效果的沉淀池与滤池的设计参数。
(2)加强了沉淀池的排泥，针对钱塘江原水浊度变化频繁含泥沙量大的特点在沉淀池常规设计的基础上选用法国提供的带12组橡皮驱动(定向)滚轮的桁架式虹吸式刮(吸)泥机，与一般虹吸式排泥机相比有所创新。还在沉淀池区长度1/3一端部积泥较多部分加设两道固定排泥斗，利用吸泥机刮板将池底污泥刮至泥斗储存，靠重力强制排泥。
(3)降低沉淀池出水堰负荷，确保矾花不易上浮。
(4)扩大了滤池单池面积，三期30万m3/d，滤池只有10座，每座面积有163m2，为国内之最，从而节省了建设投资。
2.2、加药设计有所创新
(1)加药品种多样化，保证良好的净水效果。使出厂水具有良好的口感。
(2)药剂原料不落地、不搬运。加药间通常是最脏、最乱的地方，这主要是由于人工搬运的缘故。本设计将原料进口设在加药间外面，可与运输车辆直接连接自流进入溶药池，并将溶解池与溶液池连在一起设置在地下，为药库宽敞、明亮、清洁环境提供了保证。
(3)加氯、加氨均采用自动控制投加设备，并有双保险措施即既可以利用分控站PLC，也可以利用投加设备内控制器实现闭环控制。
(4)计量泵采用SCD与进水流量双信号控制，更加有效地保证处理效果。
(5)建筑设计上考虑布局合理，通风良好，有效的防腐措施及必要的建筑面积。药库与加药间分设，加药间每个房间都可割断，确保生产安全。
2.3、先进的自动控制
九溪水厂的DCS系统具有以下特色：
2.3.1、双机热备结构的调变主机
主机配备双机并处于热备状态，在切换时做到不会丢失数据，又使它的无故障工作时日(MTBF)从4×104h提高到6×104h，从而使整个DCS系统的MTBF提高了近1.5倍。
2.3.2、高可靠的网络结构
DCS系统的通讯网络是三级控制的神经，为了提高其运行速度和可靠性，不采用单一型式的通讯网，而是在各PLC站之间采用FIPWAY网络连接以进行站际间的数据通讯，PLC与RTU之间通过MODBUS通讯协议，实现与总公司的数据通讯，各控制站计算机FTHWAY高流量通讯网络和NETDDE互相连接，实现计算机之间的快速信息交换。这种结构可以充分保证内部三级控制方式的高速通讯，各级网络之间是隔离的，当其中某一网络发生故障时，可以自动改变通讯传送链路进行信号传输，使系统控制的影响减到最小。
2.3.3、完善的辅助系统
辅助系统是自控系统正常运行的保证。考虑到水厂处于雷电多发区，配置了完善的避雷设施，包括防直接雷系统、防感应雷的电源避雷、网络避雷、信号避雷、一次仪表避雷等。为了适应全自动化的管理需要配置了7台室外摄像机、5台室内摄像机，4台显示屏，对生产关键部位进行全天候监测。
2.3.4、崭新的工业组套软件
设计使用INTOUCH7.0版本新的软件，具有面向对象的图形功能、动画连接功能、标准用户界面、精灵图库功能、动态参数功能等，具有画面立体感强，操作误码率小的特点。为提高自控系统的整体可靠性、主机和PLC都设置了必要的冗余系统。
2.4、少而精的一次仪表
一次仪表的优劣往往对自控系统的可靠程度影响极大。九溪水厂一次仪表的设计遵循两条原则：一是尽可能的少，除原水、沉淀水、滤后水的流量、浊度，SCD值，余氯，压力，药液液位、浓度等必要的参数参与控制外，一般不设在线式仪表；二是尽可能的精，不仅是选用名牌的仪表，而且要在国内已被使用，实践证明性能可靠的产品，这些产品的零配件又能在国内市场上购买到。
2.5、优美的建筑与环境设计
净水厂占地338亩，水厂场地地形平坦、地势开阔，位于杭州国家之江旅游度假区。为与周围环境协调，水厂的布局及建筑造型格调新颖、环境优美和富有时代感。绿化面积占厂区面积45%，使厂内建筑尽可能地淹没于绿色环抱之中，再借以清水池顶上的西湖微缩水池、小品、雕塑等，与周围环境组成一个完整而又叠落有序的建筑空间群体，使整个厂区既富有生机，又亲切宜人。
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