張君怡 徐思新

水為人類生命源泉，是地球上最常見物質(zhì)之一，日常工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活中必不可少。食品飲料行業(yè)要用到水，有工藝用水和生活用水等，包括自來水、純凈水、礦泉水、軟化水、中水等，一般都是將普通市政自來水或原水經(jīng)預(yù)處理或深度處理后再使用，以滿足不同地方用水需求。

勁牌公司積極履行社會責(zé)任，投身公益慈善事業(yè)。近期捐建了2 座現(xiàn)代化自來水廠，分別位于湖北大冶市殷祖鎮(zhèn)和陽新縣沿鎮(zhèn)，兩座水廠共用一套原水管道，由陽新王英水庫（仙島湖）取水。工程總體包括管網(wǎng)施工、建構(gòu)筑建設(shè)和工藝設(shè)備配置等。

大冶水廠設(shè)計總供水能力30 萬噸/日，一期已建成20 萬噸/日，2017 年1 月21 日竣工投產(chǎn)。陽新水廠設(shè)計總供水能力10 萬噸/日，2019 年12 月26 日竣工投產(chǎn)。均由武漢中南市政院設(shè)計，采用成熟的工藝，先進的設(shè)備和自動化的控制技術(shù)，除了必備的工藝系統(tǒng)，還設(shè)置了功能齊全的水質(zhì)檢測中心、信息化檢測中心等。大冶水廠建設(shè)規(guī)范，管理精細(xì)，集規(guī)?；?、先進性、花園式、智慧型水廠于一體，被評為實施城鄉(xiāng)供水一體化和推進農(nóng)村飲水安全鞏固提升示范工程，榮獲了2020 年度全國100 座農(nóng)村供水規(guī)范化水廠。

▲大冶殷祖水廠

▲陽新沿鎮(zhèn)水廠

▲V 型濾池

▲機械絮凝平流沉淀池

水廠要在水質(zhì)、工藝、設(shè)備、管理及環(huán)境等方面保持現(xiàn)代化，目標(biāo)要求包括：1、出廠水質(zhì)優(yōu)良，生產(chǎn)安全可靠；2、設(shè)備先進高效，自動化程度高；3、管理科學(xué)，注重技術(shù)進步，人員少、成本低、效率高；4、環(huán)境優(yōu)美，排泥水無害化處理，有效處置污泥；5、對各類突發(fā)事件有應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)對能力。

好水源是基礎(chǔ)，產(chǎn)好水才是重點。頂級的設(shè)備、成熟的技術(shù)是產(chǎn)好水的保證。公司參與水廠設(shè)計、施工及建設(shè)，總結(jié)了工藝裝備方面的技術(shù)。積極應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備，主要有以下幾方面的優(yōu)勢：

一、工藝流程成熟

王英水庫原水水質(zhì)較好，采用絮凝、平流沉淀池和V型濾池、消毒處理等常規(guī)水處理工藝，實行操作工藝自動化和在線檢測，對水源水和凈水的PH 值、濁度、余氯等主要水質(zhì)指標(biāo)進行實時監(jiān)測、預(yù)警。但為長遠(yuǎn)考慮，兼顧水質(zhì)變化處理，遠(yuǎn)期預(yù)留了臭氧池、活性炭濾池等深度處理的位置。水廠處理工藝應(yīng)是“全天候的”，應(yīng)能適應(yīng)自來水廠任何進水量和水質(zhì)的變化，處理工藝上要有安全度。

國內(nèi)自來水廠較多使用管式混合和機械混合?？紤]混合均勻度和反應(yīng)時間，機械混合雖然造價及維護成本相對較高，但是可以確?；旌闲跄Ч?。折板絮凝和水平機械絮凝池，造價較高，但是絮凝效果好，絮凝時間短，對水質(zhì)凈化作用較大。

國內(nèi)自來水廠較多使用平流沉淀池和斜管沉淀池，斜管沉淀池占地面積小，多用在緊湊型自來水廠。平流沉淀池結(jié)構(gòu)簡單，占地較大，但是處理效果穩(wěn)定，對流量和濁度變化具有較大適應(yīng)和耐沖擊能力。

▲折板絮凝沉淀池

濾池有很多種，包括普通快濾池、虹吸濾池、無閥濾池和V 型濾池等。出于水質(zhì)考慮，選擇先進的“V”型濾池，輔以反沖洗泵和鼓風(fēng)機設(shè)備，實現(xiàn)濾池的正常過濾和氣水反沖洗，確保出水水質(zhì)和充重復(fù)利用。

大冶水廠原水是通過加壓泵站加壓輸送到水廠內(nèi)，為應(yīng)對水質(zhì)突然惡化造成凈化處理難度，加壓泵站配置了活性炭和高錳酸鉀投加系統(tǒng)，用于在突發(fā)水污染事故和季節(jié)性污染中吸附和氧化無機物和有機污染物等。陽新水廠直接將活性炭、高錳酸鉀、PAC、PAM、次氯酸鈉消毒等系統(tǒng)集成在一間水處理間，確保水質(zhì)的應(yīng)急處理，配置較為齊全。

二、設(shè)備、材料先進合理

出于經(jīng)久耐用考慮，原水輸水及配水管線全部采用水泥內(nèi)襯及環(huán)氧樹脂涂層的球墨管，以及用環(huán)保材料防腐的螺旋鋼管管材鋪設(shè)，針對不同地段，采取地埋、頂管、架空等多種施工工藝，確保了管網(wǎng)施工質(zhì)量及正常使用。

輸水大泵選用國際一流品牌的單級雙吸臥式中開離心泵，泵的汽蝕余量，泵的流量/揚程及可靠性均能確保泵工作年限。泵體材質(zhì)為QT500，葉輪、密封環(huán)采用雙相不銹鋼1.4460，軸采用雙相不銹鋼1.4462 等，配套電機為西門子或ABB 品牌，確保水泵性能質(zhì)量和穩(wěn)定運行。均采用節(jié)能型號，不允許使用國家明令淘汰的產(chǎn)品，在滿足使用要求的同時，盡量優(yōu)化設(shè)計荷載，降低用電耗能，節(jié)約能源，降本增效。

▲濾池出水井

▲加壓泵房

散裝炭壓力上料濕式系統(tǒng)耐磨螺桿泵定量投加活性炭。計量泵濕式投加高錳酸鉀。PAM 和PAC 通過米頓羅、普羅名特等品牌機械隔膜泵投加，次氯酸鈉采用JESCO數(shù)字隔膜計量泵投加，過程更平滑，精度更準(zhǔn)確，因數(shù)字泵具有寬泛的調(diào)節(jié)范圍，若波動較大，泵投加精度不受影響，以達到精確投加、節(jié)省原料的目的。同時數(shù)字泵驅(qū)動技術(shù)和微處理控制能確保在低脈動狀態(tài)下準(zhǔn)確投加，也可以投加高粘度或揮發(fā)性的液體。

淘汰含泥量大的湖砂，選用海砂以保證過濾效果和水質(zhì)的穩(wěn)定性，并且指定在國內(nèi)供貨口碑好的單位從原產(chǎn)地供貨。濾砂濾料有效粒徑為d0.9-1.25， 厚1200mm， 不 均 勻 系 數(shù)K80 ≤1.4，嚴(yán)格按照住建部公布的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量驗收，保證了供水質(zhì)量。

調(diào)流站選用進口VAG 品牌的調(diào)流調(diào)壓閥門控制送水的流量和壓力，控制信號傳至水廠中控室，隨時自動調(diào)整調(diào)流閥開度。

水廠機電設(shè)備按先進、高效、安全可靠，設(shè)備完好率高，配水電耗較低的標(biāo)準(zhǔn)選型。交付后，減少了日常維保的難度，使用單位非常滿意。

三、管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)

管網(wǎng)漏損是供水行業(yè)普遍存在的問題，不僅浪費了寶貴的水資源，還給供水企業(yè)造成了很大經(jīng)濟損失。據(jù)供水協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，近年國內(nèi)供水管網(wǎng)漏損率平均達到15%，部分城市超過25%，雖然近些年不少城市經(jīng)過管網(wǎng)改造及技術(shù)升級后漏損率有所下降，但仍有很大改善空間。對策有很多，如選用好的管材、注重施工質(zhì)量、加強管網(wǎng)巡視等，但建立現(xiàn)代化的管網(wǎng)漏水監(jiān)測體系，查漏防漏，形成主動漏損控制解決方案，能很大程度降低管網(wǎng)漏損。

水庫取水口至兩個水廠整體輸水管網(wǎng)較長，跨越山、河、溝渠等，地質(zhì)較為復(fù)雜，管網(wǎng)施工難度及質(zhì)量要求很高。除了確保施工質(zhì)量外，輸水管網(wǎng)加裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)以確保長期穩(wěn)定運行及故障及時處理。系統(tǒng)主要是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過監(jiān)測、檢測、控制等，進行智能化識別、定位、跟蹤和監(jiān)管，從而實現(xiàn)科學(xué)、及時地進行管網(wǎng)管理、定量控制漏損，達到降低產(chǎn)銷差，提高經(jīng)濟效益，以保障安全運營實施。細(xì)分包括供水管網(wǎng)DMA 分區(qū)定量漏損監(jiān)控系統(tǒng)（多功能漏損監(jiān)測儀，主要測噪音、流量和壓力，做出判斷）、滲漏預(yù)警系統(tǒng)（監(jiān)測噪聲做出判斷）、爆管預(yù)警系統(tǒng)（監(jiān)測壓力及水錘，分析爆管）等。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，利用分析軟件，監(jiān)控進度、趨勢、報警、派單、漏損評估分析、及出具監(jiān)測報告等。通過采取一系列的措施，能夠確保管網(wǎng)正常運行及故障及時反饋處理，減少水資源的損耗，節(jié)約用水，保護水資源。

▲水庫取水口

四、廠區(qū)智能控制系統(tǒng)

水廠配置有可靠的、監(jiān)控全廠生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的自動化設(shè)施，能夠自動完成生產(chǎn)參數(shù)的巡檢和顯示。分布在全廠范圍內(nèi)的現(xiàn)場PLC 控制子站、PLC控制分站、中央控制室內(nèi)的中央計算機，構(gòu)成三級廠區(qū)監(jiān)測與控制系統(tǒng)，PC+PLC 系統(tǒng)模式，控制分散、信息集中，抗干擾能力較強，經(jīng)濟性好。

現(xiàn)場控制站系統(tǒng)根據(jù)工藝流程的區(qū)域分布及控制要求，設(shè)置取水泵房、加藥間、沖洗泵房、脫水車間4 套現(xiàn)場控制分站PLC。中控室、現(xiàn)場分站、濾池子站采用冗余以太環(huán)網(wǎng)，速率為100M/1000M 自適應(yīng)，其余主站與子站之間通訊采用樹形結(jié)構(gòu)的工業(yè)光電收發(fā)器。取水泵站與水廠通訊采用VPN，通過VPN 網(wǎng)絡(luò)將取水泵房的數(shù)據(jù)上傳至水廠中控室。為保證系統(tǒng)通訊接口的統(tǒng)一性、通訊協(xié)議的一致性，各PLC 控制分站與高、低壓智能配電及分析儀表采用MODBUS 通訊協(xié)議，第三方工藝成套控制設(shè)備間的現(xiàn)場總線通訊在中標(biāo)后溝通采用相應(yīng)的通訊協(xié)議，特殊情況采用MODBUS 通訊協(xié)議，各PLC 控制分站與范圍內(nèi)的PLC 控制子站以及中央監(jiān)控計算機系統(tǒng)間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場PLC 控制站連接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)中各計算機互通、資源共享。操作員站安裝運行版監(jiān)控軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)與各現(xiàn)場PLC 控制站通訊。操作人員可在操作員站上完成綜合監(jiān)視過程控制級的所有信息，進行顯示、記錄、數(shù)據(jù)處理、報表輸出,并且可以按一定權(quán)限進行控制回路的組態(tài)和參數(shù)修改等操作。

工藝控制顯示主要是人機界面功能，在水廠中控室的監(jiān)控計算機顯示器上動態(tài)顯示全廠各工藝流程、各工藝設(shè)備運行工況，各工藝和電量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的顯示，使生產(chǎn)管理人員實時掌握全廠的生產(chǎn)運行情況，能從總圖到詳圖多層次監(jiān)視。中控室大尺寸DLP 拼接顯示系統(tǒng)顯示，清晰美觀。

水廠按照自動化、信息化和無人值守等理念設(shè)計，通過各工序的自動化和信息化，確保工作可靠，減少了人員配置，節(jié)約了能源，進而降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。

五、安全的消毒系統(tǒng)

消毒環(huán)節(jié)必不可少，也是保證水質(zhì)的最后一關(guān)。目前主要技術(shù)有臭氧、紫外線、氯（液氯消毒、二氧化氯消毒、次氯酸鈉消毒）及組合消毒工藝。臭氧和紫外線消毒因為費用較高、無持續(xù)消毒功能，較少在水廠單獨作為消毒劑使用，目前廣泛使用的是氯消毒。

液氯作為傳統(tǒng)消毒劑，消毒效果較好，但氯氣具有毒性，泄漏后果嚴(yán)重，存在運輸、儲存和使用的安全隱患和風(fēng)險。同時液氯消毒會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷等）對健康產(chǎn)生危害。國內(nèi)每年都有氯氣安全事故發(fā)生，巨大的安全隱患促使自來水行業(yè)正在逐步淘汰液氯消毒。次氯酸鈉作為一種高效、安全、經(jīng)濟的消毒藥劑，不僅親水性很好，可以與水以任意比例互溶，還不存在液氯、二氧化氯等藥劑的安全隱患，且消毒效果與氯氣相當(dāng)，加之其投加準(zhǔn)確、使用方便、易于儲存以及對環(huán)境無毒害等優(yōu)勢，故成為液氯很好的替代品，目前較多水廠改造為次氯酸鈉消毒。雖然其原料成本是液氯的約4 倍，但維護和建造成本大大低于液氯，再算上管理成本和風(fēng)險成本，對于使用消毒劑不多的中小型水廠，綜合計算下來還是比較經(jīng)濟的。

▲大冶水廠中控室

▲陽新水廠中控室

▲次氯酸鈉消毒系統(tǒng)

大冶水廠原設(shè)計為傳統(tǒng)的氯氣消毒且已安裝，后考慮到使用的安全性，又新增了一套次氯酸鈉投加系統(tǒng)。為確保后期安全穩(wěn)定使用，陽新水廠從一開始就將原設(shè)計的氯氣消毒否定了，調(diào)整為次氯酸鈉消毒系統(tǒng)，與大冶水廠不同的是新增了現(xiàn)場制備次氯酸鈉的發(fā)生器，可以直接將工業(yè)用鹽轉(zhuǎn)換成為可消毒的溶液，該系統(tǒng)目前運行穩(wěn)定，疫情期間也為陽新縣提供了一定數(shù)量的消毒液，群眾和水司反應(yīng)較好。

六、廢水環(huán)保處理系統(tǒng)

原水經(jīng)過工藝連續(xù)處理后變成自來水，必然會產(chǎn)生廢水。按污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，廢水不能直接排放，需要進行有效處理。兩個水廠均采用濾池工藝，廢水和沉淀池排泥水經(jīng)污泥濃水及脫水后，變成含水率≤75%泥餅后外運，滿足環(huán)保要求。污泥脫水配置安德里茨D3LL 型離心脫水機，離心脫水機通過回轉(zhuǎn)體-轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的高速旋轉(zhuǎn)，固液混合物隨高速旋轉(zhuǎn)形成液環(huán)并產(chǎn)生較高的離心力，離心力加速固液的沉降分離。離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速是通過主電機的變頻器來調(diào)整的、雙變頻控制器可通過離心機內(nèi)泥層的厚度自動調(diào)節(jié)差速，達到自動調(diào)節(jié)扭矩，以保證泥餅干度和污泥固相回收率。出于環(huán)?？紤]，脫水濾后液按設(shè)計要求也加裝了兩套纖維球過濾器進行處理，符合要求再排放。

▲陽新一體化污水處理設(shè)備

▲污泥脫水機車間

▲大冶纖維球過濾器

生活污水處理方面，大冶水廠通過設(shè)置隔油池、污水收集及化糞池等進行收集處理，陽新沿鎮(zhèn)水廠提高標(biāo)準(zhǔn)采取MBR 一體化生活污水處理系統(tǒng)，采用A2/0+MBR 膜處理工藝，處理后出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918——2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)排放。

七、嚴(yán)格的水質(zhì)檢測

水質(zhì)指標(biāo)是水廠的核心要求，原水和出水水質(zhì)均需要保持可控。大冶水廠和陽新水廠共用取水口，在取水口配置有原水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括氨氮分析儀、COD/有機物分析儀、溶解氧分析儀、pH 分析儀等，對原水進行實時動態(tài)監(jiān)測。一方面可以用于數(shù)據(jù)記錄，也可以及時發(fā)現(xiàn)日常人工檢測無法及時發(fā)現(xiàn)的突發(fā)性和偶然性事故，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反饋中央控制室，如遇水質(zhì)異?；驉夯崆凹皶r響應(yīng)，通過啟動高錳酸鉀和活性炭投加系統(tǒng)，對水質(zhì)進行緊急預(yù)處理，確保水質(zhì)可控。出水不僅在廠內(nèi)清水池設(shè)置有在線取樣檢測系統(tǒng)，在末端用水點還配置有清水在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括余（總）氯分析儀、濁度分析儀、pH 分析儀等，實時監(jiān)控末端水質(zhì)情況。目前廠內(nèi)出水經(jīng)檢測平均濁度在0.1 度左右，優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）的規(guī)定1 度以內(nèi)，水質(zhì)情況很好。

水廠還設(shè)有水質(zhì)檢測中心，按檢測指標(biāo)要求，配置有氣相室、液相室、無機/有機前處理、理化室、微生物室、儀器室等，配置了原子吸收分光光度計、原子熒光分光光度計、氣相色譜儀、紫外分光光度計等高精密檢測設(shè)備，通過對原水、出廠水4 次/日的自檢，2 次/月的管網(wǎng)水巡檢及分析，并定期將水樣送國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)武漢水質(zhì)檢測中心進行“國檢”，保障供水水質(zhì)安全、合格。

▲化驗室

自來水廠的建設(shè)是個系統(tǒng)工程，工藝的先進性、設(shè)備的可靠性、管理的合理性才能確保水廠的正常運行?，F(xiàn)今自來水廠建設(shè)在前期設(shè)計階段都是瞄準(zhǔn)自動化、智能化，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展日新月異，助力了現(xiàn)代化自來水廠的建設(shè)?？傊?，現(xiàn)代化自來水廠的高標(biāo)準(zhǔn)決定了創(chuàng)建過程的不易，無論是在軟硬件實力、管理水平、生產(chǎn)技術(shù)、水質(zhì)安全保障方面，還是在抗風(fēng)險能力方面，都有著巨大的提升作用。

現(xiàn)代化自來水廠要以“現(xiàn)代化”為切入點，不斷動態(tài)更新供水企業(yè)應(yīng)當(dāng)追求的高標(biāo)準(zhǔn)，使整個供水行業(yè)不斷自發(fā)地進取和發(fā)展，主動思索如何為廣大居民用戶提供更優(yōu)質(zhì)、更安全、更可靠的飲用水。