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摘要:針對虹吸濾池運行中存在的主要問題,在不改造濾池主體結構的情況下,實現了虹吸濾池全自控運行。就此介紹了新安水廠虹吸濾池全自控改造的系統控制原理、主要設備及其功能。
關鍵詞:虹吸濾池全自控運行應用實踐
由于虹吸濾池具有基建投資少,出水水質穩定,又可實現水力全自動運行,維修管理方便等特點,在20世紀80年代中期前建成的水廠較多采用此種池型。深圳市寶安自來水有限公司新安水廠一、二、三期工程分別于1983年、1985年、1988年建成投產,總設計供水能力為7萬噸/日,均采用虹吸濾池。由于虹吸濾池存在水力反沖洗浪費待濾水等問題,2000年6月至10月,水廠經過反復摸索和運行調試,成功地實現了虹吸濾池全自控運行。較好地解決了水廠虹吸濾池存在的主要問題,減輕了工人勞動強度,且系統運行穩定,維護管理工作極少。現將有關工程內容闡述如下。
1虹吸濾池運行存在的主要問題
由于新安水廠虹吸濾池單池面積小(10.5m2),設計濾速低(6m/h),采用雙層陶土孔板磚配水系統,開孔比為1.023%,配水較均勻,單層石英砂濾料厚800mm,粗砂+礫石支承層厚250mm,沖洗水頭1.07m,基本滿足要求。但還存在如下問題:
(1)反沖洗時進水虹吸不能破壞,浪費部分待濾水。
(2)不能確保按原有設計意圖,一次最多沖洗二格濾池,經常性多格濾池同時到達期終水頭損失,同時沖洗。如不人為放空,阻止其反沖洗,沖洗水頭不夠,造成濾砂沖洗不干凈而板結或產生泥球,減少過濾周期及濾砂使用壽命。
(3)由于清水池設計調節容積為8.57%,超負荷運行時僅6%左右。多格濾池沖洗,清水池進水少,造成清水池水位迅速下降,送水泵房不得不部分停機,使供水管網服務壓力波動較大。
(4)員工勞動強度大,且需要較強的責任心。實際上晚班、早班難以做到,以致于一般情況下,濾砂使用周期僅二年左右。
2虹吸濾池水力反沖洗系統改造方案設想
(1)由電磁閥代替各格濾池上原有手動操作閥,即進水虹吸破壞閥,排水虹吸破壞閥,高壓水強制反沖洗閥。
(2)由plc輸出信號控制各格濾池電磁閥動作。
(3)各濾池期終水位由水位計信號傳送至plc。
3系統控制原理
系統由plc可編程控制器自動控制,只要各濾池水位超過水位計所設定的水位時,水位計開始閉合。閉合信號傳到plc,通過程序計算,plc輸出1個開啟信號至進水虹吸管上常閉式電磁閥,常閥點開啟,虹吸破壞,濾池停止進水。延時3min,待濾池內水位下降1m左右時,plc輸出兩個信號,一個為關閉信號至排水虹吸管上常開式電磁閥,使常開點閉合,逐漸形成排水虹吸;另一個為開啟信號至高壓水常閉式電磁閥,使常閉點開啟,高壓水幫助排水虹吸盡快形成。同時,plc經程序運算,斷開其它已到期終水位的濾池沖洗,保持等候狀態,以確保每組每次只沖洗1格濾池。當排水虹吸形成后,plc送一個延時信號至高壓水電磁閥,使常閉點關閉,高壓水停止進水。高壓水延長時間由人工根據排水虹吸形成所需時間設定,目前設定為50s。排水虹吸形成后,濾池反沖洗開始,沖洗歷時由人工根據反沖洗出水濁度控制值設定,目前設定為400s左右。反沖洗結束后,plc輸出兩個信號,一個為開啟信號至排水虹吸上常開式電磁閥,使常開點開啟,排水虹吸破壞,反沖洗停止;另一個為關閉信號至進水虹吸上常閉式電磁閥,使常閉點閉合,濾池開始進水,恢復過濾狀態直至下一個沖洗過程。如此反復循環控制各個濾池工作。程序設計流程見圖1。
4系統主要設備及功能
(1)p170觸摸面板。進入主菜單后,通過輸入數字,對高壓水進水時間,反沖洗時間設置與修改,并記憶各格濾池的沖洗次數,同時,還可進行畫面設置。
(2)可編程控制器。1臺s7-200microplc內有1臺單獨的27-224cpu模板,并帶有1個em223,2個em222擴展單元。s7-224cpu模塊內含1個中央處理單元、電源以及數字量i/0點,這些都被緊奏地置于1個獨立的設備中。
cpu負責召待程序和存儲數據,控制整個運行過程。系統的控制點為輸入輸出部分,輸入部分采集各格濾池水位計信號,輸出部分則控制電磁閥;電源向cpu及其所連接的模塊提供電力;通訊端口將使s7-200cpu同tp170a連接起來;狀態信號燈顯示cpu的工作模式,即運行或停止;
通過擴展模塊em222、em223增加cpu的1/0點數。
(3)每格濾池3個電磁閥。常開式電磁閥1個,即斷電開啟,通電關閉,用于排水虹吸抽氣。介質為空氣,直徑25mm,工作壓力0~0.05mpa。線圈垂直向下安裝。常閉式電磁閥2個,即斷電關閉,通電開啟,1個用于高壓進水,介質為水,直徑40mm,工作壓力0.5mpa左右。另1個用于進水虹吸抽氣,介質為空氣,直徑25mm,工作壓力0~0.05mpa。
(4)每格濾池1個電纜式浮球閥。
5工程投資
三期工程虹吸濾池(設計供水能力4萬噸/日,共28格,每格面積10.5m2)自控系統工程總投資約為9萬元。其中plc系統約為20000元,信號電纜及穿線管約為8000元,電磁閥dn25約為596元/個共56個,dn40約為820元/個共28個,電纜式浮球閥196元/個共28個。
6結語
目前,虹吸濾池改造方法較多。有改造水力反沖洗系統、配水系統、濾料等。也有采用氣水反沖洗,進水排水用閘板控制,濾板濾頭配水系統,整個過程采用plc程序控制。還有的僅留一個鋼筋砼外殼,內部結構部分按v型濾池改造等等。其實,虹吸濾池一般單池面積都不大,砂層也僅800~900mm厚,承托層厚250mm左右,若配水系統運作良好,濾砂完全可以被沖洗干凈。而虹吸濾池最大的缺點就是反沖洗時浪費部分待濾水,水力自動反沖洗系統運行欠佳,部分配水系統設計不合理等。因此,筆者認為,對現有虹吸濾池改造,若從經濟、技術角度考慮,較為合理的方式應為基本不動其主體結構,進水排水采用自動控制虹吸系統(實際是保持管路處于常真空狀態,當需要形成真空時只需打開真空管上的閥門,虹吸管立即形成真空)或氣動閘板控制,必要時改造配水系統,整個過程采用plc程序控制。這樣,即可以克服虹吸濾池的缺點,又可實現全自動運行,且投入較少,一般鎮級水廠都可以接受。