凈水廠加藥間的工程設計討論

楊 韓, 鄭立安, 江 羽

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司, 湖北 武漢 430010)

加藥間是凈水系統中至關重要的一個部分,也是凈水廠的主要設施之一,影響著取水前端至送水末端全流程的處理環節。 加藥間的設計要滿足水廠各運行工況下的藥劑投加要求,并兼顧安全可靠、維護方便的原則。 加藥間建筑形式相對簡單,但往往容易忽視工藝設計細節。 本文針對加藥間的設計要點,總結了福建、江西幾座凈水廠加藥間的設計經驗,對其中關鍵問題進行討論,探求具體問題的處理經驗措施,以期為同類工程設計提供借鑒。

1 凈水廠加藥系統主要常用藥劑

1.1 PAC

PAC 是一種常用的混凝劑,是三氯化鋁和氫氧化鋁的復合鹽,水解產物[Al(OH)3(H2O)]有較強的吸附架橋性能,在混凝階段主要起脫穩作用。PAC 商品分為固體與液體兩種,其中固體PAC 中有效成分含量約為20%～30%,液體PAC 中有效成分含量大于8%。

模糊綜合評價[12]是基于模糊變換原理和最大隸屬度原則, 綜合考慮評價目標及其特征屬性的相關因素, 進而進行等級評價。

在水廠運行過程中,PAC 投加量受水量、溫度、pH 等因素影響,具體工程應根據實際水質通過試驗確定,沒有實際資料及試驗數據的情況下可按照10～30 mg/L 確定。

1.2 PAM

PAM 是一種常用的絮凝劑[1],有陰離子、陽離子和非離子三種類型,在水廠運行過程中主要用于絮凝池前端助凝及凈水廠污泥調質。 一般條件下,工藝流程中已預先投加過鋁鹽或鐵鹽混凝劑,膠體分子的雙電層已明顯壓縮。 在投加率相同時,陽離子與陰離子型效果均較好,但陽離子型價格較高,因此較常選用丙烯酰胺含量較低的陰離子型PAM。水廠采用的聚丙烯酰胺產品含固量不應低于90%。

PAM 常與其他混凝劑配合,在助凝與污泥調理過程中加入PAC 或石灰,可有利于充分發揮其吸附架橋能力,提高絮凝效果。

在水廠運行過程中,PAM 中未被聚合的丙烯酰胺單體具有一定的毒性,因此,PAM 投加量及投加濃度均有一定的限制。 PAM 最高投加比例為0.1%,最高投加量為0.2 mg/L,且在出廠水中,丙烯酰胺單體的含量不得超過0.000 5 mg/L。

1.3 次氯酸鈉

在同一廠站的設計中,對于不同的投加藥劑,加藥泵的選型主要與投加藥劑的投加量及投加濃度有關,以下列出一種簡易的通用公式供參考：

次氯酸鈉投加系統一般選擇購買商品次氯酸鈉溶液投加及現場制備次氯酸鈉溶液投加兩種形式。次氯酸鈉系統兩種形式對比見表1。

粉末活性炭是去除水中有機污染物的有效藥劑之一,它的吸附性能優良,對水質、水量波動適應能力強,是目前主流的預處理及應急處理藥劑。

圖3為UHPC的28 d抗壓強度與氣泡含量和氣泡平均直徑之間的關系分析結果?？梢园l現，UHPC的28 d抗壓強度隨著硬化混凝土中氣泡含量或者氣泡平均直徑的減小而不斷提高，而且抗壓強度與氣泡含量或氣泡平均直徑之間存在很好的線性關系。因此，在制備超高性能混凝土過程中，通過摻入適量消泡劑減少氣泡含量和氣泡尺寸可以有效提高基體強度。

由表1 可知,次氯酸鈉發生器具有一次性投資成本高,綜合運行成本較低、系統復雜的特點,但同時原料價格較低、運輸安全且易于采購。 若水廠附近地區有次氯酸鈉廠家,建議采用直接采購商品次氯酸鈉原液的方式,若產地較遠,則推薦采用次氯酸鈉發生器的投加方式。

凈水廠加氯一般設置前加氯、后加氯、補加氯三處投加點,投加濃度分別為1.0、1.5、0.5 mg/L。 三處投加點的設置結合水質監測點位置考慮。 前加氯和補加氯采用流量比例控制投加,后加氯采用復合環反饋控制投加。 后加氯和補加氯的投加點設置距離余氯檢測點提前一定距離,一般可按10 min 考慮。

1.4 高錳酸鉀

高錳酸鉀是近幾年在國內廣泛應用的一類預氧化劑,常作為水質突發惡化時的應急藥劑使用,其優點在于氧化水中有機污染物及藻類,并通過生成的MnO2吸附其他有機物。

在水廠設計中,高錳酸鉀投加量一般為0.5 ～2.5 mg/L,接觸時間10 ～15 min。 濕式投加配置高錳酸鉀水溶液濃度1%～4%,先于其他混凝劑投加前3 min 以上投加。

虛擬現實電影中穿越事件對觀眾感知的影響······························田 豐 戴帥凡 董鳳龍 張芷依 褚靈偉 (4,535)

1.5 粉末活性炭

米家電磁爐將微晶面板與電磁線圈相對分離，進入的水漬可以及時排出，不接觸任何帶電部件或導線，避免因意外而產生的漏電危險。

根據凈水廠的規模,粉末活性炭投加可以用小袋、大袋或料倉存儲。 由于其投加勞動強度大,過程中揚塵嚴重,影響工作環境,目前國內新建改擴建項目多數已采用自動化封閉式投加系統。 粉炭料包拆包后通過真空吸料機進入貯炭加炭倉(可置于室內室外),再通過螺旋輸送器送入封閉式混合攪拌池配成5%～10%炭液后投加。 粉末活性炭在較高的料倉中往往因壓實作用而結塊,建議增設一個中間疏松料斗確保精確的投料計量。

粉末活性炭粒徑一般采用200 目,配成5%～10%(重量比)的炭漿,投加量5 ～30 mg/L,為防止活性炭和混凝劑之間發生競爭吸附或被混凝劑包卷,粉末活性炭投加點應進行試驗后確定。 無試驗條件時,可按以下機制確定：采用無機鹽類混凝劑時,經過40～50 s 流程長度的位置作為粉末活性炭的投加點;采用高分子絮凝劑時,經過20～30 s 流程長度的位置作為粉末活性炭的投加點。

1.6 石灰

石灰是應用廣泛的助凝劑,在調節pH 和軟化水質方面作用顯著,同時還能兼有提高pH 值,改善水口感的功能。 實際應用過程中主要有生石灰和熟石灰兩種形式,生石灰具有費用低、儲存成本低的優點,但生石灰的熟化需要額外投資,并且生石灰的品質通常不如熟石灰穩定。

1.成品油零售行業成為暴利行業，通過市場采購低價資源并在加油站出售，理論利潤高達2000元/噸。導致大量社會資本投入加油站行業，加油站投資、轉讓價格大幅上漲。

2.1 質量保證(quality assurance，QA)QA分為內部和外部質量保證。內部質量保證是指設立專門從事監督、驗證和質量審核活動的管理人員，以及時發現質控中的薄弱環節，提出改進措施。外部質量保證是指擁有一整套完善的質量控制方案、辦法，使得服務對象或第三方相信其能達到所規定的質量要求。護理質量管理中的質量保證包括:

在87例的甲狀腺CNB結節中，結節最大穿刺成功的甲狀腺結節為86（94.91%）個，均無嚴重并發癥發生。87個結節中86個穿刺成功，1個結節穿刺的組織量少，病理結果不確定。CNB病理診斷和術后病理結果對比分析如下：

① 采用柔性材料(橡膠)的管道,或易拆卸管道。

② 采用透明管道,便于判斷堵塞部位。

③ 管徑優化設計,保證充足的過流面積(預防堵塞)和適當的循環流速(預防沉積)。

④ 系統每次停運后,應用清水進行反沖洗。

石灰使用過程中易發生堵塞,這是因為石灰漿是細小顆粒的懸浮液體,當攪拌系統或循環系統停止運轉時,即刻會發生沉淀。 在實際使用過程中,可采取以下措施防止堵塞：

2 投加泵設計

凈水廠常用液氯、二氧化氯、次氯酸鈉及臭氧等消毒劑,但二氧化氯、氯氣、臭氧等均為不穩定物質,危險等級較高,而次氯酸鈉水溶液具有安全系數高、消毒效果持續性好等特點[2],目前工程中使用較為廣泛。

式中,q為投加泵流量,L/h;Q為水廠設計流量,m3/d;n為自用水系數;u為投加量,mg/L;N為投加濃度(100%)。

通過專業化、工廠化檢維修服務水平的提升，渤海裝備有效保障了客戶設備的長周期運行，檢修周期較以往大幅延長，降低了客戶計劃、非計劃停車檢修帶來的損失。

加藥間投加流量存在著流量小、變動大等特點,因此,目前加藥間投加泵常用隔膜計量泵及螺桿泵。

2.1 隔膜計量泵

隔膜計量泵是借助柱塞在液壓腔內往復運動,使腔內油液產生周期性脈沖力,推動隔膜來回鼓動,通過進排閥的啟閉達到吸排液體的目的。 隔膜計量泵的最佳流量范圍為30% ～100%,適用于投加PAC、次氯酸鈉、PAM 等藥劑,在選型時投加泵最大流量滿足q值即可。

2.2 螺桿泵

螺桿泵是通過相互嚙合的螺旋套和泵體或襯套間形成一個容積恒定的密封腔室,介質隨螺桿軸的轉動送達泵的出口,從而實現泵輸送的目的。

適用于凈水廠加藥間投藥的螺桿泵介質粘度范圍介質粘度一般為1 ～3 000 mm2/s,符合粉炭投加要求。 螺桿泵最高效區間有限,選型時應按設計的最大投加量及最大投加濃度選型,當凈水廠實際運行過程中需要減小投加量時,通過減小投加濃度實現控制。

2.3 泵基礎

加藥泵基礎分為混凝土基礎和撬裝基礎。 螺桿泵多采用混凝土基礎,隔膜計量泵多采用較為簡潔緊湊的撬裝基礎。

2.4 加藥管反沖設計

加藥藥劑中,PAM 具有吸附架橋的特質,易在管內積聚;高錳酸鉀濃度超過5%易結晶沉積;粉炭漿液易從漿液中沉降析出,這類情況均可能導致加藥管堵塞。 在設計過程中,可采取以下措施避免堵塞：①適當放大PAM、高錳酸鉀、粉炭加藥管;②在加藥管上增設反沖洗水管。

③ 平面布置時考慮電器設備位置及管道走線順暢性。 加藥間管線平面布置見圖2。

3 管溝設計

加藥間內設置蓋板管溝,目的是方便管路走線及維護。 管溝布置應滿足下列原則：

① 根據管路數量滿足工藝管溝寬度。 加藥管路中包含廠區給水管、設備排水管以及數條工藝管路。 根據容納管路數量的多少,管溝尺寸一般為寬400～600 mm,深400～600 mm。

② 電氣工藝管溝共溝設計。 加藥間管溝設計不只包括工藝管路,還應考慮配電間中接出的電氣管路。 共溝時宜上下雙層布置,避免加藥管漏水影響電氣管路。 加藥間管線平面布置見圖1。

根據表3分析可知，粘土礦物的形成主要有如下兩種機理：一是直接由巖溶作用產生沉淀，如紅粘土中的埃洛石，其在碳酸鹽巖中也含有。二是原生礦物直接被粘土礦物替代，如紅粘土中的伊利石，而直接替代的原因是由于交代作用，地表水及地下水流體中含有Al、Fe、Mn等，與原生礦物發生交代作用。這里需要指出，巖溶作用對母巖的破壞作用是徹底的，化學溶蝕殘余物質不具有母巖的結構骨架，而是疏松多孔的砂狀殘余物，與花崗巖的物理風化相比，碳酸鹽巖之上的紅粘土的化學風化是強風化，且這種化學風化只有很少的不容物質富集起來。

圖1 加藥間管線平面布置Fig.1 Cross section of water and electricity pipelines in the dosing room

圖10、圖11分別為實驗系統跑車過程中GPS信號失鎖后無BP神經網絡輔助和有BP神經網絡輔助的東向位置、北向位置情況,可以看出在后200 s中,無BP神經網絡輔助東向、北向位置漂移分別最大達到93.81 m、141.40 m;有BP神經網絡輔助東向、北向位置漂移分別最大達到55.97 m、69.51 m。

圖2 加藥間管線平面布置Fig.2 Layout plan of dosing room pipeline

④ 管溝放空設計。 末端無泄漏儲蓄池的加藥間管溝應設置集水坑,由集水坑內引出污水管接入廠區污水井,或采用地漏形式接出。

⑤ 粉炭及高錳酸鉀管溝設計。 GB 50016—2014《建筑設計防火規范(2018 版)》[4]3.6.6 條規定：廠房內不宜設置地溝,確需設置時,其蓋板應嚴密,地溝應采取防止可燃氣體、可燃蒸氣和粉塵、纖維在地溝積聚的有效措施,且應在與相鄰廠房連通處用防火材料密封。

GB 50013—2018 《室 外 給 水 設 計 標 準》[5]9.2.12～13 條：高錳酸鉀系強氧化劑,其固體粉末聚集后容易爆炸。 粉末活性炭的儲存、輸送和投加車間應按防爆建筑設計,并應有防塵和集塵設施。

本文的數據資料來源于半結構化訪談數據、機構年度報告和成果資料、網絡報道等二手資料。筆者以社會組織及其在社區治理中合法性涉及的利益相關者作為訪談對象，對LL的負責人和項目主管、天翔社區居委會的負責人、社區老年小組負責人以及部分社區居民進行了訪談。同時，LL提供了豐富的資料，包括近年來的年度報告、社區老年互助平臺(社區老年公益小組)工作手冊和成果展示手冊、檔案資料等。另外，媒體對LL社區養老的相關報道和以往學者研究LL社區養老的相關學術文獻也為研究提供了有價值的數據資料。

一般管溝采用玻璃鋼蓋板覆蓋即可,粉炭及高錳酸鉀投加間內管溝的蓋板應嚴密,溝槽內采用細沙填實,并在與相鄰廠房連通處采用防火材料密封。

4 安全設施設計

加藥間應根據規范設置相應安全設施。 包括防爆墻、緊急沖淋設施、泄露設施、消防滅火設施等。

4.1 防爆設施

高錳酸鉀、粉末活性炭或采用次氯酸鈉發生器及其他加氯藥劑的投加間需按規范要求做防爆墻、防爆窗等防爆設施。

也就是說，各種“瘙癢”看似強大，卻經常被更加強大的事實(也許是他者的瘙癢)打破。 作家固然受制于讀者，其他任何階層、任何職業的人都會受制于社會關系的網絡。 縱然是沙皇，有時也要受制于想“搔癢”而不得的情況。 所以羅扎諾夫將沙皇與苦役犯相提并論。 “任性”的后果有二： 一個是被“捆起來”的地下人，另一個是攫取了很多優越條件的成功人士，可以繼續任性下去。

4.2 緊急沖淋設施

GB 50013—2018《室外給水設計標準》9.9.33及9.9.38 條規定：次氯酸鈉和硫酸銨溶液的投加間……在房間出入口附近至少設置一套快速淋浴、洗眼器。 第9.3.8 規定：加藥間宜靠近投藥點并應盡量設置在通風良好的地段,室內應設置每小時換氣8～12 次的機械通風設備,入口處的室外應設置應急水沖淋設施。

廠區給水管接入加藥間時,倒流防止器的設置應結合緊急沖淋設施考慮,保證突發緊急情況時沖淋水的衛生。

《水?！肥紫取胺从吵瞿聽枌τ谔接憚游锉硐笠约白匀槐旧肀澈蠼K極意義的渴望”［5］22。詩歌開頭寫道：“那耀眼的黑色身姿/顯得頗為謹慎；卻又看似低賤、不吉利/或許向內彎曲的赤黑色鐵礦/在野牛頭上將牛角緊壓在一起/是有什么寓意？/而那煤煙棕色的尾巴/與獅子尾巴著實相似/這又有何意？” ①此首詩歌為筆者自譯。水牛有著堅實而厚重的“裝甲”，顯示了大自然神秘的力量。黑礦石般的犄角暗示了適者生存之自然規律。詩人就牛的神圣意義提出問題，試圖激發人類對自然的敬畏之心，引發人類對以水牛為代表的大自然的思考。

4.3 泄漏池

次氯酸鈉及高錳酸鉀等藥劑屬于危險化學品,在投加系統設計中考慮設置泄漏儲蓄池。 泄漏儲蓄池可設于室外,通過管溝與室內相連,室內儲罐區沿儲罐四周設置排水溝或矮擋墻防止藥劑外溢。 泄漏儲蓄池體積應至少大于1 只儲罐的容積,并配備耐腐蝕潛水排污泵以待泄漏結束后抽排廢液。 泄漏設施布置見圖3。

圖3 泄漏設施布置Fig.3 Layout of leakage facilities

4.4 消防滅火設施

GB 50016《建筑設計防火規范》第8.2.1、8.1.2、8.1.10 條規定,加藥間內設置滅火器,其中大于300 m2的加藥間內應設置消火栓系統,否則采用消防軟管卷盤或輕便消防水龍代替。

4.5 屋頂樣式及高度

加藥間屋頂高度應滿足溶液池上人及吊車檢修要求,一般當室內無粉炭貯存罐時或儲罐較高時,梁底高度不宜高于5.5 m。 當藥劑存儲投加設施高度較高時可適當增加加藥間高度。

次氯酸鈉發生器上部應設有密封罩收集電解產生的氫氣,罩頂應有專用高位通用管直接伸至戶外,且出風口應遠離火種,不易受雷擊。 次氯酸鈉發生器所在建筑的屋頂不得有吊頂或梁頂無通氣孔的下翻梁。

5 附屬設施設計

加藥間附屬配套設施包括起重設施和通風設施。

5.1 起重設施

加藥間宜設起重設施減少人力負擔,常用設備包括電動葫蘆及電動單梁起重機,起重設施工作覆蓋范圍應包括藥劑堆放處到投加點處,起升高度應滿足工人操作空間要求。

5.2 通風設施

藥劑存放和投加過程中易產生熱量和異臭,影響人體健康和操作環境。 必須考慮設置軸流風機滿足通風要求,通風次數為8 ～12 次/h,為減少加藥間噪音,軸流風機轉速選用1 450 r/min 較為合適。

軸流風機設置時應考慮藥劑及其可能釋放氣體與空氣的比重及大功率電器的擺放位置,以起到將有害氣體及時排出室外并且對大功率電器散熱的效果。 軸流風機布置見圖4。

圖4 軸流風機布置Fig.4 Axial flow fan layout

5 總結與建議

① 加藥間是凈水廠化學法工藝處理的核心之一,常用的藥劑有PAC、PAM、次氯酸鈉、高錳酸鉀、粉末活性炭及石灰等。 不同藥劑的選擇對應著不同的凈水廠的投資及運行成本,在設計時應根據凈水廠的具體水質水量、投資模式等情況進行分析確定。

② 在設計中應充分考慮投加藥劑的特殊性和不同性,從防堵、防爆、防火、防塵等細節處對加藥間的每一子加藥系統進行分別設計。

③ 凈水廠的建設應結合現代化智能化的進程,在設計細節中充分考慮減少人力負擔、增加操作管理、檢修維護的方便性。

④ 本文通過對凈水廠加藥間投加泵設計、管溝設計、安全設施設計、附屬設施設計等設計細節討論,可為相似工程提供參考。