净水厂加药间的工程设计讨论

杨 韩, 郑立安, 江 羽

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司, 湖北 武汉 430010)

加药间是净水系统中至关重要的一个部分,也是净水厂的主要设施之一,影响着取水前端至送水末端全流程的处理环节。 加药间的设计要满足水厂各运行工况下的药剂投加要求,并兼顾安全可靠、维护方便的原则。 加药间建筑形式相对简单,但往往容易忽视工艺设计细节。 本文针对加药间的设计要点,总结了福建、江西几座净水厂加药间的设计经验,对其中关键问题进行讨论,探求具体问题的处理经验措施,以期为同类工程设计提供借鉴。

1 净水厂加药系统主要常用药剂

1.1 PAC

PAC 是一种常用的混凝剂,是三氯化铝和氢氧化铝的复合盐,水解产物[Al(OH)3(H2O)]有较强的吸附架桥性能,在混凝阶段主要起脱稳作用。PAC 商品分为固体与液体两种,其中固体PAC 中有效成分含量约为20%～30%,液体PAC 中有效成分含量大于8%。

模糊综合评价[12]是基于模糊变换原理和最大隶属度原则, 综合考虑评价目标及其特征属性的相关因素, 进而进行等级评价。

在水厂运行过程中,PAC 投加量受水量、温度、pH 等因素影响,具体工程应根据实际水质通过试验确定,没有实际资料及试验数据的情况下可按照10～30 mg/L 确定。

1.2 PAM

PAM 是一种常用的絮凝剂[1],有阴离子、阳离子和非离子三种类型,在水厂运行过程中主要用于絮凝池前端助凝及净水厂污泥调质。 一般条件下,工艺流程中已预先投加过铝盐或铁盐混凝剂,胶体分子的双电层已明显压缩。 在投加率相同时,阳离子与阴离子型效果均较好,但阳离子型价格较高,因此较常选用丙烯酰胺含量较低的阴离子型PAM。水厂采用的聚丙烯酰胺产品含固量不应低于90%。

PAM 常与其他混凝剂配合,在助凝与污泥调理过程中加入PAC 或石灰,可有利于充分发挥其吸附架桥能力,提高絮凝效果。

在水厂运行过程中,PAM 中未被聚合的丙烯酰胺单体具有一定的毒性,因此,PAM 投加量及投加浓度均有一定的限制。 PAM 最高投加比例为0.1%,最高投加量为0.2 mg/L,且在出厂水中,丙烯酰胺单体的含量不得超过0.000 5 mg/L。

1.3 次氯酸钠

在同一厂站的设计中,对于不同的投加药剂,加药泵的选型主要与投加药剂的投加量及投加浓度有关,以下列出一种简易的通用公式供参考：

次氯酸钠投加系统一般选择购买商品次氯酸钠溶液投加及现场制备次氯酸钠溶液投加两种形式。次氯酸钠系统两种形式对比见表1。

粉末活性炭是去除水中有机污染物的有效药剂之一,它的吸附性能优良,对水质、水量波动适应能力强,是目前主流的预处理及应急处理药剂。

图3为UHPC的28 d抗压强度与气泡含量和气泡平均直径之间的关系分析结果。可以发现，UHPC的28 d抗压强度随着硬化混凝土中气泡含量或者气泡平均直径的减小而不断提高，而且抗压强度与气泡含量或气泡平均直径之间存在很好的线性关系。因此，在制备超高性能混凝土过程中，通过掺入适量消泡剂减少气泡含量和气泡尺寸可以有效提高基体强度。

由表1 可知,次氯酸钠发生器具有一次性投资成本高,综合运行成本较低、系统复杂的特点,但同时原料价格较低、运输安全且易于采购。 若水厂附近地区有次氯酸钠厂家,建议采用直接采购商品次氯酸钠原液的方式,若产地较远,则推荐采用次氯酸钠发生器的投加方式。

净水厂加氯一般设置前加氯、后加氯、补加氯三处投加点,投加浓度分别为1.0、1.5、0.5 mg/L。 三处投加点的设置结合水质监测点位置考虑。 前加氯和补加氯采用流量比例控制投加,后加氯采用复合环反馈控制投加。 后加氯和补加氯的投加点设置距离余氯检测点提前一定距离,一般可按10 min 考虑。

1.4 高锰酸钾

高锰酸钾是近几年在国内广泛应用的一类预氧化剂,常作为水质突发恶化时的应急药剂使用,其优点在于氧化水中有机污染物及藻类,并通过生成的MnO2吸附其他有机物。

在水厂设计中,高锰酸钾投加量一般为0.5 ～2.5 mg/L,接触时间10 ～15 min。 湿式投加配置高锰酸钾水溶液浓度1%～4%,先于其他混凝剂投加前3 min 以上投加。

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1.5 粉末活性炭

米家电磁炉将微晶面板与电磁线圈相对分离，进入的水渍可以及时排出，不接触任何带电部件或导线，避免因意外而产生的漏电危险。

根据净水厂的规模,粉末活性炭投加可以用小袋、大袋或料仓存储。 由于其投加劳动强度大,过程中扬尘严重,影响工作环境,目前国内新建改扩建项目多数已采用自动化封闭式投加系统。 粉炭料包拆包后通过真空吸料机进入贮炭加炭仓(可置于室内室外),再通过螺旋输送器送入封闭式混合搅拌池配成5%～10%炭液后投加。 粉末活性炭在较高的料仓中往往因压实作用而结块,建议增设一个中间疏松料斗确保精确的投料计量。

粉末活性炭粒径一般采用200 目,配成5%～10%(重量比)的炭浆,投加量5 ～30 mg/L,为防止活性炭和混凝剂之间发生竞争吸附或被混凝剂包卷,粉末活性炭投加点应进行试验后确定。 无试验条件时,可按以下机制确定：采用无机盐类混凝剂时,经过40～50 s 流程长度的位置作为粉末活性炭的投加点;采用高分子絮凝剂时,经过20～30 s 流程长度的位置作为粉末活性炭的投加点。

1.6 石灰

石灰是应用广泛的助凝剂,在调节pH 和软化水质方面作用显著,同时还能兼有提高pH 值,改善水口感的功能。 实际应用过程中主要有生石灰和熟石灰两种形式,生石灰具有费用低、储存成本低的优点,但生石灰的熟化需要额外投资,并且生石灰的品质通常不如熟石灰稳定。

1.成品油零售行业成为暴利行业，通过市场采购低价资源并在加油站出售，理论利润高达2000元/吨。导致大量社会资本投入加油站行业，加油站投资、转让价格大幅上涨。

2.1 质量保证(quality assurance，QA)QA分为内部和外部质量保证。内部质量保证是指设立专门从事监督、验证和质量审核活动的管理人员，以及时发现质控中的薄弱环节，提出改进措施。外部质量保证是指拥有一整套完善的质量控制方案、办法，使得服务对象或第三方相信其能达到所规定的质量要求。护理质量管理中的质量保证包括:

在87例的甲状腺CNB结节中，结节最大穿刺成功的甲状腺结节为86（94.91%）个，均无严重并发症发生。87个结节中86个穿刺成功，1个结节穿刺的组织量少，病理结果不确定。CNB病理诊断和术后病理结果对比分析如下：

① 采用柔性材料(橡胶)的管道,或易拆卸管道。

② 采用透明管道,便于判断堵塞部位。

③ 管径优化设计,保证充足的过流面积(预防堵塞)和适当的循环流速(预防沉积)。

④ 系统每次停运后,应用清水进行反冲洗。

石灰使用过程中易发生堵塞,这是因为石灰浆是细小颗粒的悬浮液体,当搅拌系统或循环系统停止运转时,即刻会发生沉淀。 在实际使用过程中,可采取以下措施防止堵塞：

2 投加泵设计

净水厂常用液氯、二氧化氯、次氯酸钠及臭氧等消毒剂,但二氧化氯、氯气、臭氧等均为不稳定物质,危险等级较高,而次氯酸钠水溶液具有安全系数高、消毒效果持续性好等特点[2],目前工程中使用较为广泛。

式中,q为投加泵流量,L/h;Q为水厂设计流量,m3/d;n为自用水系数;u为投加量,mg/L;N为投加浓度(100%)。

通过专业化、工厂化检维修服务水平的提升，渤海装备有效保障了客户设备的长周期运行，检修周期较以往大幅延长，降低了客户计划、非计划停车检修带来的损失。

加药间投加流量存在着流量小、变动大等特点,因此,目前加药间投加泵常用隔膜计量泵及螺杆泵。

2.1 隔膜计量泵

隔膜计量泵是借助柱塞在液压腔内往复运动,使腔内油液产生周期性脉冲力,推动隔膜来回鼓动,通过进排阀的启闭达到吸排液体的目的。 隔膜计量泵的最佳流量范围为30% ～100%,适用于投加PAC、次氯酸钠、PAM 等药剂,在选型时投加泵最大流量满足q值即可。

2.2 螺杆泵

螺杆泵是通过相互啮合的螺旋套和泵体或衬套间形成一个容积恒定的密封腔室,介质随螺杆轴的转动送达泵的出口,从而实现泵输送的目的。

适用于净水厂加药间投药的螺杆泵介质粘度范围介质粘度一般为1 ～3 000 mm2/s,符合粉炭投加要求。 螺杆泵最高效区间有限,选型时应按设计的最大投加量及最大投加浓度选型,当净水厂实际运行过程中需要减小投加量时,通过减小投加浓度实现控制。

2.3 泵基础

加药泵基础分为混凝土基础和撬装基础。 螺杆泵多采用混凝土基础,隔膜计量泵多采用较为简洁紧凑的撬装基础。

2.4 加药管反冲设计

加药药剂中,PAM 具有吸附架桥的特质,易在管内积聚;高锰酸钾浓度超过5%易结晶沉积;粉炭浆液易从浆液中沉降析出,这类情况均可能导致加药管堵塞。 在设计过程中,可采取以下措施避免堵塞：①适当放大PAM、高锰酸钾、粉炭加药管;②在加药管上增设反冲洗水管。

③ 平面布置时考虑电器设备位置及管道走线顺畅性。 加药间管线平面布置见图2。

3 管沟设计

加药间内设置盖板管沟,目的是方便管路走线及维护。 管沟布置应满足下列原则：

① 根据管路数量满足工艺管沟宽度。 加药管路中包含厂区给水管、设备排水管以及数条工艺管路。 根据容纳管路数量的多少,管沟尺寸一般为宽400～600 mm,深400～600 mm。

② 电气工艺管沟共沟设计。 加药间管沟设计不只包括工艺管路,还应考虑配电间中接出的电气管路。 共沟时宜上下双层布置,避免加药管漏水影响电气管路。 加药间管线平面布置见图1。

根据表3分析可知，粘土矿物的形成主要有如下两种机理：一是直接由岩溶作用产生沉淀，如红粘土中的埃洛石，其在碳酸盐岩中也含有。二是原生矿物直接被粘土矿物替代，如红粘土中的伊利石，而直接替代的原因是由于交代作用，地表水及地下水流体中含有Al、Fe、Mn等，与原生矿物发生交代作用。这里需要指出，岩溶作用对母岩的破坏作用是彻底的，化学溶蚀残余物质不具有母岩的结构骨架，而是疏松多孔的砂状残余物，与花岗岩的物理风化相比，碳酸盐岩之上的红粘土的化学风化是强风化，且这种化学风化只有很少的不容物质富集起来。

图1 加药间管线平面布置Fig.1 Cross section of water and electricity pipelines in the dosing room

图10、图11分别为实验系统跑车过程中GPS信号失锁后无BP神经网络辅助和有BP神经网络辅助的东向位置、北向位置情况,可以看出在后200 s中,无BP神经网络辅助东向、北向位置漂移分别最大达到93.81 m、141.40 m;有BP神经网络辅助东向、北向位置漂移分别最大达到55.97 m、69.51 m。

图2 加药间管线平面布置Fig.2 Layout plan of dosing room pipeline

④ 管沟放空设计。 末端无泄漏储蓄池的加药间管沟应设置集水坑,由集水坑内引出污水管接入厂区污水井,或采用地漏形式接出。

⑤ 粉炭及高锰酸钾管沟设计。 GB 50016—2014《建筑设计防火规范(2018 版)》[4]3.6.6 条规定：厂房内不宜设置地沟,确需设置时,其盖板应严密,地沟应采取防止可燃气体、可燃蒸气和粉尘、纤维在地沟积聚的有效措施,且应在与相邻厂房连通处用防火材料密封。

GB 50013—2018 《室 外 给 水 设 计 标 准》[5]9.2.12～13 条：高锰酸钾系强氧化剂,其固体粉末聚集后容易爆炸。 粉末活性炭的储存、输送和投加车间应按防爆建筑设计,并应有防尘和集尘设施。

本文的数据资料来源于半结构化访谈数据、机构年度报告和成果资料、网络报道等二手资料。笔者以社会组织及其在社区治理中合法性涉及的利益相关者作为访谈对象，对LL的负责人和项目主管、天翔社区居委会的负责人、社区老年小组负责人以及部分社区居民进行了访谈。同时，LL提供了丰富的资料，包括近年来的年度报告、社区老年互助平台(社区老年公益小组)工作手册和成果展示手册、档案资料等。另外，媒体对LL社区养老的相关报道和以往学者研究LL社区养老的相关学术文献也为研究提供了有价值的数据资料。

一般管沟采用玻璃钢盖板覆盖即可,粉炭及高锰酸钾投加间内管沟的盖板应严密,沟槽内采用细沙填实,并在与相邻厂房连通处采用防火材料密封。

4 安全设施设计

加药间应根据规范设置相应安全设施。 包括防爆墙、紧急冲淋设施、泄露设施、消防灭火设施等。

4.1 防爆设施

高锰酸钾、粉末活性炭或采用次氯酸钠发生器及其他加氯药剂的投加间需按规范要求做防爆墙、防爆窗等防爆设施。

也就是说，各种“瘙痒”看似强大，却经常被更加强大的事实(也许是他者的瘙痒)打破。 作家固然受制于读者，其他任何阶层、任何职业的人都会受制于社会关系的网络。 纵然是沙皇，有时也要受制于想“搔痒”而不得的情况。 所以罗扎诺夫将沙皇与苦役犯相提并论。 “任性”的后果有二： 一个是被“捆起来”的地下人，另一个是攫取了很多优越条件的成功人士，可以继续任性下去。

4.2 紧急冲淋设施

GB 50013—2018《室外给水设计标准》9.9.33及9.9.38 条规定：次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加间……在房间出入口附近至少设置一套快速淋浴、洗眼器。 第9.3.8 规定：加药间宜靠近投药点并应尽量设置在通风良好的地段,室内应设置每小时换气8～12 次的机械通风设备,入口处的室外应设置应急水冲淋设施。

厂区给水管接入加药间时,倒流防止器的设置应结合紧急冲淋设施考虑,保证突发紧急情况时冲淋水的卫生。

《水牛》首先“反映出穆尔对于探讨动物表象以及自然本身背后终极意义的渴望”［5］22。诗歌开头写道：“那耀眼的黑色身姿/显得颇为谨慎；却又看似低贱、不吉利/或许向内弯曲的赤黑色铁矿/在野牛头上将牛角紧压在一起/是有什么寓意？/而那煤烟棕色的尾巴/与狮子尾巴着实相似/这又有何意？” ①此首诗歌为笔者自译。水牛有着坚实而厚重的“装甲”，显示了大自然神秘的力量。黑矿石般的犄角暗示了适者生存之自然规律。诗人就牛的神圣意义提出问题，试图激发人类对自然的敬畏之心，引发人类对以水牛为代表的大自然的思考。

4.3 泄漏池

次氯酸钠及高锰酸钾等药剂属于危险化学品,在投加系统设计中考虑设置泄漏储蓄池。 泄漏储蓄池可设于室外,通过管沟与室内相连,室内储罐区沿储罐四周设置排水沟或矮挡墙防止药剂外溢。 泄漏储蓄池体积应至少大于1 只储罐的容积,并配备耐腐蚀潜水排污泵以待泄漏结束后抽排废液。 泄漏设施布置见图3。

图3 泄漏设施布置Fig.3 Layout of leakage facilities

4.4 消防灭火设施

GB 50016《建筑设计防火规范》第8.2.1、8.1.2、8.1.10 条规定,加药间内设置灭火器,其中大于300 m2的加药间内应设置消火栓系统,否则采用消防软管卷盘或轻便消防水龙代替。

4.5 屋顶样式及高度

加药间屋顶高度应满足溶液池上人及吊车检修要求,一般当室内无粉炭贮存罐时或储罐较高时,梁底高度不宜高于5.5 m。 当药剂存储投加设施高度较高时可适当增加加药间高度。

次氯酸钠发生器上部应设有密封罩收集电解产生的氢气,罩顶应有专用高位通用管直接伸至户外,且出风口应远离火种,不易受雷击。 次氯酸钠发生器所在建筑的屋顶不得有吊顶或梁顶无通气孔的下翻梁。

5 附属设施设计

加药间附属配套设施包括起重设施和通风设施。

5.1 起重设施

加药间宜设起重设施减少人力负担,常用设备包括电动葫芦及电动单梁起重机,起重设施工作覆盖范围应包括药剂堆放处到投加点处,起升高度应满足工人操作空间要求。

5.2 通风设施

药剂存放和投加过程中易产生热量和异臭,影响人体健康和操作环境。 必须考虑设置轴流风机满足通风要求,通风次数为8 ～12 次/h,为减少加药间噪音,轴流风机转速选用1 450 r/min 较为合适。

轴流风机设置时应考虑药剂及其可能释放气体与空气的比重及大功率电器的摆放位置,以起到将有害气体及时排出室外并且对大功率电器散热的效果。 轴流风机布置见图4。

图4 轴流风机布置Fig.4 Axial flow fan layout

5 总结与建议

① 加药间是净水厂化学法工艺处理的核心之一,常用的药剂有PAC、PAM、次氯酸钠、高锰酸钾、粉末活性炭及石灰等。 不同药剂的选择对应着不同的净水厂的投资及运行成本,在设计时应根据净水厂的具体水质水量、投资模式等情况进行分析确定。

② 在设计中应充分考虑投加药剂的特殊性和不同性,从防堵、防爆、防火、防尘等细节处对加药间的每一子加药系统进行分别设计。

③ 净水厂的建设应结合现代化智能化的进程,在设计细节中充分考虑减少人力负担、增加操作管理、检修维护的方便性。

④ 本文通过对净水厂加药间投加泵设计、管沟设计、安全设施设计、附属设施设计等设计细节讨论,可为相似工程提供参考。