自来水厂改扩建可行性研究方案

自来水厂改扩建可行性研究方案
四川省翰克环保设备有限公司
第一章、项目概况
1、概述
随着XX的发展规划的逐步实施，按照水资源保障社会经济可持续发展的原则，现有的供水设施将不能满足地区经济快速发展的需要。

为了能够更好的支持经济持续健康的发展，促进人民甚或水平的提高，XX 水厂以目前日供水能力约2万立方米略显不足，因此，增加5000立方米/日供水能力技术改造项目已经刻不容缓。

2、编制原则
2.1在城市总体规划的指导下，对水资源要统一规划，远期、近期结合，对今后水资源更新留有余地。

2.2要考虑建设地区的工农业计划和城市发展计划，对人民生活的耗水量和工业用水都应贯彻节水精神，符合建设地区实际供水量的可能性。

2.3要保证安全供水，泵站设备备用率要足够，供电系统要可靠。

2.4发展和推广给水净化的新工艺新技术，新材料，新设备。

在检测和管理上推广应用微机技术，逐步实现科学管理。

2.5贯彻节能方针，力求取得较好的社会效益。

2.6保护水源输水沿线及水厂的环境，制定保证水质的措施，要求净化后的水质符合国家生活饮用水卫生标准。

3、编制依据及编制范围
3.1 项目研究范围
受建设单位委托，并结合XX自来水厂的实际情况，本次可行性研究报告范围为：
A、用水及规模论证；
B、净水厂扩建范围的设备设计；
C、水厂污水回用改造设计；
D、自动化改造设计和运营管理云平台的建设方案；
E、对整个工程的投资做出分析估算和对工程实施提出建议
4、自来水厂现状
4.1目前存在的问题
4.1.1供水方面
XX街道水厂均由XX水厂供水，近年来XX街道的迅速发展，XX水厂现在的供水能力，已经不能满足XX街道的现状供水以及未来发展的需要。

4.1.2回用水处理方面
考虑充分利用水资源，减少废水外排导致的浪费以及对环境的污染，厂区原建设有回用水处理系统，由于工艺导致回用水系统不能充分利用，回用水得不到预计的处理效果，故无法真正回用。

（1）XX自来水厂厂区管理分散
（2）属于较传统自来水厂,设备陈旧，自动化水平低，满足不了正常生产需求；
（3）为XX街道提供自来水供应需求
（4）厂区设备运行及各监控点局限于本地驻场控制
（5）项目各检测点较为分散，某些节点需要人员现场巡查
（6）维护方式只能使用传统手段，效率较低，成本高，问题定位不及时。

（7）企业总体运营成本较高
（8）企业需要引进一套行之有效的、科技先进的项目管理解决方案，有效的解决以上等问题
4.2改造计划
4.2.1供水方面
增加一组5000m³/d自来水处理系统，满足近期人名群众的使用需求。

4.2.2回用水处理方面
利用原来回用水工艺及设施，将其改造成满足现在水厂运行需求的回用水系统，使得厂区废水得到充分的利用。

（1）将自来水厂原有的视频监控与消防系统通过智能网关，接入到水务云平台中；
（2）XX自来水厂原设备老旧，需要进行自控化控制系统改造升级,并接入到水务云平台中；
5、工程建设的必要性
5.1项目提出的背景
（1）供水量缺乏
XX自来水厂现有供水量20000m³/d，随着城镇的建设步伐，难以保证城镇需水要求。

（2）水厂回用水系统达不到使用需求、水资源浪费，
（3）自动化程度低，管理成本过高
5.2工程建设的必要性
综上所述，xx水厂面临城市发展的紧要时机，完善和加强城市供水设施是十分必要的。

A、XX自来水厂改扩建是贯彻落实国家城镇建设规划的发展需要。

B、XX自来水厂改扩建将促进璧山区经济繁荣，增强中心城镇对地区经济发展的带头和辐射作用；
C、XX自来水厂改扩建是改善供水质量，确保城市居民身体健康，
提高人民生活水平的迫切需要；
6、工程建设的效果
6.1满足供水需求
增加供水量，满足周围人民群众的用水需求。

6.2厂区废水的回用
改造回用水系统，充分利用厂区废水，减少废水外排造成的浪费。

6.3系统全自动化控制以致无人值守
6.3.1满足现有自来水厂运行所需，将所有基础设备系统融入物联网运营平台，全面实现自动化远程控制、监控于一体的综合性控制管理模式。

6.3.2将自来水厂中每个站点建设配套的PLC自控系统、低压配电系统、营运管理系统整合到云监控平台上，做到各节点运营无人值守，以达到减少人工费用的目的。

6.3.3将视频安防，消防系统等系统独立模块与BOX相连，达到中控室和远程端控制管理。

6.3.4改变原人工机械操作、半自动化、或部份自动化操作现状，通过本次改造后从最初的进水源头到出水整个生产线纳入全自动化操作；PLC系统可根据云平台指令操作对每个处理单元相匹配的仪表检测
数据调整设备运转状态，做到系统全自动化远程控制操作。

第二章、总体规划及方案论证
1、水处理方案的选用原则
4.1结合本地工程特点，推选国内先进水平的工艺流程；
4.1节省用地；
4.1方便管理，国内具有足够的经验以资借鉴；
4.1操作和维修简单；
2、水处理方案的选用论证
XX自来水厂经过多年生产运行，处理效果较好；因此、本工程设计工艺仍采用原有水处理工艺，同时，对前期工程中出现的不足之处进行设计改进，采用目前市场上极受欢迎的一体化高效自动反冲净水器，在缩减建设工期的同时，能够减少前期投资，并将之前的自动化程度进行升级改造，同时增加回用水处理设施。

使新建设的水厂在出水水质，运行管理等方面更加完善。

一体化高效自动反冲净水器具有施工周期快、综合投资省、布置紧凑、灵活、占地面积小、处理效率高、出水水质优良、操作维护简单等特点，是城镇给水、工矿企业净化给水的理想设备。

处理后出水浊度、色度符合国家《生活饮用水卫生标准》，该设备的推出为城镇给水、工矿企业等中小型净水站的处理提供了一个更便利的途径，该产品在一九九九年获国家建设部工程建设推荐产品。

一体化高效自动反冲净水装置主体设备为钢结构，设备制成后现场
就位、拼装后即能投入使用，施工周期快。

考虑本项目特征，故推荐使用一体高效自动反冲净水装置。

工艺流程：
2.1絮凝剂选择
目前，我国在水处理工程中采用的絮凝剂品种很多，如硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等等，在此，与现有水厂一致采用的是聚合氯化铝，其优点为：
A、絮凝效率高，耗药量少；
B、温度适应性好，PH值适用范围宽；
C、操作方便，腐蚀性小，劳动条件好；
D、投药设备简单；
2.2药剂混合
在水处理工程中采用的药剂混合装置很多，机械桨板混合、混合池混合、水泵混合、管式混合等；本工程采用直接投加于一体化净水设备进水口，一体化设备前端絮凝时间延长。

其优点为：混合效果好、设备简单、体积小无电耗、安装维修简便。

2.3反应池
我国水处理工程中常用的反应池形式有：隔板反应池、旋流反应池、机械反应池、折板反应池、孔式反应池等等。

本工程采用的是网格旋流反应池，原水经过药剂的投加后，在管道混合器充分的混合，然后进入网格旋流反应池。

网格旋流反应池内设置了多格多层网格，不断改变原水水流的流向和流速，靠自身的水力作用，使加入的混凝剂与进水进一步混合。

水中的胶体在混凝剂的作用下吸附其他的胶体，并在网格中互相碰撞，逐渐形成大颗粒的絮凝体。

设置了网格反应区的沉淀池比传统的竖流式沉淀反应池有更好的混凝效果，同时节省了药剂的投加量。

一般情况下进水浊度在1000mg/L以内时，沉淀器出水浊度已≤15mg/L。

2.4沉淀池
水处理中常采用的平流式沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池均具有较好的性能；由于现有水厂采用的是斜管沉淀池，水厂建成后，经过近几年的运行，工人对其比较熟悉，控制管理比较方便，且处理效果比较好，因此本工程仍选用斜管沉淀池，并在其基础上做改进，将其命名为快速斜管沉淀池，其优点是池体体积小、占地面积小，沉淀效率高。

快速斜管沉淀沉淀池是在传统的平流式沉淀池及斜管沉淀池的基础上改进而成的。

沉淀池内设置了斜管，相当于很多个很小的沉淀池组合在一起，由于斜管的间距和管道的管径较小，所以水流在此处成为层流状态。

因此，当水在各自的斜管中流动，各层隔开互不干扰，水中固体颗粒的沉降也因此不被水流干扰，能轻易的沉降下来。

另外，由于斜管
增加了沉淀面积，当沉淀池的截留速度（沉降速度）相同时，处理水量得到了增加。

换言之，在处理同等水量的前提下，可缩小设备（或装置）的体积，减少设备投资。

在增加了斜管缩小设备体积的同时，在技术上还大大改善了水力条件：斜管的管径、间距足够小时，（一般在30mm 左右），水流处于层流状态，此时颗粒的沉降，不受水流干扰，提高了沉淀的稳定性。

颗粒沉降的路程缩短，因而缩短了沉降时间。

2.5滤池
滤池的种类也很多，普通快滤池、无阀滤池、双阀滤池、V型滤池等等，由于现有水厂采用的是无阀滤池，水厂建成后，经过近几年的运行，工人对其比较熟悉，控制管理比较方便，且处理效果比较好，因此本工程仍选用无阀滤池。

无阀滤池构造见图1。

过滤时，浑水经进水分配槽1，由U型进水管2
进入虹吸上升管3，再经顶盖4下面的挡板5后，均匀分布在滤料层6上，通过承托层7、小阻力布水系统8进入底部空间9。

滤后水从底部空
间经连通渠10上升到冲洗水箱11，当水箱水位达到出水管12喇叭口时溢流入清水池。

水流方向如图中箭头所示。

过滤刚开始时，虹叭上升管与冲洗水箱中的水位差为过滤起始水头损失。

随着过滤时间的延续，滤料层水头损失逐渐增加，虹吸上升管中水位相应逐渐升高。

当水位上升至虹吸辅助管13时口时，水从辅助管中流下，依靠下降水流在管中形成的真空和水流挟气作用，抽气管14不断将虹吸管中空气抽走，使虹吸管中真空度不断增加，其结果，一方面虹吸上升管中水位升高，同时虹吸下降管15将排水水封井的水吸上一定高度。

当上升管中的水越过虹吸管顶端弯管而下落时，管中真空度急剧增加，达到一定程度时，下落水流与下降管中上升水柱汇成一股冲出管口，把管中残留空气全部带走，形成连续水流，虹吸形成。

由于滤层上部压力骤降，促使冲洗水箱内的水循着过滤时的相反方向进入虹吸管，滤料层因而得到冲洗。

冲洗废水由排水水封井流入下水道。

冲洗时水流方向如图所示。

在冲洗的过程中，水箱内水位逐渐下降。

当水位下降至虹吸破坏斗17以下时，虹吸破坏管18把小斗中的水吸完。

管口与大气相通。

虹吸破坏，冲洗结束，过滤重新开始。

如果在滤池水头损失还未达到最大允许值而因某种原因（如出水质不满足要求）需要冲洗时，可进行人工强制冲洗。

强制冲洗设备是在辅助管抽气管相接的三通上部，接一根压力水管。

当压力水大量流进辅助管并在三通处形成真空和高流速，从而大量挟气，虹吸形成。

2.6消毒设备
目前我国给水处理中采用的消毒剂有液氯、次氯酸钠、二氧化氯等，本工程推荐采用液氯消毒，这样可以和现有水厂的消毒系统有机结合，方便管理，节省投资。

3、水处理推荐方案
综上所述，本工程水处理推荐方案如下：
第三章、工程方案内容
1、设计原则
1.1依据总体规划、结合城区现有给水系统，合理布局；并充分与现有给水设施相结合、发挥新建和原有设施的能力。

1.2合理开发利用和保护水资源，保持水资源可持续利用。

1.3工程设计中选择运行安全可靠的水处理工艺，采用新技术，新设备，达到降低投资，降低消耗，降低成本的目的。

2、设计规模及内容
2.1设计规模
根据预测，结合璧山区城乡发展，工程设计水量5000m³/d,供水管网利用原来已有管网。

2.2设计内容
2.2.1一体化净水设备一台，处理能力5000m³/d，拟建在现有水厂絮凝池侧方。

2.2.2改造水厂现有回用水系统，使其达到使用要求。

2.2.3现有设备自动化改造、通过仪表监测、上微机系统分析、PLC 控制系统下达指令调整设备运行。

增加PC端操作，达到水厂的自动化以及远程控制。

3、净水工艺设计
一体化净水设备于现有水池絮凝池旁并列安装，占地面积145平方，加氯加药、清水池均利用现有构筑物，不再新建。

净水设备庞平面布置原则：厂区构筑物布置紧凑、功能分区合理、处理流程通畅、有利于生产、方便管理。

并与原有水厂生产相协调。

3.1一体化自动反冲净水器
一体化高效自动反冲净水装置在设计上也充分考虑了各地区性的水质差异情况，在合理选取投药点的同时，增加了混凝反应功能，使装置具有足够的混凝反应时间。

并较保守地设计表面负荷，使设备更具有耐冲击负荷的能力，更适合各地区不同的水质场合，过滤系统采用小阻力配水进行深层慢滤，确保滤后出水浊度≤3mg/L。

整套装置由网格旋流反应池、快速斜管沉淀池及无阀过滤池三大部份组成，三大部分合理的有机结合成为一套设备，布置紧凑，使整个沉淀过滤系统的操作大大的简单化。

3.1.1网格旋流反应池分为两组，两组共壁，碳钢防腐。

单组反应池平面尺寸：A×B=2.5m×
4.6m,池深h=4.5m，反应池总反应时间t=30min。

反应池下设排泥管，碳钢材质；采用隔膜快开式阀门排泥。

3.1.2斜管沉淀池与反应池相连接，共两组，两组共壁，碳钢防腐。

单池尺寸A×B=2.5m×6m,有效水深H=
4.5m，斜管沉淀池液面负荷为7m ³/（m².h），斜管安装角度为60°，斜管采用食品级塑料，斜长1m。

斜管沉淀池排泥设施同反应池。

3.1.3无阀滤池
无阀滤池共两组，两组共壁，碳钢防腐。

单池尺寸A×B×H=3.4m ×3.4m×3.8m,正常滤速V=8m/h，采用单层石英砂滤料，滤料高0.8m粒径D=2~8mm。

滤池冲洗为自动反冲洗，冲洗强度12-15L/(s·m2)，反洗周期24-48h；反冲洗时间4-5min；水头损失2.5m。

3.2加氯加药间
考虑水厂原来的加氯加药设备
3.3清水池
水厂原来的清水池容量足够大，故这次扩建的5000m³/D一体化净水设备出水直接接进现有清水池，不再做其他改扩建。

4、回用水系统改造
4.1厂区现有废水处理系统流程及现状
4.1.1工艺流程
4.1.2现状
（1）原有调节池A ×B ×H=11m ×20m ×7m ，由于进水口较低，导致调节池无法得到充分利用，有效水深只有2.5m 左右，有效水深低，排泥水无法得到有效沉淀，后端废水处理负荷大，处理难度高，废水回收率低。

导致水资源浪费，调节水池浪费。

（2）沉淀池较小沉淀效果差
（3）处理后废水外排水资源浪费。

储泥池
排泥废水
调节水池
中间水池 浓缩
水池 反洗废水
脱泥间
排放
4.2改造方案
4.2.1调节池
将原调节池前端用砖砌一个单独的提升水池，将原调节池分为提升水池和调节池两部分。

中间用泵提升至调节池，这样调节池体得到充分利用。

增加提升水泵。

4.2.2中间水池
中间水池做回用水池使用，增加回用水泵
5、自动化改造
5.1基础设施改造
5.1.1 现场所有检测仪表数据通过PLC 的IO 模块采集，通过网关传储泥池 排泥废水
提升水池
调节水池
浓缩
水池 反洗废水
脱泥间
回用水池
配水井
递到中控显示操作
5.1..2 智能仪表的检测数据通过Modbus等以通讯的方式采集到PLC系统
5.1.3 厂区其他把机电生产设备接入同一个PLC控制模块
5.1.4 中控室设置在现场的办公室内，PLC通过以太网通讯方式传输数据到中控系统
5.1.5 PLC系统控制模块通过以太网等接口与智能网关盒子相连，为云平台信息交互做准备，现场无需采用集中组网模式，可以大幅降低施工及建设成本
5.1.6 通过智能网关和PLC系统通讯，采用以太网/4G无线通讯方式传输数据到云平台
5.1.7 中控室设立大屏显示，服务器及PC端，让现场所有监控节点信息，通过物联网系统，以实时、精准的形式呈现现场运行情况
5.2方案合理性评估
本项目在以往长期运作过程中，突出了一些弊端，在人员成本及控制管理上相对较为传统模式，已不太符合当前工业级自动化企业的发展需求，企业需要引进先进的技术平台，结合现有的基础为依托，达到更智能化、经济化的管理方式，本方案在根据项目现状及需求上做出可行性研究及结合水处理行业的发展情况，提出建设以物联网平台为核心的方案设计，实现厂区整体管理的最优化，整套系统可完全适应该项目的
需求，并达到显著效果。

具体效果体如下：
主要问题点改造前改造后
人员成本厂区需要配备管理人、支持维
护人员、监控值守人员、现场
巡视人员等；
实现统一管理，技术24小时在线支持，
站点无人值守，现场设备运行状态实
时远程控。

控制管理设备部份实现自动化，通过中
控室进行控制，或者现场人工
操作设备
通过中控室或者远程移动端，直接对
其进行控制操作，不需要现场操作。

管理方式一对一管理方式1、一对多管理方式
2、云平台下监控管理所有子项
监管模式各节点自有控制系统，无法统
一进行监管
通过云平台，对所有自动化控制系统
整合，可对其全部监管控制；
问题处理响应度无提前预警、问题处理不及
时，上报逐一上报
1、大数据分析，提前预警，信息通过
多种方式传递给相关负责人，问题响
应及时。

2、疑难杂证由平台技术提供解决性方
案，提高处理效率。

数据实时性监控各节点数据局限在本地中控
室进行监控
移动端通过平台可实时掌握在线数据
情况，与本地监控保持一致。

数据计算无边缘计算能力通过大数据，平台及智能网关拥有边缘计算能力，可处理复多，复杂的数据，通过数据量的分析，建立相应的数据模型，提高整体的检测质量
数据存储方式本地服务器存储，容量有限，
可扩展能力不够
云存储，可扩展性，可随时随地调用
相应数据
运维成本人工费，水不达标返工，设备
维护费等高
成本节省20%以上
区域性控制管理局限于本地中控室移动端可做出与现场中控室相同控制方式，并响应更及时，同步速度快
水质标准水质异常，提前预警不及时，
处理慢，需人工进行调节
1、平台自动处理机制
2、永久符合出水水质标准
第四章、结论和建议
1、结论
水是人类的生命之源，万物不或缺的部分，在整个人类发展过程，生态环境被各国列入重点的保护范围，为改善整个生态环境，贴合国家及地方政府的发展规划和企业的远景需求；实施青杠自来水厂改造项目能有效提高厂区各站点运行效率及安全可靠性，监控等管理，也避免饮用水水质不达标的可能性。

为保护整个饮用水生态体系，充分运用物联网技术提升城镇及地方集中居住区人民的生活用水品质处理能力是一件必要和迫切的需求；我方结合现有条件制定合理的升级改造方案，以追求稳定、长效、标准、合理、优质上的经济合理性。

随着互联网+的升级，现在工业级物联网是城镇建设必不可少的配套工程，智能化的水务管理运营云平台是未来的发展所趋，本方案按照高标准、高要求进行合理的规划建议，输出建设标准适宜，技术成熟，稳定可靠等各项经济指标符合并优于国家标准，确保整个水务云系统能够长期发挥效能，将现代技术与工业现场相结合，实现真正的智能化生产管理。

本套物联网改造建设方案投入使用后，通过采用翰克水务云运营管理平台对全厂区处理站进行集中统一管理实施后，预计可以达到如下效果：
1、控制管理智能化
2、水质从优化
3、厂站节点无人值守化
4、问题处理专业化
5、数据监控精准化
6、运营能力高效化
7、整体运维成本缩小化
2、建议
随着时代的发展，科技技术的不断创新，传统工业将逐步引进高效的、精准的、自动化控制系统，落实工业物联网的发展趋势，通过结合现在科技的能量，让整个生产流程更加的智慧化。

本项目在结合实地需求，及方案匹配度上符合当下需求及未来发展和管理需求的有效方法。

为快速落实到位，需迅速的将物联网平台与现场自动化控制系统相联结，建立起更完善的自来水厂监控体系，真正实现从建设、运营、故障、采购、数据监视等，所有的环节都处于监控监测之下，相关数据自动采集，并能对变化趋势预测及应对、突发事件预警及应急处置等辅助决策功能，达到整个流程自动化，数据监测实时化，厂区运行情况可视化等智慧型自来水厂，为厂区的水质、管理、运营成本起到关键性的作用。

项目在实地实施前，请相关部门做好厂区的运行调整，在不完全影响厂区自来水处理的运行情况下，将物联网平台建设落实到位，助企业的发展需求提供有效的推动力。