饮用水的远距离安全供应

驱动装置保障现代化水厂的安全可靠运行

作者:Armin Müller 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:31 发布时间:2018-09-13
只要一打开水龙头就会从中流出洁净的饮用水,这对于许多工业国家的人们来讲是理所当然的事情,但清新的饮用水在流出水龙头之前却需要经历漫长的处理过程。德国Langenau市的自来水厂是欧洲最现代化的水厂之一,在水厂几十年的使用运行过程中,Festo公司研发生产的驱动装置为水厂的可靠运行打下了坚实的技术基础。
饮用水的远距离安全供应

森林、草地和田野,眼前一片肥沃的土地。乍一看德国巴登-符腾堡州是一个富饶的鱼米之乡,但供水却成为这个州部分地区的难题。例如施瓦本地区的高山牧场就缺少地下水,主要归咎于那里的喀斯特地貌。那里有德国最大的、总面积大约8 000 km2的喀斯特地貌。

“我们设计的水处理设备要使用几十年。因此,可靠性是一个非常重要的决定性因素。” ——Berbhard Röhrle先生,德国巴登符腾堡州的供水合作组织

它形成于2亿年前的侏罗纪海洋,从那时起便逐渐形成了巨大的石灰岩地层,逐年的酸雨侵蚀着石灰岩岩体形成了无数的裂缝和溶洞,雨水顺着裂缝能够迅速的渗入地下溶洞,不能保存在土壤中成为供人类使用的地下水。但也会在有些地方形成巨大的地下暗河和地下水库。其中最大的就是靠近兰格瑙市的Danauried河流景观。

“我们设计的水处理设备要使用几十年。因此,可靠性是一个非常重要的决定性因素。” ——Berbhard Röhrle先生,德国巴登符腾堡州的供水合作组织
“我们设计的水处理设备要使用几十年。因此,靠性是一个非常重要的决定性因素。”
——Berbhard Röhrle先生,德国巴登符腾堡州的供水合作组织

历史悠久的供水系统

多瑙河的饮用水水源地面积约315 km2,可以容纳约10亿m3的地下水。在符腾堡州的Donauried地区,204口水井能够方便地从平均深度8 m的地下抽取地下水。抽取出来的地下水被输送到Langenau水厂,该水厂是欧洲最大也是最现代化的自来水厂,承担着为300万人提供自来水的重任。

水厂成立于1912年,是德国第一个长距离供水系统,水厂处理的水主要来自多瑙河,其给水供水网络连接着250个城市和地区,管道系统的总长度超过了775 km,每年输送的饮用水大约9 500万m3。这相当于每天大约250 000 m3,高峰期更是达到了4 500 L/s。
在这多分支的远程供水系统中,直径1.5 m水管中的压力高达1 200 kPa。埋藏在地下的给水供水网络为巴登-符腾堡州的大规模工业化做出了巨大的贡献。在这里,几乎每一个城镇地区至少有一家中小型的水厂,水是这里可持续发展的成功因素之一。

高速脱碳设备能够快速地将地下水的硬度降低到德国水质硬度标准
高速脱碳设备能够快速地将地下水的硬度降低到德国水质硬度标准

干净的软水需求

施瓦本高山牧场的地下水流到多瑙河畔大约需要12年的时间,当地下水从地底下来到多瑙河畔时已经过滤的非常清澈了,尽管如此,巴登符腾堡州的供水基地仍然要对地下水进行彻底的水质处理。水质过滤设备和脱碳设备确保了高品质的饮用水,水中的有机物都被清除出去,略微偏高的含钙量也被降低。在地下水12年的漫长旅途中,地下水在岩溶裂缝中吸收了大量的钙,从而使得除钙前的地下水水质硬度达到了德国水质硬度标准的22度。为了确保在加热时不会在输水管道、家用电器和工业设备中结垢,必须要用脱碳反应器将水的硬度降低到德国水质硬度标准以下。

在水质脱碳和地下水过滤过程中,Festo公司研发生产的大量线性和回转驱动装置,并确保了这些设备有着很高的可靠性。对这一点,巴登符腾堡州的供水合作组织也给予了高度的重视。因为Langenau水厂的设备要在几十年的时间里连续不断地生产高质量的自来水,所以要不间断地检测水质。对于水厂来讲,它也需要通过过程自动化来减轻作业压力。来自同一厂家的气动产品,例如电器柜、气动软管和驱动装置及其附件,有永久性的快速反应和简单的配件订购等优点。这同样也适用于未来的水处理设备维护保养。

多层过滤池地下水入口处的DAPS旋转控制器
多层过滤池地下水入口处的DAPS旋转控制器

工业副产品钙颗粒

在2016年,一台LEC慢速脱碳设备还在用于降低地下水的硬度,而新投入使用运行的SEC高速脱碳设备则加快了地下水脱碳的速度。同样,这台高速脱碳设备也采用了Fasto公司的自动化控制技术。除了很高的脱碳速度外,SEC高速脱碳设备还有诸多优点,譬如LEC慢速脱碳设备要用大约50%的剩余水量来冲洗残留的钙颗粒,而现代化的SEC高速脱碳设备只需大约2%的剩余水量就可以。

此外,高速脱碳设备也影响着石灰产品市场。如果脱碳产生的钙颗粒在造纸工业领域中得到了大量的应用,则德国天然钙颗粒产品的市场需求必然下降。然而,石灰岩质地的钙颗粒却在玻璃制造业、动物饲料和塑料工业领域中都有着广泛的应用。伴随着7座高速脱碳制造的全速运转,水厂每年可以生产出超过1万t的钙颗粒。

在直径4 m、高10 m的脱碳反应器中,硬度较高的地下水水位由下而上不断提高,遇碱反应成碱性混合液的石灰水,通过加入钙种晶而富集。富集会使地下水中的钙沉降下来,直到结成球状颗粒,由于钙颗粒的重量较大因此而沉降在反应器底部,并从反应器底被取走。软化后的水会上升,并从反应器顶部流出去。

控制地下水流入和流出脱碳反应器的控制装置是Festo公司研发生产的DAPS气动回转控制装置,它负责开启和关闭控制流入和流出脱碳反应器的阀门。在现代化的SEC高速脱碳设备中,安全可靠性始终是最重要的
事情。

高标准的过滤设备

现代化的多层过滤器自2014年投入运行以来,固体沙和活性炭层就一直在清除着水中的有机物。7个过滤池、每个过滤池2 m厚的过滤层分布在50 m2的面积中,以有效地去除了水中的混浊杂物和悬浮物,确保了饮用水的干净和清洁。但这还不够,还要随时清理沉淀在过滤池底部的污垢。

这种情况下,通常是用清水和空气的反向冲洗来清理的。为此,每个过滤池都有10个气动蝶阀控制的反向清洗喷嘴,能够快速且可靠地在DAPS旋转驱动装置的驱动下关闭和开启,最终被清理出来的污垢由泥水泵抽取干净。其中控制泥水泵阀板的则是Festo公司研发生产的DFPI型线性驱动装置。

Langenau水厂的所有水处理设备都有着很高的自动化程度
Langenau水厂的所有水处理设备都有着很高的自动化程度

Festo公司研发生产的共计77个旋转驱动装置和线性驱动装置确保了水厂工作流程的安全可靠。气动装置的优点是在发生故障时,例如在突然断电时,DAPS和DFPI控制的挡板能够自动地返回到原来的初始位置,保持其初始状态,这可以帮助水厂自动恢复到过滤池的过滤状态,同时也不会有沉积的污垢进入自来水输水系统中。

分散式配置的Festo开关柜也具有很高的安全性。直接安装在多层过滤池处的开关柜配备了CPX/VTSA控制阀组,这些开关柜控制着所有的气动执行器,也承担着输送传感器和终点开关检测信号的任务。

专门针对过滤器和脱碳反应器的功能而设计的控制阀组已被证明有着很高的使用灵活性和可靠性,满足了Langenau水厂对于技术的高要求。

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