透光率脈動(dòng)傳感器是一種在線光學(xué)檢測(cè)裝置，它通過檢測(cè)透過流動(dòng)懸浮液的光強(qiáng)度的脈動(dòng)狀態(tài)反映絮凝后水中形成的絮凝體的生長(zhǎng)情況，其檢測(cè)參數(shù)少、靈敏度高、檢測(cè)值R直接反映了水中的混凝效果。因此，以R值為控制參數(shù)的透光率脈動(dòng)混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)在水處理領(lǐng)域中得到了一定的應(yīng)用，尤其在高濁度水的混凝劑自動(dòng)投加控制方面獲得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，透光率脈動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在礦井水處理中的應(yīng)用與研究則是在近幾年中才發(fā)展起來。本文將介紹透光率脈動(dòng)混凝投藥控制技術(shù)在山東兗州礦務(wù)局的應(yīng)用情況。

1 水廠概述

　　山東省兗州礦務(wù)局某煤礦下屬的礦井水處理廠，處理煤礦原煤開采產(chǎn)生的礦井水，處理后的清水目前主要用于洗煤、綠化以及礦區(qū)職工洗浴，將來經(jīng)過深度處理后，可以用于生活飲用。

　　此礦井水處理廠原水的濁度不高，顏色為灰黑色，pH偏堿性，水量日變化幅度不大，但時(shí)變化幅度較大，時(shí)變化系數(shù)約為1.5-1.8，其水質(zhì)參數(shù)平均值見表1。本處理廠主要是去除礦井水中的煤粉懸浮物，故表1中只列出基本參數(shù)。

2 透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)的配置

　　本煤礦礦井水處理廠有新、舊兩套處理系統(tǒng)。新系統(tǒng)處理工藝采用加藥絮凝、反應(yīng)、沉淀、過濾等常規(guī)工藝，舊系統(tǒng)處理工藝與新系統(tǒng)基本相同，不同之處僅在于其反應(yīng)池為折板反應(yīng)池。為了提高處理廠自動(dòng)化水平、保證出水水質(zhì)、減少藥耗，需要對(duì)混凝劑和助凝劑投加進(jìn)行自動(dòng)控制，該礦井水處理廠于1997年引進(jìn)了哈爾濱建筑大學(xué)研制開發(fā)的透光率脈動(dòng)絮凝檢測(cè)系統(tǒng)，以及由河北省唐山煤礦設(shè)計(jì)研究院開發(fā)研制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并將本系統(tǒng)應(yīng)用在新系統(tǒng)中。

　　混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖見圖1所示。原水經(jīng)過預(yù)沉調(diào)節(jié)池初步沉淀后，通過計(jì)量泵加入混凝劑——聚合氯化鋁（PAC），經(jīng)過管道混合后，進(jìn)入配水井，在配水井中加入助凝劑——聚丙烯酰胺（PAM）。在迷宮反應(yīng)池中取水樣，水樣通過透光率脈動(dòng)檢測(cè)傳感器后排放，傳感器檢測(cè)出R值并將檢測(cè)信號(hào)R值傳送到絮凝控制器。絮凝控制器將R值與設(shè)定值進(jìn)行比較，按其差值的大小和符號(hào)，通過PID調(diào)節(jié)其輸出值，并將輸出值轉(zhuǎn)化為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給變頻調(diào)速設(shè)備。由變頻調(diào)速設(shè)備根據(jù)該信號(hào)自動(dòng)改變隔膜計(jì)量泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)混凝劑投加量。在本系統(tǒng)中，沉淀池出水濁度值是控制系統(tǒng)的最終目標(biāo)值，沉淀池出水管上安裝的清水濁度儀（美國(guó)哈希公司的HACH－1720C）可以在線連續(xù)檢測(cè)沉淀池出水濁度，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給濁度控制器。濁度控制器將檢測(cè)到的濁度值與濁度設(shè)定值（目標(biāo)值）比較，按差值的大小和符號(hào)，通過PID調(diào)節(jié)絮凝控制器的設(shè)定值。本系統(tǒng)以沉淀池出水的濁度值為主參數(shù)，以R值為副參數(shù)，構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，它既可以對(duì)各種干擾的影響迅速作出響應(yīng)，又可以對(duì)各種偏差和漂移進(jìn)行自動(dòng)修正，提高了控制精度。

3 透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

3.1 系統(tǒng)的靈敏性

　　為了評(píng)價(jià)系統(tǒng)的靈敏性，在調(diào)試階段人工改變混凝劑投加量（通過改變計(jì)量泵的頻率），同時(shí)記錄透光率脈動(dòng)檢測(cè)值R的變化情況，所得的結(jié)果見表2。

　　從表2中可以明顯的看出：系統(tǒng)對(duì)混凝劑投加量的變化具有較好的靈敏性，該處理工藝在一般的水質(zhì)條件下，混凝劑加量一般在20－30mg/L，系統(tǒng)在此加藥量下具有較好的靈敏性。

3.2 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能

3.2.1 濁度控制回路的調(diào)節(jié)性能

　　濁度控制回路的調(diào)節(jié)性能的檢測(cè)方法是人為地改變沉淀池出水濁度的設(shè)定值，觀察濁度檢測(cè)值的變化情況，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)使?jié)岫葯z測(cè)值基本穩(wěn)定在新設(shè)定值所需要的時(shí)間即為調(diào)節(jié)速度。圖2為當(dāng)沉淀池出水設(shè)定值由15.0NTU調(diào)整為13.0NTU時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)情況。從圖2可以看出，在沉后水濁度目標(biāo)值下調(diào)2.0NTU后，絮凝檢測(cè)值R開始緩慢上升，這是由于濁度控制器不斷提高絮凝檢測(cè)設(shè)定值緣故，而沉后水濁度檢測(cè)值在大約40min后開始下降，大約180min后，沉后水檢測(cè)值被調(diào)整到了新的目標(biāo)設(shè)定值，這說明濁度控制回路的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為180min。由于設(shè)定值的變化是以日計(jì)，與此相比，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度是比較迅速的，能滿足生產(chǎn)要求。這說明系統(tǒng)對(duì)突然性的干擾具有良好的調(diào)節(jié)能力，滿足生產(chǎn)要求。

3.2.2 控制系統(tǒng)對(duì)原水流量變化的調(diào)節(jié)

　　本系統(tǒng)中，由于井下工藝的要求，使得原水流量經(jīng)常發(fā)生改變，對(duì)控制系統(tǒng)造成沖擊，而原水水質(zhì)比較穩(wěn)定，變化很緩慢，對(duì)控制系統(tǒng)不會(huì)造成大的沖擊，因此只考察控制系統(tǒng)對(duì)原水流量變化的調(diào)節(jié)能力。原水流量的變化幅度一般為30%－50%，但變化速度較快，經(jīng)常在十幾分鐘內(nèi)流量發(fā)生改變，因此對(duì)控制系統(tǒng)的要求比較高。圖3為在一次流量變化時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)情況。從圖中可以看出，系統(tǒng)對(duì)原水流量的變化的調(diào)節(jié)比較迅速及時(shí)，大約15min內(nèi)就可以將檢測(cè)值R調(diào)整到原設(shè)定值，而這對(duì)于沉淀池出水濁度的影響不大，可以滿足處理工藝的要求。

　　通過對(duì)本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能的評(píng)價(jià)，可以看出透光率脈動(dòng)絮凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于各種常見干擾都能夠作出有效的響應(yīng)，并及時(shí)作出調(diào)節(jié)。一般克服干擾的調(diào)節(jié)時(shí)間不超過15min，沉淀池出水濁度的調(diào)節(jié)時(shí)間不超過3h，并能夠根據(jù)原水水質(zhì)、水量和運(yùn)行條件的變化及時(shí)調(diào)節(jié)投藥量，使藥量保持在最佳的狀態(tài)，可以滿足工藝對(duì)其調(diào)節(jié)性能的要求。沉淀后出水濁度的穩(wěn)定性、合格率都明顯地提高。

4 經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)

　　透光率脈動(dòng)混凝投藥控制系統(tǒng)自1997年10月在水廠安裝調(diào)試完成以來，一直運(yùn)行良好，為了評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，選取1997年11月至1998年2月期間進(jìn)行藥耗評(píng)價(jià)（每月中人工投藥與自動(dòng)投藥各運(yùn)行15d）結(jié)果見表3，自動(dòng)控制系統(tǒng)的藥耗比人工控制節(jié)省了15.9%，可見自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

　　礦井水處理的投藥混凝過程中，原水水質(zhì)、水量等因素對(duì)絮凝效果有很大的影響，在人工控制投藥的條件下，很難保證投藥量最佳。將透光率脈動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使得水質(zhì)、水量等因素對(duì)處理效果造成的影響能及時(shí)消除，沉后水濁度目標(biāo)值基本穩(wěn)定，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。有望在礦井水處理混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。

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