1 引言

　　混凝是凈水工藝中最重要的環(huán)節(jié)，混凝效果的好壞直接影響到水處理的全過(guò)程。長(zhǎng)期以來(lái)，生水預(yù)處理混凝加藥由于要求不高，一直是人工調(diào)節(jié)控制。加藥量全憑運(yùn)行人員根據(jù)出水水質(zhì)、入水水質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)決定，很難保證混凝效果和出水質(zhì)量。

　　為了達(dá)到混凝處理的最佳工況進(jìn)一步提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化水平。保證預(yù)處理出水質(zhì)量，目前現(xiàn)場(chǎng)都開(kāi)始逐步對(duì)混凝劑人工加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，用變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)加藥量的自動(dòng)控制。由PID調(diào)節(jié)變頻器控制加藥泵電視，從而調(diào)整混凝劑加藥量，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理混凝效果的變頻自動(dòng)控制，這套自動(dòng)控制系統(tǒng)己非常成熟[1]。在預(yù)處理混凝過(guò)程中應(yīng)用的關(guān)鍵就是PID調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)。

　　混凝效果的好壞與好多因素有關(guān)[2]，如處理工藝、進(jìn)水濁度、PH值、溫度、處理水量、配水方式、混凝劑種類(lèi)、加藥地點(diǎn)、混合方式、混凝劑濃度、加藥量等�，F(xiàn)場(chǎng)一般調(diào)節(jié)加藥量來(lái)調(diào)整混凝澄清效果，控制澄清池出水質(zhì)量�；炷齽┘铀幜坑幸粋�(gè)最佳值，太少則混凝效果不好，水中膠體未完全脫穩(wěn)；太多則發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，不僅出水效果變差，而且浪費(fèi)混凝劑。膠體在水中的穩(wěn)定性是由它的動(dòng)電電位ξ決定，ξ越大，膠體越穩(wěn)定；越小到越不穩(wěn)定，互相碰撞就可聚集成大顆粒而沉降。天然水中膠體多帶負(fù)電荷，向水中加入帶相反電荷的混凝劑，就可使水中膠體ξ降低，直至發(fā)生聚沉。ξ降為0是最理想的狀態(tài)，此時(shí)水中膠體完全脫穩(wěn)，混凝劑加藥量最佳，沒(méi)有剩余。因此，ξ電位是反映膠體狀態(tài)的理想?yún)?shù)[3]。目前尚無(wú)法直接測(cè)定ξ電位。但可測(cè)定ξ電位正相關(guān)的流動(dòng)電流這一混凝本質(zhì)因子，從而反映ξ電位的大小。研究表明[4]，影響混凝效果的幾種主要因素在一定程度上都反映在流動(dòng)電流這一項(xiàng)混凝本質(zhì)參數(shù)上。所以只需測(cè)定和控制這單獨(dú)一個(gè)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥量的準(zhǔn)確控制，再不用監(jiān)測(cè)任何原水水質(zhì)參數(shù)和水量參數(shù)。利用流動(dòng)電流這一參數(shù)作為調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥的自動(dòng)控制，保證混凝處理的最佳工況。特別適用于水處理工藝電解質(zhì)混凝劑的加藥控制。

2 自控加藥系統(tǒng)

　　有效的混凝處理加藥控制方法，可以在實(shí)際最佳加藥量的意義上控制混凝劑投加，從而達(dá)到以最少的藥劑獲得最理想的出水水質(zhì)效果。以水中膠體混凝后ξ電位產(chǎn)生的流動(dòng)電流為信號(hào)，由PID調(diào)節(jié)變頻器控制加藥泵電機(jī)，調(diào)整混凝劑加藥量，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理混凝劑的變頻自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)混凝處理的最佳工況。自動(dòng)控制系統(tǒng)是利用流動(dòng)電流原理，由微電腦控制的在線(xiàn)膠體電荷測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由檢測(cè)傳感器、控制儀、變頻控制系統(tǒng)、加藥泵組成，如圖1所示。在傳感器的檢測(cè)室內(nèi)，水樣連續(xù)通過(guò)兩個(gè)電極之間的毛細(xì)管通路時(shí)，膠體雜質(zhì)會(huì)吸附于毛細(xì)管壁上，其反離子層受到水力剪切產(chǎn)生移動(dòng)，從而產(chǎn)生流動(dòng)電流，經(jīng)由電極檢出，輸出代表當(dāng)前水中膠體電荷狀態(tài)的流動(dòng)電流即SC值，并通過(guò)信號(hào)線(xiàn)傳送給控制儀。控制儀在所設(shè)定的工況下，經(jīng)與設(shè)定值對(duì)比、判斷后，輸出一個(gè)4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由PID調(diào)節(jié)控制變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速，使計(jì)量泵處于對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)之下，從而可以向水中投加定量的混凝劑。然后，投加藥劑的水樣又流入傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行投藥量的再調(diào)節(jié)。如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，保證混凝處理維持在最優(yōu)工況。

　　系統(tǒng)中流動(dòng)電流儀采用北京精密單因子科技有限公司生產(chǎn)的SC-3000A型單因子混凝投藥自控儀（由SC-30S自清潔遠(yuǎn)程傳感器和電腦控制儀組成），變頻控制柜中采用日本三肯變頻器；加藥泵采用德國(guó)JESCO公司生產(chǎn)的隔膜式計(jì)量泵（48L/h）。

3 系統(tǒng)調(diào)試

　　該廠(chǎng)澄清池為機(jī)械攪拌澄清池，兩臺(tái)，互為備用，出力400t/h；原水為黃河下游水庫(kù)水，懸浮物為200～600mg/L；pH為6.8～7.9；混凝劑采用聚合氯化鋁。

　　混凝劑加在澄清池配水井中，混凝劑在配水井中和管道中混合后，流動(dòng)電流促所測(cè)水樣取自澄清池入口，兩點(diǎn)之間距離大約為20米左右�；炷齽┛抗艿阑旌虾螅鼓z體脫穩(wěn)，ξ降低理論上ξ為0時(shí)，流動(dòng)電流SC值亦為0，膠體最易聚合沉降。但所測(cè)水樣取自澄清池入口，如果控制此時(shí)SC值為0，則脫穩(wěn)膠體形成的礬花進(jìn)入澄清池混合區(qū)后就會(huì)被打碎，影響混凝效果；如果控制SC值為正，則加入的帶正電荷的混凝劑過(guò)量，不經(jīng)濟(jì)；SC值為負(fù)值，此時(shí)膠體即將完全脫穩(wěn)，在澄清池中混合、反應(yīng)后可取得良好的混凝效果。流動(dòng)電流值的大小反映了混凝處理的工況，SC值從“負(fù)值—零—正值”的過(guò)程直接反映了“原水膠體未完全脫穩(wěn)—完全脫穩(wěn)—混凝劑過(guò)量”的混凝處理工況。所以采用SC值在0附近并偏負(fù)。系統(tǒng)采用檢測(cè)水樣中膠體的SC值，測(cè)定值與設(shè)定值相比，輸出4～20mA信號(hào)以此調(diào)整加藥泵電機(jī)頻率，改變加藥量，適應(yīng)各種條件的變化，以維持最佳的混凝、澄清效果，獲得理想的出水水質(zhì)。經(jīng)試驗(yàn)確定SC值為-10時(shí)為除濁最佳值，出水濁度為0.5FTU，加藥量也最少。

　　對(duì)于水中不同物質(zhì)的去除，由于其性質(zhì)不同應(yīng)設(shè)置不同的SC值[5]。去除二氧化硅的最佳SC值為0，去除COD的SC值為5，出水鋁離子殘留含量最小的最佳SC值位-20。

4 結(jié)論

　　經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行實(shí)踐證明，采用該預(yù)處理混凝加藥自動(dòng)控制裝置可以實(shí)現(xiàn)混凝處理的最佳工況，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

　　1）系統(tǒng)自動(dòng)化水平高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)量小，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

　　2）降耗節(jié)能效果明顯，加藥泵功率大為降低，而且變頻調(diào)速運(yùn)行，節(jié)電60～70％。

　　3）明顯改善澄清池出水水質(zhì)，出水濁度長(zhǎng)期穩(wěn)定在0.5FTU左右。對(duì)入水的適應(yīng)能力很強(qiáng)，無(wú)論水質(zhì)和水量的變化，尤其在汛期，可自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，維持正常的運(yùn)行工況。

　　4）混凝劑耗量大大減少，最小加藥量取得了最佳混凝效果，節(jié)約混凝劑25～40％。

　　5）酸堿耗明顯降低，澄清池出水水質(zhì)好，減輕了后續(xù)除鹽設(shè)備的負(fù)擔(dān)，酸耗減少35～40％，堿耗減少40～46％。同時(shí)排廢酸、廢堿量大為減少，有利于保護(hù)環(huán)境。

　　6）具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，具有較高的投入產(chǎn)出比。

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