混凝變頻加藥實現(xiàn)混凝處理的最佳工況
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程。長期以來，生水預處理混凝加藥由于要求不高，一直是人工調節(jié)控制。加藥量全憑運行人員根據出水水質、入水水質和經驗決定，很難保證混凝效果和出水質量。
為了達到混凝處理的最佳工況進一步提高現(xiàn)場設備運行的自動化水平。保證預處理出水質量，目前現(xiàn)場都開始逐步對混凝劑人工加藥系統(tǒng)進行改造，用變頻控制技術實現(xiàn)加藥量的自動控制。由PID調節(jié)變頻器控制加藥泵電視，從而調整混凝劑加藥量，實現(xiàn)預處理混凝效果的變頻自動控制，這套自動控制系統(tǒng)己非常成熟[1]。在預處理混凝過程中應用的關鍵就是PID調節(jié)器的輸入信號。
混凝效果的好壞與好多因素有關[2]，如處理工藝、進水濁度、PH值、溫度、處理水量、配水方式、混凝劑種類、加藥地點、混合方式、混凝劑濃度、加藥量等。現(xiàn)場一般調節(jié)加藥量來調整混凝澄清效果，控制澄清池出水質量；炷齽┘铀幜坑幸粋最佳值，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，而且浪費混凝劑。膠體在水中的穩(wěn)定性是由它的動電電位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)，此時水中膠體完全脫穩(wěn)，混凝劑加藥量最佳，沒有剩余。因此，ξ電位是反映膠體狀態(tài)的理想參數[3]。目前尚無法直接測定ξ電位。但可測定ξ電位正相關的流動電流這一混凝本質因子，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電流這一項混凝本質參數上。所以只需測定和控制這單獨一個參數，就可實現(xiàn)混凝劑加藥量的準確控制，再不用監(jiān)測任何原水水質參數和水量參數。利用流動電流這一參數作為調節(jié)器的輸入信號就可實現(xiàn)混凝劑加藥的自動控制，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，可以在實際最佳加藥量的意義上控制混凝劑投加，從而達到以最少的藥劑獲得最理想的出水水質效果。以水中膠體混凝后ξ電位產生的流動電流為信號，由PID調節(jié)變頻器控制加藥泵電機，調整混凝劑加藥量，實現(xiàn)預處理混凝劑的變頻自動控制，從而實現(xiàn)混凝處理的最佳工況。自動控制系統(tǒng)是利用流動電流原理，由微電腦控制的在線膠體電荷測控系統(tǒng)，系統(tǒng)由檢測傳感器、控制儀、變頻控制系統(tǒng)、加藥泵組成，如圖1所示。在傳感器的檢測室內，水樣連續(xù)通過兩個電極之間的毛細管通路時，膠體雜質會吸附于毛細管壁上，其反離子層受到水力剪切產生移動，從而產生流動電流，經由電極檢出，輸出代表當前水中膠體電荷狀態(tài)的流動電流即SC值，并通過信號線傳送給控制儀？刂苾x在所設定的工況下，經與設定值對比、判斷后，輸出一個4～20mA標準信號，由PID調節(jié)控制變頻器對電機調速，使計量泵處于對應的工作狀態(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行檢測，并進行投藥量的再調節(jié)。如此循環(huán)往復，連續(xù)運作，實現(xiàn)連續(xù)自動調節(jié)加藥量，保證混凝處理維持在最優(yōu)工況。
系統(tǒng)中流動電流儀采用北京精密單因子科技有限公司生產的SC-3000A型單因子混凝投藥自控儀（由SC-30S自清潔遠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JESCO公司生產的隔膜式計量泵（48L/h）。
3 系統(tǒng)調試
該廠澄清池為機械攪拌澄清池，兩臺，互為備用，出力400t/h；原水為黃河下游水庫水，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，流動電流促所測水樣取自澄清池入口，兩點之間距離大約為20米左右；炷齽┛抗艿阑旌虾，使膠體脫穩(wěn)，ξ降低理論上ξ為0時，流動電流SC值亦為0，膠體最易聚合沉降。但所測水樣取自澄清池入口，如果控制此時SC值為0，則脫穩(wěn)膠體形成的礬花進入澄清池混合區(qū)后就會被打碎，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量，不經濟；SC值為負值，此時膠體即將完全脫穩(wěn)，在澄清池中混合、反應后可取得良好的混凝效果。流動電流值的大小反映了混凝處理的工況，SC值從“負值—零—正值”的過程直接反映了“原水膠體未完全脫穩(wěn)—完全脫穩(wěn)—混凝劑過量”的混凝處理工況。所以采用SC值在0附近并偏負。系統(tǒng)采用檢測水樣中膠體的SC值，測定值與設定值相比，輸出4～20mA信號以此調整加藥泵電機頻率，改變加藥量，適應各種條件的變化，以維持最佳的混凝、澄清效果，獲得理想的出水水質。經試驗確定SC值為-10時為除濁最佳值，出水濁度為0.5FTU，加藥量也最少。
對于水中不同物質的去除，由于其性質不同應設置不同的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 結論
經過一年多的運行實踐證明，采用該預處理混凝加藥自動控制裝置可以實現(xiàn)混凝處理的最佳工況，該系統(tǒng)具有如下特點：
1）系統(tǒng)自動化水平高、運行穩(wěn)定可靠、維護量小，勞動強度大大降低。
2）降耗節(jié)能效果明顯，加藥泵功率大為降低，而且變頻調速運行，節(jié)電60～70％。
3）明顯改善澄清池出水水質，出水濁度長期穩(wěn)定在0.5FTU左右。對入水的適應能力很強，無論水質和水量的變化，尤其在汛期，可自動調節(jié)加藥量，維持正常的運行工況。
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，澄清池出水水質好，減輕了后續(xù)除鹽設備的負擔，酸耗減少35～40％，堿耗減少40～46％。同時排廢酸、廢堿量大為減少，有利于保護環(huán)境。
6）具有良好的經濟效益和環(huán)保效益，具有較高的投入產出比。
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