摘 要 透光率脈動(dòng)混凝投藥控制已經(jīng)在水處理中得到一定的應(yīng)用，尤其在高濁度水處理中獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但對(duì)于常規(guī)濁度水，原來(lái)的引水式管型傳感器仍存在著一些不完善的方面，本文以四川瀘州某水廠的混凝自動(dòng)投加系統(tǒng)為例，介紹一種新型的淹沒(méi)式傳感器在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞 混凝：淹沒(méi)式傳感器；透光率脈動(dòng)；給水處理；自動(dòng)控制
透光率脈動(dòng)傳感器是一種在線(xiàn)光學(xué)檢測(cè)裝置，它通過(guò)檢測(cè)透過(guò)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[1、2]，該項(xiàng)技術(shù)在濟(jì)南黃河一水廠等地應(yīng)用以來(lái)一直保持良好的控制效果。透光率脈動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在常規(guī)濁度水中的應(yīng)用與研究則是在近幾年中才發(fā)展起來(lái)，在四川瀘州某水廠的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的引水式管型傳感器在長(zhǎng)期運(yùn)行中會(huì)存在管路堵塞、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種新型的淹沒(méi)式傳感器。本文以四川瀘州某水廠為例介紹這種新型的淹沒(méi)式傳感器在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，以期代替引水式管型傳感器，使透水率脈動(dòng)檢測(cè)技術(shù)更好的應(yīng)用于常規(guī)濁度水的混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
1、水廠概述
四川瀘州某水廠以長(zhǎng)江水作為水源，1998年與1999年原水濁度的月平均值見(jiàn)表1。水廠采用兩級(jí)機(jī)械攪拌澄清池，日處理水量為96000m3，其中60000m3沉淀后直接作為生產(chǎn)用水（要求處理濁度在20NTU以下），另外36000m3水經(jīng)過(guò)濾、消毒后作為生活用水（要求處理濁度在3NTU以下）。混凝劑為水廠自己生產(chǎn)的聚合硫酸鐵（為了增加混凝劑混凝效果，在每1kg混凝劑內(nèi)添加0.010kg高分子化合物HCA（二甲基二烯丙季胺鹽陽(yáng)離子高分子化合物）。
表1 1998年與1999年源水濁度月平均值 1998年各月份
原水濁度平均值
（NTU） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
35 41 39 48 850 3690 4130 3870 3500 1530 200 43
1999年各月份
原水濁度平均值
（NTU） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
33 42 44 49 810 3770 4090 3980 3550 1920 300 45
2、透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)的配置
水廠有兩組處理工藝（兩組澄清池），為保證最佳的混凝控制效果，采用兩套FP——4000型透光率脈動(dòng)混凝投藥控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備示意圖見(jiàn)圖1。原水投藥后，經(jīng)管道混合進(jìn)入澄清池，控制系統(tǒng)在澄清池的環(huán)形配水管中取樣，水樣通過(guò)取樣管流入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)形成細(xì)小絮體，然后流過(guò)淹沒(méi)式傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)送至測(cè)控儀，在測(cè)控儀中對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，得到透光率脈動(dòng)檢測(cè)值。測(cè)控儀將檢測(cè)值與預(yù)先給定的混凝廟宇值進(jìn)行比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)來(lái)改變控制輸出信號(hào)，變頻柜根據(jù)該控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，從而改變混凝劑的投加量。由于原水流量、濁度等水質(zhì)參數(shù)的改變會(huì)對(duì)系統(tǒng)的混凝設(shè)定值造成一定的影響，引起沉后水濁度偏離所要達(dá)到的目標(biāo)濁度值。為了使出水濁度不偏離目標(biāo)值，在澄清池出水處安裝清水濁度儀，該濁度儀可以在線(xiàn)檢測(cè)澄清池出水濁度，并將檢測(cè)信號(hào)輸送至測(cè)控儀，測(cè)控儀可以根據(jù)該濁度值與目標(biāo)值對(duì)比自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的混凝設(shè)定值，從而保證澄清池出水濁度穩(wěn)定在所需的目標(biāo)濁度（濁度設(shè)定值）附近。
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(guò)改變過(guò)量泵的頻率），同時(shí)紀(jì)錄透光率脈動(dòng)檢測(cè)值R的變化情況，所得的結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 系統(tǒng)靈敏性評(píng)價(jià)表 計(jì)量泵頻率（HZ） 10 20 30 40
混凝劑投加(mg/L) 5 10 15 20
透光率脈動(dòng)檢測(cè)值R（%） 37.5 58.1 63.7 66.2
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，混凝劑投加量一般在10-20mg/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
一個(gè)好的控制系統(tǒng)必須具有較好的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其動(dòng)態(tài)性能主要包括：對(duì)水量變化的調(diào)節(jié)能力、對(duì)源水濁度變化的調(diào)節(jié)能力、對(duì)干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的各種性能分別做出評(píng)價(jià)。
（1）對(duì)水量變化的調(diào)節(jié)能力
水廠在正常找況條件下，每日的水量均有大幅度的改變，在原有的手動(dòng)投藥條件下依靠工人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)混凝劑的投量做出調(diào)節(jié)，出水水質(zhì)較差。因此，對(duì)水量變化的調(diào)節(jié)能力是評(píng)價(jià)該系統(tǒng)控制性能的最重要指標(biāo)之一。圖2表明了在水量突變時(shí)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。
從圖2中可以看出：當(dāng)水量發(fā)生變化后，透光率脈動(dòng)檢測(cè)值亦圍繞設(shè)定值發(fā)生相應(yīng)的變化，使得混凝劑投加量也隨之改變，從而保證出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。雖然透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)具有一定的純滯后時(shí)間，但由于時(shí)間相對(duì)較短（本控制系統(tǒng)的的滯后時(shí)間是5分鐘），水質(zhì)沒(méi)有出現(xiàn)瞬間的波動(dòng)，由圖可見(jiàn)，沉后水濁度基本穩(wěn)定，系統(tǒng)體現(xiàn)了良好的調(diào)節(jié)能力。
（2）對(duì)干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力
在實(shí)際生產(chǎn)中必然存在著許多干擾因素，這其中有客觀條件造成的，也有人為因素帶來(lái)的（如誤操作等）。系統(tǒng)在實(shí)際中的干擾因素可以分為以下幾種，現(xiàn)分別對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。
①藥液濃度的快速改變
水廠使用的混凝劑是液態(tài)的，由罐裝車(chē)從生產(chǎn)車(chē)間運(yùn)往水廠的儲(chǔ)藥罐內(nèi)，然后由提升泵提升到溶藥池中，并且在溶藥池中配制成5%濃度的藥液（夏季洪水期藥液配置濃度為10%）。配置過(guò)程中完全靠人工控制提升泵的開(kāi)停，其開(kāi)啟時(shí)間根據(jù)配置的濃度而確定，因此，配置的藥液濃度經(jīng)常變化較大。調(diào)試過(guò)程中，人為地將藥液濃度從5%提高到10%，控制系統(tǒng)的變化情況見(jiàn)圖3。
從圖3中可見(jiàn)，在藥液濃度發(fā)生改變五分鐘之后，透光率脈動(dòng)檢測(cè)值亦圍繞設(shè)定值發(fā)生相應(yīng)的改變，同時(shí)計(jì)量泵頻率也發(fā)生相應(yīng)的變化，使混凝劑投加量降低，在三個(gè)調(diào)節(jié)周期后（15分鐘）透光率脈動(dòng)檢測(cè)值恢復(fù)穩(wěn)定，系統(tǒng)已尼成功地消除了藥液濃度變化帶來(lái)的影響。此后，沉后水濁度一直保持穩(wěn)定，可見(jiàn)系統(tǒng)對(duì)藥液濃度的突變具有較強(qiáng)的抵搞和調(diào)節(jié)能力。
②人為瞬間改變混凝設(shè)定值
調(diào)試過(guò)程中人為改變混凝設(shè)定值（從54.5增加到56.5）以觀測(cè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力（為了減小其它因素的影響，將濁度控制器設(shè)定為手動(dòng)狀態(tài)，以避免系統(tǒng)根據(jù)沉后水濁度對(duì)混凝設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)），所得的結(jié)果見(jiàn)圖4。
由圖4中可知，人為增加混凝設(shè)定值后，計(jì)量泵的頻率在瞬間增大，而后在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下逐漸變化以至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行值，透光率脈動(dòng)檢測(cè)值開(kāi)始發(fā)生較大的改變，然后在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，在兩個(gè)調(diào)節(jié)周期后基本穩(wěn)定在設(shè)定值附近，一個(gè)小時(shí)后沉后水濁度發(fā)生改變（源水在澄清池中的停留時(shí)間約為50分鐘），從15NTU逐漸穩(wěn)定在12.5NTU附近。可見(jiàn)改變混凝設(shè)定值后系統(tǒng)可以快速的達(dá)到的另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。
③人為改變濁度設(shè)定值
調(diào)試過(guò)程中，人為改變濁度設(shè)定值（從15NTU變化到10NTU），系統(tǒng)的變化和調(diào)節(jié)情況見(jiàn)圖5所示。
從圖5中可以看出，改變系統(tǒng)的濁度設(shè)定值后，計(jì)量泵的頻率、混凝設(shè)定值都會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，并且在經(jīng)過(guò)兩個(gè)周期的調(diào)節(jié)后基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)沉后水濁度亦會(huì)隨著混凝劑投加量的改變而發(fā)生變化，在濁度設(shè)定值改變的兩個(gè)周期（90分鐘）之后，澄清池出水濁度基本與濁度設(shè)定值趨于一致，系統(tǒng)表現(xiàn)出了較好的靈敏性和較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。
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1998年3月在水廠安裝調(diào)試完成以來(lái)，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1994年10月至1997年10月人工投藥期間的藥耗平均值與1998年3月至2000年3月自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)運(yùn)行期間的藥耗平均值對(duì)比（1997年11月至1998年2月期間為引水式管型傳感器的調(diào)試運(yùn)行階段，由于存在管路堵塞、取樣流量流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，故不計(jì)算期間藥耗），結(jié)果見(jiàn)表3，自動(dòng)控制系統(tǒng)的藥耗比較人工控制節(jié)省了15.4%，可見(jiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
表3 自動(dòng)投藥與人工投藥耗藥量對(duì)比 人工投藥耗藥量平均值
（mg/L)
(1994.10--1997.10) 自動(dòng)投藥耗藥量平均值
（mg/L）
（1998.3--2000.3) 藥耗節(jié)約量
（mg/L) 節(jié)約率
（%）
12.3 10.4 1.9 15.4
5、結(jié)論
將新型淹沒(méi)式傳感器應(yīng)用于生產(chǎn)中，不僅取得了較好的社會(huì)效益也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，采用淹沒(méi)式傳感器的混凝劑投加控制系統(tǒng)對(duì)于源水水量的變化具有良好的調(diào)節(jié)能力，而且對(duì)于藥液濃度的變化、混凝設(shè)定值、濁度設(shè)定值的改變亦具有較好的調(diào)節(jié)和控制能力。隨著新型淹沒(méi)式傳感器在生產(chǎn)中的進(jìn)一步應(yīng)用，透光率脈動(dòng)檢測(cè)技術(shù)將會(huì)越來(lái)越完善，在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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