摘 要 透光率脈動混凝投藥控制已經(jīng)在水處理中得到一定的應用，尤其在高濁度水處理中獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，但對于常規(guī)濁度水，原來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投加系統(tǒng)為例，介紹一種新型的淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的應用情況。
關鍵詞 混凝：淹沒式傳感器；透光率脈動；給水處理；自動控制
透光率脈動傳感器是一種在線光學檢測裝置，它通過檢測透過流動懸浮液的光強度的脈動狀態(tài)反映絮凝后水中形成的絮凝體的生長情況，其檢測參數(shù)少、靈敏度高、檢測值R直接反映了水中的混凝效果。因此，以R值為控制參數(shù)的透光率脈動混凝投藥自動控制系統(tǒng)已經(jīng)在水處理領域中得到了一定的應用，尤其在高濁度水的混凝劑自動投加控制方面獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益[1、2]，該項技術在濟南黃河一水廠等地應用以來一直保持良好的控制效果。透光率脈動檢測技術在常規(guī)濁度水中的應用與研究則是在近幾年中才發(fā)展起來，在四川瀘州某水廠的應用中發(fā)現(xiàn)，原來的引水式管型傳感器在長期運行中會存在管路堵塞、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，為了解決這一問題，我們設計出一種新型的淹沒式傳感器。本文以四川瀘州某水廠為例介紹這種新型的淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的應用情況，以期代替引水式管型傳感器，使透水率脈動檢測技術更好的應用于常規(guī)濁度水的混凝劑投加自動控制系統(tǒng)中。
1、水廠概述
四川瀘州某水廠以長江水作為水源，1998年與1999年原水濁度的月平均值見表1。水廠采用兩級機械攪拌澄清池，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
?。∟TU） 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型透光率脈動混凝投藥控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設備示意圖見圖1。原水投藥后，經(jīng)管道混合進入澄清池，控制系統(tǒng)在澄清池的環(huán)形配水管中取樣，水樣通過取樣管流入反應器，在反應器內(nèi)反應形成細小絮體，然后流過淹沒式傳感器進行檢測，并將檢測信號送至測控儀，在測控儀中對檢測信號進行處理，得到透光率脈動檢測值。測控儀將檢測值與預先給定的混凝廟宇值進行比較，通過PID調(diào)節(jié)來改變控制輸出信號，變頻柜根據(jù)該控制信號來調(diào)節(jié)計量泵的頻率，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)的改變會對系統(tǒng)的混凝設定值造成一定的影響，引起沉后水濁度偏離所要達到的目標濁度值。為了使出水濁度不偏離目標值，在澄清池出水處安裝清水濁度儀，該濁度儀可以在線檢測澄清池出水濁度，并將檢測信號輸送至測控儀，測控儀可以根據(jù)該濁度值與目標值對比自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的混凝設定值，從而保證澄清池出水濁度穩(wěn)定在所需的目標濁度（濁度設定值）附近。
3、透光率脈動控制系統(tǒng)性能評價
3.1 系統(tǒng)的靈敏性
為了評價系統(tǒng)的靈敏性，在調(diào)試階段人工改變混凝劑投加量（通過改變過量泵的頻率），同時紀錄透光率脈動檢測值R的變化情況，所得的結果見表2。
表2 系統(tǒng)靈敏性評價表 計量泵頻率（HZ） 10 20 30 40
混凝劑投加(mg/L) 5 10 15 20
透光率脈動檢測值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)的動態(tài)調(diào)節(jié)性能
一個好的控制系統(tǒng)必須具有較好的動態(tài)性能，對于混凝劑投加自動控制系統(tǒng)來說，其動態(tài)性能主要包括：對水量變化的調(diào)節(jié)能力、對源水濁度變化的調(diào)節(jié)能力、對干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)對該系統(tǒng)的各種性能分別做出評價。
?。?）對水量變化的調(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，在原有的手動投藥條件下依靠工人的經(jīng)驗對混凝劑的投量做出調(diào)節(jié)，出水水質(zhì)較差。因此，對水量變化的調(diào)節(jié)能力是評價該系統(tǒng)控制性能的最重要指標之一。圖2表明了在水量突變時控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。
從圖2中可以看出：當水量發(fā)生變化后，透光率脈動檢測值亦圍繞設定值發(fā)生相應的變化，使得混凝劑投加量也隨之改變，從而保證出水水質(zhì)相對穩(wěn)定。雖然透光率脈動控制系統(tǒng)具有一定的純滯后時間，但由于時間相對較短（本控制系統(tǒng)的的滯后時間是5分鐘），水質(zhì)沒有出現(xiàn)瞬間的波動，由圖可見，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。
?。?）對干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力
在實際生產(chǎn)中必然存在著許多干擾因素，這其中有客觀條件造成的，也有人為因素帶來的（如誤操作等）。系統(tǒng)在實際中的干擾因素可以分為以下幾種，現(xiàn)分別對其進行實驗，以評價控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。
?、偎幰簼舛鹊目焖俑淖?br> 水廠使用的混凝劑是液態(tài)的，由罐裝車從生產(chǎn)車間運往水廠的儲藥罐內(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%）。配置過程中完全靠人工控制提升泵的開停，其開啟時間根據(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)的變化情況見圖3。
從圖3中可見，在藥液濃度發(fā)生改變五分鐘之后，透光率脈動檢測值亦圍繞設定值發(fā)生相應的改變，同時計量泵頻率也發(fā)生相應的變化，使混凝劑投加量降低，在三個調(diào)節(jié)周期后（15分鐘）透光率脈動檢測值恢復穩(wěn)定，系統(tǒng)已尼成功地消除了藥液濃度變化帶來的影響。此后，沉后水濁度一直保持穩(wěn)定，可見系統(tǒng)對藥液濃度的突變具有較強的抵搞和調(diào)節(jié)能力。
?、谌藶樗查g改變混凝設定值
調(diào)試過程中人為改變混凝設定值（從54.5增加到56.5）以觀測系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力（為了減小其它因素的影響，將濁度控制器設定為手動狀態(tài)，以避免系統(tǒng)根據(jù)沉后水濁度對混凝設定值進行調(diào)節(jié)），所得的結果見圖4。
由圖4中可知，人為增加混凝設定值后，計量泵的頻率在瞬間增大，而后在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下逐漸變化以至達到一個穩(wěn)定的運行值，透光率脈動檢測值開始發(fā)生較大的改變，然后在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，在兩個調(diào)節(jié)周期后基本穩(wěn)定在設定值附近，一個小時后沉后水濁度發(fā)生改變（源水在澄清池中的停留時間約為50分鐘），從15NTU逐漸穩(wěn)定在12.5NTU附近?？梢姼淖兓炷O定值后系統(tǒng)可以快速的達到的另一個穩(wěn)定狀態(tài)。
③人為改變濁度設定值
調(diào)試過程中，人為改變濁度設定值（從15NTU變化到10NTU），系統(tǒng)的變化和調(diào)節(jié)情況見圖5所示。
從圖5中可以看出，改變系統(tǒng)的濁度設定值后，計量泵的頻率、混凝設定值都會隨之發(fā)生相應的變化，并且在經(jīng)過兩個周期的調(diào)節(jié)后基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，同時沉后水濁度亦會隨著混凝劑投加量的改變而發(fā)生變化，在濁度設定值改變的兩個周期（90分鐘）之后，澄清池出水濁度基本與濁度設定值趨于一致，系統(tǒng)表現(xiàn)出了較好的靈敏性和較強的調(diào)節(jié)能力。
4、經(jīng)濟效益的評價
透光率脈動混凝投藥控制系統(tǒng)自1998年3月在水廠安裝調(diào)試完成以來，一直運行良好，為了評價控制系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，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月自動投藥控制系統(tǒng)運行期間的藥耗平均值對比（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，故不計算期間藥耗），結果見表3，自動控制系統(tǒng)的藥耗比較人工控制節(jié)省了15.4%，可見自動控制系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟效益。
表3 自動投藥與人工投藥耗藥量對比 人工投藥耗藥量平均值
（mg/L)
(1994.10--1997.10) 自動投藥耗藥量平均值
（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、結論
將新型淹沒式傳感器應用于生產(chǎn)中，不僅取得了較好的社會效益也取得了較大的經(jīng)濟效益，采用淹沒式傳感器的混凝劑投加控制系統(tǒng)對于源水水量的變化具有良好的調(diào)節(jié)能力，而且對于藥液濃度的變化、混凝設定值、濁度設定值的改變亦具有較好的調(diào)節(jié)和控制能力。隨著新型淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的進一步應用，透光率脈動檢測技術將會越來越完善，在更多的領域得到廣泛的應用。
參考文獻
1、于水利，李圭白，高濁度水絮凝投藥控制，大連：大連理工大學出版社，1997
2、于水利，李星，李圭白，懸濁液透光率脈動值檢測法，中國給水排水，1997（2）：23-25
3、李星，懸浮液透光脈動檢測技術與應用研究[學位論文]，哈爾濱，哈爾濱建筑大學圖書館，1995
