应用于饮用水处理中的粉末活性炭自动投加成套设备
摘要：粉末活性炭吸附工艺是处理饮用水水源异常嗅味的一项有效技术措施。因此，为了使粉末活性炭的投加做到连续、准确，第九水厂与天津大泽公司合作研制并开发了一套自动投加成套设备。本文着重介绍了这套设备的特点及工作原理。
关键词：粉末活性炭、自动、投加、设备
一、粉末活性炭自动投加成套设备的研制背景
目前，我国的水资源日益紧缺，水质不断恶化，饮用水水源出现异常嗅味，使公众对水质安全开始出现不信任，并出现抱怨和投诉。因此，原水嗅味问题已成为我国自来水厂迫切关注的水质问题。
北京第九水厂原水取自密云水库。随着水库蓄水量的逐年减少，水库富营养化程度加剧，在2002年9月曾经发生局部水华现象，出厂水嗅味一度达到一级，用户反映强烈。后经试验研究，确定了高锰酸钾预氧化技术去除嗅味，出厂水基本无味，用户反映有所缓解。但是，在2005年8月，自来水公司又陆续接到用户投诉，并有上升趋势，虽经提高高锰酸钾投药量，仍不能彻底解决管网水嗅味问题。由此可见，高锰酸钾预氧化技术已不能满足当时水质处理的要求，经试验研究，最终确定采用粉末炭吸附工艺并建立应急处理方案，在密云取水站设立粉末炭应急投加装置，改善了出厂水水质。
使用粉末炭应急投加装置时，操作人员须佩带防尘面罩，周围环境被炭粉污染。由人工控制加炭量，进厂水反映出水色不均匀，说明加炭量控制有较大的误差。因此，为使粉末活性炭吸附工艺在饮用水处理中更好地应用，我们研制并建立了粉末炭自动投加成套设备。
二、粉末活性炭自动投加成套设备设计研制原则
虽然粉末炭应急投加装置完成了粉末炭与水快速混合后加入到输水管路中去的工作，但还不能做到连续、准确投加，而且操作过程中造成的环境污染相当严重。因此，设计研制加炭成套设备必须符合水厂运行管理要求，做到投加量准确、无粉尘污染、操作简便，减少人工劳动。针对以上原则，逐项加以实现。
粉末活性炭可采用干式和湿式投加两种方法。湿式投加是将粉末炭配成乳液，需要建立混合池、搅拌机及投加计量泵等设备，投资和占地面积相对较大。干式投加采用的主要设备是干粉投加机，通过料仓给料、投加机螺杆输送，并利用水射器将粉末炭投入水中。干式投加给料均匀、运转可靠、驱动功率和占地面积小、操作管理方便、易于实现自动控制，水射器设备简单、使用方便、工作可靠。因此，采用干式投加方式并组成自动投加成套设备。为解决环境污染和对人员的健康影响，选用真空吸炭装置，通过吸炭头将粉炭输入料斗，避免粉尘挥发。储料斗的设计应满足一次上料后，可供4小时以上投加使用，避免值班工长时间看守生产现场。加炭成套设备的关键环节是变频螺杆投加机，可较准确计量加炭量，并通过自控系统传送的流量信号进行跟踪调节，实现自动控制，其精度应保证在3%左右。螺杆投加机制作精度应满足容量均匀、传送稳定，根据粉末炭的容重，经计算调整转速计量投加。粉末炭一般为木质炭和煤质炭两种，其容重不同，需根据不同炭种分别测定螺杆投加机的输送曲线。粉末炭成功应用的重要环节是水与炭的均匀混合。实际应用中必须要求水与炭粉均匀混合后才能加入原水中，以保证炭粉与原水中的有机杂质充分吸附。采用水射器混合输炭，投加快速便捷，将依靠螺杆投加机计量后的炭粉直接加入到水中。
三、粉末活性炭自动投加成套设备的构成及工作原理
基于以上设计原则而研制的粉末活性炭自动投加成套设备由真空上料机、变频干粉投加机、储料仓、料位计、真空压力表、电磁阀、气动阀门、空气压缩机、水射器装置、电器控制柜及自控系统等构成。真空上料系统将粉炭吸入料斗，减少粉尘污染；变频干粉投加机采用双螺旋给料器投加粉体，保证投料均匀、分散，精度在±3%以内。
该成套设备实现了粉末活性炭全自动连续投加，粉末活性炭通过真空上料机输送到储料平台上的储料仓中。当系统检测到储料仓中的粉末活性炭处于低料位时，自动提示（报警）需要加料，由人工开启并通过真空上料机将粉末活性炭吸入真空上料机的料仓中，而后卸料至储料仓中。当 储料仓中的粉末活性炭达到高料位后，停止真空上料机的上料工作。当系统检测到干粉投加机料仓中的粉末活性炭处于低料位时，自动开启储料仓下部（投加机料仓上部）的阀门，使粉末活性炭自流到投加机料仓中，当干粉投加机料仓中的粉末活性炭处于高料位时，阀门自动关闭。干粉投加机采用双定量螺旋计量，随水量的变化自动调整投加机变频电机的转速，精确控制粉末活性炭的投加量，做到粉末活性炭的投加量随水量的变化而变化，保持配比恒定。打开水射器前后阀门，当水射器内形成负压后，打开水射器上部电动阀门，同时干粉投加机自动开始工作，将粉末活性炭投加到水射器中，水射器将粉末活性炭与水混合后投入到投加点。水射器出口采用气动阀，具有停电时迅速关闭功能，从而防止投加点处的压力水倒流，满足安全运行要求。
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四、粉末活性炭自动投加成套设备的应用
经过2006年秋季的实际操作证明，该成套设备实现了设计思想，满足使用要求，主要设备和附属设备均为通用产品，维护、操作简便。经实际验证在给定投加率的条件下，投加量与水量自动跟踪灵敏，实际粉炭投加误差小于3%。因此，此成套设备的开发、研制在处理原水异常嗅味中很好地发挥了作用，可作为以地表水为水源的水厂投加粉末炭或粉状物料的专用设备，操作方便、运行稳定可靠。
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