混凝变频加药实现混凝处理的最佳工况
1 引言
混凝是净水工艺中最重要的环节，混凝效果的好坏直接影响到水处理的全过程。长期以来，生水预处理混凝加药由于要求不高，一直是人工调节控制。加药量全凭运行人员根据出水水质、入水水质和经验决定，很难保证混凝效果和出水质量。
为了达到混凝处理的最佳工况进一步提高现场设备运行的自动化水平。保证预处理出水质量，目前现场都开始逐步对混凝剂人工加药系统进行改造，用变频控制技术实现加药量的自动控制。由PID调节变频器控制加药泵电视，从而调整混凝剂加药量，实现预处理混凝效果的变频自动控制，这套自动控制系统己非常成熟[1]。在预处理混凝过程中应用的关键就是PID调节器的输入信号。
混凝效果的好坏与好多因素有关[2]，如处理工艺、进水浊度、PH值、温度、处理水量、配水方式、混凝剂种类、加药地点、混合方式、混凝剂浓度、加药量等。现场一般调节加药量来调整混凝澄清效果，控制澄清池出水质量。混凝剂加药量有一个最佳值，太少则混凝效果不好，水中胶体未完全脱稳；太多则发生再稳现象，不仅出水效果变差，而且浪费混凝剂。胶体在水中的稳定性是由它的动电电位ξ决定，ξ越大，胶体越稳定；越小到越不稳定，互相碰撞就可聚集成大颗粒而沉降。天然水中胶体多带负电荷，向水中加入带相反电荷的混凝剂，就可使水中胶体ξ降低，直至发生聚沉。ξ降为0是最理想的状态，此时水中胶体完全脱稳，混凝剂加药量最佳，没有剩余。因此，ξ电位是反映胶体状态的理想参数[3]。目前尚无法直接测定ξ电位。但可测定ξ电位正相关的流动电流这一混凝本质因子，从而反映ξ电位的大小。研究表明[4]，影响混凝效果的几种主要因素在一定程度上都反映在流动电流这一项混凝本质参数上。所以只需测定和控制这单独一个参数，就可实现混凝剂加药量的准确控制，再不用监测任何原水水质参数和水量参数。利用流动电流这一参数作为调节器的输入信号就可实现混凝剂加药的自动控制，保证混凝处理的最佳工况。特别适用于水处理工艺电解质混凝剂的加药控制。
2 自控加药系统
有效的混凝处理加药控制方法，可以在实际最佳加药量的意义上控制混凝剂投加，从而达到以最少的药剂获得最理想的出水水质效果。以水中胶体混凝后ξ电位产生的流动电流为信号，由PID调节变频器控制加药泵电机，调整混凝剂加药量，实现预处理混凝剂的变频自动控制，从而实现混凝处理的最佳工况。自动控制系统是利用流动电流原理，由微电脑控制的在线胶体电荷测控系统，系统由检测传感器、控制仪、变频控制系统、加药泵组成，如图1所示。在传感器的检测室内，水样连续通过两个电极之间的毛细管通路时，胶体杂质会吸附于毛细管壁上，其反离子层受到水力剪切产生移动，从而产生流动电流，经由电极检出，输出代表当前水中胶体电荷状态的流动电流即SC值，并通过信号线传送给控制仪。控制仪在所设定的工况下，经与设定值对比、判断后，输出一个4～20mA标准信号，由PID调节控制变频器对电机调速，使计量泵处于对应的工作状态之下，从而可以向水中投加定量的混凝剂。然后，投加药剂的水样又流入传感器进行检测，并进行投药量的再调节。如此循环往复，连续运作，实现连续自动调节加药量，保证混凝处理维持在最优工况。
系统中流动电流仪采用北京精密单因子科技有限公司生产的SC-3000A型单因子混凝投药自控仪（由SC-30S自清洁远程传感器和电脑控制仪组成），变频控制柜中采用日本三肯变频器；加药泵采用德国JESCO公司生产的隔膜式计量泵（48L/h）。
3 系统调试
该厂澄清池为机械搅拌澄清池，两台，互为备用，出力400t/h；原水为黄河下游水库水，悬浮物为200～600mg/L；pH为6.8～7.9；混凝剂采用聚合氯化铝。
混凝剂加在澄清池配水井中，混凝剂在配水井中和管道中混合后，流动电流促所测水样取自澄清池入口，两点之间距离大约为20米左右。混凝剂靠管道混合后，使胶体脱稳，ξ降低理论上ξ为0时，流动电流SC值亦为0，胶体最易聚合沉降。但所测水样取自澄清池入口，如果控制此时SC值为0，则脱稳胶体形成的矾花进入澄清池混合区后就会被打碎，影响混凝效果；如果控制SC值为正，则加入的带正电荷的混凝剂过量，不经济；SC值为负值，此时胶体即将完全脱稳，在澄清池中混合、反应后可取得良好的混凝效果。流动电流值的大小反映了混凝处理的工况，SC值从“负值—零—正值”的过程直接反映了“原水胶体未完全脱稳—完全脱稳—混凝剂过量”的混凝处理工况。所以采用SC值在0附近并偏负。系统采用检测水样中胶体的SC值，测定值与设定值相比，输出4～20mA信号以此调整加药泵电机频率，改变加药量，适应各种条件的变化，以维持最佳的混凝、澄清效果，获得理想的出水水质。经试验确定SC值为-10时为除浊最佳值，出水浊度为0.5FTU，加药量也最少。
对于水中不同物质的去除，由于其性质不同应设置不同的SC值[5]。去除二氧化硅的最佳SC值为0，去除COD的SC值为5，出水铝离子残留含量最小的最佳SC值位-20。
4 结论
经过一年多的运行实践证明，采用该预处理混凝加药自动控制装置可以实现混凝处理的最佳工况，该系统具有如下特点：
1）系统自动化水平高、运行稳定可靠、维护量小，劳动强度大大降低。
2）降耗节能效果明显，加药泵功率大为降低，而且变频调速运行，节电60～70％。
3）明显改善澄清池出水水质，出水浊度长期稳定在0.5FTU左右。对入水的适应能力很强，无论水质和水量的变化，尤其在汛期，可自动调节加药量，维持正常的运行工况。
4）混凝剂耗量大大减少，最小加药量取得了最佳混凝效果，节约混凝剂25～40％。
5）酸碱耗明显降低，澄清池出水水质好，减轻了后续除盐设备的负担，酸耗减少35～40％，碱耗减少40～46％。同时排废酸、废碱量大为减少，有利于保护环境。
6）具有良好的经济效益和环保效益，具有较高的投入产出比。
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