流動(dòng)電流混凝控制技術(shù)在杏林水廠的應(yīng)用

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簡(jiǎn)介： 混凝是凈水工藝中最重要的環(huán)節(jié)，為適應(yīng)原水的變化，許多研究人員試圖找出一種控制混凝劑投加量的最佳方法。本文將闡述流動(dòng)電流混凝控制技術(shù)在杏林水廠的控制方法、功能特點(diǎn)和應(yīng)用效果。
關(guān)鍵字：混凝 加藥 自動(dòng)控制系統(tǒng) 游動(dòng)電流

1、引言：

有效的水處理混凝投藥控制，可以在實(shí)際最佳投藥量的意義上，控制混凝劑投加，從而達(dá)到以最少的混凝劑消耗獲得最理想的出水水質(zhì)效果。傳統(tǒng)上，最佳混凝劑投加量以燒杯試驗(yàn)法確定，而實(shí)際應(yīng)用中，原水水質(zhì)會(huì)隨時(shí)間連續(xù)變化甚至突變，以瞬時(shí)水質(zhì)為依據(jù)的燒杯試驗(yàn)難以保證混凝劑投加量始終為最佳。因而引進(jìn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)，已成為當(dāng)今水處理工程中一項(xiàng)具有重要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)意義的課題。

應(yīng)用最為成功的當(dāng)屬流動(dòng)電流混凝投藥控制技術(shù)，其克服了以往方法的缺陷，選擇可以在最本質(zhì)意義上表征混凝效果的電動(dòng)特性參數(shù)SC值作為單一監(jiān)控因子，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝劑投加量的精神控制。它的檢測(cè)控制原理為：水中膠體粒子加藥后，其ξ電位會(huì)發(fā)生變化，從而引起流動(dòng)電流的變化，膠體電荷遠(yuǎn)程傳感器通過(guò)檢測(cè)流動(dòng)電流的變化，可以準(zhǔn)確地反映水中加藥量的多少，并傳送給檢測(cè)控制儀，控制儀根據(jù)傳感器傳來(lái)的信號(hào)（4～20mA），經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，輸出控制信號(hào)給投藥泵，來(lái)調(diào)整投加量，使之達(dá)到最佳值。

2、智能復(fù)合環(huán)加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)

在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，單一的流動(dòng)電流控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中受到各種主客觀因素的影響，控制效果與理想值有一定的偏差。杏林水廠為了在最大程度上，解決這個(gè)問(wèn)題，提出并已應(yīng)用了一種新的控制方法。如圖（1）所示。

它的控制原理是把沉淀水出水濁度作為系統(tǒng)的主控參數(shù)，流動(dòng)電流為副控參數(shù)，組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過(guò)這套串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在沉淀水出水濁度穩(wěn)定不變時(shí)，加注泵參數(shù)不變。而當(dāng)沉淀水出水濁度或游動(dòng)電流SC值，在外來(lái)干擾作用下，偏離給定值時(shí)，要求改變加注泵參數(shù)，調(diào)整投加量，從而保證沉淀水出水濁度在要求范圍內(nèi)。

在水質(zhì)水量等干擾發(fā)生變化時(shí)，為提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度，確保沉淀水出水濁度的穩(wěn)定，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，引入水質(zhì)、水量前饋控制以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。如果影響游動(dòng)電流的主要干擾如：水質(zhì)（濁度、PH值）和水量有波動(dòng)，則相應(yīng)前饋調(diào)節(jié)器立即根據(jù)干擾大小對(duì)系統(tǒng)加藥量進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)補(bǔ)償干擾因素對(duì)水中膠體脫穩(wěn)程度影響，從而提高了水質(zhì)水量變化后序混凝的影響，及時(shí)改變加注泵參數(shù)，調(diào)整投藥量，具有超前調(diào)節(jié)的作用，控制效果顯著提高。

3、數(shù)學(xué)模型的建立：

數(shù)學(xué)模型法是混凝投藥控制技術(shù)上的一個(gè)重要進(jìn)展，這種方法能迅速響應(yīng)原水水質(zhì)水量參數(shù)的變化，滯后小，控制精確，但是建立一個(gè)模型需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能得到。

杏林水廠混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以若干原水水質(zhì)（如濁度、PH值）、水量、游動(dòng)電流、出水濁度參數(shù)為變量，建立其與投藥量之間的相關(guān)函數(shù)——數(shù)學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算機(jī)按此模型自動(dòng)采集數(shù)據(jù)控制投藥。杏林水廠采用美國(guó)AB公司的SLC500可編程控制系統(tǒng)，選用帶有沖程、頻率雙調(diào)節(jié)的promintent加注泵。

在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID控制算法的模擬表達(dá)式為：

式中：y –控制器的輸出信號(hào)；

　　　Kc：比例增益常數(shù)

　　　Ti：積分增益常數(shù)

　　　Kd：微分增益常數(shù)

　　　E：過(guò)程變量與設(shè)定值的偏差，即PV－SP

　　　PV：過(guò)程變量

　　　Bias：前饋值或偏置值

4、混凝控制技術(shù)改進(jìn)的建議及對(duì)策

通過(guò)連續(xù)運(yùn)行表明，該控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)功能，即使在較大的水質(zhì)波動(dòng)下，仍能較好的工作，處理后水質(zhì)基本穩(wěn)定，有較高的工作可靠性，但也有一些不足需加以防范改進(jìn)。

4.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)干擾問(wèn)題主要是

①水中含有大量藻類，大量有機(jī)污染物，混凝藥劑為有機(jī)高分子藥劑或粘附性強(qiáng)的藥劑都會(huì)沾污，流動(dòng)電流傳感器探頭，造成檢測(cè)信號(hào)失真，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能正常的進(jìn)行工作。

②SCD傳感器信號(hào)和控制調(diào)節(jié)信號(hào)均為弱電信號(hào)，因此一旦有強(qiáng)電信號(hào)在流動(dòng)電流控制系統(tǒng)的傳感器或控制線纜附近存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干擾，影響控制系統(tǒng)的正常工作；還有傳感器接地是否符合要求，電源是否受到污染，控制系統(tǒng)屏蔽發(fā)壞都會(huì)造成流動(dòng)電流控制系統(tǒng)的干擾，影響流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作。

當(dāng)控制系統(tǒng)遇到干擾，造成檢測(cè)值無(wú)規(guī)律的上下波動(dòng)，檢測(cè)值定時(shí)定向的有規(guī)律變化，計(jì)量泵的投藥量不能及時(shí)隨檢測(cè)值變化而變化時(shí)，必須找到干擾源，并加以排除才能使其恢復(fù)正常工作。

4.2 注重水廠工藝流程的優(yōu)化，相對(duì)穩(wěn)定的原水進(jìn)水量，降低控制系統(tǒng)的振帶幅度，確保出水濁度的穩(wěn)定。工藝流程設(shè)計(jì)合理，水質(zhì)水量變化相對(duì)穩(wěn)定，使得人工干預(yù)的時(shí)間短，自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)。

4.3 完善科學(xué)的水質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)體系，積累各種經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究評(píng)估對(duì)實(shí)際控制影響的多種變量，逐步建立優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型關(guān)系。

5、結(jié)論：

經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行實(shí)踐表明，杏林水廠混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

①由于前饋控制對(duì)原水的水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，串級(jí)控制系統(tǒng)明顯改善澄清池出水水質(zhì)，出水濁度長(zhǎng)期穩(wěn)定在3～5NTU之間，符合后序工藝（V型濾池）的技術(shù)特性。

②降低了因水質(zhì)突變，人工反應(yīng)不及時(shí)所帶來(lái)的對(duì)澄清池出水濁度的波動(dòng)，從而影響制水的穩(wěn)定，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

③在編程時(shí)，還可以通過(guò)設(shè)定澄清池出水濁度的值，來(lái)達(dá)到我們所想要的水質(zhì)效果。