自來水廠自動(dòng)加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安群香 王鼎順

（1.廣州工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510850；2.廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

自來水廠自動(dòng)加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安群香1王鼎順2

（1.廣州工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510850；2.廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

研究了水廠加藥系統(tǒng)中如何進(jìn)行精確有效的配礬以及加礬過程中控制方案的正確選取方法。提出了一種針對實(shí)際問題的前饋結(jié)合專家系統(tǒng)的自動(dòng)加礬方案，并簡述了它的實(shí)現(xiàn)原理。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該種方案設(shè)計(jì)合理，完全滿足出廠水濁度要求，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

加藥自動(dòng)化；自動(dòng)配礬；前饋加礬

（一）引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)控制設(shè)備和水質(zhì)在線檢測分析儀表的發(fā)展，水廠自動(dòng)化逐步成熟和普及。作為水廠自動(dòng)化重要組成部分的加藥控制系統(tǒng)，也急需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，更好的保證出廠水水質(zhì)。長沙某縣自來水廠原來完全依靠操作工人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配礬、加礬，不僅難以100%保證出廠水濁度指標(biāo)，而且操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大。對于缺少經(jīng)驗(yàn)的工作人員來說就更難了。針對該水廠的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)配礬加礬系統(tǒng)，很好的解決了這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)了水廠加藥的自動(dòng)化。

（二）配礬

以前該水廠配礬都是操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按體積比進(jìn)行配礬，這樣配出來的礬液，完全沒有進(jìn)行精確計(jì)算，濃度到底是多少，該怎樣加礬完全靠經(jīng)驗(yàn)決定。這對于缺少經(jīng)驗(yàn)的工人來說就很難適應(yīng)。針對這種現(xiàn)狀，很有必要進(jìn)行自動(dòng)配礬。

1.配礬濃度計(jì)算

（1）波美度與百分比濃度換算

對于礬液來說，一般用波美度來表示濃度，這就要進(jìn)行濃度換算。一般有如下公式：

假設(shè)某礬液質(zhì)量百分比濃度為a，其中水的質(zhì)量為X，礬的質(zhì)量為Y，則有

同時(shí)由相對密度定義（忽略水的密度隨溫度的變化），則有

（2）配礬比計(jì)算

由于配礬[1]是在兩個(gè)礬池分別配，因此只要計(jì)算出配礬的深度就可以。如圖1所示，原礬池礬液深度為H1，加濃礬深度為H2，配礬深度為H3（由實(shí)際情況自行決定）。假設(shè)原濃礬質(zhì)量百分比濃度為b，配出的礬液濃度為a，則有

其中X1,Y1,Y2分別是原濃礬所含礬、水的質(zhì)量、配礬加水的量，ρ1，ρ2分別是礬的密度和水的密度（常溫下忽略水的密度隨溫度的變化）。

由上（5）式可求得加濃礬凈高度，加水凈高度分別為

從而計(jì)算出加礬加水深度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配礬。

2.配礬過程

配礬是通過開關(guān)相應(yīng)的電動(dòng)閥門來實(shí)現(xiàn)的，對于每一個(gè)礬池，均有一個(gè)進(jìn)濃礬閥，進(jìn)水閥和一個(gè)攪拌機(jī)。開始配礬時(shí)，要求設(shè)定好配礬的深度和原礬池液位（此液位等于切換礬池液位），然后由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出加濃礬、加水深度，系統(tǒng)根據(jù)礬池的液位信號自動(dòng)開進(jìn)濃礬閥、關(guān)進(jìn)濃礬閥、開進(jìn)水閥、關(guān)進(jìn)水閥、開攪拌機(jī)、停攪拌機(jī)，從而完成一次配礬。在配礬過程中要考慮到如下幾個(gè)問題：

（1）對進(jìn)礬進(jìn)水閥要進(jìn)行液位限制，當(dāng)液位達(dá)到最大液位時(shí)一定要關(guān)閥，否則會發(fā)生礬液溢出；

（2）開攪拌機(jī)時(shí)要求液位已經(jīng)穩(wěn)定，否則會影響配礬濃度，在配礬過程中，不能開攪拌機(jī)；

（3）為了實(shí)現(xiàn)任意時(shí)刻均可配礬，可將切換礬池液位改為當(dāng)前礬池液位。

單個(gè)礬池配礬流程如圖2。

（三）加礬

1.加礬方案選擇

圖1 礬池液位示意圖

圖2 配礬流程圖

目前主要的加藥自控運(yùn)行方式有：流動(dòng)電流反饋與流量比例前饋構(gòu)成的復(fù)合環(huán)方式、流動(dòng)電流反饋方式、流量比例前饋方式和手動(dòng)運(yùn)行方式。針對該水廠沒有安裝SCD檢測儀[2,3]，只在濾前和出水口裝有濁度儀的實(shí)際情況，如果采用反饋方式，由于這是一個(gè)大滯后大慣性過程，控制效果會不太好。因此采用一種前饋+專家系統(tǒng)的控制方式。

2.方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

先根據(jù)原水流量、濁度進(jìn)行前饋加礬控制[4]，再根據(jù)實(shí)際濾前水濁度進(jìn)行專家控制(一般要求濾前水濁度不超過3NTU)，然后根據(jù)出廠水濁度進(jìn)行一定的微調(diào)。從而既能迅速響應(yīng)原水的水質(zhì)變化，快速調(diào)節(jié)加礬量，又能自動(dòng)跟蹤濾前水濁度進(jìn)行專家控制，還結(jié)合出水濁度進(jìn)行微調(diào)，該方案在保證沉后水濁度指標(biāo)的同時(shí)還可以節(jié)約礬耗。

應(yīng)加礬量的計(jì)算公式：

Q礬是應(yīng)加礬量L/h，F(xiàn)i是源水流量m3/h，Ki是礬單耗Kg/Km3，m是礬溶液質(zhì)量百分比濃度，ρ是礬溶液密度，Q專是專家補(bǔ)償值。

礬單耗Ki根據(jù)加礬曲線確定。加礬投加曲線根據(jù)自來水公司往年統(tǒng)計(jì)的加礬數(shù)據(jù)量和經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，再根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況的數(shù)值進(jìn)行充實(shí)調(diào)整，由 PLC對加礬單耗曲線進(jìn)行分段線性化運(yùn)算處理。加礬曲線如圖3所示。

圖3 加礬分區(qū)曲線

上圖中縱坐標(biāo)表示礬液的投加量，橫坐標(biāo)表示原水濁度。曲線點(diǎn)的數(shù)值表示某一濁度下的礬投加量。

系統(tǒng)在進(jìn)行加礬時(shí)主要是根據(jù)原水流量和原水的不同濁度情況來決定礬液的投加量。加礬投加曲線表提供給用戶根據(jù)原水濁度進(jìn)行干預(yù)系統(tǒng)加礬投加量，用戶可以根據(jù)不同的原水濁度來設(shè)定最理想的投加量。通過此窗口，用戶還可以將實(shí)踐中的投加最佳經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定至PLC，使系統(tǒng)在進(jìn)行加礬時(shí)根據(jù)此經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行自動(dòng)投加。

Q專專家補(bǔ)償部分，主要是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，即濁度的實(shí)測值，變化率，變化趨勢等要素進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。一般是變化小時(shí)補(bǔ)償值少，變化大時(shí)補(bǔ)償多，實(shí)際值超過設(shè)定值多則馬上增多，少時(shí)則逐漸減少。總之要讓實(shí)際值接近或等于要求得出廠值。

（四）結(jié)論

目前該配礬和加礬方案已經(jīng)在長沙某縣水廠投入運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該種方案設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以很好的保證出廠水濁度在3NTU以下（實(shí)際在1NTU以下），濾前水濁度在8NTU以下。而且比手動(dòng)操作明顯減少了礬耗，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]楊邦華.關(guān)于水廠加礬系統(tǒng)的自動(dòng)控制[J].安徽建筑,2001,1:116-117.

[2]陳研斌.SCM 加礬自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2000,6:33-35.

[3]王志偉.SCD 加礬控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2005,24(9):65-66.

[4]楊振海,陳霞.混凝投藥的前—反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國給水排水,1999,15:42-45.

TP273

A

1008-1151(2011)04-0116-02

2011-01-09

安群香（1978－），女，湖南新邵人，廣州工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，碩士研究生，從事信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和電力電子技術(shù)的教學(xué)與研究；王鼎順（1978－），男，湖南郴州人，廣州杰賽科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)，碩士研究生，從事信號處理技術(shù)，水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的研究、應(yīng)用。