黏度計在水廠PAM溶液濃度在線監測中的應用

馬仁杰，王懋蕾

(上海城投水務〈集團〉有限公司制水分公司，上海 200011)

1 背景

上海某水廠設計供水能力70萬m3/d，采用深度處理工藝。沉淀工藝采用高密度沉淀池(以下簡稱高密池)，運行過程中需投加硫酸鋁與高分子助凝劑聚丙烯酰胺(陰離子，以下簡稱PAM)，以起到強化混凝效果，確保沉后水濁度達標。

其中硫酸鋁投加需通過原液(經驗收合格)和水以體積比1∶3混合后，測定配制后溶液比重達標后投加，每次配制后均用比重計測定比重以確保配制濃度的正確穩定。

粉末PAM通過配制系統配制成溶液進行投加(配制濃度為1.5 g/m3)，配制后的溶液由于缺乏合適的在線檢測手段，濃度是否合格缺乏驗證。濃度不合格的PAM溶液會引起高密池出水濁度嚴重超標，且異常存在2～3 h的延時，導致高濁度出水不能及時被發現，且無有效的補救措施，影響到整個制水系統的運行。本文就如何對PAM溶液濃度進行有效監測進行探索與試驗。

2 應用過程

PAM是水溶性高分子中應用最為廣泛的藥劑之一，一般可通過黏度法測定PAM的分子量[1]，所以黏度是PAM水溶液的一個重要且具有實用意義的參數。

2.1 在線監測方案的選定

由于該廠PAM溶液為已知組分的體系，PAM溶液黏度隨PAM濃度增大而增大[2]，故選用較為簡便且適合測定已知組分體系的黏度法進行監測，即利用已知一定剪切速率下聚合物溶液黏度與其濃度的正比關系，測定待測樣品的黏度，插值求出待測樣品的濃度[3]。

2.2 目標粘度范圍的確定

通過實驗室以及該廠所使用的原料PAM配制相應標準濃度的PAM溶液，使用選取的在線黏度計(上海尼潤智能科技有限公司NDJ-5C簡易在線黏度計)，測得不同PAM濃度下的黏度數據，如表1所示，并繪制標準曲線，如圖1所示。

表1 室溫條件下(25 ℃)不同濃度PAM溶液與黏度對應表Tab.1 Viscosity Data for Different PAM Concentration under 25 ℃

圖1 室溫條件下(25 ℃)不同濃度PAM溶液的黏度標準曲線Fig.1 Standard Curve for PAM Viscosity under 25 ℃

根據標準曲線，該廠所配濃度為1.5 g/L的PAM溶液相對應的黏度應為45 mPa·s左右，考慮實際工況條件及PAM溶液黏度受溫度影響，將PAM溶液黏度監控范圍設定為40～60 mPa·s。

2.3 實際應用情況

通過取樣泵抽取PAM配制缸儲液池內配制好的PAM溶液至自行設計的黏度計取樣桶內，該取樣桶內液位恒定，確保黏度計測量區域溶液擾動較低，取樣桶內液體完整更新頻率約10 min/桶，黏度計可在線測定溶液黏度并實時傳輸至水廠上位機。

實際應用中發現，當室溫與水溫較為穩定，配制缸出粉量正常及進水量正常的情況下，PAM配制溶液黏度基本保持穩定，黏度波動為±2.5 mPa·s。當配制液黏度出現顯著波動超出設定的監控范圍時，應報警提醒當班人員及時檢查PAM配制裝置是否出現異常，根據實踐經驗，一般可對PAM配制設備做出以下判斷并采取相應措施：(1)黏度緩慢升高或降低時，說明PAM配制裝置出粉螺桿出粉量逐漸變大或變小，或者進水量變大或變小，應及時測定出粉螺桿每分鐘實際出粉重量，調節出粉螺桿頻率使每分鐘出粉重量達到設定，同時，根據進水流量計確定進水量是否在設定值，通過調節閥門至設定值；(2)黏度顯著降低時，說明配制液濃度嚴重不足，通常為出粉口堵塞，應檢查出粉口并進行疏通，嚴重堵塞時應清空出粉斗內物料，檢查是否有異物卡住螺桿。

2.4 不足與改進

該廠選用的在線黏度監測系統運行較為穩定，故障率較低，維護保養僅需每月對黏度計進行清潔加油工作，但配套的取樣泵及取樣桶較容易堵塞，需定期清潔保養。目前，黏度計報警值的設定僅參考25 ℃時的標準曲線，尚未與溫度的變化相關聯，后續應根據實際生產條件的變化，進一步繪制不同溫度下的標準曲線，設定不同溫度下的黏度報警值，從而提高報警值的針對性與管理的精細化水平。

3 結論

通過增加PAM配制單元的在線黏度監測系統，對實時監控PAM配制溶液濃度提供了應對方案，對防止因PAM濃度異常導致的生產問題起到了預警作用，對保證水廠安全穩定運行有一定的作用。