流動電流混凝控制技術在杏林水廠的應用

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簡介： 混凝是凈水工藝中最重要的環(huán)節(jié)，為適應原水的變化，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。本文將闡述流動電流混凝控制技術在杏林水廠的控制方法、功能特點和應用效果。
關鍵字：混凝 加藥 自動控制系統(tǒng) 游動電流

1、引言：

有效的水處理混凝投藥控制，可以在實際最佳投藥量的意義上，控制混凝劑投加，從而達到以最少的混凝劑消耗獲得最理想的出水水質效果。傳統(tǒng)上，最佳混凝劑投加量以燒杯試驗法確定，而實際應用中，原水水質會隨時間連續(xù)變化甚至突變，以瞬時水質為依據的燒杯試驗難以保證混凝劑投加量始終為最佳。因而引進計算機自動化控制技術，已成為當今水處理工程中一項具有重要技術、經濟意義的課題。

應用最為成功的當屬流動電流混凝投藥控制技術，其克服了以往方法的缺陷，選擇可以在最本質意義上表征混凝效果的電動特性參數(shù)SC值作為單一監(jiān)控因子，實現(xiàn)了對混凝劑投加量的精神控制。它的檢測控制原理為：水中膠體粒子加藥后，其ξ電位會發(fā)生變化，從而引起流動電流的變化，膠體電荷遠程傳感器通過檢測流動電流的變化，可以準確地反映水中加藥量的多少，并傳送給檢測控制儀，控制儀根據傳感器傳來的信號（4～20mA），經過計算機處理，輸出控制信號給投藥泵，來調整投加量，使之達到最佳值。

2、智能復合環(huán)加藥自動控制系統(tǒng)

在連續(xù)生產過程中，單一的流動電流控制系統(tǒng)在實際應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，解決這個問題，提出并已應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)，流動電流為副控參數(shù)，組成串級調節(jié)系統(tǒng)。通過這套串級調節(jié)系統(tǒng)，在沉淀水出水濁度穩(wěn)定不變時，加注泵參數(shù)不變。而當沉淀水出水濁度或游動電流SC值，在外來干擾作用下，偏離給定值時，要求改變加注泵參數(shù)，調整投加量，從而保證沉淀水出水濁度在要求范圍內。

在水質水量等干擾發(fā)生變化時，為提高系統(tǒng)調節(jié)速度，確保沉淀水出水濁度的穩(wěn)定，在串級控制系統(tǒng)中，引入水質、水量前饋控制以進一步提高系統(tǒng)的控制質量。如果影響游動電流的主要干擾如：水質（濁度、PH值）和水量有波動，則相應前饋調節(jié)器立即根據干擾大小對系統(tǒng)加藥量進行調節(jié)，來補償干擾因素對水中膠體脫穩(wěn)程度影響，從而提高了水質水量變化后序混凝的影響，及時改變加注泵參數(shù)，調整投藥量，具有超前調節(jié)的作用，控制效果顯著提高。

3、數(shù)學模型的建立：

數(shù)學模型法是混凝投藥控制技術上的一個重要進展，這種方法能迅速響應原水水質水量參數(shù)的變化，滯后小，控制精確，但是建立一個模型需要耗費相當長的時間才能得到。

杏林水廠混凝投藥自動控制系統(tǒng)，是以若干原水水質（如濁度、PH值）、水量、游動電流、出水濁度參數(shù)為變量，建立其與投藥量之間的相關函數(shù)——數(shù)學模型。通過計算機按此模型自動采集數(shù)據控制投藥。杏林水廠采用美國AB公司的SLC500可編程控制系統(tǒng)，選用帶有沖程、頻率雙調節(jié)的promintent加注泵。

在模擬調節(jié)系統(tǒng)中PID控制算法的模擬表達式為：

式中：y –控制器的輸出信號；

　　　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：過程變量與設定值的偏差，即PV－SP

　　　PV：過程變量

　　　Bias：前饋值或偏置值

4、混凝控制技術改進的建議及對策

通過連續(xù)運行表明，該控制系統(tǒng)具有較強的調節(jié)功能，即使在較大的水質波動下，仍能較好的工作，處理后水質基本穩(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。

4.1 自動控制系統(tǒng)干擾問題主要是

①水中含有大量藻類，大量有機污染物，混凝藥劑為有機高分子藥劑或粘附性強的藥劑都會沾污，流動電流傳感器探頭，造成檢測信號失真，從而導致控制系統(tǒng)不能正常的進行工作。

②SCD傳感器信號和控制調節(jié)信號均為弱電信號，因此一旦有強電信號在流動電流控制系統(tǒng)的傳感器或控制線纜附近存在時，就會產生干擾，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)壞都會造成流動電流控制系統(tǒng)的干擾，影響流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)的正常工作。

當控制系統(tǒng)遇到干擾，造成檢測值無規(guī)律的上下波動，檢測值定時定向的有規(guī)律變化，計量泵的投藥量不能及時隨檢測值變化而變化時，必須找到干擾源，并加以排除才能使其恢復正常工作。

4.2 注重水廠工藝流程的優(yōu)化，相對穩(wěn)定的原水進水量，降低控制系統(tǒng)的振帶幅度，確保出水濁度的穩(wěn)定。工藝流程設計合理，水質水量變化相對穩(wěn)定，使得人工干預的時間短，自動運行的時間長。

4.3 完善科學的水質實驗檢測體系，積累各種經驗數(shù)據，研究評估對實際控制影響的多種變量，逐步建立優(yōu)化的數(shù)學模型關系。

5、結論：

經過一年多的運行實踐表明，杏林水廠混凝投藥自動控制系統(tǒng)具有如下特點：

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

②降低了因水質突變，人工反應不及時所帶來的對澄清池出水濁度的波動，從而影響制水的穩(wěn)定，減輕了工人的勞動強度。

③在編程時，還可以通過設定澄清池出水濁度的值，來達到我們所想要的水質效果。