水廠粉末活性炭投加系統改進

宣小軍 張光輝 馬天添 房 俊 方 珺

（合肥通用機械研究院 合肥）

一、方案概述

粉末活性炭對水中污染物有很強的吸附能力，是應對水源季節性或突發性污染的良好手段。針對有可能出現的突發性污染，合肥市第七自來水廠在設計過程中配套了活性炭投加系統。

合肥市第七自來水廠一期工程設計生產規模為每天20萬噸，粉末活性炭設計投加量≤30 mg/L，干式制備，濕式投加，投加濃度2%～5%可調，投加點選在沉淀池前端進水管路。粉末活性炭投加采用全自動連續計量輸炭，炭液攪拌溶解和自動投加集成一體化，包括全套儲存、計量、輸送、溶解、變頻控制螺桿加注泵。用戶根據水質的實際情況進行炭粉投加，炭粉首先通過喂料、螺旋機精確計量系統輸送至炭漿制備系統，兩套設備連續無間歇運行，制備好的炭漿再通過螺桿泵投加至各投加點。

圖1 活性炭系統工藝配置

二、活性炭投加系統配置及功能

粉末活性炭系統主要由料倉系統、給料系統、制備系統、投加系統和控制系統等組成，系統工藝配置見圖1。

（1）料倉系統。包括70 m3的料倉、粉塵過濾系統、安全閥和空穴振打系統，料倉內布設高位、中位及低位料位計，所有料位信號通過控制柜上傳，用于監測料倉內粉炭的容量。粉末活性炭由槽車直接送至料倉儲存。

（2）給料系統。包括雙螺旋給料機、螺旋輸送機，料倉內的粉末活性炭通過給料機實現精確給料，給料機出口與輸送機相連，輸送計量后的粉末活性炭至室內儲液罐。

（3）制備系統。包括儲液罐、攪拌機、除塵器、增壓泵、進水電磁閥和液位計。儲液罐設溢流孔、放空閥和檢查人孔。制備炭液時由增壓泵給儲液罐進水，液位計提供進水量依據和相關保護。

（4）投加系統。包括螺桿泵、投加管路和配套閥門，共有3臺螺桿泵（2用1備，額定流量3.15 m3/h，壓力0.6 MPa），螺桿泵和相應的投加管路配備沖洗水系統，出液管路安裝電磁流量計，流量信號上傳至PLC控制系統，用于監測實際投加量。

（5）控制系統。整套系統通過PLC控制實現自動制備和計量投加，控制系統采用西門子S7-200系列PLC，可以通過中控電腦和觸摸屏顯示、設置和修改各種操作參數如投加量、泵的頻率值和運行狀態，根據要求調整進水、進料時間，調整炭液的配比濃度，整套系統實現全自動連續進料、自動配料和計量投加。操作界面和參數設置畫面見圖2、圖3。

三、問題及原因分析

圖2 自控系統操作界面

圖3 自控系統參數設置

活性炭投加系統投入運行后，炭液制備和投加過程中出現粉塵飛揚、液位計誤動或拒動的現象。粉塵飛揚導致整個活性炭間彌漫活性炭粉塵，造成工作環境惡劣，并存在安全隱患；液位計故障會導致炭液溢流、炭液被抽干、投加泵空轉，影響整套系統的正常穩定運行。

通過對現場設備運行情況的觀察分析，發現粉塵飛揚的主要成因：①送料時粉炭通過儲液罐上方的除塵器外溢，通過溢流口外溢；②輸送機給儲液罐送料時，粉炭通過攪拌機與罐頂部之間的間隙外溢。

液位計誤動或拒動主要是由于在進料過程中，粉塵未能及時與水混合，擴散到儲液罐內的空氣中，由于空氣中粉塵濃度大，影響液位計的正常顯示和信號輸出，導致整套自動控制系統誤動作不能正常投加。

四、改進措施

（1）原制備系統頂部裝有帶噴淋水的除塵器（內部裝有PE填料），但在實際運行過程中，噴淋水不能完全阻止粉炭外泄，制備罐中的粉炭依然會從除塵器頂部進入到空氣中。采用集塵筒的方式改進后（圖4、圖5），制備罐中未及時溶解于水的顆粒狀粉炭進入除塵筒，充分溶于水后排出。

（2）將儲液罐的溢流口接入新增集塵筒，可以有效地避免未及時溶于水的粉末活性炭從溢流口擴散到空氣中。

（3）原制備系統的溶解攪拌機選用擺線針輪減速機（帶支架），支架與安裝底座間隙較大，極易造成顆粒狀粉炭外泄到空氣中。改用齒輪式減速機，安裝密封性提高，有效地避免了粉炭顆粒物從聯接處外泄。

圖4 集塵筒使用效果圖

（4）將超聲波液位計更換為雷達液位計，超聲波易受溫度、壓力、霧氣或粉塵的影響，測量精度將受到干擾。雷達液位計反饋信號是電磁波，不會輕易受到粉塵、真空或蒸汽等因素的影響，能夠有效地滿足現場的使用需求。

圖5 集塵筒內部構造示意圖

五、改進效果

改進后，活性炭系統未出現粉塵飛揚和液位計誤動作現象，投加效果有效穩定。在2014年5、6月源水水質惡化期間，整套投加系統有效地提高和改善了飲用水水質，為水廠的穩定運行起到了重要作用。

從水廠投加粉末活性炭前后的現場實際監測可知，粉末活性炭對降低受污染源水的色度、嗅味和揮發性酚類等有良好的作用，對化學需氧量也有較好的去除效果；由于活性炭的良好吸附性能，投加適量的活性炭后，沉淀池和濾池出水濁度大幅度下降，自來水水質大幅度提高。