自來水廠氯胺投加工藝的自動(dòng)化控制與改造

范駿

上海禾峰環(huán)境工程有限公司 200223

正文：

一、水廠水處理流程

城市水廠的水源通常都是從周邊環(huán)境中的水域中取得的，也有的水源來自于自下水。這些水一般都是經(jīng)由水泵抽入到水廠中，進(jìn)入到水廠中的水含有不同含量的懸浮物、溶解物等不可食用的雜志，因此不可以直接向用戶進(jìn)行供給，而是要經(jīng)過投藥、混合反應(yīng)、沉淀、澄清、過濾、消毒等一系列的程序進(jìn)行處理，將有害物質(zhì)進(jìn)行去除達(dá)標(biāo)之后才能夠輸送給用戶進(jìn)行使用。

二、自來水廠氯胺投加系統(tǒng)控制難點(diǎn)

作為保證飲用水衛(wèi)生安全的重要屏障，消毒是水處理工藝中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。上世紀(jì)初，人們就將氯作為消毒劑應(yīng)用于水處理行業(yè)，一百多年來，氯消毒工藝仍然作為最流行的飲用水消毒工藝，為人類控制水致疾病做出重要貢獻(xiàn)。但是氯消毒有其固有的缺陷，如會(huì)產(chǎn)生有害的消毒副產(chǎn)物、穩(wěn)定性差、對(duì)病毒的滅活能力差等，這促使人們尋找替代的消毒劑和工藝。氯胺作為一種替代消毒劑被提出來，它具有產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物少、消毒效果維持時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。尤其是我們國家飲用水水源普遍較差，折點(diǎn)加氯工藝受到限制，氯胺消毒工藝將是一種替代消毒技術(shù)。下面對(duì)自來水廠氯胺投加系統(tǒng)的一些難點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1、滯后嚴(yán)重

自來水廠氯胺投加系統(tǒng)投加控制存控制延時(shí)，從投加點(diǎn)到清水池的檢測滯后，清水池進(jìn)口流量和這個(gè)滯后存在密切的關(guān)系，由于這個(gè)滯后比較明顯，僅依靠清水池余氯反饋進(jìn)行人為干預(yù)調(diào)整，氯胺投加效果較差，而且只能根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行投加，當(dāng)水質(zhì)和水量比較穩(wěn)定時(shí)，這種氯胺投加效果較好；當(dāng)水質(zhì)和水量發(fā)生變化，投加濃度變化明顯時(shí)，氯胺投加效果較差。出廠水控制也存在余氯控制延時(shí)，二泵房出水量、清水池水位、清水池進(jìn)水流量和這個(gè)滯后有著密切的關(guān)系，而該滯后非常明顯，水量較大的情況下往往可超過2 個(gè)小時(shí)，高液位、小水量情況下，也經(jīng)常超過3 個(gè)小時(shí)。當(dāng)水質(zhì)或者流量發(fā)生變化時(shí)，僅依靠人工經(jīng)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)有效的控制。

2、水質(zhì)變化緩慢

不同季節(jié)的水質(zhì)往往不同，并且不同水質(zhì)條件下，氯胺濃度也存在明顯差異，例如，和夏季相比，冬季自來水中的微生物活性明顯降低，所以冬季自來水氯胺投加會(huì)適當(dāng)減少。

3、擾動(dòng)大

自來水廠的泵房開關(guān)泵往往會(huì)導(dǎo)致清水池流量發(fā)生突變，氯胺投加控制比例系數(shù)主要受到清水池進(jìn)口流量的影響，因此很難定量地分析和控制加氯量，并且濾池反沖洗不僅對(duì)氯胺投加系統(tǒng)造成較大擾動(dòng)，而且使清水池進(jìn)口容易出現(xiàn)突變的流量。同時(shí)，泵房開關(guān)泵調(diào)節(jié)控制不合理，使得清水池中余氯停留時(shí)間過長而發(fā)生突變，通常情況下由自來水廠控制室來控制泵房開關(guān)泵，這使得對(duì)開關(guān)泵的實(shí)際情況無法明確的得知，從而很難科學(xué)預(yù)測加藥量。當(dāng)水質(zhì)突變時(shí)，一旦遇到大規(guī)模排污或者大暴雨，自來水中的氨氯含量大幅上漲，也會(huì)對(duì)氯胺投加系統(tǒng)造成較大擾動(dòng)。

三、自來水廠中氯胺投加系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1、根據(jù)氯胺消毒工藝原理，最理想的加氯控制，應(yīng)當(dāng)是將總余氯濃度控制在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，且Cl2：N以精確的5：1進(jìn)行投加（氯胺比計(jì)算=后加氯流量*密度*濃度：后加氨流量*密度*濃度），這樣一氯胺的產(chǎn)率將達(dá)到最大。過量的加氯不僅使得氯胺消毒工藝相對(duì)于傳統(tǒng)氯消毒工藝優(yōu)勢消失以及經(jīng)濟(jì)效益損失，并且產(chǎn)生的二氯胺會(huì)使得自來水有嗅味；而過量氨氮的加入，不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益的損失，更嚴(yán)重的是過量的氨氮進(jìn)入管網(wǎng)會(huì)影響水質(zhì)生物穩(wěn)定性，在管網(wǎng)中存在的氨氧化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌會(huì)將過量的氨氮轉(zhuǎn)化為危害極大的亞硝酸鹽。

2、加氯控制

后加氯的投加可以選擇比例來投加或者閉環(huán)控制投加，同樣是通過隔膜計(jì)量泵來完成，而隔膜泵一般由兩個(gè)因素控制：頻率和沖程。

如果選擇比例投加，其控制過程和前加氯一樣，只是進(jìn)水流量改為濾后水流量。

但大多數(shù)情況下，我們使用PID閉環(huán)控制用于后加氯，控制過程如下：

沖程可以通過SCADA上設(shè)定；

頻率通過如下PID圖示控制；

由于反沖洗的影響可能會(huì)造成調(diào)節(jié)的波動(dòng)比較大，可以將濾后水流量變化的情況考慮進(jìn)頻率的輸出值，如下圖：

(其中： fw’濾后水瞬時(shí)流量； Fw’max最大濾后水流量； k修正系數(shù))

四、結(jié)束語

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活水平明顯提高，為了滿足用水需求，應(yīng)特別注意加氯控制環(huán)節(jié)，結(jié)合自來水廠的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營條件，積極改進(jìn)加氯控制系統(tǒng)，運(yùn)用加藥系統(tǒng)大閉環(huán)控制并提高在線儀表穩(wěn)定性及，解決傳統(tǒng)加氯系統(tǒng)非固定時(shí)滯、大滯后等問題，不斷提高加氯控制系統(tǒng)運(yùn)行效果。