一種應急投加系統的設計和實踐

高旭輝 陳奮

摘? 要：通過分析自來水廠投藥系統存在的隱患，設計并實施了一種針對斷電、斷藥以及缺藥等異常情況進行快速檢測，自動進行藥劑投加的新型藥劑應急投加系統。該系統無需備用電源仍可保證藥劑連續穩定投加，可保證出廠水水質穩定達標，保障水質安全。

關鍵詞：投藥系統;藥劑;應急投加

1? ? 工程概況

深圳市光明區某水廠，坐落于光明區鳳凰街道辦事處，總占地8.95公頃，分三期建設，始建于2001年，2008年全部建成投產，總供水規模20萬m3/d。一、二期處理規模各5萬m3/d，工藝流程為網格反應池+斜板沉淀池+V型濾池;三期處理規模10萬m3/d，工藝流程為折板反應池+平流沉淀池+V型濾池。

該廠處理工藝包括混凝、沉淀、過濾和消毒等環節，常規投加藥劑為混凝劑（聚合氯化鋁）和消毒劑（次氯酸鈉）。對于自來水廠而言，供水水質優劣不僅與處理工藝相關，同時也受到藥劑投加等因素的影響[1]。混凝投藥是自來水生產過程中凈化水質的一個重要環節，投藥后的凈化過程具有復雜性、時變性、非線性等特點。實現混凝投藥的自動控制可以穩定出水水質，降低制水成本，減輕工人的勞動強度。目前，自來水廠基本采用PLC控制投加泵實現藥劑的自動投加[2-3]。

2? ? 問題分析

在自動化高速發展的今天，投藥系統投加精度越來越高，自動化程度越來越高，但是對于水廠斷藥、缺藥應急投加的研究仍停留在配水井等藥劑投加點設置應急藥劑儲存池，發現斷藥、缺藥后進行人工投加的階段，存在操作滯后、加藥及時性低等問題。

2.1? ? 隱患分析

經分析，投藥系統斷電、投藥泵故障、投藥管道爆裂/堵塞均可造成斷藥;投加管道破損或由于其他原因產生管道滲漏，導致投加點藥量不足，會造成缺藥。斷藥和缺藥都將無法保證正常生產。

2.2? ? 現有對策

在配水井設置應急藥劑儲存池，當水廠出現斷藥、缺藥情況時，進行人工投加。

當發生投藥系統斷電時，原水繼續流入，員工必須快速到達配水井，打開應急藥劑儲存池的手動投加閥進行應急投加，通常需要較長時間恢復投藥，無法保證水質持續達標。

當發生投藥泵故障時，原水繼續流入，員工必須快速到達加藥間切換投加泵，通常需要較長時間恢復投藥，無法保證水質持續達標。

當發生藥劑投加管道爆裂、堵塞，導致藥劑投加量偏少或完全中斷時，原水繼續流入，人工無法及時發現、常規裝置無法及時檢測，通常發現時水質已經超標。

當發生投加管道破損或由于其他原因產生管道滲漏導致投加點藥量不足，造成缺藥時，原水繼續流入，人工無法及時發現、常規裝置無法及時檢測，通常發現時水質已經超標。

綜上所述，如何快速檢測并自動應急投加藥劑是重點也是難點。

3? ? 系統設計與實踐

3.1? ? 系統總體設計思路

為解決上述技術問題，特別創新提出一種斷電、斷藥、缺藥情況下，無需備用電源仍可保證藥劑連續穩定投加的系統，可保證出廠水水質穩定達標，保障水質安全。

本系統安裝在配水井等藥劑投加點，通過對斷電、斷藥、缺藥等可導致加藥異常的情況進行檢測，自動實現應急投加，同時在中控室進行報警，提示值班人員盡快處置。

3.2? ? 系統構成

如圖1所示，藥劑應急自動投加系統包括儲藥池、投加控制裝置、斷藥檢測裝置、斷電檢測裝置、缺藥檢測裝置以及遠程報警模塊。

3.3? ? 具體實施方式

3.3.1? ? 投加控制

本系統在儲藥池1和投加點之間的管道上安裝一個斷電開啟型電磁閥7，當斷電開啟型電磁閥7打開，可實現無需備用電源情況下的藥劑自動投加及遠程報警。

3.3.2? ? 快速檢測裝置

檢測系統可檢測三種情況下的斷藥信號，分別為斷電檢測3、斷藥檢測4及缺藥檢測5。具體過程如下：

（1）斷電檢測3：當廠區供電中斷時，斷電開啟型電磁閥7即刻失電，可以快速檢測到斷電情況，同時電磁閥7打開，啟動藥劑應急投加。

（2）斷藥檢測4：在藥劑投加點安裝浮子流量計6，流量計浮子內嵌磁芯，錐管外裝干簧管開關，用于流量的上下限報警輸出。浮子流量計無流量時，帶磁芯的浮子下沉至流量計錐管底部，這時下限干簧管接通，相關DI模塊的輸入點置1，延時5 s后，相關DO模塊輸出點置1，該DO模塊輸出點外接的繼電器吸合，繼電器常閉點斷開，接在繼電器常閉點的斷電開啟型電磁閥7線圈失電，電磁閥打開，啟動藥劑應急投加。

（3）缺藥檢測5：當加藥管破損或其他原因導致漏藥時，實際投加量可能低于所需投加量，導致濁度升高，水質異常，此時可以設置浮子流量計下限，當其低于設定值時，相關DI模塊的輸入點置1，延時5 s后，相關DO模塊輸出點置1，該DO模塊輸出點外接的繼電器吸合，繼電器常閉點斷開，接在繼電器常閉點的斷電開啟型電磁閥7線圈失電，電磁閥打開，啟動藥劑應急投加。

3.3.3? ? 遠程報警模塊

利用3.3.2第（2）（3）條的DO模塊外接的繼電器常開點驅動中控室或其他遠程值班室聲光報警器，當出現缺藥或斷藥時，DO模塊輸出點外接的繼電器吸合，繼電器常開點閉合，聲光報警啟動。

3.4? ? 實踐分析

該藥劑應急投加系統相較水廠原有應急藥劑投加裝置增加2臺浮子流量計和1臺斷電開啟型電磁流量計及部分管材，合計金額不超過1 000元。經統計，2019年該水廠共出現10次意外斷電，該系統均即時進行藥劑應急投加，確保了水質穩定。如無該系統，直接損失是需要排放未正常投加藥劑的原水，即F=進水量×中斷加藥時間×原水單價。按照每次需要半小時重新進行投藥計算，則每次直接經濟損失為8 300×0.5×1.06=4 399元，10次意外斷電直接經濟損失合計約4.4萬元。

除產生明顯經濟效益外，該系統最大的貢獻是避免無法及時發現藥劑投加中斷或不足產生的生產隱患，大大提高水質的穩定性，為后續智慧水廠無人和少人值守提供有力保障。

4? ? 總結與展望

（1）本系統通過可靠檢測斷電、缺藥、斷藥信號并及時進行藥劑應急自動投加，確保水質達標，具有簡便易行、通用性及可靠性高等特點。

（2）斷電開啟型電磁閥的選取及使用，解決了斷電檢測及無需電源自動投加藥劑的難題。由于停電時間較短，電磁閥線圈處于長期通電狀態，因此須考慮線圈溫升可適應連續通電的條件。為此，本系統電磁閥線圈加裝節能模塊，有效降低了線圈溫升。

（3）本系統研發及使用過程中，對于斷藥及缺藥檢測裝置，在對比使用了斷流指示器、電磁流量計、浮子流量計等多種流量檢測儀器之后，選擇浮子流量計，實現了低成本、高可靠性的設計目的，同時契合了無需備用電源的設計思路。

[參考文獻]

[1] 顏一青.不同種類原水混凝劑投加量分析[J].凈水技術，2017，36（Sl）：56-62.

[2] 北京市市政工程設計研究院.給水排水設計手冊（第3冊）[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3] 王慧娟，李金輝，殷小桃.給水廠投藥系統技術改造及應用[J].中國給水排水，2011，27（24）：79-81.

收稿日期：2020-06-17

作者簡介：高旭輝（1976—），男，河北贊皇人，碩士，工程師，廠長，主要從事水處理機電設備管理、研究及生產優化管理工作。