流动电流混凝控制技术在杏林水厂的应用

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简介： 混凝是净水工艺中最重要的环节，为适应原水的变化，许多研究人员试图找出一种控制混凝剂投加量的最佳方法。本文将阐述流动电流混凝控制技术在杏林水厂的控制方法、功能特点和应用效果。
关键字：混凝 加药 自动控制系统 游动电流

1、引言：

有效的水处理混凝投药控制，可以在实际最佳投药量的意义上，控制混凝剂投加，从而达到以最少的混凝剂消耗获得最理想的出水水质效果。传统上，最佳混凝剂投加量以烧杯试验法确定，而实际应用中，原水水质会随时间连续变化甚至突变，以瞬时水质为依据的烧杯试验难以保证混凝剂投加量始终为最佳。因而引进计算机自动化控制技术，已成为当今水处理工程中一项具有重要技术、经济意义的课题。

应用最为成功的当属流动电流混凝投药控制技术，其克服了以往方法的缺陷，选择可以在最本质意义上表征混凝效果的电动特性参数SC值作为单一监控因子，实现了对混凝剂投加量的精神控制。它的检测控制原理为：水中胶体粒子加药后，其ξ电位会发生变化，从而引起流动电流的变化，胶体电荷远程传感器通过检测流动电流的变化，可以准确地反映水中加药量的多少，并传送给检测控制仪，控制仪根据传感器传来的信号（4～20mA），经过计算机处理，输出控制信号给投药泵，来调整投加量，使之达到最佳值。

2、智能复合环加药自动控制系统

在连续生产过程中，单一的流动电流控制系统在实际应用中受到各种主客观因素的影响，控制效果与理想值有一定的偏差。杏林水厂为了在最大程度上，解决这个问题，提出并已应用了一种新的控制方法。如图（1）所示。

它的控制原理是把沉淀水出水浊度作为系统的主控参数，流动电流为副控参数，组成串级调节系统。通过这套串级调节系统，在沉淀水出水浊度稳定不变时，加注泵参数不变。而当沉淀水出水浊度或游动电流SC值，在外来干扰作用下，偏离给定值时，要求改变加注泵参数，调整投加量，从而保证沉淀水出水浊度在要求范围内。

在水质水量等干扰发生变化时，为提高系统调节速度，确保沉淀水出水浊度的稳定，在串级控制系统中，引入水质、水量前馈控制以进一步提高系统的控制质量。如果影响游动电流的主要干扰如：水质（浊度、PH值）和水量有波动，则相应前馈调节器立即根据干扰大小对系统加药量进行调节，来补偿干扰因素对水中胶体脱稳程度影响，从而提高了水质水量变化后序混凝的影响，及时改变加注泵参数，调整投药量，具有超前调节的作用，控制效果显著提高。

3、数学模型的建立：

数学模型法是混凝投药控制技术上的一个重要进展，这种方法能迅速响应原水水质水量参数的变化，滞后小，控制精确，但是建立一个模型需要耗费相当长的时间才能得到。

杏林水厂混凝投药自动控制系统，是以若干原水水质（如浊度、PH值）、水量、游动电流、出水浊度参数为变量，建立其与投药量之间的相关函数——数学模型。通过计算机按此模型自动采集数据控制投药。杏林水厂采用美国AB公司的SLC500可编程控制系统，选用带有冲程、频率双调节的promintent加注泵。

在模拟调节系统中PID控制算法的模拟表达式为：

式中：y –控制器的输出信号；

　　　Kc：比例增益常数

　　　Ti：积分增益常数

　　　Kd：微分增益常数

　　　E：过程变量与设定值的偏差，即PV－SP

　　　PV：过程变量

　　　Bias：前馈值或偏置值

4、混凝控制技术改进的建议及对策

通过连续运行表明，该控制系统具有较强的调节功能，即使在较大的水质波动下，仍能较好的工作，处理后水质基本稳定，有较高的工作可靠性，但也有一些不足需加以防范改进。

4.1 自动控制系统干扰问题主要是

①水中含有大量藻类，大量有机污染物，混凝药剂为有机高分子药剂或粘附性强的药剂都会沾污，流动电流传感器探头，造成检测信号失真，从而导致控制系统不能正常的进行工作。

②SCD传感器信号和控制调节信号均为弱电信号，因此一旦有强电信号在流动电流控制系统的传感器或控制线缆附近存在时，就会产生干扰，影响控制系统的正常工作；还有传感器接地是否符合要求，电源是否受到污染，控制系统屏蔽发坏都会造成流动电流控制系统的干扰，影响流动电流混凝投药自动控制系统的正常工作。

当控制系统遇到干扰，造成检测值无规律的上下波动，检测值定时定向的有规律变化，计量泵的投药量不能及时随检测值变化而变化时，必须找到干扰源，并加以排除才能使其恢复正常工作。

4.2 注重水厂工艺流程的优化，相对稳定的原水进水量，降低控制系统的振带幅度，确保出水浊度的稳定。工艺流程设计合理，水质水量变化相对稳定，使得人工干预的时间短，自动运行的时间长。

4.3 完善科学的水质实验检测体系，积累各种经验数据，研究评估对实际控制影响的多种变量，逐步建立优化的数学模型关系。

5、结论：

经过一年多的运行实践表明，杏林水厂混凝投药自动控制系统具有如下特点：

①由于前馈控制对原水的水质、水量变化适应性强，串级控制系统明显改善澄清池出水水质，出水浊度长期稳定在3～5NTU之间，符合后序工艺（V型滤池）的技术特性。

②降低了因水质突变，人工反应不及时所带来的对澄清池出水浊度的波动，从而影响制水的稳定，减轻了工人的劳动强度。

③在编程时，还可以通过设定澄清池出水浊度的值，来达到我们所想要的水质效果。