崔福義 李圭白
(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院)

　　自1994年起，流動(dòng)電流技術(shù)逐漸在國(guó)內(nèi)水廠大量應(yīng)用，迄今已有愈百臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備在全國(guó)各地水廠運(yùn)轉(zhuǎn)，其范圍覆蓋了全國(guó)大部分省、市、自治區(qū)。國(guó)產(chǎn)設(shè)備是專(zhuān)門(mén)針對(duì)我國(guó)的水源水質(zhì)、水處理工藝及應(yīng)用條件進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的，因此絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備獲得了良好的使用效果，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性

　　我國(guó)地域遼闊，水源水質(zhì)復(fù)雜多變，原水水質(zhì)條件較許多西方國(guó)家要惡劣得多，因而水處理混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用具有更大的難度，對(duì)控制技術(shù)與設(shè)備的性能也提出了更高的要求。表1列出了對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備部分用戶(hù)進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)就幾種典型的水質(zhì)條件分述如下。

1.1 原水濁度
　　應(yīng)用中涉及的原水濁度在3.0～4 500 NTU之間，其中有的水廠原水濁度不僅變化幅度大，而且變化快，如牡丹江四水廠在1 h之內(nèi)的濁度(NTU)變化達(dá)上千。原水濁度高給應(yīng)用帶來(lái)一定的困難，主要是易于對(duì)取樣、檢測(cè)系統(tǒng)造成堵塞、干擾等，需采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施，必須加強(qiáng)清洗維護(hù)，并且在流動(dòng)電流檢測(cè)器的構(gòu)造上加以改進(jìn)。實(shí)踐證明，在上述原水濁度變幅內(nèi)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備可以滿(mǎn)足使用要求。同時(shí)也注意到，在濁度變化幅度大的條件下，SC--4000型設(shè)備的效果更為理想。
1.2 藻類(lèi)
　　研究表明，在水中含有大量藻類(lèi)的情況下，流動(dòng)電流仍隨混凝劑量的變化有相應(yīng)的響應(yīng)，二者存在相關(guān)性。
　　南方許多水源水中含藻問(wèn)題普遍，如深圳沙灣水廠，原水取自深圳水庫(kù)，最高濁度僅有60 NTU，含藻量最多卻達(dá)1.3×10⁸個(gè)/L。這種低濁、高藻的原水水質(zhì)給水處理及過(guò)程控制帶來(lái)非常大的困難，而自從該廠使用國(guó)產(chǎn)流動(dòng)電流自動(dòng)投藥設(shè)備后，不僅提高了水質(zhì)保證率，而且可以節(jié)藥28.6%。類(lèi)似的還有深圳龍崗水廠、武漢東湖水廠、昆明三水廠等。
1.3 有機(jī)污染物
　　有機(jī)污染物會(huì)對(duì)流動(dòng)電流系統(tǒng)造成干擾。主要表現(xiàn)在：①有機(jī)物改變了水中膠體的表面特性，產(chǎn)生膠體保護(hù)現(xiàn)象；當(dāng)有機(jī)物濃度較高時(shí)，電中和脫穩(wěn)凝聚作用弱化，流動(dòng)電流技術(shù)失去依據(jù)。②有機(jī)物對(duì)流動(dòng)電流的檢測(cè)造成干擾，它可能改變檢測(cè)器探頭的表面特性，對(duì)探頭造成污染，使測(cè)定值發(fā)生偏差。對(duì)此專(zhuān)門(mén)進(jìn)行的試驗(yàn)研究證明，在水中高錳酸鹽指數(shù)≤10～20 mg/L時(shí)，隨有機(jī)物濃度的升高，雖然檢測(cè)、控制的靈敏度下降，控制設(shè)定值有所升高，但仍能進(jìn)行有效控制。通常給水水源中有機(jī)污染物濃度不超過(guò)上述數(shù)值，而且對(duì)一個(gè)特定的水廠，原水中的有機(jī)物濃度一般變幅不大，因此對(duì)儀器的靈敏度加以適當(dāng)調(diào)整補(bǔ)償，控制系統(tǒng)可以正常工作。
1.4 其他物質(zhì)
　　應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，水中干擾物質(zhì)濃度不穩(wěn)定造成的影響最大。如某水廠水源上游有工廠排放含石油類(lèi)污染物質(zhì)，排放是不連續(xù)的，以夜間排污為主，其時(shí)原水中含油量上升，導(dǎo)致該廠流動(dòng)電流控制系統(tǒng)夜間靈敏度下降，控制失效，白天將探頭清洗去除油污后工作正常。
　　未發(fā)現(xiàn)水中的各種無(wú)機(jī)離子成分對(duì)流動(dòng)電流控制系統(tǒng)有明顯干擾。雖然這些物質(zhì)的濃度變化較大時(shí)會(huì)改變流動(dòng)電流設(shè)定值，但對(duì)于特定的原水而言，一般其濃度是較為穩(wěn)定的，因此不會(huì)影響控制系統(tǒng)工作。

2 對(duì)混凝劑的適應(yīng)性

　　從流動(dòng)電流混凝投藥控制的原理出發(fā)，凡屬電解質(zhì)類(lèi)混凝劑，如硫酸鋁、三氯化鐵、聚合鋁、聚合鐵等，其混凝過(guò)程以膠體電中和脫穩(wěn)凝聚為主，該技術(shù)完全適用。采用鐵鹽為混凝劑的水廠以河南新鄉(xiāng)一水廠為典型，其水源是黃河水，經(jīng)水庫(kù)預(yù)沉后年最高濁度為300、最低為十幾(NTU)，由于受造紙廠廢水污染，氨氮經(jīng)常超過(guò)5 mg/L。在應(yīng)用中，對(duì)水樣進(jìn)行一定的前處理，解決了鐵鹽中鐵質(zhì)在檢測(cè)器上沉積的問(wèn)題，得到了較高的靈敏度，出廠水濁度合格率提高了近20%，節(jié)藥率達(dá)到20%以上。?
　　流動(dòng)電流檢測(cè)器對(duì)混凝劑濃度有檢出極限。據(jù)研究，該檢出極限同水中濁度和混凝劑種類(lèi)有關(guān)。在常規(guī)條件下，該檢出極限所包含的有效檢測(cè)范圍覆蓋了實(shí)際生產(chǎn)中可能的混凝劑投加量。?
　　有些水廠使用的混凝劑質(zhì)量不穩(wěn)定，有效成分濃度或聚合度常有變化，在常規(guī)投藥控制方式下，這一現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。但流動(dòng)電流技術(shù)是以水中膠體脫穩(wěn)程度為標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)須控制混凝劑總量或有效成分含量，這是該技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)有的水廠因故連續(xù)向溶液池內(nèi)放水，這實(shí)際上相當(dāng)于混凝劑濃度不斷降低的變濃度投藥過(guò)程，這時(shí)常規(guī)投藥是難以使混凝工況穩(wěn)定的，而流動(dòng)電流技術(shù)卻很好地發(fā)揮了作用，隨著混凝劑濃度的下降，控制系統(tǒng)不斷地增加混凝劑流量，從而保持流動(dòng)電流檢測(cè)值的穩(wěn)定，沉淀后水的濁度也相應(yīng)保持穩(wěn)定。?
　　近年，有些水廠應(yīng)用了無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)高分子復(fù)合混凝劑。此種混凝劑中的有機(jī)高分子添加量雖不多，但它的存在降低了流動(dòng)電流檢測(cè)器的靈敏度，在此情況下不宜采用該技術(shù)。

3 對(duì)水處理工藝的適用性

　　大量的應(yīng)用實(shí)例證明，流動(dòng)電流技術(shù)完全適合于傳統(tǒng)的混合--反應(yīng)--沉淀--過(guò)濾工藝。此外，流動(dòng)電流控制技術(shù)在混合—澄清—過(guò)濾工藝中也得到成功應(yīng)用。
　　在一些特殊水質(zhì)條件下(例如含藻水或低濁水)，有的水廠采用混凝--氣浮--過(guò)濾工藝，應(yīng)用流動(dòng)電流技術(shù)控制投藥也取得了良好效果，昆明五水廠即是一例。
　　在直接過(guò)濾工藝中，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)流動(dòng)電流技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。從直接過(guò)濾原理來(lái)看，其過(guò)濾效能更加依賴(lài)于水中膠體雜質(zhì)的表面電荷特性，因此改變膠體的表面特性是該處理工藝投藥混凝的基本目的，這一工藝原理恰好與流動(dòng)電流混凝控制原理相符合。在實(shí)踐方面，國(guó)外有些水廠就是在直接過(guò)濾工藝中以流動(dòng)電流技術(shù)控制混凝投藥，皆獲得成功。在國(guó)內(nèi)，還需對(duì)該類(lèi)應(yīng)用的效能進(jìn)一步加以探討。
3.1 對(duì)混合設(shè)施的要求
　　通常，流動(dòng)電流檢測(cè)器的取樣點(diǎn)設(shè)于投藥混合之后。為了保證控制的有效性，要求充分混合而時(shí)間又不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，宜采取快速混合形式。
3.2 對(duì)投藥設(shè)備與調(diào)節(jié)形式的要求
　　常規(guī)的投藥設(shè)備有重力式投加和水泵投加兩類(lèi)。?
　　重力式投加系統(tǒng)采用閥門(mén)調(diào)節(jié)方式，由于閥門(mén)規(guī)格、質(zhì)量等問(wèn)題，至今尚無(wú)成功的先例。?
　　采用水泵變速調(diào)節(jié)能取得滿(mǎn)意的效果。對(duì)離心泵采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時(shí)，需掌握好離心泵的工作條件，否則將使調(diào)節(jié)精度大為降低。采用離心泵，系統(tǒng)的投資較小，但控制的精度、穩(wěn)定性等都不如計(jì)量泵，計(jì)量泵應(yīng)是投藥的首選設(shè)備。對(duì)計(jì)量泵還可采用變頻調(diào)速與調(diào)行程的雙調(diào)節(jié)方式，但這種方式投資較大。?br>3.3 對(duì)水量變化的適應(yīng)性
　　水量的變化會(huì)反映到控制系統(tǒng)中，表現(xiàn)為流動(dòng)電流值的變化。一般當(dāng)流量的瞬時(shí)變化不很大時(shí)，憑流動(dòng)電流單一因子就可有效地進(jìn)行投藥量調(diào)節(jié)，對(duì)此已有許多應(yīng)用實(shí)例，有的流量變幅達(dá)48%仍實(shí)現(xiàn)了有效的控制。當(dāng)然，有條件時(shí)在控制系統(tǒng)中增加流量參數(shù)，應(yīng)能取得更為穩(wěn)定迅速的控制效果。
　　還應(yīng)注意到，流量的變化即處理系統(tǒng)負(fù)荷的變化，即使在混凝劑單耗(相應(yīng)的流動(dòng)電流值)不變的情況下，有時(shí)沉淀后水的濁度也會(huì)變化，這就要求調(diào)整混凝劑單耗，也就是流動(dòng)電流設(shè)定值應(yīng)有相應(yīng)的調(diào)整，對(duì)此單純靠增加流量檢測(cè)是不夠的。在流量變化較大的情況下，若對(duì)出水穩(wěn)定性要求較高，宜采用SC—4000型設(shè)備。如鎮(zhèn)江金山水廠水量變化最大可達(dá)50%～66.7%，采用SC—4000型設(shè)備，其沉后水濁度波動(dòng)僅為1.0 NTU左右，藥量調(diào)節(jié)及時(shí)，水質(zhì)合格率達(dá)100%。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理

4.1 取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　正確取樣是進(jìn)行正?？刂频那疤?。對(duì)水樣的基本要求是：①對(duì)整體有良好的代表性，取樣前混凝劑與原水已經(jīng)充分混合，取樣口應(yīng)位于水流橫斷面的合理位置上；②不應(yīng)含有對(duì)測(cè)定造成干擾的物質(zhì)(如大量粗大的泥砂、漂浮性雜質(zhì)、氣體等)，不應(yīng)形成大的絮凝體；③水樣流量應(yīng)穩(wěn)定，不中斷。
　　與此相應(yīng)，在取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上應(yīng)注意：①取樣位置適當(dāng)，取樣口形狀設(shè)計(jì)合理；②盡量減少取樣系統(tǒng)的滯后時(shí)間，取樣管路不應(yīng)太長(zhǎng)，管徑不應(yīng)過(guò)大；③防止取樣系統(tǒng)堵塞；④對(duì)水樣預(yù)處理；⑤盡量用重力式自流取樣，只在確有必要時(shí)才采用取樣泵；⑥取樣系統(tǒng)應(yīng)有沖洗裝置。
4.2 水樣的預(yù)處理
　　水樣預(yù)處理裝置應(yīng)能去除測(cè)定干擾物質(zhì)，并能連續(xù)工作，保證檢測(cè)器不中斷工作，一般要求有除砂、排氣、攔截漂浮物等功能。良好的預(yù)處理裝置可以對(duì)檢測(cè)器起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)其使用壽命，減少維護(hù)工作。
4.3 運(yùn)行中的維護(hù)管理
　　流動(dòng)電流是一個(gè)相對(duì)值。流動(dòng)電流設(shè)定值一般根據(jù)對(duì)沉淀水濁度的要求確定，其正確與否關(guān)系到控制的結(jié)果。在運(yùn)行中，流動(dòng)電流設(shè)定值是可能發(fā)生變化的，其原因有如下兩類(lèi)：①水質(zhì)、水處理工況等發(fā)生大的變化會(huì)使工藝系統(tǒng)的處理能力變化，需要通過(guò)調(diào)整設(shè)定值來(lái)加強(qiáng)混凝或減弱混凝(加大或減少混凝劑單耗)；②流動(dòng)電流檢測(cè)器在使用過(guò)程中的磨損、臟污等會(huì)使檢測(cè)信號(hào)發(fā)生漂移、波動(dòng)或靈敏度降低。
　　針對(duì)設(shè)定值變化的前一種原因，應(yīng)在使用中加強(qiáng)觀察，必要時(shí)人工更改設(shè)定值或采用SC—4000型設(shè)備。對(duì)后一種原因，應(yīng)考慮加強(qiáng)維護(hù)工作，如堅(jiān)持對(duì)檢測(cè)器探頭定期清洗、強(qiáng)化水樣預(yù)處理、必要時(shí)更換檢測(cè)器探頭。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　　在保證水質(zhì)方面，沉淀水濁度合格率平均提高了9.5個(gè)百分點(diǎn)；在節(jié)藥方面，平均節(jié)約26.1%。由于成套控制設(shè)備的投資與相應(yīng)水處理系統(tǒng)的規(guī)模關(guān)系不大，所以水處理系統(tǒng)規(guī)模越大、控制設(shè)備的投資效益越好，投資回收期越短。例如，按上述平均數(shù)據(jù)測(cè)算，一套10×10⁴ t/d的水處理系統(tǒng)年節(jié)省藥費(fèi)18.55萬(wàn)元，采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備(SC--3000型)相應(yīng)的投資約12萬(wàn)元，即投資回收期約0.65年。

參考文獻(xiàn)

　　1 崔福義，曲久輝，李虹等.國(guó)產(chǎn)流動(dòng)電流投藥控制系統(tǒng)的基本性能與應(yīng)用評(píng)價(jià).給水排水，1994；20(8)：42～47
　　2 崔福義，陳衛(wèi)，李虹.流動(dòng)電流串級(jí)投藥控制系統(tǒng)的特性評(píng)價(jià).中國(guó)給水排水，1995；11(2)：30～33

　　作者通訊處：崔福義 150008 哈爾濱市南崗區(qū)海河路202號(hào) 哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院
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