楊凱人
（上海臨江自來水制水有限公司，上海 201114）

　　摘 要： 詳細(xì)介紹了顯示式絮凝控制系統(tǒng)(FCD)在水廠應(yīng)用中的效果和應(yīng)注意的問題，體現(xiàn)了我國自行研制、開發(fā)的自動加礬控制系統(tǒng)在適用性和實用程度上更具優(yōu)勢。?
　　關(guān)鍵詞： FCD； 水廠； 應(yīng)用效果
　　中圖分類號： TU991.22
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼： C
　　文章編號： 1000-4602(2000)03-0041-03

1 概況

　　上海臨江自來水制水有限公司是上海市自來水公司臨江水廠改制后的制水企業(yè)，是上海市利 用西班牙政府貸款項目新建的自動化程度較高的水廠(由上海市政設(shè)計研究院設(shè)計)，于1997年7月通水投產(chǎn)。設(shè)計供水能力為40×10⁴m³/d，主要機電及自控生產(chǎn)設(shè)備是國外引進(jìn)，取用的原水由黃浦江上游引水二期工程的淞浦取水泵站提供，再經(jīng)由臨江泵站提升后輸入，原水濁度年平均值40NTU左右，最高約150NTU，最低約10NTU。1998年出廠水平均濁度為0.30NTU。制水生產(chǎn)流程為：

　　

　　凈水構(gòu)筑物中有四座10×10⁴m³/d的沉淀池(設(shè)計參數(shù)：反應(yīng)池停留時間16min，沉淀時間90min，進(jìn)水量4500m³/h)，二座20×10⁴m³/d濾池，二座2×10⁴m³清水池。?
　　混凝劑選用液體堿式氯化鋁。堿鋁的提升、配制和攪拌全部采用自動控制。加礬設(shè)備是使用德國Prominent公司生產(chǎn)的四頭泵，最大加注量為5000L/h，具有變頻和沖程雙因子控制。
　　“顯示式絮凝控制系統(tǒng)”的誕生為實現(xiàn)全自動加礬的閉環(huán)控制提供了新的方法和手段，水廠于1999年5月在3^＃沉淀池安裝了上海尼臣環(huán)保實業(yè)有限公司生產(chǎn)的FCD進(jìn)行生產(chǎn)性應(yīng)用試驗。FCD具有調(diào)整加注泵沖程、控制加注率隨水量變化同步調(diào)整加礬量的雙重功能，但考慮到原系統(tǒng)中按流量比例的變頻控制較正常、所以仍繼續(xù)保持使用，而將FCD用來控制加注泵沖程調(diào)節(jié)，即控制混凝劑加注率。該自動加礬系統(tǒng)見圖1(左邊為我公司保持使用的原有系統(tǒng)裝置，右邊為FCD系統(tǒng))。

1.1 FCD簡介
　　顯示式絮凝控制系統(tǒng)(Flocculation Control Device)，簡稱FCD，主要由絨體圖像采集傳感器和奔騰微機兩大部分組成。圖像采集傳感器安裝在反應(yīng)池出口水流較穩(wěn)定處，水樣經(jīng)取樣窗(可定時自動清洗)由高分辯CCD攝像頭水下攝像，由LED發(fā)光管照明以提高絮凝體圖像清晰度，經(jīng)視頻電纜傳輸進(jìn)計算機，對數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理，以排除噪聲的干擾，改善圖像的成像質(zhì)量，絨體圖像放大6倍可在顯示器上顯示；將灰質(zhì)圖像通過計算機轉(zhuǎn)換成二值化圖像找出絨體顆粒分界線，進(jìn)行圖形連通性判別，從而得出每一幅圖像中每一個絨體的大小和其他參數(shù)。
1.2 FCD自動控制原理
　　依據(jù)絨體的沉淀特性用一個“等效直徑”的代表性概念作為與沉淀水濁度相關(guān)的參量。在加礬技術(shù)上，解決了非球體絨體狀態(tài)的測量、計算和分析，據(jù)此利用實測值與目標(biāo)值比較后的偏差來自動調(diào)整混凝劑加注率(或加礬量)；同時，又以沉淀池出水濁度的實測值與目標(biāo)設(shè)定值比較后的偏差來自動修正絨體等效直徑的目標(biāo)值，達(dá)到了智能化控制。因此，在應(yīng)用中很明顯地反映出：絨體等效直徑與加注率成正比，而與濁度目標(biāo)設(shè)定值成反比；絨體等效直徑與接觸時間(反應(yīng)池停留時間)成正比，而與進(jìn)水量成反比。

2 FCD的運行、調(diào)控

　　水廠從1999年5月下旬開始在3?＃沉淀池安裝FCD至今，為保證沉淀水濁度符合要求(廠規(guī)定沉淀水濁度≯2.5 NTU)，進(jìn)一步提高該系統(tǒng)穩(wěn)定性，重點結(jié)合水廠生產(chǎn)實際解決了以下一些問題。?
2.1 絨體等效直徑的實測值與進(jìn)水量變化的關(guān)系
　　絨體等效直徑的實測值在加注率較穩(wěn)定的情況下，會因沉淀池進(jìn)水量調(diào)整變化而出現(xiàn)明顯的突變，且成反比。主要是由于水量大小變化引起反應(yīng)池流速和停留時間發(fā)生變化，若進(jìn)水量由小變大，反應(yīng)池流速相應(yīng)地變快，接觸停留時間變短，則絨體粒徑實測值迅速變小。例如，當(dāng)3^＃沉淀池進(jìn)水量按設(shè)計流量由4500m³/h增調(diào)到5000m³/h(流量變化為10%)，此時絨體粒徑實測值變小約0.02～0.05mm左右，粒徑變小幅度為5%～10%左右。在此種情況下，如絨體粒徑的目標(biāo)值不能同步或近似地響應(yīng)調(diào)整，則加注率的調(diào)整會發(fā)生誤導(dǎo)，可造成沉淀水濁度波動。若進(jìn)水流量由大變小則出現(xiàn)相反情況。為此，決定將流量系數(shù)確定在-0.50～-0.75左右，另外將絨體粒徑目標(biāo)值的調(diào)整由30min一次改為15min一次，使得加注率的控制和調(diào)整適應(yīng)實際工況變化的需要，并使加注率和沉淀水濁度在進(jìn)水流量變化時保持相對穩(wěn)定。
2.2 絨體等效直徑與沉淀水濁度目標(biāo)值的關(guān)系
　　絨體等效直徑實測值與沉淀水濁度目標(biāo)值的設(shè)定有關(guān)，且成反比。濁度目標(biāo)設(shè)定值小，則絨體粒徑實測值就大。例如3^＃沉淀池出水濁度目標(biāo)值設(shè)定在1.8NTU時，一般絨體粒徑實測值約在0.400～0.440mm左右；當(dāng)濁度目標(biāo)值設(shè)定為1.5NTU時，絨體粒徑實測值可達(dá)0.460mm左右；當(dāng)濁度目標(biāo)值設(shè)定為1.0NTU時，絨體粒徑實測值可達(dá)0.480mm左右，甚至超過。因此絨體粒徑實測值會因濁度目標(biāo)值不同而不一樣，但實際生產(chǎn)中，沉淀水濁度目標(biāo)值往往是相對固定設(shè)置，不會經(jīng)常變化。
2.3 絨體等效直徑、加注率與混合條件的關(guān)系
　　絨體等效直徑的實測值、加注率與混合條件變化有關(guān)。當(dāng)進(jìn)水量、濁度目標(biāo)值及加注率一定，混合條件較好時則絨體粒徑實測值就大、加注率降低，即混合條件穩(wěn)定則絨體粒徑實測值也就相對穩(wěn)定。反之，絨體粒徑實測值會發(fā)生明顯變化。這一點對保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性很重要，而在實際生產(chǎn)中過去往往容易忽視，例如原先加礬混合采用的是靜態(tài)混合器，投加點設(shè)在沉淀池進(jìn)水調(diào)流閥后約1m處。原來沉淀池、進(jìn)水泵和調(diào)流閥的運行方式見表1。

表１　　水廠原運行方式 運行方式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 進(jìn)水泵運行臺數(shù)（臺） 1 2 2 沉淀池運行座數(shù)（座） 1 2 3 沉淀池調(diào)流閥開啟度（%） 41 44 100 進(jìn)水流量（m³/h） 4500 9000 13000　

　　當(dāng)采用第Ⅲ種方式運行時，由于調(diào)流閥開啟度變化較大，造成原來工況下的混合條件發(fā)生較大變化，使得絨體粒徑實測值突然變小。將調(diào)流閥開啟度從原100%調(diào)整到70%(該閥的調(diào)流特性約在開啟度30%～70%)，總的進(jìn)水量無明顯變化(3^＃沉淀池進(jìn)水量仍為4500m3/h，濁度目標(biāo)值為1.0NTU)，而絨體粒徑實測值從0.440 mm左右回復(fù)到0.480mm左右?，F(xiàn)已將第三種運行方式的調(diào)流閥開啟度確定為68%，使FCD盡量避免混合條件變化產(chǎn)生的干擾，保持在不同運行工況下的穩(wěn)定性。采取該措施后，3^＃沉淀池水濁度實測值更趨穩(wěn)定，由此可以得到啟示：①保持混合條件穩(wěn)定，對FCD運行的穩(wěn)定性有利；②改善混合條件后會有明顯 的節(jié)礬效果，如調(diào)流閥的開啟度定為68%后，加注泵的沖程數(shù)(約相當(dāng)于加注率)從原來60%左右降到45%～50%左右，降低約15%～25%；③現(xiàn)有靜態(tài)混合器的混合方式，其混合效果會 隨進(jìn)水流量的變化而不同，而選擇更為合理的混合方式將是今后需要積極探求的。?
2.4 偶然因素對運行的影響程度
　　 當(dāng)絨體粒徑的實測值和目標(biāo)值相對穩(wěn)定時，有時沉淀池出水濁度會遇到一些偶然因素的影響，如突然的暴雨、大風(fēng)等影響，沉淀水濁度會上升約0.8～1.0NTU左右，但對濾后水濁度要求沒有明顯影響，且此種情況時間不會太長，待濁度反饋調(diào)整絨體目標(biāo)值后，加注率自動調(diào)整，沉淀水濁度實測值會趨于逼近目標(biāo)值。另外有時濁度儀信號會突然變化，但時間也很短。上述偶然因素產(chǎn)生的變化現(xiàn)象，在FCD的運行過程中能明顯地觀察到，但對該系統(tǒng)的正常運行沒有明顯影響。?

3 FCD生產(chǎn)應(yīng)用的效果

　?、?穩(wěn)定性好。應(yīng)用FCD控制混凝劑加注率，進(jìn)一步提高了沉淀水濁度的合格率和穩(wěn)定性。例如10月1日—7日一周的數(shù)據(jù)(每5min一次數(shù)據(jù)統(tǒng)計共2016次)，僅有一次實測值為20NTU，合格率為99.95%。濁度的穩(wěn)定性也比人工控制的要好。
　　②降低礬耗。在其他條件相似的情況下，3^＃沉淀池的礬耗減少約10kg/h(折算為標(biāo)準(zhǔn)硫酸鋁)，礬基數(shù)比平均0.025kg/m³下降0.0022kg/m³，降低率約8%左右。?
　?、劭蓪崿F(xiàn)水廠加礬全自動控制。FCD在自動檢測絨體粒徑數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動加礬的智能化閉環(huán)控制，為水廠加礬實現(xiàn)全自動化提供了新的方法和手段。同時FCD還可應(yīng)用于對混合、絮凝等凈水工藝效果進(jìn)行定量的測定和分析研究，為改善水廠的凈水工藝和構(gòu)筑物改造提供依據(jù)。?
　?、苄蜗笾庇^，調(diào)控方便。FCD檢測控制參數(shù)與沉淀水濁度相關(guān)性好，受原水水質(zhì)的干擾小，且簡單直觀，與凈水生產(chǎn)的人工控制方式一致性強，很容易被水廠接受和使用。該系統(tǒng)靈活性也好，對各項參數(shù)和加礬量的上、下限均可按要求設(shè)置與調(diào)整。
　?、菘煽啃詮?，維護(hù)方便。FCD的裝置簡單，保養(yǎng)維修工作量小，通過三個多月的試用，對傳感器只作過一次密封性能檢查和清潔保養(yǎng)工作。?
　?、尢岣邉趧由a(chǎn)率，降低勞動強度?？梢詼p少生產(chǎn)人員對沉淀池現(xiàn)場巡檢的頻率，降低勞動強度，特別是在雨雪天氣和夜間。同時也促進(jìn)了生產(chǎn)人員技術(shù)素質(zhì)的提高，縮小水廠崗位 體力勞動與腦力勞動的差別，有利于水廠生產(chǎn)崗位的減員增效。?
　　FCD是國內(nèi)自行研制、開發(fā)生產(chǎn)的自動加礬控制系統(tǒng)，為國際首創(chuàng)，完全能替代進(jìn)口設(shè)備，且在適用性和實用程度上更具有優(yōu)勢，有利于水廠自動化向國產(chǎn)化方向發(fā)展。?

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收稿日期：1999-11-20