孫連鵬¹ 黃國忠¹ 常忠海² 李圭白¹
(1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江省，哈爾濱市，150090
2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，黑龍江省，哈爾濱市，150090)

　　摘 要 透光率脈動(dòng)混凝投藥控制已經(jīng)在水處理中得到一定的應(yīng)用，尤其在高濁度水處理中獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但對于常規(guī)濁度水，原來的引水式管型傳感器仍存在著一些不完善的方面，本文以四川瀘州某水廠的混凝自動(dòng)投加系統(tǒng)為例，介紹一種新型的淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。
　　關(guān)鍵詞 混凝：淹沒式傳感器；透光率脈動(dòng)；給水處理；自動(dòng)控制

　　透光率脈動(dòng)傳感器是一種在線光學(xué)檢測裝置，它通過檢測透過流動(dòng)懸浮液的光強(qiáng)度的脈動(dòng)狀態(tài)反映絮凝后水中形成的絮凝體的生長情況，其檢測參數(shù)少、靈敏度高、檢測值R直接反映了水中的混凝效果。因此，以R值為控制參數(shù)的透光率脈動(dòng)混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)在水處理領(lǐng)域中得到了一定的應(yīng)用，尤其在高濁度水的混凝劑自動(dòng)投加控制方面獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[1、2]，該項(xiàng)技術(shù)在濟(jì)南黃河一水廠等地應(yīng)用以來一直保持良好的控制效果。透光率脈動(dòng)檢測技術(shù)在常規(guī)濁度水中的應(yīng)用與研究則是在近幾年中才發(fā)展起來，在四川瀘州某水廠的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，原來的引水式管型傳感器在長期運(yùn)行中會存在管路堵塞、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，為了解決這一問題，我們設(shè)計(jì)出一種新型的淹沒式傳感器。本文以四川瀘州某水廠為例介紹這種新型的淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，以期代替引水式管型傳感器，使透水率脈動(dòng)檢測技術(shù)更好的應(yīng)用于常規(guī)濁度水的混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

　　1、水廠概述

　　四川瀘州某水廠以長江水作為水源，1998年與1999年原水濁度的月平均值見表1。水廠采用兩級機(jī)械攪拌澄清池，日處理水量為96000m³，其中60000m³沉淀后直接作為生產(chǎn)用水（要求處理濁度在20NTU以下），另外36000m3水經(jīng)過濾、消毒后作為生活用水（要求處理濁度在3NTU以下）?；炷齽樗畯S自己生產(chǎn)的聚合硫酸鐵（為了增加混凝劑混凝效果，在每1kg混凝劑內(nèi)添加0.010kg高分子化合物HCA（二甲基二烯丙季胺鹽陽離子高分子化合物）。

　　2、透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)的配置

　　水廠有兩組處理工藝（兩組澄清池），為保證最佳的混凝控制效果，采用兩套FP——4000型透光率脈動(dòng)混凝投藥控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備示意圖見圖1。原水投藥后，經(jīng)管道混合進(jìn)入澄清池，控制系統(tǒng)在澄清池的環(huán)形配水管中取樣，水樣通過取樣管流入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)形成細(xì)小絮體，然后流過淹沒式傳感器進(jìn)行檢測，并將檢測信號送至測控儀，在測控儀中對檢測信號進(jìn)行處理，得到透光率脈動(dòng)檢測值。測控儀將檢測值與預(yù)先給定的混凝廟宇值進(jìn)行比較，通過PID調(diào)節(jié)來改變控制輸出信號，變頻柜根據(jù)該控制信號來調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，從而改變混凝劑的投加量。由于原水流量、濁度等水質(zhì)參數(shù)的改變會對系統(tǒng)的混凝設(shè)定值造成一定的影響，引起沉后水濁度偏離所要達(dá)到的目標(biāo)濁度值。為了使出水濁度不偏離目標(biāo)值，在澄清池出水處安裝清水濁度儀，該濁度儀可以在線檢測澄清池出水濁度，并將檢測信號輸送至測控儀，測控儀可以根據(jù)該濁度值與目標(biāo)值對比自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的混凝設(shè)定值，從而保證澄清池出水濁度穩(wěn)定在所需的目標(biāo)濁度（濁度設(shè)定值）附近。系統(tǒng)的具體配置如下所示：
　?。?）北京精密單固子科技有限公司出品的新型淹沒式透光率脈動(dòng)傳感器，該傳感器直接安裝在反應(yīng)器的出水口處，以利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線檢測。
　?。?）美國HACH公司生產(chǎn)的1720C型在線清水濁度儀，量程范圍為0-100NTU。
　?。?）北京精密單因子科技有限公司制造的FP-4000型測控儀，其中包括濁度控制器和混凝控制器。
　?。?）美國來頓羅公司（Milton Roy)的GB-60型隔膜計(jì)量泵，流量為0-810L/h，可通過變頻器調(diào)節(jié)頻率來改變加藥量。
　?。?）北京精密單因子科技有限公司生產(chǎn)的DYZ——6型多功能變頻調(diào)速控制柜，其中變頻器為日本富士公司的FUJI-E9S。
　?。?）在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置機(jī)械攪拌裝置和螺桿排泥設(shè)施，以排出反應(yīng)器中沉淀泥渣。

　　3、透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)性能評價(jià)

　　3.1 系統(tǒng)的靈敏性
　　為了評價(jià)系統(tǒng)的靈敏性，在調(diào)試階段人工改變混凝劑投加量（通過改變過量泵的頻率），同時(shí)紀(jì)錄透光率脈動(dòng)檢測值R的變化情況，所得的結(jié)果見表2。

　　從表2中可以明顯的看出：系統(tǒng)對混凝劑投加量的變化具有較好的靈敏性，該處理工藝在一般的水質(zhì)條件下，混凝劑投加量一般在10-20mg/L，系統(tǒng)在此加藥量下具有較好的靈敏性。
　　3.2 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能
　　一個(gè)好的控制系統(tǒng)必須具有較好的動(dòng)態(tài)性能，對于混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，其動(dòng)態(tài)性能主要包括：對水量變化的調(diào)節(jié)能力、對源水濁度變化的調(diào)節(jié)能力、對干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)對該系統(tǒng)的各種性能分別做出評價(jià)。
　?。?）對水量變化的調(diào)節(jié)能力
　　水廠在正常找況條件下，每日的水量均有大幅度的改變，在原有的手動(dòng)投藥條件下依靠工人的經(jīng)驗(yàn)對混凝劑的投量做出調(diào)節(jié)，出水水質(zhì)較差。因此，對水量變化的調(diào)節(jié)能力是評價(jià)該系統(tǒng)控制性能的最重要指標(biāo)之一。圖2表明了在水量突變時(shí)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。

　　從圖2中可以看出：當(dāng)水量發(fā)生變化后，透光率脈動(dòng)檢測值亦圍繞設(shè)定值發(fā)生相應(yīng)的變化，使得混凝劑投加量也隨之改變，從而保證出水水質(zhì)相對穩(wěn)定。雖然透光率脈動(dòng)控制系統(tǒng)具有一定的純滯后時(shí)間，但由于時(shí)間相對較短（本控制系統(tǒng)的的滯后時(shí)間是5分鐘），水質(zhì)沒有出現(xiàn)瞬間的波動(dòng)，由圖可見，沉后水濁度基本穩(wěn)定，系統(tǒng)體現(xiàn)了良好的調(diào)節(jié)能力。

　?。?）對干擾因素的抵抗和調(diào)節(jié)能力
　　在實(shí)際生產(chǎn)中必然存在著許多干擾因素，這其中有客觀條件造成的，也有人為因素帶來的（如誤操作等）。系統(tǒng)在實(shí)際中的干擾因素可以分為以下幾種，現(xiàn)分別對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以評價(jià)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。
　　①藥液濃度的快速改變
　　水廠使用的混凝劑是液態(tài)的，由罐裝車從生產(chǎn)車間運(yùn)往水廠的儲藥罐內(nèi)，然后由提升泵提升到溶藥池中，并且在溶藥池中配制成5%濃度的藥液（夏季洪水期藥液配置濃度為10%）。配置過程中完全靠人工控制提升泵的開停，其開啟時(shí)間根據(jù)配置的濃度而確定，因此，配置的藥液濃度經(jīng)常變化較大。調(diào)試過程中，人為地將藥液濃度從5%提高到10%，控制系統(tǒng)的變化情況見圖3。
　　從圖3中可見，在藥液濃度發(fā)生改變五分鐘之后，透光率脈動(dòng)檢測值亦圍繞設(shè)定值發(fā)生相應(yīng)的改變，同時(shí)計(jì)量泵頻率也發(fā)生相應(yīng)的變化，使混凝劑投加量降低，在三個(gè)調(diào)節(jié)周期后（15分鐘）透光率脈動(dòng)檢測值恢復(fù)穩(wěn)定，系統(tǒng)已尼成功地消除了藥液濃度變化帶來的影響。此后，沉后水濁度一直保持穩(wěn)定，可見系統(tǒng)對藥液濃度的突變具有較強(qiáng)的抵搞和調(diào)節(jié)能力。
　　②人為瞬間改變混凝設(shè)定值
　　調(diào)試過程中人為改變混凝設(shè)定值（從54.5增加到56.5）以觀測系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力（為了減小其它因素的影響，將濁度控制器設(shè)定為手動(dòng)狀態(tài)，以避免系統(tǒng)根據(jù)沉后水濁度對混凝設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)），所得的結(jié)果見圖4。

　　由圖4中可知，人為增加混凝設(shè)定值后，計(jì)量泵的頻率在瞬間增大，而后在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下逐漸變化以至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行值，透光率脈動(dòng)檢測值開始發(fā)生較大的改變，然后在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，在兩個(gè)調(diào)節(jié)周期后基本穩(wěn)定在設(shè)定值附近，一個(gè)小時(shí)后沉后水濁度發(fā)生改變（源水在澄清池中的停留時(shí)間約為50分鐘），從15NTU逐漸穩(wěn)定在12.5NTU附近?？梢姼淖兓炷O(shè)定值后系統(tǒng)可以快速的達(dá)到的另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。
　?、廴藶楦淖儩岫仍O(shè)定值
　　調(diào)試過程中，人為改變濁度設(shè)定值（從15NTU變化到10NTU），系統(tǒng)的變化和調(diào)節(jié)情況見圖5所示。

　　從圖5中可以看出，改變系統(tǒng)的濁度設(shè)定值后，計(jì)量泵的頻率、混凝設(shè)定值都會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，并且在經(jīng)過兩個(gè)周期的調(diào)節(jié)后基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)沉后水濁度亦會隨著混凝劑投加量的改變而發(fā)生變化，在濁度設(shè)定值改變的兩個(gè)周期（90分鐘）之后，澄清池出水濁度基本與濁度設(shè)定值趨于一致，系統(tǒng)表現(xiàn)出了較好的靈敏性和較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。

　　4、經(jīng)濟(jì)效益的評價(jià)

　　透光率脈動(dòng)混凝投藥控制系統(tǒng)自1998年3月在水廠安裝調(diào)試完成以來，一直運(yùn)行良好，為了評價(jià)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，選取1994年10月至1997年10月人工投藥期間的藥耗平均值與1998年3月至2000年3月自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)運(yùn)行期間的藥耗平均值對比（1997年11月至1998年2月期間為引水式管型傳感器的調(diào)試運(yùn)行階段，由于存在管路堵塞、取樣流量流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，故不計(jì)算期間藥耗），結(jié)果見表3，自動(dòng)控制系統(tǒng)的藥耗比較人工控制節(jié)省了15.4%，可見自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　5、結(jié)論

　　將新型淹沒式傳感器應(yīng)用于生產(chǎn)中，不僅取得了較好的社會效益也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，采用淹沒式傳感器的混凝劑投加控制系統(tǒng)對于源水水量的變化具有良好的調(diào)節(jié)能力，而且對于藥液濃度的變化、混凝設(shè)定值、濁度設(shè)定值的改變亦具有較好的調(diào)節(jié)和控制能力。隨著新型淹沒式傳感器在生產(chǎn)中的進(jìn)一步應(yīng)用，透光率脈動(dòng)檢測技術(shù)將會越來越完善，在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)
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　　2、于水利，李星，李圭白，懸濁液透光率脈動(dòng)值檢測法，中國給水排水，1997（2）：23-25
　　3、李星，懸浮液透光脈動(dòng)檢測技術(shù)與應(yīng)用研究[學(xué)位論文]，哈爾濱，哈爾濱建筑大學(xué)圖書館，1995

Practical Application of the New Submersed of Fluctuation of Transmitted Light Detecting

Sun Lianpeng Huang Guozhong Chang Zhonghai Li Guibai

Abstract The automatic control system of dosing casting of fluctuation of transmitted light detecting has been widely used in water treatment,and it had gain some social benefit and economical benefit.But there are some imperfect aspect in traditional tube sensor.The paper will take the automatic control of coagulate dosage of water plant in LuZhou SiChuan for example to introduce practical case of the new submersed sensor.
Key Words coagulation;submersed sensor;fluctua on of transmitted light detecting;supply water treatment;automatic control.