安群香 王鼎順

（1.廣州工商職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510850；2.廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

自來水廠自動加藥系統(tǒng)的設計

安群香1王鼎順2

（1.廣州工商職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510850；2.廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

研究了水廠加藥系統(tǒng)中如何進行精確有效的配礬以及加礬過程中控制方案的正確選取方法。提出了一種針對實際問題的前饋結合專家系統(tǒng)的自動加礬方案，并簡述了它的實現(xiàn)原理。實際運行結果表明，該種方案設計合理，完全滿足出廠水濁度要求，并取得了較好的經濟效益和社會效益。

加藥自動化；自動配礬；前饋加礬

（一）引言

隨著自動化技術、系統(tǒng)控制設備和水質在線檢測分析儀表的發(fā)展，水廠自動化逐步成熟和普及。作為水廠自動化重要組成部分的加藥控制系統(tǒng)，也急需實現(xiàn)自動化，以減輕工作人員的勞動強度，更好的保證出廠水水質。長沙某縣自來水廠原來完全依靠操作工人的經驗進行配礬、加礬，不僅難以100%保證出廠水濁度指標，而且操作人員勞動強度也比較大。對于缺少經驗的工作人員來說就更難了。針對該水廠的實際情況設計了一套自動配礬加礬系統(tǒng)，很好的解決了這個問題，實現(xiàn)了水廠加藥的自動化。

（二）配礬

以前該水廠配礬都是操作人員根據(jù)經驗按體積比進行配礬，這樣配出來的礬液，完全沒有進行精確計算，濃度到底是多少，該怎樣加礬完全靠經驗決定。這對于缺少經驗的工人來說就很難適應。針對這種現(xiàn)狀，很有必要進行自動配礬。

1.配礬濃度計算

（1）波美度與百分比濃度換算

對于礬液來說，一般用波美度來表示濃度，這就要進行濃度換算。一般有如下公式：

假設某礬液質量百分比濃度為a，其中水的質量為X，礬的質量為Y，則有

同時由相對密度定義（忽略水的密度隨溫度的變化），則有

（2）配礬比計算

由于配礬[1]是在兩個礬池分別配，因此只要計算出配礬的深度就可以。如圖1所示，原礬池礬液深度為H1，加濃礬深度為H2，配礬深度為H3（由實際情況自行決定）。假設原濃礬質量百分比濃度為b，配出的礬液濃度為a，則有

其中X1,Y1,Y2分別是原濃礬所含礬、水的質量、配礬加水的量，ρ1，ρ2分別是礬的密度和水的密度（常溫下忽略水的密度隨溫度的變化）。

由上（5）式可求得加濃礬凈高度，加水凈高度分別為

從而計算出加礬加水深度，實現(xiàn)自動配礬。

2.配礬過程

配礬是通過開關相應的電動閥門來實現(xiàn)的，對于每一個礬池，均有一個進濃礬閥，進水閥和一個攪拌機。開始配礬時，要求設定好配礬的深度和原礬池液位（此液位等于切換礬池液位），然后由系統(tǒng)自動計算出加濃礬、加水深度，系統(tǒng)根據(jù)礬池的液位信號自動開進濃礬閥、關進濃礬閥、開進水閥、關進水閥、開攪拌機、停攪拌機，從而完成一次配礬。在配礬過程中要考慮到如下幾個問題：

（1）對進礬進水閥要進行液位限制，當液位達到最大液位時一定要關閥，否則會發(fā)生礬液溢出；

（2）開攪拌機時要求液位已經穩(wěn)定，否則會影響配礬濃度，在配礬過程中，不能開攪拌機；

（3）為了實現(xiàn)任意時刻均可配礬，可將切換礬池液位改為當前礬池液位。

單個礬池配礬流程如圖2。

（三）加礬

1.加礬方案選擇

圖1 礬池液位示意圖

圖2 配礬流程圖

目前主要的加藥自控運行方式有：流動電流反饋與流量比例前饋構成的復合環(huán)方式、流動電流反饋方式、流量比例前饋方式和手動運行方式。針對該水廠沒有安裝SCD檢測儀[2,3]，只在濾前和出水口裝有濁度儀的實際情況，如果采用反饋方式，由于這是一個大滯后大慣性過程，控制效果會不太好。因此采用一種前饋+專家系統(tǒng)的控制方式。

2.方案設計與實現(xiàn)

先根據(jù)原水流量、濁度進行前饋加礬控制[4]，再根據(jù)實際濾前水濁度進行專家控制(一般要求濾前水濁度不超過3NTU)，然后根據(jù)出廠水濁度進行一定的微調。從而既能迅速響應原水的水質變化，快速調節(jié)加礬量，又能自動跟蹤濾前水濁度進行專家控制，還結合出水濁度進行微調，該方案在保證沉后水濁度指標的同時還可以節(jié)約礬耗。

應加礬量的計算公式：

Q礬是應加礬量L/h，F(xiàn)i是源水流量m3/h，Ki是礬單耗Kg/Km3，m是礬溶液質量百分比濃度，ρ是礬溶液密度，Q專是專家補償值。

礬單耗Ki根據(jù)加礬曲線確定。加礬投加曲線根據(jù)自來水公司往年統(tǒng)計的加礬數(shù)據(jù)量和經驗值設定，再根據(jù)實際運行情況的數(shù)值進行充實調整，由 PLC對加礬單耗曲線進行分段線性化運算處理。加礬曲線如圖3所示。

圖3 加礬分區(qū)曲線

上圖中縱坐標表示礬液的投加量，橫坐標表示原水濁度。曲線點的數(shù)值表示某一濁度下的礬投加量。

系統(tǒng)在進行加礬時主要是根據(jù)原水流量和原水的不同濁度情況來決定礬液的投加量。加礬投加曲線表提供給用戶根據(jù)原水濁度進行干預系統(tǒng)加礬投加量，用戶可以根據(jù)不同的原水濁度來設定最理想的投加量。通過此窗口，用戶還可以將實踐中的投加最佳經驗值設定至PLC，使系統(tǒng)在進行加礬時根據(jù)此經驗值進行自動投加。

Q專專家補償部分，主要是根據(jù)專家經驗，即濁度的實測值，變化率，變化趨勢等要素進行相應的補償。一般是變化小時補償值少，變化大時補償多，實際值超過設定值多則馬上增多，少時則逐漸減少?？傊寣嶋H值接近或等于要求得出廠值。

（四）結論

目前該配礬和加礬方案已經在長沙某縣水廠投入運行。實際運行結果表明，該種方案設計合理，運行穩(wěn)定可靠，可以很好的保證出廠水濁度在3NTU以下（實際在1NTU以下），濾前水濁度在8NTU以下。而且比手動操作明顯減少了礬耗，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

[1]楊邦華.關于水廠加礬系統(tǒng)的自動控制[J].安徽建筑,2001,1:116-117.

[2]陳研斌.SCM 加礬自動控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2000,6:33-35.

[3]王志偉.SCD 加礬控制系統(tǒng)的應用[J].自動化技術與應用,2005,24(9):65-66.

[4]楊振海,陳霞.混凝投藥的前—反饋控制系統(tǒng)設計[J].中國給水排水,1999,15:42-45.

TP273

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1008-1151(2011)04-0116-02

2011-01-09

安群香（1978－），女，湖南新邵人，廣州工商職業(yè)技術學院助教，碩士研究生，從事信號處理技術、計算機通信技術和電力電子技術的教學與研究；王鼎順（1978－），男，湖南郴州人，廣州杰賽科技股份有限公司技術總監(jiān)，碩士研究生，從事信號處理技術，水廠自動化系統(tǒng)的研究、應用。