文_王欣 楊佳椿 北京航天試驗技術(shù)研究所

常規(guī)的給水處理廠凈水工藝由預(yù)處理、混凝沉淀、過濾、消毒等工藝組成。在沉淀工藝中，水體中大的懸浮物和膠體顆粒一般可以借助于重力自行下沉，從水體中去除掉，而水體中粒徑較小的懸浮物和膠體顆粒，很難從污水中分離出來。采用混凝方法去除懸浮物和膠體物質(zhì)，可有效去除水中微生物、病原菌和病毒，同時去除污水中的乳化油、色度、重金屬離子及其他一些污染物。因此，在沉淀工藝前需要投加一定量的混凝劑藥液，破壞細小顆粒的穩(wěn)定性，才能將其從水體中去除。

污水經(jīng)過一級處理（預(yù)處理）、二級處理（生物化學(xué)處理）、混凝沉淀處理之后，可獲得以下水質(zhì)：SS≤7mg/L，BOD5≤10mg/L，NH3-N≤15-30mg/L，TP-P≤0.5mg/L。

1 加藥系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

當污水經(jīng)過生化二級處理后，出水仍不能滿足受納水體的排放要求時，為提高水資源的利用率，需要進一步降低出水中的COD、BOD5、SS等污染物指標。國內(nèi)污水處理廠投藥系統(tǒng)一般是憑借制水工人的經(jīng)驗進行混凝劑投加，很難保證水質(zhì)安全。我國大部分水處理工藝仍然由人工操作控制配投設(shè)備，難以根據(jù)工藝要求及時準確地控制投加量。

向水中投加一定量的混凝劑，是由藥液配投系統(tǒng)（也稱加藥系統(tǒng)）來實現(xiàn)的，藥液配投系統(tǒng)就是將混凝過程需要的混凝劑送到混凝池投加點，多數(shù)水質(zhì)事故都與混凝效果不好有關(guān)，并且投藥系統(tǒng)不能及時、準確地將混凝過程需要的混凝劑送到混凝池。加藥系統(tǒng)可以充分應(yīng)用自動化控制技術(shù)，解決目前混凝劑藥液配投系統(tǒng)存在的各種問題。因此，研究加藥系統(tǒng)及其自動控制技術(shù)非常重要。

2 加藥系統(tǒng)設(shè)計探討

圖1 兩個平行放置的藥桶的加藥流1程圖

圖2 兩個平行放置的藥筒的加藥流2程圖

圖3 兩個高低放置的藥筒的加藥流程圖

目前用得較多的是濕投法，即先把藥劑溶解并配制成一定濃度的溶液后，再投入被處理的水中。濕法投加的優(yōu)點是藥液易與原水充分混合，不易阻塞入口，投加量易于調(diào)節(jié)。

在濕投法系統(tǒng)中，配制藥品包括溶解和配成投加兩個過程：首先通過溶解池將固體藥劑溶解成濃藥液，然后通過耐腐蝕泵將濃藥液送入溶液池。下面就三種形式的加藥系統(tǒng)進行對比分析。

2.1 并行交替使用的加藥系統(tǒng)

以常用的混凝劑PAC為例，加藥系統(tǒng)設(shè)有兩個相同高度的藥桶，如圖1所示。每個藥桶配有獨立的攪拌機及對應(yīng)的低液位報警儀。藥桶①、藥桶②由人工加入一定比例的PAC粉末和自來水，配制成濃度為5%的混凝劑，當1號液位報警儀、2號液位報警儀分別處于非液位低時，1號攪拌機、2號攪拌機啟動，攪拌0.5h后電磁閥a或電磁閥b自動開啟，當任意一個電磁閥開啟后即啟動計量泵，將藥桶①或者藥桶②攪拌好的混凝劑輸送至加藥點，藥桶①和藥桶②交替使用。當液位報警儀達到低液位時，系統(tǒng)停止工作并發(fā)出蜂鳴報警，任一攪拌機連續(xù)工作3h后，自動關(guān)閉。值班人員在藥桶①、藥桶②交替工作期間要及時向藥桶①或藥桶②加入一定比例的PAC粉末與自來水。

2.2 并行單一使用的加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)設(shè)有兩個相同高度的藥桶，如圖2所示。每個藥桶都配制有獨立的攪拌機和對應(yīng)的液位報警儀。藥桶①、藥桶②先由人工加入PAC粉末，控制系統(tǒng)自動注入一定量的自來水。當1號低液位報警儀、2號低液位報警儀達到非低液位時，1號攪拌機、2號攪拌機自動啟動，按照設(shè)定的攪拌時間（0.5h）溶解固體原藥，配制成濃度為5%的混凝劑。0.5h后藥物溶解，電磁閥a自動開啟，繼而計量泵開啟，藥品即可輸送至加藥點。當任一液位報警儀達到低液位時，系統(tǒng)停止工作并發(fā)出蜂鳴報警，任一攪拌機連續(xù)工作3h后，自動關(guān)閉。值班人員在系統(tǒng)蜂鳴報警時要及時向藥桶①和藥桶②加入一定比例的PAC粉末且開機重新注入自來水。

2.3 串行放置的加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)設(shè)有一高一低兩個藥桶，如圖3所示。藥桶①配置有攪拌機和液位報警儀，藥桶②配有低液位報警儀，藥桶①由人工加入PAC粉末、注入一定量的自來水，配制成濃度約為5%的混凝劑。當1號液位報警儀達到非低液位時，1號攪拌機自動啟動，藥品攪拌約0.5h之后，開啟電磁閥a，在重力作用下混凝劑流入藥桶②，在藥桶①混凝劑流盡1號液位報警儀低液位時電磁閥a關(guān)閉。當2號液位報警儀達到非低液位時，計量泵自動開啟，藥品即可輸送至加藥點。當2號液位報警儀達到低液位時，計量泵停止工作。與此同時，人工重新向藥桶①加入PAC粉末，注入自來水。

圖5

圖6

3 加藥系統(tǒng)自動化控制設(shè)計

加藥系統(tǒng)作為污水處理系統(tǒng)的一個功能系統(tǒng)，其自動化程度的高低對污水處理系統(tǒng)的效率有著至關(guān)重要的影響。工業(yè)污水處理系統(tǒng)常用的控制器為PLC，小型污水處理系統(tǒng)常選用西門子200系列，大中型污水處理系統(tǒng)常選用西門子300或400系列，在此僅對比分析三種加藥系統(tǒng)的控制方案，對硬件系統(tǒng)不做說明。

3.1 方案一

對于方案一的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程如圖4。

采用卡諾圖的形式對計量泵的控制進行分析，用a表示液位報警儀1，b表示攪拌機2，c表示液位報警儀3，d表示攪拌機4 ，e表示電磁閥a，f表示電磁閥b，計量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表1。

表1

3.2 方案二

對于方案二的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程圖如圖5。

采用卡諾圖的形式對計量泵的控制進行分析，用a表示液位報警儀1，b表示攪拌機2，c表示液位報警儀3，d表示攪拌機4 ，e表示電磁閥a，計量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表2。

表2

3.3 方案三

對于方案三的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程圖如圖6。

采用卡諾圖的形式對計量泵的控制進行分析，用a表示液位報警儀1，b表示攪拌機2，c表示電磁閥a，d表示液位報警儀3 ，計量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表3。

表3

以上三種控制方案的卡諾圖不難看出后兩種的輸出條件唯一，有效輸出提高，所以從控制方案上講后兩種優(yōu)于第一種方案。

4 分析對比

三種加藥系統(tǒng)的優(yōu)劣勢分析如表4。

5 結(jié)論

本文討論了污水處理廠常用的三種混凝劑投加系統(tǒng)的設(shè)計及其自動化控制方案，每種方案都有各自的優(yōu)勢。并行交替使用的加藥系統(tǒng)適用于中小型污水處理廠，且需要有專人值守。并行單一使用的加藥系統(tǒng)適用于日加藥量不大的處理系統(tǒng)，溶藥一次可以用于一階段加藥，簡單方便。串行放置的加藥系統(tǒng)適用于大型污水處理廠，易實現(xiàn)連續(xù)加藥及全自動化控制，故被大多數(shù)的污水處理廠所采用。

表4