崔福義 李圭白
(哈爾濱建筑大學市政環(huán)境工程學院)

　　自1994年起，流動電流技術逐漸在國內(nèi)水廠大量應用，迄今已有愈百臺國產(chǎn)設備在全國各地水廠運轉，其范圍覆蓋了全國大部分省、市、自治區(qū)。國產(chǎn)設備是專門針對我國的水源水質(zhì)、水處理工藝及應用條件進行研究設計的，因此絕大多數(shù)國產(chǎn)設備獲得了良好的使用效果，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 對水質(zhì)的適應性

　　我國地域遼闊，水源水質(zhì)復雜多變，原水水質(zhì)條件較許多西方國家要惡劣得多，因而水處理混凝投藥自動控制系統(tǒng)的應用具有更大的難度，對控制技術與設備的性能也提出了更高的要求。表1列出了對國產(chǎn)設備部分用戶進行的調(diào)查結果，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)變化達上千。原水濁度高給應用帶來一定的困難，主要是易于對取樣、檢測系統(tǒng)造成堵塞、干擾等，需采取適當?shù)念A處理措施，必須加強清洗維護，并且在流動電流檢測器的構造上加以改進。實踐證明，在上述原水濁度變幅內(nèi)，國產(chǎn)設備可以滿足使用要求。同時也注意到，在濁度變化幅度大的條件下，SC--4000型設備的效果更為理想。
1.2 藻類
　　研究表明，在水中含有大量藻類的情況下，流動電流仍隨混凝劑量的變化有相應的響應，二者存在相關性。
　　南方許多水源水中含藻問題普遍，如深圳沙灣水廠，原水取自深圳水庫，最高濁度僅有60 NTU，含藻量最多卻達1.3×10⁸個/L。這種低濁、高藻的原水水質(zhì)給水處理及過程控制帶來非常大的困難，而自從該廠使用國產(chǎn)流動電流自動投藥設備后，不僅提高了水質(zhì)保證率，而且可以節(jié)藥28.6%。類似的還有深圳龍崗水廠、武漢東湖水廠、昆明三水廠等。
1.3 有機污染物
　　有機污染物會對流動電流系統(tǒng)造成干擾。主要表現(xiàn)在：①有機物改變了水中膠體的表面特性，產(chǎn)生膠體保護現(xiàn)象；當有機物濃度較高時，電中和脫穩(wěn)凝聚作用弱化，流動電流技術失去依據(jù)。②有機物對流動電流的檢測造成干擾，它可能改變檢測器探頭的表面特性，對探頭造成污染，使測定值發(fā)生偏差。對此專門進行的試驗研究證明，在水中高錳酸鹽指數(shù)≤10～20 mg/L時，隨有機物濃度的升高，雖然檢測、控制的靈敏度下降，控制設定值有所升高，但仍能進行有效控制。通常給水水源中有機污染物濃度不超過上述數(shù)值，而且對一個特定的水廠，原水中的有機物濃度一般變幅不大，因此對儀器的靈敏度加以適當調(diào)整補償，控制系統(tǒng)可以正常工作。
1.4 其他物質(zhì)
　　應用中發(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污染物質(zhì)，排放是不連續(xù)的，以夜間排污為主，其時原水中含油量上升，導致該廠流動電流控制系統(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)水中的各種無機離子成分對流動電流控制系統(tǒng)有明顯干擾。雖然這些物質(zhì)的濃度變化較大時會改變流動電流設定值，但對于特定的原水而言，一般其濃度是較為穩(wěn)定的，因此不會影響控制系統(tǒng)工作。

2 對混凝劑的適應性

　　從流動電流混凝投藥控制的原理出發(fā)，凡屬電解質(zhì)類混凝劑，如硫酸鋁、三氯化鐵、聚合鋁、聚合鐵等，其混凝過程以膠體電中和脫穩(wěn)凝聚為主，該技術完全適用。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)水庫預沉后年最高濁度為300、最低為十幾(NTU)，由于受造紙廠廢水污染，氨氮經(jīng)常超過5 mg/L。在應用中，對水樣進行一定的前處理，解決了鐵鹽中鐵質(zhì)在檢測器上沉積的問題，得到了較高的靈敏度，出廠水濁度合格率提高了近20%，節(jié)藥率達到20%以上。?
　　流動電流檢測器對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有關。在常規(guī)條件下，該檢出極限所包含的有效檢測范圍覆蓋了實際生產(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)象會產(chǎn)生問題。但流動電流技術是以水中膠體脫穩(wěn)程度為標準，無須控制混凝劑總量或有效成分含量，這是該技術的一個重要優(yōu)點。應用中還發(fā)現(xiàn)有的水廠因故連續(xù)向溶液池內(nèi)放水，這實際上相當于混凝劑濃度不斷降低的變濃度投藥過程，這時常規(guī)投藥是難以使混凝工況穩(wěn)定的，而流動電流技術卻很好地發(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，從而保持流動電流檢測值的穩(wěn)定，沉淀后水的濁度也相應保持穩(wěn)定。?
　　近年，有些水廠應用了無機鹽與有機高分子復合混凝劑。此種混凝劑中的有機高分子添加量雖不多，但它的存在降低了流動電流檢測器的靈敏度，在此情況下不宜采用該技術。

3 對水處理工藝的適用性

　　大量的應用實例證明，流動電流技術完全適合于傳統(tǒng)的混合--反應--沉淀--過濾工藝。此外，流動電流控制技術在混合—澄清—過濾工藝中也得到成功應用。
　　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--過濾工藝，應用流動電流技術控制投藥也取得了良好效果，昆明五水廠即是一例。
　　在直接過濾工藝中，目前國內(nèi)尚無流動電流技術應用實例。從直接過濾原理來看，其過濾效能更加依賴于水中膠體雜質(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電流混凝控制原理相符合。在實踐方面，國外有些水廠就是在直接過濾工藝中以流動電流技術控制混凝投藥，皆獲得成功。在國內(nèi)，還需對該類應用的效能進一步加以探討。
3.1 對混合設施的要求
　　通常，流動電流檢測器的取樣點設于投藥混合之后。為了保證控制的有效性，要求充分混合而時間又不應過長，宜采取快速混合形式。
3.2 對投藥設備與調(diào)節(jié)形式的要求
　　常規(guī)的投藥設備有重力式投加和水泵投加兩類。?
　　重力式投加系統(tǒng)采用閥門調(diào)節(jié)方式，由于閥門規(guī)格、質(zhì)量等問題，至今尚無成功的先例。?
　　采用水泵變速調(diào)節(jié)能取得滿意的效果。對離心泵采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時，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)定性等都不如計量泵，計量泵應是投藥的首選設備。對計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 對水量變化的適應性
　　水量的變化會反映到控制系統(tǒng)中，表現(xiàn)為流動電流值的變化。一般當流量的瞬時變化不很大時，憑流動電流單一因子就可有效地進行投藥量調(diào)節(jié)，對此已有許多應用實例，有的流量變幅達48%仍實現(xiàn)了有效的控制。當然，有條件時在控制系統(tǒng)中增加流量參數(shù)，應能取得更為穩(wěn)定迅速的控制效果。
　　還應注意到，流量的變化即處理系統(tǒng)負荷的變化，即使在混凝劑單耗(相應的流動電流值)不變的情況下，有時沉淀后水的濁度也會變化，這就要求調(diào)整混凝劑單耗，也就是流動電流設定值應有相應的調(diào)整，對此單純靠增加流量檢測是不夠的。在流量變化較大的情況下，若對出水穩(wěn)定性要求較高，宜采用SC—4000型設備。如鎮(zhèn)江金山水廠水量變化最大可達50%～66.7%，采用SC—4000型設備，其沉后水濁度波動僅為1.0 NTU左右，藥量調(diào)節(jié)及時，水質(zhì)合格率達100%。

4 控制系統(tǒng)設計與運行管理

4.1 取樣系統(tǒng)的設計
　　正確取樣是進行正常控制的前提。對水樣的基本要求是：①對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，取樣口應位于水流橫斷面的合理位置上；②不應含有對測定造成干擾的物質(zhì)(如大量粗大的泥砂、漂浮性雜質(zhì)、氣體等)，不應形成大的絮凝體；③水樣流量應穩(wěn)定，不中斷。
　　與此相應，在取樣系統(tǒng)的設計上應注意：①取樣位置適當，取樣口形狀設計合理；②盡量減少取樣系統(tǒng)的滯后時間，取樣管路不應太長，管徑不應過大；③防止取樣系統(tǒng)堵塞；④對水樣預處理；⑤盡量用重力式自流取樣，只在確有必要時才采用取樣泵；⑥取樣系統(tǒng)應有沖洗裝置。
4.2 水樣的預處理
　　水樣預處理裝置應能去除測定干擾物質(zhì)，并能連續(xù)工作，保證檢測器不中斷工作，一般要求有除砂、排氣、攔截漂浮物等功能。良好的預處理裝置可以對檢測器起到保護作用，延長其使用壽命，減少維護工作。
4.3 運行中的維護管理
　　流動電流是一個相對值。流動電流設定值一般根據(jù)對沉淀水濁度的要求確定，其正確與否關系到控制的結果。在運行中，流動電流設定值是可能發(fā)生變化的，其原因有如下兩類：①水質(zhì)、水處理工況等發(fā)生大的變化會使工藝系統(tǒng)的處理能力變化，需要通過調(diào)整設定值來加強混凝或減弱混凝(加大或減少混凝劑單耗)；②流動電流檢測器在使用過程中的磨損、臟污等會使檢測信號發(fā)生漂移、波動或靈敏度降低。
　　針對設定值變化的前一種原因，應在使用中加強觀察，必要時人工更改設定值或采用SC—4000型設備。對后一種原因，應考慮加強維護工作，如堅持對檢測器探頭定期清洗、強化水樣預處理、必要時更換檢測器探頭。

5 技術經(jīng)濟分析

　　在保證水質(zhì)方面，沉淀水濁度合格率平均提高了9.5個百分點；在節(jié)藥方面，平均節(jié)約26.1%。由于成套控制設備的投資與相應水處理系統(tǒng)的規(guī)模關系不大，所以水處理系統(tǒng)規(guī)模越大、控制設備的投資效益越好，投資回收期越短。例如，按上述平均數(shù)據(jù)測算，一套10×10⁴ t/d的水處理系統(tǒng)年節(jié)省藥費18.55萬元，采用國產(chǎn)設備(SC--3000型)相應的投資約12萬元，即投資回收期約0.65年。

參考文獻

　　1 崔福義，曲久輝，李虹等.國產(chǎn)流動電流投藥控制系統(tǒng)的基本性能與應用評價.給水排水，1994；20(8)：42～47
　　2 崔福義，陳衛(wèi)，李虹.流動電流串級投藥控制系統(tǒng)的特性評價.中國給水排水，1995；11(2)：30～33

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