流動電流混凝控制技術在我國的應用

崔福義 李圭白
(哈爾濱建筑大學市政環境工程學院)

　　自1994年起，流動電流技術逐漸在國內水廠大量應用，迄今已有愈百臺國產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。國產設備是專門針對我國的水源水質、水處理工藝及應用條件進行研究設計的，因此絕大多數國產設備獲得了良好的使用效果，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

1 對水質的適應性

　　我國地域遼闊，水源水質復雜多變，原水水質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列出了對國產設備部分用戶進行的調查結果，現就幾種典型的水質條件分述如下。

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、檢測系統造成堵塞、干擾等，需采取適當的預處理措施，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，國產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流動電流自動投藥設備后，不僅提高了水質保證率，而且可以節藥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造成干擾。主要表現在：①有機物改變了水中膠體的表面特性，產生膠體保護現象；當有機物濃度較高時，電中和脫穩凝聚作用弱化，流動電流技術失去依據。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≤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整補償，控制系統可以正常工作。
1.4 其他物質
　　應用中發現，水中干擾物質濃度不穩定造成的影響最大。如某水廠水源上游有工廠排放含石油類污染物質，排放是不連續的，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。
　　未發現水中的各種無機離子成分對流動電流控制系統有明顯干擾。雖然這些物質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定的，因此不會影響控制系統工作。

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，凡屬電解質類混凝劑，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一水廠為典型，其水源是黃河水，經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。據研究，該檢出極限同水中濁度和混凝劑種類有關。在常規條件下，該檢出極限所包含的有效檢測范圍覆蓋了實際生產中可能的混凝劑投加量。?
　　有些水廠使用的混凝劑質量不穩定，有效成分濃度或聚合度常有變化，在常規投藥控制方式下，這一現象會產生問題。但流動電流技術是以水中膠體脫穩程度為標準，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點。應用中還發現有的水廠因故連續向溶液池內放水，這實際上相當于混凝劑濃度不斷降低的變濃度投藥過程，這時常規投藥是難以使混凝工況穩定的，而流動電流技術卻很好地發揮了作用，隨著混凝劑濃度的下降，控制系統不斷地增加混凝劑流量，從而保持流動電流檢測值的穩定，沉淀后水的濁度也相應保持穩定。?
　　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，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 對投藥設備與調節形式的要求
　　常規的投藥設備有重力式投加和水泵投加兩類。?
　　重力式投加系統采用閥門調節方式，由于閥門規格、質量等問題，至今尚無成功的先例。?
　　采用水泵變速調節能取得滿意的效果。對離心泵采用變頻調速調節時，需掌握好離心泵的工作條件，否則將使調節精度大為降低。采用離心泵，系統的投資較小，但控制的精度、穩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速與調行程的雙調節方式，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中，表現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節，對此已有許多應用實例，有的流量變幅達48%仍實現了有效的控制。當然，有條件時在控制系統中增加流量參數，應能取得更為穩定迅速的控制效果。
　　還應注意到，流量的變化即處理系統負荷的變化，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，這就要求調整混凝劑單耗，也就是流動電流設定值應有相應的調整，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，若對出水穩定性要求較高，宜采用SC—4000型設備。如鎮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，藥量調節及時，水質合格率達100%。

4 控制系統設計與運行管理

4.1 取樣系統的設計
　　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(如大量粗大的泥砂、漂浮性雜質、氣體等)，不應形成大的絮凝體；③水樣流量應穩定，不中斷。
　　與此相應，在取樣系統的設計上應注意：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，并能連續工作，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生變化的，其原因有如下兩類：①水質、水處理工況等發生大的變化會使工藝系統的處理能力變化，需要通過調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 技術經濟分析

　　在保證水質方面，沉淀水濁度合格率平均提高了9.5個百分點；在節藥方面，平均節約26.1%。由于成套控制設備的投資與相應水處理系統的規模關系不大，所以水處理系統規模越大、控制設備的投資效益越好，投資回收期越短。例如，按上述平均數據測算，一套10×10⁴ t/d的水處理系統年節省藥費18.55萬元，采用國產設備(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.國產流動電流投藥控制系統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，李虹.流動電流串級投藥控制系統的特性評價.中國給水排水，1995；11(2)：30～33

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