CN100375721C - 水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法 - Google Patents

水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法 Download PDF

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Abstract

水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法，它涉及一种水处理方法。本发明的目的是为解决现有技术仅靠定量监测沉后或滤后出水颗粒物总量的方法来指导絮凝剂投量，存在着滞后时间长、控制效果差的问题。本发明的步骤是：在反应池入口处安装在线颗粒计数仪，取反应池入口的水样进行连续检测，在颗粒计数仪上设置在线检测的八个粒径通道，取各通道的检测值N，取各通道的粒径范围变化值ΔD，取各通道的粒径范围下限值D，取任意时刻的粒度分布指数值F减去F0得到粒度分布指数偏差值ΔF。本发明缩短了滞后时间，可增强控制系统的动态特性。可大幅提高水质保证率，延长滤池反冲洗周期，延长滤料寿命，减少污泥量，提高产水率，可节省絮凝剂投量20%以上。

Description

水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法
技术领域
本发明涉及一种水处理方法。
背景技术
絮凝是净水系统中最重要的处理工艺，也是制水成本的主要组成部分，絮凝剂投量是否准确直接影响到水处理的全过程。絮凝过程是一个复杂的物理、化学过程，目前还很难通过对其化学反应机理的研究，准确地建立过程的数学模型。已经开发和广泛应用的流动电流混凝投药检测技术仅适用于电解质类常规混凝剂，尚不能直接用于投加非电解质类高分子絮凝剂的絮凝过程检测。在二十世纪八十年代末出现的透光率脉动检测技术，虽可以在线检测水中颗粒物质的粒径变化，但其技术不成熟，存在原水浊度变化对系统设定值影响较大、系统不稳定及造价较高等缺点。颗粒计数仪已应用于油田废水处理、半导体、过滤设备生产、航天和军工，以及医药、化工等行业。如美国哈希公司(HACH)制造的2200PCX型在线颗粒计数仪，可定量监测水中颗粒物的大小，计数粒径范围2～750微米，能够计数32个不同粒径范围。将颗粒计数仪采集的数据应用在水处理絮凝剂投量优化方面目前还没有一个具体有效的方法，部分水厂仅靠定量监测沉后或滤后出水颗粒物总量的方法来指导絮凝剂投量，存在着滞后时间长、控制效果差的缺点，不适用于水处理投药工艺的快速在线监测和控制的要求。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术仅靠定量监测沉后或滤后出水颗粒物总量的方法来指导絮凝剂投量，存在着滞后时间长、控制效果差，不适用于水处理投药工艺的快速在线监测和控制的问题，提供一种水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法，本发明具有滞后时间短，工艺相关性好，精度及可靠性高的特点，将其应用在水处理过程中，可确保出水水质合格及药剂准确经济地投加。本发明的方法是通过以下步骤实现的：1、在反应池入口处安装在线颗粒计数仪；2、取反应池入口的水样进行连续检测；3、在颗粒计数仪上设置在线检测的八个粒径通道，各通道的粒径范围数值是：通道0＝2～5μm、通道一＝5～10μm、通道二＝10～20μm、通道三＝20～50μm、通道四＝50～100μm、通道五＝100～200μm、通道六＝200～300μm、通道七＝300～400μm；4、取各通道的检测值N(粒子数/毫升)：分别为N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7；5、取各通道的粒径范围变化值ΔD(μm)：ΔD0＝3、ΔD1＝5、ΔD2＝10、ΔD3＝30、ΔD4＝50、ΔD5＝100、ΔD6＝100、ΔD7＝100；6、取各通道的粒径范围下限值D(μm)：D0＝2、D1＝5、D2＝10、D3＝20、D4＝50、D5＝100、D6＝200、D7＝300；7、将各通道的检测值N分别除以各通道的粒径变化范围值ΔD，得出各通道粒度变化率K＝N/ΔD，分别为：K0＝N0/ΔD0、K1＝N1/ΔD1、K2＝N2/ΔD2、K3＝N3/ΔD3、K4＝N4/ΔD4、K5＝N5/ΔD5、K6＝N6/ΔD6、K7＝N7/ΔD7；8、取各通道粒度变化率K的自然对数值lnK，分别为：lnK0、lnK1、lnK2、lnK3、lnK4、lnK5、lnK6、lnK7；9、取各通道粒径范围下限值D的自然对数值lnD，分别为：lnD0、lnD1、lnD2、lnD3、lnD4、lnD5、lnD6、lnD7；10、根据lnK和lnD进行运算得到粒度分布指数值F，公式为：F＝(lnK0-lnK1)/(lnD1一lnD0)+(lnK1-lnK2)/(lnD2-lnD1)+(lnK2-lnK3)/(lnD3-lnD2)+(lnK3-lnK4)/(lnD4-lnD3)+(lnK4-lnK5)/(lnD5-lnD4)+(lnK5-lnK6)/(lnD6-lnD5)+(lnK6一lnK7)/(lnD7-lnD6)；11、取对应最佳沉淀池出水水质的粒度分布指数值F0作为絮凝投药控制系统的优化目标值；12、取任意时刻的粒度分布指数值F减去F0得到粒度分布指数偏差值ΔF，当粒度分布指数偏差值ΔF>0时，絮凝投药控制系统逐渐增大投药量，当粒度分布指数偏差值ΔF<0时，系统逐渐减小投药量，直到粒度分布指数偏差值ΔF＝0，此时的絮凝剂投量即为最优值。实验证明，水处理工艺投药混合后，在反应池入口水中不同粒径微絮凝颗粒的存在与分布是有规律性的。即微絮凝颗粒粒径在某范围附近变化时引起的颗粒数量的变化率(粒度变化率K)与该粒径范围下限值D呈幂函数关系，而该幂函数的指数即粒度分布指数值F与絮凝剂投量及沉淀池出水浊度(代表了最终絮凝效果)都存在良好的相关性。因此本发明将粒度分布指数值F作为指导絮凝剂投量大小的有效指标，抓住了影响絮凝效果的本质因素，突破常规投药优化方法必须检测众多外在影响因素(表观参数)及药剂适用范围窄的局限，极大地缩短了滞后时间，可增强控制系统的动态特性。应用该种投药在线优化方法，可大幅提高水质保证率，延长滤池反冲洗周期，延长滤料寿命，减少污泥量，提高产水率，且可节省絮凝剂投量20％以上。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的步骤为：1、在反应池入口处安装在线颗粒计数仪；2、取反应池入口的水样进行连续检测；3、在颗粒计数仪上设置在线检测的八个粒径通道，各通道的粒径范围数值是：通道0＝2～5μm、通道一＝5～10μm、通道二＝10～20μm、通道三＝20～50μm、通道四＝50～100μm、通道五＝100～200μm、通道六＝200～300μm、通道七＝300～400μm；4、取各通道的检测值N(粒子数/毫升)：分别为N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7；5、取各通道的粒径范围变化值ΔD(μm)：ΔD0＝3、ΔD1＝5、ΔD2＝10、ΔD3＝30、ΔD4＝50、ΔD5＝100、ΔD6＝100、ΔD7＝100；6、取各通道的粒径范围下限值D(μm)：D0＝2、D1＝5、D2＝10、D3＝20、D4＝50、D5＝100、D6＝200、D7＝300；7、将各通道的检测值N分别除以各通道的粒径变化范围值ΔD，得出各通道粒度变化率K＝N/ΔD，分别为：K0＝N0/ΔD0、K1＝N1/ΔD1、K2＝N2/ΔD2、K3＝N3/ΔD3、K4＝N4/ΔD4、K5＝N5/ΔD5、K6＝N6/ΔD6、K7＝N7/ΔD7；8、取各通道粒度变化率K的自然对数值lnK，分别为：lnK0、lnK1、lnK2、lnK3、lnK4、lnK5、lnK6、lnK7；9、取各通道粒径范围下限值D的自然对数值lnD，分别为：lnD0、lnD1、lnD2、lnD3、lnD4、lnD5、lnD6、lnD7；10、根据lnK和lnD进行运算得到粒度分布指数值F，公式为：F＝(lnK0-lnK1)/(lnD1-lnD0)+(lnK1-lnK2)/(lnD2-lnD1)+(lnK2-lnK3)/(lnD3-lnD2)+(lnK3-lnK4)/(lnD4-lnD3)+(lnK4-lnK5)/(lnD5-lnD4)+(lnK5-lnK6)/(lnD6-lnD5)+(lnK6-lnK7)/(lnD7-lnD6)；11、取对应最佳沉淀池出水水质的粒度分布指数值F0作为絮凝投药控制系统的优化目标值；12、取任意时刻的粒度分布指数值F减去F0得到粒度分布指数偏差值ΔF，当粒度分布指数偏差值ΔF>0时，絮凝投药控制系统逐渐增大投药量，当粒度分布指数偏差值ΔF<0时，系统逐渐减小投药量，直到粒度分布指数偏差值ΔF＝0，此时的絮凝剂投量即为最优值。本实施方式的在线颗粒计数仪为美国哈希公司(HACH)制造的2200PCX型在线颗粒计数仪，在线颗粒计数仪的取样流速为100mL/min。粒度分布指数值F作为指导絮凝剂投量大小的有效指标，粒度分布指数值F越小，絮凝效果越好，絮凝投药控制系统采用常规PID算法根据粒度分布指数偏差值ΔF逐渐增大投药量或逐渐减小投药量。

Claims (3)

1.一种水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：(1)在反应池入口处安装在线颗粒计数仪；(2)取反应池入口的水样进行连续检测；(3)在颗粒计数仪上设置在线检测的八个粒径通道，各通道的粒径范围数值是：通道0＝2～5μm、通道一＝5～10μm、通道二＝10～20μm、通道三＝20～50μm、通道四＝50～100μm、通道五＝100～200μm、通道六＝200～300μm、通道七＝300～400μm；(4)取各通道的检测值N，单位是粒子数/毫升：分别为N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7；(5)取各通道的粒径范围变化值ΔD，单位是μ m：ΔD0＝3、ΔD1＝5、ΔD2＝10、ΔD3＝30、ΔD4＝50、ΔD5＝100、ΔD6＝100、ΔD7＝100；(6)取各通道的粒径范围下限值D，单位是μm：D0＝2、D1＝5、D2＝10、D3＝20、D4＝50、D5＝100、D6＝200、D7＝300；(7)将各通道的检测值N分别除以各通道的粒径变化范围值ΔD，得出各通道粒度变化率K＝N/ΔD，分别为：K0＝N0/ΔD0、K1＝N1/ΔD1、K2＝N2/ΔD2、K3＝N3/ΔD3、K4＝N4/ΔD4、K5＝N5/ΔD5、K6＝N6/ΔD6、K7＝N7/ΔD7；(8)取各通道粒度变化率K的自然对数值lnK，分别为：lnK0、lnK1、lnK2、lnK3、lnK4、lnK5、lnK6、lnK7；(9)取各通道粒径范围下限值D的自然对数值lnD，分别为：lnD0、lnD1、lnD2、lnD3、lnD4、lnD5、lnD6、lnD7；(10)根据lnK和lnD进行运算得到粒度分布指数值F，公式为：F＝(lnK0-lnK1)/(lnD1-lnD0)+(lnK1-lnK2)/(lnD2-lnD1)+(lnK2-lnK3)/(lnD3-lnD2)+(lnK3-lnK4)/(lnD4-lnD3)+(lnK4-lnK5)/(lnD5-lnD4)+(lnK5-lnK6)/(lnD6-lnD5)+(lnK6-lnK7)/(lnD7-lnD6)；(11)取对应最佳沉淀池出水水质的粒度分布指数值F0作为絮凝投药控制系统的优化目标值；(12)取任意时刻的粒度分布指数值F减去F0得到粒度分布指数偏差值ΔF，当粒度分布指数偏差值ΔF＞0时，絮凝投药控制系统逐渐增大投药量，当粒度分布指数偏差值ΔF＜0时，系统逐渐减小投药量，直到粒度分布指数偏差值ΔF＝0，此时的絮凝剂投量即为最优值。
2.根据权利要求1所述的水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法，其特征在于所述的在线颗粒计数仪为美国哈希公司制造的2200 PCX型在线颗粒计数仪。
3.根据权利要求1所述的水处理絮凝剂投量粒度分布在线优化方法，其特征在于所述的在线颗粒计数仪的取样流速为100mL/min。
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