CN111138004A - 一种混凝剂投加控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝剂投加控制系统，包括：设置于进水管路上的用于测量原水指标的进水参数测量单元、与进水参数测量单元连接的控制器单元、设置于混合进水管路上的混凝剂投加单元、与混凝剂投加单元连接的机械混凝池单元、设置于絮凝进水管路上用于检测混合程度的游动电位仪、与游动电位仪连接的机械絮凝池单元、设置于沉淀进水管路上用于检测絮凝效果的离散分析光度仪、与离散分析光度仪连接的沉淀池单元、与沉淀池单元连接用于检测出水指标的出水参数检测单元。还公开了一种混凝剂投加控制方法。能够实现混凝剂投加量自动控制，对沉淀流程在线实时监控，有利于提高出水水质，节约处理成本。

Description

一种混凝剂投加控制系统及方法

技术领域

本发明涉及给水处理技术领域，尤其是一种混凝剂投加控制系统及方法。

背景技术

混凝沉淀是指水中的胶体、微小悬浮物及颗粒物在混凝剂作用下发生脱稳、聚集并与水分离的过程。混凝沉淀的效果除了受原水水质、混凝剂性质等影响外，还与混凝沉淀工艺密切相关。混凝沉淀工艺过程分为投药、混合、絮凝、沉淀四个部分。投药包括干法投加和湿法投加。混合是使混凝剂与水快速混合的过程，混合时间一般控制在10-60s。絮凝是指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。絮凝时间一般控制在15-30min。沉淀是水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程，一般沉淀时间为40-120min。

混凝沉淀工艺具有操作方便、设备简单、处理效果良好等优点。在饮用水处理中，混凝沉淀是最关键的处理单元，其运行效果决定了后续工艺流程的工况、出水水质等。混凝剂投加量与处理后水质密切相关，同时也与水厂制水经济成本紧密相连，一般需要使混凝剂投加量处于经济合理状态，即处于最佳投加量。混凝剂投加量较小，不能满足水厂的出水水质要求；混凝剂投加量过量，会增加制水成本，降低去除效果。我国大多数水厂一直是根据实验室的混凝试验来确定最佳投加量，然后在水厂实际生产中根据原水水质变化等因素进行人工调节。但是试验结果与生产运行结果往往不一致且存在滞后、误差大、水质波动大等缺点。随着对处理后水质要求的提高，混凝剂投加量自动控制技术逐渐得到发展应用。

除控制混凝剂投加量外，控制絮凝过程及沉淀过程对提高混凝效果也至关重要。絮凝反应的目的就是要创造促使细小颗粒有效逐渐增长成大颗粒最终使颗粒能重力沉降，实现固液分离。要完成有效的同向絮凝，需要满足两个条件：(1)要使细小颗粒之间产生速度梯度。(2)要有足够的反应时间，使颗粒逐渐增长到可以重力沉降的颗粒尺寸。

当采用机械搅拌时，速度梯度G：G＝(gh/νT)^1/2

式中：g——重力加速度，9.8m/s2；

h——絮凝过程中的水头损失，m；

ν——水的运动黏度，m2/s；

T——水流在絮凝设施中的停留时间，s。

长期以来，絮凝状况都是通过人工观测后由经验数据得出，结论过于主观，数据不精确，不利于提升处理水质和控制水厂成本。开发效果好、能耗低的絮凝效果、沉淀效果监测方法是十分必要的。故基于浊度、游动电位、iPDA数值等的变化建立一个混凝过程自动控制系统对于水厂提高出水水质、降低制水成本等具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝剂投加控制系统及方法，实现混凝剂投加量自动控制，对沉淀流程在线实时监控，有利于提高出水水质，节约处理成本。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种混凝剂投加控制系统，包括：设置于进水管路上的用于测量原水指标的进水参数测量单元、与进水参数测量单元连接的控制器单元、设置于混合进水管路上的混凝剂投加单元、与混凝剂投加单元连接的机械混凝池单元、设置于絮凝进水管路上用于检测混合程度的游动电位仪、与游动电位仪连接的机械絮凝池单元、设置于沉淀进水管路上用于检测絮凝效果的离散分析光度仪、与离散分析光度仪连接的沉淀池单元、与沉淀池单元连接用于检测出水指标的出水参数检测单元；所述游动电位仪、离散分析光度仪、出水参数检测单元的输出端分别与控制器单元连接。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述进水参数测量单元包括测量原水温度的水温计、测量原水PH数值的PH计、测量原水浊度的第一浊度计、测量原水流量的流量计；所述水温计、PH计、第一浊度计、流量计的输出端分别与控制器单元的输入端连接。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述混凝剂投加单元包括计量泵和混凝剂存储罐，所述计量泵的输入端与混凝剂存储罐连接，计量泵的控制端与控制器单元连接，计量泵的输出端与混合进水管路连接；所述混凝剂存储罐内部设置搅拌装置、罐底设有放空阀。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述机械混合池单元包括混合池和设置于混合池内、用于调节混合池内水体混合程度的混合池搅拌器，所述混合池搅拌器的控制端与控制器单元连接。

结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述机械絮凝池单元包括三格串联连接的絮凝池和分别设置于每一格絮凝池内部、用于调节絮凝池内部水体混合程度的絮凝池搅拌器，所述絮凝池搅拌器的控制端与控制器单元连接；絮凝池搅拌器沿进水方向搅拌强度逐格减小，速度梯度G值逐渐变小。

本发明第二方面提供了一种混凝剂投加控制方法，包括以下步骤：

分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围；

控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量；

控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速；

控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围，具体包括：

混合阶段：游动电位值取值范围：-1.0≤ψ≤1.0，GT值范围20000-30000；絮凝阶段：离散分析光度仪测定值：絮凝指数0.1≤R≤0.3，GT值范围45000-90000；沉淀阶段的沉淀池出水浊度≤2.0NTU。

结合第二方面，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量，具体包括：

若ψ>1.0，混凝剂投加量过大，控制器单元控制混凝剂投加单元减小混凝剂给予量；若ψ<-1.0，混凝剂投加量过小，控制器单元控制混凝剂投加单元加大混凝剂给予量，实现GT值范围20000-30000。

结合第二方面，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速，具体包括：

若R>0.3，絮凝池搅拌器电机转速过快，控制器单元减小絮凝池搅拌器电机转速，若R<0.3，絮凝池搅拌器电机转速过慢，控制器单元增加絮凝池搅拌器电机转速，实现GT值在45000-90000之间。

结合第二方面，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间，具体包括：

若沉淀池出水浊度≤2.0NTU，符合出水浊度要求，控制器单元维持此刻沉淀池单元的排泥时间；若沉淀池出水浊度>2.0NTU，不符合出水浊度要求，控制器单元增加沉淀池单元的排泥时间。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明使混凝剂投加量更加准确，节约制水成本，可以比传统的混凝剂投加量减少20％-30％；本发明可以在较短的时间内调节好最优混凝剂投加量，且确定的混凝剂最优投加量更加科学准确，能够根据进水条件及混凝效果的变化随时调整；本发明利用iPDA来实时监测絮凝过程絮体的状况，能够准确的反映絮凝体总体特征，并且通过对混合池、絮凝池搅拌器转速的实时调整，大大提高絮凝效果；本发明根据出水浊度值对沉淀工艺进行在线监测控制，有利于提高出水水质。

附图说明

图1是本发明系统实施例一结构示意图；

图2是本发明系统实施例二结构示意图；

图3是本发明方法实施例流程图；

图中：1水温计、2pH计、3浊度仪、4流量计、5智能控制器、6混凝剂投加设施、7计量泵、8混凝剂存储罐、9机械混合池、10机械絮凝池、11沉淀池、12游动电位仪、13智能离散分析光度仪(iPDA)。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

实施例一

如图1所示，包括：设置于进水管路上的用于测量原水指标的进水参数测量单元、与进水参数测量单元连接的控制器单元、设置于混合进水管路上的混凝剂投加单元、与混凝剂投加单元连接的机械混凝池单元、设置于絮凝进水管路上用于检测混合程度的游动电位仪、与游动电位仪连接的机械絮凝池单元、设置于沉淀进水管路上用于检测絮凝效果的离散分析光度仪、与离散分析光度仪连接的沉淀池单元、与沉淀池单元连接用于检测出水指标的出水参数检测单元；所述游动电位仪、离散分析光度仪、出水参数检测单元的输出端分别与控制器单元连接。

进水参数测量单元包括测量原水温度的水温计、测量原水PH数值的PH计、测量原水浊度的第一浊度计、测量原水流量的流量计；所述水温计、PH计、第一浊度计、流量计的输出端分别与控制器单元的输入端连接。

混凝剂投加单元包括计量泵和混凝剂存储罐，所述计量泵的输入端与混凝剂存储罐连接，计量泵的控制端与控制器单元连接，计量泵的输出端与混合进水管路连接；所述混凝剂存储罐内部设置搅拌装置、罐底设有放空阀。

机械混合池单元包括混合池和设置于混合池内、用于调节混合池内水体混合程度的混合池搅拌器，所述混合池搅拌器的控制端与控制器单元连接。

机械絮凝池单元包括三格串联连接的絮凝池和分别设置于每一格絮凝池内部、用于调节絮凝池内部水体混合程度的絮凝池搅拌器，所述絮凝池搅拌器的控制端与控制器单元连接；絮凝池搅拌器沿进水方向搅拌强度逐格减小，速度梯度G值逐渐变小。

实施例二

如图2所示，包括水温计1、pH计2、浊度仪3、流量计4、游动电位仪12、智能离散分析光度仪(iPDA)13、智能控制器5、混凝剂投加设施6、机械混合池9、机械絮凝池10、沉淀池11。在进水管的管路上设有流量计4以及混凝剂投加设施6。混凝剂投加设施包括计量泵7、混凝剂存储罐8。

原水进入机械混合池与经混凝剂投加设施投加的一定量混凝剂充分混合均匀，混合后的水进入絮凝池絮凝，絮凝后的水进入沉淀池进行沉淀。采用机械混合，调节机械混合池内搅拌电机转速，调节G值，使GT值范围在20000-30000。

絮凝池为机械絮凝池，絮凝池采用3格串联，池内设3挡搅拌器，第一格内搅拌强度最大，而后逐格减小，从而速度梯度G值也相应由大到小。搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。调节机械絮凝池内搅拌电机转速，调节G值，使平均GT值范围在45000-90000。

游动电位仪用来监测混凝剂投加量是否合理，混凝剂最佳投加量的游动电位值为-1.0≤ψ≤1.0。若ψ>1.0说明混凝剂投加量过大，应减小加药量；ψ<-1.0说明混凝剂投加量过小，应加大加药量。可以实时监测混凝剂的投加状况并实时调整加药量。

iPDA用来监测絮凝效果，其测定值絮凝指数(Ratio)可以反映絮凝过程絮凝阶段絮体的生长状况。R值随着絮体尺寸的增大而增大。预设的絮凝指数值0.1≤R≤0.3根据实测值与设定值的差异来调节絮凝过程的G值，使GT值在45000-90000之间，实现对絮凝过程的在线实时监测及控制。

所述浊度仪设有两个，一个用于监测进水浊度，一个用来监测出水(沉淀池)浊度，出水浊度值要求≤2.0NTU(水厂出水浊度值<1.0NTU)。实时监测出水浊度的变化，根据出水浊度值的变化来自动控制排泥时间，进而调节沉淀池停留时间，控制沉淀过程实现高效沉淀。

本实施例提供一种混凝剂投加控制方法，包括以下步骤：

S1、分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围；

S2、控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量；

S3、控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速；

S4、控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间。

步骤S1中，分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围，具体包括：

混合阶段：游动电位值取值范围：-1.0≤ψ≤1.0，GT值范围20000-30000；絮凝阶段：离散分析光度仪测定值：絮凝指数0.1≤R≤0.3，GT值范围45000-90000；沉淀阶段的沉淀池出水浊度≤2.0NTU。

步骤S2中，控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量，具体包括：

若ψ>1.0，混凝剂投加量过大，控制器单元控制混凝剂投加单元减小混凝剂给予量；若ψ<-1.0，混凝剂投加量过小，控制器单元控制混凝剂投加单元加大混凝剂给予量，实现GT值范围20000-30000。

步骤S3中，控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速，具体包括：

若R>0.3，絮凝池搅拌器电机转速过快，控制器单元减小絮凝池搅拌器电机转速，若R<0.3，絮凝池搅拌器电机转速过慢，控制器单元增加絮凝池搅拌器电机转速，实现GT值在45000-90000之间。

步骤S4中，控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间，具体包括：

若沉淀池出水浊度≤2.0NTU，符合出水浊度要求，控制器单元维持此刻沉淀池单元的排泥时间；若沉淀池出水浊度>2.0NTU，不符合出水浊度要求，控制器单元增加沉淀池单元的排泥时间。

智能控制器可以根据进水流量、pH值、水温、进出水浊度仪、游动电位值ψ、iPDA数值智能调控整个混凝沉淀过程。智能控制器通过控制计量泵来调节混凝剂投加量、通过调节搅拌器转速来调节混合过程、絮凝过程的G/GT值、通过调节沉淀池排泥来调节沉淀池停留时间。

一个实施例里，参数设定如下：

混凝剂浓度：5-30mg/L；

机械混合时间：10-60s；

机械絮凝池水深：3-4m；搅拌桨速度按叶轮桨板中心点处的线速度计算确定。

第一挡线速度为0.5m/s，逐渐减小至末挡的0.2m/s。絮凝时间：15-30min；沉淀池池深：2.5-3.5m，停留时间：40-120min。

智能控制器根据进水流量、进水浊度控制初始混凝剂的投加量，混凝剂与原水在机械混合池混合30s，混合均匀后进入机械絮凝池，搅拌桨速度依次为0.5、0.35、0.2m/s，絮凝时间20min，然后进入沉淀池停留60min。游动电位仪自动监测混合池中水体的游动电位，iPDA自动监测絮凝池中絮体状态，出水浊度仪自动监测出水浊度，这些数据经过智能控制器处理收集后，智能控制器会自动通过控制计量泵来调节混凝剂投加量、通过调节混合池、絮凝池搅拌器转速来调节混合过程和絮凝过程的G/GT值、通过调节沉淀池的排泥时间来调节沉淀池停留时间。使沉淀池出水浊度≤2NTU，最终达到智能高效控制混凝过程的目的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种混凝剂投加控制系统，其特征是，包括：设置于进水管路上的用于测量原水指标的进水参数测量单元、与进水参数测量单元连接的控制器单元、设置于混合进水管路上的混凝剂投加单元、与混凝剂投加单元连接的机械混凝池单元、设置于絮凝进水管路上用于检测混合程度的游动电位仪、与游动电位仪连接的机械絮凝池单元、设置于沉淀进水管路上用于检测絮凝效果的离散分析光度仪、与离散分析光度仪连接的沉淀池单元、与沉淀池单元连接用于检测出水指标的出水参数检测单元；所述游动电位仪、离散分析光度仪、出水参数检测单元的输出端分别与控制器单元连接。

2.如权利要求1所述的混凝剂投加控制系统，其特征是，所述进水参数测量单元包括测量原水温度的水温计、测量原水PH数值的PH计、测量原水浊度的第一浊度计、测量原水流量的流量计；所述水温计、PH计、第一浊度计、流量计的输出端分别与控制器单元的输入端连接。

3.如权利要求1所述的混凝剂投加控制系统，其特征是，所述混凝剂投加单元包括计量泵和混凝剂存储罐，所述计量泵的输入端与混凝剂存储罐连接，计量泵的控制端与控制器单元连接，计量泵的输出端与混合进水管路连接；所述混凝剂存储罐内部设置搅拌装置、罐底设有放空阀。

4.如权利要求1所述的混凝剂投加控制系统，其特征是，所述机械混合池单元包括混合池和设置于混合池内、用于调节混合池内水体混合程度的混合池搅拌器，所述混合池搅拌器的控制端与控制器单元连接。

5.如权利要求1所述的混凝剂投加控制系统，其特征是，所述机械絮凝池单元包括三格串联连接的絮凝池和分别设置于每一格絮凝池内部、用于调节絮凝池内部水体混合程度的絮凝池搅拌器，所述絮凝池搅拌器的控制端与控制器单元连接；絮凝池搅拌器沿进水方向搅拌强度逐格减小，速度梯度G值逐渐变小。

6.一种混凝剂投加控制方法，采用权利要求1至5任一项权利要求所述的混凝剂投加控制系统，其特征是，包括以下步骤：

分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围；

控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量；

控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速；

控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间。

7.如权利要求6所述的混凝剂投加控制方法，其特征是，所述分别设定混合阶段、絮凝阶段、沉淀阶段的参数预设值数值范围，具体包括：

混合阶段：游动电位值取值范围：-1.0≤ψ≤1.0，GT值范围20000-30000；絮凝阶段：离散分析光度仪测定值：絮凝指数0.1≤R≤0.3，GT值范围45000-90000；沉淀阶段的沉淀池出水浊度≤2.0NTU。

8.如权利要求7所述的混凝剂投加控制方法，其特征是，所述控制器单元获取游动电位仪测量参数，根据参数数值范围调节混凝剂投加单元的混凝剂给予量，具体包括：

若ψ>1.0，混凝剂投加量过大，控制器单元控制混凝剂投加单元减小混凝剂给予量；若ψ<-1.0，混凝剂投加量过小，控制器单元控制混凝剂投加单元加大混凝剂给予量，实现GT值范围20000-30000。

9.如权利要求7所述的混凝剂投加控制方法，其特征是，所述控制器单元获取离散分析光度仪测量参数，根据参数数值范围调节机械絮凝池单元的絮凝池搅拌器电机转速，具体包括：

若R>0.3，絮凝池搅拌器电机转速过快，控制器单元减小絮凝池搅拌器电机转速，若R<0.3，絮凝池搅拌器电机转速过慢，控制器单元增加絮凝池搅拌器电机转速，实现GT值在45000-90000之间。

10.如权利要求7所述的混凝剂投加控制方法，其特征是，所述控制器单元获取出水参数检测单元测量参数，根据参数数值范围调节沉淀池单元的排泥时间，具体包括：

若沉淀池出水浊度≤2.0NTU，符合出水浊度要求，控制器单元维持此刻沉淀池单元的排泥时间；若沉淀池出水浊度>2.0NTU，不符合出水浊度要求，控制器单元增加沉淀池单元的排泥时间。

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