第四章给水处理系统控制技术.ppt

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1、第四章第四章 给水处理系统控制技术给水处理系统控制技术 4.1 混凝投药单元的控制技术混凝投药单元的控制技术一、混凝与混凝控制一、混凝与混凝控制l投加适量的混凝剂，保障混凝效果，是使处理水质合格的前提。l另外，目前所用的混凝剂多为铝盐。研究表明，水中铝离子浓度过高会影响人的身体健康，并对水质及输水系统产生不良影响。另外，混凝剂投加量直接影响制水成本。l所谓混凝控制事实上主要就是混凝剂投加量的控制。影响混凝剂需要量的因素影响混凝剂需要量的因素(1)混凝要达到的目标。水厂根据自身特点，确定一个最佳的沉淀水浊度目标值。(2)处理构筑物的性能。沉淀水浊度目标值相同，但净水构筑物性能不同，混凝剂的需要量

2、也有差别。混合、反应、沉淀以至过滤各个环节工艺特性的差别都会对混凝剂的需要量产生影响。比如，平流式沉淀池的需药量明显的低于斜管沉淀池的需药量。(3)原水的水质。浊质电位的高低直接决定其在水中的稳定性，电位越高(绝对值)，欲达到应有的混凝效果需混凝剂量就越多。在宏观上，电位则表现为各种水质参数的变化，包括浊度、PH值、碱度、电导率、各种离子浓度及各种有机物浓度等。水温对药耗也有较大的影响。(4)混凝剂自身的特性。不同的混凝剂品种或同一种混凝剂厂家不同，混凝性能有差别，耗量也就不同。二、混凝控制技术分类二、混凝控制技术分类l要控制混凝剂投加量，需要解决两个基本问题：其一，要有适当的参数指标来反映水

3、质、水量、药剂性能等因素的变化，可称之为输入参数；其二，混凝剂投量调整值称为输出参数，即需要确定输出参数与输入参数的某种关联。(1)按按控制的方式控制的方式可以分为：可以分为：l脱机控制，如经验目测法、电位法等，根据试验或观测的结果，再对投药工况进行间歇式的人工干预调整；l在线控制，即各种自动控制方法，根据对控制参数在线连续检测的结果，控制系统对投药量进行连续自动调节：在线控制又可分为：简单反馈控制、前馈控制、复合控制(前馈反馈控制、串级控制)等多种控制方式。(2)按按被控参数的性质被控参数的性质可分为：可分为：l模拟法，通过某种相似模拟关系来确定投药量，包括烧杯试验法、模拟滤池法、模拟沉淀池

4、法等；l水质参数法，通过表观的水质参数建立经验模型，作为控制投药量的依据，如数学模型法等；l特性参数法，利用混凝过程中某种微观特性的变化来作为投药量的确定依据，包括电位法、胶体滴定法、流动电流法等电荷控制方法，还包括荧光法、脉动参数法、比表面积法等；l效果评价法，以投药混凝后宏观观察到的实际效果为调整投药量的依据，包括经验目测法、浊度测定法等。三、几种典型的混凝控制技术简介三、几种典型的混凝控制技术简介1 经验目测法经验目测法l方法：操作者通过观察原水浊度的变化、反应后矾花生成情况、沉淀后水的浊度高低来凭经验调节投药量。l缺点：可靠性较低。常采用过量投药的方法，但药量浪费大，水质保证率也不高。

5、2 烧杯试验法烧杯试验法l烧杯试验法利用一台可变速的46联搅拌机，同时向46个烧杯中的检测水样加不同量的混凝剂，并进行搅拌，模拟生产中的混合与反应过程，然后静止沉淀以模拟实际沉淀过程，取静沉后烧杯中的上清液测残余浊度，来评价投药量与混凝效果的关系，据以确定生产投药量。l缺点：生产反应池与试验的烧杯的几何相似性有待研究。另外，还存在结果的不连续性及滞后性问题。l优点：在评价混凝剂性能、混凝剂品种筛选、混凝条件选择等方面，烧杯试验是一种很有效的手段。3 模拟滤池法模拟滤池法l工作过程：将在生产净化系统中加药混合后的原水，引出一部分进入小模型滤池，根据该滤池出水浊度的情况来评价混凝剂投量是否适宜，由

6、控制系统对投药量自动调节。这属于一种中间参数反馈控制系统。该方法的模拟性能也是取决于原型(生产系统)与模型(模拟滤池)的相似性。l优缺点：几何相似性问题和结果的滞后性问题。但是，该系统设备简单，易于实现，是一种简易的投药自动控制方案。4 数学模型法数学模型法l数学模型法是以若干原水水质、水量参数为变量，建立其与投药量之间的相关函数，即数学模型；计算机系统自动采集参数数据，并按此模型自动控制投药。l常见的投药量数学模型的形式有多元线性模型、幂模式模型、浊度幂模式模型等，以第一种为多。l改进：上述模型都属于前馈模型，投药混凝结果并不能反馈回控制系统中。对此进行改进，推出了前馈给定与反馈微调相结合的

7、前馈反馈复合控制模型。5 胶体电荷控制法胶体电荷控制法（1）原理：混凝剂的首要作用是与水中胶体杂质发生电中和并通过增大水中离子浓度来压缩胶体的双电层，降低电位，从而使胶体杂质脱稳凝聚，进而絮凝，使胶体杂质脱稳是有效混凝的基础。l一般，原水中粘土颗粒的电位在1030mV范围内，当电位降至510mV范围时，就可较好地脱稳。l一个稳定的工艺系统，必存在满足混凝澄清要求的最佳胶体电荷值，只要控制混凝剂的投量，使胶体的电位降低至与该值相符，就可以达到要求的混凝效果。（2）典型方法）典型方法l电位法：直接测量胶体的电位，作为确定投药量的依据。l胶体滴定法：基本原理是：对于带电荷的胶体分散系，可用加入相反电

8、荷的等量胶体来中和，若能找到一个合适的指示剂，胶体滴定就可以象酸碱滴定那样进行，通过胶体滴定可测定原水的肢体电荷并以经验公式确定混凝剂的投量：l流动电流法：以反映胶体荷电特性的另一参数流动电流为因子，控制投药。四、流动电流混凝控制技术四、流动电流混凝控制技术1 流动电流原理流动电流原理吸附层扩散层粒子表面吸附层切面流体流动图4.1 双电层结构及反电荷离子分布示意图l流动电流从侧面代表了电位的性质，反映了固液界面双电层的基本特性。2 流动电流检测器流动电流检测器图4.2 流动电流检测器原理示意图电极进水出水检测室活塞运算放大器同步整流器放大及灵敏度调整输出电机3 流动电流与混凝工艺的相关性流动电

9、流与混凝工艺的相关性l相关性主要体现在三个方面：图4.3 流动电流与电位的相关性（1）流动电流（SC）与电位的相关性（2）流动电流流动电流与与混凝剂投量混凝剂投量的相关性。的相关性。l图4.4，向水中加入不同量的硫酸铝，测定水的流动电流。在硫酸铝投量较少时，流动电流略有上升，变化不大；随着投药量进一步增大，流动电流值迅速上升；随后流动电流的增大趋势逐渐变缓。图4.4 流动电流与投药量的相关性(3)流动电流流动电流与与混凝效果混凝效果的相关性。的相关性。l实验表明，随投药量的增加，浊度的变化呈典型的先迅速下降，随后逐渐稳定的趋势，同时流动电流则随投药量的增加持续上升。图4.5 余浊与流动电流的相

10、关性l图4.5流动电流浊度图中，当SC值较低时，随SC的增加，浊度迅速下降，至一定值后(在此例中SC4)浊度变化变缓，甚至有再升高的趋势。214 流动电流混凝控制工艺系统的组成与特点流动电流混凝控制工艺系统的组成与特点l该系统主要由检测、控制、执行三大部分组成。混合混合后续处理工艺后续处理工艺混凝剂混凝剂投加装置投加装置流动电流检测器流动电流检测器控制中心控制中心（微机）（微机）记录仪记录仪图4.6 流动电流混凝控制系统图原水出水水样排放 检测检测控制控制 执行执行特点：特点：(1)单因子控制流动电流参数。(2)小滞后系统。投药到取样的时间差一般只有几十秒，至多12min。(3)中间参数控制。

11、决定混凝剂投量的最终指标是水处理效果，一般以沉淀水浊度为代表。流动电流设定值是通过相关关系间接反映了浊度要求，流动电流因子也就成为一个中间控制参数。5 流动电流混凝控制技术对混凝剂种类的适用性流动电流混凝控制技术对混凝剂种类的适用性l就混凝剂的品种而言，流动电流混凝投药控制技术对电解质类混凝剂是普遍适用的。生产中最常使用的铝盐和铁盐混凝剂就属于这一情况。当采用以吸附架桥作用为主的非电解质类高分子混凝剂时，流动电流会产生无规则波动，该技术不适用。l就电解质类混凝剂的投加量而言，存在一个有效的检测范围。实验研究表明不同的混凝剂品种和原水浊度，检测极限是不同的。在同样的原水浊度下，硫酸铝同三氯化铁相

12、比，有效检测范围较小。当原水浊度升高时混凝剂的有效检测范围缩小。在生产实际中，一般混凝剂的投加范围在数个“mgL”至数百“mgL”之间，处于上述有效检测范围之内。五、透光率脉动混凝投药控制技术五、透光率脉动混凝投药控制技术l检测原理：用透过流动悬浮液的透过光强度的波动状态计算出形成的絮凝体粒径的变化。l利用透光率絮凝检测仪对絮凝过程进行监测，其检测值R可灵敏地反映出水中颗粒粒径的变化情况，根据R值来反馈控制混凝剂的投加量。水柱图4.7 透光率脉动检测原理图光源检测器六、絮体影像混凝投药控制技术六、絮体影像混凝投药控制技术l原理：沉淀池浊度与原水混凝后形成的絮体特征和沉淀情况有关，絮体形成得越好

13、，沉淀越充分，沉淀水浊度越低。l絮体的大小、形状可反映在絮体图像上，通过分析絮体的图像，可以得到一个与沉淀水浊度相关性很好的参量，用它作为目标值来控制混凝剂投加量可缩短滞后时间。灯箱A/D采集卡计算机处理系统计算机显示器打印机进水CCD絮凝沉降槽图4.8 视觉在线检测系统硬件组成原理图 4.2 沉淀池运行控制技术沉淀池运行控制技术一、技术概况与分类l沉淀池的运行控制，主要是沉淀池排泥的控制。l排泥控制的基本内容就是根据池内积泥量的多少，来决定排泥周期、排泥历时等等。l沉淀池排泥控制的技术关键是如何确定池内的积泥量，以及如何确定合理的排泥历时。图4.9 排泥水浊度变化曲线tl积泥量可以用污泥界面

14、计测量池内泥位确定，或者按进出水浊度计算确定、或者按经验确定。按采用的监控方法不同，沉淀池排泥控制技术分下面几种：(1)按池底积泥积聚程度控制。采用污泥界面计进行在线监测，池底积泥达到规定的高度后，启动排泥机排泥；积泥降至某一规定的高度后，停止排泥。采用较少。(2)按沉淀池的进水浊度、出水浊度，建立积泥量数学模型，计算积泥量达到一定程度后自动排泥，并决定排泥历时。(3)根据生产运行经验，确定合理的排泥周期、排泥历时，进行定时排泥。应用实例应用实例2l四组沉淀池，每组装有刮泥机12台。l一组12只排泥阀，由一个控制单元控制。l排泥历时和排泥周期由控制单元面板上6只旋钮设定。上面3只整定排泥历时，

15、可到秒；下面3只整定排泥周期，可到分。图4.10 沉淀池排泥控制 4.3 滤池的控制技术滤池的控制技术一、滤池控制的基本内容与基本方式l滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主。l滤池的反冲洗的控制方案要解决如何判断反冲洗开始和反冲洗结束。l 反冲洗结束有下列方式判断：(1)反冲洗水浊度监控。(2)定时控制。l反冲洗开始有下列方式判断；(1)滤后水浊度监控。(2)滤池水头损失监控。(3)定时控制。二、虹吸滤池的远行控制实例二、虹吸滤池的远行控制实例过滤时过滤时反冲洗时反冲洗时l自动控制方式以水力控制为主时，存在以下不足之处：(1)滤池在反冲洗前的待滤水(池内水深约1.5m

16、)要被排水虹吸排掉；(2)反冲洗时，要等滤池水位下降至进水虹吸的破坏管露出水面，进水虹吸才能被破坏，这段时间内的进水也要被排掉；(3)经常会出现两格或两格以上的滤池同时进行冲洗，造成反冲洗水量不足使冲洗强度不够，不但浪费待滤水，而且容易使滤料结板，缩短滤池使用周期；(4)冲洗时间不好调节，时间控制精度也不够，容易造成过冲洗或欠冲洗。l采用机电自动控制系统，根据不同的工艺条件、可以按下列3种方式控制虹吸滤池的运行：(1)自动控制方式：(2)定时控制方式：(3)手动控制方式：“自动控制方式自动控制方式”介绍介绍各滤池正常运行各滤池正常运行有冲洗请求否？有冲洗请求否？排队排队对应滤池发出反冲洗信号对应滤池发出反冲洗信号大虹吸计时大虹吸计时大虹吸形成否？大虹吸形成否？反冲洗时间计时反冲洗时间计时本格反冲洗结束本格反冲洗结束报警报警NNYYl当滤池水位上升到反冲洗水位时，液位检测装置发出反冲洗信号，由控制装置控制执行机构完成此格滤池反冲洗过程。即：图图4.11 虹吸虹吸滤池滤池自动控制反冲洗流程自动控制反冲洗流程 1)破坏小虹吸；2)形成大虹吸；3)反冲洗计时；4)破坏大虹吸；5)形成小虹吸；6