（环境工程专业论文）给水处理厂药液自动配投系统应用研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本文在分析研究国内外有关给水处理厂的混凝剂药液配投系统的基础上，结 合我国的实际情况，提出了以重力投加为核心的给水处理厂混凝剂药液自动配投 系统，成功地解决了长期困扰给水处理厂投药系统运行不稳定的难题。该配投系 统经济可靠，适用于大、中、小型给水处理厂、污水处理厂及其它类似场所( 如 化工厂) ，具有较强的应用前景。 给水处理厂混凝剂投药系统般由完成需要浓度药液配兑的配液子系统和将 已配制药液按需要的量投送到投加点的投加子系统组成。通过配液子系统在生产 实践中的应用研究，针对药液自动配兑过程存在的混凝剂原液计量问题制作专用 计量装置取代普遍采用的电磁流量计，该装置结构简单、易于实现自动控制，采 用这种方式实现自动配液减少了系统采用的仪器仪表数量。通过对投加子系统的 应用研究，针对目前在水厂普遍使用的投加计量泵、电磁流量计技术要求和维护 维修成本高等问题，运用流体力学( 伯努利方程) 的原理制作定量投液装置对药 液加量进行投加计量；该装置易于控制，维护维修简单、成本低廉，功能上能取 代系统中使用的计量泵和电磁流量计。采用新技术的自动配液子系统和自动投加 子系统在生产中应用，使得水厂药液配投系统投资和运行费用大幅降低，这两种 计量方式已经申请专利。 在实践中通过应用现代自动化技术将数据的采集、药液投加量的计算、药液 的配兑及投加有机地结合在一起：使人工操作比较复杂的药液配投系统变成一套 完整的设备，只用输入需要的药液投加量就能自动实现投加。这里研究的药液自 动配投系统没有涉及混凝的机理等工艺方面的问题，只是完成工艺系统确定的混 凝剂药量的投加。通过对采用透光率脉动、流动电位、数学模型等方法确定混凝 剂投加量建立的自动配投系统的研究表明本文提出的自动配投系统能满足工艺的 要求：同样该系统也适用于给水处理厂其他药剂的投加，适用于污水处理厂及其 他类似场合药剂的投加。 这种新型的药液自动配投系统在成都市自来水总公司二厂投入运行以来，取 得了良好的经济和社会效益。 关键词：药液，配投，流体力学，定量，重力，自动化 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 t h r o u g ha n a l y z i n gt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nc o a g u l a n td o s i n gs y s t e m sc o n c e m i n g w a t e rt r e a t m e n tp l a n ta n dt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o ni nc h i n a ，t h ea u t o m a t i cc o a g u l a n t d o s i n gs y s t e mw i t ht h ec o r eo fg r a v i t a t i o n a ld o s i n gi sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r , w h i c h s u c c e s s f u l l ys o l v e dt h eo p e r a t i n gi n s t a b i l i t yo fd o s i n gs y s t e mt h a th a sa l w a y sb e e na p u z z l e dp r o b l e mt ow a t e rp l a n t s t h i se c o n o m i ca n dr e l i a b l es y s t e mc a l lb eu s e di nl a r g e ， m e d i u ma n ds m a l lw a t e rp l a n t s ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sa n do t h e rp l a c e s ( e g c h e m i c a lp l a n t s ) ，h a v i n gag r e a tp o t e n t i a lf o ra p p l i c a t i o n w a t e rp l a n tc o a g u l a n td o s i n gs y s t e mi sg e n e r a l l yc o m p o s e do fm i xs u b s y s t e mt h a t a c c o m p l i s h e sm e d i c a lm i x t u r eo fn e e d e dc o n c e n t r a t i o na n dd o s i n gs u b s y s t e mt h a t r e a l i z e st h ed o s a g eo fm i x e dc h e m i c a l st og i v e np o i n t si nt e r m so fr e q u i r e m e n t s b y a p p l i c a t i o ni n v e s t i g a t i o no fm i xs u b s y s t e mi np r a c t i c e ，s p e c i a lm e a s u r ed e v i c ew a s p r o d u c e da n ds u b s t i t u t e dt h ew i d e l yu s e de l e c t r o m a g n e t i cf l o wm e t e r si no r d e rt os o l v e t h ep r o b l e mo fo r i g i n a lc o a g u l a n tm e a s u r e m e n te x i s t i n gi nt h ec h e m i c a lm i x t u r e t h i s d e v i c ei ss i m p l ei ns t r u c t u r ea n da p tf o ra u t o m a t i cc o n t r 0 1 u s i n gt h i sm e t h o dt or e a l i z e a u t o m a t i cm i x t u r eo fc h e m i c a l sc a nd e c r e a s en u m b e r so fs y s t e mi n s t r u m e n t s t h r o u g h a p p l i c a t i o ni n v e s t i g a t i o no fd o s i n gs u b s y s t e ma n du t i l i z i n gp r i n c i p l eo ff l u i dm e c h a n i c s ( b e r n o u l l ie q u a t i o n ) ，q u a n t i t a t i v ed o s i n gd e v i c ew a sp r o d u c e dt om e a s u r ec h e m i c a l d o s a g e ，s oa st o s e t t l et h ep r o b l e mt h a tm e t e r i n gp u m p sa n de l e c t r o m a g n e t i cf l o w m e t e r sw i d e l yu s e di nw a t e rp l a n t sn o wh a v eav e r yh i g hr e q u i r e m e n ti nt e c h n i q u ea n da v e r yh i g hc o s ti nm a i n t e n a n c e t h i sd e v i c ei se a s yt oc o n t r o l ，s i m p l ei nm a i n t e n a n c ea n d l o wi nc o s t ；f u n c t i o n a l l yi tc a ns u b s t i t u t ef o rm e t e r i n gp u m p sa n de l e c t r o m a g n e t i cf l o w m e t e r s u s e di ns y s t e m ，t h ea p p l i c a t i o no fa u t o m a t i cm i x s u b s y s t e ma n dd o s i n g s u b s y s t e ma d o p t i n gn e wt e c h n i q u e sm a k e st h ei n v e s t m e n to fc h e m i c a ld o s i n gs y s t e m a n do p e r a t i n gc o s td e c r e a s e g r e a t l y n o w , t h i st w o m e a s u r e m e t h o d sh a v e b e e n p a t e n t e d i np r a c t i c e ，d a t aa c q u i s i t i o n ，c o m p u t i n go fc h e m i c a ld o s a g e ，c h e m i c a lm i x t u r ea n d c h e m i c a l d o s i n g c a nb e i n t e g r a t e do r g a n i c a l l yb yu t i l i z i n gm o d e r na u t o m a t i o n t e c h n o l o g y , w h i c he n a b l e st h ed i f f i c u l tm a n u a lc h e m i c a ld o s i n gs y s t e mt ob e c o m ea n i n t e g r a t ee q u i p m e n ta n dm a k e sd o s i n ga u t o m a t i c a l l yr e a l i z e do n l yi ft h er e q u i r e d c h e m i c a ld o s a g ei si n p u t t h ea u t o m a t i cc h e m i c a ld o s i n gs y s t e ms t u d i e dh e r ed o e sn o t g e t i n v o l v e d w i t h c o a g u l a t i o nm e c h a n i s ma n do t h e rp r o b l e m so ft e c h n i c s ，b u t i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a c c o m p l i s h e st h ed o s i n go fc o a g u l a t i o nd o s ed c t e r m i n a t e db yt e c h n i c ss y s t e ma ta l l 。 t h r o u g hr e s e a r c ho fa u t o m a t i cd o s i n gs y s t e m ，e s t a b l i s h e db yd e t e r m i n i n ga u t o m a t i c d o s a g ei nt h em e t h o d so ft r a n s m i t t a n c ep u l s a t i o n ，s t r e a m i n gp o t e n t i a la n dm a t h e m a t i c a l m o d e l ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tt h ea u t o m a t i cd o s i n gs y s t e mb r o u g h tf o r w a r di nt h i s p a p e r c a l lf u l f i l lr e q u i r e m e n t so ft h et e c h n i c s l i k e l y , t h i ss y s t e mc a na l s ob e a p p l i e df o r d o s i n go fo t h e rc h e m i c a l si nw a t e rp l a n t s ，c h e m i c a ld o s i n go fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sa n do t h e rs i m i l a rp l a c e s t h i sn e w s t y l ea u t o m a t i c d o s i n gs y s t e mh a s a c h i e v e dg o o de c o n o m i c a la n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t ss i n c ei ti sp u ti n t op r a c t i c ei nn o 2w a t e r p l a n to fc h e n g t uw a t e r s u p p l yc o k e y w o r d s ：c h e m i c a l ，d o s i n g ，f l u i dm e c h a n i c s ，q u a n t i t a t i v e ，g r a v i t a t i o n ， a u t o m a t i o n 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 常规的给水处理厂净水工艺由混凝沉淀、过滤、消毒环节组成；混凝沉淀处 理的对象主要是水的浊度，是净水处理的关键环节。水体中大的悬浮物和胶体颗 粒一般可以借助于重力自行下沉，从水体中去除掉；而水体中粒径较小的悬浮物 和胶体颗粒，在布朗运动、静电排斥力和颗粒表面的水化作用下，使其在水体中 具有一定的稳定性，需要投加一定量的混凝剂药液，破坏细小颗粒的稳定性。才 能将其从水体中去除。在给水处理厂投加一定量的混凝剂，是由药液配投系统( 也 称投药系统) 来实现的；药液配投系统就是将混凝过程需要的混凝剂送到絮凝池 投加点，笔者对成都市自来水二厂调查发现9 5 以上的水质事故是与混凝效果不好 有关，其中投药系统不能及时准确的将混凝过程需要混凝剂的送到絮凝池，是问 题根源所在。因此研究投药系统很重要的。 1 1 国内外药液配投系统现状 国外发达国家一般通过对流量计、计量泵等设备进行监控实现药液自动投加 到絮凝池，由于发达国家原水水质稳定，生产现场条件较好( 如电源质量比较高) 加上市场化程度较高，设备维护维修有保障，投药系统能较好地完成其功能。 我国许多原水水源具有水质变化大的特点，并且由于水源保护措施存在一些 问题，时常发生一些突发性水质污染：国内给水处理厂投药系统一般是凭借制水 工人的经验进行混凝剂投加，很难保证水质安全；一些水厂引进了s c d 和一些计 量泵等先进设备也没有有效的解决问题：这样我国大部分水处理工艺中仍然由人 工操作控制配投设备，难以根据工艺要求及时准确地控制投加量。另外，近年我 国积极引进、自行开发了不少的自动控制系统，如模型池、流动电流测定、透光 脉动率测定、显示式絮凝控制、数学模型等技术均不同程度的被选用。一些水厂 不断地对投药系统进行改造以适应技术的需要，致使投资增大、重复建设时有发 生。 1 - 2 问题的提出 一方面近年来工业自动化技术飞速发展、产品价格不断降低，在水处理行业 中的应用同趋深入：充分地应用自动化技术，创造性地解决目前混凝剂药液配投 系统存在的各种问题是可能的。 另一方面目前的药液自动配投系统主要设备存在的运行故障率较高、维护维 修成本大等问题严重制约了自控控制技术的应用，需要进行深入研究，找到解决 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的办法，为投药系统的技术进步创造条件。 1 3 研究的目的 本文通过对投药系统的研究，着重从系统运行的适宜性和有效性入手，探讨 建立一套新型的自动投药系统，该系统满足当前各种对混凝剂药液投加量进行确 定的方法对系统的要求；从而达到建设了该系统后不再因为采用确定药液投加量 方法的改变就需要进行改造的目的；有效地控制投药系统的投入，规范管理，提 高自来水厂的经济效益和社会效益。 这套自动投药系统能克服目前主流自动投药系统设备存在的主要问题，具有 较强的适应能力，可被大、中、小型水厂广泛采用。 1 4 研究的意义 提高投药系统的安全可靠性是提高给水处理厂的安全可靠性的需要。以成都 市自来水二厂2 0 0 2 年生产系统的故障统计数据为例，投药系统的故障频率( 投药 系统的故障次数占全厂故障次数的百分比) 为p = 7 3 ，投药系统是我们水厂故障 多发生的一个系统，占用了水厂大量的人力、物力资源，对水厂生产的安全可靠 运行带来许多困难，解决了这一部分故障率，水厂生产的安全可靠性就会有较大 的提高。 投药系统是给水处理厂建设投资的重要组成部分。通常给水处理厂主要由取 水泵房、絮凝沉淀池、滤池、清水池、送水泵房、投药系统、加氯系统等组成。 以成都市自来水总公司二、五、六厂为例，各部分投资如表1 1 ： 表1 1 成都市自来水二、五、六厂工艺部分造价单位：万元 t a b l e l 1t h et e c h n i c sc o s ti nt h en o 2 n o 5a n dn o 6w a t e rw o r k s o fc h e n g d uw a t e r - s u r p l yc o m p a n y u n i t ：t e nt h o u s a n dy u a n 取水沉淀池滤池清水池送水加氯投药投药所占比例 r 二厂2 6 61 0 7 08 4 46 3 44 0 01 5 74 0 01 0 五厂3 3 05 3 43 5 43 5 23 0 01 6 02 3 01 0 a 厂3 5 0 23 5 9 02 0 6 01 5 1 8 无 1 6 11 0 9 19 投药系统是给水处理厂中的一个很小的系统，但是，我们从上表可以看出， 投药系统的投资在给水处理厂所占的比例大，约为工艺部分投资的1 0 ，为什么 出现这种现象呢? 改革开放初期，为了缓解供水行业的供需矛盾，国内一些较大 的自来水公司，先后引进了一些技术和设备，其中以流动电位仪为核心的计量泵 投药系统较为突出流动电位仪、计量泵及配套的设备价格昂贵，使得投药系统 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 建设资金占整个水厂建设资金比例大幅度的上升。然而这种投药模式在国外运行 良好，但是在未能有效的解决传统投药系统的问题，造成投资一定程度的浪费。 这样从投资的角度上讲，研究适合中国国情的投药系统就显得十分有意义。 1 5 研究的内容 对混凝剂药液配制系统进行研究，针对实现自动配液系统存在的问题，提出 一套新可普遍采用的自动配液系统。 对药液投加系统深入分析，充分利用自动化技术提出一套解决方案。 对目前自动配液系统进行分析，提出能普遍适应的自动配液系统，能满足目 前各种混凝剂药液投加量确定方法对设备设施的要求。 重庆大学硕士学位论文 2 配液系统现状 2 配液系统现状 给水处理中混凝剂投加分固体投加和液体投加两种方式。在混凝的术语中有 所谓的湿投法与干投法之分，湿投法即指把药剂配成适当浓度后再投加的方法： 干投法指把固体状态的药剂直接投入水中。由于除极个别情况外，干投药剂的有 效性值得怀疑，目前我国很少应用，通常是将固体溶解后配成一定浓度的溶液投 入水中。 2 1 配液系统的作用 配液系统的作用就是完成需要浓度的混凝剂药液的配兑。混凝剂的配兑必须 经过溶解和配成需要的浓度两个过程见图2 1 的框图：不仅固体药剂要先溶解，液 体药剂有时也须先经溶解再稀释成所需浓度。 搅拌搅拌 图2 1 药剂的配制过程 f i g 2 1 t h ep r o c e s so f c o a g u l a n tc o n f e c t i n g 为了药剂的迅速、均匀溶解和溶液浓度的均匀，在药剂的溶解和溶液的稀释 过程中，都需要进行搅拌、混合。 混凝剂药液浓度和混凝剂的水解物种有密切的关系，根据使用液态硫酸铝( 约 含5 0 硫酸铝) 进行稀释1 0 倍、2 0 倍、4 0 倍和8 0 倍的试验得出，当其它混凝条 件完全一样时，稀释8 0 倍的效果远较其他稀释倍数溶液的效果为佳【2 2 】。这就提 出了一个值得深入研究的课题，在本文我们不作进一步的讨论；只是提出这是配 液投加系统应适当考虑的问题。 4 重庆大学硕士学位论文2 配液系统现状 2 2 配液系统的组成 以图2 2 配液系统工艺流程图为例。 图2 2 配液系统工艺流程图 f i g 2 2 t h et e c h n i c sf l o wc h a r to fc o a g u l a n tc o n f e c t i n gs y s t e m l - 药剂：2 - 搅拌设备；3 一自来水：4 - n 液：5 一溶药池( 原液池) 6 - 溶液池 图中可以看出配液系统由设施部分的溶药池、溶液池，设备部分的原药剂投 加设备、药液投加设备、自用水投加设备、搅拌设备及计量设备组成。实现配液 系统的溶解和配制功能。 溶解功能的实现方式往往决定于水厂规模和混凝剂品种。大、中型水厂通常 建造混凝土溶解池并配以搅拌装置。搅拌是为了加速药剂溶解。搅拌装置有机械 搅拌、压缩空气搅拌及水力搅拌等，其中机械搅拌用得较多；它是以电动机驱动 桨板或涡轮搅动溶液。压缩空气搅拌常用于大型水厂；它是向溶解池内通入压缩 空气进行搅拌，优点是没有与溶液直接接触的机械设备，使用维修方便，但与机 械搅拌相比，动力消耗较大，溶解速度稍慢：压缩空气最好来自水厂附近其它工 厂的气源，否则需要专设压缩空气机或鼓风机。用水泵自溶解池抽水再送回溶解 池，是一种水力搅拌。水力搅拌也可用水厂二级泵站高压水冲动药剂，此方法一 般仅用于中、小型水厂和易溶混凝剂。溶解池、搅拌设备及管配件等，均应有防 腐措施或采用防腐材料。 溶解池容积w ，按下式计算： w m = ( 0 2 o 3 ) w 2 式中w 2 位溶液池容积。 重庆大学硕士学位论文2 配液系统现状 溶液池是配制一定浓度溶液的设施。通常用耐腐泵或射流泵将溶解池内的浓 药液送入溶液池，同时用自来水稀释到所需浓度以备投加。 2 1 4 】【5 溶液池容积按 下式计算： 2 = 2 4 x 1 0 0 a qa q 1 0 0 0 x1 u u u c 以4 1 7 c n 式中w 2 一溶液池容积，m 3 ； q 一处理的水量，m 3 h ； a 混凝剂最大投加量，i r 【l ； c 溶液浓度， n 每日配制溶液次数，一般为2 6 次。 2 3 小结 在给水处理厂混凝剂药液配投系统中，配液系统工艺流程基本固定，近年来 主要是应用新的自动化控制技术和计量设备实现配液系统的自动控制。 重庆大学硕士学位论文3 投加系统现状 3 投加系统现状 我国由于地域辽阔，自然气候差异很大，南北、东西经济发展不平衡，自来 水公司作为公用事业企业，与当地的经济发展有着紧密的联系，经济发达的地区 对自来水水质要求较高，对自来水投入也较大，因此该地区自来水公司的技术水 平较其它地区的自来水公司要高：经济不发达地区对水质要求相对低一些，投入 和技术进步相对就落后一些。投药系统作为自来水厂重要、技术含量高的一个系 统，在我国不同地区就很不一样。发达国家由于水资源保护工作成效显著，原水 水质条件比较好，自来水生产过程控制难度很小，再加上技术和资金的优势，使 得自来水水质的稳定性明显优于我们的自来水；相应它的投药系统就有自己的特 色。下面就国内外自来水厂投加系统的现状进行分析。 混凝剂投加系统主要包括投加计量设备、投加注入设备。根据不同投药方式 或投药设备控制系统，所用设备也有所不同。 3 1 投加注入方法 投加方法根据投加点的不同条件，一般分为重力投加与压力投加等两种方法。 3 1 1 重力投加法 依靠重力作用把混凝剂药液加入的投药方法称为重力投加法。 卜管 ，r 。l ih 、1 二上 图3 1 泵前投加 f i g 3 1a d d i n gc o a g u l a n tb e f o r ep u m p 一溶解池：2 一提升泵：3 一溶液池；4 _ 一亘位箱；5 一浮球阀；6 一投药苗嘴 7 一水封箱i8 一吸水管：卜水泵；1 卜压水管 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 泵前投加重力投加法用在泵前混合时如图3 1 所示，药液投加在水泵吸 水管或吸水喇叭口处。这种投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近 者。图中水封箱是为防止空气进入而设的。 泵后投加也采用高位溶液池实施重力投加。当取水泵房距水厂较远者， 应建造高架溶液池利用重力将药液投入水泵压水管上，见图3 2 。或者投加在混合 池入口处。这种投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。 图3 2 高位溶液池重力投加 f i g 3 2g r a v i t a t i o nc o a g u l a n ta d d i t i o nf r o mp e r c hl i q u o rp o o l 1 一溶解池：2 一溶液池：3 一提升泵；4 一水封箱；5 - - 浮球阀；6 一流量计 7 一调节阀；8 - - 压水管 3 1 2 压力投加法 通常采用水射器在水泵出水压力管处压力投加的投药方法称压力投加法。有 的水厂采用耐酸泵或计量泵投药，也是压力投加法。 水射器投加利用高压水通过水射器喷嘴和喉管之间真空抽吸作用将药 液吸入，同时随水的余压注入原水管中，见图3 _ 3 。这种投加方式设备简单，使用 方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，且易磨损。 8 重庆大学硕士学位论文3 投加系统现状 喜辱厂口l - _ - - - _ - 图3 3 水射器投加 f i g 3 3c o a g u l a n ta d d i t i o nw i t he j e c t o r 1 一溶液池；2 一投药箱：3 一漏斗：4 一水射器；5 一压水管；6 一高压水管 水射器工作原理是利用压力水通过喷嘴和喉管产生吸力，将药液吸入，然后 压力水带同药液注入水泵出水管中或输送到加药点。水射器构造见图3 - - 4 。水射 器的喷嘴、喉管进i z l 及扩散管内径加工要精细，安装时须同心，严防漏气，并应 水平安装，不可将喷口向下。 压力水q l - 7 - , 混合液体口3 图3 4 水射器结构幽 f i g 3 4 t h ec o n f i g u r a t i o nm a po f e j e c t o r i 一压力水入口；2 一吸八室：3 一吸入口：4 一喷嘴；5 喉管：6 一扩散管：7 一排放口 9 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 泵投加泵投加有两种方式：一是采用计量泵( 柱塞泵或隔膜泵) ，一是 采用离心泵配上流量计。采用计量泵不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通 过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，适合用于混凝剂自动控制系统。图 3 5 为计量泵投加示意。图3 6 为药液注入管道方式，这样有利于药剂与水的混合。 图3 5 计量泵投加 f i g 3 5 c o a g u l a n ta d d i t i o nw i t hm e a s u r i n gp u m p 1 一溶液池；2 一计量泵；3 一压力管 水流方向 ，图3 6 药剂注入管道方式 f i g 3 6 am o d eo f a d d i n gc o a g u l a n ti n t op i p e 3 2 投加计量方式 药液投入原水中必须有计量或定量设备，并能随时调节。计量设备多种多样， o 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 应根据具体情况选用。计量设备有：流量计，水力学原理计量( 孔i e l 、浮杯等) ， 计量泵等。 3 2 1 水力学原理计量方式 国内利用水力学原理进行计量的水厂绝大多数是中小水厂以手动的方式实 施。国外有水厂采用这种方式，但目前介绍这方面的文章不多。总的来说这种方 式现在不是主流，特别是新建水厂基本不采用。但这种方法以前相当流行。 孔口式计量设备 孔口式计量设备的工作原理是将配制好的一定浓度的溶液通过浮球阀进入恒 位箱，恒位箱借浮球阀的作用维持箱中稳定的水位，使苗嘴或孔板在稳定的水头 下维持稳定的投加量。改变加药量是通过改变苗嘴和孔板断面来调整。其构造见 图3 7 、图3 8 。 1 兰睾车j 掣：j 浮球阀 二二一i _ 丌 ；二二j ； i i 剖面 平面 图3 7 茵嘴计量示意图 f i g 3 7 t h es k e t c hm a pf o rm e a s u r i n gb yn i b 口 一 一 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 b 碰兰 臣兰l 塑j 图3 8 苗嘴和孔板结构图 f i g 3 8 t h ec o n f i g u r a t i o nm a pf o rn i ba n dh o l b o a r d 苗嘴和孔板的直径规格有多种，各种规格的苗嘴和孔板在相应的水头下相应 的流量应事先测定，使用时根据需要的投药量加以调换。苗嘴口径与流量对照表 见表3 1 。 表3 1苗嘴口径与流量对照表 t a b l e 3 1t h ec o m p a r a t i v e l yt a b l eb e t w e e nn i b - e a l i b e ra n df l u x d ( m m ) o 60 81 o1 21 51 72 o2 22 5 ( m l s ) o 7 1 3 1 62 3 3 54 56 48 01 0 6 0 ( l h ) 2 5 24 6 85 ，7 68 2 81 9 61 6 22 3 0 42 8 83 8 1 6 d ( m m ) 2 73 o 3 54 0 4 55 ，05 56 06 5 ( m l s ) 1 2 21 5 02 1 32 8 ，63 3 74 1 o4 7 55 7 0 6 7 o ( l h ) 4 3 9 25 47 6 6 81 0 2 9 61 2 1 3 21 4 7 6 1 7 1 0 2 0 5 22 4 1 2 注：1 表中所列数据根据$ 3 4 6 国家标准图； 2 本表为水头在3 0 c m 时实测流量，使用时应在现场核准。 浮杯式计量 浮杯浮在溶液箱的液面上，它的作用是让随着液面的升降而升降，使杯底连 接的短管位置始终与液面保持一个固定的水头，这样在一定出流孔径下，输出药 液的流量也就固定不变了。如果变更流量只要变换出流孔径就可以了。加药浮杯 的构造见图3 9 。 2 1 _ _ 重庆大学硕士学位论文3 投加系统现状 加注 图3 9浮杯计量系统结构图 f i g 3 9 t h ec o n f i g u r a t i o nm a pf o rm e a s u r i n gs y s t e mb yf l o a t i n g - c a l i x 浮杯有孔塞式、锥杆式、淹没式等等。孔塞式浮杯构造见图3 1 0 。淹没式浮 杯构造见图3 1 l 。孔塞式浮杯孔径与流量关系见表3 2 。淹没式浮杯孔径与流量关 系见表3 - 3 。 图3 1 0 孔塞式浮杯结构幽 f i g3 l0t h ec o n f i g u r a t i o nm a pf o rh o l e - s t u f f - f l o a t i n g - - c a l i x 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 c 滑可7 浮块 图3 1 1 淹没式浮杯结构图 f i g 3 1i t h ec o n f i g u r a t i o nm a pf o rs u b m e r g e - f l o a t - c u p 表3 2 孔塞式浮杯孔径与流量关系表 t a b l e 3 2t h ec o n n e c t i o nt a b l eb e t w e e nh o l e - s t u f f - f l o a t i n g - c a l i xa n df l u x 流量 q 孔号孔径d ( m m ) m l sl | l 1 1 0 0 6 62 3 8 21 51 4 95 3 6 32 02 6 4 9 5 0 42 54 1 21 4 8 3 53 o5 9 42 1 3 8 64 o1 0 5 53 7 9 8 76 02 3 7 48 5 4 6 88 04 2 2 01 5 1 9 2 注：1 表中所列数据根据$ 3 4 6 国家标准图； 2 上述流量为液位筹h = l o c m 时孔径与流量关系，实际流量廊在现场校正。 4 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 表3 3 淹没式浮杯孔径与流量关系表 流量 q 孔号 孔径d ( m m ) r o l l sl ，h 1 2 o 1 4 5 0 4 23 o3 21 1 5 2 34 05 72 0 5 2 45 09 o3 2 4 0 56 01 2 94 6 4 4 67 o1 7 56 3 o 78 o2 2 98 2 4 4 8902 9 o1 0 4 4 0 9l o 03 5 81 2 8 8 8 1 01 1 04 3 31 5 58 8 注：1 表中所列数据根据$ 3 4 6 国家标准幽： 2 上述流量为液位差h = 3 c m 时孔径与流鼙关系，实际流量麻往现场校止。 3 1 4 1 1 5 3 2 2 计量泵方式 计量泵目前国内外普遍采用的一种药液投加方式，它既可以作为混凝剂溶液 的提升设备，又可以作为混凝剂的计量设备。 它的计量原理是：计量泵的活塞在活塞腔运动时，将活塞腔的液体输送到投 加点，由于活塞腔的体积v 是一个定值，计量泵的频率f 是一个系统输出值，计 量泵的行程l 是一个给定值，因而我们可以计算出混凝剂溶液的流量q ： q = f l v 式中 o 一混凝剂流量l s l 一活塞行程的百分比 f - 活塞运行的频率l s 通过计量泵计量的优点是：一方面是将计量泵和投加两种设备结合在一起减 少设备数量。另一方由于面计量泵频率是系统的输出值，活塞缸体积和活塞的行 程都是给定植，因而就有可能实现系统借助于p l c 自动计算混凝剂溶液的投加量。 另外系统可以通过p l c 输出的信号，控制计量泵频率，实现改变混凝剂加量的目 的。 通过计量泵计量的缺点：一方面计量泵价格昂贵，维修成本高。另一方面设 备t 作环境要求高，如与计量泵配套的变频器对电源质量及环境温度要求高。由 重庆大学硕士学位论文 3 投加系统现状 于我国许多地方的电源质量不好，导致变频器故障较高，条件许可的水厂往往为 计量泵和变频器配备稳压电源，这大大增加采用系统的成本。 3 2 3 流量计计量 目前国内有水厂采用流量计方式进行计。用在投药系统的流量计主要是电磁 流量计，它是利用电磁感应定律制成的流量计，当混凝剂溶液( 具有导电性能) 以一定的速度v 通过磁场，作切割磁力线运动，感应电动势的大小与流体速度和 磁力线密度成正比，即： e = bv d 而液体流量q = n d 2v 4 ，因此 q = 0 2 5n e d b 式中q 液体流量( m 3 s ) e 一感应电动势( v ) d 一一管径 ( r r l ) b 磁场强度( t ) 所以在磁场强度和管径一定的情况下，液体的流量与液体通过流量计时产生 的感应电动势成正比。 利用电磁流量计计量的优点：一方面体积小，安装简单。另一方面结构简单， 工作可靠。另外输出的电流信号与流量成线性关系，有利于计量。 利用流量计计量的缺点：安装条件要求高。一方面要避免太阳直射，另一方 面流量计上游要有5 倍流量计直径的直管段。另外其周围不应该有大功率电器设 备。与计量泵相比它不具备自身调节流量的功能，只有与其它设备( 例如调节阀) 组合使用，才能实现调节流量的功能。 6 重庆大学硕士学位论文4 自动配液系统 4 自动配液系统 配液系统的作用就是完成需要浓度的混凝剂药液的配兑；配液系统自动化的 目的是使配兑需要浓度的混凝剂药液自动实现；本章不涉及需要浓度如何确定的 问题。通过对混凝剂配液系统的分析，结合水厂的实践，现阶段建立自动的混凝 剂配液系统是可行的。 4 1 水处理厂自动配液系统简介 这里以药剂为装在高于溶液池的原药储液罐的不需专门溶解的液体为例，进 行具体的分析。自动配液系统工艺流程图见图4 ，1 。 一1 - - - - - _ _ 图4i 自动配液系统t 艺流程图 f i g 4 1 t h et e c h n i c sf l o wc h a r to fa u t o m a t i cc o a g u l a n td i l u t i o ns y s t e m 1 一原液贮液罐；2 原液流量计；3 原液电动阀：4 搅拌设备；5 - 液位仪；6 - 配水电动阀 7 白剧水；8 一溶液池；9 出药管 自动配液系统出设施部分的原液贮液罐、溶液池及附属管线：设备部分的搅 拌设备、原液电动阀、配水电动阀；仪表部分的原液流量计、液位仪；加上处于 中心地位的对仪表反馈值进行处理和对设备实现控制的电器自动控制部分组成。 实现配液系统的自动配制功能。 对自动配液系统进行分析，搅拌设备、电动阀结构简单，价格较低，维护维 修简单方便，生产运行的实际使用中无论对于大、中型水j 还是小型水厂都己经 重庆大学硕士学位论文4 自动配液系统 不是问题。用于原液计量的原液流量计和主要用于药液配兑配水计量的液位仪尚 存在一些问题，下面我们进一步进行分析。 4 2 中小型水处理厂配液系统 对药液的计量和对自用水的计量而言，对药液的计量精度和安全可靠性要求 较高，对自用水的计量则相对粗放一些。当然，从现实运行使用和维护维修的角 度看，中小水厂特别是小型水厂无论是流量计还是液位仪都存在技水上的问题， 但相对突出的是流量计的问题，所以这里主要讨论流量计计量的问题。 4 2 1 流量计计量 我国的自来水厂的自动配液系统一般均采用流量计实现对原药的计量，e l 前 可供选择的国产流量计从技术实现上能满足要求。在图4 2 原液计量控制原理图 中，系统要取得一定量的原液是通过对原液流量计反馈值的处理实施对原液电动 阀的控制实现的。 图4 2原液计量控制原理图 f i g 4 2 t h ee l e m e n t sc h a r to f c o n t r o lf o rp a c m e t e r i n g 图上我们看到在电动阀可靠度高的情况下系统可靠与否的关键就是流量计是 否能长期有效的运行，自来水生产的特殊性又要求在生产运行中必须确保的流量 计的可靠准确。如此，就要求水厂具备确保的能力，也就是要有有效的手段，一 是要有专门的技术人员，二是要有必要的工具和备件，三是要有可行的管理维护 制度。这几条对中小水厂特别是对小型水厂来说，就成为其采用自动化技术实现 配液控制的障碍 4 2 - 2 专用计量装置 针对流量计计量存在的问题，我们提出用专用计量装置实现原液计量的方案。 重庆大学硕士学位论文4 自动配液系统 卜一f - f 一、_ 1 劁4 3 专i u _ 计量装置原液计量r 艺示意图 f i g 43 t h et e c h n i c ss k e t c hm a pf o rp a c m e t e r i n g b ye x p e r t - m e t e r i n g - e q u i p m e n t 1 液贮液罐；2 原液电动阀；3 液何开关；4 争用计餐设备；5 溶液池 专用计量装置用电动阀和液位开关的组合实现原液的精确计量，其中电动阀 合液位开关都是水厂长期使用安全可靠性很高的设备，其相对繁琐的组合恰恰在 使用自控系统实现时充分发挥了自动化的优点，有效地克服了这种方式繁琐的缺 点，使之成为成熟的解决方案。这种方案针对流量计计量的局限，使自动配液系 统成为中小水厂可方便采用的成熟方案。 4 3 大中型水处理厂配液系统 4 3 1 流量计计量 对于大中型水处理厂而言，由于其本身具有相当的技术实力，采用流量计计 量的方式是可行的。 4 2 2 专用计量装置 同样专用计量装置在大中型水厂中也可被采用。 4 4 小结 通过以上分析，采用流量计计量在技术力量较强的水厂没有什么问题，在中 小水厂特别是没有专门计量技术人员的小水厂存在一些具体问题。采用专用计量 装置的方式实现原液计量适用于大、中、小型水厂，这种方法和自动化技术的结 合使得配液系统的安全可靠性很大提高，设备管理和维修维护更为简单；在实际 生产中配液系统完全实现无人值守没有任何问题，其专用计量装置己申请国家专 利，具有广泛的推广价值。 9 重庆人学硕士学位论文5 白动投加系统 5 自动投加系统 我们这里讨论的投加系统的作用是将已配好的混凝剂药液按系统需要的量投 送到投加点。投加系统自动化的目的是使混凝剂药液的投送自动实现