文_王欣 楊佳椿 北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所

常規(guī)的給水處理廠凈水工藝由預(yù)處理、混凝沉淀、過濾、消毒等工藝組成。在沉淀工藝中，水體中大的懸浮物和膠體顆粒一般可以借助于重力自行下沉，從水體中去除掉，而水體中粒徑較小的懸浮物和膠體顆粒，很難從污水中分離出來。采用混凝方法去除懸浮物和膠體物質(zhì)，可有效去除水中微生物、病原菌和病毒，同時(shí)去除污水中的乳化油、色度、重金屬離子及其他一些污染物。因此，在沉淀工藝前需要投加一定量的混凝劑藥液，破壞細(xì)小顆粒的穩(wěn)定性，才能將其從水體中去除。

污水經(jīng)過一級處理（預(yù)處理）、二級處理（生物化學(xué)處理）、混凝沉淀處理之后，可獲得以下水質(zhì)：SS≤7mg/L，BOD5≤10mg/L，NH3-N≤15-30mg/L，TP-P≤0.5mg/L。

1 加藥系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)污水經(jīng)過生化二級處理后，出水仍不能滿足受納水體的排放要求時(shí)，為提高水資源的利用率，需要進(jìn)一步降低出水中的COD、BOD5、SS等污染物指標(biāo)。國內(nèi)污水處理廠投藥系統(tǒng)一般是憑借制水工人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行混凝劑投加，很難保證水質(zhì)安全。我國大部分水處理工藝仍然由人工操作控制配投設(shè)備，難以根據(jù)工藝要求及時(shí)準(zhǔn)確地控制投加量。

向水中投加一定量的混凝劑，是由藥液配投系統(tǒng)（也稱加藥系統(tǒng)）來實(shí)現(xiàn)的，藥液配投系統(tǒng)就是將混凝過程需要的混凝劑送到混凝池投加點(diǎn)，多數(shù)水質(zhì)事故都與混凝效果不好有關(guān)，并且投藥系統(tǒng)不能及時(shí)、準(zhǔn)確地將混凝過程需要的混凝劑送到混凝池。加藥系統(tǒng)可以充分應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，解決目前混凝劑藥液配投系統(tǒng)存在的各種問題。因此，研究加藥系統(tǒng)及其自動(dòng)控制技術(shù)非常重要。

2 加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

圖1 兩個(gè)平行放置的藥桶的加藥流1程圖

圖2 兩個(gè)平行放置的藥筒的加藥流2程圖

圖3 兩個(gè)高低放置的藥筒的加藥流程圖

目前用得較多的是濕投法，即先把藥劑溶解并配制成一定濃度的溶液后，再投入被處理的水中。濕法投加的優(yōu)點(diǎn)是藥液易與原水充分混合，不易阻塞入口，投加量易于調(diào)節(jié)。

在濕投法系統(tǒng)中，配制藥品包括溶解和配成投加兩個(gè)過程：首先通過溶解池將固體藥劑溶解成濃藥液，然后通過耐腐蝕泵將濃藥液送入溶液池。下面就三種形式的加藥系統(tǒng)進(jìn)行對比分析。

2.1 并行交替使用的加藥系統(tǒng)

以常用的混凝劑PAC為例，加藥系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)相同高度的藥桶，如圖1所示。每個(gè)藥桶配有獨(dú)立的攪拌機(jī)及對應(yīng)的低液位報(bào)警儀。藥桶①、藥桶②由人工加入一定比例的PAC粉末和自來水，配制成濃度為5%的混凝劑，當(dāng)1號液位報(bào)警儀、2號液位報(bào)警儀分別處于非液位低時(shí)，1號攪拌機(jī)、2號攪拌機(jī)啟動(dòng)，攪拌0.5h后電磁閥a或電磁閥b自動(dòng)開啟，當(dāng)任意一個(gè)電磁閥開啟后即啟動(dòng)計(jì)量泵，將藥桶①或者藥桶②攪拌好的混凝劑輸送至加藥點(diǎn)，藥桶①和藥桶②交替使用。當(dāng)液位報(bào)警儀達(dá)到低液位時(shí)，系統(tǒng)停止工作并發(fā)出蜂鳴報(bào)警，任一攪拌機(jī)連續(xù)工作3h后，自動(dòng)關(guān)閉。值班人員在藥桶①、藥桶②交替工作期間要及時(shí)向藥桶①或藥桶②加入一定比例的PAC粉末與自來水。

2.2 并行單一使用的加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)相同高度的藥桶，如圖2所示。每個(gè)藥桶都配制有獨(dú)立的攪拌機(jī)和對應(yīng)的液位報(bào)警儀。藥桶①、藥桶②先由人工加入PAC粉末，控制系統(tǒng)自動(dòng)注入一定量的自來水。當(dāng)1號低液位報(bào)警儀、2號低液位報(bào)警儀達(dá)到非低液位時(shí)，1號攪拌機(jī)、2號攪拌機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，按照設(shè)定的攪拌時(shí)間（0.5h）溶解固體原藥，配制成濃度為5%的混凝劑。0.5h后藥物溶解，電磁閥a自動(dòng)開啟，繼而計(jì)量泵開啟，藥品即可輸送至加藥點(diǎn)。當(dāng)任一液位報(bào)警儀達(dá)到低液位時(shí)，系統(tǒng)停止工作并發(fā)出蜂鳴報(bào)警，任一攪拌機(jī)連續(xù)工作3h后，自動(dòng)關(guān)閉。值班人員在系統(tǒng)蜂鳴報(bào)警時(shí)要及時(shí)向藥桶①和藥桶②加入一定比例的PAC粉末且開機(jī)重新注入自來水。

2.3 串行放置的加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)設(shè)有一高一低兩個(gè)藥桶，如圖3所示。藥桶①配置有攪拌機(jī)和液位報(bào)警儀，藥桶②配有低液位報(bào)警儀，藥桶①由人工加入PAC粉末、注入一定量的自來水，配制成濃度約為5%的混凝劑。當(dāng)1號液位報(bào)警儀達(dá)到非低液位時(shí)，1號攪拌機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，藥品攪拌約0.5h之后，開啟電磁閥a，在重力作用下混凝劑流入藥桶②，在藥桶①混凝劑流盡1號液位報(bào)警儀低液位時(shí)電磁閥a關(guān)閉。當(dāng)2號液位報(bào)警儀達(dá)到非低液位時(shí)，計(jì)量泵自動(dòng)開啟，藥品即可輸送至加藥點(diǎn)。當(dāng)2號液位報(bào)警儀達(dá)到低液位時(shí)，計(jì)量泵停止工作。與此同時(shí)，人工重新向藥桶①加入PAC粉末，注入自來水。

圖5

圖6

3 加藥系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

加藥系統(tǒng)作為污水處理系統(tǒng)的一個(gè)功能系統(tǒng)，其自動(dòng)化程度的高低對污水處理系統(tǒng)的效率有著至關(guān)重要的影響。工業(yè)污水處理系統(tǒng)常用的控制器為PLC，小型污水處理系統(tǒng)常選用西門子200系列，大中型污水處理系統(tǒng)常選用西門子300或400系列，在此僅對比分析三種加藥系統(tǒng)的控制方案，對硬件系統(tǒng)不做說明。

3.1 方案一

對于方案一的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程如圖4。

采用卡諾圖的形式對計(jì)量泵的控制進(jìn)行分析，用a表示液位報(bào)警儀1，b表示攪拌機(jī)2，c表示液位報(bào)警儀3，d表示攪拌機(jī)4 ，e表示電磁閥a，f表示電磁閥b，計(jì)量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表1。

表1

3.2 方案二

對于方案二的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程圖如圖5。

采用卡諾圖的形式對計(jì)量泵的控制進(jìn)行分析，用a表示液位報(bào)警儀1，b表示攪拌機(jī)2，c表示液位報(bào)警儀3，d表示攪拌機(jī)4 ，e表示電磁閥a，計(jì)量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表2。

表2

3.3 方案三

對于方案三的加藥系統(tǒng)，其工藝過程對應(yīng)的控制方案流程圖如圖6。

采用卡諾圖的形式對計(jì)量泵的控制進(jìn)行分析，用a表示液位報(bào)警儀1，b表示攪拌機(jī)2，c表示電磁閥a，d表示液位報(bào)警儀3 ，計(jì)量泵輸出用Y表示，其卡諾圖（僅有效狀態(tài)）如表3。

表3

以上三種控制方案的卡諾圖不難看出后兩種的輸出條件唯一，有效輸出提高，所以從控制方案上講后兩種優(yōu)于第一種方案。

4 分析對比

三種加藥系統(tǒng)的優(yōu)劣勢分析如表4。

5 結(jié)論

本文討論了污水處理廠常用的三種混凝劑投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化控制方案，每種方案都有各自的優(yōu)勢。并行交替使用的加藥系統(tǒng)適用于中小型污水處理廠，且需要有專人值守。并行單一使用的加藥系統(tǒng)適用于日加藥量不大的處理系統(tǒng)，溶藥一次可以用于一階段加藥，簡單方便。串行放置的加藥系統(tǒng)適用于大型污水處理廠，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)加藥及全自動(dòng)化控制，故被大多數(shù)的污水處理廠所采用。

表4