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蔡永1 ,钟诚2   杨胜2
（1．内江发电总厂白马电厂，四川内江，641005；2.四川电力试验研究院，四川成都，610072）

摘要：浊度涨落技术是继流动电流后第三代澄清池加药控制技术，它不但可准确控制加药同时也可实现自动排污。本文介绍了该技术在我厂的应用情况。
关键词：浊度涨落   澄清池   控制       应用
1．前言
火电厂原水预处理在整个电厂中至关重要。长期以来电厂原水预处理水质较差，原设计的原水预处理工艺已不能满足生产要求，导致出水浊度和有机物严重超标 ，严重影响除盐及冷却水处理，主要表现为树脂污染严重、酸、碱耗偏高、运行周期缩短、热力系统腐蚀严重等。而导致原水预处理水质较差的原因，主要在于水处理剂、加药和排泥控制。
  水处理混凝投药目前普遍采用连续加药形式，为根据水自变化而进行适当调整。混凝在线投药监控系统，可以在实际最佳投药量的意义上控制混凝剂的投加，从而达到以最少的药剂消耗获得最理想的出水水质效果 。
目前，澄清池排泥的自动控制还没有较完善的方法，澄清池排泥均采用人工排泥，则不仅增加了操作工人的劳动强度，而且由于责任心和工作经验等因素，很难保证出水质量，同时还会造成水资源的浪费。特别在夏季原水进水浊度大，泥渣层形成快，排泥周期短，致使人工排泥强度大，经常因为排泥不及时而使出水水质不合格。自动排泥装置将准确控制泥渣层的厚度，使其保持一定的活性。随着计算机技术和传感器技术的发展，火力发电机组的自动化水平将越来越高，化学过程的程序化、智能化处理技术的水平将决定机组能否具有自、启、停的功能。而目前水处理自动化的水平很低，因此混凝在线投药监控系统与自动排泥装置的研制，对保证出水质量、降低药耗，从而降低制水成本、减轻操作工人的劳动强度、提高水厂的管理水平等方面具有重大意义。
内江发电总厂原水取自沱江，由于取水口上游受到严重工业污染，致使电厂取水水质很差，主要表现为有机物含量变化大、种类多、色度大；随季节浊度变化大；是较难处理的内河水。长期以来，原水预处理水平不高，自动化程度低是内江发电总厂生产中的一突出问题。
因此，为有效提高原水预处理设备水平，保证除碳器、离子交换树脂等后续水处理设备及材料的正常运行，提高澄清池除浊和除有机物能力，达到GBT12145-1999澄清池要求出水＜5.0NTU，进行#4澄清池的自动加药和自动排污改造。
2.目前常用澄清池加药控制方法
2.1重力式连续滴加法  
首先将净水剂配制成一定浓度，然后通过输送泵将稀释好的净水剂打入澄清池顶部的高位药箱中，通过调节高位药箱底部的放药管的开度，依靠重力向澄清池的第一反应室滴加药液。该法主要缺点是药剂量很难控制、药液与原水不能进行充分混合，同时对原水水质变化适应性差。改造前我厂就是采用此法。
2.2数学模型法
该法由于对原水水质变化适应性差，现在已很少使用。
2.3流动电流絮凝控制法
絮凝理论认为，向水中投加无机盐类絮凝剂或无机高分子絮凝剂的主要作用，在于使胶体脱稳。工艺一定时，调节絮凝剂加药量，可以改变胶体的脱稳程度。通过测定流动电流可以反映水中胶体的脱稳程度，从而达到控制加药的目的。由于流动电流的大小反映的是药剂对微粒所带电荷的中和程度，所以不适用于以"架桥"为作用机理的高分子絮凝剂投加情况，也不能全面反映水力混合条件对絮凝效果的影响。同时该法还存在测定滞后时间长、稳定性差、电极容易污染、维护量大等缺点。
2.4浊度涨落控制法
水样中的微粒由于布朗运动会随时进入或离开该体积的范围，从而引起该体积范围内微粒数目的随机涨落。这种随机涨落的原因不仅仅在于布朗运动，还因为在任何水体中，即使混合良好，各处的微粒浓度也存在随机分布，也不可能完全一致。通过在线测定连续流过样品池的水样浊度，就会得动浊度的随机涨落，作为输出信号实际是电位涨落。按照Poisson分布，则有：

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式中 Vrms-----电位涨落部分的均方根值；
V--------平均输出电位；
NT--------各种粒度微粒的总粒数浓度；
a--------微粒半径；
f(a)-----粒径分布函数；
Q(a)-----微粒的散射系数。
   可以看出，Vrms/ V比值会随着微粒半径的增大而增大。由于絮凝法实际是改变微粒尺度的方法，因此可以通过对Vrms/V比值（浊度的随机涨落）的监测来实现对絮凝投药量的控制。
       由于Vrms/ V比值可直接反映微粒的粒度，所以浊度涨落无论对"电中和"为作用机理的水解金属盐类絮凝剂，还是对以"架桥"为作用的高分子絮凝剂均可适用。该法既可反映投药量的适宜程度，又可代表混合条件的优劣。
3.目前常用澄清池排污控制方法
3.1   澄清池排泥大多采用人工排泥，这不仅增加了操作工人的劳动强度，而且由于责任心和工作经验等因素，很难保证出水质量，同时还会造成水资源的浪费。特别在夏季，原水进水浊度大，泥渣层形成快，排泥周期短，致使人工排泥强度大，经常因为排泥不及时而使出水水质不合格。
3.2 自动排泥装置能准确控制泥渣层的厚度，使其保持一定的活性，能确保以最少的药剂消耗获得最理想的出水水质效果。
因此拟定浊度涨落法控制澄清池加药和控制泥渣层厚度控制排污。
4.项目实施
4.1通过微电脑全自动絮凝测定仪测定厂用絮凝剂加药量对不同厂用原水处理效果，根据试验结果建立浊度涨落的控制模型。
4.2通过澄清池动态模拟试验台对建立浊度涨落模型进行校核试验，同时进行泥渣层厚度与进水浊度、出水浊度及加药量的相关性试验，建立排污控制模型。

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图1.排污周期与进水浊度关系

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图2.泵的流量与浊度关系
4.3进水在线浊度仪的选择。要求进水浊度仪测定范围大（0～9999NTU），抗污染能力强，响应快，准确偏移小。从收资结果，目前国产没有能达到要求的，国外也只有HACI和E+H两家公司能满足要求，通过综合比较（特别是电极抗污染能力），选择了美国E+H公司的CUM223/225   CUS 41在线进水浊度仪。
4.4出水在线浊度仪的选择。出水在线浊度仪国内外生产厂家较多。通过从性能、使用寿命和维护等方面的比较，选择了意大利LOBRT在线浊度仪。
4.5计量泵的选择。通过从性能、使用寿命和维护等方面的比较，选择了美国MILTON ROY GM0330计量泵两台。
4.6为了使絮凝剂与原水充分混合，将原加药点改到澄清池进水阀门之前，在进水管上安装了管道混合器。
4.7整套控制装置采用了西门子公司的控制设备和程序，并由西门子公司完成组态工作。
4.8在4＃澄清池侧排母管后安装了电动碟阀。
4.9在值班室安装了澄清池自动控制装置柜一台，工控机一套。便于运行人员操作和监控。
5.   自动控制系统设计
5.1   自动加药控制原理
工作原理是原水流量变送仪输出模拟电流信号，根据原水流量和进水水质自动控制加药量。同时根据出水浊度调节加药量，即通过浊度偏差的数学模式，以电流信号驱动调节阀，改变混凝剂加药量。自动加药控制系统由PLC、变频器和仪表等组成。在进出水口设浊度传感器，将进水浊度信号实时传送控制器，经控制器按设定最佳加药量数学模式计算后，输出电压信号控制变频器输出频率，从而控制加药计量泵转速，并使加药量处于最佳值。自动加药系统带有485接口，把系统运行状态、加药量、浊度值等数据传输至上位机。自动加药系统设置操作显示界面。
5.2控制系统的组成
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                                                         系统组成框图
该系统是较典型的集散式上、下两级控制的智能化监控系统。整个控制系统分解成两个相对独立的子系统。系统设上位机，上位机通过通讯总线联结各子系统。上位机可实时监控各单元工作状况；对运行过程状态、数据进行记录、存贮；将记录的数据编制成各种统计报表、报告。上位机系统由工控机主机增设485通讯接口转换模块及显示器组成。主要功能为：
(1)设置能够直观、清晰的显示系统运行流程及各设备状态的界面，实时监控各单元工作状态。
(2)采集、记录、存贮水处理及各设备运行状况，如，进出口水浊度实时监控。
(3)将记录存贮数据统计、编辑、整理所需报告、报表。
5.3 界面操作
系统有一个主系统和两个分系统（加药系统和排污系统），在主系统中单击设备均可看到该设备的当前参数。若双击设备，即可进入分系统。要进入分系统也可通过主系统的菜单来选择。主系统中点击泵，可控制泵的当前状态，即：启动、停止。有手动、自动切换。若选择自动，则全部为自动，若选择手动，则可以单独对设备进行控制。单击进出口水浊度仪，可看到当前仪表的曲线图。电动排污阀有开到位、关到位、打开中或关闭中几种状态，并且有文字提示。点击电动排污阀，可控制当前阀门的状态，即：启动、停止。可对进出口水浊度历史数据进行查询，输入时间，可查询到该时间段的历史数据。历史数据查询可通过点击菜单进入，可对报警记录进行查询。报警记录查询可通过点击菜单进入。
6.系统投运及效果对比：
表1.改造前现场记录

               根据改造前后数据分析表明，改造后澄清池出水浊度小于3.0NTU，符合GBT12145-1999的要求，同时改造后对有机物去除能力大大提高。
7.结论
7.1利用浊度涨落原理控制澄清池自动加药和排污，从近半年的运行结果表明，具有运行稳定性、可靠性高、操作简便和运行维护少的优点，能够实现无人值班。
7.2澄清池出水浊度可保持小于3.0 NTU,有机物去除率可达到50％左右。控制参数的修改可直接在上位机实现，操作简便。
7.3可节省滤池反冲洗水量，减少药剂投加量，大大降低了运行费用和制水成本。
总之，这项技术具有处理效率高，水质好，投资省，制水成本低等特点，值得推广应用。