給水處理系統(tǒng)控制技術(shù)

給水處理系統(tǒng)控制技術(shù)第一頁(yè)，共52頁(yè)。4.1混凝投藥單元控制技術(shù)4.1.1混凝與混凝控制

常規(guī)地表水處理工藝中，主要目標(biāo)為除濁。采用混凝、沉淀(或澄清)、過(guò)濾、消毒工藝?；炷Ч菏顾袦啙嵛镔|(zhì)聚結(jié)形成具有一定粒度及表面特性絮凝體，為沉淀或過(guò)濾去除創(chuàng)造良好條件。在一定工藝條件下，混凝效果由混凝劑投加情況決定。第二頁(yè)，共52頁(yè)。投藥混凝：水質(zhì)凈化最重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確投加混凝劑量是獲得良好混凝效果及經(jīng)濟(jì)效益最關(guān)鍵問(wèn)題?；炷刂疲褐饕腔炷齽┩都恿康目刂??；炷齽憾酁殇X鹽。（1）投加量：投加量過(guò)少，混凝效果不佳，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。投加量過(guò)多，鋁離子濃度過(guò)高會(huì)影響人體健康，并對(duì)水質(zhì)及輸水系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，應(yīng)防止混凝劑投加過(guò)量。（2）費(fèi)用：凈水藥劑費(fèi)是制水成本的第二大要素，混凝劑投加量直接影響到制水成本和水價(jià)。第三頁(yè)，共52頁(yè)?；炷齽┯昧坑绊懸蛩兀孩倩炷哪繕?biāo)：以沉淀水濁度值為依據(jù)。②處理構(gòu)筑物性能。凈水構(gòu)筑物性能不同，混凝劑需要量也有差別?；旌?、反應(yīng)、沉淀及過(guò)濾各工藝特性的差別都會(huì)對(duì)混凝劑需要量產(chǎn)生影響。③原水水質(zhì)。對(duì)藥耗有顯著影響。④混凝劑自身的特性。

第四頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.2混凝控制技術(shù)分類(lèi)

混凝控制：及時(shí)調(diào)整混凝劑投量，以適應(yīng)原水水質(zhì)、水量、混凝劑效能等因素變化，保證沉后水濁度達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。問(wèn)題：其一、對(duì)水質(zhì)、水量、藥劑性能等因素的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，要有適當(dāng)參數(shù)指標(biāo)來(lái)反映這些因素變化，稱(chēng)之為輸入?yún)?shù)；其二、混凝劑投量調(diào)整值稱(chēng)為輸出參數(shù)，已測(cè)得輸入?yún)?shù)的某種變化，輸出參數(shù)應(yīng)如何調(diào)整，即需要確定輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)的某種關(guān)聯(lián)。

第五頁(yè)，共52頁(yè)。

①按控制方式分類(lèi)：脫機(jī)控制：如經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)法、ζ電位法等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)的結(jié)果，再對(duì)投藥工況進(jìn)行間歇式的人工干預(yù)調(diào)整；在線(xiàn)控制：即各種自動(dòng)控制方法，根據(jù)對(duì)控制參數(shù)在線(xiàn)連續(xù)檢測(cè)的結(jié)果，控制系統(tǒng)對(duì)投藥量進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在線(xiàn)控制可分為：簡(jiǎn)單反饋控制、前饋控制、復(fù)合控制(前饋-反饋控制、串級(jí)控制)等多種控制方式。第六頁(yè)，共52頁(yè)。

②按檢測(cè)控制參數(shù)性質(zhì)分類(lèi)：模擬法：通過(guò)某種相似模擬關(guān)系確定投藥量，如燒杯試驗(yàn)法、模擬濾池法、模擬沉淀池法；水質(zhì)參數(shù)法：通過(guò)表觀水質(zhì)參數(shù)建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，做為控制投藥量依?jù)，如數(shù)學(xué)模型法等；特性參數(shù)法：利用混凝過(guò)程中某種微觀特性變化來(lái)作為投藥量的確定依據(jù)，如ζ電位法、膠體滴定法、流動(dòng)電流法等電荷控制方法，還包括熒光法、脈動(dòng)參數(shù)法、比表面積法等；效果評(píng)價(jià)法：以投藥混凝后宏觀觀察到的實(shí)際效果為調(diào)整投藥量的依據(jù)，包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)法、濁度測(cè)定法等。

第七頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.3幾種典型的混凝控制技術(shù)簡(jiǎn)介

4.1.3.1經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)法重要因素：操作人員的責(zé)任心和經(jīng)驗(yàn)4.1.3.2.燒杯試驗(yàn)法基礎(chǔ)：原型（生產(chǎn)凈水系統(tǒng)）與模型（燒杯）的相似性。4.1.3.3模擬濾池法基礎(chǔ)：原型（生產(chǎn)凈水系統(tǒng)）與模型（燒杯）的相似性。僅考慮了濾池與藥耗的關(guān)系第八頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.3.4數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法是以若干原水水質(zhì)、水量參數(shù)為變量，建立其與投藥量之間的相關(guān)函數(shù)，即數(shù)學(xué)模型。（1）數(shù)學(xué)模型的形式和建立（2）數(shù)學(xué)模型的改進(jìn)（3）數(shù)學(xué)模型法混凝控制系統(tǒng)（如圖）第九頁(yè)，共52頁(yè)。第十頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.3.5膠體電荷控制法①ζ電位法。②膠體滴定法。③流動(dòng)電流法。第十一頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4流動(dòng)電流混凝控制技術(shù)4.1.4.1流動(dòng)電流原理流動(dòng)電流是表征水中膠體雜質(zhì)表面電荷特性的一項(xiàng)重要參數(shù)。固液表面會(huì)形成雙電層結(jié)構(gòu)，有外力作用時(shí)，雙電層結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，在吸附層與擴(kuò)散層之間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，會(huì)出現(xiàn)ζ電位，產(chǎn)生一系列的電動(dòng)現(xiàn)象。流動(dòng)電位（流）即指在外力作用下，液體相對(duì)于固體表面流動(dòng)而產(chǎn)生電場(chǎng)的現(xiàn)象。第十二頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4.2流動(dòng)電流檢測(cè)器

流動(dòng)電流檢測(cè)器的設(shè)計(jì)原理第十三頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4.3流動(dòng)電流與混凝工藝相關(guān)性流動(dòng)電流與ζ電位的相關(guān)性第十四頁(yè)，共52頁(yè)。流動(dòng)電流與混凝劑投量的相關(guān)性第十五頁(yè)，共52頁(yè)。流動(dòng)電流與混凝效果的相關(guān)性第十六頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4.4流動(dòng)電流混凝控制工藝系統(tǒng)組成與特點(diǎn)

第十七頁(yè)，共52頁(yè)。以流動(dòng)電流為控制參數(shù)的反饋控制系統(tǒng)特點(diǎn)：①單因子控制。除流動(dòng)電流參數(shù)外，不再要求測(cè)定任何其他參數(shù)，各種水質(zhì)、水量、混凝劑特性等變化都反映在流動(dòng)電流因子的變化上。

②小滯后系統(tǒng)。檢測(cè)流動(dòng)電流的水樣取自加藥混合之后、進(jìn)入絮凝設(shè)備之前。從投藥到取樣的時(shí)間差一般只有幾十秒，至多1～2min。

③中間參數(shù)控制。決定混凝劑投量的最終指標(biāo)是水處理效果（沉后水濁度）。流動(dòng)電流設(shè)定值是通過(guò)相關(guān)關(guān)系間接反映了濁度要求，流動(dòng)電流因子是一個(gè)中間控制參數(shù)。

第十八頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4.5流動(dòng)電流混凝控制技術(shù)對(duì)混凝劑種類(lèi)的適用性

流動(dòng)電流與混凝工藝的相關(guān)性。混凝劑的特性是影響適用性的主要因素。

就混凝劑的品種而言，流動(dòng)電流混凝投藥控制技術(shù)對(duì)電解質(zhì)類(lèi)混凝劑是普遍適用的。生產(chǎn)中最常使用的鋁鹽和鐵鹽混凝劑就屬于這一情況。當(dāng)采用以吸附架橋作用為主的非電解質(zhì)類(lèi)高分子混凝劑時(shí)，流動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則波動(dòng)，該技術(shù)是不適用的。

第十九頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.4.6應(yīng)用實(shí)例（p221）第二十頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.5透光率脈動(dòng)混凝投藥控制技術(shù)4.1.5.1透光率脈動(dòng)檢測(cè)原理

透光率脈動(dòng)檢測(cè)器是一種在線(xiàn)光學(xué)檢測(cè)裝置。該儀器用透過(guò)流動(dòng)懸浮液的透過(guò)光強(qiáng)度的波動(dòng)狀態(tài)計(jì)算出絮凝體粒徑變化，靈敏度高、響應(yīng)迅速。無(wú)論使用何種混凝劑靠何種機(jī)理發(fā)生混凝，絮凝體粒徑的相對(duì)大小只要有所改變，該檢測(cè)器都可以準(zhǔn)確、靈敏地連續(xù)響應(yīng)。其采用比值算法，排除了沾污和電子漂移對(duì)檢測(cè)精度的影響，使儀器可以免維護(hù)。第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。（1）透光脈動(dòng)理論1）濃度的脈動(dòng)體積內(nèi)的平均顆粒數(shù)為v，則在該體積內(nèi)測(cè)到n個(gè)顆粒的概率第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。2）脈動(dòng)的檢測(cè)取樣體積越大，脈動(dòng)萬(wàn)分越小，越不容易檢測(cè)。第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。通過(guò)如下的裝置可以使檢測(cè)在實(shí)際中得以實(shí)施。在一個(gè)流過(guò)懸浮液的管形器皿兩側(cè)，分別放置光源和光接收器，如圖4．11所示，使光源的光線(xiàn)透射過(guò)懸浮液，照射到接收器上。如光路在懸浮液中的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，光束的有效截面積為A，則檢測(cè)到的水樣體積為AL，光束內(nèi)平均顆粒數(shù)為：

v＝NAL(4．16)式中N——單位體積中的顆粒數(shù)

光電檢測(cè)器的輸出信號(hào)由直流DC與非常小的脈動(dòng)AC(Vr)組成。分離出的脈動(dòng)信號(hào)Vr與DC的比值R是透光脈動(dòng)檢測(cè)的輸出值。作為相對(duì)量可排除檢測(cè)室沾污或電子漂移等因素的影響，是一項(xiàng)重要的特征參數(shù)。第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。（2）絮凝檢測(cè)儀基本組成和構(gòu)造絮凝檢測(cè)儀有幾種形式，一般的基本組成主要有兩個(gè)部分：傳感器和信號(hào)處理器。其中傳感器主要由光源、光電接收器和取樣管等組成；信號(hào)處理器主要由信號(hào)處理電路、信號(hào)顯示和輸出組成。第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。（3）檢測(cè)值R與水中絮粒粒徑的相關(guān)性

第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.5.2透光率脈動(dòng)混凝投藥控制技術(shù)在高濁度水處理中應(yīng)用(1)高濁度水的混凝特性一般濁度水：絮凝體形成過(guò)程較慢，滯后時(shí)間長(zhǎng)。高濁度水：絮凝過(guò)程迅速，只需數(shù)秒或數(shù)十秒時(shí)間即可完成。透光脈動(dòng)絮凝檢測(cè)裝置檢測(cè)絮凝情況并控制投藥量，可做為高濁度水絮凝控制方法。(2)確定高濁度水絮凝劑投加量的方法泥沙顆粒比表面積法數(shù)學(xué)模型法第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。1）絮凝劑投加量和透光脈動(dòng)值的關(guān)系(3)高濁度水絮凝過(guò)程與透光脈動(dòng)值的相關(guān)性第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。2）渾液面沉速與透光脈動(dòng)值的關(guān)系3）出水余濁和透光脈動(dòng)值的關(guān)系第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。(4)高濁水透光脈動(dòng)投藥控制系統(tǒng)工作過(guò)程P231控制方式自動(dòng)控制、手動(dòng)控制第三十頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.6絮體影像混凝投藥控制技術(shù)絮體影像混凝投藥控制技術(shù)：絮體大小、形狀可反映在絮體圖像上，分析絮體圖像可得到與沉淀水濁度相關(guān)性，來(lái)控制混凝劑投加量。第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.6.1視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)(1)常用檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成如上圖所示。(2)絮體分割完備分割(3)絮凝圖像噪聲的去除圖像處理技術(shù)4.1.6.2絮體沉降參數(shù)的確定絮體強(qiáng)度、等效直徑、等效密度、沉降速度4.1.6.3絮凝劑投加量控制以沉降速度方程計(jì)算所得實(shí)時(shí)值與設(shè)定最佳值之差，通過(guò)PID遞推運(yùn)算為絮凝劑投加量。4.1.6.4控制系統(tǒng)的硬件與軟件第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。4.1.7混凝投藥智能復(fù)合控制技術(shù)加藥過(guò)程控制最終目標(biāo)：對(duì)原水水質(zhì)、水量參數(shù)分析，在線(xiàn)改變投藥量，使出水滿(mǎn)足各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。通過(guò)不同控制方法或控制算法，建立起原水參數(shù)與投藥量之間關(guān)系。絮凝過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，其有多方面的復(fù)雜性，目前很難通過(guò)對(duì)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究，準(zhǔn)確建立過(guò)程數(shù)學(xué)模型。

第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。人工智能邏輯推理、啟發(fā)式知識(shí)、專(zhuān)家系統(tǒng)等可有效解決難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制問(wèn)題。應(yīng)用于非線(xiàn)性混凝投藥控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模和辨識(shí)可不受非線(xiàn)性模型類(lèi)型限制。在原有單因子流動(dòng)電流混凝投藥控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用人工智能方法，發(fā)展并應(yīng)用了新型混凝投藥智能復(fù)合控制技術(shù)，如圖4.22所示。第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。4.2沉淀池運(yùn)行控制技術(shù)

4.2.1技術(shù)概況與分類(lèi)

沉淀池運(yùn)行控制：沉淀池排泥的控制。排泥周期過(guò)短或者排泥歷時(shí)過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成浪費(fèi)(排泥水耗量加大)?；緝?nèi)容：根據(jù)池內(nèi)積泥量，決定排泥周期、排泥歷時(shí)等。技術(shù)關(guān)鍵：確定池內(nèi)積泥量及合理排泥歷時(shí)。積泥量可用污泥界面(積泥積聚程度)計(jì)測(cè)量、或按進(jìn)出水濁度計(jì)算確定(建立數(shù)學(xué)模型)、或按經(jīng)驗(yàn)確定。

第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。

按監(jiān)控方法，沉淀池排泥控制技術(shù)分為下面幾種。

(1)按池底積泥積聚程度控制。采用污泥界面計(jì)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，池底積泥達(dá)到規(guī)定的高度后，啟動(dòng)排泥機(jī)排泥；積泥降至某一規(guī)定的高度后，停止排泥。

(2)按沉淀池進(jìn)水濁度、出水濁度，建立積泥量數(shù)學(xué)模型。

(3)根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定合理的排泥周期、排泥歷時(shí)，進(jìn)行定時(shí)排泥。上面幾種方法可以單獨(dú)使用，也可以組合起來(lái)使用。第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。4.3濾池控制技術(shù)

4.3.1濾池控制基本內(nèi)容與基本方式

濾池自動(dòng)控制：過(guò)濾、反沖洗，以反沖洗為主。技術(shù)方面，主要有水力控制與機(jī)電控制兩類(lèi)。濾池反沖洗控制有多種方式?？刂品桨敢鉀Q如何判斷反沖洗開(kāi)始和反沖洗結(jié)束。第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。反沖洗判斷方式：濾后水濁度監(jiān)控。連續(xù)檢測(cè)濾池出水的濁度，當(dāng)濾后水濁度達(dá)到設(shè)定值時(shí)開(kāi)始反沖洗。濾池水頭損失監(jiān)控。連續(xù)檢測(cè)濾池的水頭損失，當(dāng)水頭損失達(dá)到設(shè)定值時(shí)開(kāi)始反沖洗。定時(shí)控制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定濾池工作周期，當(dāng)達(dá)到周期規(guī)定的時(shí)間后開(kāi)始反沖洗。反沖洗結(jié)束判斷方式：反沖洗水濁度監(jiān)控。連續(xù)檢測(cè)濾池反洗水濁度，濁度降到設(shè)定值時(shí)結(jié)束反洗，使濾池投入過(guò)濾。定時(shí)控制。按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定濾池反沖洗歷時(shí)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的反洗時(shí)間后結(jié)束反洗，濾池投入過(guò)濾。第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。交叉組合應(yīng)用，幾種方式共同應(yīng)用。人工指令強(qiáng)制反沖洗。反沖洗方式：各濾池連續(xù)順序進(jìn)行；各濾池分別按各自條件控制、獨(dú)立進(jìn)行。不允許多座濾池同時(shí)反沖洗，在控制系統(tǒng)上應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施。4.3.2虹吸濾池的運(yùn)行控制實(shí)例（自學(xué)）4.3.3V型濾池監(jiān)控系統(tǒng)

（自學(xué)）第四十頁(yè)，共52頁(yè)。4.4氯氣自動(dòng)投加與控制技術(shù)

加氯是確保水質(zhì)不可缺少重要環(huán)節(jié)。氯氣投加：前加氯（不建議采用），后加氯。前加氯：在原水管路上投加；目的：殺死原水中微生物或氧化分解有機(jī)物；后加氯：在濾后水管路上投加；目的：消毒殺滅微生物。為提高加氯系統(tǒng)安全可靠性，提高水質(zhì)的余氯合格率，應(yīng)采用先進(jìn)的氯投加設(shè)備與控制技術(shù)。第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。4.4.1氯投加系統(tǒng)與設(shè)備（※）

在水處理過(guò)程中，用液態(tài)氯作為消毒劑。氯氣投加方式：正壓投加和真空投加。正壓投加：投加管線(xiàn)都處于正壓狀態(tài)，一旦發(fā)生故障或者管線(xiàn)破裂，容易出現(xiàn)氯氣泄漏事故，安全可靠性低、設(shè)備維護(hù)量大。真空投加：投加管線(xiàn)都處于真空狀態(tài)，即使管道出現(xiàn)破裂，也不會(huì)出現(xiàn)泄氯現(xiàn)象，具有很好的安全可靠性。(負(fù)壓)常規(guī)氯氣投加主要依靠經(jīng)驗(yàn)，精度不高，難以保證水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和余氯合格率。

第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。加氯系統(tǒng)見(jiàn)圖4.33。真空加氯機(jī)加氯系統(tǒng)由氣液分離器、真空調(diào)節(jié)器、加氯機(jī)、取樣泵、余氯分析儀、水射器、漏氯檢測(cè)儀等組成。

(1)真空加氯機(jī)主要是對(duì)氯氣投加流量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，氯氣流量調(diào)節(jié)一般采用差動(dòng)調(diào)節(jié)方式，容易實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)行非常準(zhǔn)確的控制。

(2)真空調(diào)節(jié)器是一種由彈簧驅(qū)動(dòng)裝置。其內(nèi)部的真空節(jié)流閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，將氯氣轉(zhuǎn)換到負(fù)壓，被安全輸送到投加點(diǎn)，減少供氣管路中氯氣液化可能性。

第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。

(3)自動(dòng)切換裝置由一個(gè)控制器、兩個(gè)隔膜壓力切換開(kāi)關(guān)及兩個(gè)電動(dòng)球閥組成，對(duì)氣源進(jìn)行自動(dòng)切換，保持氣源連續(xù)供給，確保加氯機(jī)連續(xù)運(yùn)行。

(4)水射器水射器用于為真空加氯機(jī)形成高真空，它們通過(guò)ABS工程塑料管和止回閥與加氯機(jī)相接。

(5)余氯分析儀余氯分析儀主要用來(lái)連續(xù)測(cè)量水中的余氯含量，為控制器提供余氯信號(hào)。

(6)氣液分離器主要用來(lái)分離從氣源中帶出未蒸發(fā)液態(tài)氯和水，確保進(jìn)入真空調(diào)節(jié)器的都是氣體氯。

第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。4.4.2氯氣投加自動(dòng)控制（※）

氯氣自動(dòng)投加按控制系統(tǒng)形式，有以下幾種：

(1)流量比例前饋控制：即控制投加量與水流量成一定比例。

(2)余氯反饋控制：按照投加以后水中的余氯進(jìn)行反饋控制。

(3)復(fù)合環(huán)控制：即按照水流量和余氯進(jìn)行的復(fù)合控制，或雙重余氯串級(jí)控制等。

(4)其他控制方式：如以pH值和氧化還原電勢(shì)為參數(shù)進(jìn)行控制等。

第四十六頁(yè)，共52頁(yè)。前加氯系統(tǒng)主要目的：殺死水中的微生物，降解氧化有機(jī)物，對(duì)投加量準(zhǔn)確性要求不高，