楊艷玲 李星 李圭白(哈爾濱建筑大學市政環境工程學院)
程繼順 徐德會(大慶油田建設設計研究院)

　　在現有的多種含油污水處理工藝中，一般都有投加混凝劑的處理過程，水質和水量等參數隨時間而變化。一般處理站原水含油量為100～1 000mg/L，懸浮固體為20～100 mg/L，變化幅度很大。常規處理時，一次沉降罐出水含油量為50～400 mg/L，懸浮固體為15～80 mg/L，變化幅度也很大。
　　目前含油污水處理工藝中采用的投藥控制方法多是根據水量或濁度等少數表觀水質參數確定的，由于混凝的影響因素眾多，并且傳感器易受油粘污，很難準確有效地控制加藥量。
　　本文介紹一種新型透光脈動混凝測控系統，可直接測定絮凝體顆粒相對粒徑及數量，能靈敏地反映出加藥后的混凝程度。該方法只需檢測混凝程度(即絮凝體粒徑)一個控制性因子就能實現投藥量的自動控制，是含油污水混凝投藥自控技術的一個突破。

1 混凝檢測及自動控制技術

1.1 透光脈動混凝檢測技術
　　混凝檢測自控投藥系統的核心部分為混凝檢測器，它基于光電檢測原理。當一束光透射過流動的懸浮液時，在光束照射到的液體體積內，懸浮顆粒的數目是不斷變化的，因此透過光強度也是不斷變化的。如果在懸浮液兩側放置光源及光敏傳感器，就可將這種顆粒數目的變化，從光強信號轉換成電信號進行檢測。電信號的一部分為變化(脈動)的成分，相當于顆粒數變化造成的光強度的波動，將其分離出來放大，就可得到反映該脈動值的有效檢測信號，該值僅與絮凝體的顆粒數目及粒徑有關。
　　該檢測輸出值可用脈動值與平均值的比值R來表示，R稱為相對脈動值。這一參數可避免儀器透光壁面的沾污或光電池老化等因素對輸出值的影響，這是該檢測技術的一大優點，特別適用于如含油污水等特種工業污水的處理。該檢測技術具有流過式檢測方式，因此有可能用于連續在線檢測及控制過程中。
1.2 基本構成和控制方法
　　系統由傳感器、智能測控儀和執行機構(變頻調速裝置、投藥泵等)組成，它們構成一個單回路反饋控制系統。圖1為含油污水深度處理工藝流程的投藥控制系統示意圖，其中水樣從反應階段取樣經過傳感器后排放，檢測到的有效信號傳輸至控制器，經過處理和運算后，控制器輸出標準信號4～20 mA至執行機構(變頻調速器)，改變投藥泵電機工作頻率，從而控制投藥量。改變投藥量后的含油污水經過混合反應再次經傳感器檢測，這樣整個系統構成了一個反饋閉合回路。

　　當原水的某個參數發生變化時，混凝程度也隨之發生變化，例如當原水懸浮固體量升高時，反應出加藥量不足，混凝程度不足，絮凝顆粒粒徑減小，檢測值R減小，偏離設定值R_S，測控儀通過變頻調速器控制加藥泵增加投藥量；當懸浮固體量減小時，也會形成類似的控制過程。

2 實例

2.1 工藝流程和設計參數
　　試驗在油田的一個綜合試驗站進行，工藝流程如圖1所示。現場試驗裝置工藝流程與工業生產裝置相同，各處理構筑物的形式、構造和設計參數，運行參數，投藥情況均與生產裝置相似。試驗采用泵前投加混凝劑、泵混合、旋流反應器及二級過濾的工藝流程。
2.2 穩態運行過程
　　眾多研究結果表明，R值與絮凝體粒徑及沉淀速度有直接的相關關系，這里僅用R值表示含油污水的混凝程度及沉降性能。試驗中，當自控系統在穩態運行時，R值始終圍繞在設定值R_S周圍波動，波動范圍在R_S±0.3左右。
2.3 流量變化的調節性能
　　在流量發生變化時，檢測值R一般在1～3 min內響應，可以對變化進行較快的控制。變化狀態達到平穩的時間較長的原因是由于旋流反應器的反應時間較長且返混情況比較嚴重。從該反應器的工況可知，整個投藥控制系統的控制滯后時間在極大程度上受反應條件的限制；如改變反應器的種類或反應時間等參數，則可在很大程度上改善投藥控制系統的控制效果。br>2.4 水質變化的調節性能
　　在現場試驗中很難人為大幅度改變原水的水質，故采用改變設定值的相對方法來觀察系統控制情況。當設定值由原來的R_S值變成R_S+ΔR值時，相當于原水顆粒濃度突然增加或者加藥量突然減小，使原來的穩定運行狀態被破壞，此時自控系統將對偏差ΔR_S進行調節。
　　圖2的結果為設定值發生變化時投藥控制系統的運行狀況。設定值R_S由4.5突減為3.6，R值在1～3 min內就有響應，加藥量亦隨之迅速減少，但在30 min后才達到平衡狀態，這是因反應器內水流返混情況嚴重造成的。
　　由圖2可見，在原水水質發生變化時，R值受到影響而逐漸增加，加藥量進行相應的調整后，R值恢復至設定值附近。水質波動對處理系統的運行造成一定影響，通過加藥量自控系統能很快地緩解乃至消除這些影響。試驗結果表明，該系統的調節性能較好。

　　以透射光檢測值的脈動程度為基礎的新型光電檢測技術可連續在線檢測出絮凝體顆粒的相對粒徑和數量。將該技術用于油田含油污水混凝投藥的檢測和控制，僅用一個參數R就可反映混凝程度，使控制過程大大簡化。試驗結果表明，該技術可反映出處理工藝的水質和流量變化的影響，并可根據這些參數的變化對加藥量進行自動控制。其控制性能和調節性能良好，可以顯著改善含油污水處理效果，具有很好的實際應用價值。

參考文獻

　　1 Gregory J.A simple particle monitor for low-turbidity waters.AWWA Water Quality Technology Conference, 1998
　　2 李化民等.油田含油污水處理.北京：石油工業出版社，1990

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