黃成勇 劉澤華 楊凱
成都市自來水總公司六廠 郵編：610072

　　提 要：針對(duì)目前使用SCM單因子、沉淀濁度反饋和模型沉淀池等自動(dòng)投藥方式效果不理想的問題，成都市自來水六廠利用相關(guān)回歸分析建立了原水濁度與混凝劑耗率關(guān)系的數(shù)學(xué)模型再加上沉淀濁度負(fù)反饋的投藥自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了投藥自動(dòng)化，取得了提高水質(zhì)節(jié)約藥耗的良好效果。
　　關(guān)鍵詞：投藥；數(shù)學(xué)模型；配液；相關(guān)回歸分析；堿式氯化鋁

　　成都市自來水六廠位于成都市區(qū)西27公里的郫縣三道堰鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)日供水能力６０萬立方米。由于成都市自來水六廠原水取至岷江水系地表水，原水濁度隨季節(jié)和洪水的影響很大，為保證出廠水水質(zhì)（沉淀出水濁度在1-4NTU之間，合格率95%；出水濁度<0.5NTU，合格率99.5%）避免水質(zhì)事故（出廠水濁度超過2NTU半小時(shí)為水質(zhì)事故）的發(fā)生，建立一套高可靠性、高效率的自動(dòng)投藥系統(tǒng)勢在必行。針對(duì)目前國內(nèi)使用SCM單因子、沉淀濁度反饋和模型沉淀池等自動(dòng)投藥方式存在的測試參數(shù)漂移、控制時(shí)間滯后和系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，我廠利用歷史積累的原水濁度和在當(dāng)時(shí)情況下的混凝劑耗率對(duì)應(yīng)關(guān)系通過相關(guān)回歸分析建立了原水濁度與混凝劑耗率關(guān)系的數(shù)學(xué)模型再加上沉淀濁度負(fù)反饋的投藥自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了投藥自動(dòng)化。系統(tǒng)投入運(yùn)行后使得沉淀出水濁度合格率在可控制的前提下得到了大幅度的提高，同時(shí)混凝劑的耗率也得到大幅度的降低，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1系統(tǒng)建立方案

1.1 投藥自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成
　　根據(jù)本廠的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及投藥自動(dòng)化系統(tǒng)改造前的工藝構(gòu)筑物配置情況，我廠通過系統(tǒng)工藝改造建立了如下圖1所示的投藥自動(dòng)化系統(tǒng)。該投藥系統(tǒng)分為自動(dòng)配液分系統(tǒng)和自動(dòng)投加分系統(tǒng)。其中自動(dòng)配液系統(tǒng)包括：原藥池（原藥混凝劑為10%聚合氯化鋁液體）、配液池、投加池、提升泵、自動(dòng)閥、攪拌風(fēng)機(jī)、液位儀、流量計(jì)等構(gòu)筑物和設(shè)備，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)原水濁度和計(jì)量泵轉(zhuǎn)速要求給定的任意濃度混凝劑的配置和濁度突變時(shí)的應(yīng)急處理。自動(dòng)藥液投加系統(tǒng)包括：PLC系統(tǒng)、變頻器、計(jì)量泵及附件、投加流量計(jì)、原水流量計(jì)、原水濁度儀和工藝構(gòu)筑物等，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任意濁度和流量的混凝劑手自動(dòng)準(zhǔn)確投加，確保沉淀池出水濁度在控制范圍之內(nèi)。

1.2全自動(dòng)配液系統(tǒng)的建立
　　從上圖1可以看出，全自動(dòng)配液系統(tǒng)的工作原理和過程是：當(dāng)系統(tǒng)接收到改變配液濃度的指令后，計(jì)算各配液池、投加池中實(shí)際含藥量和含水量，再根據(jù)所要求的藥液濃度計(jì)算出所需配制的原藥量或水量。計(jì)算完畢后，PLC控制提升泵和電磁（動(dòng)）閥依秩為各配液池、投加池投加原藥或清水，最后再打開空氣攪拌系統(tǒng)進(jìn)行攪拌。該系統(tǒng)成功運(yùn)行后，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)使用配藥池配藥同時(shí)也可以避開配液池的配液過程而直接采用投加池進(jìn)行配液和投加。但按正常的配液配液程序配液完畢后再將藥液投入投加池可以避免計(jì)量泵吸入氣泡，同時(shí)避免藥液在投加池配制過程中藥液濃度的不可預(yù)知性和波動(dòng)，所以我廠擬在正常生產(chǎn)狀態(tài)用配液池配液，當(dāng)濁度突變和變化配液濃度時(shí)則采取投加池配液的方法。
1.3 數(shù)學(xué)模型的建立
　　由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，建立數(shù)學(xué)模型已經(jīng)成為當(dāng)今投藥自動(dòng)控制的新趨勢。從我廠的實(shí)際情況來看，各類儀器設(shè)備的配備率和運(yùn)行率都很高，建立數(shù)學(xué)模型的PH、原水濁度、配水流量、沉淀出水濁度、濾后水濁度等參數(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)采集。另外，我廠的投藥系統(tǒng)經(jīng)過改造以后已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地手自動(dòng)切換、中心控制室的遠(yuǎn)地調(diào)速、各類控制設(shè)備的啟閉、各類控制參數(shù)的監(jiān)測等各種功能。以上設(shè)備的可靠運(yùn)行和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能為建立投藥自動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　自98年底投藥系統(tǒng)中心控制改造完畢后，我廠就開始進(jìn)行了建模所需的數(shù)據(jù)收集工作。由于我廠每日的供水量變化不大且各工藝統(tǒng)都在額定負(fù)荷狀態(tài)下工作，另外本廠99年沉淀出水合格率和出廠水合格率都在85%以上，由此我廠可以通過原水濁度和千噸水耗率之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型。為此，我廠的工程技術(shù)人員收集了1999年1月至12月該廠每日的原水濁度平均值與混凝劑千噸水耗率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)學(xué)模型公式的推導(dǎo)，從而建立原水濁度平均值與千噸水耗率的模型公式。從理論上講，知道某種原水濁度就可以通過運(yùn)算求出千噸水耗率，再乘以配水流量就可以得出混凝劑加量，再通過變頻調(diào)速和流量計(jì)控制加量，最終實(shí)現(xiàn)藥液的自動(dòng)投加。

2系統(tǒng)技術(shù)特征

2.1配液自動(dòng)化
　　投藥自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，配液系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)中心控制室設(shè)定濃度和依據(jù)原水濁度和計(jì)量泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)運(yùn)算的全自動(dòng)配液方式，同時(shí)還可以根據(jù)配液情況自動(dòng)計(jì)算出投加池中的藥液濃度，為藥量的定量投加提供了依據(jù)。

　　從配液系統(tǒng)操作界面上可以看出，通過全自動(dòng)配液系統(tǒng)的運(yùn)行，各組配液池的配液精確度在0.1%以內(nèi)，足以滿足藥液的精確投加。
2.2投加自動(dòng)化
　　99年1月至10月中旬成都自來水六廠投藥系統(tǒng)以中心控制室調(diào)速遠(yuǎn)動(dòng)控制；99年10月中旬以后，實(shí)現(xiàn)了投藥系統(tǒng)以數(shù)學(xué)模型方式全自動(dòng)投加。
　　下圖3是成都自來水六廠投藥數(shù)學(xué)模型運(yùn)行較典型的狀態(tài)效果。從圖中可以看出沉淀出水濁度都控制在允許的范圍之內(nèi)，而單個(gè)系統(tǒng)的耗率卻存在較大范圍的差別，說明沉淀濁度負(fù)反饋起到了作用。

3系統(tǒng)運(yùn)行效果

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行率

表1 2000年投藥自控系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行率（%） 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 配液 100 100 100 100 100 99.5 100 100 99.5 100 99.5 100 投加 99.9 100 100 100 99.8 99.5 99.5 99.8 99.5 99.5 99.5 99.5

3.2混凝劑耗率

表2 1999年-2000年投藥自控系統(tǒng)混凝劑耗率對(duì)比（%） 時(shí)間 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 99年實(shí)際 22.13 22.58 23.61 27.64 31.94 35.31 35.97 37.74 35.36 35.86 29.3 28.7 30.51 2000年實(shí)際 23.38 21.05 21.43 24.59 26.37 25.24 24.51 28 28.36 26.57 23.95 24.19 24.80 增加% 5.65 -6.78 -9.23 -11.03 -17.44 -28.52 -31.56 -25.81 -19.50 -25.91 -18.23 -15.71 -18.71

　　備注：混凝劑采用10%液體堿式氯化鋁。

3.3 系統(tǒng)沉淀出水合格率

表3 1999年-2000年投藥自控系統(tǒng)沉淀出水合格率對(duì)比（%） 時(shí)間 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 99年實(shí)際 85.00 83.00 87.00 86.00 84.00 83.00 81.00 81.00 76.00 85.00 85.00 85.00 83.42 2000年實(shí)際 87.50 87.96 93.11 92.07 90.61 92.57 96.31 93.99 94.15 95.16 91.20 92.11 92.23 提高 2.94 5.98 7.02 7.06 7.87 11.53 18.90 16.04 23.88 11.95 7.29 8.36 8.81

　　備注：以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均包括清洗儀表、停電和沉淀行車反沖造成的濁度超標(biāo)時(shí)間。

3.4典型系統(tǒng)運(yùn)行曲線
　　水六廠投藥數(shù)學(xué)模型投入運(yùn)行后，藥耗和沉淀池出水濁度合格率都得到不同程度的改善，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間接近100%。詳見以下趨勢分析圖4。

4 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

　　實(shí)現(xiàn)投藥自動(dòng)化后，使得勞動(dòng)生產(chǎn)率大大提高。以前為保證濁度合格率需配備1名化驗(yàn)人員，1名調(diào)度人員，兩名投藥工，而目前只需1名調(diào)度人員，1名化驗(yàn)人員，可以節(jié)省兩名工作人員，且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。如果以三班倒計(jì)算，工人每月工資1000元計(jì)算，每月可以節(jié)約工人工資M=3*2*1000=6000元，每年節(jié)約資金7萬元以上。我廠實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型自動(dòng)投藥后，在保證沉淀池出水濁度的情況下混凝劑耗率得到了較大幅度的降低，從年平均30.51公斤/千噸水降低到24.80公斤/千噸水，平均降低18.71%，達(dá)到了預(yù)期的效果。按我廠每月藥耗400KT計(jì)算,每月節(jié)省藥耗70多噸，價(jià)值9萬多元。投藥數(shù)學(xué)模型運(yùn)行后，沉淀出水濁度合格率從83.42%提高到92.23%，年平均提高8.81%。

5 結(jié)語

　　投藥工序是水處理過程中兩個(gè)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，實(shí)現(xiàn)投藥自動(dòng)化首先可以確保沉淀出水濁度在設(shè)定的范圍之內(nèi)，避免因混凝效果不佳造成的水質(zhì)事故。另外，投藥自動(dòng)化可以節(jié)約大量的藥耗和制水工作人員。要保證出廠水濁度合格率和提供優(yōu)質(zhì)的自來水以滿足人民群眾不斷提高的需要，投藥自動(dòng)化的意義非常重大。
　　投藥數(shù)學(xué)模型的建立不受水廠規(guī)模大小的影響，只要建立了中心自動(dòng)化控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)，是解決SCM（流動(dòng)電流儀）控制和FCD控制不能實(shí)現(xiàn)的難題的極佳方案。從投資規(guī)模上看要略小于投資SCM規(guī)模，但可靠性和穩(wěn)定性有較大提高。

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成都市自來水總公司六廠
2001年6月