自来水厂自动加药系统的设计

安群香 王鼎顺

（1.广州工商职业技术学院，广东 广州 510850；2.广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

自来水厂自动加药系统的设计

安群香1王鼎顺2

（1.广州工商职业技术学院，广东 广州 510850；2.广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

研究了水厂加药系统中如何进行精确有效的配矾以及加矾过程中控制方案的正确选取方法。提出了一种针对实际问题的前馈结合专家系统的自动加矾方案，并简述了它的实现原理。实际运行结果表明，该种方案设计合理，完全满足出厂水浊度要求，并取得了较好的经济效益和社会效益。

加药自动化；自动配矾；前馈加矾

（一）引言

随着自动化技术、系统控制设备和水质在线检测分析仪表的发展，水厂自动化逐步成熟和普及。作为水厂自动化重要组成部分的加药控制系统，也急需实现自动化，以减轻工作人员的劳动强度，更好的保证出厂水水质。长沙某县自来水厂原来完全依靠操作工人的经验进行配矾、加矾，不仅难以100%保证出厂水浊度指标，而且操作人员劳动强度也比较大。对于缺少经验的工作人员来说就更难了。针对该水厂的实际情况设计了一套自动配矾加矾系统，很好的解决了这个问题，实现了水厂加药的自动化。

（二）配矾

以前该水厂配矾都是操作人员根据经验按体积比进行配矾，这样配出来的矾液，完全没有进行精确计算，浓度到底是多少，该怎样加矾完全靠经验决定。这对于缺少经验的工人来说就很难适应。针对这种现状，很有必要进行自动配矾。

1.配矾浓度计算

（1）波美度与百分比浓度换算

对于矾液来说，一般用波美度来表示浓度，这就要进行浓度换算。一般有如下公式：

假设某矾液质量百分比浓度为a，其中水的质量为X，矾的质量为Y，则有

同时由相对密度定义（忽略水的密度随温度的变化），则有

（2）配矾比计算

由于配矾[1]是在两个矾池分别配，因此只要计算出配矾的深度就可以。如图1所示，原矾池矾液深度为H1，加浓矾深度为H2，配矾深度为H3（由实际情况自行决定）。假设原浓矾质量百分比浓度为b，配出的矾液浓度为a，则有

其中X1,Y1,Y2分别是原浓矾所含矾、水的质量、配矾加水的量，ρ1，ρ2分别是矾的密度和水的密度（常温下忽略水的密度随温度的变化）。

由上（5）式可求得加浓矾净高度，加水净高度分别为

从而计算出加矾加水深度，实现自动配矾。

2.配矾过程

配矾是通过开关相应的电动阀门来实现的，对于每一个矾池，均有一个进浓矾阀，进水阀和一个搅拌机。开始配矾时，要求设定好配矾的深度和原矾池液位（此液位等于切换矾池液位），然后由系统自动计算出加浓矾、加水深度，系统根据矾池的液位信号自动开进浓矾阀、关进浓矾阀、开进水阀、关进水阀、开搅拌机、停搅拌机，从而完成一次配矾。在配矾过程中要考虑到如下几个问题：

（1）对进矾进水阀要进行液位限制，当液位达到最大液位时一定要关阀，否则会发生矾液溢出；

（2）开搅拌机时要求液位已经稳定，否则会影响配矾浓度，在配矾过程中，不能开搅拌机；

（3）为了实现任意时刻均可配矾，可将切换矾池液位改为当前矾池液位。

单个矾池配矾流程如图2。

（三）加矾

1.加矾方案选择

图1 矾池液位示意图

图2 配矾流程图

目前主要的加药自控运行方式有：流动电流反馈与流量比例前馈构成的复合环方式、流动电流反馈方式、流量比例前馈方式和手动运行方式。针对该水厂没有安装SCD检测仪[2,3]，只在滤前和出水口装有浊度仪的实际情况，如果采用反馈方式，由于这是一个大滞后大惯性过程，控制效果会不太好。因此采用一种前馈+专家系统的控制方式。

2.方案设计与实现

先根据原水流量、浊度进行前馈加矾控制[4]，再根据实际滤前水浊度进行专家控制(一般要求滤前水浊度不超过3NTU)，然后根据出厂水浊度进行一定的微调。从而既能迅速响应原水的水质变化，快速调节加矾量，又能自动跟踪滤前水浊度进行专家控制，还结合出水浊度进行微调，该方案在保证沉后水浊度指标的同时还可以节约矾耗。

应加矾量的计算公式：

Q矾是应加矾量L/h，Fi是源水流量m3/h，Ki是矾单耗Kg/Km3，m是矾溶液质量百分比浓度，ρ是矾溶液密度，Q专是专家补偿值。

矾单耗Ki根据加矾曲线确定。加矾投加曲线根据自来水公司往年统计的加矾数据量和经验值设定，再根据实际运行情况的数值进行充实调整，由 PLC对加矾单耗曲线进行分段线性化运算处理。加矾曲线如图3所示。

图3 加矾分区曲线

上图中纵坐标表示矾液的投加量，横坐标表示原水浊度。曲线点的数值表示某一浊度下的矾投加量。

系统在进行加矾时主要是根据原水流量和原水的不同浊度情况来决定矾液的投加量。加矾投加曲线表提供给用户根据原水浊度进行干预系统加矾投加量，用户可以根据不同的原水浊度来设定最理想的投加量。通过此窗口，用户还可以将实践中的投加最佳经验值设定至PLC，使系统在进行加矾时根据此经验值进行自动投加。

Q专专家补偿部分，主要是根据专家经验，即浊度的实测值，变化率，变化趋势等要素进行相应的补偿。一般是变化小时补偿值少，变化大时补偿多，实际值超过设定值多则马上增多，少时则逐渐减少。总之要让实际值接近或等于要求得出厂值。

（四）结论

目前该配矾和加矾方案已经在长沙某县水厂投入运行。实际运行结果表明，该种方案设计合理，运行稳定可靠，可以很好的保证出厂水浊度在3NTU以下（实际在1NTU以下），滤前水浊度在8NTU以下。而且比手动操作明显减少了矾耗，取得了明显的经济效益和社会效益。

[1]杨邦华.关于水厂加矾系统的自动控制[J].安徽建筑,2001,1:116-117.

[2]陈研斌.SCM 加矾自动控制系统[J].工业仪表与自动化装置,2000,6:33-35.

[3]王志伟.SCD 加矾控制系统的应用[J].自动化技术与应用,2005,24(9):65-66.

[4]杨振海,陈霞.混凝投药的前—反馈控制系统设计[J].中国给水排水,1999,15:42-45.

TP273

A

1008-1151(2011)04-0116-02

2011-01-09

安群香（1978－），女，湖南新邵人，广州工商职业技术学院助教，硕士研究生，从事信号处理技术、计算机通信技术和电力电子技术的教学与研究；王鼎顺（1978－），男，湖南郴州人，广州杰赛科技股份有限公司技术总监，硕士研究生，从事信号处理技术，水厂自动化系统的研究、应用。