水厂粉末活性炭投加系统改进

宣小军 张光辉 马天添 房 俊 方 珺

（合肥通用机械研究院 合肥）

一、方案概述

粉末活性炭对水中污染物有很强的吸附能力，是应对水源季节性或突发性污染的良好手段。针对有可能出现的突发性污染，合肥市第七自来水厂在设计过程中配套了活性炭投加系统。

合肥市第七自来水厂一期工程设计生产规模为每天20万吨，粉末活性炭设计投加量≤30 mg/L，干式制备，湿式投加，投加浓度2%～5%可调，投加点选在沉淀池前端进水管路。粉末活性炭投加采用全自动连续计量输炭，炭液搅拌溶解和自动投加集成一体化，包括全套储存、计量、输送、溶解、变频控制螺杆加注泵。用户根据水质的实际情况进行炭粉投加，炭粉首先通过喂料、螺旋机精确计量系统输送至炭浆制备系统，两套设备连续无间歇运行，制备好的炭浆再通过螺杆泵投加至各投加点。

图1 活性炭系统工艺配置

二、活性炭投加系统配置及功能

粉末活性炭系统主要由料仓系统、给料系统、制备系统、投加系统和控制系统等组成，系统工艺配置见图1。

（1）料仓系统。包括70 m3的料仓、粉尘过滤系统、安全阀和空穴振打系统，料仓内布设高位、中位及低位料位计，所有料位信号通过控制柜上传，用于监测料仓内粉炭的容量。粉末活性炭由槽车直接送至料仓储存。

（2）给料系统。包括双螺旋给料机、螺旋输送机，料仓内的粉末活性炭通过给料机实现精确给料，给料机出口与输送机相连，输送计量后的粉末活性炭至室内储液罐。

（3）制备系统。包括储液罐、搅拌机、除尘器、增压泵、进水电磁阀和液位计。储液罐设溢流孔、放空阀和检查人孔。制备炭液时由增压泵给储液罐进水，液位计提供进水量依据和相关保护。

（4）投加系统。包括螺杆泵、投加管路和配套阀门，共有3台螺杆泵（2用1备，额定流量3.15 m3/h，压力0.6 MPa），螺杆泵和相应的投加管路配备冲洗水系统，出液管路安装电磁流量计，流量信号上传至PLC控制系统，用于监测实际投加量。

（5）控制系统。整套系统通过PLC控制实现自动制备和计量投加，控制系统采用西门子S7-200系列PLC，可以通过中控电脑和触摸屏显示、设置和修改各种操作参数如投加量、泵的频率值和运行状态，根据要求调整进水、进料时间，调整炭液的配比浓度，整套系统实现全自动连续进料、自动配料和计量投加。操作界面和参数设置画面见图2、图3。

三、问题及原因分析

图2 自控系统操作界面

图3 自控系统参数设置

活性炭投加系统投入运行后，炭液制备和投加过程中出现粉尘飞扬、液位计误动或拒动的现象。粉尘飞扬导致整个活性炭间弥漫活性炭粉尘，造成工作环境恶劣，并存在安全隐患；液位计故障会导致炭液溢流、炭液被抽干、投加泵空转，影响整套系统的正常稳定运行。

通过对现场设备运行情况的观察分析，发现粉尘飞扬的主要成因：①送料时粉炭通过储液罐上方的除尘器外溢，通过溢流口外溢；②输送机给储液罐送料时，粉炭通过搅拌机与罐顶部之间的间隙外溢。

液位计误动或拒动主要是由于在进料过程中，粉尘未能及时与水混合，扩散到储液罐内的空气中，由于空气中粉尘浓度大，影响液位计的正常显示和信号输出，导致整套自动控制系统误动作不能正常投加。

四、改进措施

（1）原制备系统顶部装有带喷淋水的除尘器（内部装有PE填料），但在实际运行过程中，喷淋水不能完全阻止粉炭外泄，制备罐中的粉炭依然会从除尘器顶部进入到空气中。采用集尘筒的方式改进后（图4、图5），制备罐中未及时溶解于水的颗粒状粉炭进入除尘筒，充分溶于水后排出。

（2）将储液罐的溢流口接入新增集尘筒，可以有效地避免未及时溶于水的粉末活性炭从溢流口扩散到空气中。

（3）原制备系统的溶解搅拌机选用摆线针轮减速机（带支架），支架与安装底座间隙较大，极易造成颗粒状粉炭外泄到空气中。改用齿轮式减速机，安装密封性提高，有效地避免了粉炭颗粒物从联接处外泄。

图4 集尘筒使用效果图

（4）将超声波液位计更换为雷达液位计，超声波易受温度、压力、雾气或粉尘的影响，测量精度将受到干扰。雷达液位计反馈信号是电磁波，不会轻易受到粉尘、真空或蒸汽等因素的影响，能够有效地满足现场的使用需求。

图5 集尘筒内部构造示意图

五、改进效果

改进后，活性炭系统未出现粉尘飞扬和液位计误动作现象，投加效果有效稳定。在2014年5、6月源水水质恶化期间，整套投加系统有效地提高和改善了饮用水水质，为水厂的稳定运行起到了重要作用。

从水厂投加粉末活性炭前后的现场实际监测可知，粉末活性炭对降低受污染源水的色度、嗅味和挥发性酚类等有良好的作用，对化学需氧量也有较好的去除效果；由于活性炭的良好吸附性能，投加适量的活性炭后，沉淀池和滤池出水浊度大幅度下降，自来水水质大幅度提高。