黏度计在水厂PAM溶液浓度在线监测中的应用

马仁杰，王懋蕾

(上海城投水务〈集团〉有限公司制水分公司，上海 200011)

1 背景

上海某水厂设计供水能力70万m3/d，采用深度处理工艺。沉淀工艺采用高密度沉淀池(以下简称高密池)，运行过程中需投加硫酸铝与高分子助凝剂聚丙烯酰胺(阴离子，以下简称PAM)，以起到强化混凝效果，确保沉后水浊度达标。

其中硫酸铝投加需通过原液(经验收合格)和水以体积比1∶3混合后，测定配制后溶液比重达标后投加，每次配制后均用比重计测定比重以确保配制浓度的正确稳定。

粉末PAM通过配制系统配制成溶液进行投加(配制浓度为1.5 g/m3)，配制后的溶液由于缺乏合适的在线检测手段，浓度是否合格缺乏验证。浓度不合格的PAM溶液会引起高密池出水浊度严重超标，且异常存在2～3 h的延时，导致高浊度出水不能及时被发现，且无有效的补救措施，影响到整个制水系统的运行。本文就如何对PAM溶液浓度进行有效监测进行探索与试验。

2 应用过程

PAM是水溶性高分子中应用最为广泛的药剂之一，一般可通过黏度法测定PAM的分子量[1]，所以黏度是PAM水溶液的一个重要且具有实用意义的参数。

2.1 在线监测方案的选定

由于该厂PAM溶液为已知组分的体系，PAM溶液黏度随PAM浓度增大而增大[2]，故选用较为简便且适合测定已知组分体系的黏度法进行监测，即利用已知一定剪切速率下聚合物溶液黏度与其浓度的正比关系，测定待测样品的黏度，插值求出待测样品的浓度[3]。

2.2 目标粘度范围的确定

通过实验室以及该厂所使用的原料PAM配制相应标准浓度的PAM溶液，使用选取的在线黏度计(上海尼润智能科技有限公司NDJ-5C简易在线黏度计)，测得不同PAM浓度下的黏度数据，如表1所示，并绘制标准曲线，如图1所示。

表1 室温条件下(25 ℃)不同浓度PAM溶液与黏度对应表Tab.1 Viscosity Data for Different PAM Concentration under 25 ℃

图1 室温条件下(25 ℃)不同浓度PAM溶液的黏度标准曲线Fig.1 Standard Curve for PAM Viscosity under 25 ℃

根据标准曲线，该厂所配浓度为1.5 g/L的PAM溶液相对应的黏度应为45 mPa·s左右，考虑实际工况条件及PAM溶液黏度受温度影响，将PAM溶液黏度监控范围设定为40～60 mPa·s。

2.3 实际应用情况

通过取样泵抽取PAM配制缸储液池内配制好的PAM溶液至自行设计的黏度计取样桶内，该取样桶内液位恒定，确保黏度计测量区域溶液扰动较低，取样桶内液体完整更新频率约10 min/桶，黏度计可在线测定溶液黏度并实时传输至水厂上位机。

实际应用中发现，当室温与水温较为稳定，配制缸出粉量正常及进水量正常的情况下，PAM配制溶液黏度基本保持稳定，黏度波动为±2.5 mPa·s。当配制液黏度出现显著波动超出设定的监控范围时，应报警提醒当班人员及时检查PAM配制装置是否出现异常，根据实践经验，一般可对PAM配制设备做出以下判断并采取相应措施：(1)黏度缓慢升高或降低时，说明PAM配制装置出粉螺杆出粉量逐渐变大或变小，或者进水量变大或变小，应及时测定出粉螺杆每分钟实际出粉重量，调节出粉螺杆频率使每分钟出粉重量达到设定，同时，根据进水流量计确定进水量是否在设定值，通过调节阀门至设定值；(2)黏度显著降低时，说明配制液浓度严重不足，通常为出粉口堵塞，应检查出粉口并进行疏通，严重堵塞时应清空出粉斗内物料，检查是否有异物卡住螺杆。

2.4 不足与改进

该厂选用的在线黏度监测系统运行较为稳定，故障率较低，维护保养仅需每月对黏度计进行清洁加油工作，但配套的取样泵及取样桶较容易堵塞，需定期清洁保养。目前，黏度计报警值的设定仅参考25 ℃时的标准曲线，尚未与温度的变化相关联，后续应根据实际生产条件的变化，进一步绘制不同温度下的标准曲线，设定不同温度下的黏度报警值，从而提高报警值的针对性与管理的精细化水平。

3 结论

通过增加PAM配制单元的在线黏度监测系统，对实时监控PAM配制溶液浓度提供了应对方案，对防止因PAM浓度异常导致的生产问题起到了预警作用，对保证水厂安全稳定运行有一定的作用。