[发明专利]通过在线预测絮凝水沉后浊度来控制混凝剂加注量的方法和系统

说明书

技术领域

本发明是一种通过在线预先测量絮凝池末端的絮凝水的沉后浊度，来实现混凝剂加注量 自动控制的方法和系统。属给水工程领域。

背景技术

加注混凝剂使水中的小颗粒凝聚成大颗粒而在水中沉淀，是水净化过程中液、固分离最 常用的方法。混凝剂的加注量是否恰当直接关系到出厂水质和生产成本。加注量太少，絮凝 效果变差，水质达不到要求；加注量太多，混凝剂消耗量增加，提高了生产成本，且加注量 过大时，絮凝效果反而变差。

水厂制水中，混凝剂加注量是否恰当，一般是以沉淀池出水(以下简称沉淀水)浊度是 否保持在某一目标值左右为判断条件的。目标值是根据滤后水的浊度要求和滤池的滤除率来 确定的。目标值太大，达不到滤后水的浊度要求，太小则会增加混凝剂的消耗量。

恰到好处的自动控制加注量，既可达到保证水质的目的，又可提高自动化程度，减少操 作人员，减少混凝剂的消耗量，降低生产成本。我国的水厂量多面广，因目前自动控制方法 和设备的缺陷，以及对水质要求的不断提高，大多数还是只能采用人工控制，如能采用效果 好、适应性强的自动控制方法和设备，其经济和社会效益将是巨大的。

影响混凝剂加注量的因素非常多，而且这些因素在不断地变化。例如原水水质中的浊度、 水温、流量、碱度、氨氮、耗氧量，净水设备的负荷、状态等，还有相当部分目前还不十分 清楚的因素。因此精确地、恰到好处地投放混凝剂是一个非常复杂的问题。另外，混凝剂加 注经混合、絮凝、沉淀，是一个长滞后系统(2-3小时)，无法用一般的目标量闭环控制获得 良好的控制性能。国内外在控制方法和检测参量上进行了许多研究工作，也有多种方法。按 检测参量的滞后时间长短，大致可分为前期预测和中期预测控制两大类：

(一)、前期预测(前馈)控制：该方法根据原水水质参量，预测混凝剂加注量，使沉淀水 浊度达到预定值。前期预测控制没有滞后时间。从理论上讲只要数学模型足够精确，这种方 法可以完全消除原水水质变化引起的偏差。但混凝过程是复杂的，影响混凝剂加注量的参量 非常多，理论上无法得到准确的数学模型，实际应用中又考虑到系统的复杂程度，参量在线 测试的可行性和难易程度、准确程度，因此很难保证参量和数学模型的全面性，一般只能选 择几个主要参量如流量、浊度、温度、碱度、pH值等，这对于比较清洁的水已基本够用，但 对于受有机物污染的水，就无法仅用这些参量来表示。此时要抓住几个可连续测定的参量来 基本代表混凝剂的加注率，是相当困难的问题。为解决以上问题，近年来国内外还使用了模 糊逻辑、自适应、人工神经元网络等现代控制方法，虽在不同程度上改善了控制效果，但该 方法的弱点并未消除。同时因测量的参数太多，为提高供水的安全性，有人甚至研究了当某 一参量测量设备有故障时如何减小控制误差的问题。总起来讲这种方法在理想状态可消除原 水水质的变化引起的偏差，但不能消除净水设备状态变化引起的偏差。实际应用中，某些参 量在线测试的设备价格较高，且维护困难，有些参量目前还无法在线测量或准确度低，影响 了控制效果。

(二)、中期预测(中馈)控制：测量混凝剂加注后的参量，预测沉淀池出水浊度，由此调整混 凝剂加注量。此法虽有滞后，但预测准确和可靠程度一般要好于第一种方法，主要方法有：

1.模拟沉淀池方法：净水系统滞后时间的绝大部分是由沉淀池产生的，因此可以用斜管 或模型滤池来模拟沉淀池，减少滞后时间。但它们的模拟程度不高，也易受其他因素的影响。

2.流动电流测定(SCD)法：测量流动电流是间接测量Zeta电位的一种方法，而Zeta 电位则与絮凝条件有关。这是近年来国内外使用较多的一种方法。它的滞后时间很短，为混 合时间。有许多使用成功的报道，但也有不理想的。当水中有某些干扰物质时，测定值与合 理的加注量之间会有较大的偏差。Dental认为：SC值与Zeta电位才成正比是建立在理想状 态上的，即进来的代表水样粘附在探头的活塞表面上，而且完全复盖在活塞表面上，无人为 的电性干扰。这种假定有时不能满足，所以有时使用效果不佳。另外水质变化时，也需调整 设定值。为改善控制性能，有人使用SCD加上其他参量进行模糊逻辑控制。

3.絮凝检测法：因沉淀水浊度与絮凝效果密切相关，该方法检测絮凝效果，预测沉淀水 浊度，以确定混凝剂加注是否恰当。其滞后时间为混合、反应时间。该方法检测结果中已包 含了反应池工作状态的影响，是一种较好的方法，关键是所选参量与沉淀水浊度的相关程度。 具体方法有：