自來水廠藥劑應急自動投加系統(tǒng)的設計和實踐!

2020-12-08 11:52來源:深圳市深水光明水務有限公司作者:高旭輝,陳奮,于宏靜 

導讀

2019年7月,清時捷和《凈水技術》雜志聯(lián)合設立了“供排水企業(yè)運行及管理成果專欄”。眾多行業(yè)專家依據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗,結合水廠的實際情況,分享了他們所在單位在日常運行管理中實際生產(chǎn)運行遇到的問題以及所采用的應對策略。

本次帶來了深圳市深水光明水務有限公司分享的——自來水廠藥劑應急自動投加系統(tǒng)的設計和實踐,看看他們在水廠藥劑應急自動投加這方面給我們帶來了哪些實踐經(jīng)驗。

自來水廠藥劑應急自動投加系統(tǒng)的設計和實踐

高旭輝,陳奮,于宏靜

(深圳市深水光明水務有限公司,廣東深圳,518107)

一、工程概況

深圳市光明區(qū)JZT水廠,坐落于光明區(qū)鳳凰街道辦事處甲子塘大道77號,總占地0.0895 km2,分三期建設,始建于2001年,于2008年全部建成投產(chǎn),總供水規(guī)模為20萬m3/d。一、二期處理規(guī)模各5萬m3/d,工藝流程為網(wǎng)格反應池+斜板沉淀池+V型濾池;三期處理規(guī)模為10萬m3/d,工藝流程為折板反應池+平流沉淀池+V型濾池。

該廠處理工藝包括混凝、沉淀、過濾和消毒等環(huán)節(jié),常規(guī)投加藥劑為混凝劑(聚合氯化鋁)和消毒劑(次氯酸鈉)?;炷幚頌檎麄€水處理過程的第一個環(huán)節(jié),通過投加混凝劑與原水中的顆粒物相互碰撞和接觸,形成礬花,是整個水處理的基礎。對于自來水廠而言,供水水質優(yōu)劣不僅與處理工藝相關,同時也受到藥劑投加等因素的影響[1]。

混凝投藥是自來水生產(chǎn)過程中凈化水質的一個重要環(huán)節(jié),投藥后的凈化過程具有復雜性、時變性、非線性等特點。實現(xiàn)混凝投藥的自動控制可以穩(wěn)定出水水質,降低制水成本,減輕工人的勞動強度。目前,自來水廠的藥劑投加基本采用PLC控制投加泵進行自動投藥[2-5]

二、問題分析

自來水生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程,故混凝劑必須連續(xù)投加,若發(fā)生混凝劑投加中斷,將引起渾濁度升高,導致出廠水水質超標,甚至造成重大水質事故,產(chǎn)生不良社會影響。近年來,在自動化高速發(fā)展的今天,投藥系統(tǒng)(圖1)投加精度和自動化程度越來越高,但是水廠斷藥、缺藥應急投加的研究仍停留在配水井等藥劑投加點,設置應急藥劑儲存池,發(fā)現(xiàn)斷藥、缺藥后進行人工投加,存在操作滯后、加藥及時性低等問題。

圖1 工藝流程

Fig.1 Process Flow

2.1隱患分析

經(jīng)分析,投藥系統(tǒng)斷電、投藥泵故障、投藥管道爆裂堵塞均會造成斷藥;投加管道破損或其他原因產(chǎn)生管道滲漏會導致投加點藥量不足造成缺藥。斷藥和缺藥都將無法保證正常生產(chǎn)。

2.2現(xiàn)有對策

在配水井設置應急藥劑儲存池,當水廠出現(xiàn)斷藥、缺藥情況時,進行人工投加。

  • 當發(fā)生投藥系統(tǒng)斷電時,原水繼續(xù)流入,員工必須快速到達配水井,打開應急藥劑儲存池的手動投加閥進行應急投加,通常需要較長時間恢復投藥,無法保證水質持續(xù)達標。

  • 當發(fā)生投藥泵故障時,原水繼續(xù)流入,員工必須快速到達加藥間切換投加泵,通常需要較長時間恢復投藥,無法保證水質持續(xù)達標。

  • 當發(fā)生藥劑投加管道爆裂、堵塞,導致藥劑投加量偏少或完全中斷時,原水繼續(xù)流入,人工無法及時發(fā)現(xiàn)、常規(guī)裝置無法及時檢測,通常發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)導致水質超標。

  • 當發(fā)生投加管道破損或其他原因產(chǎn)生管道滲漏,導致投加點藥量不足造成缺藥時,原水繼續(xù)流入,人工無法及時發(fā)現(xiàn)、常規(guī)裝置無法及時檢測,通常發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)導致水質超標。

綜上所述,如何快速檢測并自動應急投加是重點、也是難點。

三、系統(tǒng)設計與實踐

3.1系統(tǒng)總體設計思路

為解決上述技術問題,特別創(chuàng)新提出一種斷電、斷藥、缺藥情況下,無需備用電源仍可保證藥劑連續(xù)穩(wěn)定的投加系統(tǒng),可保證出廠水水質穩(wěn)定達標、保障水質安全。

本系統(tǒng)安裝在配水井等藥劑投加點,通過對斷電、斷藥以及缺藥等可導致加藥異常情況的檢測,自動進行應急投加,同時在中控室進行報警,提示值班人員盡快處置。所有應急操作均無需配備應急電源,大大提高系統(tǒng)的可推廣性。

3.2系統(tǒng)構成

藥劑應急自動投加系統(tǒng)(圖2),包括儲藥池、投加控制裝置、斷藥檢測裝置、斷電檢測裝置、缺藥檢測裝置以及遠程報警模塊。

(1)儲藥池:安裝于配水井等藥劑投加點所在構筑物;

2)投加控制裝置:通過安裝于儲藥池和投加點之間的斷電開啟型電磁閥控制應急投加;

(3)斷藥檢測裝置:通過安裝于藥劑投加點浮子流量計進行檢測;

(4)斷電檢測裝置:通過電磁閥失電進行檢測;

(5)缺藥檢測裝置:通過設置浮子流量計下限,當浮子流量計低于設定值時,進行檢測;

(6)遠程報警模塊:通過外接的繼電器常開點驅動中控室或其他遠程值班室聲光報警器,實現(xiàn)聲光報警。

1—儲藥池   2—常開手動閥   3—斷電檢測   4—斷藥檢測

5—缺藥檢測   6—浮子流量計   7—開啟型電磁閥   8—手動閥

圖2 藥劑應急自動投加系統(tǒng)

Fig.2 Emergency Automatic Dosing System

3.3具體實施方式

3.3.1投加控制

本系統(tǒng)在藥劑儲藥池和投加點之間的管道上安裝一個斷電開啟型電磁閥,當斷電開啟型電磁閥打開時,可實現(xiàn)無需備用電源情況下的藥劑自動投加及遠程報警。

該應急加藥系統(tǒng)是一個重力加藥系統(tǒng),應急加藥量會隨貯藥箱液位下降而減小,為此需將儲藥池放置在適當高度,保證在最低液位時流量可以滿足最小投加藥量。儲藥池如圖3所示。

圖3 儲藥池

Fig.3 Storage Tank

儲藥池容積的設置需綜合考慮應急保障的時間和藥劑的保質期,既要提供足夠時長的應急投加時間,又要避免頻繁更換過期藥劑產(chǎn)生浪費。根據(jù)《水庫型水源給水廠特定混凝劑使用技術導則》,自來水廠常用液體混凝劑保質期應不少于6個月,固體混凝劑保質期應不少于12個月[6],故常規(guī)情況主要根據(jù)需應急加藥的時間和流量計算容積,并定期更換儲存藥劑。

3.3.2快速檢測裝置

快速檢測裝置具有3種檢測功能,分別為斷電檢測、斷藥檢測及缺藥檢測。其具體過程如下:

(1)斷電檢測:當廠區(qū)供電中斷時,斷電開啟型電磁閥(圖4)即刻失電,可以快速檢測到斷電情況,同時電磁閥打開,啟動藥劑應急投加。  

圖4 斷電開啟型電磁閥

Fig.4 De Energized Open Solenoid Valve

(2)斷藥檢測:在藥劑投加點安裝浮子流量計(圖5),流量計浮子內(nèi)嵌磁芯,椎管外裝干簧管開關,用于流量的上下限報警輸出。浮子流量計無流量時,帶磁芯的浮子下沉至流量計椎管底部,這時下限干簧管接通,相關DI模塊的輸入點置1,延時5 s后,相關DO模塊輸出點置1,該DO模塊輸出點外接的繼電器吸合,繼電器常閉點斷開,接在繼電器常閉點的斷電開啟型電磁閥線圈失電,電磁閥打開,啟動藥劑應急投加。

圖5 浮子流量計

Fig.5 Rotameter

(3)缺藥檢測:當加藥管破損或其他原因滲漏導致漏藥時,實際投加量可能低于所需投加量,導致渾濁度升高水質異常。此時可以設置浮子流量計下限,當浮子流量計低于設定值時,相關DI模塊的輸入點置1,延時5 s后,相關DO模塊輸出點置1,該DO模塊輸出點外接的繼電器吸合,繼電器常閉點斷開,接在繼電器常閉點的斷電開啟型電磁閥線圈失電,電磁閥打開,啟動藥劑應急投加。

3.3.3遠程報警模塊

利用3.3.2節(jié)(2)、(3)中DO模塊外接的繼電器常開點驅動中控室或其他遠程值班室聲光報警器,當出現(xiàn)缺藥或斷藥時,DO模塊輸出點外接的繼電器吸合,繼電器常開點閉合,聲光報警啟動。

3.4實踐分析

該藥劑應急投加系統(tǒng)相較JZT水廠原有應急藥劑投加裝置,增加了2臺浮子流量計和1臺斷電開啟型電磁流量計及部分管材,合計金額不超過1000元。

經(jīng)統(tǒng)計2018年-2019年JZT水廠共出現(xiàn)21次意外斷電(表1),該系統(tǒng)均即時進行藥劑應急投加,確保水質穩(wěn)定。如無該系統(tǒng),直接損失是要排放未正常投加藥劑的原水,即F=進水量×中斷加藥時間×原水單價。按照每次需要半小時重新進行投藥,則每次直接經(jīng)濟損失為8300×0.5×1.06=4399元,合計約9.24萬元。

除產(chǎn)生明顯經(jīng)濟效益外,該系統(tǒng)最大的貢獻是避免無法及時發(fā)現(xiàn)藥劑投加中斷或不足產(chǎn)生的生產(chǎn)隱患,大大提高水質的穩(wěn)定性,為后續(xù)智慧水廠無人和少人值守提供有力保障。

表1 JZT水廠意外停電統(tǒng)計

Tab.1 Statistics of Unexpected Outage of JZT Water Plant

四、總結與展望

(1)本系統(tǒng)通過檢測斷電、缺藥、斷藥信號并及時進行藥劑應急自動投加,確保水質達標,具有簡便性、通用性及高可靠性等特點。

(2)斷電開啟型電磁閥的選取及使用,解決了斷電檢測以及無需備用電源自動投加藥劑的難題。由于停電時間較短,電磁閥線圈處于長期通電狀態(tài),因此,須考慮線圈溫升可適應連續(xù)通電的條件。為此,本系統(tǒng)電磁閥線圈加裝節(jié)能模塊,有效降低了線圈溫升。

(3)本系統(tǒng)在研發(fā)及使用過程中,斷藥及缺藥檢測裝置對比使用了斷流指示器、電磁流量計、浮子流量計等多種流量檢測方法之后選擇浮子流量計,實現(xiàn)了低成本、高可靠的設計目的,同時契合了無需備用電源的設計思路。

(4)本系統(tǒng)除了可自動應急投加混凝劑之外,同樣適用于水廠消毒劑等其他生產(chǎn)藥劑的應急自動投加,并具有廣泛的適用性,可在自來水廠、污水廠進行推廣。


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參考文獻

[1] 顏一青.不同種類原水混凝劑投加量分析[J].凈水技術,2017,36(sl):56-62.

[2] 北京市市政工程設計研究院.給水排水設計手冊(第3冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[3] 王慧娟,李金輝,殷小桃.給水廠投藥系統(tǒng)技術改造及應用[J].中國給水排水,2011(24):79-81.

[4] 曾明如,江智軍,孫達志.給水廠混凝投藥實時控制專家系統(tǒng)研究[J].給水排水,2004,30(5):100-102.

[5] 句立展,楊萬東,張繼良.給水廠中混凝劑投加自動控制技術研究[J].低溫建筑技術,1999(2):34-35.

[6] 山東省質量技術監(jiān)督局.水庫型水源給水廠特定混凝劑使用技術導則:DB37T 2678—2015[S].



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