楊艷玲 李星 李圭白(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院)
程繼順 徐德會(大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院)

　　在現(xiàn)有的多種含油污水處理工藝中，一般都有投加混凝劑的處理過程，水質(zhì)和水量等參數(shù)隨時間而變化。一般處理站原水含油量為100～1 000mg/L，懸浮固體為20～100 mg/L，變化幅度很大。常規(guī)處理時，一次沉降罐出水含油量為50～400 mg/L，懸浮固體為15～80 mg/L，變化幅度也很大。
　　目前含油污水處理工藝中采用的投藥控制方法多是根據(jù)水量或濁度等少數(shù)表觀水質(zhì)參數(shù)確定的，由于混凝的影響因素眾多，并且傳感器易受油粘污，很難準(zhǔn)確有效地控制加藥量。
　　本文介紹一種新型透光脈動混凝測控系統(tǒng)，可直接測定絮凝體顆粒相對粒徑及數(shù)量，能靈敏地反映出加藥后的混凝程度。該方法只需檢測混凝程度(即絮凝體粒徑)一個控制性因子就能實現(xiàn)投藥量的自動控制，是含油污水混凝投藥自控技術(shù)的一個突破。

1 混凝檢測及自動控制技術(shù)

1.1 透光脈動混凝檢測技術(shù)
　　混凝檢測自控投藥系統(tǒng)的核心部分為混凝檢測器，它基于光電檢測原理。當(dāng)一束光透射過流動的懸浮液時，在光束照射到的液體體積內(nèi)，懸浮顆粒的數(shù)目是不斷變化的，因此透過光強(qiáng)度也是不斷變化的。如果在懸浮液兩側(cè)放置光源及光敏傳感器，就可將這種顆粒數(shù)目的變化，從光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行檢測。電信號的一部分為變化(脈動)的成分，相當(dāng)于顆粒數(shù)變化造成的光強(qiáng)度的波動，將其分離出來放大，就可得到反映該脈動值的有效檢測信號，該值僅與絮凝體的顆粒數(shù)目及粒徑有關(guān)。
　　該檢測輸出值可用脈動值與平均值的比值R來表示，R稱為相對脈動值。這一參數(shù)可避免儀器透光壁面的沾污或光電池老化等因素對輸出值的影響，這是該檢測技術(shù)的一大優(yōu)點，特別適用于如含油污水等特種工業(yè)污水的處理。該檢測技術(shù)具有流過式檢測方式，因此有可能用于連續(xù)在線檢測及控制過程中。
1.2 基本構(gòu)成和控制方法
　　系統(tǒng)由傳感器、智能測控儀和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(變頻調(diào)速裝置、投藥泵等)組成，它們構(gòu)成一個單回路反饋控制系統(tǒng)。圖1為含油污水深度處理工藝流程的投藥控制系統(tǒng)示意圖，其中水樣從反應(yīng)階段取樣經(jīng)過傳感器后排放，檢測到的有效信號傳輸至控制器，經(jīng)過處理和運算后，控制器輸出標(biāo)準(zhǔn)信號4～20 mA至執(zhí)行機(jī)構(gòu)(變頻調(diào)速器)，改變投藥泵電機(jī)工作頻率，從而控制投藥量。改變投藥量后的含油污水經(jīng)過混合反應(yīng)再次經(jīng)傳感器檢測，這樣整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個反饋閉合回路。

　　當(dāng)原水的某個參數(shù)發(fā)生變化時，混凝程度也隨之發(fā)生變化，例如當(dāng)原水懸浮固體量升高時，反應(yīng)出加藥量不足，混凝程度不足，絮凝顆粒粒徑減小，檢測值R減小，偏離設(shè)定值R_S，測控儀通過變頻調(diào)速器控制加藥泵增加投藥量；當(dāng)懸浮固體量減小時，也會形成類似的控制過程。

2 實例

2.1 工藝流程和設(shè)計參數(shù)
　　試驗在油田的一個綜合試驗站進(jìn)行，工藝流程如圖1所示。現(xiàn)場試驗裝置工藝流程與工業(yè)生產(chǎn)裝置相同，各處理構(gòu)筑物的形式、構(gòu)造和設(shè)計參數(shù)，運行參數(shù)，投藥情況均與生產(chǎn)裝置相似。試驗采用泵前投加混凝劑、泵混合、旋流反應(yīng)器及二級過濾的工藝流程。
2.2 穩(wěn)態(tài)運行過程
　　眾多研究結(jié)果表明，R值與絮凝體粒徑及沉淀速度有直接的相關(guān)關(guān)系，這里僅用R值表示含油污水的混凝程度及沉降性能。試驗中，當(dāng)自控系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時，R值始終圍繞在設(shè)定值R_S周圍波動，波動范圍在R_S±0.3左右。
2.3 流量變化的調(diào)節(jié)性能
　　在流量發(fā)生變化時，檢測值R一般在1～3 min內(nèi)響應(yīng)，可以對變化進(jìn)行較快的控制。變化狀態(tài)達(dá)到平穩(wěn)的時間較長的原因是由于旋流反應(yīng)器的反應(yīng)時間較長且返混情況比較嚴(yán)重。從該反應(yīng)器的工況可知，整個投藥控制系統(tǒng)的控制滯后時間在極大程度上受反應(yīng)條件的限制；如改變反應(yīng)器的種類或反應(yīng)時間等參數(shù)，則可在很大程度上改善投藥控制系統(tǒng)的控制效果。br>2.4 水質(zhì)變化的調(diào)節(jié)性能
　　在現(xiàn)場試驗中很難人為大幅度改變原水的水質(zhì)，故采用改變設(shè)定值的相對方法來觀察系統(tǒng)控制情況。當(dāng)設(shè)定值由原來的R_S值變成R_S+ΔR值時，相當(dāng)于原水顆粒濃度突然增加或者加藥量突然減小，使原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)被破壞，此時自控系統(tǒng)將對偏差ΔR_S進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　圖2的結(jié)果為設(shè)定值發(fā)生變化時投藥控制系統(tǒng)的運行狀況。設(shè)定值R_S由4.5突減為3.6，R值在1～3 min內(nèi)就有響應(yīng)，加藥量亦隨之迅速減少，但在30 min后才達(dá)到平衡狀態(tài)，這是因反應(yīng)器內(nèi)水流返混情況嚴(yán)重造成的。
　　由圖2可見，在原水水質(zhì)發(fā)生變化時，R值受到影響而逐漸增加，加藥量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整后，R值恢復(fù)至設(shè)定值附近。水質(zhì)波動對處理系統(tǒng)的運行造成一定影響，通過加藥量自控系統(tǒng)能很快地緩解乃至消除這些影響。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能較好。

　　以透射光檢測值的脈動程度為基礎(chǔ)的新型光電檢測技術(shù)可連續(xù)在線檢測出絮凝體顆粒的相對粒徑和數(shù)量。將該技術(shù)用于油田含油污水混凝投藥的檢測和控制，僅用一個參數(shù)R就可反映混凝程度，使控制過程大大簡化。試驗結(jié)果表明，該技術(shù)可反映出處理工藝的水質(zhì)和流量變化的影響，并可根據(jù)這些參數(shù)的變化對加藥量進(jìn)行自動控制。其控制性能和調(diào)節(jié)性能良好，可以顯著改善含油污水處理效果，具有很好的實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

　　1 Gregory J.A simple particle monitor for low-turbidity waters.AWWA Water Quality Technology Conference, 1998
　　2 李化民等.油田含油污水處理.北京：石油工業(yè)出版社，1990

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