楊凱人
（上海臨江自來水制水有限公司，上海 201114）

　　摘 要： 詳細介紹了顯示式絮凝控制系統(FCD)在水廠應用中的效果和應注意的問題，體現了我國自行研制、開發的自動加礬控制系統在適用性和實用程度上更具優勢。?
　　關鍵詞： FCD； 水廠； 應用效果
　　中圖分類號： TU991.22
　　文獻標識碼： C
　　文章編號： 1000-4602(2000)03-0041-03

1 概況

　　上海臨江自來水制水有限公司是上海市自來水公司臨江水廠改制后的制水企業，是上海市利 用西班牙政府貸款項目新建的自動化程度較高的水廠(由上海市政設計研究院設計)，于1997年7月通水投產。設計供水能力為40×10⁴m³/d，主要機電及自控生產設備是國外引進，取用的原水由黃浦江上游引水二期工程的淞浦取水泵站提供，再經由臨江泵站提升后輸入，原水濁度年平均值40NTU左右，最高約150NTU，最低約10NTU。1998年出廠水平均濁度為0.30NTU。制水生產流程為：

　　

　　凈水構筑物中有四座10×10⁴m³/d的沉淀池(設計參數：反應池停留時間16min，沉淀時間90min，進水量4500m³/h)，二座20×10⁴m³/d濾池，二座2×10⁴m³清水池。?
　　混凝劑選用液體堿式氯化鋁。堿鋁的提升、配制和攪拌全部采用自動控制。加礬設備是使用德國Prominent公司生產的四頭泵，最大加注量為5000L/h，具有變頻和沖程雙因子控制。
　　“顯示式絮凝控制系統”的誕生為實現全自動加礬的閉環控制提供了新的方法和手段，水廠于1999年5月在3^＃沉淀池安裝了上海尼臣環保實業有限公司生產的FCD進行生產性應用試驗。FCD具有調整加注泵沖程、控制加注率隨水量變化同步調整加礬量的雙重功能，但考慮到原系統中按流量比例的變頻控制較正常、所以仍繼續保持使用，而將FCD用來控制加注泵沖程調節，即控制混凝劑加注率。該自動加礬系統見圖1(左邊為我公司保持使用的原有系統裝置，右邊為FCD系統)。

1.1 FCD簡介
　　顯示式絮凝控制系統(Flocculation Control Device)，簡稱FCD，主要由絨體圖像采集傳感器和奔騰微機兩大部分組成。圖像采集傳感器安裝在反應池出口水流較穩定處，水樣經取樣窗(可定時自動清洗)由高分辯CCD攝像頭水下攝像，由LED發光管照明以提高絮凝體圖像清晰度，經視頻電纜傳輸進計算機，對數據進行圖像預處理，以排除噪聲的干擾，改善圖像的成像質量，絨體圖像放大6倍可在顯示器上顯示；將灰質圖像通過計算機轉換成二值化圖像找出絨體顆粒分界線，進行圖形連通性判別，從而得出每一幅圖像中每一個絨體的大小和其他參數。
1.2 FCD自動控制原理
　　依據絨體的沉淀特性用一個“等效直徑”的代表性概念作為與沉淀水濁度相關的參量。在加礬技術上，解決了非球體絨體狀態的測量、計算和分析，據此利用實測值與目標值比較后的偏差來自動調整混凝劑加注率(或加礬量)；同時，又以沉淀池出水濁度的實測值與目標設定值比較后的偏差來自動修正絨體等效直徑的目標值，達到了智能化控制。因此，在應用中很明顯地反映出：絨體等效直徑與加注率成正比，而與濁度目標設定值成反比；絨體等效直徑與接觸時間(反應池停留時間)成正比，而與進水量成反比。

2 FCD的運行、調控

　　水廠從1999年5月下旬開始在3?＃沉淀池安裝FCD至今，為保證沉淀水濁度符合要求(廠規定沉淀水濁度≯2.5 NTU)，進一步提高該系統穩定性，重點結合水廠生產實際解決了以下一些問題。?
2.1 絨體等效直徑的實測值與進水量變化的關系
　　絨體等效直徑的實測值在加注率較穩定的情況下，會因沉淀池進水量調整變化而出現明顯的突變，且成反比。主要是由于水量大小變化引起反應池流速和停留時間發生變化，若進水量由小變大，反應池流速相應地變快，接觸停留時間變短，則絨體粒徑實測值迅速變小。例如，當3^＃沉淀池進水量按設計流量由4500m³/h增調到5000m³/h(流量變化為10%)，此時絨體粒徑實測值變小約0.02～0.05mm左右，粒徑變小幅度為5%～10%左右。在此種情況下，如絨體粒徑的目標值不能同步或近似地響應調整，則加注率的調整會發生誤導，可造成沉淀水濁度波動。若進水流量由大變小則出現相反情況。為此，決定將流量系數確定在-0.50～-0.75左右，另外將絨體粒徑目標值的調整由30min一次改為15min一次，使得加注率的控制和調整適應實際工況變化的需要，并使加注率和沉淀水濁度在進水流量變化時保持相對穩定。
2.2 絨體等效直徑與沉淀水濁度目標值的關系
　　絨體等效直徑實測值與沉淀水濁度目標值的設定有關，且成反比。濁度目標設定值小，則絨體粒徑實測值就大。例如3^＃沉淀池出水濁度目標值設定在1.8NTU時，一般絨體粒徑實測值約在0.400～0.440mm左右；當濁度目標值設定為1.5NTU時，絨體粒徑實測值可達0.460mm左右；當濁度目標值設定為1.0NTU時，絨體粒徑實測值可達0.480mm左右，甚至超過。因此絨體粒徑實測值會因濁度目標值不同而不一樣，但實際生產中，沉淀水濁度目標值往往是相對固定設置，不會經常變化。
2.3 絨體等效直徑、加注率與混合條件的關系
　　絨體等效直徑的實測值、加注率與混合條件變化有關。當進水量、濁度目標值及加注率一定，混合條件較好時則絨體粒徑實測值就大、加注率降低，即混合條件穩定則絨體粒徑實測值也就相對穩定。反之，絨體粒徑實測值會發生明顯變化。這一點對保持系統運行的穩定性很重要，而在實際生產中過去往往容易忽視，例如原先加礬混合采用的是靜態混合器，投加點設在沉淀池進水調流閥后約1m處。原來沉淀池、進水泵和調流閥的運行方式見表1。

表１　　水廠原運行方式 運行方式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 進水泵運行臺數（臺） 1 2 2 沉淀池運行座數（座） 1 2 3 沉淀池調流閥開啟度（%） 41 44 100 進水流量（m³/h） 4500 9000 13000　

　　當采用第Ⅲ種方式運行時，由于調流閥開啟度變化較大，造成原來工況下的混合條件發生較大變化，使得絨體粒徑實測值突然變小。將調流閥開啟度從原100%調整到70%(該閥的調流特性約在開啟度30%～70%)，總的進水量無明顯變化(3^＃沉淀池進水量仍為4500m3/h，濁度目標值為1.0NTU)，而絨體粒徑實測值從0.440 mm左右回復到0.480mm左右。現已將第三種運行方式的調流閥開啟度確定為68%，使FCD盡量避免混合條件變化產生的干擾，保持在不同運行工況下的穩定性。采取該措施后，3^＃沉淀池水濁度實測值更趨穩定，由此可以得到啟示：①保持混合條件穩定，對FCD運行的穩定性有利；②改善混合條件后會有明顯 的節礬效果，如調流閥的開啟度定為68%后，加注泵的沖程數(約相當于加注率)從原來60%左右降到45%～50%左右，降低約15%～25%；③現有靜態混合器的混合方式，其混合效果會 隨進水流量的變化而不同，而選擇更為合理的混合方式將是今后需要積極探求的。?
2.4 偶然因素對運行的影響程度
　　 當絨體粒徑的實測值和目標值相對穩定時，有時沉淀池出水濁度會遇到一些偶然因素的影響，如突然的暴雨、大風等影響，沉淀水濁度會上升約0.8～1.0NTU左右，但對濾后水濁度要求沒有明顯影響，且此種情況時間不會太長，待濁度反饋調整絨體目標值后，加注率自動調整，沉淀水濁度實測值會趨于逼近目標值。另外有時濁度儀信號會突然變化，但時間也很短。上述偶然因素產生的變化現象，在FCD的運行過程中能明顯地觀察到，但對該系統的正常運行沒有明顯影響。?

3 FCD生產應用的效果

　　① 穩定性好。應用FCD控制混凝劑加注率，進一步提高了沉淀水濁度的合格率和穩定性。例如10月1日—7日一周的數據(每5min一次數據統計共2016次)，僅有一次實測值為20NTU，合格率為99.95%。濁度的穩定性也比人工控制的要好。
　　②降低礬耗。在其他條件相似的情況下，3^＃沉淀池的礬耗減少約10kg/h(折算為標準硫酸鋁)，礬基數比平均0.025kg/m³下降0.0022kg/m³，降低率約8%左右。?
　　③可實現水廠加礬全自動控制。FCD在自動檢測絨體粒徑數據的基礎上，實現自動加礬的智能化閉環控制，為水廠加礬實現全自動化提供了新的方法和手段。同時FCD還可應用于對混合、絮凝等凈水工藝效果進行定量的測定和分析研究，為改善水廠的凈水工藝和構筑物改造提供依據。?
　　④形象直觀，調控方便。FCD檢測控制參數與沉淀水濁度相關性好，受原水水質的干擾小，且簡單直觀，與凈水生產的人工控制方式一致性強，很容易被水廠接受和使用。該系統靈活性也好，對各項參數和加礬量的上、下限均可按要求設置與調整。
　　⑤可靠性強，維護方便。FCD的裝置簡單，保養維修工作量小，通過三個多月的試用，對傳感器只作過一次密封性能檢查和清潔保養工作。?
　　⑥提高勞動生產率，降低勞動強度。可以減少生產人員對沉淀池現場巡檢的頻率，降低勞動強度，特別是在雨雪天氣和夜間。同時也促進了生產人員技術素質的提高，縮小水廠崗位 體力勞動與腦力勞動的差別，有利于水廠生產崗位的減員增效。?
　　FCD是國內自行研制、開發生產的自動加礬控制系統，為國際首創，完全能替代進口設備，且在適用性和實用程度上更具有優勢，有利于水廠自動化向國產化方向發展。?

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收稿日期：1999-11-20