黃成勇 劉澤華 楊凱
成都市自來水總公司六廠 郵編：610072

　　提 要：針對目前使用SCM單因子、沉淀濁度反饋和模型沉淀池等自動投藥方式效果不理想的問題，成都市自來水六廠利用相關回歸分析建立了原水濁度與混凝劑耗率關系的數學模型再加上沉淀濁度負反饋的投藥自動化控制系統，實現了投藥自動化，取得了提高水質節約藥耗的良好效果。
　　關鍵詞：投藥；數學模型；配液；相關回歸分析；堿式氯化鋁

　　成都市自來水六廠位于成都市區西27公里的郫縣三道堰鎮，設計日供水能力６０萬立方米。由于成都市自來水六廠原水取至岷江水系地表水，原水濁度隨季節和洪水的影響很大，為保證出廠水水質（沉淀出水濁度在1-4NTU之間，合格率95%；出水濁度<0.5NTU，合格率99.5%）避免水質事故（出廠水濁度超過2NTU半小時為水質事故）的發生，建立一套高可靠性、高效率的自動投藥系統勢在必行。針對目前國內使用SCM單因子、沉淀濁度反饋和模型沉淀池等自動投藥方式存在的測試參數漂移、控制時間滯后和系統不穩定的問題，我廠利用歷史積累的原水濁度和在當時情況下的混凝劑耗率對應關系通過相關回歸分析建立了原水濁度與混凝劑耗率關系的數學模型再加上沉淀濁度負反饋的投藥自動化控制系統，實現了投藥自動化。系統投入運行后使得沉淀出水濁度合格率在可控制的前提下得到了大幅度的提高，同時混凝劑的耗率也得到大幅度的降低，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1系統建立方案

1.1 投藥自動化系統的構成
　　根據本廠的生產工藝特點及投藥自動化系統改造前的工藝構筑物配置情況，我廠通過系統工藝改造建立了如下圖1所示的投藥自動化系統。該投藥系統分為自動配液分系統和自動投加分系統。其中自動配液系統包括：原藥池（原藥混凝劑為10%聚合氯化鋁液體）、配液池、投加池、提升泵、自動閥、攪拌風機、液位儀、流量計等構筑物和設備，系統可實現根據原水濁度和計量泵轉速要求給定的任意濃度混凝劑的配置和濁度突變時的應急處理。自動藥液投加系統包括：PLC系統、變頻器、計量泵及附件、投加流量計、原水流量計、原水濁度儀和工藝構筑物等，系統可實現任意濁度和流量的混凝劑手自動準確投加，確保沉淀池出水濁度在控制范圍之內。

1.2全自動配液系統的建立
　　從上圖1可以看出，全自動配液系統的工作原理和過程是：當系統接收到改變配液濃度的指令后，計算各配液池、投加池中實際含藥量和含水量，再根據所要求的藥液濃度計算出所需配制的原藥量或水量。計算完畢后，PLC控制提升泵和電磁（動）閥依秩為各配液池、投加池投加原藥或清水，最后再打開空氣攪拌系統進行攪拌。該系統成功運行后，實際上可以實現使用配藥池配藥同時也可以避開配液池的配液過程而直接采用投加池進行配液和投加。但按正常的配液配液程序配液完畢后再將藥液投入投加池可以避免計量泵吸入氣泡，同時避免藥液在投加池配制過程中藥液濃度的不可預知性和波動，所以我廠擬在正常生產狀態用配液池配液，當濁度突變和變化配液濃度時則采取投加池配液的方法。
1.3 數學模型的建立
　　由于計算機控制技術的不斷發展和完善，建立數學模型已經成為當今投藥自動控制的新趨勢。從我廠的實際情況來看，各類儀器設備的配備率和運行率都很高，建立數學模型的PH、原水濁度、配水流量、沉淀出水濁度、濾后水濁度等參數都能夠實現自動采集。另外，我廠的投藥系統經過改造以后已經可以實現遠地手自動切換、中心控制室的遠地調速、各類控制設備的啟閉、各類控制參數的監測等各種功能。以上設備的可靠運行和系統設計的功能為建立投藥自動控制數學模型打下了堅實的基礎。
　　自98年底投藥系統中心控制改造完畢后，我廠就開始進行了建模所需的數據收集工作。由于我廠每日的供水量變化不大且各工藝統都在額定負荷狀態下工作，另外本廠99年沉淀出水合格率和出廠水合格率都在85%以上，由此我廠可以通過原水濁度和千噸水耗率之間的關系建立數學模型。為此，我廠的工程技術人員收集了1999年1月至12月該廠每日的原水濁度平均值與混凝劑千噸水耗率的統計數據，并通過數學模型公式的推導，從而建立原水濁度平均值與千噸水耗率的模型公式。從理論上講，知道某種原水濁度就可以通過運算求出千噸水耗率，再乘以配水流量就可以得出混凝劑加量，再通過變頻調速和流量計控制加量，最終實現藥液的自動投加。

2系統技術特征

2.1配液自動化
　　投藥自動化系統建立后，配液系統可以實現中心控制室設定濃度和依據原水濁度和計量泵轉速自動運算的全自動配液方式，同時還可以根據配液情況自動計算出投加池中的藥液濃度，為藥量的定量投加提供了依據。

　　從配液系統操作界面上可以看出，通過全自動配液系統的運行，各組配液池的配液精確度在0.1%以內，足以滿足藥液的精確投加。
2.2投加自動化
　　99年1月至10月中旬成都自來水六廠投藥系統以中心控制室調速遠動控制；99年10月中旬以后，實現了投藥系統以數學模型方式全自動投加。
　　下圖3是成都自來水六廠投藥數學模型運行較典型的狀態效果。從圖中可以看出沉淀出水濁度都控制在允許的范圍之內，而單個系統的耗率卻存在較大范圍的差別，說明沉淀濁度負反饋起到了作用。

3系統運行效果

3.1 系統運行率

表1 2000年投藥自控系統自動運行率（%） 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 配液 100 100 100 100 100 99.5 100 100 99.5 100 99.5 100 投加 99.9 100 100 100 99.8 99.5 99.5 99.8 99.5 99.5 99.5 99.5

3.2混凝劑耗率

表2 1999年-2000年投藥自控系統混凝劑耗率對比（%） 時間 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 99年實際 22.13 22.58 23.61 27.64 31.94 35.31 35.97 37.74 35.36 35.86 29.3 28.7 30.51 2000年實際 23.38 21.05 21.43 24.59 26.37 25.24 24.51 28 28.36 26.57 23.95 24.19 24.80 增加% 5.65 -6.78 -9.23 -11.03 -17.44 -28.52 -31.56 -25.81 -19.50 -25.91 -18.23 -15.71 -18.71

　　備注：混凝劑采用10%液體堿式氯化鋁。

3.3 系統沉淀出水合格率

表3 1999年-2000年投藥自控系統沉淀出水合格率對比（%） 時間 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 99年實際 85.00 83.00 87.00 86.00 84.00 83.00 81.00 81.00 76.00 85.00 85.00 85.00 83.42 2000年實際 87.50 87.96 93.11 92.07 90.61 92.57 96.31 93.99 94.15 95.16 91.20 92.11 92.23 提高 2.94 5.98 7.02 7.06 7.87 11.53 18.90 16.04 23.88 11.95 7.29 8.36 8.81

　　備注：以上統計數據均包括清洗儀表、停電和沉淀行車反沖造成的濁度超標時間。

3.4典型系統運行曲線
　　水六廠投藥數學模型投入運行后，藥耗和沉淀池出水濁度合格率都得到不同程度的改善，系統自動運行的時間接近100%。詳見以下趨勢分析圖4。

4 經濟社會效益

　　實現投藥自動化后，使得勞動生產率大大提高。以前為保證濁度合格率需配備1名化驗人員，1名調度人員，兩名投藥工，而目前只需1名調度人員，1名化驗人員，可以節省兩名工作人員，且勞動強度大大降低。如果以三班倒計算，工人每月工資1000元計算，每月可以節約工人工資M=3*2*1000=6000元，每年節約資金7萬元以上。我廠實現數學模型自動投藥后，在保證沉淀池出水濁度的情況下混凝劑耗率得到了較大幅度的降低，從年平均30.51公斤/千噸水降低到24.80公斤/千噸水，平均降低18.71%，達到了預期的效果。按我廠每月藥耗400KT計算,每月節省藥耗70多噸，價值9萬多元。投藥數學模型運行后，沉淀出水濁度合格率從83.42%提高到92.23%，年平均提高8.81%。

5 結語

　　投藥工序是水處理過程中兩個最關鍵的環節之一，實現投藥自動化首先可以確保沉淀出水濁度在設定的范圍之內，避免因混凝效果不佳造成的水質事故。另外，投藥自動化可以節約大量的藥耗和制水工作人員。要保證出廠水濁度合格率和提供優質的自來水以滿足人民群眾不斷提高的需要，投藥自動化的意義非常重大。
　　投藥數學模型的建立不受水廠規模大小的影響，只要建立了中心自動化控制系統就可以實現，是解決SCM（流動電流儀）控制和FCD控制不能實現的難題的極佳方案。從投資規模上看要略小于投資SCM規模，但可靠性和穩定性有較大提高。

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成都市自來水總公司六廠
2001年6月