水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)改進(jìn)

宣小軍 張光輝 馬天添 房 俊 方 珺

（合肥通用機(jī)械研究院 合肥）

一、方案概述

粉末活性炭對(duì)水中污染物有很強(qiáng)的吸附能力，是應(yīng)對(duì)水源季節(jié)性或突發(fā)性污染的良好手段。針對(duì)有可能出現(xiàn)的突發(fā)性污染，合肥市第七自來(lái)水廠在設(shè)計(jì)過(guò)程中配套了活性炭投加系統(tǒng)。

合肥市第七自來(lái)水廠一期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為每天20萬(wàn)噸，粉末活性炭設(shè)計(jì)投加量≤30 mg/L，干式制備，濕式投加，投加濃度2%～5%可調(diào)，投加點(diǎn)選在沉淀池前端進(jìn)水管路。粉末活性炭投加采用全自動(dòng)連續(xù)計(jì)量輸炭，炭液攪拌溶解和自動(dòng)投加集成一體化，包括全套儲(chǔ)存、計(jì)量、輸送、溶解、變頻控制螺桿加注泵。用戶根據(jù)水質(zhì)的實(shí)際情況進(jìn)行炭粉投加，炭粉首先通過(guò)喂料、螺旋機(jī)精確計(jì)量系統(tǒng)輸送至炭漿制備系統(tǒng)，兩套設(shè)備連續(xù)無(wú)間歇運(yùn)行，制備好的炭漿再通過(guò)螺桿泵投加至各投加點(diǎn)。

圖1 活性炭系統(tǒng)工藝配置

二、活性炭投加系統(tǒng)配置及功能

粉末活性炭系統(tǒng)主要由料倉(cāng)系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、制備系統(tǒng)、投加系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)工藝配置見(jiàn)圖1。

（1）料倉(cāng)系統(tǒng)。包括70 m3的料倉(cāng)、粉塵過(guò)濾系統(tǒng)、安全閥和空穴振打系統(tǒng)，料倉(cāng)內(nèi)布設(shè)高位、中位及低位料位計(jì)，所有料位信號(hào)通過(guò)控制柜上傳，用于監(jiān)測(cè)料倉(cāng)內(nèi)粉炭的容量。粉末活性炭由槽車直接送至料倉(cāng)儲(chǔ)存。

（2）給料系統(tǒng)。包括雙螺旋給料機(jī)、螺旋輸送機(jī)，料倉(cāng)內(nèi)的粉末活性炭通過(guò)給料機(jī)實(shí)現(xiàn)精確給料，給料機(jī)出口與輸送機(jī)相連，輸送計(jì)量后的粉末活性炭至室內(nèi)儲(chǔ)液罐。

（3）制備系統(tǒng)。包括儲(chǔ)液罐、攪拌機(jī)、除塵器、增壓泵、進(jìn)水電磁閥和液位計(jì)。儲(chǔ)液罐設(shè)溢流孔、放空閥和檢查人孔。制備炭液時(shí)由增壓泵給儲(chǔ)液罐進(jìn)水，液位計(jì)提供進(jìn)水量依據(jù)和相關(guān)保護(hù)。

（4）投加系統(tǒng)。包括螺桿泵、投加管路和配套閥門，共有3臺(tái)螺桿泵（2用1備，額定流量3.15 m3/h，壓力0.6 MPa），螺桿泵和相應(yīng)的投加管路配備沖洗水系統(tǒng)，出液管路安裝電磁流量計(jì)，流量信號(hào)上傳至PLC控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)實(shí)際投加量。

（5）控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制備和計(jì)量投加，控制系統(tǒng)采用西門子S7-200系列PLC，可以通過(guò)中控電腦和觸摸屏顯示、設(shè)置和修改各種操作參數(shù)如投加量、泵的頻率值和運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)要求調(diào)整進(jìn)水、進(jìn)料時(shí)間，調(diào)整炭液的配比濃度，整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)進(jìn)料、自動(dòng)配料和計(jì)量投加。操作界面和參數(shù)設(shè)置畫面見(jiàn)圖2、圖3。

三、問(wèn)題及原因分析

圖2 自控系統(tǒng)操作界面

圖3 自控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

活性炭投加系統(tǒng)投入運(yùn)行后，炭液制備和投加過(guò)程中出現(xiàn)粉塵飛揚(yáng)、液位計(jì)誤動(dòng)或拒動(dòng)的現(xiàn)象。粉塵飛揚(yáng)導(dǎo)致整個(gè)活性炭間彌漫活性炭粉塵，造成工作環(huán)境惡劣，并存在安全隱患；液位計(jì)故障會(huì)導(dǎo)致炭液溢流、炭液被抽干、投加泵空轉(zhuǎn)，影響整套系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況的觀察分析，發(fā)現(xiàn)粉塵飛揚(yáng)的主要成因：①送料時(shí)粉炭通過(guò)儲(chǔ)液罐上方的除塵器外溢，通過(guò)溢流口外溢；②輸送機(jī)給儲(chǔ)液罐送料時(shí)，粉炭通過(guò)攪拌機(jī)與罐頂部之間的間隙外溢。

液位計(jì)誤動(dòng)或拒動(dòng)主要是由于在進(jìn)料過(guò)程中，粉塵未能及時(shí)與水混合，擴(kuò)散到儲(chǔ)液罐內(nèi)的空氣中，由于空氣中粉塵濃度大，影響液位計(jì)的正常顯示和信號(hào)輸出，導(dǎo)致整套自動(dòng)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作不能正常投加。

四、改進(jìn)措施

（1）原制備系統(tǒng)頂部裝有帶噴淋水的除塵器（內(nèi)部裝有PE填料），但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，噴淋水不能完全阻止粉炭外泄，制備罐中的粉炭依然會(huì)從除塵器頂部進(jìn)入到空氣中。采用集塵筒的方式改進(jìn)后（圖4、圖5），制備罐中未及時(shí)溶解于水的顆粒狀粉炭進(jìn)入除塵筒，充分溶于水后排出。

（2）將儲(chǔ)液罐的溢流口接入新增集塵筒，可以有效地避免未及時(shí)溶于水的粉末活性炭從溢流口擴(kuò)散到空氣中。

（3）原制備系統(tǒng)的溶解攪拌機(jī)選用擺線針輪減速機(jī)（帶支架），支架與安裝底座間隙較大，極易造成顆粒狀粉炭外泄到空氣中。改用齒輪式減速機(jī)，安裝密封性提高，有效地避免了粉炭顆粒物從聯(lián)接處外泄。

圖4 集塵筒使用效果圖

（4）將超聲波液位計(jì)更換為雷達(dá)液位計(jì)，超聲波易受溫度、壓力、霧氣或粉塵的影響，測(cè)量精度將受到干擾。雷達(dá)液位計(jì)反饋信號(hào)是電磁波，不會(huì)輕易受到粉塵、真空或蒸汽等因素的影響，能夠有效地滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用需求。

圖5 集塵筒內(nèi)部構(gòu)造示意圖

五、改進(jìn)效果

改進(jìn)后，活性炭系統(tǒng)未出現(xiàn)粉塵飛揚(yáng)和液位計(jì)誤動(dòng)作現(xiàn)象，投加效果有效穩(wěn)定。在2014年5、6月源水水質(zhì)惡化期間，整套投加系統(tǒng)有效地提高和改善了飲用水水質(zhì)，為水廠的穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

從水廠投加粉末活性炭前后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)可知，粉末活性炭對(duì)降低受污染源水的色度、嗅味和揮發(fā)性酚類等有良好的作用，對(duì)化學(xué)需氧量也有較好的去除效果；由于活性炭的良好吸附性能，投加適量的活性炭后，沉淀池和濾池出水濁度大幅度下降，自來(lái)水水質(zhì)大幅度提高。