一種應(yīng)急投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐

高旭輝 陳奮

摘? 要：通過分析自來水廠投藥系統(tǒng)存在的隱患，設(shè)計(jì)并實(shí)施了一種針對(duì)斷電、斷藥以及缺藥等異常情況進(jìn)行快速檢測(cè)，自動(dòng)進(jìn)行藥劑投加的新型藥劑應(yīng)急投加系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需備用電源仍可保證藥劑連續(xù)穩(wěn)定投加，可保證出廠水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，保障水質(zhì)安全。

關(guān)鍵詞：投藥系統(tǒng);藥劑;應(yīng)急投加

1? ? 工程概況

深圳市光明區(qū)某水廠，坐落于光明區(qū)鳳凰街道辦事處，總占地8.95公頃，分三期建設(shè)，始建于2001年，2008年全部建成投產(chǎn)，總供水規(guī)模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(yīng)池+斜板沉淀池+V型濾池;三期處理規(guī)模10萬m3/d，工藝流程為折板反應(yīng)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）。對(duì)于自來水廠而言，供水水質(zhì)優(yōu)劣不僅與處理工藝相關(guān)，同時(shí)也受到藥劑投加等因素的影響[1]?；炷端幨亲詠硭a(chǎn)過程中凈化水質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，投藥后的凈化過程具有復(fù)雜性、時(shí)變性、非線性等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)混凝投藥的自動(dòng)控制可以穩(wěn)定出水水質(zhì)，降低制水成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，自來水廠基本采用PLC控制投加泵實(shí)現(xiàn)藥劑的自動(dòng)投加[2-3]。

2? ? 問題分析

在自動(dòng)化高速發(fā)展的今天，投藥系統(tǒng)投加精度越來越高，自動(dòng)化程度越來越高，但是對(duì)于水廠斷藥、缺藥應(yīng)急投加的研究仍停留在配水井等藥劑投加點(diǎn)設(shè)置應(yīng)急藥劑儲(chǔ)存池，發(fā)現(xiàn)斷藥、缺藥后進(jìn)行人工投加的階段，存在操作滯后、加藥及時(shí)性低等問題。

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/堵塞均可造成斷藥;投加管道破損或由于其他原因產(chǎn)生管道滲漏，導(dǎo)致投加點(diǎn)藥量不足，會(huì)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(duì)策

在配水井設(shè)置應(yīng)急藥劑儲(chǔ)存池，當(dāng)水廠出現(xiàn)斷藥、缺藥情況時(shí)，進(jìn)行人工投加。

當(dāng)發(fā)生投藥系統(tǒng)斷電時(shí)，原水繼續(xù)流入，員工必須快速到達(dá)配水井，打開應(yīng)急藥劑儲(chǔ)存池的手動(dòng)投加閥進(jìn)行應(yīng)急投加，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)投藥，無法保證水質(zhì)持續(xù)達(dá)標(biāo)。

當(dāng)發(fā)生投藥泵故障時(shí)，原水繼續(xù)流入，員工必須快速到達(dá)加藥間切換投加泵，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)投藥，無法保證水質(zhì)持續(xù)達(dá)標(biāo)。

當(dāng)發(fā)生藥劑投加管道爆裂、堵塞，導(dǎo)致藥劑投加量偏少或完全中斷時(shí)，原水繼續(xù)流入，人工無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)、常規(guī)裝置無法及時(shí)檢測(cè)，通常發(fā)現(xiàn)時(shí)水質(zhì)已經(jīng)超標(biāo)。

當(dāng)發(fā)生投加管道破損或由于其他原因產(chǎn)生管道滲漏導(dǎo)致投加點(diǎn)藥量不足，造成缺藥時(shí)，原水繼續(xù)流入，人工無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)、常規(guī)裝置無法及時(shí)檢測(cè)，通常發(fā)現(xiàn)時(shí)水質(zhì)已經(jīng)超標(biāo)。

綜上所述，如何快速檢測(cè)并自動(dòng)應(yīng)急投加藥劑是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

3? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

3.1? ? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

為解決上述技術(shù)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)定投加的系統(tǒng)，可保證出廠水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，保障水質(zhì)安全。

本系統(tǒng)安裝在配水井等藥劑投加點(diǎn)，通過對(duì)斷電、斷藥、缺藥等可導(dǎo)致加藥異常的情況進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急投加，同時(shí)在中控室進(jìn)行報(bào)警，提示值班人員盡快處置。

3.2? ? 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，藥劑應(yīng)急自動(dòng)投加系統(tǒng)包括儲(chǔ)藥池、投加控制裝置、斷藥檢測(cè)裝置、斷電檢測(cè)裝置、缺藥檢測(cè)裝置以及遠(yuǎn)程報(bào)警模塊。

3.3? ? 具體實(shí)施方式

3.3.1? ? 投加控制

本系統(tǒng)在儲(chǔ)藥池1和投加點(diǎn)之間的管道上安裝一個(gè)斷電開啟型電磁閥7，當(dāng)斷電開啟型電磁閥7打開，可實(shí)現(xiàn)無需備用電源情況下的藥劑自動(dòng)投加及遠(yuǎn)程報(bào)警。

3.3.2? ? 快速檢測(cè)裝置

檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)三種情況下的斷藥信號(hào)，分別為斷電檢測(cè)3、斷藥檢測(cè)4及缺藥檢測(cè)5。具體過程如下：

（1）斷電檢測(cè)3：當(dāng)廠區(qū)供電中斷時(shí)，斷電開啟型電磁閥7即刻失電，可以快速檢測(cè)到斷電情況，同時(shí)電磁閥7打開，啟動(dòng)藥劑應(yīng)急投加。

（2）斷藥檢測(cè)4：在藥劑投加點(diǎn)安裝浮子流量計(jì)6，流量計(jì)浮子內(nèi)嵌磁芯，錐管外裝干簧管開關(guān)，用于流量的上下限報(bào)警輸出。浮子流量計(jì)無流量時(shí)，帶磁芯的浮子下沉至流量計(jì)錐管底部，這時(shí)下限干簧管接通，相關(guān)DI模塊的輸入點(diǎn)置1，延時(shí)5 s后，相關(guān)DO模塊輸出點(diǎn)置1，該DO模塊輸出點(diǎn)外接的繼電器吸合，繼電器常閉點(diǎn)斷開，接在繼電器常閉點(diǎn)的斷電開啟型電磁閥7線圈失電，電磁閥打開，啟動(dòng)藥劑應(yīng)急投加。

（3）缺藥檢測(cè)5：當(dāng)加藥管破損或其他原因?qū)е侣┧帟r(shí)，實(shí)際投加量可能低于所需投加量，導(dǎo)致濁度升高，水質(zhì)異常，此時(shí)可以設(shè)置浮子流量計(jì)下限，當(dāng)其低于設(shè)定值時(shí)，相關(guān)DI模塊的輸入點(diǎn)置1，延時(shí)5 s后，相關(guān)DO模塊輸出點(diǎn)置1，該DO模塊輸出點(diǎn)外接的繼電器吸合，繼電器常閉點(diǎn)斷開，接在繼電器常閉點(diǎn)的斷電開啟型電磁閥7線圈失電，電磁閥打開，啟動(dòng)藥劑應(yīng)急投加。

3.3.3? ? 遠(yuǎn)程報(bào)警模塊

利用3.3.2第（2）（3）條的DO模塊外接的繼電器常開點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中控室或其他遠(yuǎn)程值班室聲光報(bào)警器，當(dāng)出現(xiàn)缺藥或斷藥時(shí)，DO模塊輸出點(diǎn)外接的繼電器吸合，繼電器常開點(diǎn)閉合，聲光報(bào)警啟動(dòng)。

3.4? ? 實(shí)踐分析

該藥劑應(yīng)急投加系統(tǒng)相較水廠原有應(yīng)急藥劑投加裝置增加2臺(tái)浮子流量計(jì)和1臺(tái)斷電開啟型電磁流量計(jì)及部分管材，合計(jì)金額不超過1 000元。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2019年該水廠共出現(xiàn)10次意外斷電，該系統(tǒng)均即時(shí)進(jìn)行藥劑應(yīng)急投加，確保了水質(zhì)穩(wěn)定。如無該系統(tǒng)，直接損失是需要排放未正常投加藥劑的原水，即F=進(jìn)水量×中斷加藥時(shí)間×原水單價(jià)。按照每次需要半小時(shí)重新進(jìn)行投藥計(jì)算，則每次直接經(jīng)濟(jì)損失為8 300×0.5×1.06=4 399元，10次意外斷電直接經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)約4.4萬元。

除產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益外，該系統(tǒng)最大的貢獻(xiàn)是避免無法及時(shí)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(zhì)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。

4? ? 總結(jié)與展望

（1）本系統(tǒng)通過可靠檢測(cè)斷電、缺藥、斷藥信號(hào)并及時(shí)進(jìn)行藥劑應(yīng)急自動(dòng)投加，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)，具有簡(jiǎn)便易行、通用性及可靠性高等特點(diǎn)。

（2）斷電開啟型電磁閥的選取及使用，解決了斷電檢測(cè)及無需電源自動(dòng)投加藥劑的難題。由于停電時(shí)間較短，電磁閥線圈處于長(zhǎng)期通電狀態(tài)，因此須考慮線圈溫升可適應(yīng)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)研發(fā)及使用過程中，對(duì)于斷藥及缺藥檢測(cè)裝置，在對(duì)比使用了斷流指示器、電磁流量計(jì)、浮子流量計(jì)等多種流量檢測(cè)儀器之后，選擇浮子流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠性的設(shè)計(jì)目的，同時(shí)契合了無需備用電源的設(shè)計(jì)思路。

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[3] 王慧娟，李金輝，殷小桃.給水廠投藥系統(tǒng)技術(shù)改造及應(yīng)用[J].中國給水排水，2011，27（24）：79-81.

收稿日期：2020-06-17

作者簡(jiǎn)介：高旭輝（1976—），男，河北贊皇人，碩士，工程師，廠長(zhǎng)，主要從事水處理機(jī)電設(shè)備管理、研究及生產(chǎn)優(yōu)化管理工作。