WTW污泥界面儀：用于自來水廠混凝沉淀池的應(yīng)用報(bào)告

原水經(jīng)投藥、混合與絮凝后，水中懸浮雜質(zhì)已形成粗大的絮凝體，要在沉淀池中分離出來。對(duì)某些工業(yè)用水（例如冷卻水），允許渾濁度較高，經(jīng)混凝沉淀后即可使用。但對(duì)城市水廠，出廠水要求渾濁度在 1 NTU 以下，故必須經(jīng)過澄清工藝中的過濾處理，混凝沉淀池的出水渾濁度一般宜在 5 NTU 以下，有的可達(dá) 2 NTU 左右。混凝沉淀池為泥水分離工藝，泥斗沉積水中絮凝體，澄清上清液進(jìn)入后續(xù)工藝。用戶需要了解混凝沉淀池中的實(shí)際泥位，進(jìn)而精確控制排泥周期，達(dá)到既可以防止底部沉淀上浮影響出水質(zhì)量，又盡量讓泥斗累積較高的泥位，以減少后續(xù)污泥脫水的能耗。

背景介紹

重慶某自來水廠原水取自長(zhǎng)江重慶流域的上游，采用混凝沉淀池去除原水中的懸浮固體，工藝流程圖如圖 1 所示。原水加聚合氯化鋁（PAC）后在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行絮凝反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)出水進(jìn)入過渡區(qū)，過渡區(qū)水流從上向下流經(jīng)整流格柵穩(wěn)定水流后，出水進(jìn)入后續(xù)斜管沉淀池，期間有絮凝體沉降至下方泥斗，過渡區(qū)底部為錐形泥斗，在下方設(shè)置排泥泵和排泥管，通過人工控制閥門開關(guān)排沉淀污泥。用戶以前通過固定排泥周期和排泥時(shí)間安排過渡區(qū)位置排泥，一般 3-5 天排一次泥，每次排泥時(shí)間為 30 秒。通過排泥時(shí)水流聲音不同判斷是否完成排泥，未進(jìn)行過內(nèi)部泥位測(cè)量。用戶希望可以有無(wú)人值守的在線污泥界面儀，實(shí)時(shí)掌握沉淀池的污泥界面情況。同時(shí)也希望后期可以聯(lián)動(dòng)自控系統(tǒng)，進(jìn)行智能的排泥控制。

圖 1：水廠混凝沉淀池工藝流程圖

WTW在線污泥界面儀簡(jiǎn)介

IQ Sensor Net 系列數(shù)字式分析儀器由控制器、電纜和探頭組成一套完整的測(cè)量系統(tǒng)。DIQ/S 282 控制器用于系統(tǒng)供電、系統(tǒng)設(shè)置、探頭操作、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出等。其主要功能如下：

·彩色大屏，有中文操作菜單

·一個(gè)控制器最多可以連接 2 個(gè)傳感器，最多同時(shí)顯示 10 個(gè)測(cè)量參數(shù)

·可以設(shè)置密碼保護(hù)，有報(bào)警功能

·有 USB 接口，可下載測(cè)量數(shù)據(jù)

·有模擬、數(shù)字等多種測(cè)量結(jié)果輸出方式

·防紫外光損傷

IFL 700 IQ 是 WTW 的探頭式、超聲波法測(cè)量污泥界面的儀器。探頭發(fā)出超聲波信號(hào)，根據(jù)回波強(qiáng)度及時(shí)間，來檢測(cè)其中的泥水分界面。探頭內(nèi)置濾除雜波軟件，是一款數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單的儀器，廣泛應(yīng)用于污水處理廠、自來水廠等相關(guān)的工藝控制過程。

·智能信號(hào)處理

·開機(jī)即用

·詳盡的回聲圖譜界面，直觀監(jiān)控污泥狀態(tài)

·無(wú)需維護(hù)的清潔系統(tǒng)

·無(wú)耗材，無(wú)需更換備品備件

污泥界面測(cè)量原理

IFL 700 IQ 污泥界面探頭采用超聲波測(cè)量原理，超聲波經(jīng)由超聲波探頭發(fā)出，當(dāng)超聲波遇到相界面時(shí)會(huì)發(fā)生全部或部分的反射，而其反射強(qiáng)度是由兩相物質(zhì)密度決定的（如水與污泥界面、污泥與池底界面）。如此，不同相界面所產(chǎn)生的不同反射強(qiáng)度的超聲波被反射回污泥界面探頭，通過反射間隔時(shí)間計(jì)算出界面與探頭的距離。不同于光學(xué)污泥界面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，IFL 700 IQ 提供的超聲監(jiān)測(cè)展現(xiàn)出成本低、維護(hù)少和數(shù)據(jù)可用性高等優(yōu)勢(shì)。

智能信號(hào)處理

來自固定或移動(dòng)處理設(shè)施或其他處理活動(dòng)的反射信號(hào)常常會(huì)對(duì)測(cè)量造成干擾。雖然臨時(shí)性活動(dòng)例如撇渣器移動(dòng)所帶來的干擾可以通過信號(hào)過濾等傳統(tǒng)方法排除掉，但持續(xù)的干擾信號(hào)時(shí)常被錯(cuò)誤地計(jì)算在測(cè)量值內(nèi)。針對(duì)這一難題，WTW 將智能信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于 IFL 700 IQ。探頭具備一個(gè)特殊的信號(hào)識(shí)別模式，能夠辨別出干擾信號(hào)。其自動(dòng)分析和智能濾波功能，將無(wú)用信號(hào)序列在監(jiān)測(cè)模式下自動(dòng)排除，提供給用戶可靠的數(shù)據(jù)。

儀器配置及安裝

選擇安裝污泥界面儀的位置為混凝沉淀池過渡區(qū)泥斗上方，因內(nèi)部有整流格柵，需要將整流格柵打孔后，將探頭插入格柵以下，如圖 2 所示。現(xiàn)場(chǎng)采用的是 DIQ/S 282 控制器配置，選型配置清單見表 1。

表1：在線污泥界面儀選型配置清單

除了以上儀器部件，還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝需求選擇安裝件。在此次試用中，選用的是安裝簡(jiǎn)單方便的鏈?zhǔn)桨惭b方式。實(shí)際使用中，推薦使用固定式安裝，因?yàn)榇斯に囍行枰o整流格柵打安裝孔，再將探頭插入安裝孔后測(cè)量，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，水會(huì)沒過整流格柵，若需要將探頭拿出清洗等，鏈?zhǔn)桨惭b會(huì)由于水的浮力導(dǎo)致探頭無(wú)法快速插入原有的安裝孔。

圖 2：在線傳感器安裝示意圖

儀器設(shè)置

水廠混凝沉淀池去除的為原水中的顆粒物，在這種應(yīng)用的情況下，IFL700 IQ 調(diào)試很簡(jiǎn)單，僅需要設(shè)置正確的水深、探頭浸入深度和回聲形式、水溫和測(cè)量模式。其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。

·測(cè)量模式：用戶關(guān)注的為污泥高度，即泥面到池底的距離，所以測(cè)量模式設(shè)置為泥高。

·回聲形式：混凝沉淀池選擇最頂層。

·水深：水面距池底距離，將水深設(shè)置為 4.4m。

·探頭浸入深度：探頭底部距水面距離，探頭需深入整流格柵下方，所以為 2.35m 浸沒深度。

·水溫：按進(jìn)水水溫估計(jì)，設(shè)置為 20℃。

儀器性能測(cè)試

為探究?jī)x表是否有較好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，以保證工藝運(yùn)行達(dá)標(biāo)，我們做了儀器在線值與排泥時(shí)間的比對(duì)。在線污泥界面?zhèn)鞲衅饔?2022 年 4 月 8 日至 2022 年 6 月 28 日連續(xù)測(cè)試 80 天，記錄間隔為 1 分鐘，期間未進(jìn)行任何手動(dòng)清洗等維護(hù)工作。

4 月 8 日至 4 月 13 日期間，未排泥，污泥界面為 0.2m，這是因?yàn)樵阱F形泥斗底部有排泥泵，泵高 0.2m，當(dāng)泥位低于 0.2m 時(shí)將顯示為 0.2m泥高，考慮到安裝時(shí)為池水全部排空，這種緩慢泥位累積的表現(xiàn)是正常的。4 月 13 日后泥位慢慢升高。4 月 21 日排泥，泥位沒有明顯下沉，泥位未持續(xù)升高?？梢钥闯鰪?4 月 30 日后泥位累積的速度較快，之后的幾次排泥，在線儀表都有明顯的數(shù)據(jù)下沉的表現(xiàn)（如 5 月 13 日等），與用戶排泥時(shí)間一致。污泥界面儀為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以直觀展示給用戶被整流格柵蓋住的泥斗中泥位狀況，幫助用戶選擇排泥時(shí)間，以便在合適泥位排泥，保障工藝穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，減少排泥次數(shù)。在 5 月 14 日至 5 月 30 期間，有偏高的異常值，后又好轉(zhuǎn)，是因?yàn)檫@個(gè)階段用戶手動(dòng)調(diào)整探頭位置，可能導(dǎo)致的浮泥現(xiàn)象，可以忽略。污泥界面儀可幫助用戶發(fā)現(xiàn)沉淀池異常，以便及時(shí)調(diào)整工藝。期間，5 月 16 日用戶反應(yīng)按原本排泥時(shí)間 30  秒，根據(jù)在線儀表數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)排泥只能排到 0.5m 左右的高度，無(wú)法繼續(xù)下降。5 月 17 日將排泥時(shí)間增加為 120 秒，儀表顯示可以排至 0.22m。推斷是由于之前的排泥時(shí)間較短而且排泥速度較快，不足以把錐形泥斗下方積泥排凈，需增加排泥時(shí)間才能排空。在線污泥界面?zhèn)鞲衅鲙椭脩袅私鈱?shí)際泥位，數(shù)據(jù)有效性高，穩(wěn)定性好。傳感器自帶無(wú)需更換的刮片，可進(jìn)行氣泡及污垢的清潔，在應(yīng)用過程中基本無(wú)需維護(hù)。

結(jié)論

2022 年 4 月 8 日至 2022 年 6 月 28 日連續(xù)測(cè)試 80 天，WTW 污泥界面探頭 IFL 700 IQ 于自來水廠混凝沉淀池進(jìn)行污泥界面監(jiān)測(cè)，在線數(shù)值符合實(shí)際運(yùn)行工況，得到用戶認(rèn)可。

沉淀池的泥斗上方為整流格柵覆蓋，用戶無(wú)法得知內(nèi)部泥位變化，僅通過固定時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行判斷，排泥時(shí)間無(wú)法精確控制。在線儀表提供連續(xù)測(cè)試數(shù)值，不錯(cuò)過峰值或異常，提供完整的泥位信息，可以更好的指導(dǎo)工藝和預(yù)警。在實(shí)際控制過程中，儀器可以幫助他們進(jìn)行排泥控制。排泥控制一般有兩個(gè)控制點(diǎn)，一個(gè)是高限值，即泥位升到什么位置開始排泥；另一個(gè)是低限值，即排泥到什么程度可以排泥停止。

·高限值：用戶可以根據(jù)在線泥位計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)“看到"泥斗中泥的累積情況，控制在合適的泥位排泥，以達(dá)到既不會(huì)有浮泥影響出水濁度，又可以讓泥累積到一定高度再進(jìn)行排泥，節(jié)省后續(xù)污泥處理能耗。

·低限值：用戶可以通過實(shí)際排泥經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排泥控制，例如本次試用中根據(jù)儀表顯示，之前排泥 30 秒只能將泥位排至 0.5m 左右， 但當(dāng)排泥時(shí)間增加到 120 秒時(shí)，儀表顯示排泥可排至 0.22m。水廠可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇合適的排泥時(shí)間。在線儀表為后續(xù)進(jìn)行精確排泥控制提供相同基準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，避免人員誤差的產(chǎn)生。

WTW 污泥界面探頭 IFL 700 IQ 內(nèi)置的智能分析系統(tǒng)，高精度分辨雜波的干擾并優(yōu)化去除，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的泥位區(qū)分，這是取得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。而高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是確保精準(zhǔn)排泥的保障。同時(shí)，探頭自帶氣泡清洗裝置，終身無(wú)需更換備件，極大地方便用戶使用和維護(hù)。