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WTW污泥界面儀：用于自來水廠混凝沉淀池的應用報告

原水經投藥、混合與絮凝后，水中懸浮雜質已形成粗大的絮凝體，要在沉淀池中分離出來。對某些工業(yè)用水（例如冷卻水），允許渾濁度較高，經混凝沉淀后即可使用。但對城市水廠，出廠水要求渾濁度在 1 NTU 以下，故必須經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 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，澄清上清液進入后續(xù)工藝。用戶需要了解混凝沉淀池中的實際泥位，進而精確控制排泥周期，達到既可以防止底部沉淀上浮影響出水質量，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）后在反應區(qū)進行絮凝反應，反應區(qū)出水進入過渡區(qū)，過渡區(qū)水流從上向下流經整流格柵穩(wěn)定水流后，出水進入后續(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，在下方設置排泥泵和排泥管，通過人工控制閥門開關排沉淀污泥。用戶以前通過固定排泥周期和排泥時間安排過渡區(qū)位置排泥，一般 3-5 天排一次泥，每次排泥時間為 30 秒。通過排泥時水流聲音不同判斷是否完成排泥，未進行過內部泥位測量。用戶希望可以有無人值守的在線污泥界面儀，實時掌握沉淀池的污泥界面情況。同時也希望后期可以聯動自控系統(tǒng)，進行智能的排泥控制。

圖 1：水廠混凝沉淀池工藝流程圖

WTW在線污泥界面儀簡介

IQ Sensor Net 系列數字式分析儀器由控制器、電纜和探頭組成一套完整的測量系統(tǒng)。DIQ/S 282 控制器用于系統(tǒng)供電、系統(tǒng)設置、探頭操作、數據顯示和存儲、數據輸出等。其主要功能如下：

·彩色大屏，有中文操作菜單

·一個控制器最多可以連接 2 個傳感器，最多同時顯示 10 個測量參數

·可以設置密碼保護，有報警功能

·有 USB 接口，可下載測量數據

·有模擬、數字等多種測量結果輸出方式

·防紫外光損傷

IFL 700 IQ 是 WTW 的探頭式、超聲波法測量污泥界面的儀器。探頭發(fā)出超聲波信號，根據回波強度及時間，來檢測其中的泥水分界面。探頭內置濾除雜波軟件，是一款數據準確、操作簡單的儀器，廣泛應用于污水處理廠、自來水廠等相關的工藝控制過程。

·智能信號處理

·開機即用

·詳盡的回聲圖譜界面，直觀監(jiān)控污泥狀態(tài)

·無需維護的清潔系統(tǒng)

·無耗材，無需更換備品備件

污泥界面測量原理

IFL 700 IQ 污泥界面探頭采用超聲波測量原理，超聲波經由超聲波探頭發(fā)出，當超聲波遇到相界面時會發(fā)生全部或部分的反射，而其反射強度是由兩相物質密度決定的（如水與污泥界面、污泥與池底界面）。如此，不同相界面所產生的不同反射強度的超聲波被反射回污泥界面探頭，通過反射間隔時間計算出界面與探頭的距離。不同于光學污泥界面監(jiān)測系統(tǒng)，IFL 700 IQ 提供的超聲監(jiān)測展現出成本低、維護少和數據可用性高等優(yōu)勢。

智能信號處理

來自固定或移動處理設施或其他處理活動的反射信號常常會對測量造成干擾。雖然臨時性活動例如撇渣器移動所帶來的干擾可以通過信號過濾等傳統(tǒng)方法排除掉，但持續(xù)的干擾信號時常被錯誤地計算在測量值內。針對這一難題，WTW 將智能信號處理技術應用于 IFL 700 IQ。探頭具備一個特殊的信號識別模式，能夠辨別出干擾信號。其自動分析和智能濾波功能，將無用信號序列在監(jiān)測模式下自動排除，提供給用戶可靠的數據。

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?，F場采用的是 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，還需要根據現場安裝需求選擇安裝件。在此次試用中，選用的是安裝簡單方便的鏈式安裝方式。實際使用中，推薦使用固定式安裝，因為此工藝中需要給整流格柵打安裝孔，再將探頭插入安裝孔后測量，當正常運行時，水會沒過整流格柵，若需要將探頭拿出清洗等，鏈式安裝會由于水的浮力導致探頭無法快速插入原有的安裝孔。

圖 2：在線傳感器安裝示意圖

儀器設置

水廠混凝沉淀池去除的為原水中的顆粒物，在這種應用的情況下，IFL700 IQ 調試很簡單，僅需要設置正確的水深、探頭浸入深度和回聲形式、水溫和測量模式。其他參數保持默認設置。

·測量模式：用戶關注的為污泥高度，即泥面到池底的距離，所以測量模式設置為泥高。

·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：按進水水溫估計，設置為 20℃。

儀器性能測試

為探究儀表是否有較好的準確性和穩(wěn)定性，以保證工藝運行達標，我們做了儀器在線值與排泥時間的比對。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)測試 80 天，記錄間隔為 1 分鐘，期間未進行任何手動清洗等維護工作。

4 月 8 日至 4 月 13 日期間，未排泥，污泥界面為 0.2m，這是因為在錐形泥斗底部有排泥泵，泵高 0.2m，當泥位低于 0.2m 時將顯示為 0.2m泥高，考慮到安裝時為池水全部排空，這種緩慢泥位累積的表現是正常的。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。可以看出從 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據下沉的表現（如 5 月 13 日等），與用戶排泥時間一致。污泥界面儀為實時數據，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間，以便在合適泥位排泥，保障工藝穩(wěn)定運行的同時，減少排泥次數。在 5 月 14 日至 5 月 30 期間，有偏高的異常值，后又好轉，是因為這個階段用戶手動調整探頭位置，可能導致的浮泥現象，可以忽略。污泥界面儀可幫助用戶發(fā)現沉淀池異常，以便及時調整工藝。期間，5 月 16 日用戶反應按原本排泥時間 30  秒，根據在線儀表數據發(fā)現排泥只能排到 0.5m 左右的高度，無法繼續(xù)下降。5 月 17 日將排泥時間增加為 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，需增加排泥時間才能排空。在線污泥界面?zhèn)鞲衅鲙椭脩袅私鈱嶋H泥位，數據有效性高，穩(wěn)定性好。傳感器自帶無需更換的刮片，可進行氣泡及污垢的清潔，在應用過程中基本無需維護。

結論

2022 年 4 月 8 日至 2022 年 6 月 28 日連續(xù)測試 80 天，WTW 污泥界面探頭 IFL 700 IQ 于自來水廠混凝沉淀池進行污泥界面監(jiān)測，在線數值符合實際運行工況，得到用戶認可。

沉淀池的泥斗上方為整流格柵覆蓋，用戶無法得知內部泥位變化，僅通過固定時間和經驗值進行判斷，排泥時間無法精確控制。在線儀表提供連續(xù)測試數值，不錯過峰值或異常，提供完整的泥位信息，可以更好的指導工藝和預警。在實際控制過程中，儀器可以幫助他們進行排泥控制。排泥控制一般有兩個控制點，一個是高限值，即泥位升到什么位置開始排泥；另一個是低限值，即排泥到什么程度可以排泥停止。

·高限值：用戶可以根據在線泥位計實時數據“看到"泥斗中泥的累積情況，控制在合適的泥位排泥，以達到既不會有浮泥影響出水濁度，又可以讓泥累積到一定高度再進行排泥，節(jié)省后續(xù)污泥處理能耗。

·低限值：用戶可以通過實際排泥經驗進行排泥控制，例如本次試用中根據儀表顯示，之前排泥 30 秒只能將泥位排至 0.5m 左右， 但當排泥時間增加到 120 秒時，儀表顯示排泥可排至 0.22m。水廠可以根據實際運行情況選擇合適的排泥時間。在線儀表為后續(xù)進行精確排泥控制提供相同基準的實時數據，避免人員誤差的產生。

WTW 污泥界面探頭 IFL 700 IQ 內置的智能分析系統(tǒng)，高精度分辨雜波的干擾并優(yōu)化去除，從而實現更精準的泥位區(qū)分，這是取得精準數據的關鍵。而高質量的監(jiān)測數據，是確保精準排泥的保障。同時，探頭自帶氣泡清洗裝置，終身無需更換備件，極大地方便用戶使用和維護。