——絮凝、沉淀工艺段
一、引言
随着水源源水质量呈逐年下降趋势，上游污染物类型在不断增加、而在自来水生产过程中很重要的絮凝沉淀环节的加矾、加氯环节还维持在简单的控制处理。在加药控制方面，大部分水厂采用人工或者简单的流量比例前馈投加的方式控制加药量。目前国内绝大多数自来水厂都已拥有了先进的自动化系统，但是自动化程度还比较低，只是在一些逻辑控制相关环节实现了自动控制，比如滤池反冲洗等，但在加矾、前加氯、后加氯、加氨等工艺环节多处于人工手动控制。充分利用先进的自动化控制技术，改善出厂水水质，已成为国内水厂的共识。
二、加矾过程
a)絮凝沉淀过程
絮凝沉淀是颗粒物在水中作絮凝沉淀的过程。在水中投加混凝剂后，其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体且在沉降过程中它们互相碰撞凝聚，其尺寸和质量不断变大，沉速不断增加。地面水中投加混凝剂后形成的矾花，生活污水中的有机悬浮物，活性污泥在沉淀过程中都会出现絮凝沉淀的现象。
b)絮凝沉淀过程分析
分析投加絮凝剂后的化学反应和各种因素对絮凝效果的影响程度，可以得到絮凝沉淀工艺过程诸多特征：
- 大滞后.
沉淀过程存在很长的时候时间，纯滞后时间多达1~2小时。在取水流量、水质均稳定的情况下，改变絮凝剂的投加量，沉淀池出口浊度发生变化的纯滞后时间多达1~2小时甚至更长时间； - 大惯性.
絮凝沉淀过程的惯性也很长，通常可数小时或更长时间。在取水流量、水质均稳定的情况下，改变絮凝剂的投加量，观察到沉淀池出口浊度开始变化到浊度再次平稳不再变化的惯性时间通常需要几个个小时甚至更长时间。人工操作时在改变加药量后需要等待极长的时间后才能观察到加药量是否得当，并再次调整加药量。如果采用人工控制加药量、简单的流量比例的方式控制加药量，出水指标很容易偏离目标，且很难调整在目标值附近； - 非线性.
加药泵、阀等设备具有严重的非线性特征会对加药产生影响； - 受众多因素影响.
进水流量时常变化、原水浊度会跟随季节天气的影响而随机大幅波动还有温度、pH等影响对加药量的需求也不尽相同； - 指标.
仅以沉淀池出水浊度为参考指标； - 控制量.
仅可以调节絮凝剂的投加量。
c) 絮凝剂投加方案
在所有的相关影响因素中，进水流量和原水水质（主要是浊度）的影响最大，方案采用以出水浊度为反馈信号，以进水水量和进水浊度为前馈信号的控制方案。
- 流量前馈
直接引入进水流量信号做为前馈信号，经流量前馈控制器运算后调整加药量，保证矾耗不变； - 浊度前馈
直接引入原水浊度信号做为前馈信号，经浊度前馈控制器运算后调整加药量，保证出口浊度稳定； - 浊度反馈
由于其他外在环境因素因素带来的对出口浊度的影响使出口浊度偏离正常目标值时，由浊度反馈控制器调整加药量以稳定出口浊度指标。 - 执行机构的非线性处理
对于加药泵等执行机构存在的非线性问题，通过非线性控制器补偿控制输出，稳定加药量。 - 絮凝剂浓度的变化处理
对于由絮凝剂浓度变化引起的出口浊度变化的情况可通过浊度反馈控制器调整内部参数，使控制器适应当前浓度并快速稳定出口浊度。
三、前加氯过程
在水处理过程中，加氯消毒是水厂水质控制的重要环节。前加氯主要是杀灭水中的微生物、细菌、氧化有机物及延长加氯消毒的接触时间，同时可起到助凝、助滤作用。由于前加氯过程同样存在很长的滞后时间，通常可达1~2个小时，目前国内前加氯都只是做了流量比例，仅仅是根据进水流量按照预设比例调整加药量，对于水质的变化、季节气温的变化所带来的影响并无法消除，导致加氯过量或者加氯量不够。
a)过程分析
加氯过程同样存在和加矾浊度控制类似的问题：大滞后，大惯性，非线性等问题，通过常规的PID、建模等方法很难实现出口余氯闭环控制，后期维护量大，且不宜维护。
b)改造方案
引入沉淀池出口余氯反馈控制，同时具有跟踪进水流量，消除由于进水流量、进水水质、天气变化等因素的影响。
四、对现有系统的升级改造
- 控制系统改造
充分利用现有系统，通过工业总线和现有系统通讯，保留现有系统结构，最大程度上保留现有操作习惯，并可随时选择投运或切换至现有操作模式； - 测量仪表改造
利用现有测量仪表，不需要增加测量仪表；不要求仪表绝对准确，但现有测量仪表需能够反映现场变化和变化趋势； - 执行机构改造
继续使用现有加药设备。