技术领域
[0001] 本
申请涉及环保技术领域，特别涉及一种
自来水厂排泥
水处理与回收过程中自动控制絮凝剂投加量的方法与系统。
背景技术
[0002] 水资源作为人类的一种重要的、不可替代的资源，是人类生存和发展过程中不可缺少的。随着全球经济的快速发展和人口的不断增长，人类所需要的水资源越来越多。然而，水污染事件的频发以及水资源的浪费使全球水资源的供应形势变得越来越严峻。
[0003] 目前国内自来水厂排泥水数量非常大，约占水厂总生产净水量的2％～10％。据有8 3
关部
门统计，国内净水厂的排泥水年
排放量约为55×10m ；如果将如此大量的排泥水直接排放，必然会对环境造成较大的污染。因此，对排泥水进行处理以及将排泥水资源化已成为一种发展趋势，其不但可以缓解水资源紧张的状况，还会使环境得到保护。随着国内排放标准的提高，排泥水必须回用处理。
[0004] 自来水厂的排泥水主要是
沉淀池排泥水和滤池
反冲洗水，其含有无机物和有机物，如泥沙颗粒物、悬浮物、混凝剂及有机和无机胶体颗粒等。排泥水处理的关键环节是实现高效的泥水分离。混凝沉淀是目前排泥水处理的主要方式，常用的混凝剂分为有机混凝剂、无机混凝剂以及
微生物混凝剂等。絮凝剂的精准投加是排泥水处理的重要环节，絮凝剂的投加量直接关系到排泥水的处理效果与自来水厂的生产运营成本。
[0005] 由于排泥水浑
浊度比较高，常规的肉眼观察方法，并不能准确地判定排泥水处理中絮凝剂的投加量，也无法准确掌握投加絮凝剂以后，在泥水中电荷中和、絮体生长以及泥水分离的详细
进程，这成为了自来水厂排泥水处理领域的一个难题。
[0006] 流动
电流(简称SC)是液体相对于静止固体表面流动而产生
电场的现象，即
电渗现象的反过程。流动电流在水处理工艺中混凝单元的加药控制中发挥了重要的作用，可以辅助指导自来水厂根据水质变化情况而调整混凝剂投加量。在自来水厂排泥水处理中，由于其浑浊度非常高，在自来水处理中的流动电流控
制模式并不完全适用。
[0007] 在排泥水处理中，由于其浑浊度高，一般不投加混凝剂，只投加絮凝剂。絮凝剂的投加量一般是根据排泥水浓度，通过烧杯试验来确定絮凝剂的投加量，操作步骤较为繁琐，方法的灵敏度和准确度不高，且无法做到根据排泥水水质的动态变化而实时调整絮凝剂的投加量。
[0008] 以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的
发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的
现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
[0009] 本申请提出一种自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的方法与系统，可实现自动控制自来水厂排泥水中絮凝剂的投加量且根据排泥水的流动电流变化即可及时调整絮凝剂的投加量。
[0010] 在第一方面，本申请提供一种自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的方法，包括：A1、获取排泥水的上清液流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据；A2、获取排泥水的
污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据；A3、获取排泥水的上清液浊度与絮凝剂不同投加量的关系数据；A4、识别流动电流随絮凝剂投加量变化的拐点；A5、识别所述上清液流动电流与所述污泥流动电流的等电点；A6、将所述拐点对应的絮凝剂投加量与等电点稍正对应的絮凝剂投加量所形成的絮凝剂投加量范围作为最佳絮凝剂投加量范围；所述最佳絮凝剂投加量范围为所述上清液浊度降低对应的一个絮凝剂投加量区间；A7、根据所述最佳絮凝剂投加量范围控制向排泥水中投加絮凝剂的投加量。
[0011] 在一些优选的实施方式中，所述絮凝剂的主要成分为阳离子聚丙烯酰胺。
[0012] 在一些优选的实施方式中，还包括：A0、向排泥水中投加不同量的絮凝剂。
[0013] 在一些优选的实施方式中，所述A0至所述A6具体包括：
[0014] 向排泥水中添加絮凝剂后，先快速搅拌第一
指定时间，然后慢速搅拌第二指定时间，测定排泥水的污泥流动电流，然后测定排泥水的上清液流动电流和排泥水的上清液浊度，根据污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系、上清液流动电流与絮凝剂投不同加量的关系、以及上清液浊度与絮凝剂不同投加量的关系得出第一絮凝剂投加量范围；
[0015] 取沉淀下来的污泥，投加不同量的絮凝剂后测量污泥流动电流，倒入离心机中进行离心，测定污泥流动电流、污泥脱水率和上清液流动电流，根据污泥脱水率与絮凝剂不同投加量的关系、上清液流动电流与絮凝剂不同投加量的关系、以及污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系得出第二絮凝剂投加量范围；
[0016] 根据所述第一絮凝剂投加量范围和所述第二絮凝剂投加量范围得到所述最佳絮凝剂投加量范围。
[0017] 在一些优选的实施方式中，所述阳离子聚丙烯酰胺的相对分子量约为20万。
[0018] 在一些优选的实施方式中，所述排泥水为自来水厂沉淀池反冲洗水和滤池反冲洗水中的一种或多种混合水。
[0019] 在一些优选的实施方式中，取自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，将沉淀池污泥与滤池反冲洗排泥进行混合，成为混合污泥，形成所述排泥水；所述沉淀池污泥与所述滤池反冲洗排泥按2:1体积进行混合。
[0020] 在第二方面，本申请提供一种自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的系统，该系统用于执行上述方法。
[0021] 在一些优选的实施方式中，包括：控制系统、变频投药装置、混合器和反馈控制系统；所述反馈控制系统连接所述混合器和所述控制系统；所述控制系统用于控制所述变频投药装置进行投药；所述反馈控制系统包括流量仪、流动电流检测仪和浊度仪。
[0022] 在第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。
[0023] 与现有技术相比，本申请
实施例的有益效果有：
[0024] 向排泥水中投加不同量的絮凝剂；获取排泥水的上清液流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据、排泥水的污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据、排泥水的上清液浊度与絮凝剂不同投加量的关系数据；识别流动电流随絮凝剂投加量变化的拐点以及上清液流动电流与污泥流动电流的等电点；将拐点对应的絮凝剂投加量与等电点稍正对应的絮凝剂投加量所形成的絮凝剂投加量范围作为最佳絮凝剂投加量范围；其中，最佳絮凝剂投加量范围为上清液浊度降低对应的一个絮凝剂投加量区间；根据最佳絮凝剂投加量范围控制向排泥水中投加絮凝剂的投加量；在该范围内排泥水中污泥的沉降性能最好、排泥水上清液的浊度较低、污泥脱水率最好。本申请实施例可实现自动控制自来水厂排泥水中絮凝剂的投加量，并且根据排泥水的流动电流变化即可及时调整絮凝剂的投加量，可在保证絮凝效果的同时节约药耗，可实现自来水排泥水絮凝剂投加量的自动控制。
附图说明
[0025] 图1示出本申请一个实施例的絮凝剂投加量与流动电流和浊度的关系；
[0026] 图2示出本申请一个实施例的排泥水絮凝剂投加量自动控制原理。
具体实施方式
[0027] 为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0028] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于
电路连通作用。
[0029] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0030] 本申请实施例提供一种自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的方法。
[0031] 取自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，将沉淀池污泥与滤池反冲洗排泥进行混合，成为混合污泥，一
块处理，作为待处理排泥水。示例的，混合污泥中沉淀池污泥与滤池反冲洗排泥按2:1体积进行混合。
[0032] 采用阳离子聚丙烯酰胺(PAM)作为絮凝剂，配置成一定浓度PAM溶液比如配成初始浓度为1000mg/L的溶液，放置一段时间后比如24小时后使用。其中，阳离子聚丙烯酰胺也即PAM的相对分子量约为20万。
[0033] 首先，进行污泥沉降实验。将初始浓度的PAM溶液稀释成不同浓度的PAM溶液；在第一容量的容器比如1000mL烧杯中加入第一体积比如500mL的排泥水，投加不同量的PAM溶液也即投入不同浓度的PAM溶液，示例的，PAM投加量依次为0、2、4、6、8、10mg/L等预定浓度；先快速搅拌第一指定时间比如1min，然后慢速搅拌第二指定时间比如2min，测定排泥水的污泥流动电流；将第一容量的容器中的排泥水倒入第一体积测量容器比如500mL的量筒中，记录不同时间的污泥体积，并测定上清液流动电流和上清液浊度，具体是在倒入量筒沉降30min后测定上清液流动电流和上清液浊度。其中，快速搅拌速度为100rpm，慢速搅拌速度为45rpm，通过ZR4-6型六联混凝试验
搅拌机实现搅拌。
[0034] 表1是加入0、2、4、6、8、10mg/L不同浓度PAM以后沉降30min所得排泥水污泥体积随时间的变化表。随着PAM投加量的增加，30min内污泥体积变小趋势加快；而未加PAM时，污泥的沉降性能较差；当加药量达到8-10mg/L时，沉降速率为7.15cm/min-7.35cm/min，并在沉降10min后均达到最终污泥体积。
[0035] 表1絮凝剂PAM投加量对排泥水污泥沉降性能影响
[0036]
[0037] 然后，进行污泥脱水实验。取污泥沉降实验中沉淀下来的污泥，投加不同量的絮凝剂后测量第二污泥流动电流，示例的，PAM的投加量依次为0、2、4、6、8、10、14、18、26、34mg/L；每次投加PAM后，倒入离心机中进行离心；其中，本实施例的离心机为TDL-5-A型低速台式大容量离心机，离心机转速为2000rpm，离心时间为1min；离心后分别测定上清液的体积和离心上清液流动电流，其中根据上清液的体积可计算出污泥脱水率。
[0038] 表2是加入0、2、4、6、8、10、14、18、26、34mg/L不同浓度PAM后污泥离心脱水的数据表。可见污泥与其上清液的流动电流值差别不大，且变化趋势相同。在0-8mg/L的PAM投加量范围内，污泥与其上清液的流动电流值变化比较平缓，电中和作用不明显，
吸附架桥起着主要作用；当PAM投加量在8-36mg/L范围时，污泥及其上清液的流动电流值随剂量增加而逐渐增大，其等电点时的投加量分别为24.5mg/L和25.5mg/L，脱水率最大时的投加量为26mg/L，稍大于等电点的剂量，这表明在污泥脱水中电中和机理起着重要作用，吸附架桥机理亦有一定作用。
[0039] 表2絮凝剂PAM投加量对排泥水污泥脱水性能的影响
[0040]
[0041] 图1表示了污泥和沉降后上清液的流动电流值随着PAM投加量的增加而变化。当PAM投加量增加时，并在8.9mg/L处接近于零，在10mg/L时达到正值，且上清液与污泥流动电流值的变化趋势相似，均为从负值变为零再变为正值。综合表1和图1，根据等电点确定的最佳投加量为8.9mg/L，而综合表1中沉降速率与最终污泥体积确定的最佳投加量为9.0mg/L，上清液浊度降低对应的一个絮凝剂投加量区间刚好是污泥流动电流的拐点对应的絮凝剂投加量与等电点(流动电流为零的点)稍正对应的絮凝剂投加量所形成的絮凝剂浓度范围，因此实际的投加量所对应的流动电流值接近于污泥流动电流拐点与等电点稍正的
位置区间，絮凝剂投加量在该区间内均可以得到满意的絮凝效果，将该区间作为最佳絮凝剂投加量范围。
[0042] 完成污泥沉降实验后，绘制PAM投加量、流动电流值(包括排泥水流动电流和排泥水上清液流动电流值)、上清液浊度值等三个指标变化趋势曲线，比较三条曲线找出第一絮凝剂投加量范围，也即根据污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系、上清液流动电流与絮凝剂投不同加量的关系、以及上清液浊度与絮凝剂不同投加量的关系得出第一絮凝剂投加量范围。第一絮凝剂投加量范围是流动电流拐点对应的絮凝剂投加量与等电点对应的絮凝剂投加量所形成的絮凝剂投加量范围。
[0043] 完成污泥脱水实验后，绘制PAM投加量、污泥脱水率和流动电流值(包括上清液流动电流和污泥流动电流)等三个指标变化趋势曲线(表2)，比较三条曲线找出第二絮凝剂投加量范围。第二絮凝剂投加量范围为污泥脱水率最大时对应的PAM投加量，稍大于等电点时对应的PAM投加量。
[0044] 将第一絮凝剂投加量范围和第二絮凝剂投加量范围结合在一起，可得到前述的最佳絮凝剂投加量范围。
[0045] 综上，本实施例的自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的方法包括：向排泥水中投加不同量的絮凝剂；获取排泥水的上清液流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据；获取排泥水的污泥流动电流与絮凝剂不同投加量的关系数据；获取排泥水的上清液浊度与絮凝剂不同投加量的关系数据；识别流动电流随絮凝剂投加量变化的拐点；识别上清液流动电流与污泥流动电流的等电点；将拐点对应的絮凝剂投加量与等电点稍正对应的絮凝剂投加量所形成的絮凝剂投加量范围作为最佳絮凝剂投加量范围；其中，最佳絮凝剂投加量范围为上清液浊度降低对应的一个絮凝剂投加量区间；根据最佳絮凝剂投加量范围控制向排泥水中投加絮凝剂的投加量；在该范围内排泥水中污泥的沉降性能最好、排泥水上清液的浊度较低、污泥脱水率最好。
[0046] 本实施例还提供一种自动控制自来水厂排泥水絮凝剂投加量的系统，也就是图2自来水厂排泥水絮凝剂投加量自动控制系统，用于执行本实施例的方法，可实现自来水厂排泥水絮凝剂投加量的自动化控制。本实施例的系统包括控制系统1、变频投药装置2、混合器3和反馈控制系统4。
[0047] 控制系统1具体为PLC(Programmable Logic Controller)控制系统。
[0048] 反馈控制系统4设置于排泥水输出口处，包括用于测定排泥水流量的流量仪41、用于测定污泥及上清液的流动电流检测仪42和测定污泥上清液浊度的浊度仪43。流动电流检测仪42为Micro2000型流动电流仪。浊度仪43为在线浊度仪，具体为Hach 2100P型浊度仪。
[0049] 流量仪41、浊度仪43和流动电流检测仪42的输入端分别与混合器3的输出端相连接；流量仪41、浊度仪43和流动电流检测仪42的输出端分别与PLC控制系统1的输入端相连接；PLC控制系统1根据反馈控制系统4的检测信息控制变频加药装置2实现自动精准投药，具体的，根据前述最佳絮凝剂投加量范围控制变频投药装置2向排泥水中投加絮凝剂的投加量。
[0050] 由于自来水厂每年每个季度的水质变化不大，因此可以每个季度做一次絮凝剂PAM投加量与流动电流和浊度的关系曲线也即图1，并将结果传送到本实施例的自来水厂排泥水絮凝剂投加量自动控制系统，监测流动电流数值变化趋势以及比较絮凝剂投加量和排泥水上清液浊度的同步变化趋势；由PLC控制系统1调整絮凝剂的投加量，并将指令传送给变频投药装置2，再由变频投药装置2向混合器3加入一定量的絮凝剂，以便开展后续工艺。反馈控制系统4在排泥水处理前，测定排泥水的流量、流动电流和上清液浊度，将结果反馈给PLC控制系统1；PLC控制系统1根据流量及流动电流和浊度值进行反馈，及时自动调整絮凝剂的投加量。
[0051] 本申请实施例的优点包括：
[0052] 可根据污泥和上清液的流动电流值判断最佳絮凝剂投加量，可实现全自动化控制排泥水中絮凝剂的投加量；
[0053] 可实现实时精准投加絮凝剂，节约药耗。在线流动电流仪可根据排泥水的实际工况，迅速反馈絮凝剂投加量信息，保证排泥水处理的
稳定性；
[0054] 自动化程度高，可减轻自来水厂员工的劳动强度，并可减少药耗，从而提高效率；
[0055] 运行过程受排泥水浓度的干扰小，可提高排泥水处理的稳定性，并可促进排泥水回收，从而提升自来水厂的经济效益；
[0056] 采用流动电流作为单一因子，可实现简单、有效、快速控制自来水厂排泥水中絮凝剂的投加量，为一种简单、高效、稳定的絮凝剂投加量实时控制方法，可保障排泥水处理工艺与设备的稳定运行。
[0057] 本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由
计算机程序来命令相关的
硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
[0058] 以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。
