WTW污泥界面仪：用于自来水厂混凝沉淀池的应用报告
时间：2024-02-21 阅读：654
原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来。对某些工业用水（例如冷却水），允许浑浊度较高，经混凝沉淀后即可使用。但对城市水厂，出厂水要求浑浊度在 1 NTU 以下，故必须经过澄清工艺中的过滤处理，混凝沉淀池的出水浑浊度一般宜在 5 NTU 以下，有的可达 2 NTU 左右。混凝沉淀池为泥水分离工艺，泥斗沉积水中絮凝体，澄清上清液进入后续工艺。用户需要了解混凝沉淀池中的实际泥位，进而精确控制排泥周期，达到既可以防止底部沉淀上浮影响出水质量，又尽量让泥斗累积较高的泥位，以减少后续污泥脱水的能耗。
背景介绍
重庆某自来水厂原水取自长江重庆流域的上游，采用混凝沉淀池去除原水中的悬浮固体，工艺流程图如图 1 所示。原水加聚合氯化铝（PAC）后在反应区进行絮凝反应，反应区出水进入过渡区，过渡区水流从上向下流经整流格栅稳定水流后，出水进入后续斜管沉淀池，期间有絮凝体沉降至下方泥斗，过渡区底部为锥形泥斗，在下方设置排泥泵和排泥管，通过人工控制阀门开关排沉淀污泥。用户以前通过固定排泥周期和排泥时间安排过渡区位置排泥，一般 3-5 天排一次泥，每次排泥时间为 30 秒。通过排泥时水流声音不同判断是否完成排泥，未进行过内部泥位测量。用户希望可以有无人值守的在线污泥界面仪，实时掌握沉淀池的污泥界面情况。同时也希望后期可以联动自控系统，进行智能的排泥控制。
图 1：水厂混凝沉淀池工艺流程图
WTW在线污泥界面仪简介
IQ Sensor Net 系列数字式分析仪器由控制器、电缆和探头组成一套完整的测量系统。DIQ/S 282 控制器用于系统供电、系统设置、探头操作、数据显示和存储、数据输出等。其主要功能如下
彩色大屏，有中文操作菜单
一个控制器最多可以连接 2 个传感器，最多同时显示 10 个测量参数
可以设置密码保护，有报警功能
有 USB 接口，可下载测量数据
有模拟、数字等多种测量结果输出方式
防紫外光损伤
IFL 700 IQ 是 WTW 的探头式、超声波法测量污泥界面的仪器。探头发出超声波信号，根据回波强度及时间，来检测其中的泥水分界面。探头内置滤除杂波软件，是一款数据准确、操作简单的仪器，广泛应用于污水处理厂、自来水厂等相关的工艺控制过程。
智能信号处理
开机即用
详尽的回声图谱界面，直观监控污泥状态
无需维护的清洁系统
无耗材，无需更换备品备件
污泥界面测量原理
IFL 700 IQ 污泥界面探头采用超声波测量原理，超声波经由超声波探头发出，当超声波遇到相界面时会发生全部或部分的反射，而其反射强度是由两相物质密度决定的（如水与污泥界面、污泥与池底界面）。如此，不同相界面所产生的不同反射强度的超声波被反射回污泥界面探头，通过反射间隔时间计算出界面与探头的距离。不同于光学污泥界面监测系统，IFL 700 IQ 提供的超声监测展现出成本低、维护少和数据可用性高等优势。
1 | 发出的超声波 |
2 | 污泥界面反射的超声波（较短时间间隔） |
3 | 池底反射的超声波（较长时间间隔） |
智能信号处理
来自固定或移动处理设施或其他处理活动的反射信号常常会对测量造成干扰。虽然临时性活动例如撇渣器移动所带来的干扰可以通过信号过滤等传统方法排除掉，但持续的干扰信号时常被错误地计算在测量值内。针对这一难题，WTW 将智能信号处理技术应用于 IFL 700 IQ。探头具备一个特殊的信号识别模式，能够辨别出干扰信号。其自动分析和智能滤波功能，将无用信号序列在监测模式下自动排除，提供给用户可靠的数据。
信号处理过程图
仪器配置及安装
选择安装污泥界面仪的位置为混凝沉淀池过渡区泥斗上方，因内部有整流格栅，需要将整流格栅打孔后，将探头插入格栅以下，如图 2 所示。现场采用的是 DIQ/S 282 控制器配置，选型配置清单见表 1。
序号 | 英文描述 | 中文描述 | 数量 |
1 | DIQ/S 282 | 控制器 | 1 |
2 | SACIQ-7,0 | 电缆线，7 米 | 1 |
3 | IFL 700 IQ | 污泥界面探头 | 1 |
表1：在线污泥界面仪选型配置清单
除了以上仪器部件，还需要根据现场安装需求选择安装件。在此次试用中，选用的是安装简单方便的链式安装方式。实际使用中，推荐使用固定式安装，因为此工艺中需要给整流格栅打安装孔，再将探头插入安装孔后测量，当正常运行时，水会没过整流格栅，若需要将探头拿出清洗等，链式安装会由于水的浮力导致探头无法快速插入原有的安装孔。
图 2：在线传感器安装示意图
仪器设置
水厂混凝沉淀池去除的为原水中的颗粒物，在这种应用的情况下，IFL700 IQ 调试很简单，仅需要设置正确的水深、探头浸入深度和回声形式、水温和测量模式。其他参数保持默认设置。
测量模式：用户关注的为污泥高度，即泥面到池底的距离，所以测量模式设置为泥高。
回声形式：混凝沉淀池选择最顶层。
水深：水面距池底距离，将水深设置为 4.4m。
探头浸入深度：探头底部距水面距离，探头需深入整流格栅下方，所以为 2.35m 浸没深度。
水温：按进水水温估计，设置为 20℃。
仪器性能测试
为探究仪表是否有较好的准确性和稳定性，以保证工艺运行达标，我们做了仪器在线值与排泥时间的比对。在线污泥界面传感器于 2022 年 4 月 8 日至 2022 年 6 月 28 日连续测试 80 天，记录间隔为 1 分钟，期间未进行任何手动清洗等维护工作，测试结果见图 3。
图 3：在线传感器测试结果
4 月 8 日至 4 月 13 日期间，未排泥，污泥界面为 0.2m，这是因为在锥形泥斗底部有排泥泵，泵高 0.2m，当泥位低于 0.2m 时将显示为 0.2m泥高，考虑到安装时为池水全部排空，这种缓慢泥位累积的表现是正常的。4 月 13 日后泥位慢慢升高。4 月 21 日排泥，泥位没有明显下沉，泥位未持续升高。可以看出从 4 月 30 日后泥位累积的速度较快，之后的几次排泥，在线仪表都有明显的数据下沉的表现（如 5 月 13 日等），与用户排泥时间一致。污泥界面仪为实时数据，可以直观展示给用户被整流格栅盖住的泥斗中泥位状况，帮助用户选择排泥时间，以便在合适泥位排泥，保障工艺稳定运行的同时，减少排泥次数。在 5 月 14 日至 5 月 30 期间，有偏高的异常值，后又好转，是因为这个阶段用户手动调整探头位置，可能导致的浮泥现象，可以忽略。污泥界面仪可帮助用户发现沉淀池异常，以便及时调整工艺。期间，5 月 16 日用户反应按原本排泥时间 30 秒，根据在线仪表数据发现排泥只能排到 0.5m 左右的高度，无法继续下降。5 月 17 日将排泥时间增加为 120 秒，仪表显示可以排至 0.22m。推断是由于之前的排泥时间较短而且排泥速度较快，不足以把锥形泥斗下方积泥排净，需增加排泥时间才能排空。在线污泥界面传感器帮助用户了解实际泥位，数据有效性高，稳定性好。传感器自带无需更换的刮片，可进行气泡及污垢的清洁，在应用过程中基本无需维护。
结论
2022 年 4 月 8 日至 2022 年 6 月 28 日连续测试 80 天，WTW 污泥界面探头 IFL 700 IQ 于自来水厂混凝沉淀池进行污泥界面监测，在线数值符合实际运行工况，得到用户认可。
沉淀池的泥斗上方为整流格栅覆盖，用户无法得知内部泥位变化，仅通过固定时间和经验值进行判断，排泥时间无法精确控制。在线仪表提供连续测试数值，不错过峰值或异常，提供完整的泥位信息，可以更好的指导工艺和预警。在实际控制过程中，仪器可以帮助他们进行排泥控制。排泥控制一般有两个控制点，一个是高限值，即泥位升到什么位置开始排泥；另一个是低限值，即排泥到什么程度可以排泥停止。
高限值：用户可以根据在线泥位计实时数据“看到”泥斗中泥的累积情况，控制在合适的泥位排泥，以达到既不会有浮泥影响出水浊度，又可以让泥累积到一定高度再进行排泥，节省后续污泥处理能耗。
低限值：用户可以通过实际排泥经验进行排泥控制，例如本次试用中根据仪表显示，之前排泥 30 秒只能将泥位排至 0.5m 左右， 但当排泥时间增加到 120 秒时，仪表显示排泥可排至 0.22m。水厂可以根据实际运行情况选择合适的排泥时间。在线仪表为后续进行精确排泥控制提供相同基准的实时数据，避免人员误差的产生。
WTW 污泥界面探头 IFL 700 IQ 内置智能分析系统，高精度分辨杂波的干扰并优化去除，从而实现更精准的泥位区分，这是取得精准数据的关键。而高质量的监测数据，是确保精准排泥的保障。同时，探头自带气泡清洗装置，终身无需更换备件，极大地方便用户使用和维护。