應用于飲用水處理中的粉末活性炭自動投加成套設備
摘要：粉末活性炭吸附工藝是處理飲用水水源異常嗅味的一項有效技術措施。因此，為了使粉末活性炭的投加做到連續、準確，第九水廠與天津大澤公司合作研制并開發了一套自動投加成套設備。本文著重介紹了這套設備的特點及工作原理。
關鍵詞：粉末活性炭、自動、投加、設備
一、粉末活性炭自動投加成套設備的研制背景
目前，我國的水資源日益緊缺，水質不斷惡化，飲用水水源出現異常嗅味，使公眾對水質安全開始出現不信任，并出現抱怨和投訴。因此，原水嗅味問題已成為我國自來水廠迫切關注的水質問題。
北京第九水廠原水取自密云水庫。隨著水庫蓄水量的逐年減少，水庫富營養化程度加劇，在2002年9月曾經發生局部水華現象，出廠水嗅味一度達到一級，用戶反映強烈。后經試驗研究，確定了高錳酸鉀預氧化技術去除嗅味，出廠水基本無味，用戶反映有所緩解。但是，在2005年8月，自來水公司又陸續接到用戶投訴，并有上升趨勢，雖經提高高錳酸鉀投藥量，仍不能徹底解決管網水嗅味問題。由此可見，高錳酸鉀預氧化技術已不能滿足當時水質處理的要求，經試驗研究，最終確定采用粉末炭吸附工藝并建立應急處理方案，在密云取水站設立粉末炭應急投加裝置，改善了出廠水水質。
使用粉末炭應急投加裝置時，操作人員須佩帶防塵面罩，周圍環境被炭粉污染。由人工控制加炭量，進廠水反映出水色不均勻，說明加炭量控制有較大的誤差。因此，為使粉末活性炭吸附工藝在飲用水處理中更好地應用，我們研制并建立了粉末炭自動投加成套設備。
二、粉末活性炭自動投加成套設備設計研制原則
雖然粉末炭應急投加裝置完成了粉末炭與水快速混合后加入到輸水管路中去的工作，但還不能做到連續、準確投加，而且操作過程中造成的環境污染相當嚴重。因此，設計研制加炭成套設備必須符合水廠運行管理要求，做到投加量準確、無粉塵污染、操作簡便，減少人工勞動。針對以上原則，逐項加以實現。
粉末活性炭可采用干式和濕式投加兩種方法。濕式投加是將粉末炭配成乳液，需要建立混合池、攪拌機及投加計量泵等設備，投資和占地面積相對較大。干式投加采用的主要設備是干粉投加機，通過料倉給料、投加機螺桿輸送，并利用水射器將粉末炭投入水中。干式投加給料均勻、運轉可靠、驅動功率和占地面積小、操作管理方便、易于實現自動控制，水射器設備簡單、使用方便、工作可靠。因此，采用干式投加方式并組成自動投加成套設備。為解決環境污染和對人員的健康影響，選用真空吸炭裝置，通過吸炭頭將粉炭輸入料斗，避免粉塵揮發。儲料斗的設計應滿足一次上料后，可供4小時以上投加使用，避免值班工長時間看守生產現場。加炭成套設備的關鍵環節是變頻螺桿投加機，可較準確計量加炭量，并通過自控系統傳送的流量信號進行跟蹤調節，實現自動控制，其精度應保證在3%左右。螺桿投加機制作精度應滿足容量均勻、傳送穩定，根據粉末炭的容重，經計算調整轉速計量投加。粉末炭一般為木質炭和煤質炭兩種，其容重不同，需根據不同炭種分別測定螺桿投加機的輸送曲線。粉末炭成功應用的重要環節是水與炭的均勻混合。實際應用中必須要求水與炭粉均勻混合后才能加入原水中，以保證炭粉與原水中的有機雜質充分吸附。采用水射器混合輸炭，投加快速便捷，將依靠螺桿投加機計量后的炭粉直接加入到水中。
三、粉末活性炭自動投加成套設備的構成及工作原理
基于以上設計原則而研制的粉末活性炭自動投加成套設備由真空上料機、變頻干粉投加機、儲料倉、料位計、真空壓力表、電磁閥、氣動閥門、空氣壓縮機、水射器裝置、電器控制柜及自控系統等構成。真空上料系統將粉炭吸入料斗，減少粉塵污染；變頻干粉投加機采用雙螺旋給料器投加粉體，保證投料均勻、分散，精度在±3%以內。
該成套設備實現了粉末活性炭全自動連續投加，粉末活性炭通過真空上料機輸送到儲料平臺上的儲料倉中。當系統檢測到儲料倉中的粉末活性炭處于低料位時，自動提示（報警）需要加料，由人工開啟并通過真空上料機將粉末活性炭吸入真空上料機的料倉中，而后卸料至儲料倉中。當 儲料倉中的粉末活性炭達到高料位后，停止真空上料機的上料工作。當系統檢測到干粉投加機料倉中的粉末活性炭處于低料位時，自動開啟儲料倉下部（投加機料倉上部）的閥門，使粉末活性炭自流到投加機料倉中，當干粉投加機料倉中的粉末活性炭處于高料位時，閥門自動關閉。干粉投加機采用雙定量螺旋計量，隨水量的變化自動調整投加機變頻電機的轉速，精確控制粉末活性炭的投加量，做到粉末活性炭的投加量隨水量的變化而變化，保持配比恒定。打開水射器前后閥門，當水射器內形成負壓后，打開水射器上部電動閥門，同時干粉投加機自動開始工作，將粉末活性炭投加到水射器中，水射器將粉末活性炭與水混合后投入到投加點。水射器出口采用氣動閥，具有停電時迅速關閉功能，從而防止投加點處的壓力水倒流，滿足安全運行要求。
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四、粉末活性炭自動投加成套設備的應用
經過2006年秋季的實際操作證明，該成套設備實現了設計思想，滿足使用要求，主要設備和附屬設備均為通用產品，維護、操作簡便。經實際驗證在給定投加率的條件下，投加量與水量自動跟蹤靈敏，實際粉炭投加誤差小于3%。因此，此成套設備的開發、研制在處理原水異常嗅味中很好地發揮了作用，可作為以地表水為水源的水廠投加粉末炭或粉狀物料的專用設備，操作方便、運行穩定可靠。
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