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加藥設備的技術發展(多種加藥裝置介紹)

1. 干式加藥設備
盡管在一般加藥工藝過程中很少采用干式投加,但對于一些特殊藥劑(不易于制備成水溶液或適于干投的藥劑),仍可采用干式投加。在制備PAM溶液時,由于PAM的難溶性,也需干投機作為溶液制備的關鍵設備。干式投加的關鍵是干粉定量投加機。先進的干粉投加設備具有如下技術特征:
1) 投加精度——0.5~3%之間(取決于所投藥劑的物性);
2) 投加量的調解范圍——10%~100% 
3) 對流動性較差的藥劑可選擇料斗震蕩系統,并帶有隔振膠座,以防止震動傳遞到輸送器上,引起藥劑自流;
4) 帶有特殊設計葉片的內置攪拌混合器,混合藥劑輔助流動;
5) 輸送器料斗不存在死區,投加輸送器可達到最大排凈;
6) 為防止粉料受潮結塊,在干投機螺旋投加管上裝有電加熱器;
成套的干粉投加機可選擇下列主要部件以適應不同藥劑及自動化控制要求,如:自動加料器、料斗/振蕩器、料位開關、儲料倉等。
2. 濕式加藥設備
目前普遍采用的濕式加藥工藝,主要有三部分組成:
1) 藥液制備、儲存
2) 藥液投加計量
3) 加藥系統設備控制
2.1  藥液制備、儲存設備
根據藥劑的來源,有固態及液態兩種。
2.1.1藥液制備的攪拌技術
對于固態藥劑及濃縮液態藥劑,目前普遍的制備工藝流程如前所述。由于壓縮空氣攪拌存在攪拌混合死區及沉淀死角,更有效的攪拌采用機械攪拌機,這種制備技術的關鍵在于高效均勻的同水進行溶解混合。攪拌設備的技術水平對攪拌混合效果至關重要。先進的攪拌設備應具有如下技術特征:
1) 不產生攪拌混合死區,無沉淀死角
2) 高效:低功率、大排液量產生充分的紊流和擾動
3) 攪拌設備的技術先進性以達到同樣攪拌混合效果(排液量相同),所需功率最小為佳,實現節能、降耗的目的。
新型高效攪拌設備的出現,為達到降低運行成本提供了手段,下面為國際上新型高效攪拌機同傳統攪拌機的效率比較:
攪拌機效率比較
攪拌槳葉類型 Sabre®槳葉 45°折板平槳葉 螺旋推進式槳葉
排 液 量 Q 3000m³/h 3000m³/h 3000m³/h
槳葉直徑D 1m 1m 1m
    n 58rpm 88rpm 125rpm
 吸收功率 W 0.9kW 3.3kW 3.7kW
2.1.2全自動連續溶液制備技術
由于目前采用的藥液制備、儲存工藝占地面積大、土建成本高,近年來新的藥液制備、儲存技術已開始使用。這種方法采用全自動連續溶液制備技術,具有自動化程度高、占地面積小、溶液配置精度高的特點,尤其是對新型的聚合絮凝劑采用傳統制備方法很困難時,這種方法將是選擇方向。
2.2  藥液投加、計量、控制
藥劑濕式投加目前普遍采用的投加技術有重力式投加和壓力式投加兩種。
2.2.1 重力式投加方式
重力式投加方式,是依靠藥液自重完成投加、計量和控制。雖然具有操作簡單、可靠性高、管理方便等優點,但由于建高位藥液池成本高、投加點及投藥量受限制等缺點,在新建水廠已很少采用。但在已采用這種投加方式的老水廠可采用現代高精度流量計(帶電信號輸出)、調節閥及PID調節技術進行自動化改造,也可達到準確自動調節投加量的目的。
2.2.2 壓力式投加方式
是采用水射器或加藥泵來完成藥劑投加、計量和控制。
2.2.2.1 水射器投加
水射器具有結構簡單、使用方便的優點,但存在效率低、能耗大、易堵塞、受工作水壓影響、穩定性差等缺點。目前在自來水廠已很少采用。但國外已開發出水射器技術和真空加氯機技術結合的新型藥液投加控制設備,具有可動部件少、控制準確、無脈動流、易實現自動控制等特點。目前已知的最大投加量只有1000L/h左右。
2.2.2.2 加藥泵投加技術
這是目前應用最為廣泛的藥液投加方式。常用的加藥泵有:容積泵和離心泵。
1) 容積泵投加技術
在水廠加藥過程中,容積泵主要有兩種:計量泵和螺桿泵。
當藥液的粘度較高(典型的是PAM溶液)、且投加量較大時(典型投加量2000L/h以上),采用計量泵投加,設備成本將會大幅度提高。螺桿泵的應用適應了這種需求。它具有適用于高粘度介質、投加量大、無脈動、管路簡單等特點。但其精度較低、耐腐蝕性有限且不能干運轉。
近十幾年來,在水廠加藥過程中,應用最為普遍的加藥設備是計量泵,它取代了許多傳統加藥設備。其投加精度高、可干運轉、耐腐蝕、易實現自動控制、功能齊全、適用性廣泛等特點成為水廠藥液投加的主流設備。計量泵是一種往復式運動的容積泵。
1936年美國人Milton Roy父子發明了世界第一臺計量泵起至今已有近70年歷史,其技術已很成熟。計量泵的原型機為柱塞式計量泵。由于柱塞式計量泵存在耐腐蝕性不夠、易泄漏等缺點,除非在特殊場合,現已很少在水廠加藥中使用。在水廠加藥中使用的計量泵主要是隔膜計量泵。隔膜計量泵又分為機械隔膜計量泵和液壓隔膜計量泵。
近十幾年來,計量泵驅動技術得到了長足發展,除了傳統的電機驅動方式外,新型的計量泵還有電磁驅動和氣動馬達驅動。氣動馬達驅動的方式在水廠很少使用。近年來,電磁驅動方式的計量泵(簡稱電磁計量泵)在我國小型水處理加藥過程中得到了非常廣泛的應用,它采用電磁鐵吸合產生往復運動的原理。大多數電磁計量泵均為機械隔膜式,具有如下技術特征:
 投加量范圍:0.8~95L/hl
 流量調解范圍:可高達10001l
 過壓自動保護:無須外裝安全泄壓閥l
 外部自動控制:自動型可直接接收外部4~20mA或脈沖數字信號控制、l 便
于同PLC控制系統地聯接
 運動部件簡單、無需潤滑、無傳動減速部件,可靠性高l
 全密封的外殼:外殼材質為玻璃纖維增強PP材質,防護等級可達IP65以上l
 節能低功耗,一般功率在22W~87Wl 
 泵頭結構為機械隔膜式,多種應用方式(高粘度介質、漿料介質均可適用),多種泵頭材質可選l
 投加精度可達±2%l
 高性價比,特別適用于中小型水廠。可實現數字化控制。l
對于電機驅動的隔膜計量泵,機械隔膜計量泵和液壓隔膜計量泵在各種類型水廠均有應用。
機械隔膜計量泵:
由于受隔膜的機械強度所制約,輸出壓力一般≤1.2MPa.單頭最大投加量世界先進水平不大于4000L/h,隔膜壽命指標為8000h以上,投加精度一般在±1~±2%。為保證計量泵運行的安全性和可靠性,在應用中要求在計量泵出口處安裝安全泄壓閥。
液壓隔膜計量泵:
采用了液力平衡原理,隔膜不承受剪切力。輸出壓力可達幾十兆帕,單頭最大投加量可達近16m³/h,隔膜壽命指標20000h以上,投加精度可達±0.5~±1%。并設有內置安全泄壓閥,大大提高了計量泵運行的安全性和可靠性。
計量泵控制技術:
電磁計量泵無需電動沖程控制器和變頻器即可直接接受外部4~20mA或脈沖數字信號進行自動控制。使用方便,在中小水處理加藥過程中得到了廣泛應用。
電機驅動的計量泵控制可采用沖程控制器對計量泵沖程在0~100%范圍內無級調節。接受外部4~20mA1~5V控制信號。同時電動沖程控制器可輸出沖程位置信號。在不使用變頻器和對計量泵進行現場標定情況下,這個位置信號可代表計量泵的輸出流量。目前國內計量泵制造技術在電動沖程控制方面同世界先進水平還有較大距離。
隨著電機變頻技術的發展,近年來水廠加藥過程較普遍的采用變頻器控制計量泵驅動電機,以實現對計量泵流量輸出的自動控制。由于國產計量泵電動沖程控制技術較落后,因而采用變頻器控制計量泵的方式較多。但受普通電機的變頻特性限制,一般的調解范圍在21~31,在控制要求較高的場合有很大局限性。為了提高變頻控制調解范圍,近年來強制風冷型變頻電機技術得到了越來越廣泛的應用,其變頻調節范圍可達到10:1~5:1,有效的提高了計量泵自動調節范圍。在復雜的加藥控制過程中采用電控沖程控制和變頻控制相結合,可達到雙調控制。這種控制方式在一些大、中型水廠中的應用越來越廣泛。
計量泵泵頭結構及材質:
隨著各種新型藥劑的應用,計量泵為適應藥液的物理性質和化學性質,在泵頭結構改進和材質使用上近年來有了較大發展。
泵頭結構:高粘度泵頭、漿料泵頭、專用聚合電解質泵頭、濃硫酸泵頭、防虹吸泵頭、衛生級泵頭,可選用以適應不同藥液的性能。
泵頭材質:PVCPPPVDF、不銹鋼、20號合金、哈氏合金等,可選用以適應不同藥液的腐蝕性。
2) 離心泵投加
離心泵在水廠主要應用于藥液提升和輸送,但隨著流量儀表和調節控制技術的發展,在大流量藥液投加中將會得到廣泛應用。以往水廠使用的主要是耐腐蝕的機械密封離心泵,主要類型有普通耐腐蝕離心泵、自吸式耐腐蝕離心泵、液下耐腐蝕離心泵。這些機械密封式離心泵具有一個共同的缺點,即機械密封的泄漏造成環境污染和腐蝕。針對腐蝕性、有毒有害液體的輸送,新型的無泄漏磁力驅動離心泵(簡稱磁力泵)將會得到越來越廣泛的應用。磁力泵采用磁力耦合技術,無機械密封聯接,在輸送過程中保證絕對無藥液的泄漏。自1946年勝達因-HMD公司發明世界上第一臺無泄漏磁力泵至今已有近60年歷史,該項技術日臻成熟。在腐蝕性、有毒、有害化學溶液輸送應用中將逐步取代傳統的機械密封耐腐蝕離心泵。目前國內外均有許多廠商在生產制造磁力泵,從水廠應用的磁力泵技術水平看,國產磁力泵的差距主要表現在:磁性材料不過關,易產生退磁現象,泵頭材質及結構選擇范圍較小。
磁力泵亦有自吸式、液下式等多種結構規格供選擇。采用耐腐蝕離心泵或磁力泵進行藥液投加的工藝流程如下:
控制器

                                             外部控制設定
溶液池(藥液)→  離心泵/磁力泵 →  流量計→ 調節閥 →  投加點
                                    
這種投加控制適用于大流量藥液投加,系統精度可達±1~±2%,具有可動部件少、可靠性高、自動化程度高、性價比高、運行成本低等特點。藥液投加量越大,其性價比越具有優勢。隨著水廠自動化水平及人員素質的提高,這種投加技術將越來越受到重視。
3) 一體式加藥裝置
隨著水處理加藥設備的發展,為便于投加量較小的藥液投加,一體式加藥裝置應運而生。這種設備將溶液攪拌制備、計量泵投加和控制集成于一體。具有安裝方便、占地空間小、集成度高、造價低、投產快等特點。
其主要技術特征:
 藥桶:l 容積最大可達3000L,材質為PE
 投加計量泵:l 一般采用電磁計量泵或機械隔膜計量泵
 電動攪拌機l
 /低液位控制開關l
 可配置排污閥、固定件、接頭、控制箱等附件l
 投加量范圍:0.02L/h1200L/hl

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