粉末活性炭自动投加装置应用于饮用水处理中
摘要：粉末活性炭吸附工艺是治理饮用水源异味的有效技术措施，因此，为使粉末活性炭的投加连续、准确，第九水厂与天津大泽公司合作开发了一套自动加药设备，本文重点介绍该设备的特点及工作原理。
关键词：粉末活性炭，自动，加药，设备
1、粉末活性炭自动加药设备开发背景
目前，我国水资源日益匮乏，水质不断恶化，饮用水源出现异常气味，导致民众开始对水质安全产生不信任，并出现投诉、抱怨现象。因此，原水气味问题已成为我国水厂亟待关注的水质问题。
北京市第九水厂原水取自密云水库，随着水库库容逐年减少，水库富营养化现象愈演愈烈。2002年9月，该水厂发生局部蓝藻爆发，出厂水臭味一度达一级，引起用户强烈投诉。经过试验研究，确定采用高锰酸钾预氧化技术可以去除臭味，出厂水基本无臭味，用户已得到缓解。但2005年8月，自来水公司陆续接到用户投诉，且有上升趋势，虽然加大了高锰酸钾投加量，但管网水臭味问题仍不能完全解决。可见，高锰酸钾预氧化技术已不能满足当时水质处理的要求。经过试验研究，最终确定采用粉状炭吸附工艺，并制定应急处理方案。 在密云取水站设置粉炭应急加药装置，改善厂水水质。
粉状炭应急投加装置使用时，操作人员必须佩戴防尘口罩，周围环境受到炭粉的污染。投加炭量采用人工控制，进厂水反映水色不均匀，说明投加炭量的控制存在较大的误差。因此，为了更好地将粉末活性炭吸附工艺应用在饮用水处理中，我们研制建立了一套完整的粉状炭自动投加设备。
2.粉末活性炭自动加药成套设备的设计开发原则
粉状炭应急投加装置虽然完成了将粉状炭与水快速混合并投加到水管路中的工作，但不能实现连续、准确的投加，运行过程中对环境的污染相当严重。因此，成套投加炭设备的设计开发必须满足水厂运行管理的要求，保证投加准确，无粉尘污染，操作简便，减少人工劳动。针对以上原则，逐项实施。
粉状活性炭可采用干法和湿法投加。湿法投加是将粉状炭制成乳状液，需设立混合罐、搅拌器及加药计量泵等设备，投资和占地面积相对较大。干法投加所用的主要设备是干粉加药机，通过料仓供料，通过加药螺旋输送，采用水射器将粉状炭投入水中。干法投加投料均匀，工作可靠，驱动功率小，占地面积小，操作管理方便，易于实现自动控制。水射器结构简单，使用方便，工作可靠。因此，采用干法投加，并组成一套完整的自动加药设备。为了解决环境污染和对人员健康的影响，选用真空吸炭装置，将粉状炭通过吸炭头输入料斗，避免粉尘挥发。 储料斗的设计应满足一次装料后连续投加4小时以上的要求，避免值班工人长时间守在生产现场。全套木炭添加设备的关键环节是变频螺旋投加机，它能准确计量木炭的添加量，并跟踪调节自控系统传输的流量信号，实现自动控制，其精度应保证在3%左右。螺旋投加机的制造精度应满足容量均匀、输送平稳的要求。根据粉状木炭的容重，计算后调整转速、计量投加。粉状木炭一般为木炭、煤炭，它们的容重不同，螺旋投加机的输送曲线需要根据不同种类的木炭来确定。粉状木炭成功应用的一个重要环节是水与木炭的均匀混合。 实际应用中，必须将水和炭粉混合均匀后才能加入原水中，以保证原水中炭粉和有机杂质充分吸附。采用水射流器混合输送炭粉，投加快捷方便。将螺旋投加机计量后的炭粉直接加入水中。
3、粉末活性炭自动加药设备的组成及工作原理
根据以上设计原理研制的粉状活性炭自动加药设备由真空上料机、变频干粉上料机、储料仓、料位计、真空压力表、电磁阀、气动阀、空压机、水喷射器、电气控制柜及自动控制系统组成。真空上料系统将粉状活性炭吸入料斗，减少粉尘污染；变频干粉上料机采用双螺旋给料机给粉，确保给料均匀、分散，精度小于±3%。
本全套设备实现粉末活性炭的全自动连续加料，通过真空上料机输送到储料平台上的储料仓中。当系统检测到储料仓中的粉末活性炭处于低料位时，自动提示（报警）需要加料，并由人工开启，通过真空上料机将粉末活性炭吸入真空上料机的料仓中，然后卸入储料仓。当储料仓中的粉末活性炭达到高料位时，真空上料机的加料工作停止。当系统检测到干粉上料机料仓中的粉末活性炭处于低料位时，自动打开储料仓底部（上料机进料仓顶部）阀门，让粉末活性炭流入上料机进料仓。当干粉上料机进料仓中的粉末活性炭处于高料位时，阀门自动关闭。 干粉加料器采用双定量螺旋计量，随水量的变化自动调节加料器变频电机的转速，精确控制粉末活性炭的投加量，保证粉末活性炭的投加量随水量的变化而变化，保持配比恒定。打开水射器前后阀门，当水射器内形成负压时，打开水射器上部的电动阀门，同时干粉加料器自动开始工作，将粉末活性炭送入水射器内，水射器将粉末活性炭与水混合后投料至投料点。水射器出口采用气动阀门，具有断电快速关闭功能，防止投料点加压水倒流，满足安全操作的要求。
4.粉末活性炭自动加药设备的应用
2006年秋季的实际运行证明，该成套设备实现了设计构想，满足了使用要求。主设备及辅机均为通用产品，维护、操作方便。经验证，在给定投加速率条件下，投加量与水量自动跟踪灵敏，实际粉炭投加误差小于3%。因此，该成套设备的开发研究对原水异味治理起到了良好的作用。可作为以地表水为水源的水厂投加粉炭或粉状物料的专用设备，操作简便，运行稳定可靠。