电厂水处理过程中化学药剂精准投加研究

引言

随着科技的进步与环保意识的增强，实现化学药剂精确投加已经是电厂水处工艺发展的必然要求。精确投加是指依据水质的变化，对化学药剂的投放量进行合理的控制，这样可以在保证水处理效果的同时节省化学药剂的开支，避免造成环境负担。基于此，电厂水处理中化学药剂的精确投加以研究具有一定的理论与现实意义。

一、化学药剂精准投加的重要性

1. 提高水处理效果

精准投加能够结合水质情况，控制化学药品投加量，保证化学药品和水中杂质得到良好反应，清除水中杂质、腐蚀物、细菌等，增强水处理效果，保证水质效果良好，为电厂设备的良好运行提供有效保障。

2. 降低运行成本

精准投加避免了药剂浪费，降低了药剂的用量。传统的投加方法由于投加量不准确，往往造成药剂的过量投加，而精准投加能够按照需求合理投加药剂，降低了药剂的采购成本。精准投加减少了由于水质超标导致的设备检修费、设备更换费，降低了电厂的运行成本。

3. 减少环境污染

过量投加的化学药品，随着排水流入外界环境，污染了水环境、土壤环境。精准投加能够控制药剂投加量，降低药剂投加量，减少对环境的污染程度，达到环保要求，有利于电厂绿色、可持续地发展。

二、实现化学药剂精准投加的技术与系统

1. 水质在线监测技术

水质在线监测是实施精准投药的前提，通过监测水质的各种指标，提供准确的药剂投放依据。水质在线监测的常见指标包括 pH 值、电导率、硬度、碱度、浊度、余氯等，水质监测需要高精度的在线监测设备，保证水质在线监测的准确性和稳定性。比如：采用先进的传感器技术，如荧光法溶解氧传感器、紫外吸收法 COD 传感器等，响应速度快、精度高、不易受干扰。对监测设备进行定期校核和维护。

2. 智能算法控制技术

智能算法控制技术作为精准投加核心技术，利用水质在线监测数据，构建数学模型，通过控制算法计算得出药剂最佳加药量，控制药剂投加设备实现精准投加，常用的智能算法有：模糊控制算法、神经网络算法、遗传算法等，模糊控制算法适用于具有不确定性、模糊性的水质系统，神经网络算法学习、自适应能力强，通过对历史数据学习，预测水质变化规律，能提前对药剂投加量做出预判；遗传算法能够在众多方案中寻找最优方案，提高投加精准度。

3. 药剂投加设备

投加设备的性能影响着药剂投加的准确性和稳定性，精确的投加设备要求其计量精准、调节灵活、运转可靠。目前药剂投加设备常用的有计量泵、隔膜泵等，计量泵是能够实现精确控制流量的泵类机械，通过调整泵冲程大小及泵频大小来改变投加剂量。隔膜泵是具有无泄漏、耐腐蚀特性的一种输送腐蚀性药剂的机械。提升投加设备自动化水平时，可以采取将投加设备与智能控制系统相结合的方法，实现远程控制。

三、化学药剂精准投加的优化策略

1. 建立完善的数学模型

通过建立准确模型来确保精准投加。依据工艺流程和水质水量变化情况，建立投加药量和水质、水量等参数之间联系模型。通过设定原水水质和水量、原水温度和压力等参数作为模型输入，利用皮尔逊相关性、重要度等方法提取主因子、避免维数诅咒。例如，通过皮尔逊相关性分析发现，在该电厂的水处理过程中，原水浊度与絮凝剂投加量之间存在极强的正相关关系，相关系数高达 0.92 ；原水硬度与阻垢剂投加量的相关性也较为显著，相关系数为 0.85。在模型构建完成后，采用交叉验证方法对模型泛化能力进行评价，同时利用在线数据对模型进行实时更新。通过引入自适应卡尔曼滤波，对模型参数进行在线修正、降低误差扰动。在实际应用过程中，可利用在线分钟级水质参数通过物联网传感器等设备进行实时测量，建立反馈－校正－修正闭环控制模型，使模型的预测精度始终控制在 ±5% 范围内，为精准投加化学药剂提供可靠、有效的理论支撑。

2. 加强系统的集成与协同

实现水质在线监测系统、智能控制系统、药剂投加设备的有机结合，信息共享。智能控制系统在智能学习算法、专家知识数据库的支持下对水质在线监测系统提供的在线水质数据进行深层次的加工处理：利用非线性回归方程，构造水质在线监测系统提供的水质动态方程，根据以往的运行数据、对化学药剂的消耗规律，进行动态的修正；利用模糊控制算法，处理水质波动的不确定性，计算出不同化学药剂的优化剂量（例如：絮凝剂、缓蚀剂、杀菌剂等）。系统支持自学习，根据实际运行数据对控制参数进行动态的修正。例如，某电厂原水在预处理过程中，上游来水受到污染，水质突然变化时，通过智能控制算法，依据原水中浊度、有机物含量、微生物含量等参数，对原水中的絮凝液投入量进行调整，确保混凝沉淀效果不受影响。通过实践，智能控制系统对于水质突变情况，能够在短时间内做出快速响应，提高了化学药剂投放的精确性以及灵活性。水质在线检测系统智能化控制系统对智能变频计量泵、电磁隔膜泵等化学药剂投加设备发出指令，采用模拟信号、Modbus 等通信协议连续、不间断、自动地调整化学药剂的剂量；智能化控制系统实时接收化学药剂投加设备真实的剂量，同水质在线监测系统进行双向的沟通。整套系统采用闭环控制系统，确保整个系统投加的偏差在 ±2% 以内，预测性地解决突发性的质量状况，极大地提高整个系统的投加精度和系统的稳定性。

3. 定期进行系统维护与校准

对水质在线监测设备、智控系统及加药系统设备等，建立按月度深度保养、按季度总体校正、日常三级检查的维护保养机制：水质在线监测设备日常点检：采用专业清净水剂，对 ph、浊度、电导率等传感器的表层进行超声波清洗，去除表层结垢的菌类和污垢，恢复传感器精度；对电磁流量计、隔膜计量泵等部件建立易损件寿命周期预警，达到使用寿命的 80% 时及时进行关键零件的更换，防止故障发生。智控系统改造：采用自动调节参数模式，对水质在线监测设备及药剂加药量采用机器学习算法，分析寻找规律后建立智控系统。当原水水质发生变化时，调节控制器的相关参数，使加药量迅速达到新的要求，自动进行调节。建立故障诊断专家库，对水质在线监测设备的电流、压力、振动等实时参数进行监测，应用故障树分析法对可能发生的故障问题进行预判，并对故障的诊断原因、排除措施、需更换部件等进行列表，确保技术人员半小时之内解决问题，真正建立起“分析—判断—调整—反馈”的良性循环管理机制，保证水质监测设备、加药系统正常工作。

结语

随着智能化技术、绿色环保药剂的发展和应用以及远程监控维护方式的普及，电厂水处理化学药剂精准投加技术将越来越全面，不断优化，从而为电厂安全运行、高效运行、绿色运行保驾护航。在运用中还要根据电厂的实际情况进行设计改造，确保精准投加系统能够最大化地发挥作用。

参考文献：

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