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加药设备的技术发展(多种加药装置介绍)

1. 干式加药设备
尽管在一般加药工艺过程中很少采用干式投加,但对于一些特殊药剂(不易于制备成水溶液或适于干投的药剂),仍可采用干式投加。在制备PAM溶液时,由于PAM的难溶性,也需干投机作为溶液制备的关键设备。干式投加的关键是干粉定量投加机。先进的干粉投加设备具有如下技术特征:
1) 投加精度——0.5~3%之间(取决于所投药剂的物性);
2) 投加量的调解范围——10%~100% 
3) 对流动性较差的药剂可选择料斗震荡系统,并带有隔振胶座,以防止震动传递到输送器上,引起药剂自流;
4) 带有特殊设计叶片的内置搅拌混合器,混合药剂辅助流动;
5) 输送器料斗不存在死区,投加输送器可达到最大排净;
6) 为防止粉料受潮结块,在干投机螺旋投加管上装有电加热器;
成套的干粉投加机可选择下列主要部件以适应不同药剂及自动化控制要求,如:自动加料器、料斗/振荡器、料位开关、储料仓等。
2. 湿式加药设备
目前普遍采用的湿式加药工艺,主要有三部分组成:
1) 药液制备、储存
2) 药液投加计量
3) 加药系统设备控制
2.1  药液制备、储存设备
根据药剂的来源,有固态及液态两种。
2.1.1药液制备的搅拌技术
对于固态药剂及浓缩液态药剂,目前普遍的制备工艺流程如前所述。由于压缩空气搅拌存在搅拌混合死区及沉淀死角,更有效的搅拌采用机械搅拌机,这种制备技术的关键在于高效均匀的同水进行溶解混合。搅拌设备的技术水平对搅拌混合效果至关重要。先进的搅拌设备应具有如下技术特征:
1) 不产生搅拌混合死区,无沉淀死角
2) 高效:低功率、大排液量产生充分的紊流和扰动
3) 搅拌设备的技术先进性以达到同样搅拌混合效果(排液量相同),所需功率最小为佳,实现节能、降耗的目的。
新型高效搅拌设备的出现,为达到降低运行成本提供了手段,下面为国际上新型高效搅拌机同传统搅拌机的效率比较:
搅拌机效率比较
搅拌桨叶类型 Sabre®桨叶 45°折板平桨叶 螺旋推进式桨叶
排 液 量 Q 3000m³/h 3000m³/h 3000m³/h
桨叶直径D 1m 1m 1m
    n 58rpm 88rpm 125rpm
 吸收功率 W 0.9kW 3.3kW 3.7kW
2.1.2全自动连续溶液制备技术
由于目前采用的药液制备、储存工艺占地面积大、土建成本高,近年来新的药液制备、储存技术已开始使用。这种方法采用全自动连续溶液制备技术,具有自动化程度高、占地面积小、溶液配置精度高的特点,尤其是对新型的聚合絮凝剂采用传统制备方法很困难时,这种方法将是选择方向。
2.2  药液投加、计量、控制
药剂湿式投加目前普遍采用的投加技术有重力式投加和压力式投加两种。
2.2.1 重力式投加方式
重力式投加方式,是依靠药液自重完成投加、计量和控制。虽然具有操作简单、可靠性高、管理方便等优点,但由于建高位药液池成本高、投加点及投药量受限制等缺点,在新建水厂已很少采用。但在已采用这种投加方式的老水厂可采用现代高精度流量计(带电信号输出)、调节阀及PID调节技术进行自动化改造,也可达到准确自动调节投加量的目的。
2.2.2 压力式投加方式
是采用水射器或加药泵来完成药剂投加、计量和控制。
2.2.2.1 水射器投加
水射器具有结构简单、使用方便的优点,但存在效率低、能耗大、易堵塞、受工作水压影响、稳定性差等缺点。目前在自来水厂已很少采用。但国外已开发出水射器技术和真空加氯机技术结合的新型药液投加控制设备,具有可动部件少、控制准确、无脉动流、易实现自动控制等特点。目前已知的最大投加量只有1000L/h左右。
2.2.2.2 加药泵投加技术
这是目前应用最为广泛的药液投加方式。常用的加药泵有:容积泵和离心泵。
1) 容积泵投加技术
在水厂加药过程中,容积泵主要有两种:计量泵和螺杆泵。
当药液的粘度较高(典型的是PAM溶液)、且投加量较大时(典型投加量2000L/h以上),采用计量泵投加,设备成本将会大幅度提高。螺杆泵的应用适应了这种需求。它具有适用于高粘度介质、投加量大、无脉动、管路简单等特点。但其精度较低、耐腐蚀性有限且不能干运转。
近十几年来,在水厂加药过程中,应用最为普遍的加药设备是计量泵,它取代了许多传统加药设备。其投加精度高、可干运转、耐腐蚀、易实现自动控制、功能齐全、适用性广泛等特点成为水厂药液投加的主流设备。计量泵是一种往复式运动的容积泵。
1936年美国人Milton Roy父子发明了世界第一台计量泵起至今已有近70年历史,其技术已很成熟。计量泵的原型机为柱塞式计量泵。由于柱塞式计量泵存在耐腐蚀性不够、易泄漏等缺点,除非在特殊场合,现已很少在水厂加药中使用。在水厂加药中使用的计量泵主要是隔膜计量泵。隔膜计量泵又分为机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵。
近十几年来,计量泵驱动技术得到了长足发展,除了传统的电机驱动方式外,新型的计量泵还有电磁驱动和气动马达驱动。气动马达驱动的方式在水厂很少使用。近年来,电磁驱动方式的计量泵(简称电磁计量泵)在我国小型水处理加药过程中得到了非常广泛的应用,它采用电磁铁吸合产生往复运动的原理。大多数电磁计量泵均为机械隔膜式,具有如下技术特征:
 投加量范围:0.8~95L/hl
 流量调解范围:可高达10001l
 过压自动保护:无须外装安全泄压阀l
 外部自动控制:自动型可直接接收外部4~20mA或脉冲数字信号控制、l 便
于同PLC控制系统地联接
 运动部件简单、无需润滑、无传动减速部件,可靠性高l
 全密封的外壳:外壳材质为玻璃纤维增强PP材质,防护等级可达IP65以上l
 节能低功耗,一般功率在22W~87Wl 
 泵头结构为机械隔膜式,多种应用方式(高粘度介质、浆料介质均可适用),多种泵头材质可选l
 投加精度可达±2%l
 高性价比,特别适用于中小型水厂。可实现数字化控制。l
对于电机驱动的隔膜计量泵,机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵在各种类型水厂均有应用。
机械隔膜计量泵:
由于受隔膜的机械强度所制约,输出压力一般≤1.2MPa.单头最大投加量世界先进水平不大于4000L/h,隔膜寿命指标为8000h以上,投加精度一般在±1~±2%。为保证计量泵运行的安全性和可靠性,在应用中要求在计量泵出口处安装安全泄压阀。
液压隔膜计量泵:
采用了液力平衡原理,隔膜不承受剪切力。输出压力可达几十兆帕,单头最大投加量可达近16m³/h,隔膜寿命指标20000h以上,投加精度可达±0.5~±1%。并设有内置安全泄压阀,大大提高了计量泵运行的安全性和可靠性。
计量泵控制技术:
电磁计量泵无需电动冲程控制器和变频器即可直接接受外部4~20mA或脉冲数字信号进行自动控制。使用方便,在中小水处理加药过程中得到了广泛应用。
电机驱动的计量泵控制可采用冲程控制器对计量泵冲程在0~100%范围内无级调节。接受外部4~20mA1~5V控制信号。同时电动冲程控制器可输出冲程位置信号。在不使用变频器和对计量泵进行现场标定情况下,这个位置信号可代表计量泵的输出流量。目前国内计量泵制造技术在电动冲程控制方面同世界先进水平还有较大距离。
随着电机变频技术的发展,近年来水厂加药过程较普遍的采用变频器控制计量泵驱动电机,以实现对计量泵流量输出的自动控制。由于国产计量泵电动冲程控制技术较落后,因而采用变频器控制计量泵的方式较多。但受普通电机的变频特性限制,一般的调解范围在21~31,在控制要求较高的场合有很大局限性。为了提高变频控制调解范围,近年来强制风冷型变频电机技术得到了越来越广泛的应用,其变频调节范围可达到10:1~5:1,有效的提高了计量泵自动调节范围。在复杂的加药控制过程中采用电控冲程控制和变频控制相结合,可达到双调控制。这种控制方式在一些大、中型水厂中的应用越来越广泛。
计量泵泵头结构及材质:
随着各种新型药剂的应用,计量泵为适应药液的物理性质和化学性质,在泵头结构改进和材质使用上近年来有了较大发展。
泵头结构:高粘度泵头、浆料泵头、专用聚合电解质泵头、浓硫酸泵头、防虹吸泵头、卫生级泵头,可选用以适应不同药液的性能。
泵头材质:PVCPPPVDF、不锈钢、20号合金、哈氏合金等,可选用以适应不同药液的腐蚀性。
2) 离心泵投加
离心泵在水厂主要应用于药液提升和输送,但随着流量仪表和调节控制技术的发展,在大流量药液投加中将会得到广泛应用。以往水厂使用的主要是耐腐蚀的机械密封离心泵,主要类型有普通耐腐蚀离心泵、自吸式耐腐蚀离心泵、液下耐腐蚀离心泵。这些机械密封式离心泵具有一个共同的缺点,即机械密封的泄漏造成环境污染和腐蚀。针对腐蚀性、有毒有害液体的输送,新型的无泄漏磁力驱动离心泵(简称磁力泵)将会得到越来越广泛的应用。磁力泵采用磁力耦合技术,无机械密封联接,在输送过程中保证绝对无药液的泄漏。自1946年胜达因-HMD公司发明世界上第一台无泄漏磁力泵至今已有近60年历史,该项技术日臻成熟。在腐蚀性、有毒、有害化学溶液输送应用中将逐步取代传统的机械密封耐腐蚀离心泵。目前国内外均有许多厂商在生产制造磁力泵,从水厂应用的磁力泵技术水平看,国产磁力泵的差距主要表现在:磁性材料不过关,易产生退磁现象,泵头材质及结构选择范围较小。
磁力泵亦有自吸式、液下式等多种结构规格供选择。采用耐腐蚀离心泵或磁力泵进行药液投加的工艺流程如下:
控制器

                                             外部控制设定
溶液池(药液)→  离心泵/磁力泵 →  流量计→ 调节阀 →  投加点
                                    
这种投加控制适用于大流量药液投加,系统精度可达±1~±2%,具有可动部件少、可靠性高、自动化程度高、性价比高、运行成本低等特点。药液投加量越大,其性价比越具有优势。随着水厂自动化水平及人员素质的提高,这种投加技术将越来越受到重视。
3) 一体式加药装置
随着水处理加药设备的发展,为便于投加量较小的药液投加,一体式加药装置应运而生。这种设备将溶液搅拌制备、计量泵投加和控制集成于一体。具有安装方便、占地空间小、集成度高、造价低、投产快等特点。
其主要技术特征:
 药桶:l 容积最大可达3000L,材质为PE
 投加计量泵:l 一般采用电磁计量泵或机械隔膜计量泵
 电动搅拌机l
 /低液位控制开关l
 可配置排污阀、固定件、接头、控制箱等附件l
 投加量范围:0.02L/h1200L/hl

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