流动电流混凝控制技术有什么特点?它的基本构成是什么?

流动电流法是80年代出现的混凝投药自动控制新技术。利用混凝的微观特性——胶体电荷的变化,只需控制流动电流这一个因素,就可以实现连续控制投药,这是混凝投药技术领域的一个重要突破。在我国,自1989发表第一篇论文以来,流动电流混凝控制技术的研究和应用已有10多年的历史。近10年来,我国在流动电流的基础理论、技术研究、专用设备研制、应用和推广方面取得了显著进展。本文简要介绍了这一系列进展。

1.流动电流检测器的检测机构

流动电流检测器(SCD)的检测机理可以概括为:SCD探头中圆柱体和活塞表面的带电电荷被分离,流动电流产生电极响应和信号输出。

一般可以认为固体表面的带电是由电离、离子吸附、离子溶解、晶格置换、摩擦等引起的。对于SCD探头中的圆柱体和活塞,由于其自身的性质,其表面可以吸附水中不同量的正负离子获得电荷,使得其表面带电。由于离子的水化能力不同,水化能力强的离子往往留在溶液中而弱的离子容易吸附到固体表面,使得固体表面更容易带负电,与固体表面成分相同的离子最容易被吸附。所以自然水中SCD探头的圆柱体和活塞表面一般都带负电。由于气缸和活塞表面带负电荷,水中的正离子会选择性地吸附在气缸和液体的界面上。附着在固体表面的负电荷层与离其距离很小的水中扩散的正离子的电荷层构成所谓的双电层,使界面上的电荷分布不均匀。由于活塞运动引起的空气吸入和压缩,液体在圆筒和活塞之间狭窄的环形空间内流动,使溶液中扩散层的电荷与固定层的电荷分离,随水定向运动,从而产生流动的电流。探头中产生的流动电流被两端的电极检测到,经过放大和同步整流后输出。输出的电流信号转换成可识别的数字信号,供操作人员参考,从而控制混凝剂的投加量。

2.流动电流与混凝机理的关系

自然水体中大量的悬浮物是构成水体浊度的主要因素,混凝沉淀的目的是有效去除。水中的悬浮物基本以胶粒状态存在,表面带负电荷的胶粒形成的双电层使它们相互排斥,在水中稳定存在。根据双电层模型理论,胶体双电层厚度是影响其稳定性的主要因素,也是流动电流的决定性因素。因此,对于天然水中的粘土等胶体颗粒,由于其表面负电荷,当加入铁、铝等无机混凝剂时,大量正离子会扩散到胶体扩散层甚至吸附层中,导致双电层变薄,流动电流值降低。当大量正离子涌入吸附层使扩散层完全消失,双电层厚度为零,流动电流值也为零时,则胶体完全失稳聚集。如果混凝剂投加量继续增加,更多的正离子涌入吸附层,会使胶粒表面电性为正,但双电层厚度增加,流动电流呈上升趋势。因此,仅对于水中的胶体颗粒,当等电点为零时,理论上将是混凝剂的最佳投加量。然而,在实际的工艺运行中,一个最佳的流动电流范围往往是通过实验来确定的,而水厂的最佳运行是通过控制混凝剂的自动投加量在这个范围内来实现的。

3.流动电流自动控制系统的设计原理。

混凝投药自动控制系统一般由SCD传感器(SCS)、控制器(SCC)和变频调速系统(FCS)组成。控制系统模式图如下: