本发明涉及一种水处理领域的二氧化氯投药控制方法。本发明还涉及一种水处理领域的二氧化氯投药控制系统。
背景技术：
二氧化氯是一种新型水处理剂，其氧化能力高于传统的消毒剂液氯，具有高效广谱的杀菌能力和持久的杀菌效果，逐渐成为氯系列消毒剂中最理想的换代产品。目前，在给水领域二氧化氯消毒的诸多优势受到广泛关注的同时，人们也针对水中二氧化氯及副产物的毒性进行了大量研究。由于给水处理中二氧化氯的使用会存在残余二氧化氯，并且会伴随着无机消毒副产物亚氯酸盐和氯酸盐的产生。国内外研究表明，当水体中二氧化氯、亚氯酸盐和氯酸盐的剂量小于2mg/l时，对人体是无实际毒害的，但存在潜在毒性，低剂量水平可能会诱发溶血性贫血，高剂量水平则会促使高铁血红蛋白浓度升高。因此，我国《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)已将亚氯酸盐和氯酸盐列入毒理指标，规定使用二氧化氯消毒时两者物质的浓度限值为0.7mg/l。自来水厂需要按照这个标准对工艺运行进行实时监控和调节，以保障供水安全。
亚氯酸盐和氯酸盐是二氧化氯消毒产生的主要消毒副产物。它们形成的途径各有不同。其中亚氯酸盐的形成途径主要有三种：第一种是二氧化氯制备过程中形成；第二种是处理过程中发生氧化反应生成；第三种是自身发生歧化反应和光催化分解形成。而氯酸盐的形成，主要来源于二氧化氯生产过程中的原料污染。人们需要明确消毒副产物的来源，确定影响其形成的关键因素，提出相应的控制策略。
目前，饮用水中二氧化氯消毒副产物控制方法有以下几种：1.科学选择发生器，除考虑经济性外，还应该考虑原水水质及产水量情况；2.提高二氧化氯的利用效率，需要考虑避免阳光直射，以及与水中物质反应尽量充分，选择合适的投加方式；3.改进投药控制方式，在预氧化阶段没有界定投加量控制的具体方法，而消毒阶段一般是根据出水流量和出厂水残余二氧化氯浓度的后反馈控制方式；4.消毒副产物的生成控制，一般采用物化方式进行去除，使其满足出水要求。
其中，改进投药控制方式，通过有效的模型预测，一方面克服了人工操作的不稳定性，另一方面提高产水质量。但是，现阶段的投药控制方式是通过水厂的出水量和出厂水残余二氧化氯而进行的后反馈模式，该方法虽然能够确保目标污染物的去除效果，但是无法实现二氧化氯无机消毒副产物的生成风险的同步控制。一方面，各水厂原水水质差，有机物含量较高，污染物随季节的波动较大，现有的投加量确定方式存在很大的滞后性；此外，当水体中含有较多的容易被二氧化氯氧化的物质，仅控制残余二氧化氯，可能导致投加量过高而使得无机消毒副产物超标，而对于处理工艺要求多次投加的水厂，超标现象尤为突出。因此，寻找能够通过原水水质预测二氧化氯的投加量和无机消毒副产物生成量的前馈控制系统是目前亟待解决的技术难题。
技术实现要素：
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种二氧化氯投药控制方法。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种二氧化氯投药控制系统。
采用本发明的二氧化氯投药控制方法和系统，能够通过测定原水水质的相关信号与投量的关系，从而更加准确的控制预氧化阶段的二氧化氯的投加量、提高预氧化阶段处理质量及投药控制的稳定性，以及管控消毒副产物产生量，实现投药量的有效控制，达到节约成本的目的。
本发明为解决第一个技术问题而采用的技术方案如下。
一种二氧化氯投药控制方法，其特征是包括以下步骤：
第一步，测定原水水质状况，包括测定原水中的藻类含量a、有机物含量b、常年的二价铁离子c和二价锰离子的含量d，以及特定环境下导致对二氧化氯投加正影响的物质的量之和∑g。
第二步，求取二氧化氯投加量p：
第三步，根据二氧化氯投加量p，向原水中投加二氧化氯；
式中的p1(mg/min)是依据在水质参数不同浓度的条件下的二氧化氯消耗量而确定的二氧化氯投加量，a—原水的叶绿素含量(mg/l)，b—原水中有机物含量(mg/l)，c—二价铁离子含量(mg/l)，d—二价锰离子含量(mg/l)，q—进水流量(l/min)，∑g(mg/l)—特定环境下水体中对投加量p正影响因素总和。
p1(mg/min)；a—原水的叶绿素含量(mg/l)，b—原水中有机物含量(mg/l)，c—二价铁离子含量(mg/l)，d—二价锰离子含量(mg/l)，q—进水流量(l/min)，∑g(mg/l)；
其中的c和d为常数，取水厂历年水质参数统计表中溶解性铁和溶解性锰的平均值；∑g为特定条件下工厂废液渗漏或者偷排状况下、水体中导致产生有二氧化氯投加正影响的物质(包括负二价硫离子和甲醛还原性物质)的量之和∑g。
在测定所述原水水量q后，根据原水水量变化δq，确定时变控制参数h＝(q+δq)/q，用所述时变控制参数调节二氧化氯的投加量；同时根据预测的无机消毒副产物的量需要小于0.7mg/l，来控制二氧化氯的投量，即所述的公式p3值。
在所述通过无机消毒副产物调节之后，通过连接在线二氧化氯仪器测定预氧化后水中残余二氧化氯量，然后根据上一次投加的二氧化氯后残余二氧化氯的量，计算出的投加二氧化氯的量p2值。
在所述调节之后，对产生的p1、p2、p3的值进行比较，选择最小值，作为最终投加量p。
本发明为解决第二个技术问题而采用的技术方案如下。
一种二氧化氯投药控制系统，其特征在于：包括一处理器5，以及其有控制线分别连接的进水泵1、有机物在线监测仪2、二氧化氯在线监测仪3、叶绿素在线监测仪4、二氧化氯发生器6和加药泵7。
所述的处理器5还外带显示器9、键盘10和鼠标11。
在线测定原水中叶绿素和有机物的装置将测定信息传递给处理器，处理器将电信号转化成数字信号输入且显示在显示器上，并根据二氧化氯投加量p与水中叶绿素的含量a、有机物含量b之间的对应关系，以及输入的常数c、d和∑g的关系，确定二氧化氯投加量p1；同时在反馈回来的残余二氧化氯和预测生成无机消毒副产物的量，以及水量的波动情况进行调整，得到投加量p2；还有系统本身内设的二氧化氯最低投加量p3；系统通过自身程序比较三者的大小，选择最小值为最终确定投加值。最后将二氧化氯投加量p的指令输送给二氧化氯投加装置；二氧化氯投加装置接收投加量p的指令，向反应池中投加二氧化氯。
所述进水泵，根据泵工作频率和流量关系先测定原水水量q，并将频率输送给处理器，经过处理转换成进水流量q；然后用如下方法确定二氧化氯投加量p：
其中，p——二氧化氯投加量(mg/l)，a——原水的叶绿素含量(mg/l)，b——原水中有机物含量(mg/l)，c——二价铁离子含量(mg/l)，d——二价锰离子含量(mg/l)，q——进水流量(l/min)，∑g——其他特定环境，比如工厂偷排废液或者废液渗漏导致的，水体中对投加量p正影响较大因素总和，主要是指负二价硫离子和甲醛物质等还原性物质。
本发明的二氧化氯投药控制系统，其原理为：利用统计学原理进行试验，了解水体中能与二氧化氯发生氧化还原反应的物质种类，选择水源水体中浓度相对较高且与二氧化氯作用的物质作为主要研究对象。采集天然水源水或人工配水，监测预氧化过程中的各指标的变化，对所得的大量数据进行处理获得饮用水二氧化氯消耗模型，以及无机消毒副产物亚氯酸盐和氯酸盐预测模型。以二氧化氯消耗模型为核心，依托固高科技的cpac控制器和otostudio开发平台，实现二氧化氯投药控制自动化。
有益效果：与现有技术相比，本发明的二氧化氯投药控制方法及其控制系统，在水处理的过程中，通过测定与预氧化效果直接相关的水质参数叶绿素a(a)、有机物(b)、二价铁离子(c)和二价锰离子(d)，以及特定环境下二价硫离子和甲醛等还原性物质(∑g)，从而更加准确、有效地控制投药量，改善预氧化效果，另外也提高投药控制的稳定性，实现更有效的投药量控制，节省投药量。
附图说明
图1是本发明的二氧化氯投药控制方法流程图；
图2是本发明的二氧化氯控制系统组成示意图。
图中：1-进水泵，2-有机物在线监测仪，3-二氧化氯在线监测仪，4-叶绿素在线监测仪，5-处理器，6-二氧化氯发生器，7-加药泵，8-不锈钢池体，9-显示器，10-键盘，11-鼠标。
具体实施方式
如图1所示，本发明的方式实施例包括如下步骤：
第一步，测定原水水质状况，包括测定原水中的藻类含量a、有机物含量b、二价铁离子含量c和二价锰离子含量d、以及特定环境下二价硫离子和甲醛等还原性物质含量∑g；第二步，根据水质指标与投加量p之间的对应关系，
确定二氧化氯投加量p；第三步，根据第二步确定二氧化氯的投加量p0，向原水中投加二氧化氯。
如图2所示，本发明的二氧化氯投药控制系统实施例，包括一处理器5，以及其有控制线分别连接的进水泵1、有机物在线监测仪2、二氧化氯在线监测仪3、叶绿素在线监测仪4、二氧化氯发生器6、加药泵7、显示器9、键盘10和鼠标11。
在线测定原水中叶绿素a含量和在线测定有机物的装置将测定信息传递给处理器，处理器将电信号转化成电脑可读的信号输入，并根据二氧化氯投加量p与信号a、b之间的对应关系，以及输入的常数c、d和∑g的关系，确定二氧化氯投加量p，最后将根据反馈信息调整后的二氧化氯投加量p0的指令输送给二氧化氯投加装置；二氧化氯投加装置接收投加量p0的指令，向预氧化池中投加二氧化氯。
上述二氧化氯投药控制系统，还包括与处理器连接的进水泵，进水泵的频率和流量是有相关关系的，将水泵的频率输送给处理器后，经过处理器转换成进水流量q；然后用如下方法确定二氧化氯投加量p：
根据泵工作频率和流量关系先测定原水水量q，并将频率输送给处理器，经过处理转换成进水流量q；然后用如下方法确定二氧化氯投加量p：
p其中，p——二氧化氯投加量(mg/l)，a——原水的叶绿素含量(mg/l)，b——原水中有机物含量(mg/l)，c——二价铁离子含量(mg/l)，d——二价锰离子含量(mg/l)，q——进水流量(l/min)，∑g——其他特定环境，比如工厂偷排废液或者废液渗漏导致的，水体中对投加量p正影响较大因素总和，主要是指负二价硫离子和甲醛物质等还原性物质。上述二氧化氯投药控制系统，还包括与处理器连接的二氧化氯在线测定仪，二氧化氯在线测定仪用于测定预氧化之后的二氧化氯的浓度，并将预氧化后残余二氧化氯浓度输送给处理器；处理器根据预氧化后水的二氧化氯浓度判定二氧化氯的消耗量，以及反馈之后的投加量。
本发明的二氧化氯投药控制系统，简称otostudio系统，其实质是依据水中的水质指标与二氧化氯的消耗量，反映总体投加量。
预氧化工艺过程中，原水水质的变化所引起的预氧化程度和处理效果的变化，均可通过投加预氧化剂后形成的亚氯酸盐的量和残余二氧化氯予以反映。针对原水水质的变化，改变二氧化氯的投加量，残余二氧化氯的量也发生改变，并预氧化后的无机消毒副产物的生成量表现出良好的相关性。本发明通过建立二氧化氯投加量、原水水质状况(a，b，c，d，∑g)之间的对应关系，实现预氧化剂投加的自动控制。
二氧化氯投药控制系统主要包括原水水量控制、原水水质情况控制两部分。系统通过在线藻含量测定仪测定叶绿素a得到电信号，在线有机物测定原水中有机物含量的电信号，在线同时将原水流量信号和预氧化后残余二氧化氯的电信号输入微机处理系统，通过相关关系控制分析输出投药量控制信号，调节二氧化氯药剂的投加量。
控制过程中，系统首先根据测定的原水水质状况，主要是测定的叶绿素a浓度和水中有机物的浓度，以及水中二价铁离子和二价锰离子的对应关系，初步确定投加量，在此基础上，根据残余二氧化氯、预测生成无机消毒副产物的量修正投加来那个，最后，根据原水流量的变化依据一定的比例关系，进一步调节二氧化氯的投加量。
鉴于自来水厂预氧化工艺运行的复杂性及强适应性的需要，投药控制可分为控制和非控制两种状态，otostudio系统可实现自动控制和人工调节两种方式。
在线测定叶绿素浓度装置每3秒钟采集一次信息，在线有机物测定仪不间断采集信息，通过信息的传输，并反映在监控界面上，实时观察水质变化。信息传输时，由于传输的失真现象，且水质处于动态变化状态，为消除偶然因素的影响，以获得较能真实地反映原水水质状况。利用预氧化值两倍的时间获得的数据，进行统计分析。在经过预氧化工艺两倍的时间内，在线监测数值最大和最小值相差大于某一特定值m时，为保证系统的稳定运行，则需要调整投药量的大小，当不小于m时，则不需要调整投药量的大小。
本发明监测的水体水质中简单易得的指标包括叶绿素a，在线有机物含量指标uv254，以及结合水体中不易测定但有相关性的二价铁离子和二价锰离子，特定环境下二价硫离子和甲醛等还原性物质含量。预测无机消毒副产物亚氯酸盐和氯酸盐的生成量与实际生成量的相关系数达0.81，反馈效果明显。
(2)二氧化氯药剂控制系统是一种非线性、大滞后的控制系统，otostudio系统采用电气及其自动化方式进行控制，通过前期数据处理和总结，实现较强的自学习和自适应能力，可实现对二氧化氯投加量的预测，较传统控制方式表现出明显的优势。
(3)otostudio系统引入原水水量的时变控制参数来实现前馈比例投加控制，从而可以适应水量的瞬时变化，缩短调节时间，而且二氧化氯的投加量控制在小幅调整的范围内，提高了系统运行的稳定性并节省投药量。
(4)otostudio系统从两个方面进行数据的修正，即分别引入流量时变控制参数及残余二氧化氯反馈调节参数，从而能更加准确、快速地反映出工艺运行条件下目标设定值的变化，以实现更有效的投药控制。
二氧化氯投药控制系统除在线显示投加药量和预计生成无机消毒副产物的量外，还对投药控制过程中，原水流量、预氧化后残余二氧化氯和投药量的变化计算得出瞬时值和统计值及变化趋势曲线，并提供数据图表输出及存储。