電荷分析儀在水廠的應用

北卡州亞德金河水 (Yadkin River) 的濁度定期地快速且大范圍的波動，給金市自來水廠的操作者極大的挑戰。在旱季，河水濁度平均為6至8NTU，但在雨季暴雨時可在30分鐘內河水濁度提高到800NTU或更高。位于北卡州東北部的工廠的操作人員進行了6個燒杯測試，然后等待結果，這可能需要一個小時左右。“那時，我們測試的水已經通過了絮凝池，正在流向過濾池，" 工廠主管Ben Marion說。“在風暴期間，我們盡可能地添加明礬混凝劑 (100 ppm)，但最終的濁度數字從未低于6到10 NTU。"

為了尋找解決方案，工廠在2014年改用DelPAC 2000混凝劑，一種聚合氯化鋁 (USALCO)。“PAC它工作得很好，但我們仍然缺乏一種快速測試樣本的方法，" Marion說。“我們當時正在進行工廠升級，我希望我的操作人員擁有先進的技術來運行工廠。"該工廠有一個過時的流動電流監控儀，Marion與Chemtrac公

司的銷售經理Mark Vandiver討論了應用方案，后者

帶來了一臺臺式LCA-2實驗室電荷分析儀，可以測量

顆粒表面的電荷，并通過滴定過程預測PAC以中和

電荷的用量。

“那是一個轉折點，" Marion說。“我們用移液

管手動滴定PAC，五分鐘后就有結果了。演示結束

后，我們買下了那臺儀器。"它加入實驗室后影響

了工廠的整個生產流程。后來，工廠購置了更先進

的在線式電荷分析儀，進一步提高了工藝一致性。

常規生產流程

設計處理能力3百萬加侖/天（3 mgd，mgd-

million gallons per day，最終設計為6mgd ) 的工廠

改造于2015年11月投產。原水泵站的兩臺2100加侖/分鐘（2,100 gpm）垂直渦輪泵，將亞德金河水輸送到水處理流程前端的靜態快速混合器 (lightning - SPX品牌)。處理工藝包括添加PAC 2000和必要時調整pH值。

源水經混合器流過8個5200加侖（5200-gallon）的絮凝池 (每列4個)，然后進入兩個280000加侖（280,000-gallon）的沉淀池。操作人員加入次氯酸鈉去除鐵和錳，然后水流到4個FilterWorx雙介質過濾器 (Leopold – Xylem品牌)，使用Leopold IMS帽多孔板支撐的34英寸的無煙煤和6英寸的沙子的過濾器。過濾后的水用燒堿和聚正磷酸鹽處理，然后就地儲存[1]在四個地上水池中，總計250萬加侖。兩臺350馬力、4800 gpm垂直渦輪泵將加入了次氯酸鈉的水送入一個增壓泵站，儲存在三個總共350萬加侖的地下水池中。

從升壓站，水被抽到三個高架儲水池 (總共105萬加侖) 和一個地下儲水池，然后通過12英寸的主水管分配給2.5萬名用戶。該系統儲存了800萬加侖的水，足夠用這些戶3天使用。

改善的流程

一旦使用了電荷分析儀，“工廠的變化是驚人的，" Marion說。“現在，在暴雨季節調整化學品加藥劑量只需要幾分鐘，我們每天加400磅PAC，而不是800磅。"減少化學品進料減輕了過濾器的負荷，提高了過濾時間，并延長了介質壽命。Marion說:“大雨幾乎使過濾器達到了0.30 NTU的極限，并將過濾器的運行時間縮短到6或8小時。"“上游的絮凝效果更好，操作人員可以每隔84小時對過濾器進行一次空氣沖洗，而之前的時間為48 - 60小時，并且在5 - 6年內更換無煙煤，而不是每年更換一次。"

在沉淀池中去除更多的有機物和顆粒物增加了每天排入廢水井的污泥量。操作人員每周使用Klampress 1米帶式壓濾機對污泥進行脫水，聚合物使用量從每次150磅下降到不足100磅。“泥餅的固體含量從18%增加到30%，" Marion說。“每兩周，我們就把污泥運到垃圾填埋場。即使是污泥更干燥，我們的產量也從3.5干噸增加到8干噸。"

優化的流程

2016年5月，Vandiver建議將LCA設備與Chemtrac HA4在線流電流分析儀 ( HydroACT 4 analyzer + DuraTrac 4 sensor ) 配對使用，以在線確認是否添加了足夠的化學物質來中和電荷。Marion說:“一想到能實時看到它通過快速混合器，就很有趣。"“ 當操作員了解到他們可以用在線流動電流監控儀來控制劑量時，有兩名操作員威脅說如果我歸還DEMO設備，他們就辭職。" 這套在線設備始終沒有歸還。

六個月后，操作人員已經了解了分析儀中哪些優化設置有效。Marion首先打電話給其他地區自來水廠里有流電流監控儀的操作人員，了解他們正在運行的監控儀設置。“差別很大，"他說。“一個城鎮的為正30，而另一個城鎮的為負10。"

操作員密切跟蹤系統數據，確定流電流電荷設置范圍，以有效地降低濁度。Marion說: “我們了解到，在濁度的上行運行正10到15個電荷，可以獲得最佳的穩定數字，而在濁度的下行運行負10個電荷，可以讓我們預先一步。" “然后，風暴在2017年4月底襲來。"

連續7天傾盆大雨，亞德金河 (Yadkin River)洪水水位超過了16英尺，最高水位達到22英尺。該設施的平均水位為2至2.5英尺。馬里昂說: “當

我們在周一早上7:30到達時，源水的濁度約為40 NTU，我們添加的PAC濃度為28ppm。" “降雨開始后不到30分鐘，濁度就飆升至400 NTU。我們用LCA分析，得到了70 ppm的PAC，然后使用在線流動電流分析儀對劑量進行了微調。這對我們來說意義重大。" 源水濁度上升到900 NTU，徑流將其保持了兩周。操作人員保持了3.0 NTU或更少的固定濁度數值，沒有看到消毒副產物的增加。Marion說: “減少沉淀池中的氯添加 - 結合去除99%的有機物 - 沒有留下任何可以形成總三鹵甲烷和鹵乙酸的東西。"

盡管如此，這一經驗說服他將HA4分析儀升級為HA8，增加兩個pH值和三個氯傳感器。Marion說:“它們都連接到同一個分析儀，實現一拖六。滿意的事情是檢測氯不需要試劑。"“我們每月在試劑上省下的200美元，足以支付垃圾填埋場增加的傾倒費。" 對運營商來說最重要的是: 他們現在有技術和設備來滿足他們的首要任務 - 為每個客戶提供安全的用水。

工廠團隊努力的另一個成果包括獲得北卡州Area Wide Optimization Program（AWOP）計劃的認可。Marion說:“我們現在正在滿足AWOP的要求，并希望到今年年底我們將成為一個優化認可的工廠。"

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