施媛媛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

汽車工業(yè)廢水處理受成本和意識(shí)影響，運(yùn)行主要憑經(jīng)驗(yàn)，例如藥品投加量的多少，曝氣時(shí)間的長(zhǎng)短、排泥周期等，運(yùn)行效果波動(dòng)很大。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保的日趨重視及人工成本的升高，污水處理自動(dòng)化是發(fā)展趨勢(shì)，如何將智能化控制運(yùn)用到污水站設(shè)計(jì)中，通過(guò)在線數(shù)據(jù)采集、分析，自動(dòng)調(diào)整加藥量，曝氣量，排泥周期，是其未來(lái)研究方向。

1 控制基礎(chǔ)原理

污水處理設(shè)備的電氣控制一般分為控制層和設(shè)備層：控制層：采用一套可編程序控制系統(tǒng)（PLC），主要功能為信號(hào)的采集和處理、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定、過(guò)程控制、設(shè)備的聯(lián)鎖控制、報(bào)警。所有的設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在工控畫(huà)面上，并能夠調(diào)閱故障信息、警報(bào)信息、生產(chǎn)狀態(tài)信息等。

設(shè)備層：設(shè)備層包括液位計(jì)、流量計(jì)、壓力計(jì)、在線監(jiān)測(cè)儀等傳感器，包括水泵，電磁閥、攪拌機(jī)、風(fēng)機(jī)等執(zhí)行設(shè)備。

控制層主要由所需控制點(diǎn)的數(shù)量來(lái)確定 PLC類型、I/O模塊、工控機(jī)、編程軟件等，屬于常規(guī)配置，不在我們討論范圍內(nèi)，我們主要描述設(shè)備層及執(zhí)行方式。

圖1 工業(yè)廢水污水處理站工藝流程圖

要想實(shí)現(xiàn)污水處理自動(dòng)化就要將各項(xiàng)影響設(shè)備操作的指標(biāo)數(shù)字化，例如決定加藥量是水質(zhì)參數(shù)，影響曝氣風(fēng)機(jī)風(fēng)量的是水中溶氧值，決定排泥周期的是污泥沉積效果，通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)儀器采集信息傳遞信息，通過(guò)PLC控制終端設(shè)備。

常規(guī)汽車工業(yè)污水處理主要工藝及設(shè)備如下圖，根據(jù)此圖詳細(xì)描述其自動(dòng)化運(yùn)行模式。

2 自動(dòng)化、智能化控制模式

2.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池即污水存儲(chǔ)池，內(nèi)設(shè)液位計(jì)與提升水泵連鎖，高液位水泵啟動(dòng)，低液位水泵停止。調(diào)節(jié)池內(nèi)推流器、水泵聯(lián)動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟，同時(shí)關(guān)閉。提升泵與反應(yīng)槽所有攪拌機(jī)、加藥泵聯(lián)動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟，一定時(shí)間無(wú)進(jìn)水?dāng)嚢铏C(jī)和加藥泵延時(shí)半小時(shí)停止。

污水站物化加藥階段主要通過(guò)加堿、石灰、絮凝劑、助凝劑去除磷和重金屬、降低 COD含量，在調(diào)節(jié)池設(shè)置在線監(jiān)測(cè)儀，與加藥計(jì)量泵連鎖，根據(jù)不同的污染物濃度設(shè)定計(jì)量泵流量大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制加藥量。

2.2 反應(yīng)槽

PH在線檢測(cè)儀與酸堿加藥泵信號(hào)連鎖，根據(jù)工藝所需酸堿值自動(dòng)控制酸堿投加量，一般反應(yīng)槽 PH值應(yīng)控制在10～11，反調(diào)槽控制在 6～9。

2.3 沉淀槽

沉淀槽沉積區(qū)設(shè)置壓力傳感器，與螺旋輸送機(jī)連鎖，當(dāng)壓力大于一定值時(shí)，說(shuō)明沉淀槽底部積壓了一定量的污泥，開(kāi)啟螺旋輸送機(jī)，自動(dòng)排泥至污泥濃縮槽，當(dāng)壓力低于一定制時(shí)螺旋輸送機(jī)停止。

2.4 生化系統(tǒng)

汽車工業(yè)廢水的生化系統(tǒng)一般為有氧反應(yīng)，需要進(jìn)行曝氣，溶氧儀與曝氣風(fēng)機(jī)連鎖，溶解氧過(guò)大時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小，當(dāng)溶解氧低于一定值時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加。

2.5 溶投藥系統(tǒng)

下圖為設(shè)備示意圖：

圖2 溶投藥罐示意圖

加藥計(jì)量泵、攪拌機(jī)與調(diào)節(jié)池提升泵連鎖，液位計(jì)與補(bǔ)藥電磁閥、加藥泵信號(hào)連鎖，液位計(jì)設(shè)置低、高液位，低液位時(shí)補(bǔ)藥電磁閥打開(kāi)，補(bǔ)充藥液，高液位時(shí)補(bǔ)藥電磁閥關(guān)閉。加藥計(jì)量泵與在線監(jiān)測(cè)儀的連鎖見(jiàn)2.1。

2.6 污泥處理系統(tǒng)

污泥提升泵與電磁閥、液位計(jì)連鎖，電磁閥關(guān)閉時(shí)提升泵開(kāi)啟，將污泥打至污泥壓濾機(jī)，提升泵帶壓力感應(yīng)，污泥排空時(shí)提升泵停止。

污泥壓濾機(jī)為成套設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)進(jìn)泥、壓泥、卸泥，本文不做說(shuō)明。

3 涂裝環(huán)保材料開(kāi)發(fā)

綠色環(huán)保涂料開(kāi)發(fā)一直是化工原料領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容與發(fā)展方向，作為現(xiàn)今主流的水性中涂、面漆、清漆已被大家耳熟能詳，但無(wú)磷化前處理涂料還在發(fā)展中。

磷化廢水也是汽車工業(yè)主要污染源之一，其主要污染物是鎳和磷，磷是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，鎳是重金屬，對(duì)人體危害極大。因環(huán)保要求日趨升級(jí)，目前地方環(huán)保多要求磷化廢水處理實(shí)現(xiàn)零排放因此工藝投資成本較大，且不能從源頭減少污染物的產(chǎn)生，因此我公司對(duì)源頭的磷化工藝進(jìn)行了技術(shù)研究，希望能有綠色環(huán)保的替代產(chǎn)品。

采用鋅、錳、鎳三元系磷化處理工藝，為目前使用最為廣泛、性能最穩(wěn)定的前處理工藝。但因其含有重金屬鎳，自1990年代以來(lái)，開(kāi)始研究相應(yīng)替代技術(shù)，國(guó)外目前應(yīng)用較多的是鋯化工藝，已在標(biāo)致雪鐵龍、通用歐寶、菲亞特、大眾等公司個(gè)別乘用車生產(chǎn)線使用。在國(guó)內(nèi)，鋯化工藝處于探索階段，轎車企業(yè)只有常熟觀致汽車是唯一使用鋯化工藝的乘用車整車車身生產(chǎn)廠家。

表1 鋯化工藝與傳統(tǒng)磷化工藝對(duì)比表

鋯化工藝采用氟鋯酸作為主劑，利用氟鋯酸的水解反應(yīng)在金屬基材表面形成一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無(wú)定型氧化物轉(zhuǎn)化膜，轉(zhuǎn)化膜依靠鋯化物與金屬基材牢固結(jié)合，同時(shí)，依靠鋯化液中的高分子化合物與涂層強(qiáng)烈結(jié)合，從而獲得高性能的金屬表面皮膜，從而達(dá)到優(yōu)異的附著力和防腐能力。其在冷軋板上的成膜機(jī)理如下：

Fe+3HF→FeF3+3/2H2

H2ZrF6+2H2O→ZrO2+6HF

鋯化工藝與傳統(tǒng)磷化工藝對(duì)比詳見(jiàn)表1。由表1可知，與傳統(tǒng)磷化工藝相比鋯化工藝，具有工藝流程短（無(wú)表調(diào)）、環(huán)保（無(wú)重金屬鎳、鋅）、能耗低（常溫，不需加熱）等優(yōu)點(diǎn)，但是該工藝對(duì)材料適用性要求嚴(yán)格，只有在鋁合金板材、鍍鋅板材等工件表面平整度較高的板材上才能形成質(zhì)量較高的膜，而且其膜厚度很薄，僅為磷化膜的 1%，如果板材平整度較差或者有缺陷，則無(wú)法掩蓋缺陷導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵甚至發(fā)生銹蝕，上述制約因素，導(dǎo)致鋯化工藝目前僅應(yīng)用于板材質(zhì)量較好的高端轎車生產(chǎn)線，目前我公司正在研發(fā)階段，如果能實(shí)現(xiàn)取代磷化工藝，將在源頭上實(shí)現(xiàn)減排，減少環(huán)境污染，具有良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車工業(yè)廢水處理自動(dòng)化和智能處理方式從理論上來(lái)說(shuō)不難實(shí)現(xiàn)，難點(diǎn)在于根據(jù)在線檢測(cè)的水質(zhì)、污泥數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的加藥量或設(shè)備控制，這需要基于實(shí)際分析得出合理的數(shù)據(jù)，例如磷含量多少應(yīng)該投加多少石灰和NAOH，COD含量多少應(yīng)該投加多少PAC、PAM，沉淀池污泥壓力達(dá)到多少說(shuō)明其積壓量足夠進(jìn)行排泥，再根據(jù)此進(jìn)行編程，尤其是加藥量、曝氣量，對(duì)應(yīng)的是一個(gè)區(qū)間，時(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備狀態(tài)要求過(guò)高且沒(méi)有必要。汽車環(huán)保涂料的開(kāi)發(fā)與替換是汽車涂裝專業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。以上是汽車工業(yè)廢水處理未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，有了思路就可以逐漸落實(shí)和深入，為環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出一定貢獻(xiàn)。