丁國(guó)棟，孫海洲，于光遠(yuǎn)

（煙臺(tái)金正環(huán)?？萍加邢薰?，山東煙臺(tái) 264000）

絮凝是凈水工藝的重要環(huán)節(jié)，絮凝效果好壞直接關(guān)系到水處理的效率，絮凝效果一般會(huì)隨著混凝劑投加數(shù)量的提升而提升，但是在混凝劑達(dá)到一定用量之后，混凝劑的效果將達(dá)到頂峰的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候如果在其中繼續(xù)添加混凝劑，就會(huì)降低混凝效果。因此，在實(shí)施凈水處理操作的時(shí)候需要相關(guān)人員嚴(yán)格控制混凝劑的投放量。文章所研究水廠在沒有進(jìn)行改造之前，運(yùn)行人員會(huì)根據(jù)每天所需要處理的水的流量來決定沉淀池的啟用數(shù)量，在此期間，每一個(gè)投放點(diǎn)的投加量是總凈水量和啟用投加點(diǎn)數(shù)的平均值，在計(jì)算好數(shù)值之后通過使用人工控制計(jì)量泵沖程以及運(yùn)行頻率來實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的微調(diào)。這種絮凝操作方式是一種人工控制投加的方式，在水質(zhì)、水量參數(shù)出現(xiàn)變化的時(shí)候，操作人員需要通過人為的方式計(jì)算投加量，規(guī)劃合理的加藥泵行程。

1 自動(dòng)加藥系統(tǒng)的基本原理

自動(dòng)加藥系統(tǒng)包含現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、藥液投加系統(tǒng)。在自動(dòng)加藥系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為了能夠確保絮凝劑的精準(zhǔn)投放，需要在每座沉淀池的進(jìn)水管上安裝一臺(tái)ABB 插入式電磁流量計(jì)，在電磁流量計(jì)的作用下自動(dòng)計(jì)算每座沉淀池的進(jìn)水量。自動(dòng)加藥系統(tǒng)會(huì)借助電磁流量計(jì)來計(jì)算絮凝劑加量比例信號(hào)，這個(gè)時(shí)候根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)、原水的渾濁度、藥液溶度等數(shù)據(jù)來編寫程序化的藥劑添加投放模板。考慮到計(jì)量泵在長(zhǎng)期運(yùn)行期間所輸出數(shù)據(jù)信息和特征曲線的變化，需要相關(guān)人員對(duì)計(jì)量泵的運(yùn)行頻率、系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程等進(jìn)行把控，由此來確保自動(dòng)加藥的可行性、有效性。

2 自動(dòng)控制技術(shù)在凈水廠水處理加藥系統(tǒng)中使用的必要性

中央空調(diào)和小型工業(yè)循環(huán)水冷處理水處理采用自動(dòng)加藥控制設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）水質(zhì)控制穩(wěn)定、水處理良好、設(shè)備運(yùn)行成本降低。在在線水質(zhì)監(jiān)督控制系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、加藥自動(dòng)的綜合作用下來減少系統(tǒng)運(yùn)行隱患。

（2）發(fā)揮出化學(xué)藥劑的重要作用。在具體實(shí)施操作的時(shí)候只需要定期補(bǔ)充藥劑和合理把控系統(tǒng)運(yùn)作周期就能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥操作的高濃縮處理，由此來解決水循環(huán)系統(tǒng)中的水污染問題。

（4）提升了業(yè)主、水處理公司對(duì)循環(huán)水處理的管理水平。在自動(dòng)化加藥控制系統(tǒng)的作用下能夠簡(jiǎn)化空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行速率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的無人操作，只需要簡(jiǎn)單地調(diào)控設(shè)備運(yùn)行就能夠?yàn)榛瘜W(xué)處理提供良好的條件支持。在這個(gè)期間，微處理技術(shù)的使用能夠幫助相關(guān)人員隨時(shí)查看循環(huán)水質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)，為驗(yàn)收水處理效果提供切實(shí)可行的數(shù)據(jù)支持。

3 某水廠處理工藝情況概述

某凈水廠每天水處理能力為16.8萬m3，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況打造出了3座沉淀池和3個(gè)加藥系統(tǒng)。在具體實(shí)施運(yùn)行時(shí)每個(gè)加藥系統(tǒng)包含絮凝投加系統(tǒng)和助凝投加系統(tǒng)。水廠處理工藝流程如圖1所示。

圖1 水廠凈水處理工藝流程圖

（1）絮凝投加系統(tǒng)。絮凝投加系統(tǒng)包含4個(gè)箱體（溶藥箱、溶液箱），4個(gè)超聲波液位計(jì)，3臺(tái)流量計(jì)，5個(gè)電動(dòng)閥，8個(gè)電磁閥，6個(gè)計(jì)量泵，2臺(tái)空壓機(jī)設(shè)備。設(shè)備的總投加量為1 400 L/h，設(shè)置3個(gè)投加點(diǎn)，并在系統(tǒng)原水管路中添加絮凝劑。

（2）助凝投加系統(tǒng)。大中型工業(yè)循環(huán)水自動(dòng)加藥控制設(shè)備一般包含可編程控制器、人機(jī)界面、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器等。通過對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的集成化處理會(huì)為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供支持，減少外界因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。但是從實(shí)際運(yùn)行情況來看，系統(tǒng)集成的消耗較多、設(shè)備體積龐大，由此會(huì)限制中央空調(diào)和小型工業(yè)循環(huán)水冷設(shè)備的推廣。為了能夠彌補(bǔ)這個(gè)問題，需要在集成系統(tǒng)中添加自動(dòng)化遙控設(shè)備，在自動(dòng)化遙控設(shè)備的支持下提升集成系統(tǒng)的功能：①循環(huán)水水質(zhì)酸堿值、濃縮倍數(shù)的在線監(jiān)督控制功能。②防范系統(tǒng)被腐蝕的功能。③通過使用殺菌滅藻劑來防范系統(tǒng)病毒。④具有保留歷史數(shù)據(jù)信息的功能，能夠根據(jù)需要隨時(shí)查看水質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)。

4 水處理加藥系統(tǒng)基本方案

4.1 水處理系統(tǒng)的基本任務(wù)

（1）對(duì)加藥系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施全過程的監(jiān)測(cè)。

（2）對(duì)加藥系統(tǒng)儀表的工作參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)。

（3）根據(jù)原水渾濁度、原水的流量、原水沉淀之后的污濁程度進(jìn)行檢查。借助參數(shù)通過自動(dòng)化系統(tǒng)來調(diào)節(jié)計(jì)量泵的投加量。

4.2 系統(tǒng)控制方案

水處理加藥系統(tǒng)由電力控制系統(tǒng)、儀器控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)共同組成，經(jīng)過系統(tǒng)整合，所有信號(hào)和控制功能由PLC 完成控制。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)取消了二次儀表，目的是能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

自動(dòng)加藥控制管理系統(tǒng)的打造依托物理化學(xué)、水處理科學(xué)、電子控制等專業(yè)技術(shù)，在這些技術(shù)的綜合作用下能夠?qū)羲畯S自動(dòng)加藥設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等實(shí)施全面的控制。在加藥配藥期間會(huì)使用PLC，經(jīng)PLC 運(yùn)算打造出閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過前饋和反饋的控制方式來調(diào)節(jié)加藥計(jì)量泵變頻調(diào)速器，使加藥計(jì)量泵加藥量能夠根據(jù)原水濁度和流量大小等綜合因素，通過調(diào)整變頻器頻率來控制加藥計(jì)量泵，確保加藥計(jì)量泵能夠按照一定的比例投放運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)加藥自動(dòng)化管理。

4.3 系統(tǒng)的組成

（1）PLC 的系統(tǒng)配置。PLC 系統(tǒng)采取了閉環(huán)控制系統(tǒng)，由PLC 和HMI 共同組成，在以太網(wǎng)的作用下將PLC 系統(tǒng)和HMI 連接在一起。PLC 采用S7-300系列的CPU-315，整個(gè)裝置在運(yùn)行時(shí)會(huì)按照設(shè)計(jì)好的控制流程進(jìn)行處理，之后由輸出模塊帶動(dòng)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC 設(shè)備自動(dòng)化控制如表1所示。

表1 PLC的系統(tǒng)配置清單表

（2）HMI 系統(tǒng)配置。控制系統(tǒng)的所有操作會(huì)被集中在HMI 上，人機(jī)界面是整個(gè)系統(tǒng)的窗口，也是系統(tǒng)傳遞外界數(shù)據(jù)信息的重要通道。HMI 系統(tǒng)的配置如表2所示。

表2 HMI系統(tǒng)配置

5 控制系統(tǒng)基本功能

5.1 檢測(cè)環(huán)節(jié)

按照系統(tǒng)工藝和運(yùn)行要求來對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，通過在線儀表發(fā)出4～20 mA 信號(hào)，期間所有的信號(hào)都會(huì)被傳遞到PLC 上。PLC 上的A/D 轉(zhuǎn)換功能會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，所有的信號(hào)會(huì)通過上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)連接，經(jīng)過一系列的處理數(shù)據(jù)信息會(huì)被傳遞到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行中所涉及到的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)包含源頭水的流量、源頭水的渾濁度、出廠水的流量、出廠水的渾濁度、各個(gè)沉淀池的出水渾濁度、絮凝劑流量、助凝劑流量。

5.2 系統(tǒng)運(yùn)行的過程控制

控制系統(tǒng)采用SIEMENS 公司的PLC 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制。在具體運(yùn)行時(shí)設(shè)置兩個(gè)PLC控制柜，1號(hào)PLC 控制柜是1～6號(hào)計(jì)量泵，在具體實(shí)施的時(shí)候會(huì)在其中添加一定比例的絮凝劑。1號(hào)和2號(hào)計(jì)量泵在1號(hào)位置上投放絮凝劑；3號(hào)和4號(hào)計(jì)量泵在第2號(hào)位置上投加絮凝劑；5號(hào)6號(hào)計(jì)量泵在3號(hào)位置上投放絮凝劑加藥量。在助凝系統(tǒng)計(jì)量泵出現(xiàn)系統(tǒng)故障的時(shí)候需要及時(shí)停止啟動(dòng)這個(gè)泵站。主要設(shè)備的開關(guān)包含手動(dòng)操作、PLC 自動(dòng)控制操作.基本運(yùn)行模式包含手動(dòng)工頻運(yùn)行模式、上位機(jī)手動(dòng)調(diào)頻模式、上位機(jī)自動(dòng)調(diào)頻運(yùn)行。值班人員會(huì)根據(jù)需要在各個(gè)控制設(shè)備的終端來掌握自動(dòng)加藥、運(yùn)行水泵等生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況。

5.3 系統(tǒng)運(yùn)行工藝監(jiān)控

整個(gè)系統(tǒng)會(huì)按照生產(chǎn)工藝要求來監(jiān)督控制可視圖形畫面，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠直觀地反映加藥的實(shí)際情況。在實(shí)施工藝監(jiān)督控制時(shí)所涉及到的畫面包含加藥工藝流程圖、加藥量的趨勢(shì)圖、報(bào)警系統(tǒng)等，通過對(duì)這些圖形的操作能夠更為完善、精準(zhǔn)的監(jiān)督水質(zhì)變化，在水質(zhì)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候及時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)生成報(bào)表、自動(dòng)存儲(chǔ)信息、可以人工打印信息，所有監(jiān)督控制的信息會(huì)被記錄。運(yùn)行實(shí)踐證明，采用該預(yù)處理混凝加藥自動(dòng)控制裝置可以實(shí)現(xiàn)混凝處理的最佳工況，運(yùn)行效果良好，值得廣泛推廣。

5.4 故障系統(tǒng)和安全保障

在加藥系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果各個(gè)工藝參數(shù)出現(xiàn)了異常，特別是超過了系統(tǒng)上下限定數(shù)值的時(shí)候，故障表會(huì)自動(dòng)記錄故障的發(fā)生時(shí)間、產(chǎn)生來源，并將故障的發(fā)生情況在對(duì)應(yīng)的畫面中顯示出來，目的是幫助相關(guān)人員找到故障位置，為排除故障提供重要支持，并不斷提升操作人員的現(xiàn)場(chǎng)故障處理能力，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6 運(yùn)行效果分析

（1）系統(tǒng)自動(dòng)化水平較高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)量小，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能降耗效果明顯，加藥泵功率大為降低，而且變頻調(diào)速運(yùn)行，更加節(jié)電。在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候會(huì)靈活地調(diào)整加藥量，在保障水質(zhì)的情況下減少藥劑的消耗。

（3）系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候明顯改善了沉淀池出水水質(zhì)，出水濁度較手動(dòng)投加前穩(wěn)定，對(duì)進(jìn)水流量的適應(yīng)能力很強(qiáng)，無論水質(zhì)和水量的變化，可自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，維持正常的運(yùn)行工況。

（4）混凝劑消耗量大大減少，以最小加藥量達(dá)到了最佳混凝效果，節(jié)約了混凝劑。

7 結(jié)束語

綜上所述，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中采用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠有效提升循環(huán)水處理系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還能夠節(jié)省藥劑的使用，循環(huán)冷卻水自動(dòng)化監(jiān)督加藥控制系統(tǒng)具有人工操作無法超過的優(yōu)點(diǎn)。在社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步下，人們對(duì)循環(huán)水處理工作的開展予以了高度的重視，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行也由此得到了人們的青睞和關(guān)注，擁有廣闊發(fā)展空間和市場(chǎng)前景。