基于物化處理方法的危險廢棄物處置控制系統設計

楊 程 高少峰 王 玥 孔 超 鄭 勁

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司）

隨著工業的發展，實際生產過程中產生的危險廢棄物日益增多，危險廢棄物的減量化、無害化處置已成為工業生態鏈不可或缺的最后一環。目前， 我國危險廢棄物處置方法主要有焚燒法、安全填埋法、固化法及物化法等［1］，其中物化法是利用物理、化學方法通過酸堿中和、氧化還原及沉淀等方式，將有害物質轉化為無害的最終產物［2］。為了更好地保證工藝流程順利進行，提高危險廢棄物無害化、減量化的處置效果，同時提高設備的自動化水平，筆者以青島危險廢棄物處置項目物化處理工段為例，在物化處理工藝流程中引入先進的PLC 控制系統， 由PLC 確保物化處理工段能夠按照工藝要求和操作規程實現設備的自動化運行，并通過上位監控計算機對整個工藝流程進行監控、統計分析，達到降低運營成本、提高運行效率等目的。

1 物化處理工藝流程

本項目的處理對象分為重金屬廢酸堿與廢乳化液兩類，針對不同的處理對象采用不同的處理工藝流程。

重金屬廢酸堿處理工藝流程如圖1 所示。 首先將含六價鉻離子的表面處理廢液用泵打入反應槽，通過pH 計調節廢酸液的投加量，使混合廢液pH 值在3～4 之間；然后加入硫酸亞鐵溶液，用硫酸亞鐵還原Cr6+，并根據氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential，ORP）值控制氧化還原終點；再通過pH 計調節廢堿液的投加量，保證pH 值在10～11 之間， 使污水中的重金屬離子沉降分離出來；當廢酸、廢堿液量不足時可用藥劑硫酸或燒堿補充。 為了便于分離不溶性的重金屬堿， 可以向中和反應槽內添加適量的絮凝劑（可采用明礬水溶液），促使重金屬堿顆粒經攪拌后長大成絮狀物而更便于后續的分離。 反應槽內的料液經泥漿泵送至過濾單元，濾渣裝桶送往固化車間進行固化，濾液則用泵送往污水處理車間進行集中處理。

圖1 重金屬廢酸堿處理工藝流程

廢乳化液處理工藝流程如圖2 所示。 考慮到 廢乳化液中可能含有其他雜質，因此設置預處理裝置，以去除其中的固體和漂浮物。 預處理后的廢液經泵提升至廢乳化液儲槽中，均勻水質和水量。 均質后的乳化廢液經泵提升進入隔油池去除浮油，然后泵送至氣浮破乳槽，根據來料廢液特性的不同，依次投加不同種類的復合破乳劑進行破乳， 使廢液中的乳化油轉化為浮油以便于去除，從而降低廢液中的有機物。 破乳后的廢液經氣浮后進一步去除其中的細微雜質等。 氣浮產生的浮渣送至焚燒車間， 出水經泵提升至氧化槽，對氧化槽中的廢液首先調節其pH 值， 然后依次投加不同種類的復合氧化劑（硫酸亞鐵、雙氧水等），以進一步降解去除廢水中殘留的有機物。

圖2 廢乳化液處理工藝流程

2 物化處理自控系統

2.1 檢測儀表

整套物化處理工藝流程可以分為廢料、藥劑儲罐系統、泵送系統和反應系統，本著技術先進、經濟適用的原則， 并根據工藝流程的檢測需求，在重要設備與管道設置堅固耐用、 穩定性好、防護等級高、環境適應性強的在線檢測儀表，具體配置如下：

a. 壓力測量。 在重要加藥泵、輸送泵出口設置隔膜壓力變送器，避免腐蝕性介質與傳感器直接接觸，延長儀表使用壽命。

b. 液位測量。 在各酸堿儲罐、加藥儲罐、反應罐設置遠傳與就地液位測量儀表，本項目中選擇的是耦合性磁致伸縮液位計（防腐型），該儀表將磁翻板液位計與磁致伸縮液位計合二為一，能同時滿足就地顯示與實時遠傳功能。 同時磁致伸縮傳感器元器件不與腐蝕性介質直接接觸，為間接測量，在滿足測量精度的前提下，充分考慮了經濟性，節約了成本。

c. 流量儀表。 在重要加藥泵、輸送泵出口設置流量檢測儀表，對于腐蝕性介質，選擇電極材料為哈氏合金HC 的電磁流量計； 對于部分流速低于電磁流量計檢測下限值的管道，選用防腐型金屬管浮子流量計，以確保流量檢測精度。

d. 溫度儀表。 在重要儲罐設置防腐型雙金屬溫度計，除此之外，考慮綜合反應槽為典型的放熱反應，為避免事故發生，設置防腐型熱電阻，并利用PLC 實時監控其溫度。

e. 分析儀表。 在綜合反應槽安裝pH 計和ORP 檢測儀表，并配備伸縮式安裝支架，達到快捷安裝、方便檢修的目的。

通過以上在線檢測儀表，實現了物化處理工藝流程重要參數的實時檢測，為控制系統提供了準確的底層數據。

2.2 計算機監控系統

計算機監控系統采用PLC 和上位機組成的系統架構，系統采用3 級控制層，即手動控制、自動控制和控制室操作站控制。 手動控制具有最高控制優先級，由配電屏或就地控制柜上的按鈕完成控制；自動控制由物化PLC 控制系統按照預先編制好的程序對設備進行自動控制；控制室操作站控制是指通過控制室內上位機對生產進行調度管理。 本系統具有完善的硬件、軟件故障診斷和自診斷功能，能夠自動記錄故障報警并提示維護人員進行維護［3］。

PLC 配備高性能的CPU 和支持帶電熱插拔的I/O 模塊，對物化處理流程的所有工藝參數、電氣參數和主要設備的運行狀態進行實時監控，利用數據庫、 算法庫對采集到的底層數據進行運算，并通過設定的程序將控制信號傳輸至現場執行機構，完成控制任務。 主要控制回路如下：

a. 高低液位啟停泵。 各儲罐的液位計實時檢測罐內介質的液位，并聯鎖相應的輸送泵，例如原料酸儲罐液位高高報警、聯鎖停止原料酸卸料泵，酸加藥罐液位低低報警、聯鎖關閉酸加藥泵。

b. 累計流量啟閉氣動閥門。 加藥管道流量計對加藥流量進行累積計算， 當達到設定值時，關閉相關管道氣動開關閥，例如聚合氯化鋁（Polyaluminium Chloride，PAC） 加藥罐泵出口流量累積控制PAC 至綜合反應槽的加藥量。

c. 分析儀表聯鎖輸送泵、開關閥。 在儲罐安裝pH 計、ORP 檢測儀表，根據pH 值控制相應閥門，例如綜合反應槽pH 值控制酸、堿投加管道氣動開關閥，綜合反應槽ORP 值聯鎖關閉次氯酸鈉加藥泵。

在物化車間設置車間級控制室，控制室操作員站互為冗余，每臺上位機能隨時獨立完成圖像管理控制、數據保存、系統再生及數據處理等不同任務。 各操作員站以流程圖、趨勢圖及列表等形式監控物化處理流程的檢測參數與報警狀態，提供數據存儲與查詢、報警和打印功能。 操作員能在控制室利用SCADA 組態組件， 使用鼠標與鍵盤進行設備啟停、閥門開度調節、某些參數設定值修正等操作（軟手操），實現數據采集、指令發送等功能。

同時， 計算機監控系統預留有工業以太網TCP/IP 通信接口，利用光纖環網將本工段過程數據上傳至廠級中央控制室內，以實現危險廢棄物處置廠數據共享和統籌管理的目標［4］。

物化處理控制系統網絡架構如圖3 所示。

圖3 物化處理控制系統網絡架構

2.3 視頻監控系統

在物化處理車間的重要監控點設置高清星光級網絡攝像頭，視頻信號傳輸至物化處理車間控制室，操作員在控制室內即可實現設備的實時監控，以便及時發現現場問題，避免事故的發生。視頻數據存儲于網絡硬盤錄像機中， 采用H.265編碼格式， 支持720p 分辨率視頻存儲30 天，監視器采用32 寸LED 液晶屏幕， 通過HDMI 接口與硬盤錄像機連接。 本項目視頻監控采用網絡視頻監控模式，與傳統的模擬監控系統相比，網絡數字攝像機具有更高的分辨率與更好的集成音頻，而且系統組網接口靈活，可以即插即用，拓展方便。同時，網絡攝像頭選用POE 供電方式，利用POE 供電模塊不會造成電能的浪費，有效節約能源，并且供電難度低，只需要對交換機集中供電即可，具有管理容易、經濟安全的優勢。

3 結束語

針對青島危險廢棄物物化處理工藝流程，筆者設計了一套集PLC 技術、網絡通信技術、組態技術和視頻監控技術于一體的自動控制方案，該方案體現了分散控制、 集中管理的設計理念，實現了物化處理工藝的自動化、 智能化運行需求。通過高度自動化的監控與管理，為危險廢棄物處置合理調度、 綜合管理提供了強有力的技術依托。