印染廢水處理全流程在線集控系統設計與應用

孫耀杰，王平勛，吳建成

（盛虹集團有限公司，江蘇 蘇州 215228）

我國雖然是紡織印染大國，但也存在行業排污嚴重等問題。印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、水質變化大等特點，屬于較難處理的工業廢水[1]。近年來，由于國家政策倡導、地方政府引導、行業協會指導以及企業自身升級提檔的需要，紡織印染行業開始朝著綠色方向發展。盛虹集團作為中國印染行業的排頭兵企業，努力貫徹生態可持續理念，致力于建設資源節約型、環境友好型企業，堅持走綠色、創新、高質量發展之路。

近年來，在線監測技術以及計算機技術的發展，為監控系統設計奠定了扎實的技術基礎，廢水處理計算機監控及數據采集系統的構建，有利于實現廢水處理工作的自動化與網絡化[2]。盛虹集團為響應國家及地方政府對于企業綠色發展的號召，建立了“印染廢水處理全流程在線集控系統”。該項目的實施，可實現廢水處理全流程實時管控，并通過工藝數據分析最優工藝路線，實現廢水處理系統的長期穩定運行，最終實現企業的持續綠色發展。

1 廢水在線集控系統設計

1.1 通信方案

廢水在線集控系統的主要通信模式如圖1所示，由多個可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）連接至單個網絡交換機，由多個網絡交換機連接至主交換機，再由主交換機將數據傳輸至服務器。交換機與PLC之間采用RVVP屏蔽雙絞線連接，交換機與交換機、主交換機與服務器之間采用超五類通信線連接[3]，由此可實現數據上傳與實時監測，在此通信模式下，系統出現故障更易于排查，維護更簡便。

圖1 印染廢水處理全流程在線集控系統通信模式

1.2 軟件設計原則

1.2.1 系統穩定性

本系統能夠準確且穩定地提供測量數據，確保監測端持續、及時監控水質情況。

1.2.2 系統先進性

系統設計要滿足實時檢測要求，不僅要選擇先進的在線分析儀器，還要選用最優智能控制系統。

1.2.3 報警功能

本系統設計自動報警功能，設置各個監測參數，根據事態范圍設置不同參數，當檢測到所測量的數據發生超標和不符合要求的情況時，能進行報警通知，讓工作人員及時了解廢水的處理情況，以便增強處理問題的能力。

1.2.4 兼容性

為方便系統的擴容和管理，需將檢測顯示的數據耦合后納入一個可觀察系統。

1.2.5 遠程監控功能

為了提高技術的及時性，通過限制通信手段，隨時接收運行狀態信息，保證第一時間對儀器的運行狀況進行反饋。

1.3 廢水處理各工藝段采集點位

廢水處理步驟分為預處理和膜處理：預處理一般采用氣浮法、沉淀法、生物法等；膜處理主要采用RO膜進行水質過濾與生產[4]。由于各廢水站點的工藝流程不同，需要設計不同的數據采集方案。

廢水處理的不同工藝段所需監控的點位如表1所示。

表1 廢水處理的不同工藝段所需監控的點位

1.4 系統設計

1.4.1 一般內容

本系統能夠實現對印染工廠廢水處理全過程的在線集中控制，對現場的廢水處理設施進行實時運行監控，保障系統運行的穩定性；對廢水處理工序中各關鍵位置相關參數進行實時監測，并自動記錄、保存數據，方便查詢、管理；同時，系統能夠進行自診斷，當系統發生故障時及時提示報警并記錄。該系統還具有擴展性，能夠根據控制點數量的增加進行擴容，還可根據企業自身的管理需求進行深入功能開發。

1.4.2 監控內容

系統監控內容應包括廢水排量、回流量、用電量、污染物指標、藥劑使用量以及數據變動等。

1.4.3 監控部位

系統主要對印染廢水處理流程全過程以及處理工序中各關鍵部位等進行實時監測，實現在線信息采集。

1.4.4 監控預警與報警

系統可根據預設報警限值對處理設備的異常情況變化、監控指標的超標趨勢進行預警與報警，同時，可以根據配置以流程畫面、GSM/GPRS短信等多種渠道進行報警提示，并根據聯動規則執行視頻聯動等預案輔助處理。

1.4.5 監控方法

系統監控包括監控指標的有效性、監控數據的異常識別以及對歷史數據的追溯、分析等。

（1）監測數據的有效性。系統監控對印染廢水處理時的重點污染物指標進行實時采集匯總，掌握各污染物指標運行時的現狀。

（2）監測數據的異常識別。監測數據異常識別應與監控指標對比，判別數值是否正常，出現異常則啟用報警統計功能，操作人員可進行查看并整改。

（3）對歷史數據進行追溯、分析。系統以曲線的形式對監控采集到的歷史數據進行精準分析，便于在指定時間對監測對象進行查詢和對比。

1.4.6 異常問題管控

建立異常問題處理流程，及時向有關工作人員推送消息，保證有關人員能及時應答、反饋和處理。

2 廢水在線監測系統的實現

2.1 軟件功能及技術特點

（1）硬件環境：支持X64|X86的普通PC/服務器。（2）軟件環境：Windows 7以上操作系統。（3）編程語言：VC++。（4）源程序量：14 586行。（5）主要功能和技術特點：軟件采用最新的.net技術框架，查看站點重要實時數據（pH、流量、氨氮含量等）；能源監測（各車間電量）；數據查詢（重要點位曲線圖）；查看PLC通信是否終斷等。

2.2 主要功能

2.2.1 平臺主頁

紅色標記代表不同的廢水分站點。

2.2.2 廢水分站

頁面顯示廢水分站的工藝流程圖，各工藝段處顯示對應儀表數據與運行情況。

2.2.3 實時數據

顯示常用的重要點位實時監測內容，主要包括pH、流量等，數據連接日常報表。

2.2.4 能源監視

監視廢水站實時用電情況，數據已連接日常報表。

2.2.5 電機監視

顯示所有電機的頻率、電流情況。

2.2.6 系統維護

（1）系統維護內容包含廢水站所有設備的運行情況；（2）系統維護頁面顯示各PLC通信是否中斷。

2.2.7 數據查詢

隨時查找歷史數據，數據庫存儲周期設置為1年。

2.2.8 報警記錄

報警記錄頁面顯示歷史報警記錄和實時報警記錄。

2.2.9 報表管理

每日數據可自動生成各類報表，統計不同廢水站的水量、電量等運行情況。

3 運行結果

3.1 經濟效益

“印染廢水處理全流程在線集控系統”的建設可對印染工廠廢水處理全過程進行實時監測，幫助企業提高環境管理效率，實現規范、高效、綠色、可持續生產。本系統的運用可減少廢水處理藥劑以及電力能源的使用，降低廢水處理成本。經推算，該系統的引進實施，可使年藥劑使用量下降1.5%、年電力消耗量下降2.0%，每年綜合節約成本131.8萬元（表2）。

表2 系統實施的經濟效益

3.2 社會效益

“印染廢水處理全流程在線集控系統”的建設對企業的印染廢水處理全流程設施和工序進行了實時監測，通過大數據分析，結合印染廢水的特點，得出最優處理工藝，實現廢水處理藥劑匹配最佳和流程能耗節約；對廢水處理流程中的關鍵點位污染物指標進行重點監控，在過程管控中，對可能發生的緊急情況發出預警信號，避免環保事故的發生。該項目的實施將傳統廢水處理工藝與現代化信息技術相結合，利用智能手段提升廢水處理效率和環境管理效率，減少了處理藥劑等物資和電等能源的消耗，對改善生態環境、促進清潔生產起到了良好作用，為印染企業的綠色高質量發展提供了借鑒模板。

3.3 項目推廣價值

該項目的實施可為區域經濟的發展和環境改善提供借鑒，對地區經濟發展和生態環境之間的平衡起到很好的示范作用，對行業企業的發展和環境改善提供示范引領，為紡織印染行業的可持續發展提供現代化技術保障。