自動控制技術在凈水廠水處理加藥系統中的應用解析

丁國棟，孫海洲，于光遠

（煙臺金正環保科技有限公司，山東煙臺 264000）

絮凝是凈水工藝的重要環節，絮凝效果好壞直接關系到水處理的效率，絮凝效果一般會隨著混凝劑投加數量的提升而提升，但是在混凝劑達到一定用量之后，混凝劑的效果將達到頂峰的狀態，這個時候如果在其中繼續添加混凝劑，就會降低混凝效果。因此，在實施凈水處理操作的時候需要相關人員嚴格控制混凝劑的投放量。文章所研究水廠在沒有進行改造之前，運行人員會根據每天所需要處理的水的流量來決定沉淀池的啟用數量，在此期間，每一個投放點的投加量是總凈水量和啟用投加點數的平均值，在計算好數值之后通過使用人工控制計量泵沖程以及運行頻率來實現對程序的微調。這種絮凝操作方式是一種人工控制投加的方式，在水質、水量參數出現變化的時候，操作人員需要通過人為的方式計算投加量，規劃合理的加藥泵行程。

1 自動加藥系統的基本原理

自動加藥系統包含現場數據處理系統、變頻控制系統、藥液投加系統。在自動加藥系統運行時，為了能夠確保絮凝劑的精準投放，需要在每座沉淀池的進水管上安裝一臺ABB 插入式電磁流量計，在電磁流量計的作用下自動計算每座沉淀池的進水量。自動加藥系統會借助電磁流量計來計算絮凝劑加量比例信號，這個時候根據化學實驗室的數據、原水的渾濁度、藥液溶度等數據來編寫程序化的藥劑添加投放模板。考慮到計量泵在長期運行期間所輸出數據信息和特征曲線的變化，需要相關人員對計量泵的運行頻率、系統運行規程等進行把控，由此來確保自動加藥的可行性、有效性。

2 自動控制技術在凈水廠水處理加藥系統中使用的必要性

中央空調和小型工業循環水冷處理水處理采用自動加藥控制設備的優點具體表現在以下幾個方面：

（1）水質控制穩定、水處理良好、設備運行成本降低。在在線水質監督控制系統、排污系統、加藥自動的綜合作用下來減少系統運行隱患。

（2）發揮出化學藥劑的重要作用。在具體實施操作的時候只需要定期補充藥劑和合理把控系統運作周期就能夠延長系統設備的運行效率。

（3）實現對加藥操作的高濃縮處理，由此來解決水循環系統中的水污染問題。

（4）提升了業主、水處理公司對循環水處理的管理水平。在自動化加藥控制系統的作用下能夠簡化空調冷卻水循環系統的運行速率，實現系統運行的無人操作，只需要簡單地調控設備運行就能夠為化學處理提供良好的條件支持。在這個期間，微處理技術的使用能夠幫助相關人員隨時查看循環水質的歷史數據，為驗收水處理效果提供切實可行的數據支持。

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，結合當地實際情況打造出了3座沉淀池和3個加藥系統。在具體實施運行時每個加藥系統包含絮凝投加系統和助凝投加系統。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。絮凝投加系統包含4個箱體（溶藥箱、溶液箱），4個超聲波液位計，3臺流量計，5個電動閥，8個電磁閥，6個計量泵，2臺空壓機設備。設備的總投加量為1 400 L/h，設置3個投加點，并在系統原水管路中添加絮凝劑。

（2）助凝投加系統。大中型工業循環水自動加藥控制設備一般包含可編程控制器、人機界面、水質在線監測儀器等。通過對各個系統的集成化處理會為系統的安全運行提供支持，減少外界因素對系統運行的干擾。但是從實際運行情況來看，系統集成的消耗較多、設備體積龐大，由此會限制中央空調和小型工業循環水冷設備的推廣。為了能夠彌補這個問題，需要在集成系統中添加自動化遙控設備，在自動化遙控設備的支持下提升集成系統的功能：①循環水水質酸堿值、濃縮倍數的在線監督控制功能。②防范系統被腐蝕的功能。③通過使用殺菌滅藻劑來防范系統病毒。④具有保留歷史數據信息的功能，能夠根據需要隨時查看水質的歷史數據。

4 水處理加藥系統基本方案

4.1 水處理系統的基本任務

（1）對加藥系統設備的運行狀態實施全過程的監測。

（2）對加藥系統儀表的工作參數實施監測。

（3）根據原水渾濁度、原水的流量、原水沉淀之后的污濁程度進行檢查。借助參數通過自動化系統來調節計量泵的投加量。

4.2 系統控制方案

水處理加藥系統由電力控制系統、儀器控制系統、計算機控制系統共同組成，經過系統整合，所有信號和控制功能由PLC 完成控制。在系統運行時取消了二次儀表，目的是能夠保證系統的穩定運行，提高系統運行的安全性和穩定性。

自動加藥控制管理系統的打造依托物理化學、水處理科學、電子控制等專業技術，在這些技術的綜合作用下能夠對凈水廠自動加藥設備、系統運行參數等實施全面的控制。在加藥配藥期間會使用PLC，經PLC 運算打造出閉環控制系統，通過前饋和反饋的控制方式來調節加藥計量泵變頻調速器，使加藥計量泵加藥量能夠根據原水濁度和流量大小等綜合因素，通過調整變頻器頻率來控制加藥計量泵，確保加藥計量泵能夠按照一定的比例投放運行，最終實現加藥自動化管理。

4.3 系統的組成

（1）PLC 的系統配置。PLC 系統采取了閉環控制系統，由PLC 和HMI 共同組成，在以太網的作用下將PLC 系統和HMI 連接在一起。PLC 采用S7-300系列的CPU-315，整個裝置在運行時會按照設計好的控制流程進行處理，之后由輸出模塊帶動相關執行機構。PLC 設備自動化控制如表1所示。

表1 PLC的系統配置清單表

（2）HMI 系統配置。控制系統的所有操作會被集中在HMI 上，人機界面是整個系統的窗口，也是系統傳遞外界數據信息的重要通道。HMI 系統的配置如表2所示。

表2 HMI系統配置

5 控制系統基本功能

5.1 檢測環節

按照系統工藝和運行要求來對各個參數進行監測采集，通過在線儀表發出4～20 mA 信號，期間所有的信號都會被傳遞到PLC 上。PLC 上的A/D 轉換功能會將現場模擬信號轉變為數字信號，所有的信號會通過上位機網絡來實現連接，經過一系列的處理數據信息會被傳遞到上位機的數據庫中。控制系統運行中所涉及到的監測環節包含源頭水的流量、源頭水的渾濁度、出廠水的流量、出廠水的渾濁度、各個沉淀池的出水渾濁度、絮凝劑流量、助凝劑流量。

5.2 系統運行的過程控制

控制系統采用SIEMENS 公司的PLC 對現場設備的運行進行控制。在具體運行時設置兩個PLC控制柜，1號PLC 控制柜是1～6號計量泵，在具體實施的時候會在其中添加一定比例的絮凝劑。1號和2號計量泵在1號位置上投放絮凝劑；3號和4號計量泵在第2號位置上投加絮凝劑；5號6號計量泵在3號位置上投放絮凝劑加藥量。在助凝系統計量泵出現系統故障的時候需要及時停止啟動這個泵站。主要設備的開關包含手動操作、PLC 自動控制操作.基本運行模式包含手動工頻運行模式、上位機手動調頻模式、上位機自動調頻運行。值班人員會根據需要在各個控制設備的終端來掌握自動加藥、運行水泵等生產設備的運行情況。

5.3 系統運行工藝監控

整個系統會按照生產工藝要求來監督控制可視圖形畫面，在系統運行時能夠直觀地反映加藥的實際情況。在實施工藝監督控制時所涉及到的畫面包含加藥工藝流程圖、加藥量的趨勢圖、報警系統等，通過對這些圖形的操作能夠更為完善、精準的監督水質變化，在水質出現異常情況的時候及時報警。系統在運行時會自動生成報表、自動存儲信息、可以人工打印信息，所有監督控制的信息會被記錄。運行實踐證明，采用該預處理混凝加藥自動控制裝置可以實現混凝處理的最佳工況，運行效果良好，值得廣泛推廣。

5.4 故障系統和安全保障

在加藥系統運行時，如果各個工藝參數出現了異常，特別是超過了系統上下限定數值的時候，故障表會自動記錄故障的發生時間、產生來源，并將故障的發生情況在對應的畫面中顯示出來，目的是幫助相關人員找到故障位置，為排除故障提供重要支持，并不斷提升操作人員的現場故障處理能力，保證了系統的穩定運行。

6 運行效果分析

（1）系統自動化水平較高、運行穩定可靠、維護量小，勞動強度大大降低。

（2）系統運行的節能降耗效果明顯，加藥泵功率大為降低，而且變頻調速運行，更加節電。在系統運行的時候會靈活地調整加藥量，在保障水質的情況下減少藥劑的消耗。

（3）系統在運行的時候明顯改善了沉淀池出水水質，出水濁度較手動投加前穩定，對進水流量的適應能力很強，無論水質和水量的變化，可自動調節加藥量，維持正常的運行工況。

（4）混凝劑消耗量大大減少，以最小加藥量達到了最佳混凝效果，節約了混凝劑。

7 結束語

綜上所述，在循環冷卻水系統中采用水質自動監測和控制系統能夠有效提升循環水處理系統運行的安全性和穩定性，在系統運行時還能夠節省藥劑的使用，循環冷卻水自動化監督加藥控制系統具有人工操作無法超過的優點。在社會的不斷發展進步下，人們對循環水處理工作的開展予以了高度的重視，整個系統的運行也由此得到了人們的青睞和關注，擁有廣闊發展空間和市場前景。