某含铅废水处理系统的自动控制设计

李　伟　王　帆

(1.天津市滨海市政建设发展有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)



某含铅废水处理系统的自动控制设计

李伟1王帆2

(1.天津市滨海市政建设发展有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

摘要以调试运行和经验参数为依据确定含铅废水处理工艺参数，常出现系统运行指标不稳定的问题。某电镀厂含铅废水采用沉淀法与吸附法组合工艺除铅，根据铅离子在不同废水pH区间的沉降性能和溶解性，以及在溶液中的氧化还原电位等特性，提出了处理系统进水量、液碱和PAC投加量、PLC整体控制等关键点的自动控制设计，并确定了自动控制的设备及参数。应用结果表明，处理系统自动控制的运行，实现了各关键点运行参数的实时监测，出水达标指标稳定，无需工作人员专职蹲守，经济效益明显。该系统的自动控制设计，对其他废水处理系统的自动化改进具有一定的借鉴作用。

关键词含铅废水自动控制PACPLC

铅是工业生产中常见的元素之一，铅及铅的可溶性盐都有毒性，如在人体内积累，易引起贫血、神经炎等病症。含铅废水主要由电池生产及电镀行业产生，通过污染土壤和地下水，严重危害人体健康和动植物生长。铅作为国家严控的第一类污染物，不分行业、排放方式及受纳水体的功能类别，一律在车间达标排放。

目前含铅废水常用的处理工艺主要有离子交换法、沉淀法、电解法、吸附法、膜分离法等，通过对废水中的铅离子进行转移、固化、阻隔等，达到去除铅污染的目的。对某电镀厂含铅废水沉淀法与吸附法结合的处理系统进行自动控制设计，以稳定出水指标，实现系统自动运行和参数监测。

1含铅废水指标

(1)水量40 m3/d。设计废水处理系统日运行时间8 h，设计处理水量5 m3/h。

(2)废水pH为3.4，含铅228.0 mg/L。

(3)出水要求需满足《电镀污染物排放标准》(GB 21900—2008)中表2的排放限值要求，即铅含量不大于0.2 mg/L，pH为6～9。

2工艺流程设计

根据含铅废水量和实际场地条件，为降低处理运行成本并使出水指标合格、稳定，选择沉淀法与吸附法组合的处理工艺，工艺流程见图1。

图1　工艺流程示意

含铅废水经提升泵提升至调节水箱，调节水质、水量后流入混合反应箱，投加液碱调节废水pH至9.0～9.5，使铅离子转换成氢氧化物，混合反应后进入絮凝反应箱，投加PAC加速絮凝氢氧化物，通过PAC架桥吸附作用进一步除铅。絮凝后废水流入斜管沉淀池，进行固液分离。上部液体泵入活性炭过滤器，通过活性炭的吸附作用除去氢氧化物沉淀和铅，然后通过出水箱达标排放。出水箱也作为水源箱对活性炭过滤器进行反冲洗。沉淀池底部沉泥由污泥泵定期输送到带式压滤机进行机械脱水，泥饼定期外运。压滤机滤液与反冲洗废水全部返回生产废水水池，重新进入废水处理系统。

3自动控制设计

对该含铅废水处理工艺的进水量、液碱投加量、PAC投加量等关键点进行自动控制设计，以确保系统运行稳定，废水排放达标。

3.1进水量自动控制设计

将2台液位计分别设置于废水池(已建地下废水收集池)和调节水箱中。前者如检测到废水池液位低于设定液位，则发出低液位报警停泵信号，关闭提升泵，废水处理系统全部关闭，系统停止运行；后者设高低位信号，高液位时关闭提升泵，低液位时启动提升泵。进水量控制原理见图2。

图2　进水量控制原理

3.2液碱投加量自动控制设计

在混合反应箱出水口设置pH计，监测出水pH值并反馈到PLC控制平台。如低于平台设定值，则提高液碱变频泵功率，增大液碱投加量；如高于设定值，则降低液碱变频泵功率减少液碱投加量。

3.3PAC投加量控制

在絮凝反应箱出口设置氧化还原电位计(ORP计)和pH计，根据连续调试运行结果设定ORP计控制值(初始可设定为110 mV)。当ORP计监测值低于设定值时，提高PAC变频泵功率，增加PAC投加量；反之，降低变频泵功率。为避免PAC投加量过高降低废水pH值，影响铅的去除效果，将pH作为辅助控制参数进行调整。PAC计量泵与斜管沉淀池污泥泵联动，与污泥泵同时启闭。自动控制原理见图3。

图3　PAC投加量自动控制原理

3.4反冲洗泵自动控制设计

设定两种控制方式：①定时冲洗，在PLC控制平台设定反冲洗周期，如1周冲洗1次，系统停止运行时进行冲洗；②人工远程开启反冲洗，通过分析出水效果，手动操作PLC控制平台启动反冲洗水泵。

3.5PLC整体控制

PLC控制是系统运行稳定与达标排放的关键，需实现3个控制目标：①能在PLC控制平台显示所有设备的运行状况和监测参数，如进水流量等；②能实现以上自动控制和联动控制；③能实现远程控制和基地控制的切换，并以基地控制优先。

4设备及参数

该处理系统主体设备及自控辅助设备参数见表1、表2。

表1　主体设备及参数

5应用效果

系统建成后，在调试期内对运行参数的确认，重新设定PLC控制平台pH值和ORP范围，最终出水铅离子低于0.2 mg/L，pH为8.5左右，液碱及PAC1个月左右更新1次。系统整体运行指标稳定，出水达标排放，大大减轻了人工操作强度及难度。

6结论

沉淀法去除含铅废水中的铅离子时，其他重金

表2　辅助自控设备及参数

属离子的存在会干扰去除效果，pH值实际控制区间与理论区间有一定差别。水质、水量的稳定对处理效果也有较大的影响，调节水箱的调节作用能较好地解决这一问题。由于铅离子在溶液pH超过一定值时会发生重溶，加大处理难度，pH值和ORP计的实时监控、反馈可以最大限度地避免该现象。PLC整体控制能对各个关键点的自动控制设计和参数进行显示，有利于故障的及时发现和处理，保证该含铅废石处理系统自动控制的稳定运行，保证出水达标排放。

(收稿日期2016-02-17)

李伟(1981—)，男，工程师，300221 天津市河西区梅江南环岛西路6号。