印染废水处理全流程在线集控系统设计与应用

孙耀杰，王平勋，吴建成

（盛虹集团有限公司，江苏 苏州 215228）

我国虽然是纺织印染大国，但也存在行业排污严重等问题。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、水质变化大等特点，属于较难处理的工业废水[1]。近年来，由于国家政策倡导、地方政府引导、行业协会指导以及企业自身升级提档的需要，纺织印染行业开始朝着绿色方向发展。盛虹集团作为中国印染行业的排头兵企业，努力贯彻生态可持续理念，致力于建设资源节约型、环境友好型企业，坚持走绿色、创新、高质量发展之路。

近年来，在线监测技术以及计算机技术的发展，为监控系统设计奠定了扎实的技术基础，废水处理计算机监控及数据采集系统的构建，有利于实现废水处理工作的自动化与网络化[2]。盛虹集团为响应国家及地方政府对于企业绿色发展的号召，建立了“印染废水处理全流程在线集控系统”。该项目的实施，可实现废水处理全流程实时管控，并通过工艺数据分析最优工艺路线，实现废水处理系统的长期稳定运行，最终实现企业的持续绿色发展。

1 废水在线集控系统设计

1.1 通信方案

废水在线集控系统的主要通信模式如图1所示，由多个可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）连接至单个网络交换机，由多个网络交换机连接至主交换机，再由主交换机将数据传输至服务器。交换机与PLC之间采用RVVP屏蔽双绞线连接，交换机与交换机、主交换机与服务器之间采用超五类通信线连接[3]，由此可实现数据上传与实时监测，在此通信模式下，系统出现故障更易于排查，维护更简便。

图1 印染废水处理全流程在线集控系统通信模式

1.2 软件设计原则

1.2.1 系统稳定性

本系统能够准确且稳定地提供测量数据，确保监测端持续、及时监控水质情况。

1.2.2 系统先进性

系统设计要满足实时检测要求，不仅要选择先进的在线分析仪器，还要选用最优智能控制系统。

1.2.3 报警功能

本系统设计自动报警功能，设置各个监测参数，根据事态范围设置不同参数，当检测到所测量的数据发生超标和不符合要求的情况时，能进行报警通知，让工作人员及时了解废水的处理情况，以便增强处理问题的能力。

1.2.4 兼容性

为方便系统的扩容和管理，需将检测显示的数据耦合后纳入一个可观察系统。

1.2.5 远程监控功能

为了提高技术的及时性，通过限制通信手段，随时接收运行状态信息，保证第一时间对仪器的运行状况进行反馈。

1.3 废水处理各工艺段采集点位

废水处理步骤分为预处理和膜处理：预处理一般采用气浮法、沉淀法、生物法等；膜处理主要采用RO膜进行水质过滤与生产[4]。由于各废水站点的工艺流程不同，需要设计不同的数据采集方案。

废水处理的不同工艺段所需监控的点位如表1所示。

表1 废水处理的不同工艺段所需监控的点位

1.4 系统设计

1.4.1 一般内容

本系统能够实现对印染工厂废水处理全过程的在线集中控制，对现场的废水处理设施进行实时运行监控，保障系统运行的稳定性；对废水处理工序中各关键位置相关参数进行实时监测，并自动记录、保存数据，方便查询、管理；同时，系统能够进行自诊断，当系统发生故障时及时提示报警并记录。该系统还具有扩展性，能够根据控制点数量的增加进行扩容，还可根据企业自身的管理需求进行深入功能开发。

1.4.2 监控内容

系统监控内容应包括废水排量、回流量、用电量、污染物指标、药剂使用量以及数据变动等。

1.4.3 监控部位

系统主要对印染废水处理流程全过程以及处理工序中各关键部位等进行实时监测，实现在线信息采集。

1.4.4 监控预警与报警

系统可根据预设报警限值对处理设备的异常情况变化、监控指标的超标趋势进行预警与报警，同时，可以根据配置以流程画面、GSM/GPRS短信等多种渠道进行报警提示，并根据联动规则执行视频联动等预案辅助处理。

1.4.5 监控方法

系统监控包括监控指标的有效性、监控数据的异常识别以及对历史数据的追溯、分析等。

（1）监测数据的有效性。系统监控对印染废水处理时的重点污染物指标进行实时采集汇总，掌握各污染物指标运行时的现状。

（2）监测数据的异常识别。监测数据异常识别应与监控指标对比，判别数值是否正常，出现异常则启用报警统计功能，操作人员可进行查看并整改。

（3）对历史数据进行追溯、分析。系统以曲线的形式对监控采集到的历史数据进行精准分析，便于在指定时间对监测对象进行查询和对比。

1.4.6 异常问题管控

建立异常问题处理流程，及时向有关工作人员推送消息，保证有关人员能及时应答、反馈和处理。

2 废水在线监测系统的实现

2.1 软件功能及技术特点

（1）硬件环境：支持X64|X86的普通PC/服务器。（2）软件环境：Windows 7以上操作系统。（3）编程语言：VC++。（4）源程序量：14 586行。（5）主要功能和技术特点：软件采用最新的.net技术框架，查看站点重要实时数据（pH、流量、氨氮含量等）；能源监测（各车间电量）；数据查询（重要点位曲线图）；查看PLC通信是否终断等。

2.2 主要功能

2.2.1 平台主页

红色标记代表不同的废水分站点。

2.2.2 废水分站

页面显示废水分站的工艺流程图，各工艺段处显示对应仪表数据与运行情况。

2.2.3 实时数据

显示常用的重要点位实时监测内容，主要包括pH、流量等，数据连接日常报表。

2.2.4 能源监视

监视废水站实时用电情况，数据已连接日常报表。

2.2.5 电机监视

显示所有电机的频率、电流情况。

2.2.6 系统维护

（1）系统维护内容包含废水站所有设备的运行情况；（2）系统维护页面显示各PLC通信是否中断。

2.2.7 数据查询

随时查找历史数据，数据库存储周期设置为1年。

2.2.8 报警记录

报警记录页面显示历史报警记录和实时报警记录。

2.2.9 报表管理

每日数据可自动生成各类报表，统计不同废水站的水量、电量等运行情况。

3 运行结果

3.1 经济效益

“印染废水处理全流程在线集控系统”的建设可对印染工厂废水处理全过程进行实时监测，帮助企业提高环境管理效率，实现规范、高效、绿色、可持续生产。本系统的运用可减少废水处理药剂以及电力能源的使用，降低废水处理成本。经推算，该系统的引进实施，可使年药剂使用量下降1.5%、年电力消耗量下降2.0%，每年综合节约成本131.8万元（表2）。

表2 系统实施的经济效益

3.2 社会效益

“印染废水处理全流程在线集控系统”的建设对企业的印染废水处理全流程设施和工序进行了实时监测，通过大数据分析，结合印染废水的特点，得出最优处理工艺，实现废水处理药剂匹配最佳和流程能耗节约；对废水处理流程中的关键点位污染物指标进行重点监控，在过程管控中，对可能发生的紧急情况发出预警信号，避免环保事故的发生。该项目的实施将传统废水处理工艺与现代化信息技术相结合，利用智能手段提升废水处理效率和环境管理效率，减少了处理药剂等物资和电等能源的消耗，对改善生态环境、促进清洁生产起到了良好作用，为印染企业的绿色高质量发展提供了借鉴模板。

3.3 项目推广价值

该项目的实施可为区域经济的发展和环境改善提供借鉴，对地区经济发展和生态环境之间的平衡起到很好的示范作用，对行业企业的发展和环境改善提供示范引领，为纺织印染行业的可持续发展提供现代化技术保障。