自动控制技术在净水厂水处理加药系统中的应用解析

丁国栋，孙海洲，于光远

（烟台金正环保科技有限公司，山东烟台 264000）

絮凝是净水工艺的重要环节，絮凝效果好坏直接关系到水处理的效率，絮凝效果一般会随着混凝剂投加数量的提升而提升，但是在混凝剂达到一定用量之后，混凝剂的效果将达到顶峰的状态，这个时候如果在其中继续添加混凝剂，就会降低混凝效果。因此，在实施净水处理操作的时候需要相关人员严格控制混凝剂的投放量。文章所研究水厂在没有进行改造之前，运行人员会根据每天所需要处理的水的流量来决定沉淀池的启用数量，在此期间，每一个投放点的投加量是总净水量和启用投加点数的平均值，在计算好数值之后通过使用人工控制计量泵冲程以及运行频率来实现对程序的微调。这种絮凝操作方式是一种人工控制投加的方式，在水质、水量参数出现变化的时候，操作人员需要通过人为的方式计算投加量，规划合理的加药泵行程。

1 自动加药系统的基本原理

自动加药系统包含现场数据处理系统、变频控制系统、药液投加系统。在自动加药系统运行时，为了能够确保絮凝剂的精准投放，需要在每座沉淀池的进水管上安装一台ABB 插入式电磁流量计，在电磁流量计的作用下自动计算每座沉淀池的进水量。自动加药系统会借助电磁流量计来计算絮凝剂加量比例信号，这个时候根据化学实验室的数据、原水的浑浊度、药液溶度等数据来编写程序化的药剂添加投放模板。考虑到计量泵在长期运行期间所输出数据信息和特征曲线的变化，需要相关人员对计量泵的运行频率、系统运行规程等进行把控，由此来确保自动加药的可行性、有效性。

2 自动控制技术在净水厂水处理加药系统中使用的必要性

中央空调和小型工业循环水冷处理水处理采用自动加药控制设备的优点具体表现在以下几个方面：

（1）水质控制稳定、水处理良好、设备运行成本降低。在在线水质监督控制系统、排污系统、加药自动的综合作用下来减少系统运行隐患。

（2）发挥出化学药剂的重要作用。在具体实施操作的时候只需要定期补充药剂和合理把控系统运作周期就能够延长系统设备的运行效率。

（3）实现对加药操作的高浓缩处理，由此来解决水循环系统中的水污染问题。

（4）提升了业主、水处理公司对循环水处理的管理水平。在自动化加药控制系统的作用下能够简化空调冷却水循环系统的运行速率，实现系统运行的无人操作，只需要简单地调控设备运行就能够为化学处理提供良好的条件支持。在这个期间，微处理技术的使用能够帮助相关人员随时查看循环水质的历史数据，为验收水处理效果提供切实可行的数据支持。

3 某水厂处理工艺情况概述

某净水厂每天水处理能力为16.8万m3，结合当地实际情况打造出了3座沉淀池和3个加药系统。在具体实施运行时每个加药系统包含絮凝投加系统和助凝投加系统。水厂处理工艺流程如图1所示。

图1 水厂净水处理工艺流程图

（1）絮凝投加系统。絮凝投加系统包含4个箱体（溶药箱、溶液箱），4个超声波液位计，3台流量计，5个电动阀，8个电磁阀，6个计量泵，2台空压机设备。设备的总投加量为1 400 L/h，设置3个投加点，并在系统原水管路中添加絮凝剂。

（2）助凝投加系统。大中型工业循环水自动加药控制设备一般包含可编程控制器、人机界面、水质在线监测仪器等。通过对各个系统的集成化处理会为系统的安全运行提供支持，减少外界因素对系统运行的干扰。但是从实际运行情况来看，系统集成的消耗较多、设备体积庞大，由此会限制中央空调和小型工业循环水冷设备的推广。为了能够弥补这个问题，需要在集成系统中添加自动化遥控设备，在自动化遥控设备的支持下提升集成系统的功能：①循环水水质酸碱值、浓缩倍数的在线监督控制功能。②防范系统被腐蚀的功能。③通过使用杀菌灭藻剂来防范系统病毒。④具有保留历史数据信息的功能，能够根据需要随时查看水质的历史数据。

4 水处理加药系统基本方案

4.1 水处理系统的基本任务

（1）对加药系统设备的运行状态实施全过程的监测。

（2）对加药系统仪表的工作参数实施监测。

（3）根据原水浑浊度、原水的流量、原水沉淀之后的污浊程度进行检查。借助参数通过自动化系统来调节计量泵的投加量。

4.2 系统控制方案

水处理加药系统由电力控制系统、仪器控制系统、计算机控制系统共同组成，经过系统整合，所有信号和控制功能由PLC 完成控制。在系统运行时取消了二次仪表，目的是能够保证系统的稳定运行，提高系统运行的安全性和稳定性。

自动加药控制管理系统的打造依托物理化学、水处理科学、电子控制等专业技术，在这些技术的综合作用下能够对净水厂自动加药设备、系统运行参数等实施全面的控制。在加药配药期间会使用PLC，经PLC 运算打造出闭环控制系统，通过前馈和反馈的控制方式来调节加药计量泵变频调速器，使加药计量泵加药量能够根据原水浊度和流量大小等综合因素，通过调整变频器频率来控制加药计量泵，确保加药计量泵能够按照一定的比例投放运行，最终实现加药自动化管理。

4.3 系统的组成

（1）PLC 的系统配置。PLC 系统采取了闭环控制系统，由PLC 和HMI 共同组成，在以太网的作用下将PLC 系统和HMI 连接在一起。PLC 采用S7-300系列的CPU-315，整个装置在运行时会按照设计好的控制流程进行处理，之后由输出模块带动相关执行机构。PLC 设备自动化控制如表1所示。

表1 PLC的系统配置清单表

（2）HMI 系统配置。控制系统的所有操作会被集中在HMI 上，人机界面是整个系统的窗口，也是系统传递外界数据信息的重要通道。HMI 系统的配置如表2所示。

表2 HMI系统配置

5 控制系统基本功能

5.1 检测环节

按照系统工艺和运行要求来对各个参数进行监测采集，通过在线仪表发出4～20 mA 信号，期间所有的信号都会被传递到PLC 上。PLC 上的A/D 转换功能会将现场模拟信号转变为数字信号，所有的信号会通过上位机网络来实现连接，经过一系列的处理数据信息会被传递到上位机的数据库中。控制系统运行中所涉及到的监测环节包含源头水的流量、源头水的浑浊度、出厂水的流量、出厂水的浑浊度、各个沉淀池的出水浑浊度、絮凝剂流量、助凝剂流量。

5.2 系统运行的过程控制

控制系统采用SIEMENS 公司的PLC 对现场设备的运行进行控制。在具体运行时设置两个PLC控制柜，1号PLC 控制柜是1～6号计量泵，在具体实施的时候会在其中添加一定比例的絮凝剂。1号和2号计量泵在1号位置上投放絮凝剂；3号和4号计量泵在第2号位置上投加絮凝剂；5号6号计量泵在3号位置上投放絮凝剂加药量。在助凝系统计量泵出现系统故障的时候需要及时停止启动这个泵站。主要设备的开关包含手动操作、PLC 自动控制操作.基本运行模式包含手动工频运行模式、上位机手动调频模式、上位机自动调频运行。值班人员会根据需要在各个控制设备的终端来掌握自动加药、运行水泵等生产设备的运行情况。

5.3 系统运行工艺监控

整个系统会按照生产工艺要求来监督控制可视图形画面，在系统运行时能够直观地反映加药的实际情况。在实施工艺监督控制时所涉及到的画面包含加药工艺流程图、加药量的趋势图、报警系统等，通过对这些图形的操作能够更为完善、精准的监督水质变化，在水质出现异常情况的时候及时报警。系统在运行时会自动生成报表、自动存储信息、可以人工打印信息，所有监督控制的信息会被记录。运行实践证明，采用该预处理混凝加药自动控制装置可以实现混凝处理的最佳工况，运行效果良好，值得广泛推广。

5.4 故障系统和安全保障

在加药系统运行时，如果各个工艺参数出现了异常，特别是超过了系统上下限定数值的时候，故障表会自动记录故障的发生时间、产生来源，并将故障的发生情况在对应的画面中显示出来，目的是帮助相关人员找到故障位置，为排除故障提供重要支持，并不断提升操作人员的现场故障处理能力，保证了系统的稳定运行。

6 运行效果分析

（1）系统自动化水平较高、运行稳定可靠、维护量小，劳动强度大大降低。

（2）系统运行的节能降耗效果明显，加药泵功率大为降低，而且变频调速运行，更加节电。在系统运行的时候会灵活地调整加药量，在保障水质的情况下减少药剂的消耗。

（3）系统在运行的时候明显改善了沉淀池出水水质，出水浊度较手动投加前稳定，对进水流量的适应能力很强，无论水质和水量的变化，可自动调节加药量，维持正常的运行工况。

（4）混凝剂消耗量大大减少，以最小加药量达到了最佳混凝效果，节约了混凝剂。

7 结束语

综上所述，在循环冷却水系统中采用水质自动监测和控制系统能够有效提升循环水处理系统运行的安全性和稳定性，在系统运行时还能够节省药剂的使用，循环冷却水自动化监督加药控制系统具有人工操作无法超过的优点。在社会的不断发展进步下，人们对循环水处理工作的开展予以了高度的重视，整个系统的运行也由此得到了人们的青睐和关注，拥有广阔发展空间和市场前景。