任淑軍

摘 要：近年來，工民用水量的逐年提升對自來水廠的水處理工藝提出了更高的要求，為提升凈化效率，傳統(tǒng)水廠的控制技術(shù)逐漸被淘汰，自控技術(shù)成為未來自來水廠發(fā)展的主流方向。本文闡述了自來水廠水處理自動化設(shè)計方案，對基于自控技術(shù)下的自來水處理工藝研究展開分析，旨在提升自來水廠自動化水平，為完善自來水凈化處理效率提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：自控技術(shù)；自來水廠；水處理工藝

0 前言

作為人口大國，人均淡水資源相對貧乏的事實使我國長期面臨著用水資源緊張的問題。近年來，國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展不僅提升了用水量的需求，對水質(zhì)凈化標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格。為適應(yīng)社會需求，自來水廠逐漸開始嘗試自動化技術(shù)應(yīng)用以提升凈化處理效率，在自控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，引進先進水處理工藝以提升處理效率?；谧钥丶夹g(shù)下的自來水廠水處理技術(shù)研究對促進自來水行業(yè)自動化發(fā)展，保障凈化能力滿足社會發(fā)展需求具有重要意義。

1 現(xiàn)代自來水廠自動化控制系統(tǒng)

我國自來水廠長期以來處于不均衡、不徹底的發(fā)展局面，直至現(xiàn)在許多自來水廠的建設(shè)依然是為了解決“有無”的問題。由于自來水廠的重要社會職能，其穩(wěn)定運營關(guān)系到居民的生活質(zhì)量，而傳統(tǒng)的自來水廠凈化控制系統(tǒng)已不能滿足發(fā)展需求，凈化效率低下，水質(zhì)凈化不達標(biāo)等問題嚴(yán)重影響著居民的生活體驗。為提升生產(chǎn)效率，平攤凈化成本，提高水質(zhì)和運輸效率，近年來許多三線以上城市的大型自來水廠逐步開始引進新型設(shè)備用于自動化控制系統(tǒng)建設(shè)，結(jié)合智能控制技術(shù)和計算機信息管理技術(shù)用于提升自來水廠的信息化水平，運用先進的數(shù)據(jù)處理能力輔助管理人員進行決策和方案調(diào)整，可以預(yù)見自來水廠的自控技術(shù)是現(xiàn)代化改進的主要方向[1]。

2 PLC控制系統(tǒng)與水處理工藝結(jié)合應(yīng)用

PLC自動控制系統(tǒng)是專門用于工業(yè)環(huán)境下對產(chǎn)品和項目進行數(shù)字化控制的電子系統(tǒng)，目前，PLC控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于大型現(xiàn)代化自來水廠和污水處理機構(gòu)的自控系統(tǒng)建設(shè)過程中。由于大型自來水廠的蓄水池較多，凈化車間較為分散，為保證各部門溝通順暢，控制系統(tǒng)會根據(jù)工廠規(guī)模和實際生產(chǎn)情況將全廠分為多個子單元，運用DH局域網(wǎng)和4G+的移動通訊系統(tǒng)保障各部門之間的有效信息往來[2]。

自來水廠的全回收凈化流程由取水泵房開始，其主要職能是控制進水泵運作并監(jiān)控水位。泵房機組的作業(yè)由清水池水位、送水泵流量、城區(qū)用水高峰期及市政供給水管道壓力決定；PLC信息錄入由吸水井液位模擬；取水泵房內(nèi)的數(shù)據(jù)收集及作業(yè)情況則由PLC系統(tǒng)完成；凈水車間內(nèi)的主要任務(wù)是對原水進行加藥和加氯預(yù)處理，加氯系統(tǒng)全程由計量泵、變頻器和電流儀按預(yù)定程序進行全自動控制，給藥量則依據(jù)原水的凈化程度決定。由PLC系統(tǒng)采集的原水信息會由系統(tǒng)計算渾濁度和流量對加氯量進行調(diào)節(jié)；濾池控制系統(tǒng)的控制對象包括沉淀池、反應(yīng)池、洗濾池和相應(yīng)配套設(shè)施。其主要工作內(nèi)容是通過反復(fù)進行過濾和反沖洗作業(yè)控制池內(nèi)的過濾水情況。反沖洗處理流程為：（l）開閥使水位降低；（2）開氣沖閥和鼓風(fēng)機進行3min以上氣沖作業(yè)；（3）反沖洗泵運行；（4）打開水沖閥進行5min氣水反沖；（5）關(guān)閉氣沖閥和鼓風(fēng)機進行水沖3min；（6）關(guān)閉所有沖閥和反沖洗泵；（7）開1min排氣閥，反沖洗流程結(jié)束。此環(huán)節(jié)PLC控制系統(tǒng)負責(zé)對各控制對象的工作進行智能分配和調(diào)節(jié)以及數(shù)據(jù)收集，通過控制清水閥的開啟幅度調(diào)節(jié)進出水量的大小和內(nèi)池水位。最后是送水分站的控制管理，該部分的控制對象是送水泵、抽真空系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及配套設(shè)備。PLC由主站收集的用水高峰及水泵流量信息對調(diào)度數(shù)據(jù)進行分析，輔助自來水廠管理人員進行供給水分配決策，并由PLC進行送水泵的開停和流量管理，PLC通過壓力值變頻器自動調(diào)節(jié)供水量和水壓環(huán)境，保障自來水廠整體凈化和供水的流暢運行[3]。

3 基于自控系統(tǒng)下的水處理工藝

3.1膜法水處理

膜法水處理首先是對水箱的控制，由于自動控制系統(tǒng)中各單元的啟動和控制都是由水箱水位提供信號，原水箱中的水位低于控制標(biāo)準(zhǔn)就會啟動超濾系統(tǒng)，超濾水箱水位高于水箱時就會啟動RO系統(tǒng)，水箱液位高于原水箱啟動EDI系統(tǒng)，運用水箱液位的自動化控制規(guī)范各設(shè)備運行；其次是對超濾系統(tǒng)的控制，超濾系統(tǒng)通過分子過濾將水中的雜質(zhì)和有機物濾除，但濾除后的殘留物會堆積在膜上，積累到一定量后會阻礙超濾膜的凈化效果，影響超濾膜的使用壽命，因此需要在PLC的控制下定期對超濾膜進行清洗和維護，保持超濾系統(tǒng)的正常運行；然后是RO反滲透系統(tǒng)的維護，由于反滲透過濾需要通過對原水加壓進行膜滲透處理以限制大分子物質(zhì)通過，因此對壓力泵的控制是自動化反滲透系統(tǒng)運行的關(guān)鍵，需要在原水區(qū)一側(cè)進行反沖洗，減少RO膜的結(jié)垢現(xiàn)象，通過PLC控制結(jié)構(gòu)傾向，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)對反滲透膜的控制；最后是EDI電除鹽系統(tǒng)的控制，其工作原理是通過收集反饋系統(tǒng)壓力信息，驅(qū)動電流和滲透膜兩端的電壓，提純淡水室內(nèi)的預(yù)處理水，自動化系統(tǒng)要在水箱內(nèi)有水的情況下運行，避免變電器負荷過高或干燒引起的損壞和故障，整體運行要在PLC控制下完成。

3.2生物預(yù)處理工藝

自控技術(shù)下的生物預(yù)處理的接觸池工作原理和傳統(tǒng)水處理模式有很大不同，對過程控制提出了較高的要求，需要在填料、曝氣、排泥等多個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下進行，使系統(tǒng)處理效率得到提升，降低了運行成本，簡化了操作流程。分階段進行曝氣控制，調(diào)節(jié)池內(nèi)生物量，在完備的脫模設(shè)備支持下，通過檢測儀表監(jiān)控池內(nèi)生化狀態(tài)，生物預(yù)處理的全過程都在蓄水池內(nèi)完成，不需啟用其他設(shè)備，只需要PLC等自控系統(tǒng)對預(yù)處理過程進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集，不占用過多時間，總體上提升了水質(zhì)凈化的效率和質(zhì)量，還降低了人工管理的成本。需要留意的是，生物預(yù)處理技術(shù)的生物膜上攜帶的微生物種類較多，包括厭氧菌、好氧菌、兼性菌等，投放前要對水質(zhì)污染情況進行采樣，對原水內(nèi)主要污染源進行類型分析，避免微生物菌群和水體環(huán)境沖突造成的凈化效果不良。例如在含氧量較低的水中投放好氧菌，則凈化效果會適得其反，相關(guān)管理人員需額外注意[5]。

3.3基于自控技術(shù)下的飲用水的深度處理工藝

國家對于自來水的凈化標(biāo)準(zhǔn)有明確的條例規(guī)范，除重金屬等化學(xué)有害物外，對大腸桿菌等活性菌群的控制有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。對于活性菌群的凈化除采用超濾技術(shù)外，通常采用的是加藥加氯的方法降低有機微生物的密度，使其單位含量控制在國標(biāo)范圍內(nèi)，但大量給藥和加氯會使自來水產(chǎn)生異味和二次污染。盡管這一階段的凈化已經(jīng)使自來水達到居民使用標(biāo)準(zhǔn)，但為提高水質(zhì)，還需采用活性炭處理技術(shù)對自來水中的雜質(zhì)進行二次處理，利用活性炭等強吸附性材料進行物理凈化，驅(qū)除水中的異味和有機污染物，達到深度處理的目的，保障水質(zhì)的絕對安全[6]。

4 結(jié)論

自來水廠的自動化控制系統(tǒng)融入了智能控制技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)等多項新技術(shù)，用于實現(xiàn)完整的自動化控制能力。在自控技術(shù)支持下，生物預(yù)處理工藝、膜法水處理、飲用水深度處理工藝的發(fā)展獲得了新的進步，隨著相關(guān)技術(shù)的進步，未來我國將實現(xiàn)自來水管道直飲水及水資源的高效凈化，自動化工藝展現(xiàn)著較好的發(fā)展前景。望本文研究內(nèi)容得到相關(guān)企業(yè)的關(guān)注，加速自控化系統(tǒng)建設(shè)，引進先進自來水處理工藝，為保障社會用水需求及提升自來水企業(yè)經(jīng)濟效益提供建設(shè)性意見。

參考文獻：

[1]許甜.城市水處理廠自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].西安建筑科技大學(xué)，2015.

[2]孟佳.城市水處理廠自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].工業(yè)c，2016，18（9）：00081-00081.

[3]焦健.基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016，18（13）：10010-10011.

[4]劉海波.凈水廠水處理工藝中的相關(guān)問題研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，28（15）：10050-10052.

[5]沈顥.基于城鎮(zhèn)污水處理廠工藝設(shè)計及特點研究[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2016， 23（32）： 232-233.

[6]張雷，張益賓.凈水廠水處理工藝中相關(guān)問題研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，35（3）：180-181.