自動(dòng)化技術(shù)在環(huán)保設(shè)備中的應(yīng)用及發(fā)展

林立森 陳繼安

[摘? ? 要]環(huán)境保護(hù)是國家發(fā)展的必然選擇，在現(xiàn)代的環(huán)境治理項(xiàng)目中，大部分都是通過自動(dòng)化的監(jiān)控控制，這樣可以降低人力成本，同時(shí)也可以確保每個(gè)排放點(diǎn)的檢測(cè)效率，防止污染物的超標(biāo)。自動(dòng)化技術(shù)與電子控制、機(jī)電、通信等相關(guān)專業(yè)密切相關(guān)，可根據(jù)資料的分析，準(zhǔn)確把握環(huán)境污染治理的狀況。

[關(guān)鍵詞]環(huán)保設(shè)備;自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)用與發(fā)展

[中圖分類號(hào)]TP29 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Application and Development of Automation Technology

in Environmental Protection Equipment

Lin Li-sen，Chen Ji-an

[Abstract]Environmental protection is the inevitable choice of national development. In modern environmental treatment projects， most of them are controlled through automatic monitoring， which can not only reduce the labor cost， but also ensure the detection efficiency of each discharge point and prevent the exceeding standard of pollutants. Automation technology is closely related to electronic control， electromechanical， communication and other related majors. We can accurately grasp the situation of environmental pollution control according to the analysis of data.

[Keywords]environmental protection equipment; automation technology; application and development

在環(huán)保設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用中，自動(dòng)化技術(shù)可以更好地滿足各種生產(chǎn)條件下的凈化處理需要，如廢水凈化、空氣除塵、噪聲消除、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。其市場(chǎng)前景非常廣闊，每年的產(chǎn)值已經(jīng)突破了一萬億元，而且還在不斷地增加。盡管由于疫情的影響，2020年的銷量有所下滑，但仍與2018年的銷量大體相當(dāng)。同時(shí)，在環(huán)保設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，增長(zhǎng)過快和發(fā)展不平衡的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，很多大城市都在通過政策和補(bǔ)貼加速落實(shí)企業(yè)環(huán)保設(shè)施的安裝工作。

1 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在環(huán)保設(shè)備中的意義

自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，是電控、機(jī)電、通信等技術(shù)的不斷發(fā)展與融合的產(chǎn)物，尤其是在機(jī)械化工業(yè)中具有很大的替代作用，可以顯著降低人工成本，提高生產(chǎn)效率。自動(dòng)化技術(shù)可以根據(jù)傳感器檢測(cè)到目前的系統(tǒng)狀況，并通過預(yù)先準(zhǔn)備好的控制軟件進(jìn)行參數(shù)比較，根據(jù)測(cè)量結(jié)果與標(biāo)稱偏差的大小，給出相應(yīng)的調(diào)整命令，以保證各裝置在動(dòng)態(tài)調(diào)整的條件下保持有效的均衡。在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，采用自動(dòng)化技術(shù)更符合目前環(huán)保設(shè)備的現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)。①省錢。將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用于環(huán)保設(shè)施，可以為環(huán)境治理提供具體的數(shù)據(jù)依據(jù)，從而達(dá)到精確的治理效果，既節(jié)省了大量的時(shí)間和成本投入，又能保證精確的管理。由于受設(shè)備、環(huán)境等因素的制約，傳統(tǒng)的人力監(jiān)測(cè)無法對(duì)環(huán)境做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染源，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低成本。②危險(xiǎn)性很小。由于環(huán)保設(shè)備在使用過程中所涉及的各種污染物，在分析、收集等方面既要確保其精確性，又要有一定的危險(xiǎn)性，若采用手工處理，耗時(shí)過久，很容易產(chǎn)生誤差，也會(huì)影響工作人員的身體健康和安全。而采用自動(dòng)化技術(shù)，不僅可以自動(dòng)收集和分析污染源，還可以有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，減少工作人員在收集過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

2 自動(dòng)化技術(shù)在環(huán)保設(shè)備中的具體應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)是指在無人操作的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸、檢測(cè)、誤差估計(jì)和控制的一種技術(shù)。采用自動(dòng)化設(shè)備可以有效地提高環(huán)境保護(hù)的決策效率，同時(shí)也是今后環(huán)境保護(hù)設(shè)備的發(fā)展方向，因此有必要加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的研究。

2.1 在污水處理設(shè)備中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，廢水是環(huán)境治理中最為普遍的一種對(duì)象，但是由于生產(chǎn)的類型不同，所含的污染物也各不相同，所以在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格按照實(shí)際情況進(jìn)行，以保證其效果達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水的處理過程要經(jīng)歷很多個(gè)過程，每個(gè)過程都可以看作是時(shí)間的參數(shù)，可以根據(jù)反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和控制。如果檢測(cè)器反饋出的凈化工藝條件不能滿足下一步的要求，就必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)來延長(zhǎng)該工序的反應(yīng)時(shí)間，提高對(duì)危險(xiǎn)物質(zhì)的凈化效果。常用的處理方法有靜置沉淀法、曝氣法等，分別處理沉淀物和氨、氮、磷等元素。在廢水處理系統(tǒng)中，可以采用PLC的方式進(jìn)行總線控制，每個(gè)反應(yīng)器都有相應(yīng)的探測(cè)器，用PLC控制廢水中的雜質(zhì)含量，并由PLC進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間。在PLC線路上，反應(yīng)池探測(cè)器的數(shù)據(jù)由預(yù)先鋪設(shè)的光纖傳輸和反饋，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果達(dá)到預(yù)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)管道，進(jìn)行下一步的工作，直至污水雜質(zhì)均符合國標(biāo)的排放要求。從目前的社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r來看，目前在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域使用的最多的自動(dòng)化技術(shù)是常規(guī)技術(shù)。

2.2 在空氣治理設(shè)備中的應(yīng)用

大氣污染是一個(gè)很大的問題，特別是在北京、上海、天津這些發(fā)達(dá)的城市，每年冬天都會(huì)出現(xiàn)濃霧或霾，這不但給當(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境帶來了很大的影響，也給居民的身體帶來了很大的危害。而將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用于大氣的環(huán)保設(shè)備中，可以有效地阻止空氣中的污染成分?jǐn)U散，使人們的居住環(huán)境變得更干凈。例如，V0Cs是一類揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括工業(yè)廢氣和惡臭氣體，其主要的來源是汽車尾氣排放、化工生產(chǎn)制造、電路涂料、廢水處理、城市垃圾、石化工業(yè)、造紙、醫(yī)藥、屠宰、塑膠及食品加工業(yè)等行業(yè)。其主要的以下幾種處理方式。08518E36-CA37-4424-8974-C84D9C30F010

（1）低溫冷卻。這是一種比較簡(jiǎn)單的工藝，它通過改變物質(zhì)在熱脹冷縮過程中的溫度，將V0Cs吸附在冷凝器中，然后通過氣壓系統(tǒng)進(jìn)行分離，V0Cs一出冷凝器，氣體就會(huì)上升，然后由其他設(shè)備將其回收，將有害氣體排出，達(dá)到環(huán)保凈化的效果。這種方式的最大優(yōu)勢(shì)在于，它不需要消耗太多的物品，但它的作用范圍很小，不能用于戶外環(huán)境的凈化，因此在體育館、健身房、寫字樓、辦公室等公共場(chǎng)所應(yīng)用比較普遍。

（2）溶劑吸收。它采用一種特殊的溶劑，使氣體與液體在一個(gè)氣缸中，通過使其與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體的吸收，從而對(duì)有害氣體進(jìn)行凈化。這種方法在普通的室內(nèi)和室外環(huán)境中很難使用，但它并不講究環(huán)境，可以在沒有氧氣的情況下進(jìn)行。

（3）采用生物分離技術(shù)。這是一種比較先進(jìn)的環(huán)境治理技術(shù)，通過微生物的代謝，將有毒的物質(zhì)分解，生成二氧化碳和水，然后排放到外面。生物技術(shù)要求將環(huán)境機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)樯餅V芯，將自動(dòng)制造設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)器，使微生物在短期內(nèi)迅速繁殖，從而提升空氣的凈化能力。最大的優(yōu)點(diǎn)是，它可以獨(dú)立地安裝在戶外，由自動(dòng)化裝置進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，并將機(jī)器的狀態(tài)反饋給管理總部，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。目前，生物分離技術(shù)還在試驗(yàn)階段，微生物的培養(yǎng)方式非常復(fù)雜，對(duì)環(huán)境的要求也非常嚴(yán)格，如果不能通過自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行定期、標(biāo)準(zhǔn)化的培養(yǎng)，生物分離技術(shù)的成功率就會(huì)很低。但是，這也是目前最理想的空氣凈化方式，通過與人體共生，確保兩者的生存。

（4）采用活性碳吸附?；钚蕴嘉绞且环N常用的空氣過濾方法，不但可以對(duì)V0Cs進(jìn)行有效的凈化，而且對(duì)其他有害物質(zhì)也有一定的過濾作用。它的工作原理是通過使用多孔碳材料阻隔空氣中的有害成分，從而達(dá)到凈化空氣的作用。它最大的優(yōu)點(diǎn)是處理效率高，凈化效率高，可以優(yōu)先回收有機(jī)物，但缺點(diǎn)也比較明顯，如前期投入較高，后期維護(hù)比較復(fù)雜等。

（5）設(shè)立自動(dòng)測(cè)試和維護(hù)站。空氣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)站是一種集采樣分析、數(shù)據(jù)評(píng)估、空氣總結(jié)為一體的空氣監(jiān)測(cè)設(shè)備。該系統(tǒng)具有良好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，目前已實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)升級(jí)，對(duì)我國大城市大氣污染的治理具有一定的促進(jìn)作用。通常本系統(tǒng)能夠?qū)諝庵械腜M2.5、臭氧、一氧化碳等綜合污染物進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，并將其結(jié)果用儀器進(jìn)行顯示。

2.3 在固廢處理設(shè)備中的應(yīng)用

很多生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，都會(huì)被焚燒掉，不過為了達(dá)到環(huán)保的目的，還是要先將廢料的種類、大小等進(jìn)行分類，然后再進(jìn)行回收利用或處理，以降低垃圾的處理數(shù)量。一些木屑、碎石等可以通過機(jī)械的方法進(jìn)行篩選，將符合尺寸、重量的固體顆粒進(jìn)行分類，然后運(yùn)送到工廠進(jìn)行壓縮，最后轉(zhuǎn)化成滲水磚塊用于建筑施工。其既能提高垃圾的循環(huán)利用率，又能滿足環(huán)保政策的要求，降低后期的廢渣燃燒壓力。有些固體垃圾是不能循環(huán)利用的，可以通過自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)爐膛內(nèi)的溫度和蒸汽壓力，從而確定垃圾的燃燒是否充分，達(dá)到最佳的燃燒效果。鍋爐的蒸汽壓力可以與汽輪機(jī)相連帶動(dòng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，完成發(fā)電、產(chǎn)熱需求，并通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，確保蒸汽壓力的穩(wěn)定，從而為后續(xù)發(fā)電提供可靠的電力供應(yīng)。

2.4 在環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備中的應(yīng)用

環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備是每個(gè)生產(chǎn)單位都要安裝的，可以在出廠前重新進(jìn)行一次含量測(cè)試，以防止產(chǎn)生污染、超標(biāo)罰款問題。由于不同的監(jiān)控對(duì)象所使用的儀器結(jié)構(gòu)、方法原理都存在著很大的差別，利用COD水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)，并且可以將檢測(cè)裝置與污水排放口相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水排放的實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了異地檢測(cè)帶來的延遲問題。在COD系統(tǒng)中，采用了光譜技術(shù)對(duì)不同水體中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行了區(qū)分，兩者峰值之間的相關(guān)性達(dá)到了0.996。該系統(tǒng)每隔3 min即可完成一次取樣與分析，并將全部資料傳送至通信系統(tǒng)，為后續(xù)檢測(cè)提供更為可靠的資料。在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也與多媒體技術(shù)的結(jié)合，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式變成了影像和視頻，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的可信度。

3 自動(dòng)化技術(shù)在環(huán)保設(shè)備中應(yīng)用的發(fā)展前景

科技的發(fā)展是人們生活的基礎(chǔ)，是人類智慧化的開始。自動(dòng)化環(huán)保設(shè)備除了具備基本的環(huán)境保護(hù)功能外，還必須具備信息處理、分析、篩選、上報(bào)等多種功能，在日常工作中，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)還會(huì)將自己的工作信息上傳到云端，并由云端計(jì)算機(jī)分析，將分析的結(jié)果轉(zhuǎn)化為一條禁止的指令，避免自動(dòng)化設(shè)備的錯(cuò)誤操作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)和自主成長(zhǎng)的目標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化環(huán)境保護(hù)裝置將不再是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，而是可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的融合，形成一個(gè)完整的環(huán)境保護(hù)體系，每個(gè)裝置都可以獨(dú)立完成自己的任務(wù)，自動(dòng)制定環(huán)境保護(hù)方案，為人們的日常生活帶來更多的可能性。另外，如果能將環(huán)境自動(dòng)控制的設(shè)施進(jìn)行網(wǎng)格化，還會(huì)有許多新的技術(shù)加入，如無人機(jī)的偵查。無人機(jī)可以取代人工對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，探測(cè)距離可以擴(kuò)展到50 km，探測(cè)時(shí)間縮短至3 h。同時(shí)也可以利用無人機(jī)對(duì)土壤和水資源進(jìn)行采樣，如果達(dá)不到要求，就必須對(duì)環(huán)境保護(hù)機(jī)器人的工作狀況進(jìn)行調(diào)整，重新評(píng)估環(huán)境。

3.1 空氣除塵的發(fā)展方向

布袋和靜電除塵器是一種很好的空氣污染控制裝置，靜電除塵器在工廠中的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在高溫、高濕度、高壓力環(huán)境下使用。布袋除塵器在進(jìn)行除塵時(shí)，總體效果更好，粉塵阻力不會(huì)對(duì)其造成影響，而且費(fèi)用也相對(duì)低廉。但是由于布袋的阻力大，造成的損失大，不適合高壓、高溫、腐蝕性強(qiáng)的氣體，因此必須加大這方面的研究。在未來，可采用布袋、靜電結(jié)合的除塵裝置，針對(duì)不同的除塵環(huán)境，自動(dòng)選取適宜的除塵工藝，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使裝置的除塵效果得到顯著改善。該傳感器可以從存儲(chǔ)器中采集數(shù)據(jù)，經(jīng)SPS向太網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，并根據(jù)TCP與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。這種結(jié)合的除塵技術(shù)有望替?zhèn)鹘y(tǒng)單一的布袋或靜電除塵，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)展方向

在檢測(cè)過程中，檢測(cè)系統(tǒng)缺乏對(duì)廢水流量、廢水COD、懸浮物等復(fù)雜度的檢測(cè)。在以后的發(fā)展過程中，需要在選擇系統(tǒng)響應(yīng)控制模塊時(shí)，通過單片機(jī)，采用線性回歸的方法確定電壓、COD值，設(shè)定合適的測(cè)量范圍，控制基準(zhǔn)偏差和重復(fù)偏差，確保膠質(zhì)物質(zhì)、溶液的顏色等不會(huì)影響到測(cè)試的精度，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定，以確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

3.3 智慧集成化

未來的環(huán)保設(shè)備產(chǎn)業(yè)要充分利用大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈技術(shù)，對(duì)各種環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化。智慧環(huán)境系統(tǒng)是集自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備預(yù)警等智能技術(shù)于一身的智能環(huán)境，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染的最優(yōu)控制。智慧環(huán)保系統(tǒng)的整合，不僅是指數(shù)據(jù)的整合，更是將人與環(huán)境智能的有機(jī)結(jié)合，使人與環(huán)境的合理配置，而且能夠充分的發(fā)揮人的主動(dòng)性，在處理工藝、流程上的設(shè)置、處理的質(zhì)量等方面都會(huì)發(fā)揮重要的作用。智能一體化的環(huán)境保護(hù)裝置是未來環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

4 結(jié)束語

自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)前很多機(jī)械化生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，自動(dòng)化技術(shù)可以提高環(huán)境保護(hù)設(shè)施的利用率，提高環(huán)境保護(hù)設(shè)施的適用性，從而為更多的區(qū)域提供合適的服務(wù)，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作的迅速發(fā)展。在廢水處理過程中，每個(gè)階段都要進(jìn)行含量檢測(cè)，以防止因凈化不足而造成的污染。在空氣凈化、吸附等領(lǐng)域，采用靜電捕集方法，并對(duì)指標(biāo)及監(jiān)控裝置進(jìn)行有效的空氣品質(zhì)管理，以避免對(duì)人體健康及設(shè)備使用壽命產(chǎn)生不利影響。在處理固體廢物的過程中，首先要進(jìn)行回收的檢查，減少后續(xù)的焚燒過程，然后采用熱電聯(lián)產(chǎn)來提高廢物的利用率。因此，應(yīng)重視自動(dòng)化技術(shù)在環(huán)保設(shè)備中的應(yīng)用與發(fā)展，以促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的進(jìn)程。

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