【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 藝和設(shè)備。PLC在水廠自動(dòng)控制中有廣泛應(yīng)用，多臺(tái)PLC可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化，并與計(jì)算機(jī)工作站相連。本設(shè)計(jì)中濾池反沖洗控制采用了該控制方式。 加藥測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程中,一般都要經(jīng)過(guò)由原水加入藥物(混凝劑)反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、加氯氣消毒的工藝流程。在這一系列的處理過(guò)程中,藥物的投加是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因?yàn)樽詠?lái)水的最終水質(zhì)、生產(chǎn)成本等直接關(guān)系到藥物的投加量及其反應(yīng)效果。目前,全國(guó)大多數(shù)自來(lái)水企業(yè)的藥物投加還停留在傳統(tǒng)的手工方式上,實(shí)際生產(chǎn)中完全憑借工作人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)觀察判斷出水水質(zhì),然后根據(jù)具體情況采用手工投入藥物。在原水的加藥處理中,水廠采用的藥劑一般是FeCl3或者Al2(SO4)3,由于藥物有較強(qiáng)的腐蝕性,不利于工作人員的身體健康,而且手工操作難以保證制水水質(zhì)。為此設(shè)計(jì)了可編程序控制器自動(dòng)控制加藥處理系統(tǒng),以改變傳統(tǒng)的手工操作生產(chǎn)方式,實(shí)現(xiàn)藥劑的自動(dòng)投加,達(dá)到節(jié)省藥劑、穩(wěn)定水質(zhì)、提高管理水平、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)環(huán)境的目的,取得了很好的效果。 加藥測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）混凝劑投加的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來(lái)，水廠的混凝劑投加量，有的由人工憑經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行，有的采用燒杯試驗(yàn)，根據(jù)原水水質(zhì)進(jìn)行不同的混凝劑投加量試驗(yàn)，最后求得與要求的沉淀池出水渾濁度相等的混凝劑量。這些方法在原水水質(zhì)變化不大時(shí)是可行的，但有些水源的水質(zhì)瞬時(shí)變化，水廠制水量也有波動(dòng)，如果由人工確定投藥量，往往會(huì)降低水質(zhì)合格率并增加藥耗。為此不少水廠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行投藥的自動(dòng)化控制，近年來(lái)國(guó)內(nèi)混凝劑自動(dòng)投加的技術(shù)也有所提高?；炷齽┩都拥淖詣?dòng)控制方法如下：①數(shù)學(xué)模型法 根據(jù)原水水質(zhì)參數(shù)（渾濁度、水溫、堿度、氨氮、耗氧量）和流量對(duì)投藥量的影響，建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制以改變投藥量?？刂仆端幜繒r(shí)通常有前饋控制和反饋控制法。前饋控制可由模擬沉淀池或?yàn)V池，或用流動(dòng)電流法確定投藥量；而反饋控制是根據(jù)沉淀池或?yàn)V池的出水水質(zhì)，對(duì)前饋投藥量加以微調(diào)，達(dá)到提高水質(zhì)和降低藥耗的效果。前饋控制并未考慮后續(xù)凈水工藝和各種參數(shù)變化時(shí)對(duì)凈水效果的影響。有的數(shù)學(xué)模式則是采用前饋和反饋控制相結(jié)合，既考慮原水水質(zhì)和產(chǎn)水量的變化，又考慮沉淀池或?yàn)V池的出水水質(zhì)，實(shí)行優(yōu)化控制。目前一般采用的是前饋和反饋共同控制方法。由于各地水源水質(zhì)不同，所選用的水質(zhì)參數(shù)也有各地的特點(diǎn)，可靠的原始水質(zhì)資料年限有長(zhǎng)短，以致所建立的數(shù)學(xué)公式不可能相互套用。再者，為了簡(jiǎn)化前饋控制的數(shù)學(xué)模型，往往其中不可能包括影響混凝的許多因素，所得出的投藥量必須加以反饋修正，使得使用并不方便。②特性參數(shù)控制法 除了燒杯攪拌混凝實(shí)驗(yàn)外，混凝評(píng)價(jià)的其他方法有ζ電位和流動(dòng)電流檢測(cè)法，可用以估計(jì)顆粒表面的電荷和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。通過(guò)由膠體顆粒ζ電位原理制成的流動(dòng)電流檢測(cè)器，將影響投藥量的各種因素用流動(dòng)電流表示，只要控制流動(dòng)電流在最佳范圍，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。還有用光電原理測(cè)定絮凝顆粒特性等，對(duì)加藥量進(jìn)行控制。應(yīng)運(yùn)ζ電位法時(shí)，最佳混凝條件通過(guò)在ζ電位為0時(shí)，但去除渾濁度和去除有機(jī)物的最佳ζ電位是有差別的。例如，去除渾濁度的最佳條件是稍負(fù)的電位；而去除有機(jī)物的最佳條件經(jīng)常是接近零電荷點(diǎn)，即ζ電位為0時(shí)。流動(dòng)電流檢測(cè)儀是一種在線檢測(cè)裝置，可以連續(xù)地獲得水處理工藝性能的資料。當(dāng)然每種測(cè)定方法隨原水水質(zhì)而異，并且季節(jié)性的水質(zhì)變化也會(huì)影響最佳的混凝劑投加量。流動(dòng)電流檢測(cè)儀（SCD）使用時(shí)，需先設(shè)定基準(zhǔn)值。基準(zhǔn)值的設(shè)定需通過(guò)試驗(yàn)，即在穩(wěn)定的原水水質(zhì)和水量條件下，投加不同混凝劑量，其中沉淀水渾濁度符合要求的一種劑量，其基準(zhǔn)值為0。運(yùn)行時(shí)，隨著水量和水質(zhì)的變化，流動(dòng)電流檢測(cè)儀會(huì)偏移0而顯示不同的值，即可輸出信號(hào)到投藥控制器，自動(dòng)調(diào)整投藥量。投藥控制儀設(shè)定了正負(fù)投藥量幅度，在這范圍內(nèi)投藥泵的加藥量不變，可無(wú)需頻繁的調(diào)整。采用這一方法時(shí)，應(yīng)了解其他水廠的使用情況，注意是否適用于當(dāng)?shù)氐脑|(zhì)和混凝劑品種，例如，原水中鹽類、pH值、油類、農(nóng)藥、表面活性劑等可使SCD測(cè)定結(jié)果發(fā)生偏差，甚至失效。投加高分子絮凝劑也不適用，即使同一水源在不同季節(jié)，SCD的測(cè)定效果也相差很大。在開(kāi)啟或停用一臺(tái)原水泵時(shí)，因流量突然增大或減少，這時(shí)投藥效果將較差，出水渾濁度可能超標(biāo)。改正的方法可采用以原水流量為前饋，SCD值為反饋的投藥方式。顆粒計(jì)數(shù)儀是評(píng)價(jià)混凝過(guò)程的另一種方法，因?yàn)閼?yīng)用渾濁度儀測(cè)定時(shí)，對(duì)于水中大于1181。m的顆粒，測(cè)定的精度和靈敏度都會(huì)下降，測(cè)定結(jié)果經(jīng)常偏低。由于水中的病原微生物都大于1181。m，而隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)的大小都為2~10181。m，所以用渾濁度儀檢測(cè)水質(zhì)，難以保證出廠水的生物安全性。而顆粒計(jì)數(shù)儀不僅可以測(cè)定水中雜質(zhì)顆粒的數(shù)量和大小，還可以看出混凝以后顆粒大小增加的程度，特別適用于不設(shè)沉淀池而直接過(guò)濾時(shí)，濾后水中顆粒的測(cè)定。（2）混凝劑的投加量根據(jù)原水水質(zhì)的測(cè)定結(jié)果，了解其變化情況后，及時(shí)調(diào)整混凝劑投加量，做到既能保證出水水質(zhì)，又節(jié)約混凝劑用量，也是運(yùn)行管理的重點(diǎn)?；炷齽┩都恿恳话闶怯苫?yàn)室通過(guò)攪拌試驗(yàn)決定，但生產(chǎn)運(yùn)行情況同試驗(yàn)結(jié)果總有差異，所以加藥量還需根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況適當(dāng)調(diào)整。①投藥控制化學(xué)藥劑的投加對(duì)濾池過(guò)濾性能的影響是水處理時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題。投藥時(shí)會(huì)有不少問(wèn)題，如投加那些藥劑，投加量的多少，在哪點(diǎn)投加等，盡管投藥可以控制整個(gè)水處理工藝的效果，但也是最易出問(wèn)題的水處理環(huán)節(jié)。投藥后的混凝會(huì)影響到過(guò)濾的性能，為了有效地混凝和過(guò)濾，需要注意以下幾點(diǎn)。① 需加足夠數(shù)量的混凝劑，用以中和原水中膠體顆粒的電荷，并產(chǎn)生氫氧化物沉淀，達(dá)到網(wǎng)捕和卷掃水中膠體的作用，有些混凝劑如聚合氯化鋁和某些集合電解質(zhì)，混凝時(shí)比較多的是電荷中和作用，而硫酸鋁、三氯化鐵和硫酸亞鐵則兼有電荷中和與網(wǎng)捕和卷掃的作用。② 混凝時(shí)控制水的pH值非常重要，例如許多鋁鹽混凝劑，去除渾濁度時(shí)的最佳pH值范圍為6~7。運(yùn)行過(guò)程中，水的pH值最好能稍低些，目的是多去除些產(chǎn)生色度和消毒副產(chǎn)物母體的天然有機(jī)物，使用其他混凝劑也是這樣。③ 投加混凝劑時(shí)應(yīng)有適當(dāng)?shù)臈l件，例如在混合之前投加時(shí)，溶液池中的硫酸鋁濃度不低于1%，否則在溶液池中會(huì)出現(xiàn)預(yù)絮凝現(xiàn)象而影響效果。硫酸鋁投加到水中后，應(yīng)盡快分散到水中，這樣效果最佳，否則如隨意混合就會(huì)浪費(fèi)藥劑。④ 許多混凝劑如硫酸鋁、三氯化鐵和硫酸亞鐵是酸性的，可以明顯降低水的pH值，混凝劑投加量越多，所降低的pH值和堿度越多。如果所處理水的堿度很低，投加硫酸鋁以后，pH值會(huì)下降到最佳混凝所需pH值以下，這時(shí)可適當(dāng)補(bǔ)充加堿；如果所處理的是高堿度水，則可加酸使pH值在最佳混凝的范圍。但這種pH值補(bǔ)償措施國(guó)內(nèi)應(yīng)有還不多。②投藥經(jīng)驗(yàn)有些水廠根據(jù)生產(chǎn)上的礬花絮凝和沉淀情況，來(lái)判斷投藥量和沉淀池的運(yùn)行情況，其經(jīng)驗(yàn)如下。原水渾濁度為200度左右時(shí)，在絮凝池進(jìn)口處如已能看到細(xì)小密集的礬花顆粒，隨著絮凝池內(nèi)流速的逐漸減小，礬花越結(jié)越大，到了絮凝池的出口處，礬花已經(jīng)結(jié)大，水中礬花清晰分離，看上去像秋天的成堆云塊在水里流動(dòng)。進(jìn)入沉淀池后，礬花與水分離而下沉，池內(nèi)的水就逐步變清。到沉淀池出口處，水的渾濁度可以滿足進(jìn)入慮池的渾濁度要求時(shí)，說(shuō)明運(yùn)行正常，混凝劑投量適宜。至于沉淀水的渾濁度是多少才合適，要由當(dāng)時(shí)的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)決定，比如過(guò)去設(shè)計(jì)時(shí)，沉淀水渾濁度采用10度以下，現(xiàn)在有了新的水質(zhì)規(guī)范，沉淀水渾濁度可能需要降低到2~3NTU甚至小于1NTU,才可進(jìn)入濾池，要求更高了。如果絮凝池后部已經(jīng)出現(xiàn)泥水分離，并且在進(jìn)入沉淀池后礬花很快沉淀，說(shuō)明混凝劑投加過(guò)量。反之，如果絮凝池中可看到細(xì)小礬花，但在沉淀池進(jìn)口處還沒(méi)有泥水分離現(xiàn)象，說(shuō)明混凝劑投加量不足。原水渾濁度在50度以下時(shí)，因?yàn)樗心z體顆粒的數(shù)量較少，結(jié)成的礬花一般像小雪花，密度小，顆粒不結(jié)實(shí)。在絮凝池進(jìn)口處不能清楚看到礬花，直到絮凝池中段和出口處才看到有小雪花般的礬花。進(jìn)入沉淀池后，礬花隨沉淀池水的流動(dòng)而逐步下沉，表明運(yùn)行正常，混凝劑投量適宜。但這種礬花下沉慢，受到風(fēng)浪或低溫影響時(shí)，會(huì)有少量礬花從沉淀池流出，但因數(shù)量較少對(duì)沉淀池出水渾濁度影響不大。如沉淀池進(jìn)口處已看到礬花和水分離，水路分明，而出口處卻有大量礬花帶出，出水渾濁度較高，表明投藥量過(guò)大。如在絮凝池出口處和沉淀池進(jìn)口處見(jiàn)不到小雪花狀的礬花，同時(shí)也沒(méi)有泥水分離現(xiàn)象，說(shuō)明投藥量不夠。原水渾濁度低于10度時(shí)，不能直接過(guò)濾，還是需要投加少量混凝劑，否則沉淀水的渾濁度增高，會(huì)因此縮短過(guò)濾周期，增加沖洗水量和制水成本。有時(shí)過(guò)濾效果不好，甚至慮后水的渾濁度幾乎和慮前相等。雖然這時(shí)降低慮速能使出水渾濁度達(dá)到要求，但因水廠運(yùn)行需滿足產(chǎn)水量等原因，并不允許隨意降低慮速。因暴雨等原因使原水渾濁度突然升高，如發(fā)現(xiàn)絮凝池后部的礬花很少，而沉淀池進(jìn)口處表層水很清，可是水面下1m處卻看到渾水進(jìn)入，這是沉淀池水質(zhì)即將變壞的預(yù)兆。上清下渾是因?yàn)楹髞?lái)進(jìn)池的渾水比沉淀池內(nèi)的水重，產(chǎn)生了異重流。如不及時(shí)增加投藥量很好混凝，等到沉淀池的上層清水逐漸流光，池水將全部變渾。這時(shí)除了立即投加過(guò)量混凝劑外，還要分析原水堿度夠不夠，是否需要加石灰以提高堿度等。投加過(guò)量混凝劑的時(shí)間要延續(xù)到原水水質(zhì)好轉(zhuǎn)時(shí)為止本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)控制加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要根據(jù)地區(qū)和水質(zhì)不同，例如混凝劑品種、流量、水溫、pH值、溶解氧和咸度等都會(huì)影響混凝效果，熟練的運(yùn)行人員憑自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，就能很好進(jìn)行控制。如臭味、氨氮和耗氧量較大時(shí)，可先做混凝攪拌試驗(yàn)，再總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)所選用的水源是黃河水，它的pH值、溶解氧、色度和咸度等基本不變，所以在加藥之前，通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者多年經(jīng)驗(yàn)決定混合比例。水溫平時(shí)基本沒(méi)有變化，只隨季節(jié)變化，并且由于之前經(jīng)過(guò)了原水箱，所以它的變化不會(huì)太大。其變化因素基本忽略不計(jì)。如有時(shí)隨季節(jié)變化太大時(shí)，會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)適當(dāng)人為改變混合比例。所以主要影響加藥量的因素為流量。所以選用了流量比值控制，其詳細(xì)設(shè)計(jì)如下。首先是混凝劑的選定，在所有混凝劑中，聚合氯化鋁是一種無(wú)機(jī)高分子混凝劑，簡(jiǎn)稱PAC。聚合氯化鋁的投加方式與一般混凝劑相同，投加的溶液濃度不應(yīng)低于5%。投加后能夠生成高價(jià)聚合陽(yáng)離子，在電性中和及架橋作用下使水中膠體相互絮凝。并且聚合氯化鋁溶液的腐蝕性小，產(chǎn)生的礬花顆粒大，沉淀性能良好，產(chǎn)生污泥量少，混凝效果優(yōu)于硫酸鋁，投藥操作方便，成本較低，適用的pH值范圍為5~9，其范圍較廣，并且適應(yīng)低溫、高色度水的處理。由于本設(shè)計(jì)中以黃河水為原水，并且是北方的水廠，所以溫度較低，色度較高，所以選用聚合氯化鋁，成本不僅低并且能夠達(dá)到工藝要求。其次是投藥過(guò)程中所涉及的控制系統(tǒng)，其中，首先是將聚合氯化鋁配成一定濃度溶液，在配溶液的過(guò)程中，第一，控制的是混合器的液位，選用的是單閉環(huán)控制，而在此配合的過(guò)程中，為了使溶液濃度一定，應(yīng)使稀釋水和藥的投加量成比例加入，并進(jìn)行不斷的攪拌，使其混合（）。第二，在配溶液的過(guò)程中還應(yīng)有比值控制，即以加藥量隨著稀釋水的流量變化而變化。其次是藥物混合液的投加，由于藥物混合液的投加是隨著原水流量而變，所以，此處選用比值控制（），從而達(dá)到控制效果。 配藥控制系統(tǒng)圖 加藥控制系統(tǒng)圖 加藥系統(tǒng)測(cè)控儀表選型該測(cè)控系統(tǒng)包括一個(gè)串接控制系統(tǒng)、兩個(gè)比值控制系統(tǒng)。這三個(gè)控制系統(tǒng)，共涉及工藝參數(shù)三個(gè)（流量、液位、速度），、。 液位流量串接控制 配藥開(kāi)環(huán)比值控制 加藥流量單閉環(huán)比值控制在這些控制系統(tǒng)中，涉及到了兩個(gè)工藝過(guò)程參數(shù)，即流量、液位，具體有液位的檢測(cè)、原水流量的檢測(cè)、稀釋水流量檢測(cè)以及控制、溶液管道流量檢測(cè)以及控制。在這些檢測(cè)和控制中，關(guān)于儀表選型等，如下所述。（1）流量檢測(cè)儀測(cè)定流量用的儀表叫做流量計(jì)，它是水廠進(jìn)行生產(chǎn)管理、計(jì)量和經(jīng)濟(jì)核算的必須儀表。水廠中使用的水和藥劑的流量計(jì)類型非常多，在費(fèi)用、可靠性、精確度和維護(hù)保養(yǎng)等方面各有其優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于流量計(jì)形式的選擇，要考慮本身水頭損失小，耗能也小，價(jià)格適宜，經(jīng)久耐用，計(jì)量準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠，類型不要過(guò)多以便于維修。流量計(jì)有不同形式，有些只能指示某一瞬時(shí)的流量，有些可以指出一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量，也就是在該段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的總水量。水廠使用的流量計(jì)大致有文氏管流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、插入式渦輪、渦街流量計(jì)等，分述如下：①差壓流量計(jì) 差壓（DP）流量計(jì)是根據(jù)管道中的流量和節(jié)流裝置倆側(cè)壓力差的平方根成正比的原理來(lái)測(cè)定流量，節(jié)流裝置有文丘里管、孔板和噴嘴等。差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置量出壓差，差壓變送器把壓差轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，運(yùn)算器計(jì)算流量，然后在顯示器中顯示流量值。所有差壓流量計(jì)所測(cè)的流量，由變送器發(fā)出4~20mA的直流電（DC）信號(hào)，通過(guò)電子裝置轉(zhuǎn)換為流量讀出。新型的差壓變送器采用微處理器，有很高的精確度。差壓式流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低。②電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)可用于測(cè)定含有大量懸浮固體的水，或適用于在很大流量范圍內(nèi)有高測(cè)量精度要求時(shí)。只要水的電導(dǎo)率大于5—20181。S/cm,測(cè)量值更不受水壓、溫度、黏度、密度和電導(dǎo)率的影響。電磁流量計(jì)是根據(jù)管道中的流速來(lái)測(cè)定流量，在管道內(nèi)裝一對(duì)電極，使管道在磁場(chǎng)作用范圍內(nèi)，能導(dǎo)電的水在管中流過(guò)時(shí)，切割磁場(chǎng)的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)和平均流速承正比，電勢(shì)通過(guò)電極引出。流量大則感應(yīng)電勢(shì)高，流量小感應(yīng)電勢(shì)低，測(cè)定電勢(shì)就可知道管中水的瞬時(shí)體積流量。電磁流量計(jì)的傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器（放大器）配套使用，倆者的安裝距離有一定要求。傳感器安裝在管道上，將管中的流量轉(zhuǎn)化為交流的毫伏級(jí)信號(hào)，轉(zhuǎn)換器將信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成10mA直流電信號(hào)輸出，配套的其他儀表可進(jìn)行記錄和控制。電磁流量計(jì)的傳感器所發(fā)出的流量信號(hào)很小，為減少干擾信號(hào)，應(yīng)有接地線，接地線用直徑1~2mm的銅絲，埋在深度至少1m的地下接地棒上，不允許把地線接在公共地線或自來(lái)水管上。在傳感器附近不應(yīng)有電力設(shè)備和其他強(qiáng)磁場(chǎng)，也不要在連接管道上進(jìn)行電焊，以免影響儀表正常工作。測(cè)量時(shí)管道內(nèi)必須滿流。長(zhǎng)期使用后，管道內(nèi)壁會(huì)結(jié)垢，必須定期清洗。傳感器水平安裝時(shí)應(yīng)低于連接管道，垂直安裝時(shí)水流方向應(yīng)從下向上，否則會(huì)有很大的干擾信號(hào)，甚至不能使用。測(cè)量點(diǎn)前后應(yīng)有直管段，上游應(yīng)不小于5D（管道直徑），下游不小于2D。從傳感器引出的信號(hào)線不能和電源線平行，也不能穿在