水处理的自动化控制

1、水处理行业的自动化控制1.1 在经济发展快速现在，我们在得到了金钱和快乐的时候，我们却忘了我们的水资源正受到迫害及污染。我们只顾及到了我们的感受，却忽略了大自然。它们其实也跟我们人类一样。如果我们把水全污染了，我们就无法生存。一个人可以不吃粮食几天，但绝对不能没有水一天。所以现在对保护水资源刻不容缓，随着科技的不断进步，把我们我们已经可以把污染的水进行处理，得到我们需要的工业上和生活上用的水。         我们都知道水的重要性，地球上75%都是水。但大部分的水资源都是不能直接食用的，只有少部分的淡水资

2、源是我们所能用到的。剩下不能食用的水资源就是海水。但我们现在已经有办法把海水转转化成淡水了，这就是我们当代技术的体现水处理设备。 水处理的主要任务是改善水质，即运用工程技术将原水中的杂质去掉，加工成符合生产和生活使用水质要求的成品水，并输送到用户，以及收集使用过的废水并处理到水质符合循环使用或排放要求。特别是在锅炉用水光伏行业用水中，为了做出高品质高质量的产品，对水的品质要求越来越高，对水的纯度也越来越高。1.2 水处理技术的简介简单讲，“水处理技术”便是通过物理的、化学的手段，去除水中一些对生产、生活不需要的物质的过程。是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝，以及缓蚀、阻垢

3、等水质调理的过程。由于社会水处理生产、生活与水密切相关，因此，水处理领域涉及的应用范围十分广泛，构成了一个庞大的产业应用。1.3 一般水处理方法和原理 常用的水处理方法有：(一)沉淀物过滤法、(二)硬水软化法、(三)活性炭吸附法、(四)去离子法、(五)反渗透法、(六)超过滤法、(七)蒸馏法、(八)紫外线杀菌法等一、沉淀物过滤法:沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物质清除干净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时,在管路中也会多加入几个滤器(filter)以清除体积

4、较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器(如石英沙等)或膜状滤器等。只要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对于溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。 二、硬水软化法:硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，*此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下: Ca2+2Na-EXCa-EX2+2N

5、a+1 Mg2+2Na-EXMg-EX2+2Na+1 式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之后，将原本含在其内的Na+离子释放出来三、活性碳吸附法:活性碳是由木头，残木屑，水果核，椰子壳，煤炭或石油底渣等物质在高温下干馏炭化而成，制成后还需以热空气或水蒸气加以活化。它的主要作用是清除氯与氯氨以及其它分子量在60到300道尔顿的溶解性有机物质。活性碳的表面呈颗粒状，内部是多孔的，孔内有许多约1Onm-lA大小的毛细管,1g的活性碳内部表面积高达700-1400m2，而这些毛细管内表面及颗粒表面就是吸附作用之所在。影响活性碳清除有机物能力的因素有活性碳本身的面积，孔

6、洞大小以及被清除有机物的分子量及其极性(Polarity)，它主要*物理的吸附能力来排除杂物，当吸附能力达饱合之后，吸附过多的杂质就会掉落下来污染下游的水质，所以必须定时利用逆冲的方式来清除吸附其上的杂质。四、去离子法:去离子法的目的是将溶解于水中的无机离子排除，与硬水软化器一样，也是利用离子交换树脂的原理。在这使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。阳离子交换树脂利用氢离子(H+)来交换阳离子;而阴离子交换树脂则利用氢氧根离子(OH-)来交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水，其反应方程式如下: M+x+xH-ReM-M-Rex+xH+1 A-z+zOH-ReA-Rez+zOH

7、-1 上式中的的M+x表阳离子，x表电价数，M+x阳离子与阳离子树脂上H-Re的氢离子交换，A-z则表阴离子，z表电价数，A-z与阴离子交换树脂结合後，释放出OH-离子。H+离子与OH-离子结合后即成中性的水。五、反渗透法:反渗透法可以有效的清除溶解于水中的无机物，有机物，细菌，热原及其它颗粒等，是透析用水之处理中最重要的一环。要了解"反渗透"原理之前，要先解释"渗透(osmosis)的观念。所谓渗透是指以半透膜隔开两种不同浓度的溶液，其中溶质不能透过半透膜，则浓度较低的一方水分子会通过半透膜到达浓度较高的另一方，直到两侧的浓度相等为止。在还没达到平衡之前，可以在

8、浓度较高的一方逐渐施加压力，则前述之水分子移动状态会暂时停止，此时所需的压力叫作"渗透压 (osmoticpressure)"，如果施加的力量大于渗透压时，则水份的移动会反方向而行，也就是从高浓度的一例流向低浓度的一方，这种现象就叫作"反渗透"。反渗透的纯化效果可以达到离子的层面，对于单价离于(monovalentions)的排除率(rejectionrate)可达90%-98%，而双价离子(divalentions)可达95%-99%左右(可以防止分子量大于200道尔敦的物质通过)。六、超过滤法:超过滤法与反渗透法类似，也是使用半透膜，但它无法控制离子

9、的清除，因为膜之孔径较大，约10-200A之间。只能排除细菌，病毒，热原及颗粒状物等，对水溶性离子则无法滤过。超过滤法主要的作用是充当反渗透法的前置处理以防止反渗透膜被细菌污染。它也可用在水处理的最后步骤以防止上游的水在管路中被细菌污染。一般是利用进水压与出水压差来判断超过滤膜是否有效，与活性碳类似，平时是以逆冲法来清除附着其上的杂质。 1.4 水处理的控制系统运行方式 根据水处理厂实际情况及工艺要求，水厂自控系统采用集散型控制和现场总线相结合的系统模式，由管理级和现场控制二级控制系统组成.控制系统有四种运行方式供用户选择，用户选择运行方式可通过现场控制柜或中央控制室控制柜上的按钮开关或人机界

10、面控制系统上的模拟转换开关进行。系统设定现场控制柜上操作按钮的优先级最高，人机界面控制系统的优先级高于中央控制柜上的按钮开关的优先级.一. 全自动控制 当系统处于全自动控制方式时，控制系统将按照工艺的要求，自动完成各工艺设备的运行，无需要人工的干预。在自动状态下能自动完成废水处理的全部流程。在此控制方式下，所有的现场或中控室的操作按钮全部无效。二半自动控制 当系统处于半自动控制方式时，可以要求某个工艺设备进行全自动方式而别的处于手动控制方式，且二者之间不会相互影响。这样当某个工艺设备有故障时，我们可以将其设定为手动控制，而别的仍处于自动控制。三手动控制 手动控制是就地手动，只要将系统设为手动方

11、式，我们只要按就地控制柜上的“启动”“停止”按钮,就可以对该工艺设备进行单步的手动控制。手动控制主要用于设备的调试和检修。 系统对每一个工艺泵设一组自动和手动控制的转换按钮和现场操作控制柜。四软手动控制 软手动是指通过人机界面进行手动控制的一种工作方式，当系统处于软手动工作方式时，可直接通过上位机或人机界面的键盘或鼠标直接对某个工艺的开关状态进行控制。无论系统处于何种工作方式，人机界面监控系统均能及时记录和实时检测系统的运行情况，如系统的水质、水量、设备的运行情况、水的电导和进出水流量值等重要参数。无论系统处于何种工作方式，电气系统均保证有可靠的性能，有足够的安全防护，保证设备和人身的安全。我

12、们在主控系统上设有急停开关。无论系统处于何种工作方式，控制时序可任意调节，控制系统有过流、缺相、过压、欠压等故障自动保护和声光报警等功能。广汽菲亚特污水处理站污水站的控制方案 一PLC的配置和系统组成 广汽菲亚特污水处理站电控的核心为一台PLC，放在废水处理站中央控制室的电控柜内，选用西门子300系列 PLC及其网络模块（profibus现场总线接口模块），通过profibus-DP通讯模块与现场总线I/O连接，组成集散控制系统。监控软件采用Simens WinCC V6.0 组态，操作人员通过计算机实现对整个系统的状态监视、远程操作、参数设置以及报警查看等功能。（1） PLC工作电源、pro

13、fibus-DP总线电源、I/O模块电源经过各自的隔离变压器接到电控柜电源总开关的前端；现场操作站电源经过隔离变压器接到电控柜电源总开关的后端；（2） PLC的I/O模块以32点为主；设备正常运行时有运行信号灯显示，当出现异常故障时有相应的显示和报警；（3）加强对PLC输出接点的保护：交流接触器线圈加阻容保护，PLC输出具有中间继电器转换接电磁阀,直流电磁线圈加续流二极管保护；二电控系统的配置电控设备含有：电控柜、现场操作站等。电控柜面板上有控制按钮、指示灯等。按钮类主要有系统的启动、停止、验灯、故障复位、急停等；指示灯类主要有控制电源、PLC电源、直流电源、控制电源、现场操作站电源、系统启动

14、、停止指示等，还有声光报警灯、设备故障组合指示灯。主控PLC电柜本方案配置一套PLC主控电柜，PLC组件的配置有电源、CPU、以太网模块、总线模块、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、存储器卡等。现场操作站在现场设置操作站，以实现对设备的现场就地控制和维护。在每个操作站的面板上，设置有手自动转换开关和紧急停止开关。电机的控制Ø 各电机回路配有低压断路器，交流接触器、热继电器组成的短路保护和过载、断相保护线路。Ø 电机正常运行时有运行信号灯显示，当出现异常故障时有组合指示灯显示，并有声光报警。Ø 小功率电机采用直接起动，电机功率在15KW及以上电机采用星三角启动。功

15、率15KW及以上的电机采用一个电流表显示工作电流。星三角在启动过程中，星型接法启动时，其带灯按钮闪烁；三角型接法运行时其带灯按钮常亮。液位、PH值、流量、压力的控制液位计、PH、流量、压力仪均配置相应的控制仪，将信号传送至显示仪表，显示仪表根据设定的值将输出信号 （420MA信号）送至PLC，并进行实时监测；当液位、PH值、溶解氧达到上、下限位时，进行声光报警。流量通过显示仪表，将输出信号 （420MA信号）送至PLC并进行实时监测。电动阀、电磁阀的控制每个控制阀门都有其手动、自动开关旋钮，手动时用来在本地操作方式下手动控制阀门的打开、关闭。控制阀门要有相应的开关到位反馈信号，并有各自的指示灯

16、来显示其开闭状态和工作内容。 三实现的控制功能Ø 废水处理站分为自动、手动两种工作形式，自动时全线在程序控制下自动运行；手动时，操作人员在现场操作站上进行操作。Ø 可以实现集中控制和现场就地控制Ø 具有以太网链接功能，可以向上一级网络系统提供所需生产信息Ø 实时监控设备的运行状况声光自动报警并显示通过网络之间数据传输，能够在触摸屏中实时监视废水处理站系统的运行状态、现场总线状态、液位、PH值、流量、溶解氧状态等工艺参数、记录和报警数据等的所有数据，并实时动态刷新四 .显示功能键盘和CRT是中央控制站人机对话、控制系统工作的重要工具，中央控制站的CRT应具

17、有以下显示和对话功能。 流程图工艺生产过程状态应以工艺流程图方式显示，图象由一系列图例系统组成，并可取出每幅图的局部进行放大，便于分幅，分组展示，流程图上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。当动态显示值改变时，设备图形的相应部位也随之改变，例如集水井水位置变化时，应随之改变图形的水位。各种画面不少于100幅。用户画面的动态刷新周期小于1秒，切换时间小于2秒。 测量值显示仪表测量值以棒状图形式动态显示，有上下设定值，设定值是可修改的。 报警显示过程检测或运转设备出现越限或故障时，流程图上相应的图例红光闪动，并发出报警声响加以提示。报警的笛声可以通过键盘或人机界面解除，闪动的红光继续保持，直至该

18、故障消除，闪动才停止。报警对象、内容、时间应列表记录及打印。除流程图上有报警显示外，应设若干幅全厂报警一览表，以便全面了解设备运行工况和报警的查询。 趋势图实时动态趋势曲线和历史曲线可显示在同一趋势图中，并可在运作画面中随时增加趋势曲线，方便操作员观察比较，趋势曲线>50条。 设定值中央控制室主机可以通过键盘启动和停止现场控制站的设备，也可由现场控制站PLC的人机界面控制该设备的启动和停止。（现场转换开关处于“遥控”状态）用现场控制箱按钮手动启动和停止前，将现场转换开关处于“手控”状态，发出手控信号，这时PLC控制被屏蔽分系统介绍1.总流程图2. 预处理系统下图为综合废水系统流程图，综合

19、废水经综合废水提升泵送往综合沉淀反应池进行加药处理，出水经斜底沉淀池沉淀后送往气浮装置，出水流向混合中和池。综合废水提升泵：两台，自动时一用一备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动启动代替A泵使用。当混合中和池池液位低于设定中液位，综合废水调节池液位高于设定中液位时，综合废水提升泵满足自动启动条件，当混合中和池液位高于设定高液位或综合废水调节池液位低于设定低液位时，综合废水提升泵自动停止。综合沉淀反应池搅拌机：两套共八台，与综合废水提升泵连锁运行，当综合废水提升泵运行时，搅拌机自动运行。综合气浮搅拌机：两套共八台，与综合废水提升泵连锁运行，当综合废水提升泵运行时，搅拌机自

20、动运行。综合溶汽水泵：两套共四台，自动时一用一备，正常启动A（C）泵，当A（C）泵处在手动位置或A（C）泵出现故障，B（D）泵自动启动代替A（C）泵使用。综合废水提升泵启动后，当溶气罐压力低于设定高限时，溶汽水泵自动启动；当溶气罐内到达设定液位时，进水电磁阀自动打开。综合废水提升泵启动后，氯磺铁、PAC、PAM-会自动启动向综合废水反应槽加药，同时H2S04、NaOH、石灰乳加药泵会根据反应槽PH情况自动选择加药调节PH值。事故废水提升泵：两台，自动时一用一备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动启动代替A泵使用。当混合中和池池液位低于设定中液位，事故废水调节池液位高于设定

21、中液位时，事故废水提升泵满足自动启动条件，当混合中和池液位高于设定高液位或事故废水调节池液位低于设定低液位时，事故废水提升泵自动停止。生活污水提升泵：两台，自动时一用一备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动启动代替A泵使用。当混合中和池池液位低于设定中液位，生活污水调节池液位高于设定中液位时，生活污水提升泵满足自动启动条件，当混合中和池液位高于设定高液位或生活污水调节池液位低于设定低液位时，生活污水提升泵自动停止。四、深度反应下图为深度反应系统流程图：中间水池存水经中间水泵送往深度沉淀池处理流向中间水箱，中间水箱存水经过滤水泵送往砂过滤器过滤后流向回用水池，然后经回用水泵

22、送往厂区用水点。中间水泵：三台，自动时一用两备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动启动代替A泵使用，当A泵和B泵处在手动位置或A泵和B泵出现故障，C泵自动启动代替A泵和B泵使用。当中间水箱液位低于设定中液位，中间池液位高于设定中液位时，中间水泵满足自动启动条件，当中间水箱液位高于设定高液位或中间水池池液位低于设定低液位时，中间水泵自动停止。深度沉淀反应池搅拌机：两套共八台，与中间水泵连锁运行，当中间水泵运行时，搅拌机自动运行。中间水泵启动后，PAC、PAM-会自动启动向深度反应槽加药。过滤水泵：三台，自动时一用两备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动

23、启动代替A泵使用，当A泵和B泵处在手动位置或A泵和B泵出现故障，C泵自动启动代替A泵和B泵使用。当回用水池液位低于设定中液位，中间水箱液位高于设定中液位时，过滤水泵满足自动启动条件，当回用水池液位高于设定高液位或中间水箱液位低于设定低液位时，过滤水泵自动停止。自动过滤器电动阀：正常运行时进水阀和出水阀自动打开，反洗阀全部关闭；当过滤器运行时间到达设定时间后，对应反洗阀打开，进水阀和出水阀关闭，过滤器进行自动反洗，反洗完成后，进水阀和出水阀自动打开，反洗阀关闭，过滤器重新回到过滤状态。【注意】电动阀门打开和关闭都是由电机带动，打开和关闭过程大约需要20S左右的时间；电机运行过程中会产生热量，请不

24、要频繁打开或关闭阀门以造成电机烧毁。五、生物反应器 下图为生物反应系统流程图：混合综合废水经混合污水提升泵送往生物反应器，生物处理后流向中间水池。混合污水提升泵：两台，自动时一用一备，正常启动A泵，当A泵处在手动位置或A泵出现故障，B泵自动启动代替A泵使用。当生物反应池液位低于设定中液位，混合中和池液位高于设定中液位时，混合污水提升泵泵满足自动启动条件，当生物反应池液位高于设定高液位或混合中和池液位低于设定低液位时，混合污水提升泵自动停止。HCR搅拌泵：两套共四台，当生物反应池处于非滗水状态时，搅拌泵都处于运行状态。HCR回流泵：两套共四台，当生物反应池处于非滗水状态时，回流泵都处于运行状态。

25、生物池风机：三台，两用一备，生物池处于非滗水状态时，两台风机都处于运行状态。六、超滤系统下图为超滤系统流程图。操作员如果启动超滤，点击超滤设备，显示窗口，点击“一键启动”按钮，当生水箱液位高于次低设定，超滤水箱液位低于次高设定，启动超滤，超滤左右出水阀门打开，5S后，超滤左右进水阀打开，超滤升压泵启动，超滤运行。运行时间到，超滤升压泵停止运行，超滤左右进水阀门关闭，5S后左右出水阀关闭，进出水阀关到位后，超滤左右反洗出水阀打开，5S后，左右反洗进水阀打开，反洗发开到位后，超滤反洗泵运行，超滤进行反洗，反洗时间到，停超滤反洗水泵，关闭左右反洗进水阀，5S后，关闭左右反洗出水阀，超滤运行一个周期结

26、束，继续正洗。当满足超滤停止条件，即生水箱液位低于低设定或者超滤水箱高于高设定，再或者按下“一键停止”，超滤关进出水阀，开反洗水阀，反洗后不再运行。如果现场存在特殊情况，紧急制水，不想让水箱液位参与设备启停，启动设备时可以点击强制启动，这时候操作员需多注意水位，谨防水箱打空，水泵空转，这时候画面上也会提示此设备“强制运行”，设备整体变成黄色。（反渗透系统也遵从此控制方式）。注1：3台超滤升压泵其中1号为工频，2、3变频，运行先启变频泵再起工频泵，变频泵为轮回切换运行。2台超滤反洗泵是人为选择启动的，点击画面上显示选择“1#反洗泵”时画面上提示选择“2#反洗泵”时，画面上提示。注2：当超滤设备存

27、在缺陷，点击“禁止启动”，设备将不会启动，处理后点击“取消禁止”，设备就会正常启停。（反渗透系统也遵从此控制方式）。超滤运行时间及反洗时间根据现场要求，在超滤系统流程图中进行修改，目前运行时间设定为1800S。超滤反洗泵运行时间为60S，当反洗次数达到设定值，目前设定为64次，超滤进行加强反洗，或者点击画面上，显示 选择强制加强反洗。加强反洗各个部分时间设定也可在画面中修改。超滤加强反洗：满足超滤加强反洗条件，超滤左右反洗进出水阀打开，阀门全部开到位，超滤反洗泵运行，运行时间为120秒，运行时间到，反洗泵以正常反洗一半流量进行超滤反洗、加酸（盐酸），运行时间为90秒，然后浸泡600秒，进行第二

28、次反洗，反洗时间为150秒，反洗时间到反洗泵以正常反洗一半流量进行超滤反洗、加碱（氢氧化钠和次氯酸钠），运行时间为90秒，然后第二次浸泡600秒，进行第三次反洗，反洗时间为150秒，反洗时间到反洗泵以正常反洗一半流量进行超滤反洗、加酸（盐酸），运行时间为90秒，然后第三次浸泡600秒，进行第四次反洗，反洗时间为150秒，反洗时间结束，加强反洗结束。七、反渗透系统下图为一级反渗透系统流程图：一级反渗透系统：点击“一键启动”，当超滤水箱液位高于次低设定，淡水池液位低于次高设定，启动一级反渗透。浓水排放阀立即打开，开到位后，进水慢开门打开，与此同时，反渗透升压泵运行，慢开门开到位，阻垢剂与还原剂加药

29、，反渗透升压泵运行3分钟后，慢开门关闭，停止加药，当慢开门关到位，再立即打开，同时高压泵启动，当慢开门开到位，继续加药，高压泵运行1分钟，浓排阀关闭，反渗透正常运行。点击“一键停止”，或者反渗透满足停止条件，即当超滤水箱液位低于低设定或者淡水池液位高于高设定，高压泵立即停止，反渗透入口慢开阀关闭，升压泵延时10秒停止，浓水排放阀打开，当进水慢开门关到位，浓排阀开到位，冲洗水阀打开，5秒后冲洗水泵运行，运行时间到，冲洗水泵停止，冲洗阀及浓排阀关闭，运行结束。在反渗透运行过程中，当高压泵运行，对应淡水池除碳风机运行。注1：当1号反渗透启动时，1#升压泵运行，2号反渗透启动时，2#升压泵运行，当1号或者2号反渗透存在问题，或者没有打自动，3号升压泵自动启动。注2：若反渗透长时间没有运行，防止内部膜结垢，可以点击画面上的，显示，然后进行单独的反冲洗，反洗时间可在画面中更改。（二级反渗透也遵从此控制方式）注3：当反渗透运行过程中，画面上高压泵前后给予压力低和压力高的提示，在刚刚启动