某含鉛廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

李　偉　王　帆

(1.天津市濱海市政建設(shè)發(fā)展有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

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某含鉛廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

李偉1王帆2

(1.天津市濱海市政建設(shè)發(fā)展有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

摘要以調(diào)試運(yùn)行和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為依據(jù)確定含鉛廢水處理工藝參數(shù)，常出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)不穩(wěn)定的問(wèn)題。某電鍍廠含鉛廢水采用沉淀法與吸附法組合工藝除鉛，根據(jù)鉛離子在不同廢水pH區(qū)間的沉降性能和溶解性，以及在溶液中的氧化還原電位等特性，提出了處理系統(tǒng)進(jìn)水量、液堿和PAC投加量、PLC整體控制等關(guān)鍵點(diǎn)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，并確定了自動(dòng)控制的設(shè)備及參數(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明，處理系統(tǒng)自動(dòng)控制的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了各關(guān)鍵點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出水達(dá)標(biāo)指標(biāo)穩(wěn)定，無(wú)需工作人員專(zhuān)職蹲守，經(jīng)濟(jì)效益明顯。該系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，對(duì)其他廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化改進(jìn)具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞含鉛廢水自動(dòng)控制PACPLC

鉛是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的元素之一，鉛及鉛的可溶性鹽都有毒性，如在人體內(nèi)積累，易引起貧血、神經(jīng)炎等病癥。含鉛廢水主要由電池生產(chǎn)及電鍍行業(yè)產(chǎn)生，通過(guò)污染土壤和地下水，嚴(yán)重危害人體健康和動(dòng)植物生長(zhǎng)。鉛作為國(guó)家嚴(yán)控的第一類(lèi)污染物，不分行業(yè)、排放方式及受納水體的功能類(lèi)別，一律在車(chē)間達(dá)標(biāo)排放。

目前含鉛廢水常用的處理工藝主要有離子交換法、沉淀法、電解法、吸附法、膜分離法等，通過(guò)對(duì)廢水中的鉛離子進(jìn)行轉(zhuǎn)移、固化、阻隔等，達(dá)到去除鉛污染的目的。對(duì)某電鍍廠含鉛廢水沉淀法與吸附法結(jié)合的處理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，以穩(wěn)定出水指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行和參數(shù)監(jiān)測(cè)。

1含鉛廢水指標(biāo)

(1)水量40 m3/d。設(shè)計(jì)廢水處理系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間8 h，設(shè)計(jì)處理水量5 m3/h。

(2)廢水pH為3.4，含鉛228.0 mg/L。

(3)出水要求需滿足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900—2008)中表2的排放限值要求，即鉛含量不大于0.2 mg/L，pH為6～9。

2工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)含鉛廢水量和實(shí)際場(chǎng)地條件，為降低處理運(yùn)行成本并使出水指標(biāo)合格、穩(wěn)定，選擇沉淀法與吸附法組合的處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　工藝流程示意

含鉛廢水經(jīng)提升泵提升至調(diào)節(jié)水箱，調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量后流入混合反應(yīng)箱，投加液堿調(diào)節(jié)廢水pH至9.0～9.5，使鉛離子轉(zhuǎn)換成氫氧化物，混合反應(yīng)后進(jìn)入絮凝反應(yīng)箱，投加PAC加速絮凝氫氧化物，通過(guò)PAC架橋吸附作用進(jìn)一步除鉛。絮凝后廢水流入斜管沉淀池，進(jìn)行固液分離。上部液體泵入活性炭過(guò)濾器，通過(guò)活性炭的吸附作用除去氫氧化物沉淀和鉛，然后通過(guò)出水箱達(dá)標(biāo)排放。出水箱也作為水源箱對(duì)活性炭過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗。沉淀池底部沉泥由污泥泵定期輸送到帶式壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械脫水，泥餅定期外運(yùn)。壓濾機(jī)濾液與反沖洗廢水全部返回生產(chǎn)廢水水池，重新進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。

3自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

對(duì)該含鉛廢水處理工藝的進(jìn)水量、液堿投加量、PAC投加量等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，廢水排放達(dá)標(biāo)。

3.1進(jìn)水量自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

將2臺(tái)液位計(jì)分別設(shè)置于廢水池(已建地下廢水收集池)和調(diào)節(jié)水箱中。前者如檢測(cè)到廢水池液位低于設(shè)定液位，則發(fā)出低液位報(bào)警停泵信號(hào)，關(guān)閉提升泵，廢水處理系統(tǒng)全部關(guān)閉，系統(tǒng)停止運(yùn)行；后者設(shè)高低位信號(hào)，高液位時(shí)關(guān)閉提升泵，低液位時(shí)啟動(dòng)提升泵。進(jìn)水量控制原理見(jiàn)圖2。

圖2　進(jìn)水量控制原理

3.2液堿投加量自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在混合反應(yīng)箱出水口設(shè)置pH計(jì)，監(jiān)測(cè)出水pH值并反饋到PLC控制平臺(tái)。如低于平臺(tái)設(shè)定值，則提高液堿變頻泵功率，增大液堿投加量；如高于設(shè)定值，則降低液堿變頻泵功率減少液堿投加量。

3.3PAC投加量控制

在絮凝反應(yīng)箱出口設(shè)置氧化還原電位計(jì)(ORP計(jì))和pH計(jì)，根據(jù)連續(xù)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果設(shè)定ORP計(jì)控制值(初始可設(shè)定為110 mV)。當(dāng)ORP計(jì)監(jiān)測(cè)值低于設(shè)定值時(shí)，提高PAC變頻泵功率，增加PAC投加量；反之，降低變頻泵功率。為避免PAC投加量過(guò)高降低廢水pH值，影響鉛的去除效果，將pH作為輔助控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。PAC計(jì)量泵與斜管沉淀池污泥泵聯(lián)動(dòng)，與污泥泵同時(shí)啟閉。自動(dòng)控制原理見(jiàn)圖3。

圖3　PAC投加量自動(dòng)控制原理

3.4反沖洗泵自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

設(shè)定兩種控制方式：①定時(shí)沖洗，在PLC控制平臺(tái)設(shè)定反沖洗周期，如1周沖洗1次，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)進(jìn)行沖洗；②人工遠(yuǎn)程開(kāi)啟反沖洗，通過(guò)分析出水效果，手動(dòng)操作PLC控制平臺(tái)啟動(dòng)反沖洗水泵。

3.5PLC整體控制

PLC控制是系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定與達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵，需實(shí)現(xiàn)3個(gè)控制目標(biāo)：①能在PLC控制平臺(tái)顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀況和監(jiān)測(cè)參數(shù)，如進(jìn)水流量等；②能實(shí)現(xiàn)以上自動(dòng)控制和聯(lián)動(dòng)控制；③能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和基地控制的切換，并以基地控制優(yōu)先。

4設(shè)備及參數(shù)

該處理系統(tǒng)主體設(shè)備及自控輔助設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1　主體設(shè)備及參數(shù)

5應(yīng)用效果

系統(tǒng)建成后，在調(diào)試期內(nèi)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的確認(rèn)，重新設(shè)定PLC控制平臺(tái)pH值和ORP范圍，最終出水鉛離子低于0.2 mg/L，pH為8.5左右，液堿及PAC1個(gè)月左右更新1次。系統(tǒng)整體運(yùn)行指標(biāo)穩(wěn)定，出水達(dá)標(biāo)排放，大大減輕了人工操作強(qiáng)度及難度。

6結(jié)論

沉淀法去除含鉛廢水中的鉛離子時(shí)，其他重金

表2　輔助自控設(shè)備及參數(shù)

屬離子的存在會(huì)干擾去除效果，pH值實(shí)際控制區(qū)間與理論區(qū)間有一定差別。水質(zhì)、水量的穩(wěn)定對(duì)處理效果也有較大的影響，調(diào)節(jié)水箱的調(diào)節(jié)作用能較好地解決這一問(wèn)題。由于鉛離子在溶液pH超過(guò)一定值時(shí)會(huì)發(fā)生重溶，加大處理難度，pH值和ORP計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋可以最大限度地避免該現(xiàn)象。PLC整體控制能對(duì)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和參數(shù)進(jìn)行顯示，有利于故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，保證該含鉛廢石處理系統(tǒng)自動(dòng)控制的穩(wěn)定運(yùn)行，保證出水達(dá)標(biāo)排放。

(收稿日期2016-02-17)

李偉(1981—)，男，工程師，300221 天津市河西區(qū)梅江南環(huán)島西路6號(hào)。