分析污水處理工程儀表選型及控制系統設計

王宇

摘要：本文根據實際項目情況，介紹了污水處理工程的基本工藝流程，控制系統的設計要求及本工程所采用的設計方案?？偨Y了污水處理工程中常用儀表及選型，分析了污水處理工程的典型控制系統組成。

關鍵詞：污水處理；控制系統；PLC

一、污水處理系統的工藝流程

污水處理依據原水水質的不同采用的工藝流程也不盡相同。在循環(huán)水上水管道凝汽器入口處開孔焊接管道和閥門，取循環(huán)水排污水，管網穿越廠區(qū)至循環(huán)水排污水處理站，來水管設置流量計，由于內蒙地區(qū)風沙較大，循環(huán)水懸浮物較高，因此在進入調節(jié)池前設置機械加速澄清池，經提升的循環(huán)水排污水經過加藥（酸、凝聚劑、殺菌劑）至自清洗過濾器，自清洗過濾器選用過濾精度為100m，去除水中的部分懸浮物及大顆粒雜質，然后送入超濾膜池，通過透過液泵送入超濾產水池。超濾產水通過RO低壓供水泵送入保安過濾器，通過高壓泵送入反滲透裝置。反滲透產水送入淡水池，通過淡水泵外送至鍋爐補給水系統生水箱和綜合蓄水池。反滲透濃水、超濾及反滲透化學清洗液自流入廢水池，經酸堿中和后，由廢水泵輸一部分送至廠外污水處理廠，一部分輸送至含煤廢水系統清水池。自清洗過濾器和超濾反洗水通過管道自流入原工業(yè)廢水調節(jié)池，經工業(yè)廢水處理裝置處理后作為循環(huán)水補充水。

二、污水處理系統的測點設置及儀表選型

（1）液位測點及液位儀表選型。

為了控制各水池及儲罐的液位通常需要在水池及儲罐處設置液位測點。本工程在污泥儲存池、原水調節(jié)池、超濾膜池、廢水池、淡水池、各加藥箱及酸、堿、次氯酸鈉儲罐上設置了液位測點。對于水池液位的測量考慮安裝及維護的方便通常選用超聲波液位計、投入式靜壓液位計或雷達液位計。超聲波液位計比雷達液位計價格優(yōu)惠，比投入式靜壓液位計維護方便。所以在水處理系統得到廣泛的應用。超聲波液位計利用波的反射計算距離，由于波有散射角度的問題所有超聲波液位計的安裝需要距池壁有一定的距離要求。對于超濾膜池由于池中要放置膜組件，如果無法保證超聲波液位計距池壁距離的要求，可采用投入式靜壓液位計。對于帶蓋板的水池需要在蓋板上預留導波管，導波管的長度不大于300mm。對于蓋板上有覆土并且覆土加蓋板厚度大于300mm的情況需要設置儀表井以保證超聲波液位計測量的精度。對于加藥箱及儲罐設置帶遠傳功能磁翻板液位計可實現就地指示及遠程監(jiān)視或控制功能。

（2）壓力測點及壓力儀表選型。為了保護超濾膜組件不因超壓而受損，在超濾膜池出水管上設置壓力測點。反滲透是用足夠的壓力使溶液中的水通過反滲透膜而分離出來，為了檢測反滲透膜組件是否正常工作，在反滲透膜組件各段進水及出水處分別設置壓力測點。為了觀察泵是否正常運行在各泵的出口設置就地壓力表。各種壓力變送器的測量原理基本相同，壓力變送器的選型要求選擇的精度滿足工藝測量的要求。

（3）流量測點及流量儀表的選型。為了監(jiān)測及控制超濾產水泵、超濾反洗水泵及反滲透高壓泵分別在上述泵的出口設置流量測點。通過流量調節(jié)變頻泵的頻率給定從而實現泵的變頻控制。另外還在機械加速澄清池入口、反滲透段間、超濾清洗泵、反滲透清洗泵及淡水泵出口設置流量測點，用于監(jiān)測相應的流量數據。流量儀表的種類多樣，原理也各不相同。水處理系統中在原水來水及污水排放處選擇電磁流量計比較合適，因為原水及污水通常電導率較高并且含有泥沙等雜質較多，對轉輪、渦街流量計及帶節(jié)流裝置的流量計會產生磨損及阻塞影響測量精度及流量計的壽命。對于經過沉淀處理含有泥沙雜質很少的水可以選擇孔板、轉輪等流量儀表。對于安裝在室外電導率很低的純水輸送管道，可選擇超聲波流量計，不易選擇孔板等帶引壓管的流量計，因為帶引壓管的孔板流量計冬天需要給儀表及引壓管伴熱。

（4）溫度測點及溫度儀表的選型。由于反滲透膜對溫度有使用限制，所以要在反滲透入口處測量水的溫度。另外為了保證超濾及反滲透清洗溶液的配比效果需要在超濾及反滲透溶藥箱中設加熱器并設置溫度測點來聯動控制加熱器保證溶液的合適溫度。水處理系統溫度一般都在0～100℃之間所以對于就地指示的選擇雙金屬溫度計對于遠傳的選擇熱電阻即可。

（5）分析儀測點設置及儀表選型。

1濁度。在超濾膜入口母管及超濾產水泵出口設置濁度儀監(jiān)測超濾產水水質情況并可分析判斷超濾膜的運行狀態(tài)。濁度儀基于光學原理運用光的散射理論進行測量，由安裝在支架上的濁度傳感器及變送器組成。由于水中的氣泡會對濁度傳感器的測量精度造成影響，在選型時要考慮濁度儀是否帶有消泡功能。對于測點在管道上的系統可選用帶流通池的濁度儀，對于測點在水池的系統可選用帶浸入式支架的濁度儀。

2PH。用不同材料制成的超濾膜對PH值的適應范圍不同，如果進水超過使用范圍，需要加以調整，所以在超濾入口母管設置PH測點，用以監(jiān)測入水PH是否滿足超濾膜的要求。為了監(jiān)測超濾及反滲透化學清洗溶液配置是否合格需要分別測量超濾及反滲透化學清洗溶液的PH值，為了保證廢水出水及淡水出水水質在廢水輸送泵及淡水泵出口分別設置PH測點。PH計也稱為酸度計，一般用來測量溶液中氫離子的活度。一般在水溶液中氫離子的濃度非常小，所有氫離子的活度基本和其濃度相等。根據能斯特方程，離子活度與電極電位成正比，因此可對溶液建立起電極電位與活度的關系曲線，測定電位即可確定氫離子的活度。對于測點在管道上的系統可選用帶流通池的PH計，對于測點在水池的系統可選用帶浸入式支架的PH計。PH計不同的電極測量范圍及工作溫度不同，可根據工藝參數選擇合適的電極，為了提高測量精度可選用內置溫度傳感器的電極。PH變送器根據現場情況選擇盤裝或現場型變送器。

3電導率。反滲透膜的主要作用是脫鹽，在反滲透裝置入口及出水處設置電導測點，可以有效監(jiān)測反滲透膜的運行狀態(tài)。電導率的測量通過一對或多對電極實現，為了實現準確測量需要溫度補償。對于測點在管道上的系統可選用帶流通池的電導率儀，對于測點在水池的系統可選用帶浸入式支架的電導率儀。

三、污水處理系統的控制系統配置及實現

控制系統由PLC實現系統控制和數據采集與處理，并通過網絡與操作員站及工程師站通訊。操作員站/工程師站配置工控機、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等。

（1）PLC部分。污水處理系統一般作為電廠水系統的一個子系統采用PLC控制比較經濟。本工程PLC設計采用合適的冗余配置并具有診斷至模件級的自診斷功能，使其具有高度的可靠性。系統內任一組件發(fā)生故障均不應影響整個系統的工作。PLC控制系統采用CPU雙機熱備、雙網冗余通訊的配置方案。CPU采取雙機熱備方式，每個機架的電源采取冗余電源模塊。PLC選用施耐德ConneXium系列。根據工藝流程并考慮適當備用量配置IO板卡數量如下：DI卡件15（32點），DO卡件10（32點），AI卡件20（8點），AO卡件6（8點）。

（2）上位機部分。本工程控制系統設置3臺上位機、其中兩臺操作員站、一臺工程師站。其中2臺操作員站的組態(tài)相同、可互為備用，即運行人員可在任—臺操作員站上監(jiān)視和操作污水處理系統。工程師站具有操作員站的所有功能并且具有系統配置、程序組態(tài)、畫面組態(tài)等功能。

（3）網絡結構部分。網絡結構方面，考慮網絡傳輸速度及PLC選型，選用基于工業(yè)以太網IO架構。PLC主站與從站之間采用不帶ConneXium管理型交換機的以太網RIO架構，主站與上位機采用帶ConneXium管理型交換機的以太網RIO架構。本工程控制系統電子設備間設置2臺交換機，PLC模塊通過雙絞線連接至交換機，交換機通過單模光纖連接至位于原中水控制室的上位機，從而組成一個配置完整、功能先進高效可靠的控制網絡。

四、結語

污水處理工藝流程多種多樣，儀表類型多樣，控制系統形式各異。本文介紹污水處理系統工藝流程，分析了污水處理系統常用測點的設置原因及儀表選型原則，最后探討了基于工業(yè)以太網的污水處理控制系統的配置方式。

參考文獻：

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