基于EP200SP分布式I/0的次氯酸鈉投加系統(tǒng)

引言

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)水廠普遍采用罐裝液氯對(duì)自來(lái)水進(jìn)行消毒處理,但液氯中含有氫氣,存在巨大的安全隱患,而次氯酸鈉可以代替液氯,不存在跑氣漏氣等安全隱患,且次氯酸鈉穩(wěn)定性好,可以保證對(duì)更遠(yuǎn)的管道進(jìn)行殺菌。本文以某水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為36萬(wàn)m3/d為例,為全面消除液氯消毒劑的安全隱患,將水廠原有的液氯消毒方式改為次氯酸鈉消毒,采用工業(yè)蠕動(dòng)泵投加次氯酸鈉。

1關(guān)鍵工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同工藝處理環(huán)節(jié)對(duì)余氯需求量不同,采用不同的設(shè)計(jì),工藝流程如圖1所示。

1.1前加氯

在沉淀池前每根DN2600原水管上設(shè)置前加氯點(diǎn),共計(jì)4處,前加氯主要消滅水中藻類微生物和細(xì)菌,延長(zhǎng)加氯消毒接觸時(shí)間,在前加氯環(huán)節(jié)中氯的最大投加率按4.0mg/L、有效氯20%計(jì)算,折合次氯酸鈉投加率為40mg/L。按溶液比重1.22計(jì)算,前加氯每點(diǎn)設(shè)計(jì)最大投量270L/h,共設(shè)置6臺(tái)209L/h的蠕動(dòng)泵,4用2備,控制方式為按原水流量比例自動(dòng)投加。1.2后加氯

在砂濾池DN1400出水管上設(shè)置后加氯點(diǎn),共計(jì)2處,用于超越深度處理系統(tǒng)時(shí)使用,活性炭濾池或膜池后加氯共用1個(gè)加氯點(diǎn),位于膜車間東側(cè)DN2200清水總管上。由于活性炭濾池后加氯、膜池后加氯和砂濾池后加氯不同時(shí)運(yùn)行,投加泵的設(shè)計(jì)按最多兩處濾后加氯點(diǎn)考慮,氯的最大投加率按3.5mg/L、有效氯10%計(jì)算,折合次氯酸鈉投加率為35mg/L。按溶液比重1.12計(jì)算,后加氯兩點(diǎn)投加時(shí)設(shè)計(jì)最大投量296L/h。兩個(gè)投加點(diǎn)共設(shè)置4臺(tái)蠕動(dòng)泵,2用2備,每臺(tái)最大流量為293L/h,對(duì)應(yīng)每個(gè)濾后投加點(diǎn),低流量時(shí)投運(yùn)1臺(tái),高流量時(shí)投運(yùn)2臺(tái),根據(jù)余氯反饋和流量比例自動(dòng)投加。

1.3補(bǔ)加氯

每座清水池后設(shè)置補(bǔ)氯點(diǎn)1處,共計(jì)2處,以備出廠水余氯不足時(shí)補(bǔ)充加氯,氯的最大投加率按1.0mg/L、有效氯10%計(jì)算,折合次氯酸鈉投加率為10mg/L。每點(diǎn)最大投量71L/h,共設(shè)置3臺(tái)75L/h的蠕動(dòng)泵,2用1備,根據(jù)余氯反饋和流量比例自動(dòng)投加。

2過(guò)程控制方法

前加氯為水廠消毒的第一道工序,通過(guò)流量比例控制（即定量投加）對(duì)水中病菌進(jìn)行粗略的殺菌處理。后加氯為進(jìn)入清水池前的一道工序,根據(jù)當(dāng)?shù)刈詠?lái)水公司要求,水中含氯量應(yīng)控制在3.5mg/L左右,簡(jiǎn)單的流量比例控制在原水波動(dòng)較大情況下會(huì)對(duì)水中余氯含量造成極大波

動(dòng)從而影響出廠水水質(zhì),故采用復(fù)合環(huán)路控制,利用余氯分析儀檢測(cè)水中余氯含量,通過(guò)PID方式調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵,保證水中余氯穩(wěn)定在3.5mg/L左右。補(bǔ)加氯為進(jìn)入自來(lái)水管網(wǎng)的最后一道投加工序,為保證出廠余氯值穩(wěn)定在1.0mg/L,采用復(fù)合環(huán)路控制方式。

2.1控制系統(tǒng)組成

本文控制系統(tǒng)采用西門子ET200SP分布式I/0結(jié)構(gòu)下的CPU2522SP-2PN型號(hào)的可編程邏輯控制器（PLC）為主控制單元,根據(jù)控制需求點(diǎn)數(shù),選用9個(gè)數(shù)字量輸入模塊、3個(gè)數(shù)字量輸出模塊、2個(gè)模擬量輸入模塊、3個(gè)模擬量輸出模塊,以及配備一面KTP2200BasicPN精簡(jiǎn)觸控屏。

2.2控制邏輯

2.2.2流量比例控制

流量比例控制即控制投加量與水流量成一定比例,為開(kāi)環(huán)控制,用戶根據(jù)出廠水余氯需求及相關(guān)在線余氯分析儀數(shù)據(jù),在HMI上手動(dòng)設(shè)置投加濃度,通過(guò)PLC程序計(jì)算調(diào)整相應(yīng)的加藥泵的輸出頻率,進(jìn)而改變次氯酸鈉投加流量,公式如下:

2.2.2復(fù)合環(huán)路控制

復(fù)合環(huán)路控制是流量比例控制與余氯反饋控制共同運(yùn)行的控制方式。在復(fù)合環(huán)路控制過(guò)程中,流量比例為主控流程,其投加濃度根據(jù)投加點(diǎn)的余氯分析儀的采樣余氯顯示值與設(shè)定值的偏差自動(dòng)調(diào)整,形成余氯反饋控制。

余氯反饋的具體修正過(guò)程為:

（1）計(jì)算余氯設(shè)定值與余氯分析儀顯示值的偏差e:

(2）將此偏差e代入P1D方程,計(jì)算出控制輸出的修正值U(t）,即投加濃度的調(diào)整值:

(3）根據(jù)計(jì)算出的U(t）,調(diào)整加藥泵的加氯量:

(4）在余氯滯后時(shí)間內(nèi),控制程序只連續(xù)檢測(cè)和顯示余氯,但不執(zhí)行控制算法,即不對(duì)加藥泵做投加量的調(diào)整:

(5）經(jīng)過(guò)余氯滯后時(shí)間后,執(zhí)行步驟1。即每經(jīng)過(guò)一個(gè)余氯檢測(cè)的滯后時(shí)間周期,根據(jù)余氯偏差調(diào)整加藥泵的流量比例"投加濃度"參數(shù),從而調(diào)節(jié)加氯量:逐步對(duì)偏差進(jìn)行修正,直到余氯達(dá)到設(shè)定值的允許范圍。

計(jì)算投加濃度的調(diào)整值的公式如下:

式中,U（t）為加氯量調(diào)整值:Kc為投加比例系數(shù):e為余氯差值。

3結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)水廠加氯系統(tǒng)的工藝需求進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)出了基于EP200sP分布式I/O的次氯酸鈉投加系統(tǒng),在減少人工勞動(dòng)力的前提下,有效控制了各環(huán)節(jié)水中的含氯量,保證了出廠水質(zhì)在可控范圍內(nèi)。