PH自動(dòng)控制系統(tǒng)在粘膠纖維污水處理中的應(yīng)用

李惠潔

（新鄉(xiāng)化纖股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453011）

PH自動(dòng)控制系統(tǒng)在粘膠纖維污水處理中的應(yīng)用

李惠潔

（新鄉(xiāng)化纖股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453011）

本文介紹了PH自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)在粘膠纖維生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。

污水處理；PH；中和反應(yīng)；PLC；自動(dòng)控制系統(tǒng)

1 概述

粘膠纖維生產(chǎn)排放的污水主要包括酸性和堿性廢水兩大類，主要含硫酸、硫酸納、硫酸鋅、燒堿、有機(jī)物、纖維素磺酸酯等。為了減少處理費(fèi)用并提高處理效果，其污水處理是根據(jù)各股廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，遵照以廢制廢、清污分流的原則，采用以物化處理為主、生化處理為輔的處理工藝。主要處理系統(tǒng)有以處理堿性粘膠廢水為目的的粘膠酸化處理系統(tǒng)、以處理酸性廢水為目的的中和沉鋅系統(tǒng)以及污泥脫水系統(tǒng)。在污水處理各工序中，PH是一個(gè)重要的工藝控制指標(biāo)，也是環(huán)保監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要考核指標(biāo)。不同的污染物成分需在不同的PH值下去除，其中纖維素磺酸酯在酸洗條件下可以分解生成纖維素，S2+在強(qiáng)酸性條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S從水中析出，Zn2+在堿性條件下(pH值為9～10)會(huì)生成不溶于水的Zn(OH)2沉淀去除等。為此我們?cè)谖鬯幚淼母鞴ば蛉绨姿岢亍⒎磻?yīng)池、酸化池、中和池、曝氣池和排放出口等分別配置了PH測(cè)量和控制系統(tǒng)，通過(guò)控制不同的酸堿度即PH控制來(lái)除去相應(yīng)的雜質(zhì)和有害氣體，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。

圖1 帶PH測(cè)量點(diǎn)的污水處理流程示意圖

2 PH控制系統(tǒng)

PH控制系統(tǒng)主要安裝在粘膠廢水的酸化處理及其反應(yīng)后的PH回調(diào)和濃酸廢水的沉鋅中和處理系統(tǒng)中，主要的控制系統(tǒng)如下。

2.1 粘膠廢水酸化池的PH控制系統(tǒng)

粘膠酸化處理系統(tǒng)是在酸化池內(nèi)由濃酸廢水與粘膠廢水發(fā)生中和反應(yīng)，同時(shí)在池底加曝氣吹脫，使堿性廢水中的纖維素磺酸酯等有機(jī)物分解，形成絮狀物，使其產(chǎn)生的H2S、CS2等氣體析出，并在此工序中降低廢水的COD濃度。PH控制系統(tǒng)由PH檢測(cè)儀表、PLC和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。PH測(cè)量信號(hào)輸入PLC控制器，PLC控制器根據(jù)測(cè)量值判斷和PID運(yùn)算等計(jì)算輸出相應(yīng)的控制參數(shù)給變頻器，通過(guò)改變變頻器的輸出頻率控制泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)整濃酸廢水的加入量，控制酸化池的PH值為2-3。酸化解析池的出水進(jìn)入中和反應(yīng)池進(jìn)行中和沉鋅處理。

2.2 二次沉鋅中和反應(yīng)池的PH控制系統(tǒng)

中和沉鋅系統(tǒng)是將酸性廢水與電石灰溶液（主要成分是Ca (OH)2）反應(yīng)，通過(guò)調(diào)整電石灰溶液的加入量來(lái)控制PH值，生成Zn(OH)2沉淀析出。PH檢測(cè)和控制是個(gè)大的滯后系統(tǒng)，也是一個(gè)非線性的系統(tǒng)，這給控制PH值造成了很大的困難，為保證鋅排放合格，在酸性水沉鋅工藝和設(shè)備上采取兩級(jí)控制，一次中和池和二次中和池，分別采用PH值測(cè)量和控制系統(tǒng)。銀酸性廢水波動(dòng)比較大，在一次中和池對(duì)PH進(jìn)行預(yù)調(diào)，控制范圍在5-8；二次中和池PH控制范圍在6-9，既可保證Zn2+合格，也可以保證排放水的PH合格。二次中和池PH控制系統(tǒng)流程圖（圖2）：PH測(cè)量信號(hào)輸入PLC控制器，PLC控制器根據(jù)測(cè)量值判斷和PID運(yùn)算等計(jì)算輸出相應(yīng)的控制參數(shù)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制電動(dòng)閥門的開(kāi)度，調(diào)整電石灰溶液的進(jìn)入量。

圖2 中和反應(yīng)池PH控制原理圖

3 PH控制設(shè)備的構(gòu)成

3.1 PH的測(cè)量設(shè)備

PH值是用溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)來(lái)表示的，是衡量水體酸堿度的一個(gè)值，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。PH測(cè)量設(shè)備由傳感器和變送器組成的。PH傳感器俗稱PH探頭由玻璃電極和參考電極兩部分組成，用玻璃電極與參比電極組成原電池，在玻璃膜與被測(cè)溶液中氫離子進(jìn)行離子交換過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量電極之間的電位差來(lái)檢測(cè)溶液中的氫離子濃度，從而測(cè)得被測(cè)液體的PH值，由于PH值與溫度有關(guān)，所以一般還要增加一個(gè)溫度電極進(jìn)行溫度補(bǔ)償。根據(jù)粘膠纖維生產(chǎn)廢水的特性,PH值的變化是非線性，污水中含的雜質(zhì)和氣體、泡沫較多，因此對(duì)檢測(cè)要求準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快，我們選用了梅特勒·托利多生產(chǎn)的pH在線測(cè)量系統(tǒng)。PH檢測(cè)探頭型號(hào)為inpro3250/120/pt100，是一種將玻璃電極與參比電極組裝在一個(gè)探頭殼體中的復(fù)合電極，電極內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償。變送器為pH2100e，可在室外現(xiàn)場(chǎng)安裝，能實(shí)時(shí)顯示pH值和溫度值，還可輸出4-20mA（0-20mA）模擬信號(hào)和溫度信號(hào)，方便與PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)的連接，并具有傳感器的診斷和自動(dòng)清洗功能。因污水處理池較大，池子高出地面許多，為便于日常維護(hù)檢修，減少污泥沉淀堵塞和泡沫對(duì)PH探頭的損壞和對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，我們自制了PH測(cè)量取樣器（圖3），并安裝在水池出口處地面，將污水處理池的出水引入取樣器中，PH探頭安裝在取樣器上進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。PH探頭和PH變送器之間用專用電纜連接，防止了干擾信號(hào)對(duì)PH準(zhǔn)確度的影響。PH探頭須定期清洗標(biāo)定、測(cè)量池的定期排污，保證測(cè)量準(zhǔn)確可靠。PH計(jì)的日常保養(yǎng)：PH儀傳感器的工作電極與參比電極之間的電子通路是通過(guò)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行的，工作電極玻璃膜的沾污會(huì)直接影響到測(cè)量。若要保持PH的測(cè)量敏感性和準(zhǔn)確性，玻璃探頭的清洗工作是十分重要的。在正常使用中應(yīng)每天清理一次探頭保護(hù)管周圍的雜物，以便使探頭接觸到的液體為實(shí)測(cè)介質(zhì)。每周對(duì)探頭進(jìn)行一次人工清洗，每三個(gè)月進(jìn)行定期校驗(yàn)。測(cè)量池要定期排污清理，防止污泥淤積。

圖3 PH取樣器示意圖

3.2 PLC控制系統(tǒng)

控制設(shè)備的下位機(jī)采用AB公司的可編程控制器SLC500系統(tǒng)，該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，有豐富的運(yùn)算、邏輯判斷和PID等控制功能。模擬量輸入模塊采用1746-NI8，模擬量輸出模塊采用1746-NO4I，開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用1746-OW16，開(kāi)關(guān)量輸入模塊采用1746-IB16等，可對(duì)污水池里系統(tǒng)的PH、流量、溫度、溶氧量、COD等各類工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采集和控制，控制器為1747-L551，內(nèi)置RS232和以太網(wǎng)絡(luò)接口，可與上位機(jī)以及其他SLC500系統(tǒng)通訊，進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。上位機(jī)采用商用計(jì)算機(jī)，軟件采用羅克韋爾公司的RSView32，該軟件是高度集成、基于組件并用于監(jiān)視和控制自動(dòng)化設(shè)備和過(guò)程的人機(jī)界面監(jiān)控軟件，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的SLC500進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取或者寫(xiě)入操作，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)有整個(gè)污水處理的自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要有污水處理系統(tǒng)流程圖、參數(shù)記錄報(bào)警圖、控制系統(tǒng)調(diào)整畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)監(jiān)視、報(bào)警畫(huà)面，歷史數(shù)據(jù)管理畫(huà)面，參數(shù)操作、調(diào)整畫(huà)面，顯示與參數(shù)調(diào)整。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理的各類參數(shù)的監(jiān)控，使得操作人員在控制室即可對(duì)PH測(cè)量值、及其他控制參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定、調(diào)整。對(duì)于PH控制系統(tǒng)，設(shè)定有PID控制調(diào)整畫(huà)面、上限和下限報(bào)警范圍、歷史趨勢(shì)記錄曲線等，有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換操作畫(huà)面，如果發(fā)生較大工藝異常，超出控制范圍，操作人員可以根據(jù)工藝異常狀況進(jìn)行判斷，有必要時(shí)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)控制，以確保PH控制在合格的范圍。

3.3 執(zhí)行器

中和沉鋅系統(tǒng)控制石灰水采用電動(dòng)V型調(diào)節(jié)閥，該閥具有一個(gè)近似等百分比的固有流量特性及高達(dá)300∶1的可調(diào)比，金屬硬密封結(jié)構(gòu)，V型缺口與閥座產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的剪切力能切斷雜質(zhì)，并具有自潔功能，避免閥門卡死現(xiàn)象發(fā)生。粘膠酸化處理系統(tǒng)控制酸性水調(diào)節(jié)的執(zhí)行器采用變頻器，通過(guò)控制進(jìn)酸泵電機(jī)輸入電壓的頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、起制動(dòng)方便靈活、能耗小的特點(diǎn)，有顯著的節(jié)能效果，用變頻器替代調(diào)節(jié)閥做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也解決了介質(zhì)對(duì)調(diào)節(jié)閥閥體的腐蝕問(wèn)題。

鑒于以上比較，南通新興熱電有限公司3臺(tái)75T/H的雙爐排鏈條爐的給煤、爐排的調(diào)速選用了變頻系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)與DCS的智能接口，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

4 PH控制效果

通過(guò)對(duì)PH控制系統(tǒng)中控制參數(shù)如PID、變頻器的參數(shù)設(shè)定、干擾過(guò)濾參數(shù)的整定、控制系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，PH參數(shù)能夠穩(wěn)定控制在工藝要求的范圍內(nèi)，保證了各類污染物的有效去除，保證了污水處理的穩(wěn)定可靠，使得七項(xiàng)考核指標(biāo)COD、BOD5、Zn、SS、PH、硫化物、色度全部達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

PH控制曲線如下（圖4）。

圖4 反應(yīng)池PH記錄曲線

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李惠潔(1960.11—),女,工程師,工作于新鄉(xiāng)化纖股份公司設(shè)備動(dòng)力處，從事電氣儀表及自動(dòng)化控制工作。

TM73

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1003-5168(2014)03-0107-02