PH自動控制系統在粘膠纖維污水處理中的應用

李惠潔

（新鄉化纖股份有限公司，河南 新鄉 453011）

PH自動控制系統在粘膠纖維污水處理中的應用

李惠潔

（新鄉化纖股份有限公司，河南 新鄉 453011）

本文介紹了PH自動檢測和控制系統在粘膠纖維生產污水處理系統中的應用。

污水處理；PH；中和反應；PLC；自動控制系統

1 概述

粘膠纖維生產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、有機物、纖維素磺酸酯等。為了減少處理費用并提高處理效果，其污水處理是根據各股廢水的水質特點，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。主要處理系統有以處理堿性粘膠廢水為目的的粘膠酸化處理系統、以處理酸性廢水為目的的中和沉鋅系統以及污泥脫水系統。在污水處理各工序中，PH是一個重要的工藝控制指標，也是環保監測的一個重要考核指標。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+在強酸性條件下可以轉變為H2S從水中析出，Zn2+在堿性條件下(pH值為9～10)會生成不溶于水的Zn(OH)2沉淀去除等。為此我們在污水處理的各工序如白酸池、反應池、酸化池、中和池、曝氣池和排放出口等分別配置了PH測量和控制系統，通過控制不同的酸堿度即PH控制來除去相應的雜質和有害氣體，達到排放標準（圖1）。

圖1 帶PH測量點的污水處理流程示意圖

2 PH控制系統

PH控制系統主要安裝在粘膠廢水的酸化處理及其反應后的PH回調和濃酸廢水的沉鋅中和處理系統中，主要的控制系統如下。

2.1 粘膠廢水酸化池的PH控制系統

粘膠酸化處理系統是在酸化池內由濃酸廢水與粘膠廢水發生中和反應，同時在池底加曝氣吹脫，使堿性廢水中的纖維素磺酸酯等有機物分解，形成絮狀物，使其產生的H2S、CS2等氣體析出，并在此工序中降低廢水的COD濃度。PH控制系統由PH檢測儀表、PLC和執行機構組成。PH測量信號輸入PLC控制器，PLC控制器根據測量值判斷和PID運算等計算輸出相應的控制參數給變頻器，通過改變變頻器的輸出頻率控制泵的轉速，調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入中和反應池進行中和沉鋅處理。

2.2 二次沉鋅中和反應池的PH控制系統

中和沉鋅系統是將酸性廢水與電石灰溶液（主要成分是Ca (OH)2）反應，通過調整電石灰溶液的加入量來控制PH值，生成Zn(OH)2沉淀析出。PH檢測和控制是個大的滯后系統，也是一個非線性的系統，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備上采取兩級控制，一次中和池和二次中和池，分別采用PH值測量和控制系統。銀酸性廢水波動比較大，在一次中和池對PH進行預調，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控制系統流程圖（圖2）：PH測量信號輸入PLC控制器，PLC控制器根據測量值判斷和PID運算等計算輸出相應的控制參數給電動調節閥，控制電動閥門的開度，調整電石灰溶液的進入量。

圖2 中和反應池PH控制原理圖

3 PH控制設備的構成

3.1 PH的測量設備

PH值是用溶液中氫離子濃度的負對數來表示的，是衡量水體酸堿度的一個值，是溶液中氫離子活度的一種標度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標準。PH測量設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，在玻璃膜與被測溶液中氫離子進行離子交換過程中，通過測量電極之間的電位差來檢測溶液中的氫離子濃度，從而測得被測液體的PH值，由于PH值與溫度有關，所以一般還要增加一個溫度電極進行溫度補償。根據粘膠纖維生產廢水的特性,PH值的變化是非線性，污水中含的雜質和氣體、泡沫較多，因此對檢測要求準確度高、響應快，我們選用了梅特勒·托利多生產的pH在線測量系統。PH檢測探頭型號為inpro3250/120/pt100，是一種將玻璃電極與參比電極組裝在一個探頭殼體中的復合電極，電極內置溫度傳感器，可進行溫度測量和自動補償。變送器為pH2100e，可在室外現場安裝，能實時顯示pH值和溫度值，還可輸出4-20mA（0-20mA）模擬信號和溫度信號，方便與PLC等自動控制系統的連接，并具有傳感器的診斷和自動清洗功能。因污水處理池較大，池子高出地面許多，為便于日常維護檢修，減少污泥沉淀堵塞和泡沫對PH探頭的損壞和對測量準確性的影響，我們自制了PH測量取樣器（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行連續測量。PH探頭和PH變送器之間用專用電纜連接，防止了干擾信號對PH準確度的影響。PH探頭須定期清洗標定、測量池的定期排污，保證測量準確可靠。PH計的日常保養：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被測介質進行的，工作電極玻璃膜的沾污會直接影響到測量。若要保持PH的測量敏感性和準確性，玻璃探頭的清洗工作是十分重要的。在正常使用中應每天清理一次探頭保護管周圍的雜物，以便使探頭接觸到的液體為實測介質。每周對探頭進行一次人工清洗，每三個月進行定期校驗。測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

控制設備的下位機采用AB公司的可編程控制器SLC500系統，該系統抗干擾能力強，可靠性高，有豐富的運算、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，開關量輸出模塊采用1746-OW16，開關量輸入模塊采用1746-IB16等，可對污水池里系統的PH、流量、溫度、溶氧量、COD等各類工藝參數及設備狀態進行采集和控制，控制器為1747-L551，內置RS232和以太網絡接口，可與上位機以及其他SLC500系統通訊，進行傳輸數據。上位機采用商用計算機，軟件采用羅克韋爾公司的RSView32，該軟件是高度集成、基于組件并用于監視和控制自動化設備和過程的人機界面監控軟件，可以對網絡中的SLC500進行數據讀取或者寫入操作，以實現上位機對現場的實時監測和控制。在上位機監控系統中，設計有整個污水處理的自動化控制和監測系統，主要有污水處理系統流程圖、參數記錄報警圖、控制系統調整畫面、實時趨勢監視、報警畫面，歷史數據管理畫面，參數操作、調整畫面，顯示與參數調整。通過編程實現了對污水處理的各類參數的監控，使得操作人員在控制室即可對PH測量值、及其他控制參數等進行設定、調整。對于PH控制系統，設定有PID控制調整畫面、上限和下限報警范圍、歷史趨勢記錄曲線等，有手動自動轉換操作畫面，如果發生較大工藝異常，超出控制范圍，操作人員可以根據工藝異常狀況進行判斷，有必要時轉為人工手動控制，以確保PH控制在合格的范圍。

3.3 執行器

中和沉鋅系統控制石灰水采用電動V型調節閥，該閥具有一個近似等百分比的固有流量特性及高達300∶1的可調比，金屬硬密封結構，V型缺口與閥座產生一個強大的剪切力能切斷雜質，并具有自潔功能，避免閥門卡死現象發生。粘膠酸化處理系統控制酸性水調節的執行器采用變頻器，通過控制進酸泵電機輸入電壓的頻率來改變電機的轉速，達到調節流量的目的。變頻調速系統具有效率高、調速范圍寬、精度高、起制動方便靈活、能耗小的特點，有顯著的節能效果，用變頻器替代調節閥做執行機構，也解決了介質對調節閥閥體的腐蝕問題。

鑒于以上比較，南通新興熱電有限公司3臺75T/H的雙爐排鏈條爐的給煤、爐排的調速選用了變頻系統，同時通過與DCS的智能接口，實現鍋爐燃燒系統的自動控制。

4 PH控制效果

通過對PH控制系統中控制參數如PID、變頻器的參數設定、干擾過濾參數的整定、控制系統能穩定運行，PH參數能夠穩定控制在工藝要求的范圍內，保證了各類污染物的有效去除，保證了污水處理的穩定可靠，使得七項考核指標COD、BOD5、Zn、SS、PH、硫化物、色度全部達到國家排放標準，取得了良好的經濟效益和社會效益。

PH控制曲線如下（圖4）。

圖4 反應池PH記錄曲線

[1]李金成.羅克韋爾PLC網絡通信與RS人機界面[M].北京：科學出版社，2011.

[2]黃家寶，張瑞志等.人造纖維工廠裝備[M].青島：青島海洋大學出版社，1993.

[3]張銀奎．淺談粘膠生產廢水處理[J]．科技風，2010，11．

[4]李方，陳龍，楊波等．粘膠廢水處理工程實例[J]．水處理技術，2008，34(7).

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

TM73

A

1003-5168(2014)03-0107-02