某含鉛廢水處理系統的自動控制設計

李　偉　王　帆

(1.天津市濱海市政建設發展有限公司；2.中鋼集團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的自動控制設計

李偉1王帆2

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

摘要以調試運行和經驗參數為依據確定含鉛廢水處理工藝參數，常出現系統運行指標不穩定的問題。某電鍍廠含鉛廢水采用沉淀法與吸附法組合工藝除鉛，根據鉛離子在不同廢水pH區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，提出了處理系統進水量、液堿和PAC投加量、PLC整體控制等關鍵點的自動控制設計，并確定了自動控制的設備及參數。應用結果表明，處理系統自動控制的運行，實現了各關鍵點運行參數的實時監測，出水達標指標穩定，無需工作人員專職蹲守，經濟效益明顯。該系統的自動控制設計，對其他廢水處理系統的自動化改進具有一定的借鑒作用。

關鍵詞含鉛廢水自動控制PACPLC

鉛是工業生產中常見的元素之一，鉛及鉛的可溶性鹽都有毒性，如在人體內積累，易引起貧血、神經炎等病癥。含鉛廢水主要由電池生產及電鍍行業產生，通過污染土壤和地下水，嚴重危害人體健康和動植物生長。鉛作為國家嚴控的第一類污染物，不分行業、排放方式及受納水體的功能類別，一律在車間達標排放。

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，通過對廢水中的鉛離子進行轉移、固化、阻隔等，達到去除鉛污染的目的。對某電鍍廠含鉛廢水沉淀法與吸附法結合的處理系統進行自動控制設計，以穩定出水指標，實現系統自動運行和參數監測。

1含鉛廢水指標

(1)水量40 m3/d。設計廢水處理系統日運行時間8 h，設計處理水量5 m3/h。

(2)廢水pH為3.4，含鉛228.0 mg/L。

(3)出水要求需滿足《電鍍污染物排放標準》(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工藝流程設計

根據含鉛廢水量和實際場地條件，為降低處理運行成本并使出水指標合格、穩定，選擇沉淀法與吸附法組合的處理工藝，工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程示意

含鉛廢水經提升泵提升至調節水箱，調節水質、水量后流入混合反應箱，投加液堿調節廢水pH至9.0～9.5，使鉛離子轉換成氫氧化物，混合反應后進入絮凝反應箱，投加PAC加速絮凝氫氧化物，通過PAC架橋吸附作用進一步除鉛。絮凝后廢水流入斜管沉淀池，進行固液分離。上部液體泵入活性炭過濾器，通過活性炭的吸附作用除去氫氧化物沉淀和鉛，然后通過出水箱達標排放。出水箱也作為水源箱對活性炭過濾器進行反沖洗。沉淀池底部沉泥由污泥泵定期輸送到帶式壓濾機進行機械脫水，泥餅定期外運。壓濾機濾液與反沖洗廢水全部返回生產廢水水池，重新進入廢水處理系統。

3自動控制設計

對該含鉛廢水處理工藝的進水量、液堿投加量、PAC投加量等關鍵點進行自動控制設計，以確保系統運行穩定，廢水排放達標。

3.1進水量自動控制設計

將2臺液位計分別設置于廢水池(已建地下廢水收集池)和調節水箱中。前者如檢測到廢水池液位低于設定液位，則發出低液位報警停泵信號，關閉提升泵，廢水處理系統全部關閉，系統停止運行；后者設高低位信號，高液位時關閉提升泵，低液位時啟動提升泵。進水量控制原理見圖2。

圖2　進水量控制原理

3.2液堿投加量自動控制設計

在混合反應箱出水口設置pH計，監測出水pH值并反饋到PLC控制平臺。如低于平臺設定值，則提高液堿變頻泵功率，增大液堿投加量；如高于設定值，則降低液堿變頻泵功率減少液堿投加量。

3.3PAC投加量控制

在絮凝反應箱出口設置氧化還原電位計(ORP計)和pH計，根據連續調試運行結果設定ORP計控制值(初始可設定為110 mV)。當ORP計監測值低于設定值時，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作為輔助控制參數進行調整。PAC計量泵與斜管沉淀池污泥泵聯動，與污泥泵同時啟閉。自動控制原理見圖3。

圖3　PAC投加量自動控制原理

3.4反沖洗泵自動控制設計

設定兩種控制方式：①定時沖洗，在PLC控制平臺設定反沖洗周期，如1周沖洗1次，系統停止運行時進行沖洗；②人工遠程開啟反沖洗，通過分析出水效果，手動操作PLC控制平臺啟動反沖洗水泵。

3.5PLC整體控制

PLC控制是系統運行穩定與達標排放的關鍵，需實現3個控制目標：①能在PLC控制平臺顯示所有設備的運行狀況和監測參數，如進水流量等；②能實現以上自動控制和聯動控制；③能實現遠程控制和基地控制的切換，并以基地控制優先。

4設備及參數

該處理系統主體設備及自控輔助設備參數見表1、表2。

表1　主體設備及參數

5應用效果

系統建成后，在調試期內對運行參數的確認，重新設定PLC控制平臺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個月左右更新1次。系統整體運行指標穩定，出水達標排放，大大減輕了人工操作強度及難度。

6結論

沉淀法去除含鉛廢水中的鉛離子時，其他重金

表2　輔助自控設備及參數

屬離子的存在會干擾去除效果，pH值實際控制區間與理論區間有一定差別。水質、水量的穩定對處理效果也有較大的影響，調節水箱的調節作用能較好地解決這一問題。由于鉛離子在溶液pH超過一定值時會發生重溶，加大處理難度，pH值和ORP計的實時監控、反饋可以最大限度地避免該現象。PLC整體控制能對各個關鍵點的自動控制設計和參數進行顯示，有利于故障的及時發現和處理，保證該含鉛廢石處理系統自動控制的穩定運行，保證出水達標排放。

(收稿日期2016-02-17)

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