電氣自動化技術在水處理中的應用和發展

紀 巍

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300000）

0 引 言

隨著工業現代化的快速發展，電氣自動化技術已經成為工業發展的核心力量。由于地球上的水資源匱乏，如何將生活污水、工業廢水等不合格的水經過一系列的處理變成合格的水，進行二次利用是非常重要的。因此，電氣自動化技術在水處理的工藝中扮演著重要的角色。在保障產水合格的同時，提高了生產效率，并且在降低人力成本、資源能耗等方面起到了重要的作用。

1 電氣自動化技術的概況及特點

1.1 電氣自動化技術的概況

電氣自動化技術融入了電子技術、微機控制技術、計算機網絡技術、自動控制技術、信號處理技術等相關知識。電氣自動化技術是一門具有對各種電氣設備進行監測、診斷、控制等功能的綜合學科。在水處理工藝中有大量的電氣設備投入使用，電氣設備的性能和自動化控制水平的高低會直接影響到產水的效率和產水的品質。在水處理的工藝中引入國際和國內先進的電氣自動化技術，可以提高脫鹽率等一系列的指標，同時，在生產過程中可以實現對設備進行實時監督與控制，對設備的平穩運行起到了有效的保障。因此，在水處理領域中，電氣自動化發揮了不可忽視的作用。

1.2 電氣自動化技術的特點

1.2.1 有利于提高供電的質量

電氣自動化中的自動電壓控制功能，將電子通信技術、計算機技術、信號處理技術等應用于改善電能質量。當外界出現電壓波動或者出現故障時，系統會根據相關的數據變化自動調節補償裝置，從而保障電能質量，防止電氣設備保護的誤動作和拒動作。

1.2.2 有利于提高設備的平穩運行

電氣自動化技術具有自診斷的功能。將每臺設備都引入到DCS系統，通過DCS系統可以對電氣設備進行遙控、遙測、遙信等。當電氣設備發生故障時，系統會及時發現并且把故障設備快速的從系統中切除出去，保障了其他設備的平穩運行，不會擴大事故范圍。

1.2.3 經濟效益顯著

電氣自動化技術集成化程度高，其優勢體現在功能強大，結構緊湊，體積較小，節省空間，大大減少了占地面積。由于微處理器和集成芯片的市場相對成熟，價格方面占優勢，這樣大大減少了前期的投資費用和后期的維護費用。其次，采用電氣自動化技術可以少人或者無人操作完成生產，節約人力資源，降低人工成本。

2 電氣自動化技術在水處理行業中的應用

2.1 技術內涵和系統配置

水處理的工藝比較多樣化，根據原水的水質和產水的要求所需要的技術也多種多樣。其中有代表性的技術措施有MBR技術、雙模處理技術、EDI離子交換技術等。以某項目為例，該污水項目的自動控制系統采用了德國西門子公司的S7-200系列產品。在電量采集、流量采集、加藥、加氯等的CPU為CPU226。這個項目已經形成了一整套電氣自動化控制系統，這套電氣自動化系統能夠實現集中監控、感應、自動化處理與數據采集記錄的處理等功能，從而對整個污水項目進行全程監控，無論哪個環節出現問題都可以及時發現并解決，有效防止了事故的發生。工作原理是自動檢測現場各個設備和儀表的數據，進行實時反饋，將信號反饋到現場PLC和中心控制室，由控制室的計算機屏幕顯示出來。同時，在PLC和計算機程序上進行工藝參數設定，自動對某臺設備進行操作，從而滿足安全高效的生產需求[1]。例如：在線加藥，在線洗膜等，無需人工調節。

2.2 加氯控制系統的應用

有的水處理工藝中，只用過濾前加氯。即在原水過濾之前進行加氯控制，其中一個目的是要清除原水中含有的藻類等雜質；還有一個目的是殺菌，防止細菌滋生附著在設備上。有的水處理工藝中不但在原水過濾前加氯，在過濾之后也進行加氯控制，是為了對過濾后的水進行消毒。加氯控制要根據水的指標進行自動控制，一般使用方式是根據水處理工藝的流程按順序控制。原水過濾之前的加氯控制技術一般是按流量比控制，按照原水的指標和流量以固定的量進行加氯。當原水的水質反生變化時，加氯的量也會發生相應的變化。在水過濾之后進行的加氯控制技術，大多是采用復合環路的方法進行控制。原理就是在對水進行過濾之后對流量進行投加的控制，經過充分混合后對余氯進行檢測，根據檢測的數值控制投加的量，由此形成環路。這種控制方式相對于過濾前的加氯控制是比較復雜的。該污水項目為過濾前加氯，因此采用的控制方式為流量比方式[2]。

2.3 加藥控制系統的應用

在進行加藥工作時，自動控制系統根據產水的相關數據，按比例或者按時間自動使用阻垢劑、非氧化殺菌劑、還原劑等相關藥劑，從而保證產水合格。該自動控制系統的方式為復合環投加控制的方式，其控制原理是對原水流量進行相應比例調節，再根據產水的參數和加藥系統的設定值作系統比較，從而對原水量變化實現快速反應，并及時對投藥量進行調整。

2.4 電氣自動控制系統的應用

在水處理項目中，可以根據泵的液位計量將信號反饋到中央控制系統。通過自動控制系統對供水泵、高壓水泵、反洗水泵等的啟動和停止進行控制。例如：在RO裝置的反滲透高壓泵進出口裝有低壓保護開關和高壓保護開關。該電機的容量較大，一般選用變頻調速。當供水量不足使進入高壓泵的水壓低于某一設定值（一般為0.1 MPa），系統會發出信號，與此同時，高壓泵停止運行，保護高壓泵的使用壽命。當系統因誤操作或者其他原因使高壓泵的出口壓力超過某一設定值時，高壓泵的保護動作跳閘回路接通，高壓泵停止運行，保障系統內的其他設備不受影響，從而有效提高了產水的效率。這套系統采用先進的西門子工業控制系統，主要用于遠程控制、在線監測、在線加藥等。這套控制系統不僅有高性能低能耗的硬件，還有操作簡單、運行可靠、功能強大的軟件，并利用軟件進行在線編程和后臺監控等。該系統還可以實現遠方操作和就地操作的切換，在緊急狀態或非正常狀態下，對設備和閥門進行就地手動操作[3]。

3 結 論

隨著我國電氣自動化技術的迅猛發展，在很多領域都得到了廣泛的應用，特別是在水處理行業中更是發展迅速。先進的電氣自動化技術既能降低運營成本，又能保障甲乙雙方的利益，真正實現了雙贏。水作為人們日常生活和工業生產中必不可少的重要資源，產出合格的水是非常重要的。通過電氣自動化技術在水處理中的應用，不僅能提高水質提高產水量，還能有效降低能耗。隨著水處理工藝的不斷發展，電氣自動化也在不斷的發展，充分合理的利用先進的電氣自動化技術，既創造了社會效益又創造了經濟效益。

[1] 張 峰.智能控制在水處理工業中的研究和應用[D].長沙：中南大學，2009.

[2] 王鐵軍.水處理電氣自動化技術應用研究[J].科技創新導報，2012，（11）：71.

[3] 賀彥峰.電氣自動化的現狀及發展前景[J].建筑工程技術與設計，2017，（36）：2169-2170.