基于自控技術下的自來水廠水處理工藝研究

任淑軍

摘 要：近年來，工民用水量的逐年提升對自來水廠的水處理工藝提出了更高的要求，為提升凈化效率，傳統水廠的控制技術逐漸被淘汰，自控技術成為未來自來水廠發展的主流方向。本文闡述了自來水廠水處理自動化設計方案，對基于自控技術下的自來水處理工藝研究展開分析，旨在提升自來水廠自動化水平，為完善自來水凈化處理效率提供技術參考。

關鍵詞：自控技術；自來水廠；水處理工藝

0 前言

作為人口大國，人均淡水資源相對貧乏的事實使我國長期面臨著用水資源緊張的問題。近年來，國民經濟的迅速發展不僅提升了用水量的需求，對水質凈化標準也更加嚴格。為適應社會需求，自來水廠逐漸開始嘗試自動化技術應用以提升凈化處理效率，在自控技術發展的基礎上，引進先進水處理工藝以提升處理效率。基于自控技術下的自來水廠水處理技術研究對促進自來水行業自動化發展，保障凈化能力滿足社會發展需求具有重要意義。

1 現代自來水廠自動化控制系統

我國自來水廠長期以來處于不均衡、不徹底的發展局面，直至現在許多自來水廠的建設依然是為了解決“有無”的問題。由于自來水廠的重要社會職能，其穩定運營關系到居民的生活質量，而傳統的自來水廠凈化控制系統已不能滿足發展需求，凈化效率低下，水質凈化不達標等問題嚴重影響著居民的生活體驗。為提升生產效率，平攤凈化成本，提高水質和運輸效率，近年來許多三線以上城市的大型自來水廠逐步開始引進新型設備用于自動化控制系統建設，結合智能控制技術和計算機信息管理技術用于提升自來水廠的信息化水平，運用先進的數據處理能力輔助管理人員進行決策和方案調整，可以預見自來水廠的自控技術是現代化改進的主要方向[1]。

2 PLC控制系統與水處理工藝結合應用

PLC自動控制系統是專門用于工業環境下對產品和項目進行數字化控制的電子系統，目前，PLC控制系統已廣泛應用于大型現代化自來水廠和污水處理機構的自控系統建設過程中。由于大型自來水廠的蓄水池較多，凈化車間較為分散，為保證各部門溝通順暢，控制系統會根據工廠規模和實際生產情況將全廠分為多個子單元，運用DH局域網和4G+的移動通訊系統保障各部門之間的有效信息往來[2]。

自來水廠的全回收凈化流程由取水泵房開始，其主要職能是控制進水泵運作并監控水位。泵房機組的作業由清水池水位、送水泵流量、城區用水高峰期及市政供給水管道壓力決定；PLC信息錄入由吸水井液位模擬；取水泵房內的數據收集及作業情況則由PLC系統完成；凈水車間內的主要任務是對原水進行加藥和加氯預處理，加氯系統全程由計量泵、變頻器和電流儀按預定程序進行全自動控制，給藥量則依據原水的凈化程度決定。由PLC系統采集的原水信息會由系統計算渾濁度和流量對加氯量進行調節；濾池控制系統的控制對象包括沉淀池、反應池、洗濾池和相應配套設施。其主要工作內容是通過反復進行過濾和反沖洗作業控制池內的過濾水情況。反沖洗處理流程為：（l）開閥使水位降低；（2）開氣沖閥和鼓風機進行3min以上氣沖作業；（3）反沖洗泵運行；（4）打開水沖閥進行5min氣水反沖；（5）關閉氣沖閥和鼓風機進行水沖3min；（6）關閉所有沖閥和反沖洗泵；（7）開1min排氣閥，反沖洗流程結束。此環節PLC控制系統負責對各控制對象的工作進行智能分配和調節以及數據收集，通過控制清水閥的開啟幅度調節進出水量的大小和內池水位。最后是送水分站的控制管理，該部分的控制對象是送水泵、抽真空系統、排水系統及配套設備。PLC由主站收集的用水高峰及水泵流量信息對調度數據進行分析，輔助自來水廠管理人員進行供給水分配決策，并由PLC進行送水泵的開停和流量管理，PLC通過壓力值變頻器自動調節供水量和水壓環境，保障自來水廠整體凈化和供水的流暢運行[3]。

3 基于自控系統下的水處理工藝

3.1膜法水處理

膜法水處理首先是對水箱的控制，由于自動控制系統中各單元的啟動和控制都是由水箱水位提供信號，原水箱中的水位低于控制標準就會啟動超濾系統，超濾水箱水位高于水箱時就會啟動RO系統，水箱液位高于原水箱啟動EDI系統，運用水箱液位的自動化控制規范各設備運行；其次是對超濾系統的控制，超濾系統通過分子過濾將水中的雜質和有機物濾除，但濾除后的殘留物會堆積在膜上，積累到一定量后會阻礙超濾膜的凈化效果，影響超濾膜的使用壽命，因此需要在PLC的控制下定期對超濾膜進行清洗和維護，保持超濾系統的正常運行；然后是RO反滲透系統的維護，由于反滲透過濾需要通過對原水加壓進行膜滲透處理以限制大分子物質通過，因此對壓力泵的控制是自動化反滲透系統運行的關鍵，需要在原水區一側進行反沖洗，減少RO膜的結垢現象，通過PLC控制結構傾向，實現自動化系統對反滲透膜的控制；最后是EDI電除鹽系統的控制，其工作原理是通過收集反饋系統壓力信息，驅動電流和滲透膜兩端的電壓，提純淡水室內的預處理水，自動化系統要在水箱內有水的情況下運行，避免變電器負荷過高或干燒引起的損壞和故障，整體運行要在PLC控制下完成。

3.2生物預處理工藝

自控技術下的生物預處理的接觸池工作原理和傳統水處理模式有很大不同，對過程控制提出了較高的要求，需要在填料、曝氣、排泥等多個系統的協調下進行，使系統處理效率得到提升，降低了運行成本，簡化了操作流程。分階段進行曝氣控制，調節池內生物量，在完備的脫模設備支持下，通過檢測儀表監控池內生化狀態，生物預處理的全過程都在蓄水池內完成，不需啟用其他設備，只需要PLC等自控系統對預處理過程進行監控和數據收集，不占用過多時間，總體上提升了水質凈化的效率和質量，還降低了人工管理的成本。需要留意的是，生物預處理技術的生物膜上攜帶的微生物種類較多，包括厭氧菌、好氧菌、兼性菌等，投放前要對水質污染情況進行采樣，對原水內主要污染源進行類型分析，避免微生物菌群和水體環境沖突造成的凈化效果不良。例如在含氧量較低的水中投放好氧菌，則凈化效果會適得其反，相關管理人員需額外注意[5]。

3.3基于自控技術下的飲用水的深度處理工藝

國家對于自來水的凈化標準有明確的條例規范，除重金屬等化學有害物外，對大腸桿菌等活性菌群的控制有嚴格標準。對于活性菌群的凈化除采用超濾技術外，通常采用的是加藥加氯的方法降低有機微生物的密度，使其單位含量控制在國標范圍內，但大量給藥和加氯會使自來水產生異味和二次污染。盡管這一階段的凈化已經使自來水達到居民使用標準，但為提高水質，還需采用活性炭處理技術對自來水中的雜質進行二次處理，利用活性炭等強吸附性材料進行物理凈化，驅除水中的異味和有機污染物，達到深度處理的目的，保障水質的絕對安全[6]。

4 結論

自來水廠的自動化控制系統融入了智能控制技術、傳感技術、自動化技術等多項新技術，用于實現完整的自動化控制能力。在自控技術支持下，生物預處理工藝、膜法水處理、飲用水深度處理工藝的發展獲得了新的進步，隨著相關技術的進步，未來我國將實現自來水管道直飲水及水資源的高效凈化，自動化工藝展現著較好的發展前景。望本文研究內容得到相關企業的關注，加速自控化系統建設，引進先進自來水處理工藝，為保障社會用水需求及提升自來水企業經濟效益提供建設性意見。

參考文獻：

[1]許甜.城市水處理廠自動化系統的研究與設計[D].西安建筑科技大學，2015.

[2]孟佳.城市水處理廠自動化系統的研究與設計[J].工業c，2016，18（9）：00081-00081.

[3]焦健.基于PLC的電氣自動化控制水處理系統研究[J].建筑工程技術與設計，2016，18（13）：10010-10011.

[4]劉海波.凈水廠水處理工藝中的相關問題研究[J].城市建設理論研究：電子版，2015，28（15）：10050-10052.

[5]沈顥.基于城鎮污水處理廠工藝設計及特點研究[J].房地產導刊，2016， 23（32）： 232-233.

[6]張雷，張益賓.凈水廠水處理工藝中相關問題研究[J].城市建設理論研究：電子版，2015，35（3）：180-181.