PH自动控制系统在粘胶纤维污水处理中的应用

2014-07-07李惠洁

河南科技 2014年2期

关键词：粘胶pH值酸化

李惠洁

（新乡化纤股份有限公司，河南新乡 453011）

PH自动控制系统在粘胶纤维污水处理中的应用

李惠洁

（新乡化纤股份有限公司，河南新乡 453011）

本文介绍了PH自动检测和控制系统在粘胶纤维生产污水处理系统中的应用。

污水处理；PH；中和反应；PLC；自动控制系统

1 概述

粘胶纤维生产排放的污水主要包括酸性和碱性废水两大类，主要含硫酸、硫酸纳、硫酸锌、烧碱、有机物、纤维素磺酸酯等。为了减少处理费用并提高处理效果，其污水处理是根据各股废水的水质特点，遵照以废制废、清污分流的原则，采用以物化处理为主、生化处理为辅的处理工艺。主要处理系统有以处理碱性粘胶废水为目的的粘胶酸化处理系统、以处理酸性废水为目的的中和沉锌系统以及污泥脱水系统。在污水处理各工序中，PH是一个重要的工艺控制指标，也是环保监测的一个重要考核指标。不同的污染物成分需在不同的PH值下去除，其中纤维素磺酸酯在酸洗条件下可以分解生成纤维素，S2+在强酸性条件下可以转变为H2S从水中析出，Zn2+在碱性条件下(pH值为9～10)会生成不溶于水的Zn(OH)2沉淀去除等。为此我们在污水处理的各工序如白酸池、反应池、酸化池、中和池、曝气池和排放出口等分别配置了PH测量和控制系统，通过控制不同的酸碱度即PH控制来除去相应的杂质和有害气体，达到排放标准（图1）。

图1 带PH测量点的污水处理流程示意图

2 PH控制系统

PH控制系统主要安装在粘胶废水的酸化处理及其反应后的PH回调和浓酸废水的沉锌中和处理系统中，主要的控制系统如下。

2.1 粘胶废水酸化池的PH控制系统

粘胶酸化处理系统是在酸化池内由浓酸废水与粘胶废水发生中和反应，同时在池底加曝气吹脱，使碱性废水中的纤维素磺酸酯等有机物分解，形成絮状物，使其产生的H2S、CS2等气体析出，并在此工序中降低废水的COD浓度。PH控制系统由PH检测仪表、PLC和执行机构组成。PH测量信号输入PLC控制器，PLC控制器根据测量值判断和PID运算等计算输出相应的控制参数给变频器，通过改变变频器的输出频率控制泵的转速，调整浓酸废水的加入量，控制酸化池的PH值为2-3。酸化解析池的出水进入中和反应池进行中和沉锌处理。

2.2 二次沉锌中和反应池的PH控制系统

中和沉锌系统是将酸性废水与电石灰溶液（主要成分是Ca (OH)2）反应，通过调整电石灰溶液的加入量来控制PH值，生成Zn(OH)2沉淀析出。PH检测和控制是个大的滞后系统，也是一个非线性的系统，这给控制PH值造成了很大的困难，为保证锌排放合格，在酸性水沉锌工艺和设备上采取两级控制，一次中和池和二次中和池，分别采用PH值测量和控制系统。银酸性废水波动比较大，在一次中和池对PH进行预调，控制范围在5-8；二次中和池PH控制范围在6-9，既可保证Zn2+合格，也可以保证排放水的PH合格。二次中和池PH控制系统流程图（图2）：PH测量信号输入PLC控制器，PLC控制器根据测量值判断和PID运算等计算输出相应的控制参数给电动调节阀，控制电动阀门的开度，调整电石灰溶液的进入量。

图2 中和反应池PH控制原理图

3 PH控制设备的构成

3.1 PH的测量设备

PH值是用溶液中氢离子浓度的负对数来表示的，是衡量水体酸碱度的一个值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。PH测量设备由传感器和变送器组成的。PH传感器俗称PH探头由玻璃电极和参考电极两部分组成，用玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得被测液体的PH值，由于PH值与温度有关，所以一般还要增加一个温度电极进行温度补偿。根据粘胶纤维生产废水的特性,PH值的变化是非线性，污水中含的杂质和气体、泡沫较多，因此对检测要求准确度高、响应快，我们选用了梅特勒·托利多生产的pH在线测量系统。PH检测探头型号为inpro3250/120/pt100，是一种将玻璃电极与参比电极组装在一个探头壳体中的复合电极，电极内置温度传感器，可进行温度测量和自动补偿。变送器为pH2100e，可在室外现场安装，能实时显示pH值和温度值，还可输出4-20mA（0-20mA）模拟信号和温度信号，方便与PLC等自动控制系统的连接，并具有传感器的诊断和自动清洗功能。因污水处理池较大，池子高出地面许多，为便于日常维护检修，减少污泥沉淀堵塞和泡沫对PH探头的损坏和对测量准确性的影响，我们自制了PH测量取样器（图3），并安装在水池出口处地面，将污水处理池的出水引入取样器中，PH探头安装在取样器上进行连续测量。PH探头和PH变送器之间用专用电缆连接，防止了干扰信号对PH准确度的影响。PH探头须定期清洗标定、测量池的定期排污，保证测量准确可靠。PH计的日常保养：PH仪传感器的工作电极与参比电极之间的电子通路是通过被测介质进行的，工作电极玻璃膜的沾污会直接影响到测量。若要保持PH的测量敏感性和准确性，玻璃探头的清洗工作是十分重要的。在正常使用中应每天清理一次探头保护管周围的杂物，以便使探头接触到的液体为实测介质。每周对探头进行一次人工清洗，每三个月进行定期校验。测量池要定期排污清理，防止污泥淤积。

图3 PH取样器示意图

3.2 PLC控制系统

控制设备的下位机采用AB公司的可编程控制器SLC500系统，该系统抗干扰能力强，可靠性高，有丰富的运算、逻辑判断和PID等控制功能。模拟量输入模块采用1746-NI8，模拟量输出模块采用1746-NO4I，开关量输出模块采用1746-OW16，开关量输入模块采用1746-IB16等，可对污水池里系统的PH、流量、温度、溶氧量、COD等各类工艺参数及设备状态进行采集和控制，控制器为1747-L551，内置RS232和以太网络接口，可与上位机以及其他SLC500系统通讯，进行传输数据。上位机采用商用计算机，软件采用罗克韦尔公司的RSView32，该软件是高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件，可以对网络中的SLC500进行数据读取或者写入操作，以实现上位机对现场的实时监测和控制。在上位机监控系统中，设计有整个污水处理的自动化控制和监测系统，主要有污水处理系统流程图、参数记录报警图、控制系统调整画面、实时趋势监视、报警画面，历史数据管理画面，参数操作、调整画面，显示与参数调整。通过编程实现了对污水处理的各类参数的监控，使得操作人员在控制室即可对PH测量值、及其他控制参数等进行设定、调整。对于PH控制系统，设定有PID控制调整画面、上限和下限报警范围、历史趋势记录曲线等，有手动自动转换操作画面，如果发生较大工艺异常，超出控制范围，操作人员可以根据工艺异常状况进行判断，有必要时转为人工手动控制，以确保PH控制在合格的范围。

3.3 执行器

中和沉锌系统控制石灰水采用电动V型调节阀，该阀具有一个近似等百分比的固有流量特性及高达300∶1的可调比，金属硬密封结构，V型缺口与阀座产生一个强大的剪切力能切断杂质，并具有自洁功能，避免阀门卡死现象发生。粘胶酸化处理系统控制酸性水调节的执行器采用变频器，通过控制进酸泵电机输入电压的频率来改变电机的转速，达到调节流量的目的。变频调速系统具有效率高、调速范围宽、精度高、起制动方便灵活、能耗小的特点，有显著的节能效果，用变频器替代调节阀做执行机构，也解决了介质对调节阀阀体的腐蚀问题。

鉴于以上比较，南通新兴热电有限公司3台75T/H的双炉排链条炉的给煤、炉排的调速选用了变频系统，同时通过与DCS的智能接口，实现锅炉燃烧系统的自动控制。

4 PH控制效果

通过对PH控制系统中控制参数如PID、变频器的参数设定、干扰过滤参数的整定、控制系统能稳定运行，PH参数能够稳定控制在工艺要求的范围内，保证了各类污染物的有效去除，保证了污水处理的稳定可靠，使得七项考核指标COD、BOD5、Zn、SS、PH、硫化物、色度全部达到国家排放标准，取得了良好的经济效益和社会效益。

PH控制曲线如下（图4）。