基于自控技术下的自来水厂水处理工艺研究

任淑军

摘 要：近年来，工民用水量的逐年提升对自来水厂的水处理工艺提出了更高的要求，为提升净化效率，传统水厂的控制技术逐渐被淘汰，自控技术成为未来自来水厂发展的主流方向。本文阐述了自来水厂水处理自动化设计方案，对基于自控技术下的自来水处理工艺研究展开分析，旨在提升自来水厂自动化水平，为完善自来水净化处理效率提供技术参考。

关键词：自控技术；自来水厂；水处理工艺

0 前言

作为人口大国，人均淡水资源相对贫乏的事实使我国长期面临着用水资源紧张的问题。近年来，国民经济的迅速发展不仅提升了用水量的需求，对水质净化标准也更加严格。为适应社会需求，自来水厂逐渐开始尝试自动化技术应用以提升净化处理效率，在自控技术发展的基础上，引进先进水处理工艺以提升处理效率。基于自控技术下的自来水厂水处理技术研究对促进自来水行业自动化发展，保障净化能力满足社会发展需求具有重要意义。

1 现代自来水厂自动化控制系统

我国自来水厂长期以来处于不均衡、不彻底的发展局面，直至现在许多自来水厂的建设依然是为了解决“有无”的问题。由于自来水厂的重要社会职能，其稳定运营关系到居民的生活质量，而传统的自来水厂净化控制系统已不能满足发展需求，净化效率低下，水质净化不达标等问题严重影响着居民的生活体验。为提升生产效率，平摊净化成本，提高水质和运输效率，近年来许多三线以上城市的大型自来水厂逐步开始引进新型设备用于自动化控制系统建设，结合智能控制技术和计算机信息管理技术用于提升自来水厂的信息化水平，运用先进的数据处理能力辅助管理人员进行决策和方案调整，可以预见自来水厂的自控技术是现代化改进的主要方向[1]。

2 PLC控制系统与水处理工艺结合应用

PLC自动控制系统是专门用于工业环境下对产品和项目进行数字化控制的电子系统，目前，PLC控制系统已广泛应用于大型现代化自来水厂和污水处理机构的自控系统建设过程中。由于大型自来水厂的蓄水池较多，净化车间较为分散，为保证各部门沟通顺畅，控制系统会根据工厂规模和实际生产情况将全厂分为多个子单元，运用DH局域网和4G+的移动通讯系统保障各部门之间的有效信息往来[2]。

自来水厂的全回收净化流程由取水泵房开始，其主要职能是控制进水泵运作并监控水位。泵房机组的作业由清水池水位、送水泵流量、城区用水高峰期及市政供给水管道压力决定；PLC信息录入由吸水井液位模拟；取水泵房内的数据收集及作业情况则由PLC系统完成；净水车间内的主要任务是对原水进行加药和加氯预处理，加氯系统全程由计量泵、变频器和电流仪按预定程序进行全自动控制，给药量则依据原水的净化程度决定。由PLC系统采集的原水信息会由系统计算浑浊度和流量对加氯量进行调节；滤池控制系统的控制对象包括沉淀池、反应池、洗滤池和相应配套设施。其主要工作内容是通过反复进行过滤和反冲洗作业控制池内的过滤水情况。反冲洗处理流程为：（l）开阀使水位降低；（2）开气冲阀和鼓风机进行3min以上气冲作业；（3）反冲洗泵运行；（4）打开水冲阀进行5min气水反冲；（5）关闭气冲阀和鼓风机进行水冲3min；（6）关闭所有冲阀和反冲洗泵；（7）开1min排气阀，反冲洗流程结束。此环节PLC控制系统负责对各控制对象的工作进行智能分配和调节以及数据收集，通过控制清水阀的开启幅度调节进出水量的大小和内池水位。最后是送水分站的控制管理，该部分的控制对象是送水泵、抽真空系统、排水系统及配套设备。PLC由主站收集的用水高峰及水泵流量信息对调度数据进行分析，辅助自来水厂管理人员进行供给水分配决策，并由PLC进行送水泵的开停和流量管理，PLC通过压力值变频器自动调节供水量和水压环境，保障自来水厂整体净化和供水的流畅运行[3]。

3 基于自控系统下的水处理工艺

3.1膜法水处理

膜法水处理首先是对水箱的控制，由于自动控制系统中各单元的启动和控制都是由水箱水位提供信号，原水箱中的水位低于控制标准就会启动超滤系统，超滤水箱水位高于水箱时就会启动RO系统，水箱液位高于原水箱启动EDI系统，运用水箱液位的自动化控制规范各设备运行；其次是对超滤系统的控制，超滤系统通过分子过滤将水中的杂质和有机物滤除，但滤除后的残留物会堆积在膜上，积累到一定量后会阻碍超滤膜的净化效果，影响超滤膜的使用寿命，因此需要在PLC的控制下定期对超滤膜进行清洗和维护，保持超滤系统的正常运行；然后是RO反渗透系统的维护，由于反渗透过滤需要通过对原水加压进行膜渗透处理以限制大分子物质通过，因此对压力泵的控制是自动化反渗透系统运行的关键，需要在原水区一侧进行反冲洗，减少RO膜的结垢现象，通过PLC控制结构倾向，实现自动化系统对反渗透膜的控制；最后是EDI电除盐系统的控制，其工作原理是通过收集反馈系统压力信息，驱动电流和渗透膜两端的电压，提纯淡水室内的预处理水，自动化系统要在水箱内有水的情况下运行，避免变电器负荷过高或干烧引起的损坏和故障，整体运行要在PLC控制下完成。

3.2生物预处理工艺

自控技术下的生物预处理的接触池工作原理和传统水处理模式有很大不同，对过程控制提出了较高的要求，需要在填料、曝气、排泥等多个系统的协调下进行，使系统处理效率得到提升，降低了运行成本，简化了操作流程。分阶段进行曝气控制，调节池内生物量，在完备的脱模设备支持下，通过检测仪表监控池内生化状态，生物預处理的全过程都在蓄水池内完成，不需启用其他设备，只需要PLC等自控系统对预处理过程进行监控和数据收集，不占用过多时间，总体上提升了水质净化的效率和质量，还降低了人工管理的成本。需要留意的是，生物预处理技术的生物膜上携带的微生物种类较多，包括厌氧菌、好氧菌、兼性菌等，投放前要对水质污染情况进行采样，对原水内主要污染源进行类型分析，避免微生物菌群和水体环境冲突造成的净化效果不良。例如在含氧量较低的水中投放好氧菌，则净化效果会适得其反，相关管理人员需额外注意[5]。

3.3基于自控技术下的饮用水的深度处理工艺

国家对于自来水的净化标准有明确的条例规范，除重金属等化学有害物外，对大肠杆菌等活性菌群的控制有严格标准。对于活性菌群的净化除采用超滤技术外，通常采用的是加药加氯的方法降低有机微生物的密度，使其单位含量控制在国标范围内，但大量给药和加氯会使自来水产生异味和二次污染。尽管这一阶段的净化已经使自来水达到居民使用标准，但为提高水质，还需采用活性炭处理技术对自来水中的杂质进行二次处理，利用活性炭等强吸附性材料进行物理净化，驱除水中的异味和有机污染物，达到深度处理的目的，保障水质的绝对安全[6]。

4 结论

自来水厂的自动化控制系统融入了智能控制技术、传感技术、自动化技术等多项新技术，用于实现完整的自动化控制能力。在自控技术支持下，生物预处理工艺、膜法水处理、饮用水深度处理工艺的发展获得了新的进步，随着相关技术的进步，未来我国将实现自来水管道直饮水及水资源的高效净化，自动化工艺展现着较好的发展前景。望本文研究内容得到相关企业的关注，加速自控化系统建设，引进先进自来水处理工艺，为保障社会用水需求及提升自来水企业经济效益提供建设性意见。

参考文献：

[1]许甜.城市水处理厂自动化系统的研究与设计[D].西安建筑科技大学，2015.

[2]孟佳.城市水处理厂自动化系统的研究与设计[J].工业c，2016，18（9）：00081-00081.

[3]焦健.基于PLC的电气自动化控制水处理系统研究[J].建筑工程技术与设计，2016，18（13）：10010-10011.

[4]刘海波.净水厂水处理工艺中的相关问题研究[J].城市建设理论研究：电子版，2015，28（15）：10050-10052.

[5]沈颢.基于城镇污水处理厂工艺设计及特点研究[J].房地产导刊，2016， 23（32）： 232-233.

[6]张雷，张益宾.净水厂水处理工艺中相关问题研究[J].城市建设理论研究：电子版，2015，35（3）：180-181.