循环水处理智能监测系统的研究及应用

覃汝高 唐 蓉

（贵州开阳化工有限公司，贵州 开阳 550300）

1 循环水处理系统的研究背景

随着我国工农经济的发展，工业和农业对水资源的需求量也越来越多，水资源匮乏和工业循环水水体污染是当今时代的一个难题，不仅难以保障企业正常生产，也对我国生态环境的可持续发展形成制约。根据调查数据显示，我国工业用水在城镇用水中占比60%以上，而工业生产中的冷却水占工业用水的60%～80%，我国水资源人均水平较低，节能用水对工业发展有着重要的作用。进入21世纪以来，我国化工、冶金、电力等行业逐步采取循环水处理系统，提高了企业的水循环利用率，缓解了水资源紧张的现状，图1为我国2010—2018年工业用水量。冷却水循环处理利用一方面可以节约用水，减少废水的产生量，另一方面可以保障企业设备的正常运行，延长设备工作周期。

在化工企业生产过程中，循环冷却水分为开放系统和封闭系统，开放式循环水系统由于和空气接触较多，加上水分蒸发浓缩盐生成量增多，导致循环水的pH发生变化，也会生成微生物破坏水体环境，长时间会造成循环冷却水无法使用的情况。而封闭式循环水体统中不会有水分蒸发的情况，与氧气接触较少，在封闭式循环水系统中微生物滋生也较少，浓缩盐不会大量生成。无论哪种系统都需要在循环水系统中加阻垢剂、缓蚀剂、氧化杀菌剂等来改善水体环境，保证生产正常运行，在此前提下研发先进的、智能的水质监测系统对于改善循环水水质情况具有重要的意义，也将减少企业的人力物力，能够及时发现问题并解决问题。

图1 2010—2018年工业用水量折线图

2 系统水质实验分析

企业中循环水经过长时间使用会导致水中Ca2+含量增加，导致整个体系碱度变强，pH值变大，这会影响水的饱和指数，饱和指数是有理论得到的一个指数，可以定性预测水中钙的沉积情况，一般饱和指数在0.5～2之间循环会不会结垢，对于循环水中pH较高的情况加酸处理是一种简单便捷的办法，但是会引入硫酸或其他酸性物质，硫酸根在水中具有腐蚀性，而随着pH的降低，水系统中的硫酸根的腐蚀性也会变强，笔者通过设计挂片试验对水体腐蚀性进行分析。

本实验采取挂片法验证水体系统的腐蚀性，取某企业循环冷却水设置水浴锅温度为60℃，搅拌速率为2挡，实验时长为48 h，根据国标法水处理剂缓蚀性能挂片实验法进行实验得到实验数据见表1。通过数据分析可知，pH值会影响循环水的腐蚀率和钙离子含量，pH值在8～8.7之间时，水体系统的腐蚀率和结垢率较低。

表1 挂片试验数据结果

3 循环水处理监控系统的设计

3.1 监控系统的构成

循环水监控系统一般由硬件和软件两部分构成，包括现场仪表、计量泵、流量计、显示器、PLC控制模块，IPC等部分，作业人员通过控制箱进行操作与实时监控，现场的显示仪表通过远传系统将数据传输到计算机，将电信号转化为数字信号，作业人员通过监控系统可以在主控室了解循环水系统中电阻率、余氯、pH值、流量等数值的实时变化，这些信息会保存在计算机存储中。

3.2 循环水处理系统的软件应用

工业生产中，通过一定的连锁设置对循环水系统中的水质进行处理，以维持水系统的pH值的平衡，保持优质的水体情况，从而保障生产正常运行，这一操作需要循环水处理系统中的软件设计来完成。软件一般通过PLC和各种智能设备来完成对水质的监测工作，可以在主控室完成对水体腐蚀度、水中微生物的滋生情况、换热器异常情况等一系列的实时监控。发现数值异常后，通过连锁设置自动加料调控，循环水处理系统加料控制采用先进的微处理器技术进行准确加料，可以通过水体中的指标值进行判断，消除了人工加料的误差，使循环水系统各项指标值都在规定范围以内。自动加料控制由主程序、子程序和连锁切断三部分构成，这三部分共同完成数据采集和加料调控工作。

循环水系统自动加料程序的关键地方在于水体各项指标数值的监测及加料量的控制，以确保循环水中各项指标保持在一定范围内，减少水体结垢和腐蚀率。这些控制功能通过PLC系统完成。比如，缓蚀剂的加入需要根据循环水系统内的补水量、排水量、温度、水中电导率、浓缩倍数等数据来确定缓蚀剂的用量及使用时间。

3.3 循环水处理系统排污设计

在工业生产过程中，循环冷却水在一些脱溶的岗位会蒸发掉一部分，导致水中浓缩盐增多。水系统中的结垢和腐蚀情况与浓缩盐含量有关，为了使循环冷却水系统保持正常的使用水平，必须将水中浓缩盐含量控制在一定的可处理范围内，当循环水系统水量损失后，盐含量不在指标范围内时，需要进行人工排污。人工排污会有误差，而智能系统可以根据循环水系统浓缩盐含量所在范围，通过与WINCC控制系统所设定的电导率数值对比自动排污。在排污的同时进行补水稀释，直到水中电导率维持到所设定的范围内，保证循环水系统水质处于正常使用水平。

3.4 监测换热器在水处理系统中的应用

监测换热器是一种小型的模拟装置，它有一个传导热量的金属面，可以对水系统中换热器的结垢和腐蚀情况进行实时监测，保证了循环水处理系统的平稳运行，监测换热器和生产上所用的换热器相类似，它能够真实地反映生产过程中水体结垢和腐蚀率等问题，在提供水质数据，改良水质稳定性配方，为工作人员提供循环水的水质变化规律等方面有着重要的作用。

循环水处理智能检测系统不仅大大减少了人工操作，还提高了操作数值的精确度。通过对水体结垢和腐蚀性的影响因素进行分析，并结合工业实际生产情况可知，盐含量、pH值、温度、电导率等数值需要循环水处理系统进行实时监控，充分利用PLC控制系统进行操作，对于工业发展中循环水的使用优化具有重要意义。