水廠氯氣投加自動控制系統(tǒng)
消毒是水處理過程中必不可少的一個工序，其結果直接決定了出廠水質量的優(yōu)劣。傳統(tǒng)處理方法通過人工添加液氯和漂白粉達到消毒和漂白的作用機理。如今水廠的加氯系統(tǒng)已有的PLC系統(tǒng)和底層自動化的硬件配套系統(tǒng)可以實現(xiàn)加氯功能，但是不能實現(xiàn)自動控制的功能，缺少安全可靠的性能，因此研究人員經過努力并結合PLC技術，完善出一套自動加氯控制系統(tǒng)的方案。
1、氯氣投加自動控制系統(tǒng)
1.1 特點
水廠氯氣投加自動控制系統(tǒng)的作業(yè)機理是能夠進行遠程集中監(jiān)控其生產情況，并且能夠及時作出自動投加調整，保證水廠出水余氯的含量能夠滿足控制標準的要求，并且能夠對生產異常情況以及機械設備問題作出預告，使得工作人員能夠及時處理事故狀況，保證生產的安全性。因此其特點主要有安全穩(wěn)定、易維護性、靈活性強、集成化較好、可擴展性等。
1.2 作用過程
液氯作為水廠加氯系統(tǒng)的重要氯源，首先需要經過蒸發(fā)器將其加熱使其成為氣態(tài)，然后再需要經過真空調節(jié)器輸送至加氯機，用加氯機來控制加氯量，同時還必須經由特殊的氯氣管道輸送至氯氣投加點，利用水射器在投加點處將其投送到管道。
1.3 分類
現(xiàn)如今，在自來水廠中，加氯工藝包含兩個部分，即濾前水加氯環(huán)節(jié)（前加氯）和濾后水加氯環(huán)節(jié)（后加氯）。前加氯通常是在原水進入沉淀池之前進行，其主要目的是為了清除出原水中的藻類，避免其在沉淀池或濾池中進一步的滋生繁殖。通常在前加氯過程中投加的氯氣量不大，同時氯在沉淀池和濾池的消耗量較大，因此使得濾后水中剩余氯的含量很少，即前加氯幾乎不影響出廠水的余氯含量。后加氯是在濾后水進入清水池前進行的，其主要目的是氯氣與水在清水池中充分接觸后發(fā)生化學作用，水解生成的強氧化劑次氯酸可以殺滅水中的各種病毒和細菌，除此之外，出水廠中的余氯含量還必須依靠濾后水加氯環(huán)節(jié)中剩余氯的多少來保證。目前對于一些水廠來說，前加氯環(huán)節(jié)不是必須的，同時其對出廠水剩余氯含量又幾乎沒有影響，因此本文所提及的加氯系統(tǒng)如無特殊說明，均是指濾后水加氯環(huán)節(jié)。
2、氯氣投加過程的影響因素
一般來說，氯氣在投加過程中，氯氣經由加氯機直接輸送到水中，單位水中的氯的含量越高，氯的濃度也就越大。加氯量是該加氯環(huán)節(jié)中唯一可以調控的。除此之外，多種因素會影響到整個加氯環(huán)節(jié)，分析研究后系統(tǒng)的總結出以下幾點因素：
2.1 清水池進水的流量
清水池的進水流量也稱為濾后水的流量，其變化量的大小對于投入水中的氯的濃度有直接影響。濾后水的流量也會受到用水調度或者工藝上等方面的影響而發(fā)生較大變化。清水池進水流量是由人工控制的，因此其變化頻繁且無規(guī)律。
2.2 水中氨氮含量
水中的氨氮會與大部分的氯發(fā)生反應，是投加過程最主要的影響因素。水中的氨氮含量與水廠上游水質的變化情況密切相關。我國長江中上游地區(qū)污染源較多，因此水中氨氮含量較大，且隨降雨量的多少欺負較大。
2.3 清水池出水量
通常來說，清水池的出水量越小，意味著含氯的水在清水池中滯留的時間也就越長，所以混合、反應以及揮發(fā)的程度就越大，即對應的氯含量的減少的程度就大。清水池出水量由自來水公司統(tǒng)一調度的二泵房出水量決定，不經常變化，且水量穩(wěn)定。
2.4 清水池水位
高低不同的清水池的水位，對應的氯氣的反應和混合過程也會發(fā)生改變。水位變化一般比較頻繁，但一般在一定范圍內，且不會突變。
2.5 溫度、濁度、PH值等
這些因素在一定程度上也會對出廠水中的余氯含量造成影響，但相比較而言，影響要小一些。
3、氯氣投加自動控制系統(tǒng)
3.1 主控制系統(tǒng)
既要滿足消毒的要求，又不能過于的造成氯氣的浪費，必須根據(jù)原水流量的變化及后續(xù)水質的變化及時調整加氯量的大小。目前水處理中加氯系統(tǒng)一般采用自動加氯系統(tǒng)，由前加氯和后加氯組成，下圖是一個比較典型的自動加氯系統(tǒng)的控制流程圖。
采用以上控制方式的依據(jù)是：
（1）原水大多直接應用地面水，其內含有較多有機物，必須消耗大量氯來保證有機物全部被氧化。因此在前加氯階段就要完成加氯，并且加氯量必須足夠，這樣才能保證濾后水有一定的剩余氯。另外，如果水中的有機物含量較少，同時游離氨和含氮化合物的含量也相對較低時，需氯量滿足以后才會出現(xiàn)余氯。
（2）原水流量保持不變時，則PID控制（余氯控制）能夠容易滿足要求，因此流量信號需要被引入后加氯進行復合控制。在經過反應、沉淀、過濾的過程中需要對原水進行排泥及反沖洗，并且如果在此過程中其原水流量與進入清水池的流量不同，但是由于其占原水總量的比例較小，因此只要正確設定PID參數(shù)，就能滿足其控制效果。
（3）在取水泵房采取措施增減機組時，將導致原水流量發(fā)生階躍變化，則流量比例控制需要及時作出反應避免余氯PID控制存在滯后性的不足。
3.2 輔助控制系統(tǒng)
氯氣投加自動控制系統(tǒng)在配備計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之后，實現(xiàn)將余氯分析儀測定的出廠水的數(shù)據(jù)自動送到加氯間、調度室和中心化驗室，方便監(jiān)測人員隨時監(jiān)測出廠水余氯值。
4、影響氯氣投加自動控制系統(tǒng)的主要因素
4.1 PID參數(shù)的整定
PID參數(shù)的整定需要涉及兩個增益，即比例增益與積分增益。通常來說，控制器提供的比例增益與積分增益常數(shù)，需要將其設定為0-100%，默認值為50%。如果改變其中任何一項都能夠使得PID方程的輸出量（修正量）發(fā)生變化。在其投入運行后，需要對比例增益與積分增益常數(shù)重新整定，整定時必須按照控制器提供的經驗常數(shù)（默認值）作為參考值，然后再根據(jù)實際應用進行適當?shù)恼{整。整定時需要不斷的改變設定值，以此來比較余氯值與控制器的輸出量的變化及振蕩時間，最終選取合適的比例增益和積分增益常數(shù)。增益常數(shù)不能設置太高，否則會引起振蕩加?。辉O置較低則可能引起控制器反應遲鈍。因此兩個增益常數(shù)的整定需要獨立進行。
4.2 取樣時間
采樣時間的長短對加氯效果具有重要的作用。氯氣在經過充分混合后應立即檢查余氯值作為復合環(huán)控制的反饋信號。實際上，工藝設計可能將混合工藝時間設定的過長，導致控制系統(tǒng)純滯后時間的延長，最終使得測定結果不準確。所以，在選擇后加氯的投加點和采樣點時，應充分考慮自動控制的要求。一般來說，水在經過加氯點到余氯分析儀處的時間最好不要超過五分鐘。在水與氯氣充分混合之后，取樣時間越短越好。
結 ?語
隨著社會的不斷發(fā)展，對城市污水處理控制系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，水廠控制系統(tǒng)自動化己成為一種發(fā)展趨勢。建立抗沖擊力強并且運行穩(wěn)定自動加氯系統(tǒng)，是解決上述問題的必然要求。計算機技術、現(xiàn)場總線技術以及信息技術的發(fā)展為水廠自動控制系統(tǒng)提供了更廣闊的發(fā)展空間。水廠自動化系統(tǒng)必將成為一個集計算機、多媒體、網絡以及控制為一體的綜合系統(tǒng)，為水廠凈化做出更大的貢獻。
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