乔 鹏

(1.太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024；2.山西省自动化研究所，山西 太原 030012)



钢铁厂污水处理自动化系统的应用

乔 鹏1，2

(1.太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024；2.山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

主要结合山西某钢铁厂400 t/h超滤反渗透污水处理系统的实际情况，介绍了污水处理系统的工艺流程及自动化系统的实现，并对污水处理自动化系统的发展做了展望。

污水处理；超滤；反渗透；自动控制

近年，作为环保行业重要支柱的污水、废水处理行业在我国蓬勃发展，污水处理厂建设、运营、管理等方面技术得到极大改进。其中，自动化控制系统作为运营管理的重要组成部分也越来越得到重视。伴随着行业监管的加强、人工成本的大幅度上升和企业自身盈利的需要，污水处理自动化、信息化及智能化技术的发展空间被打开。本文就某钢铁厂废水深度处理工艺流程及自动化控制系统做简单分析与介绍。该项目为400 t/h超滤反渗透废水处理系统。该系统包括几个子系统，分别是预处理系统、超滤系统、反渗透系统等，本文主要就超滤与反渗透系统做一些介绍[1]。

1 超滤系统

1.1 超滤系统总体介绍

超滤系统主要指经过预处理的废水汇聚到中间水池一后，经过超滤模块包含原水泵、气水反冲滤罐、袋式过滤器及超滤装置等进行处理。超滤装置是由超滤膜组成的装置，每台超滤装置包含A组和B组。这个过程中包含4套气水反冲滤罐、4套超滤装置、滤罐气洗、反洗系统及超滤反洗系统。如图1所示。

图1 超滤系统工艺流程图

1.2 超滤系统运行流程

1) 超滤系统自动运行时启动条件

启动前液位检查，中间水池一水位高于液位3，中间水池二水位低于液位4，两条件须同时满足。

2) 系统自动运行启动方式

中间水池二水位低于液位4，1#、2#、3#、4#四套超滤模块同时启动。

中间水池二水位达到液位5，1#、2#、3#、4#四套超滤模块仅启动三套超滤模块，将另一套未启动的超滤模块标注为备用状态(在上位机显示为备用状态)，下次启动时自动将另一套超滤模块标注为备用，四套超滤模块互为循环备用。

即：第一次自动启动1#、2#、3#超滤模块，4#超滤模块备用；第二次1#、2#、4#超滤模块启动，3#超滤模块备用；第三次1#、3#、4#超滤模块启动，2#超滤模块备用；第四次2#、3#、4#超滤模块启动，1#超滤模块备用。

图2 中间水池一液位

图3 中间水池二液位

当操作员(在中央监控系统中)将系统备用模式取消时，系统每次启动按四套超滤模块启动。

3) 系统停机

当满足下列条件之一，系统停机。

中间水池一液位低于液位1；中间水池二液位到达高液位6；自动保护开关(高压开关、压差开关)动作。

超滤系统停机过程为打开超滤浓水排水气动阀，打开超滤出水气动阀——延时10 s——原水泵停止——延时2 s——关闭超滤浓水排水气动阀，关闭超滤出水气动阀。

4) 系统强制运行

当某一套超滤模块(1#～4#)连续超过120小时未启动，则强制启动此超滤模块运行0.5 h(时间以一个超滤运行—超滤顺冲—超滤反冲—超滤顺冲周期为准)，强制启动状态下，中间水池二高液位及备用模式失效，但中间水池一低液位保护依然有效。

1.3 自动运行流程

超滤装置自动运行流程，按一个运行周期为例，自动运行状态如下：

原水泵启动——滤池运行——超滤运行——运行10 min

——超滤B组顺冲20 s——超滤A组顺冲20 s——运行10 min——超滤B组顺冲20 s——超滤A组顺冲20 s——运行10 min——超滤B组顺冲15 s——超滤A组顺冲15 s——原水泵停止，滤池出水气动阀关闭，超滤反洗泵启动——超滤反冲时浓水端排水15 s——超滤反冲时进水端排水15 s——超滤B组顺冲15 s——超滤A组顺冲15 s——系统运行。

2 反渗透系统

2.1 反渗透系统总体介绍

反渗透系统主要指经过超滤处理的废水汇聚到中间水池二后，经过反渗透模块包含输水泵、精密过滤器、高压泵及反渗透装置等进行处理。反渗透装置是由反渗透膜组成的装置。这个过程中包含4套反渗透装置。处理完毕的水流入产品水池。如下图4所示。

图4 反渗透系统工艺流程图

2.2 超滤系统运行流程

图5 中间水池二

图6 产品水池

1) 系统自动运行时启动条件

启动前液位检查，中间水池二水位高于液位3，产品水池水位低于液位4，两条件须同时满足。

2) 系统自动运行启动方式

产品水池水位低于液位4，1#、2#、3#、4#四套反渗透模块同时启动。

产品水池水位达到液位5，1#、2#、3#、4#四套反渗透模块仅启动三套，将另一套未启动的反渗透模块标注为备用状态(在上位机显示为备用状态)，下次启动时自动将另一套反渗透模块标注为备用，四套反渗透模块互为循环备用。

即：第一次自动启动1#、2#、3#反渗透模块，4#反渗透模块备用；第二次1#、2#、4#反渗透模块启动，3#反渗透模块备用；第三次1#、3#、4#反渗透模块启动，2#反渗透模块备用；第四次2#、3#、4#反渗透模块启动，1#反渗透模块备用。

当操作员(在中央监控系统中)将系统备用模式取消时，系统每次启动按四套反渗透模块启动。

3) 系统停机

当满足下列条件之一，系统停机。

中间水池二液位低于液位1；反渗透水箱液位到达高液位6；自动保护开关(低压开关、高压开关)动作。

4) 系统强制运行

当某一套反渗透模块(1#～4#)连续超过8 h未启动，则强制启动此反渗透模块冲洗3 min，强制冲洗过程：输水泵启动，亚硫酸氢钠计量泵启动——延时5 s——检测精密过滤器出口压力达到0.2 MPa——延时2 s——变频高压泵启动，反渗透浓水排水阀打开——延时3 min——变频高压泵停止——延时5 s——输水泵停止——延时2 s——关闭反渗透浓水排水气动阀。

强制启动状态下，产品水池高液位6停机及备用模式失效，但中间水池二低液位1保护依然有效。

2.3 运行过程控制

1) 正常运行

开机冲洗——反渗透运行——连续运行6小时冲洗 ——停机冲洗。

2) 反渗透开机冲洗

自动运行时，每次开机均运行冲洗程序。

输水泵启动，亚硫酸氢钠计量泵启动、阻垢剂计量泵启动——延时5 s——检测精密过滤器出口压力达到0.2 MPa——延时2 s——变频高压泵启动，反渗透浓水排水阀打开——延时3 min——反渗透浓水排水阀关闭——反渗透运行。

3) 反渗透连续运行6 h冲洗

反渗透连续运行6 h——反渗透浓水排水阀打开——延时4 min——反渗透浓水排水阀关闭。

4) 反渗透停机冲洗

自动运行时，每次停机均运行停机冲洗程序。

打开反渗透装置浓水排水气动阀，停止阻垢剂计量泵——延时4 min——变频高压泵停止——延时5 s——输水泵停止，亚硫酸氢钠计量泵停止——延时2 s——关闭反渗透浓水排水气动阀。

3 自动控制系统的选择

经过统计实际点位：

◆ 预处理系统：

1) 模拟量输入16点

2) 模拟量输出2点

3) 开关量输入32

4) 开关量输出8

小计：58点

◆ 超滤系统：

5) 模拟量输入点54

6) 模拟量输出6

7) 开关量输入100

8) 开关量输出72

小计：232点

◆ 反渗透系统：

9) 模拟量输入点40

10) 模拟量输出2

11) 开关量输入50

12) 开关量输出32

小计：124点

共计：414点

我们选用的西门子S7-300在西门子的PLC产品类里属于：中型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以上，1024点以下的[2]。

这套系统完成后， 可以对工艺区内的各种工艺参数实现以下功能。

1) 监测功能：数据采集、报警监视、标度换算、流量累计、函数转换等。将现场的传感器信号采集到控制室的控制器中。对现场重要参数的各种报警信息进行实时监视。

2) 控制功能：逻辑控制、 PID控制。对现场的气动阀和电磁阀进行逻辑控制，实现远程遥控-如在控制室通过操作站控制阀的开关。

3) 通信功能：数据传送、图形传送。使用支持多种协议的控制器通讯模块，控制器将采集到的数据与控制器，上位机进行通讯； 也可作为RTU的从站将数据送到数据调度中心，从而实现对系统参数的实时调度。

4) 管理功能：报警画面显示、工艺画面显示、趋势图显示、优化调度、报表打印。通过人机界面程序开发出有关管网参数的工艺画面，包括工艺画面、工艺参数表、报警画面、实时趋势，历史趋势画面等形式；使操作员及管理者能够准确、迅速、直观的获得管网运行的状态参数及报警信息，也可以对历史数据进行分析[3]。

4 总结与展望

在新的形势下污水处理对于自动化产品提出了更高的要求。良好的质量控制，使产品能够高效稳定的运行，为保证水厂高效稳定运行，污水处理对控制系统的高可靠性要求，要求PLC支持多种冗余方式，能够更好的提高系统的可靠性，提高水厂、污水厂的运行效率，为更严格的水质达标提供保证。

为了降低系统的能耗、药耗，要求系统具有丰富的控制算法，如过程控制算法、模糊控制等高级过程控制算法、变频调节控制算法等，能够集成电能管理、智能控制水泵。同时，具有灵活的开放性。就水处理工程特点而言，在一个项目中可能包含多家供应商的产品，要求电控系统具有强大的包容性，并符合IEC国际标准[4]。

[1] 周松林.城市污水处理自控系统总体方案设计[J].现代商贸工业,2007,19(3):142-143.

[2] 欧阳维灿，马硕，李山春.基于S7-300 PLC与WinCC6.0的污水处理自控系统[J].仪表技术与传感器,2007(6):77-78.

[3] 裴永清，李建民，李慕洁，等.基于S7-300的污水处理自控系统的设计与实现[J].工业仪表与自动化装置,2008(3):57-59.

[4] 许双利.城市污水处理自动化系统技术分析[J].中国科技投资,2016(11)：213.

The Application of Sewage Disposal Automation System in Steel Plant

Qiao Peng1，2

(1.CollegeofInformationEngineerion,TaiyuanUniversityofTechnology,TaiyuanShanxi030024,China; 2.ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

Combined with the actual situation of an iron and steel plant in Shanxi which has a 400t/h ultra filtration reverse osmosis sewage treatment system,the article discusses the implementation of sewage treatment system process and automation system,and the prospect of development for the sewage disposal automation system is made.

sewage treatment; ultrafiltration; reverse osmosis; automatic control

2016-08-11

乔 鹏(1982-)，男，山西太原人，高级工程师，研究方向：自动化控制系统设计与应用，政府信息化建设与应用。

1674-4578(2016)05-0042-03

TP273

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