引言

國內傳統(tǒng)水廠普遍采用罐裝液氯對自來水進行消毒處理,但液氯中含有氫氣,存在巨大的安全隱患,而次氯酸鈉可以代替液氯,不存在跑氣漏氣等安全隱患,且次氯酸鈉穩(wěn)定性好,可以保證對更遠的管道進行殺菌。本文以某水廠設計規(guī)模為36萬m3/d為例,為全面消除液氯消毒劑的安全隱患,將水廠原有的液氯消毒方式改為次氯酸鈉消毒,采用工業(yè)蠕動泵投加次氯酸鈉。

1關鍵工藝

根據現場不同工藝處理環(huán)節(jié)對余氯需求量不同,采用不同的設計,工藝流程如圖1所示。

1.1前加氯

在沉淀池前每根DN2600原水管上設置前加氯點,共計4處,前加氯主要消滅水中藻類微生物和細菌,延長加氯消毒接觸時間,在前加氯環(huán)節(jié)中氯的最大投加率按4.0mg/L、有效氯20%計算,折合次氯酸鈉投加率為40mg/L。按溶液比重1.22計算,前加氯每點設計最大投量270L/h,共設置6臺209L/h的蠕動泵,4用2備,控制方式為按原水流量比例自動投加。1.2后加氯

在砂濾池DN1400出水管上設置后加氯點,共計2處,用于超越深度處理系統(tǒng)時使用,活性炭濾池或膜池后加氯共用1個加氯點,位于膜車間東側DN2200清水總管上。由于活性炭濾池后加氯、膜池后加氯和砂濾池后加氯不同時運行,投加泵的設計按最多兩處濾后加氯點考慮,氯的最大投加率按3.5mg/L、有效氯10%計算,折合次氯酸鈉投加率為35mg/L。按溶液比重1.12計算,后加氯兩點投加時設計最大投量296L/h。兩個投加點共設置4臺蠕動泵,2用2備,每臺最大流量為293L/h,對應每個濾后投加點,低流量時投運1臺,高流量時投運2臺,根據余氯反饋和流量比例自動投加。

1.3補加氯

每座清水池后設置補氯點1處,共計2處,以備出廠水余氯不足時補充加氯,氯的最大投加率按1.0mg/L、有效氯10%計算,折合次氯酸鈉投加率為10mg/L。每點最大投量71L/h,共設置3臺75L/h的蠕動泵,2用1備,根據余氯反饋和流量比例自動投加。

2過程控制方法

前加氯為水廠消毒的第一道工序,通過流量比例控制（即定量投加）對水中病菌進行粗略的殺菌處理。后加氯為進入清水池前的一道工序,根據當地自來水公司要求,水中含氯量應控制在3.5mg/L左右,簡單的流量比例控制在原水波動較大情況下會對水中余氯含量造成極大波

動從而影響出廠水水質,故采用復合環(huán)路控制,利用余氯分析儀檢測水中余氯含量,通過PID方式調節(jié)蠕動泵,保證水中余氯穩(wěn)定在3.5mg/L左右。補加氯為進入自來水管網的最后一道投加工序,為保證出廠余氯值穩(wěn)定在1.0mg/L,采用復合環(huán)路控制方式。

2.1控制系統(tǒng)組成

本文控制系統(tǒng)采用西門子ET200SP分布式I/0結構下的CPU2522SP-2PN型號的可編程邏輯控制器（PLC）為主控制單元,根據控制需求點數,選用9個數字量輸入模塊、3個數字量輸出模塊、2個模擬量輸入模塊、3個模擬量輸出模塊,以及配備一面KTP2200BasicPN精簡觸控屏。

2.2控制邏輯

2.2.2流量比例控制

流量比例控制即控制投加量與水流量成一定比例,為開環(huán)控制,用戶根據出廠水余氯需求及相關在線余氯分析儀數據,在HMI上手動設置投加濃度,通過PLC程序計算調整相應的加藥泵的輸出頻率,進而改變次氯酸鈉投加流量,公式如下:

2.2.2復合環(huán)路控制

復合環(huán)路控制是流量比例控制與余氯反饋控制共同運行的控制方式。在復合環(huán)路控制過程中,流量比例為主控流程,其投加濃度根據投加點的余氯分析儀的采樣余氯顯示值與設定值的偏差自動調整,形成余氯反饋控制。

余氯反饋的具體修正過程為:

（1）計算余氯設定值與余氯分析儀顯示值的偏差e:

(2）將此偏差e代入P1D方程,計算出控制輸出的修正值U(t）,即投加濃度的調整值:

(3）根據計算出的U(t）,調整加藥泵的加氯量:

(4）在余氯滯后時間內,控制程序只連續(xù)檢測和顯示余氯,但不執(zhí)行控制算法,即不對加藥泵做投加量的調整:

(5）經過余氯滯后時間后,執(zhí)行步驟1。即每經過一個余氯檢測的滯后時間周期,根據余氯偏差調整加藥泵的流量比例"投加濃度"參數,從而調節(jié)加氯量:逐步對偏差進行修正,直到余氯達到設定值的允許范圍。

計算投加濃度的調整值的公式如下:

式中,U（t）為加氯量調整值:Kc為投加比例系數:e為余氯差值。

3結語

本文通過對水廠加氯系統(tǒng)的工藝需求進行分析,設計出了基于EP200sP分布式I/O的次氯酸鈉投加系統(tǒng),在減少人工勞動力的前提下,有效控制了各環(huán)節(jié)水中的含氯量,保證了出廠水質在可控范圍內。