基于EP200SP分布式I/0的次氯酸钠投加系统

引言

国内传统水厂普遍采用罐装液氯对自来水进行消毒处理,但液氯中含有氢气,存在巨大的安全隐患,而次氯酸钠可以代替液氯,不存在跑气漏气等安全隐患,且次氯酸钠稳定性好,可以保证对更远的管道进行杀菌。本文以某水厂设计规模为36万m3/d为例,为全面消除液氯消毒剂的安全隐患,将水厂原有的液氯消毒方式改为次氯酸钠消毒,采用工业蠕动泵投加次氯酸钠。

1关键工艺

根据现场不同工艺处理环节对余氯需求量不同,采用不同的设计,工艺流程如图1所示。

1.1前加氯

在沉淀池前每根DN2600原水管上设置前加氯点,共计4处,前加氯主要消灭水中藻类微生物和细菌,延长加氯消毒接触时间,在前加氯环节中氯的最大投加率按4.0mg/L、有效氯20%计算,折合次氯酸钠投加率为40mg/L。按溶液比重1.22计算,前加氯每点设计最大投量270L/h,共设置6台209L/h的蠕动泵,4用2备,控制方式为按原水流量比例自动投加。1.2后加氯

在砂滤池DN1400出水管上设置后加氯点,共计2处,用于超越深度处理系统时使用,活性炭滤池或膜池后加氯共用1个加氯点,位于膜车间东侧DN2200清水总管上。由于活性炭滤池后加氯、膜池后加氯和砂滤池后加氯不同时运行,投加泵的设计按最多两处滤后加氯点考虑,氯的最大投加率按3.5mg/L、有效氯10%计算,折合次氯酸钠投加率为35mg/L。按溶液比重1.12计算,后加氯两点投加时设计最大投量296L/h。两个投加点共设置4台蠕动泵,2用2备,每台最大流量为293L/h,对应每个滤后投加点,低流量时投运1台,高流量时投运2台,根据余氯反馈和流量比例自动投加。

1.3补加氯

每座清水池后设置补氯点1处,共计2处,以备出厂水余氯不足时补充加氯,氯的最大投加率按1.0mg/L、有效氯10%计算,折合次氯酸钠投加率为10mg/L。每点最大投量71L/h,共设置3台75L/h的蠕动泵,2用1备,根据余氯反馈和流量比例自动投加。

2过程控制方法

前加氯为水厂消毒的第一道工序,通过流量比例控制（即定量投加）对水中病菌进行粗略的杀菌处理。后加氯为进入清水池前的一道工序,根据当地自来水公司要求,水中含氯量应控制在3.5mg/L左右,简单的流量比例控制在原水波动较大情况下会对水中余氯含量造成极大波

动从而影响出厂水水质,故采用复合环路控制,利用余氯分析仪检测水中余氯含量,通过PID方式调节蠕动泵,保证水中余氯稳定在3.5mg/L左右。补加氯为进入自来水管网的最后一道投加工序,为保证出厂余氯值稳定在1.0mg/L,采用复合环路控制方式。

2.1控制系统组成

本文控制系统采用西门子ET200SP分布式I/0结构下的CPU2522SP-2PN型号的可编程逻辑控制器（PLC）为主控制单元,根据控制需求点数,选用9个数字量输入模块、3个数字量输出模块、2个模拟量输入模块、3个模拟量输出模块,以及配备一面KTP2200BasicPN精简触控屏。

2.2控制逻辑

2.2.2流量比例控制

流量比例控制即控制投加量与水流量成一定比例,为开环控制,用户根据出厂水余氯需求及相关在线余氯分析仪数据,在HMI上手动设置投加浓度,通过PLC程序计算调整相应的加药泵的输出频率,进而改变次氯酸钠投加流量,公式如下:

2.2.2复合环路控制

复合环路控制是流量比例控制与余氯反馈控制共同运行的控制方式。在复合环路控制过程中,流量比例为主控流程,其投加浓度根据投加点的余氯分析仪的采样余氯显示值与设定值的偏差自动调整,形成余氯反馈控制。

余氯反馈的具体修正过程为:

（1）计算余氯设定值与余氯分析仪显示值的偏差e:

(2）将此偏差e代入P1D方程,计算出控制输出的修正值U(t）,即投加浓度的调整值:

(3）根据计算出的U(t）,调整加药泵的加氯量:

(4）在余氯滞后时间内,控制程序只连续检测和显示余氯,但不执行控制算法,即不对加药泵做投加量的调整:

(5）经过余氯滞后时间后,执行步骤1。即每经过一个余氯检测的滞后时间周期,根据余氯偏差调整加药泵的流量比例"投加浓度"参数,从而调节加氯量:逐步对偏差进行修正,直到余氯达到设定值的允许范围。

计算投加浓度的调整值的公式如下:

式中,U（t）为加氯量调整值:Kc为投加比例系数:e为余氯差值。

3结语

本文通过对水厂加氯系统的工艺需求进行分析,设计出了基于EP200sP分布式I/O的次氯酸钠投加系统,在减少人工劳动力的前提下,有效控制了各环节水中的含氯量,保证了出厂水质在可控范围内。