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1 前言

    氯是給水處理中使用最廣泛的消毒劑，在管道水中維持一定量的余氯，不僅可以抑制水中的細(xì)菌再繁殖，防止管網(wǎng)污染；控制生物膜的形成；而且當(dāng)水在輸送中受到再次污染時(shí)，還可起到一定的保護(hù)作用，抑制已入侵的病原菌的活力。同時(shí)它還有助于維持水質(zhì)的美學(xué)（如減少色度等）。所以，維持管網(wǎng)余氯是保證水質(zhì)的一項(xiàng)重要措施。

    目前，各水司對(duì)如何合理加氯問題都表現(xiàn)出極大的興趣，但真正做到合理加氯的供水系統(tǒng)則很少。凈水中余氯濃度太低不能很好地起到消毒作用，太高則會(huì)導(dǎo)致水廠附近管網(wǎng)水的氯濃度較高，產(chǎn)生味覺及嗅覺的不適，浪費(fèi)藥劑，提高生產(chǎn)成本，同時(shí)消毒副產(chǎn)物濃度增加，使水質(zhì)安全性降低。因此各水司都努力尋找加氯量的平衡點(diǎn)，即在保證消毒滅菌的同時(shí)，盡量減少消毒劑用量。信息化技術(shù)是供水系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，采用先進(jìn)的自動(dòng)化加氯控制系統(tǒng)是水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必不可少的措施之一。

2 自動(dòng)加氯控制原理

    為達(dá)到消毒效果，又不造成氯氣的浪費(fèi)，必須根據(jù)原水流量的變化及后續(xù)水質(zhì)的變化及時(shí)調(diào)整加氯量的大小。顯然采用人工調(diào)節(jié)是很難實(shí)現(xiàn)的，采用先進(jìn)的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)加氯自動(dòng)化是很有必要的。采用如圖1所示的自動(dòng)加氯控制系統(tǒng)。

    目前，凈水廠大多有預(yù)氯化措施，故加氯系統(tǒng)通常包括前加氯和后加氯。前加氯投加點(diǎn)的位置主要從工藝的角度來考慮，常設(shè)在原水總管上。加氯控制方式一般采用原水流量配比加氯方式，其控制原理為：加氯控制器根據(jù)原水流量的變化以及設(shè)定的投加率自動(dòng)調(diào)節(jié)加氯量。后加氯通常是濾后加氯，加氯點(diǎn)一般設(shè)在清水池進(jìn)水管。后加氯是保證出廠余氯的主要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到出廠水余氯的合格率和穩(wěn)定性，因此，后加氯控制相對(duì)前加氯而言是比較復(fù)雜的。常采用復(fù)合環(huán)自動(dòng)加氯方式，即根據(jù)濾后水流量及出廠水余氯反饋控制方式構(gòu)成復(fù)合環(huán)控制。其控制原理為：加氯控制器根據(jù)原水流量以及投氯后取樣水中余氯值和設(shè)定的余氯值，通過PLC中的PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)控制加氯量，輸出一個(gè)控制量來控制加氯機(jī)的投加裝置（如控制閥門開啟度調(diào)節(jié)）形成一個(gè)閉環(huán)控制，使余氯值向設(shè)定值逼近，確保出廠水余氯指標(biāo)。余氯的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)水質(zhì)要求進(jìn)行設(shè)定，保證管網(wǎng)中余氯符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。隨著季節(jié)和氣候的變化和供水管網(wǎng)的情況以及原水水質(zhì)的不同，余氯的設(shè)定值應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。為了能較穩(wěn)定控制加氯，應(yīng)在氯后總管上設(shè)置流量計(jì)，以便將濾后水流量引入到加氯控制中，采用比例加PID的復(fù)合環(huán)控制。

                      圖1 自動(dòng)加氯示意圖

                         圖2 加氯工作流程圖

    如圖2示：前加氯系統(tǒng)與后加氯系統(tǒng)共用一個(gè)氯氣氣源，共設(shè)兩組供氯氯瓶,兩組氯瓶互為備用.，根據(jù)氣瓶壓力自動(dòng)切換。如當(dāng)正在使用的一組氯瓶出口管上的壓力小于某個(gè)值時(shí)，壓力式自動(dòng)切換器將自動(dòng)切換到另一組氯瓶,保證連續(xù)供氯。在加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將PLC的模擬量輸出信號(hào)送給加氯機(jī)的模擬量輸入端，通過控制加氯機(jī)中執(zhí)行器的動(dòng)作，控制水射器中的真空度，進(jìn)而控制了加氯量的大小。加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)中還包括氯氣氣源的自動(dòng)切換，漏氣自動(dòng)報(bào)警和漏氯吸收裝置的自動(dòng)控制。在加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵是對(duì)加氯機(jī)的控制。

    自動(dòng)控制氯系統(tǒng)可進(jìn)一步配備計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)加氯間無人值班目標(biāo)。把出廠水中的余氯分析儀測(cè)定的數(shù)據(jù)送到加氯間，中心化驗(yàn)室和調(diào)度室，以便值班人員可隨時(shí)監(jiān)測(cè)出廠水余氯值和調(diào)整余氯設(shè)定值。

3影響加氯自動(dòng)控制的主要原因

（1）采樣時(shí)間

    采樣時(shí)間的長(zhǎng)短，直接影響加氯的效果。為了達(dá)到自動(dòng)控制的目的，要求氯氣經(jīng)充分混合后馬上檢查余氯值作為復(fù)合環(huán)控制的反饋信號(hào)。但現(xiàn)場(chǎng)中，有的工藝設(shè)計(jì)將混合接觸時(shí)間定的太長(zhǎng)，對(duì)控制系統(tǒng)來說，即意味著純滯后時(shí)間的延長(zhǎng)，造成測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，在后加氯的投加點(diǎn)和采樣點(diǎn)的選擇上，工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮自動(dòng)控制的要求。通常情況下，后加氯在清水池進(jìn)水管上，在氯氣與水充分混合后應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)取樣，水經(jīng)過加氯點(diǎn)到余氯分析儀處的水流時(shí)間一般不要超過5分鐘，在水與氯氣充分混合的前提下取樣時(shí)間越短越好。可用如下二種方法論縮短取樣時(shí)間：一是縮短取樣管的長(zhǎng)度；二是加快取樣管中的水流速度如加大取樣水管排水分流管。

（2）檢測(cè)設(shè)備

    余氯分析儀的檢測(cè)值的正確性也是控制加氯的關(guān)鍵。由于余氯分析儀存在零點(diǎn)漂移，應(yīng)定期進(jìn)行校正。同時(shí)在軟件編制時(shí)，對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的處理也可考慮濾波、穩(wěn)定等形式進(jìn)行適當(dāng)處理以增加數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）信號(hào)傳輸

    主要是各底層設(shè)備的檢測(cè)信號(hào)要及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸?shù)?/SPAN>PLC中，然后進(jìn)行處理。現(xiàn)場(chǎng)中大都設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（0―20mA或4―20mA）。

4 自動(dòng)加氯系統(tǒng)的應(yīng)用  

                 南方某一水廠，以江水為水源，水廠原設(shè)計(jì)規(guī)模為6萬m³/d。工藝流程如下示：

               圖3 凈水工藝流程圖

 采用如上所述的自動(dòng)加氯控制系統(tǒng)。選用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的可編程控制器PLC，它可靠性高，功能齊全，有豐富的編程指令，存儲(chǔ)容量相對(duì)較大，采用模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要配置不同的模塊。軟件設(shè)計(jì)采用西門子公司的STEP7 開發(fā)軟件。該軟件采用梯形圖及語句表設(shè)計(jì)語言，同時(shí)具有功能塊設(shè)計(jì)思想。采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思想，程序利用邏輯塊間的參數(shù)和數(shù)據(jù)傳遞控制過程。 

          經(jīng)過近一年的運(yùn)行實(shí)踐證明，采用自動(dòng)投氯系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)加氯量的最佳工況。在原水水質(zhì)及運(yùn)轉(zhuǎn)工況等有微小變化波動(dòng)時(shí)，人工控制難以進(jìn)行精確和及時(shí)調(diào)節(jié)，而自動(dòng)投氯系統(tǒng)則能做到這點(diǎn)，說明系統(tǒng)的適應(yīng)性更強(qiáng)，穩(wěn)定性更高。整個(gè)自動(dòng)加氯系統(tǒng)完善、配置合理，自動(dòng)化程度高。采用自動(dòng)加氯系統(tǒng)，大大提高了水質(zhì)安全的可靠性，同時(shí)也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止人為操作失誤，節(jié)約投加量。表1為2004年7月----9月凈水指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

                表1 某水廠改造前后耗氯量對(duì)比

    從表可看出，實(shí)行自動(dòng)投氯系統(tǒng)后，每月可節(jié)約氯量約15%，在保證殺菌前提下，使投加量最小，不僅降低生產(chǎn)成本，而且水質(zhì)安全性也得到提高。具在良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，同時(shí)有較高的投入產(chǎn)出比。

5 結(jié)論

    水廠采用本自動(dòng)控制系統(tǒng)以來，能有效地進(jìn)行工作，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，降低了氯耗，明顯地提高了水質(zhì)，對(duì)保證設(shè)備的安全運(yùn)行和保障生產(chǎn)秩序的正常化，促進(jìn)設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行，提高生產(chǎn)效益和降低運(yùn)行成本都帶來了許多好處，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[2] 蘇云青. 淺談供水行業(yè)加藥 加氯的自動(dòng)控制. 中國(guó)科技信息. 2005.1