CN103268127A - 钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，包括单因子控制器、反馈控制系统和多个反应池，及顺次连接的石灰投加系统、石灰溶液配药池和石灰溶液储存池，石灰投加系统和石灰溶液存储池与单因子控制器连接；石灰溶液储存池与每个反应池之间均分别设有投药泵，投药泵连接有变频器，变频器与单因子控制器连接，反馈控制系统由多个分别用于测定每个反应池内pH值的在线pH计构成，每个在线pH计均与单因子控制器连接；单因子控制器与一PLC连接。本发明提高了控制的智能和灵活性，简化水处理控制系统，同时简化并达到相应的智能要求，降低工人劳动强度和工人技术水平要求。

Description

钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置及方法

技术领域

本发明属于环境保护处理技术领域，更具体的说是一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰智能自动投加控制系统。

背景技术

在水处理和脱硫除尘行业中，氢氧化钙被广泛用于酸碱中和、石灰沉淀法等工艺中。氢氧化钙作为廉价的酸碱中和剂更是常常应用于钢铁行业废水处理中。其使用特点使石灰投加成为环保行业的关键方式之一。

传统的药剂投加量主要是由人工靠经验来控制，投加设备简单，无法达到真正意义上的计量投加，不但增加药剂的消耗费用，也影响处理系统的运行效果。因此，设计开发更合理适用的投加量实时控制方式，解决石灰投加量的控制问题，建立完善的自动化投加系统，是生产实现全面自动化的关键，也是难点所在。

与国外相比，我国各地间原水水质普遍较差，且污染程度不同，水质变化也较大，使得对水质的精确检测和投药量的控制更难。而在加药自动控制方面，由于水处理过程的大时滞和不确定性的特点，实现自动控制控制出水质量十分困难。因此，研究一种控制操作简单的自动加药控制方法是大势所需。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种单因子智能石灰自动投加控制装置及方法。利用本发明提高控制系统的智能和灵活性，简化水处理控制系统，同时简化并达到相应的智能要求，降低工人劳动强度和工人技术水平要求。

所谓单因子是指将影响药剂投加效果的几种主要因素，都反映在流动电流这个投药本质单个参数上，并以此实现准确控制药剂投加量，简化控制影响因子，同时提高系统的自动控制的实现能力。本发明中石灰投加单因子控制技术主要是抓住了投药的本质——水中pH值特性，解决了影响酸洗废水处理中药剂投加的主要矛盾，不论废水的水量或是水质发生何种变化都可以将其通过pH值特性表现出来，并完成系统的自动控制。

为了解决上述技术问题，本发明钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置予以实现的技术方案是：该装置，包括单因子控制器、反馈控制系统和多个反应池，及顺次连接的石灰投加系统、石灰溶液配药池和石灰溶液储存池，所述石灰投加系统和石灰溶液存储池与所述单因子控制器连接；所述石灰溶液储存池与每个反应池之间均分别设有投药泵，所述投药泵连接有变频器，所述变频器与所述单因子控制器连接，自所述投药泵的泵出口处分两条并行的支路连接至反应池，每条支路上均设有电动阀门，其中一条支路为集中粗投投加管道，另一条支路为多点投加管道；所述反馈控制系统由多个分别用于测定每个反应池内pH值的在线pH计构成，每个在线pH计均与所述单因子控制器连接；所述单因子控制器与一PLC连接。

本发明一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制方法，采用上述钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，按照以下步骤实现控制：

启动装置后，当在线pH计将采集到的反应池中的pH值的信息反馈给单因子控制器，单因子控制器将采集数据与设定值进行比较，然后通过PID算法，通过变频器和投药泵控制药剂的投加量；变频器根据PLC的输出信号，对投药泵实行变频调节，投药泵采用螺杆泵调节转速，达到调节加药量的目的；通过设定一个目标值，单因子控制器能自动确定废水中被石灰中和达到的最佳值，所述石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动，从而全自动地确定药剂的投加量。

进一步讲：

当反应池内的pH值比设定值小于1时，单因子控制器启动集中粗投投加管路的电动阀门，之后启动投药泵，当反馈控制系统反馈反应池内的pH值与设定值相差0.2-0.5时，启动多点投药管路上电动阀门，单因子控制器进行投加PID计算，单因子控制器根据反馈的反应池内的pH值自动控制投药泵的变频情况，同时，控制石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动；待反馈的反应池内内的pH值达到设定值±0.1范围内时候，单因子控制器停止运转；

在反应池内的pH值达到设定要求时，在线pH计将测出反应池内当前的pH值，单因子控制器将在线pH计产生的信号进行整流、滤波、放大后，使之转换为4～20mA的电流信号，并将该电流信号传送至PLC，所述PLC通过该电流信号控制投药量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

药剂投加过程中影响投加量的因素很多，如废水水量、废水中污染物、废水的酸碱度等等。本发明具有良好的克服各种干扰的调节能力，当工况波动时，引起流动电流值的波动并偏离给定值，干扰越大，偏离越大，因此以流动电流的实测值与控制目标值值差为参数。

本发明将多个污染因子转化为单因子控制，控制方式简单、可靠、灵活，解决了不确定、非线性、复杂的自动化问题。在整个工艺过程中，本发明弱化了如何在各种变化的水质条件下确定出药剂投加量的问题。当水质变化超过一定范围时，可以不用有经验的操作人员依据经验人工修正设定值，适应能力强。

附图说明

图1是本发明单因子石灰自动投加控制装置框图；

图2是本发明单因子石灰自动投加控制方法工艺流程图；

图3是利用本发明投加控制方法石灰投加前后pH值变化表。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1和图2所示，本发明一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，包括单因子控制器、反馈控制系统和多个反应池；还包括顺次连接的石灰投加系统、石灰溶液配药池和石灰溶液储存池，所述石灰投加系统和石灰溶液存储池与所述单因子控制器连接。

所述石灰溶液储存池与每个反应池之间均分别设有投药泵，所述投药泵连接有变频器，所述变频器与所述单因子控制器连接，自所述投药泵的泵出口处分两条并行的支路连接至反应池，每条支路上均设有阀门，其中一条支路为集中粗投投加管道，另一条支路为多点投加管道。

所述反馈控制系统由多个分别用于测定每个反应池内pH值的在线pH计构成，每个在线pH计均设置在反应池的出口处，每个在线pH计均与所述单因子控制器连接；

所述单因子控制器与一PLC连接。

本发明一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制方法是采用上述钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，并按照以下步骤实现控制：

启动装置后，当在线pH计将采集到的反应池中的pH值的信息反馈给单因子控制器，单因子控制器将采集数据与设定值进行比较，然后通过PID算法，通过变频器和投药泵控制药剂的投加量；变频器根据PLC的输出信号，对投药泵实行变频调节，投药泵采用螺杆泵调节转速，达到调节加药量的目的；通过设定一个目标值，单因子控制器能自动确定废水中被石灰中和达到的最佳值，所述石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动，从而全自动地确定药剂的投加量。

进一步讲：

当反应池内的pH值比设定值小于1时，单因子控制器启动集中粗投投加管路的电动阀门，之后启动投药泵，当反馈控制系统反馈反应池内的pH值与设定值相差0.2-0.5时，启动多点投药管路上电动阀门，单因子控制器进行投加PID计算，单因子控制器根据反馈的反应池内的pH值自动控制投药泵的变频情况，同时，控制石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动；待反馈的反应池内内的pH值达到设定值±0.1范围内时候，单因子控制器停止运转；

在反应池内的pH值达到设定要求时，在线pH计将测出反应池内当前的pH值，单因子控制器将在线pH计产生的信号进行整流、滤波、放大后，使之转换为4～20mA的电流信号，并将该电流信号传送至PLC，所述PLC通过该电流信号控制投药量。

总之，废水中的污染因子如Fe²⁺、酸碱度等均消耗碱溶液，都可利用pH值特性反应其污染因子的浓度。药剂投加过程中影响投加量的因素很多，如废水水量、废水中污染物、废水的酸碱度等等。本发明具有良好的克服各种干扰的调节能力，当工况波动时，本发明可以将所有污染因子由pH值反馈，并最终以4～20mA信号至PLC，达到控制目的。

实施例：

选用来自钢铁工业酸洗废水处理工程，结合附图对本发明的实施过程做具体说明：

废水主要来源于酸洗车间，包括盐酸除锈后的清洗废水和磷化后的清洗废水，污染物主要为铁离子、pH和CODCr等。其中废水pH≤2，铁离子浓度不高于500mg/L。

在本实例酸洗废水中，原水水质中的污染因子较多，如果把每种因素考虑到控制系统中，不但控制紊乱，同时达不到水质处理要求。所以本实例中按照本发明方法将所有影响因素最终都归结为pH的变化。在加药混合后的废水经在线pH计检测，测出当前pH值，通过4～20mA的标准电流信号传送到单因子控制器，并与设定值（pH=8±0.1）进行比较，然后通过PID算法，控制变频器和投药泵（采用螺杆泵）药剂投加量。当操作者设定一个目标值后，该系统能自动确定废水中被石灰中和达到的最佳值，投加设备据此就可全自动地确定药剂的投加量。

本实例中Fe²⁺与碱溶液发生反应，最终是以Fe（OH）₃形式排出，在整个反应过程中可以通过酸碱度来反映亚铁离子的去除效率，pH变化趋势是由低到高，当废水中pH不再发生变化时，说明废水中的亚铁离子或是酸碱度已反应完全。则停止石灰碱溶液的投加。

如图2所示，本实施例中配置完成的石灰溶液投加至三个反应池中，三个反应池分别为反应池A、反应池B和反应池C，在每个反应池中分别设有两根药品投加管道：一个管道为集中粗投投加管道（为了大量投加药品），一根管道为多点投加管道（为了精准的投加药品），另外每个反应池中都有一根进水管道和一根排水管道。

当反应池A进水时，反应池B在反应，反应池C在排水，

当反应池B排水时，反应池A在反应，反应池C在进水，

当反应池C反应时，反应池A在排水，反应池B在进水。

依照此顺序往复运行。

在反应池A进水完毕后，等待反应池中pH稳定，进行药品投加，根据所测当前pH值计算药品投加量的多少，首先开启集中粗投投加管道上的阀门将计算药品的投加量85%或者更大的一个比例投加到该反应池中，等待反应完全（pH值变化范围变小时，与设定的pH值范围相差0.2-0.5）之后开启多点投加管道上的电动阀门进行精确投加，根据当前测量的pH值进行PID调节，从而使设定pH值与当前测量的pH值相同。

反应池B和反应池C的投加方法同前面的反应池A。此种投加药品方式简捷、准确，能够满足精度要求比较高的特定场合。在此控制中，当前pH值是随着反应时间（其时间长短由工艺专业充分考虑，时间与进水污染物浓度和流量有关）变化的，仅仅控制pH值来完成整个控制。

本发明方法简单，容易控制，运行稳定，适应水质变化能力强。本实例投加石灰溶液前后pH变化表如图3所示。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，其特征在于，

包括单因子控制器、反馈控制系统和多个反应池；

还包括顺次连接的石灰投加系统、石灰溶液配药池和石灰溶液储存池，所述石灰投加系统和石灰溶液存储池与所述单因子控制器连接；

所述石灰溶液储存池与每个反应池之间均分别设有投药泵，所述投药泵连接有变频器，所述变频器与所述单因子控制器连接，自所述投药泵的泵出口处分两条并行的支路连接至反应池，每条支路上均设有电动阀门，其中一条支路为集中粗投投加管道，另一条支路为多点投加管道；

所述反馈控制系统由多个分别用于测定每个反应池内pH值的在线pH计构成，每个在线pH计均与所述单因子控制器连接；

所述单因子控制器与一PLC连接。

2.根据权利要求1所述钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，其特征在于，每个在线pH计均设置在反应池的出口处。

3.一种钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制装置，按照以下步骤实现控制：

启动装置后，当在线pH计将采集到的反应池中的pH值的信息反馈给单因子控制器，单因子控制器将采集数据与设定值进行比较，然后通过PID算法，通过变频器和投药泵控制药剂的投加量；变频器根据PLC的输出信号，对投药泵实行变频调节，投药泵采用螺杆泵调节转速，达到调节加药量的目的；通过设定一个目标值，单因子控制器能自动确定废水中被石灰中和达到的最佳值，所述石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动，从而全自动地确定药剂的投加量。

4.根据权利要求3所述钢铁行业酸洗废水单因子石灰自动投加控制方法，其特征在于，进一步讲：

当反应池内的pH值比设定值小于1时，单因子控制器启动集中粗投投加管路的电动阀门，之后启动投药泵，当反馈控制系统反馈反应池内的pH值与设定值相差0.2-0.5时，启动多点投药管路上电动阀门，单因子控制器进行投加PID计算，单因子控制器根据反馈的反应池内的pH值自动控制投药泵的变频情况，同时，控制石灰溶液储存池、石灰溶液配制池和石灰投加系统联动；待反馈的反应池内的pH值达到设定值±0.1范围内时候，单因子控制器停止运转；

在反应池内的pH值达到设定要求时，在线pH计将测出反应池内当前的pH值，单因子控制器将在线pH计产生的信号进行整流、滤波、放大后，使之转换为4～20mA的电流信号，并将该电流信号传送至PLC，所述PLC通过该电流信号控制投药量。

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