CN112320998A - 一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法 - Google Patents

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CN112320998A CN202011009933.9A CN202011009933A CN112320998A CN 112320998 A CN112320998 A CN 112320998A CN 202011009933 A CN202011009933 A CN 202011009933A CN 112320998 A CN112320998 A CN 112320998A
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Abstract

本发明公开了自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法，加药系统向水处理系统加药，其中取水泵房将原水吸水井的水吸入絮凝沉淀池，沉淀后进入砂滤池进行初步过滤，通过提升泵房进入碳滤池进行二次过滤，过滤后依次进入清水池、吸水井通过出水泵送入用户管网；其中加药系统包括加矾系统、加氯系统和加氨系统。本发明有益效果：本发明提升水厂加药过程自动化程度，既能从源头上实现劳动力资源的高效配置与使用，保证水量、水压、水质，无需投加更多药物量，真正实现供水的稳定性，提高管理水平，依据水处理过程中的各种自动采集的参数适时的根据控制运算法则自动调整加矾加氯量，高精准控制投加药量，降低了成本，提高了工作效率。

Description

一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及水厂水处理加药控制技术领域，尤其是一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法。
背景技术
水不只是地球万物得以存活的重要物质条件，也是地球生态环境保持长远、稳健发展的根本前提。我国是一个严重缺水的国家，大部分淡水资源主要聚集于南方，北方淡水资源还不及其1/4。除此之外，水污染也是当前不容忽视的一个重要问题。据实地勘测结果显示，达到三类水质且满足自来水厂最基本要求的占比非常少，只有29.5%，但劣五类水质占比却超过了44%；不止如此，浅层地下水资源污染也是常见问题，据悉，约一半的浅层地下水受到了不同程度的污染，而在这其中，城市地下水污染最为突出。因工业废水没有严格按照标准正常排放，致使大量地下水、地表水遭到严重污染。现阶段，我国城市供水常见方式有三种，一是地表水，二是地下水，三是前两者混合。
经过百多年的发展，现代化的水处理工艺目前已经发展成熟，一般工艺过程利用混凝剂进行沉淀后，再进行过滤池过滤，最后消毒。混凝剂应用较多的是以硫酸铝（明矾）为代表的铝盐或是以硫酸亚铁为代表的铁盐。混凝就是扩散在水中的混凝剂分子吸附原水中的悬浮微粒和杂质，当吸附到一定程度时，由于重力的原因颗粒会慢慢下沉。过滤就是经过沉淀后较为清澈的水，通过滤池的石英砂层截除水中残余的杂质，使水的浊度达到地区标准。消毒一般采用氯化法。近年来，随着制水工艺的不断发展，很多原本必需反应药剂也被成本更低安全性更高的衍生品所替代，例如高分子化合物代替明矾作为混凝剂，臭氧、次氯酸钠、硫酸铵等分别代替氯气和氨气作为消毒剂等等。
尽管这些年我国工业一直保持强劲稳态发展态势，但环保治理并未得到妥善落实，导致环境问题愈发严重，地面水也遭到污染，水源水质无法得到保障，最困扰的是地下水受到了不同程度的污染。因为水厂源头水受到了污染，为确保水中的细菌、有机物等含量快速降低，很多水厂均增加了药物使用量[向，但即便如此仍未达到理想成效，因为水质发生重大变化，只凭借人工方式来投加药物无法精准控制药量，一旦药物投加量超标就容易导致出厂水质的有害物质譬如三氯甲烷等卤代烃和突变物质量变多，不适合人体饮用。
国外水厂处理系统早已经进入了自动化阶段，很多国家水厂投入巨资以实现自动化建设，全面改进并优化水厂自动化建设进程。近几年，国外诸多专家学者对水处理系统展开了深入探索与研究，并提出了很多具有影响力的改造方法，旨在从源头上实现水厂的高精度、智能化管控与监测。而西方发达国家在多年以前就已实现了药物投加系统的智能化改进与优化，比如美国、德国等国家也实现了自动化供水系统建设，并做到了分质供水，在此基础上，也对自控系统进行了持续优化与改进。而随着科学技术的快速发展，人们对水厂的自动化控制系统也提出了更高的要求，不只解决出水质量问题，也开始着手解决能源节约问题。目前，自来水厂也在朝着新方向发展，通过技术革新与发展实现全自动化管控与监测。
虽然我国是近些年才重视目来水厂的目动化建设，不过却保持快速发展之势，随着社会经济的迅猛高速发展，以及工业水平的大幅度提高，水厂迎来了高速发展的新时期，尤其是外资注入、先进技术及设备装置的引进，诞生了大批具有一定规模和实力的水厂，从而推动了我国水厂自动化建设进程，实现了自动化水平的大幅度提，自动化净水已成为水厂发展的一个显著特征，各项实用技术也得到了进一步改进与完善，并且，随着计算机的规模化普及与应用，这也意味着自动化水厂特别是经济发展水平相对较高的大中型城市不仅营造了良好的技术环境，很多现行实用技术已非常成熟。
因此，对于上述问题有必要提出一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法。
发明内容
本发明目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统及其方法，其依据水处理过程中的各种自动采集的参数，适时的根据控制运算法则自动调整加矾加氯量，高精准控制投加药量，可确保各处理环节的工艺水平达到现行标准，保证出厂水质量，防止因人工投加致使水质下降。
本发明的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，包括水处理系统和加药系统，所述加药系统向水处理系统加药，水处理系统包括取水泵房、提升泵房和出水泵房，其中所述取水泵房将原水吸水井的水吸入絮凝沉淀池，沉淀后进入砂滤池进行初步过滤，通过提升泵房进入碳滤池进行二次过滤，过滤后依次进入清水池、吸水井通过出水泵送入用户管网；其中加药系统包括加矾系统、加氯系统和加氨系统，其中加矾系统、加氯系统和加氨系统对絮凝沉淀池加矾、加氯和加氨；
其中所述取水泵房、提升泵房和出水泵房均通过水泵装置连接有控制模块，所述絮凝沉淀池和吸水井均设置有水质检测模块，所述水质检测模块通过PID控制器连接控制模块，所述控制模块连接上位机；
其中，所述加矾系统利用PMM值来控制加药调流量开度，从而控制投加药量，其中PMM值公式为：
Figure 672357DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 451219DEST_PATH_IMAGE002
为沉淀池加矾流量；
Figure 274818DEST_PATH_IMAGE003
为矾液配比率；
Figure 663074DEST_PATH_IMAGE004
为沉淀池进水流量；
Figure 154099DEST_PATH_IMAGE005
为矾缸浓度比重；
其中加氯PMM值公式：
Figure 336818DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 178872DEST_PATH_IMAGE007
为次氯酸钠投加流量；
Figure 606705DEST_PATH_IMAGE008
为进水流量；
Figure 952236DEST_PATH_IMAGE009
为次氯酸钠系数；
Figure 571436DEST_PATH_IMAGE010
为次氯酸钠有效氯含量；
其中加氨PMM值公式：
Figure 369628DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 365265DEST_PATH_IMAGE012
：硫酸氨投加流量；
Figure 299723DEST_PATH_IMAGE013
：进水流量；
Figure 355404DEST_PATH_IMAGE014
： 硫酸氨系数；
Figure 407936DEST_PATH_IMAGE015
：硫酸氨有效氨含量;
其中，所述加矾系统的加矾PMM值控制系统通过安装在管道上的流量变送器实时地测量参考点的进水流量及矾液投加流量，通过公式转换成PMM值，并将公式变换后的PMM值转换为电信号，电信号依次传输至PID控制器、执行机构、被控对象后输出PMM实际值。
上述加药系统采用提升泵将原矾液从储液池提升至溶液池，通过稀释、搅拌后，完成配药步骤，然后根据加注点的不同选择所需矾加注泵分别将矾液加注到沉淀池的进水总管上。
上述加氯系统利用提升泵将次氯酸钠送到次氯酸钠投加池，通过加氯泵及加氯调流阀加至各加注点。
上述加氨系统利用提升泵将硫酸氨送到硫酸氨投加池，通过加氨泵及加氨调流阀加至各加注点。
上述加氯系统在自动加药模式下，PLC自动检测次氯酸钠投加池的液位，自动开启投加池进液电动球阀，打开相应的提升泵和储液池出液低时，所述加氯系统打开补液电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
上述加氨系统在自动加药模式下，PLC自动检测硫酸氨投加池的液位，自动开启投加池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液低时，加氨系统打开补液电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
一种利用上述的自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统的加药方法，包括以下步骤：药液配缸开始，判断溶液池液位是否到低限位，若否，则继续使用该溶液池；若是，则根据设定的配药比自动计算加药液位，检测储液池是否有药液，若否，则切换备用储液池；若是，则关出液阀，开提升泵、开进液阀，加至计算加矾液位；关进液阀，关提升泵，开进水阀，加水至溶液上限；关进水阀，开搅拌机，搅拌至系统设定时间；关搅拌机，溶液池设为备用溶液池，药液配缸结束。
上述溶液池在低限位时，就会自动开启并进入补液程序，结合要配置的溶液池，确定出其当前浓度及目标浓度，并以目标浓度为依据实施补液过程；先根据溶液池、储液池的各项参数值确定出原矾液的添加量，自动开启储液池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液电动球阀进行补液，当原矾液补加到需求的液位时，自动关闭溶液池进液电动球阀，打开溶液池进水电动球阀；相应的储液池出液电动球阀及提升泵也关闭，补水到溶液池最高液位时，自动关闭溶液进水电动球阀，此时该溶液池浓度应为设定浓度，补液过程结束。
本发明提升水厂加药过程自动化程度，既能从源头上实现劳动力资源的高效配置与使用，还能使各生产环节的关联性进一步增强，保证水量、水压、水质，无需投加更多药物量，真正实现供水的稳定性，提高管理水平，依据水处理过程中的各种自动采集的参数，适时的根据控制运算法则自动调整加矾加氯量，高精准控制投加药量，可确保各处理环节的工艺水平达到现行标准，保证出厂水质量，防止因人工投加致使水质下降，另外，也实现了用药量的合理控制，改善了水厂水质，降低了各环节处理成本，从整体上保证了工作效率。
附图说明
图1是本发明的自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统原理框图；
图2是本发明的加氯系统系统原理图；
图3是本发明的加氨系统流程图；
图4是本发明的方法工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1至图3，本发明的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，包括水处理系统和加药系统，所述加药系统向水处理系统加药，水处理系统包括取水泵房、提升泵房和出水泵房，其中取水泵房将原水吸水井的水吸入絮凝沉淀池，沉淀后进入砂滤池进行初步过滤，通过提升泵房进入碳滤池进行二次过滤，过滤后依次进入清水池、吸水井通过出水泵送入用户管网；其中加药系统包括加矾系统、加氯系统和加氨系统，其中加矾系统、加氯系统和加氨系统对絮凝沉淀池加矾、加氯和加氨；
其中取水泵房、提升泵房和出水泵房均通过水泵装置连接有控制模块，絮凝沉淀池和吸水井均设置有水质检测模块，水质检测模块通过PID控制器连接控制模块，控制模块连接上位机；
其中加矾系统利用PMM值来控制加药调流量开度，从而控制投加药量，其中PMM值公式为：
Figure 676106DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 996229DEST_PATH_IMAGE016
：沉淀池加矾流量；
Figure 957232DEST_PATH_IMAGE003
：矾液配比率；
Figure 730016DEST_PATH_IMAGE017
：沉淀池进水流量；
Figure 801877DEST_PATH_IMAGE018
：矾缸浓度比重；
其中加氯PMM值公式：
Figure 477971DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 609875DEST_PATH_IMAGE019
：次氯酸钠投加流量；
Figure 869955DEST_PATH_IMAGE020
：进水流量；
Figure 479928DEST_PATH_IMAGE021
：次 氯酸钠系数；
Figure 774643DEST_PATH_IMAGE010
：次氯酸钠有效氯含量。
其中加氨PMM值公式：
Figure 811870DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 559246DEST_PATH_IMAGE012
：硫酸氨投加流量；
Figure 751672DEST_PATH_IMAGE013
：进水流量；
Figure 635315DEST_PATH_IMAGE014
： 硫酸氨系数；
Figure 109021DEST_PATH_IMAGE015
：硫酸氨有效氨含量;
其中加矾系统的加矾PMM值控制系统通过安装在管道上的流量变送器实时地测量参考点的进水流量及矾液投加流量，通过公式转换成PMM值，并将公式变换后的PMM值转换为电信号，电信号依次传输至PID控制器、执行机构、被控对象后输出PMM实际值。
其中加药系统采用提升泵将原矾液从储液池提升至溶液池，通过稀释、搅拌后，完成配药步骤，然后根据加注点的不同选择所需矾加注泵分别将矾液加注到沉淀池的进水总管上。
其中加氯系统利用提升泵将次氯酸钠送到次氯酸钠投加池，通过加氯泵及加氯调流阀加至各加注点。
其中加氨系统利用提升泵将硫酸氨送到硫酸氨投加池，通过加氨泵及加氨调流阀加至各加注点。
其中加氯系统在自动加药模式下，PLC自动检测次氯酸钠投加池的液位，在液位程程序，自动开启投加池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液低时，加氯系统打开补液电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
其中加氨系统在自动加药模式下，PLC自动检测硫酸氨投加池的液位，在液位程程序，自动开启投加池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液低时，加氨系统打开补液电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
参见图4，本发明的一种自动远程控制自来水厂水处理加药方法，其方法流程为：药液配缸开始，判断溶液池液位到低限位，若否，则继续使用该溶液池；若是，则根据设定的配药比自动计算加药液位，检测储液池是否有药液，若否，则切换备用储液池；若是，则关出液阀，开提升泵开进液阀，加至计算加矾液位；关进液阀，关提升泵，开进水阀，加水至溶液上限为；关进水阀，开搅拌机，搅拌至系统设定时间；关搅拌机，溶液池设为备用溶液池，药液配缸结束。
溶液池在液位低时，就会自动开启并进入补液程序，结合要配置的溶液池，确定出其当前浓度及目标浓度，并以目标浓度为依据实施补液过程。先根据溶液池储液池的各项参数值确定出原矾液的添加量（通常按照液位进行计算），自动开启储液池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液电动球阀进行补液，当原矾液补加到需求的液位时，自动关闭溶液池进液电动球阀，打开溶液池进水电动球阀；相应的储液池出液电动球阀及提升泵也关闭，补水到溶液池最高液位时，自动关闭溶液进水电动球阀，此时该溶液池浓度应为设定浓度，补液过程结束，该溶液池可用位置位。
本发明有益效果：本发明提升水厂加药过程自动化程度，既能从源头上实现劳动力资源的高效配置与使用，还能使各生产环节的关联性进一步增强，保证水量、水压、水质，无需投加更多药物量，真正实现供水的稳定性，提高管理水平，依据水处理过程中的各种自动采集的参数适时的根据控制运算法则自动调整加矾加氯量，高精准控制投加药量，可确保各处理环节的工艺水平达到现行标准，保证出厂水质量，防止因人工投加致使水质下降，另外，也实现了用药量的合理控制，改善了水厂水质，降低了各环节处理成本，从整体上保证了工作效率。
本发明采用可编程控制器进行水厂加药的自动化控制，不仅能便于安装调试而且能使设计周期减少，对于自来水厂这类单位来说，由于PLC控制具有较高的逻辑性、灵活性、可操作性，可以直接对作业现场作业顺序和工艺参数进行调整和设定，能够很好地取代继电器控制模式，且加强系统性能，在确保日常净水工艺运行的正常、安全、可靠的同时也提高了经济效益。
加矾PMM值控制系统通过安装在管道上的流量变送器实时地测量参考点的进水流量及矾液投加流量，通过公式转换成PMM值，并将公式变换后的PMM值转换为电信号，此信号是实现加矾流量跟踪的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值PMM值进行比较，将比较后的偏差值E进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为加矾电磁流量阀的开度信号0-100，控制加矾电磁流量阀的开度大小，从而控制加矾投加量，进而控制管道中的加矾PMM值，实现加矾PMM值恒定。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：包括水处理系统和加药系统，所述加药系统向水处理系统加药，所述水处理系统包括取水泵房、提升泵房和出水泵房，其中所述取水泵房将原水吸水井的水吸入絮凝沉淀池，沉淀后进入砂滤池进行初步过滤，通过提升泵房进入碳滤池进行二次过滤，过滤后依次进入清水池、吸水井通过出水泵送入用户管网；其中加药系统包括加矾系统、加氯系统和加氨系统，其中加矾系统、加氯系统和加氨系统对絮凝沉淀池加矾、加氯和加氨；
其中所述取水泵房、提升泵房和出水泵房均通过水泵装置连接有控制模块，所述絮凝沉淀池和吸水井均设置有水质检测模块，所述水质检测模块通过PID控制器连接控制模块，所述控制模块连接上位机；
其中，所述加矾系统利用PMM值来控制加药调流量开度，从而控制投加药量，其中PMM值公式为：
Figure 126374DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 63106DEST_PATH_IMAGE002
为沉淀池加矾流量；
Figure 564494DEST_PATH_IMAGE003
为矾液配比率；
Figure 903072DEST_PATH_IMAGE004
为沉淀池进水流量；
Figure 74290DEST_PATH_IMAGE005
为矾缸浓度比重；
其中加氯PMM值公式：
Figure 498318DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 803397DEST_PATH_IMAGE007
为次氯酸钠投加流量；
Figure 871848DEST_PATH_IMAGE008
为进水流量；
Figure 338601DEST_PATH_IMAGE009
为次氯酸钠系数；
Figure 249925DEST_PATH_IMAGE010
为次氯酸钠有效氯含量；
其中加氨PMM值公式：
Figure 968482DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 272863DEST_PATH_IMAGE012
为硫酸氨投加流量；
Figure 910518DEST_PATH_IMAGE008
为进水流量；
Figure 309138DEST_PATH_IMAGE013
为 硫酸氨系数；
Figure 565807DEST_PATH_IMAGE014
为硫酸氨有效氨含量;
其中，所述加矾系统的加矾PMM值控制系统通过安装在管道上的流量变送器实时地测量参考点的进水流量及矶液投加流量，通过公式转换成PMM值，并将公式变换后的PMM值转换为电信号，电信号依次传输至PID控制器、执行机构、被控对象后输出PMM实际值。
2.如权利要求1所述的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：所述加药系统采用提升泵将原矾液从储液池提升至溶液池，通过稀释、搅拌后，完成配药步骤，然后根据加注点的不同选择所需矾加注泵分别将矾液加注到沉淀池的进水总管上。
3.如权利要求1所述的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：所述加氯系统利用提升泵将次氯酸钠送到次氯酸钠投加池，通过加氯泵及加氯调流阀加至各加注点。
4.如权利要求1所述的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：所述加氨系统利用提升泵将硫酸氨送到硫酸氨投加池，通过加氨泵及加氨调流阀加至各加注点。
5.如权利要求1所述的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：所述加氯系统在自动加药模式下，PLC自动检测次氯酸钠投加池的液位，自动开启投加池进液电动球阀，打开相应的提升泵和储液池出液低时，所述加氯系统打开电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
6.如权利要求1所述的一种自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统，其特征在于：所述加氨系统在自动加药模式下，PLC自动检测硫酸氨投加池的液位，自动开启投加池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液低时，加氨系统打开电动球阀进行补液，当药剂补加到需求的液位时，自动关闭投加池进液电动球阀，相应的储液池系统出液电动球阀及提升泵也关闭，补液过程结束，设定PMM值跟踪进水流量的方式，自动控制加药量。
7.一种根据权利要求1-6所述的自动远程控制自来水厂水处理加药控制系统的加药方法，其特征在于：包括以下步骤：药液配缸开始，判断溶液池液位是否到低限位，若否，则继续使用该溶液池；若是，则根据设定的配药比自动计算加药液位，检测储液池是否有药液，若否，则切换备用储液池；若是，则关出液阀，开提升泵、开进液阀，加至计算加矾液位；关进液阀，关提升泵，开进水阀，加水至溶液上限；关进水阀，开搅拌机，搅拌至系统设定时间；关搅拌机，溶液池设为备用溶液池，药液配缸结束。
8.根据权利要求7所述的加药方法，其特征在于：所述溶液池在低限位时，就会自动开启并进入补液程序，结合要配置的溶液池，确定出其当前浓度及目标浓度，并以目标浓度为依据实施补液过程；先根据溶液池、储液池的各项参数值确定出原矾液的添加量，自动开启储液池进液电动球阀，打开相关的提升泵和储液池出液电动球阀进行补液，当原矾液补加到需求的液位时，自动关闭溶液池进液电动球阀，打开溶液池进水电动球阀；相应的储液池出液电动球阀及提升泵也关闭，补水到溶液池最高液位时，自动关闭溶液进水电动球阀，此时该溶液池浓度应为设定浓度，补液过程结束。
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