自来水生产过程自动测控系统设计(编辑修改稿)

自来水生产过程自动测控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

自来水处理工艺流程 水厂从河里抽上的水源水中会有各种不同的杂质，例如常会含有粘土、砂、水草、腐殖质、某些盐类，还有细菌、病毒、寄生虫、有机污染物等对人体有害物质，生活饮用水对水质的要求是无色、无嗅、无味、不浑浊、无有害物质、不含传染病菌，所以水在送往用户前，必须经过澄清、消毒等工艺环节的处理，使之符合用户对水质的要求。 水厂的水处理流程如下：原 水 箱 → 反应器 （投加 絮凝 剂 、助凝剂 ） → 沉淀池 → 多介质过滤装置 → 活性炭过滤装置 → 反渗透处理装置 → 出水 箱，如图 所示。 原 水 箱 反 应 器絮 凝 剂 、 助 凝 剂沉 淀 池多 介 质 过滤 器活 性 炭 过滤 器精 密 过 滤器出 水 箱氯 气 图 水处理 工艺 流程 进水及加药系统 在整个过程中，首先要把水从水源处抽到进水房，之后再通过出水泵把水送入管道中，然后再在管道中加入混凝剂（投药系统）并通过静态混合器使其充分反应，即流程内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 中的 原 水 箱、 反应器 （投加 絮凝 剂 、助凝剂 ）。 饮用水处理时，原水中杂质颗粒的大小，通常在 ~100181。 m的 范围内 ，其中比较大的颗粒很容易在沉淀和过滤时去除。 但原水中许多产生浑浊度和色度的胶体很难自然下沉，只有投加混凝剂（如铁盐和铝盐）和助凝剂（如聚丙烯酰胺） ，再经过混合和絮凝 过程，形成大颗粒的矾花，才可在沉淀和过滤时去除。 在此过程， 混凝剂和助凝剂必须先混和配成已定浓度的溶液，然后才按比例将溶液投加到水管中，进行混合和絮凝 过程然后形成大颗粒的矾花并进行沉淀、过滤等操作。 过滤 系统 过滤是原水（沉淀水）通过颗粒介质（如无烟煤、石英砂、硅藻土等，统称滤料）以去除水中悬浮杂质使水澄清的过程。 在滤池中，颗粒介质的排列总是上面细下面粗，滤料之间的孔隙尺寸也是从上向下越来越大。 滤池进水中的絮凝后颗粒，在电解中和、吸附、架桥等作用下会黏附在滤料的表面上。 当滤料层中截留了大量杂 质，孔隙堵塞严重时，还有机械隔滤作用可以去除杂质。 在本设计中，为了使其达到净化标准，所使用的过滤器依次为多介质过滤器、 活性炭吸附 和 精密过滤器 ，最后并通过反渗透膜处理，使水质达到要求标准。 其作用叙述如下 ： 多介质 过滤器 是 利用过滤器中所装填料来截留水中的悬浮物粘胶质颗粒，使水得到净化的水处理传统方法之一，它作为反渗透及离子交换系统前的预处理设备，结合投药进行化学凝聚，填料为无烟煤和石英砂，机械过滤器具有吸附和过滤两层作用，经加药后能除去水中的胶体有机物、悬浮物、澡类等。 活性炭是用烟煤、无烟煤、果壳或木屑等多种 原料经碳化和活化处理制成的黑色多孔颗粒。 活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布，在活化过程中形成各种形状和大小的孔隙，因而形成了巨大的比表面积，与水的接触面极大，因而吸附能力很强。 活性炭不仅能吸附水中的各种污染物，还可以吸附废气中的 SO2 等污染物，因此在环保、水内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 处理等领域有着广泛的用途。 精密过滤器（保安过滤器） 是 用以去除极微小的颗粒。 普通砂滤能够去除很小的固体颗粒，使出水浊度达到 1NUT 左右，但出水仍然含有大量粒径在 1～ 5μm 的颗粒，这些颗粒是砂滤无法去除的，虽然颗粒极小，可是如果直接进入反渗透主机，在 RO膜的浓缩作用下，仍然会造成膜元件的污染，要去除这些颗粒，就必须采用精密过滤。 精密过滤器 常设置在压力过滤器之后，有时也设置在整个预处理工艺的未端防止破碎的滤料、活性炭、树脂等进入反渗透系统，尽量做到不将上道工序产生的微粒带到下一道工序中去。 滤孔孔径应与水中所含杂质的 颗 粒相匹配，避免过粗或过细。 反渗透是渗透的逆过程。 如图 所示，容器 A 中放入 A 溶液， B 中放入纯水，中间用半透膜 隔开。 因为只能透过水和某些溶质，不能透过其他溶质和颗粒，这样，纯水就从 B渗透到 A， A中的水位就会一直上升，到等于渗透压△∏时的高度为止，这时达到渗透平衡状态。 如果在 A 的上面施加一个渗透压的压力△ p，则水的流动方向改变，于是水中的盐份被半透膜截留，达到去除效果，此即反渗透原理。 p半渗透膜B A纯水 咸水反渗透渗透咸水纯水AB半渗透膜 图 渗透和反渗透原理图 一般，进水压力增加时，膜技术去除作用会相应增大。 反渗透装置用于处理苦咸水所需的进水压力，当总溶解固体在 1g/L 时可采用低压（ ～ ），总溶解固体在 5g/L 时采用标准压（ ～ ），海水淡化（总溶解固体大于 35g/L）时为 ～内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ）。 反渗透法可以去除直径小于 的污染物或颗粒，包括盐类、致硬度物、致病微生物、浑浊度、合成有机物、农药以及绝大多数其他饮用水中的污染物，比其他处理工艺有更宽的去除范围。 也去除了前边几个过滤器无法去除的其他污染物或颗粒。 进而达到水处理水质要求。 加氯系统及出水 系统 （ 1） 加氯系统 饮用水处理中，加氯消毒以控制水致疾病已经取得很大成功。 投加消毒剂后，流行病如霍乱 和伤寒等早已完全绝迹，公共卫生状况明显改善。 我国长期以氯为主要消毒剂，在灭活 致病微生物、除铁除锰、除色度等方面取得了很好效果。 消毒时水厂应达到的目标是，第一，去除水中致病微生物，称为主要消毒，通常在滤前或滤后投加消毒剂，第二，在配水管网保持余氯，以防止微生物再生。 称为再次消毒，氯可以同时达到上述目标。 如为了减少加氯消毒副产物，而以臭氧作为主要消毒剂时，则消毒工艺比较复杂，需要在滤后水中投加氯或二氧化氯再次消毒。 本文的水源以黄河水为例，所选用的是滤后消毒，即水源经过絮凝、沉淀和过滤后，水中剩余的主要是细菌 ，所以只需通过氯消毒，并保证留有一定量余氯，以防止微生物再生或有其他来源的细菌，确保水质安全。 加氯系统由氯供应、氯存储、氯瓶、蒸发器、加氯机、管道和计量设备等组成。 以前水厂中由人工操作的加氯设备，配有加氯机、氯瓶和称氯瓶质量的磅秤等，但人工加氯往往存在加氯量调节滞后、余氯量不稳定等问题。 近年来，由于加氯自动化的发展，不少新建的大中型水厂引进了自动检测和自动加氯仪表设备，因此加氯系统除了自动加氯机和氯瓶外，还有余氯自动检测和自动控制装置，能随着流量、余氯的变化等自动调节加氯量，保证了出厂水的质量。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） （ 2） 出 水系统 水泵和泵站是水厂的重要组成部分，是保证供水（包括水量和水压）的必要设施，除了水源有足够高可以重力供水（如由高地蓄水库供水）的个别水厂外，从水源取水直至清水的输送，都是由水泵完成。 水厂泵站需消耗大量能源，在满足用户需求的同时，我们要注意合理使用能源，节约用电，除了提高离心泵、轴流泵等的运行效率外，必要时也需要改造更新设备，合理设计并选用合适出水系统。 要正确使用水泵，首先要合理选择水泵。 选泵恰当既能保证供水水量和水压，又可节约能源，如选泵不当，不仅使机泵设备利用率降低，而且还浪费电能。 选泵过大或扬程 过高，这样会造成浪费能源的现象，一台效率较高的水泵，如果用在扬程过低的场合，就只能在低效率的状况下运行，导致动力单耗较高。 因此，在选泵时，首先要了解供水的要求，主要是扬程、流量的范围以及变化情况等。 选泵时，不应只按最大供水量时达到最高效率为准，而应考虑经常供水量，水泵能在最高效率范围内运行，所以要注意选用高效区范围大的水泵，同时应选择效率高、损耗低的配套电动机。 这是因为城镇用水量是随时变化的，不仅随年份、季节而异，即使在任何一天内，最大一小时的水量可为平均时水量的 ~ 倍，而小城镇用水时间比较集中， 可以高达 ~ 倍，如果水泵运行不按平时变化的流量而只按最大流量考虑，必然要浪费电能。 在城镇供水系统中，除了少数小型城镇或大型工厂采用水塔调节供水外，一般城市大多数用离心泵直接输水到配水管网，并用并联水泵的方法，随时增加或减少水泵的台数来调节流量。 白天用水量大时，增加并联运行的水泵台数，并联以后可以提高水泵扬程，从而满足城市用水量和水压要求。 因此，根据本供水系统的情况，并为适应流量变化的需要，本设计选用离心泵直接输送水到配水管网，用并联水泵的方法来供水。 使供水系统既能满足用户，又能使设施内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 使用合理。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第三章 自来水处理 过程自动 测控系统 设计 自来水处理 测控 系统简介 为了优化水处理过程，可以将设备和工艺的检测以及工艺的控制结合起来，如图 所示。 水 厂 启 动 / 停 用紧 急 事 故 反 应滤 池 启 用 / 停 用 / 反 冲 洗药 剂 、 能 量 费 用 优 化劳 动 力 优 化水 力 检 测水 力 控 制水 位 流 量设 备 检 测水 泵阀 门水 艺 检 测工 艺 控 制浊 度余 氯电 导 率温 度P H 值 图 水处理的检测与控制 水厂要进行最佳的运行控制，需要从过程变量变送器得到精确的工艺过程信号，而精确的信号需要高质量的电子仪表。 无论水厂的规模大小如何，要顺序而及时地将过程参数或变量进行正确记录，必须配备计算机系统，以便相互协调工艺和设备的检测以及实现工艺参数的控制。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 水厂生产过程检测 （ 1） 检测 水厂 中有许多工艺变量需要检测，这些变量可以分成物理量和化学量，前者如流量、水位、水压和水温，后者如 PH 值、混浊 度、电导率和溶解氧等。 为了保证水厂生产正常进行，在工艺流程中配置适当的检测仪表用以检测各项运行参数，对运行安全、保证水质、降低能耗和药耗都是必要的。 水力、工艺和设备等方面都需要进行检测。 所谓水力检测是指原水在从取水口进入水厂直到处理后水流出水厂的过程中，在水力条件上应加以精 确 的检测和控制，使水厂的产水能力随时满足城市和工业用水的需要。 多数水厂在出厂水管上安装流量计以测定水厂的总产水量，而在生产过程 中的不同部位再安装流量计以测定各自的流量。 例如，采用等速过滤的滤池，每一滤池用单独的流量计以控制流量，测定溶解化学药剂的水量则用较小的流量计。 滤池进水渠和冲洗水箱中的水位用水位变送器测定，压力开关（继电器）用来控制空气压缩机等都属于水力检测。 工艺检测是为了保证水厂生产的正常运行，而在各工艺过程中监测有关运行参数，以保证出水水质，降低药耗能耗，实现科学管理。 水厂的检测参数包括：流量、水质、水位、水压、水温，机电设备和电气系统的温度等。 以上各项的检测点，可以根据需要设置在取水构筑物、主要水处理构筑物、清水池、二级泵站等处以及机电设备上，并配有状态显示与报警系统、数据处理与记录系统等。 近年来有许多新产品可以进行各种生产工艺检测。 例如余氯测定仪可以保证水厂出水中有足够的余氯；在线颗粒计数器可以将滤池性能和滤后水中悬浮固体的相对颗粒大小分步检测出来；浊度仪可以及时控制滤池冲洗，是滤池处于最佳状态。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 设备检测是在水厂中央控制室内设置图视屏或计算机系统，可以显示主要设备如泵、阀门、空气压缩机和鼓风机的工作状态。 较大和专门的电动机要有保护装置，如振动开关、相损失检测器和倒相检测器等。 水厂电力供应方面应该检测的内容是 ：电压不足或电压过高、相损失、倒相、有效功率和无效功率以及断路情况。 （ 2） 检测仪表 自动化检测仪表是自控系统中的一个主要子系统，它一般由传感器、变送器和显示器组成。 传感器是应用各种信号以检测被测变量（如流量、压力等），由于传感器输出的能量很小，经过变送器将所测信号转换为 4～ 20mA 的电流信号，并传送到可编程控制器（ PLC）中，显示器的作用是显示结果。 水处理过程的监测与控制仪表包括：流量计、压力计、液位计、温度计、水质在线检测仪、变送器和显示仪表等。 地表水自动检测仪表基本配置为 :地表水取水口水位和水泵吸 水井水位计；水厂进、出水的流量计；出厂水的压力计；带有上、下限报警装置的清水池水位计；带上限报警装置的滤池水头损失仪；冲洗水塔水位计；原水、絮凝池进水的 PH 计；原水、沉淀水、滤后水、出厂水的浊度连续测定仪等。 水厂生产自动控制 水厂的自动控制越来越复杂， 这些系统及设备 需要有自动化专业知识 的人员 进行 使用与维护 ，所有设计工作 也 需由自动化专业人员来完成，为了保证自动控系统的精确度和减少故障，每一细节都需仔细考虑，在这里先做一般介绍。 水处理运行的控制系统应根据水厂规模、经济条件和技术力量，可以采用手动、半自动和全 自动控制的组合，而自动控制可以是简单或复杂的。 （ 1） 开环控制 这是水处理最简单最常用的自动控制方式，并不应用控制器，它是根据负荷变化进内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 行调节，例如根据所处理的水量确定药剂的投加量，即药物流量和水厂流量成线性比例关系改变，这种方式当水质不变时可以得到满意的结果。 这种由流量决定投加量的系统是前馈控制的一个例子。 前馈控制 是 开环控制的一种特殊控制情况，因为控制系统并不检测由于控制而使工艺过程变化所发生的影响。 （ 2） 双位 /开关控制 双位开关是最简单和最常用的自动反馈控制的一种方式。 所谓反馈或闭环控制是以测定结果为 依据，例如根据测定的水质参数（ pH 值、浑浊度、余氯等）。