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【摘要】随着近年来我国经济的快速发展及人民生活水平不断提高，对水资源的利用日益扩大，净水厂的水质处理问题也越来越多的受到人们的广泛关注。本文笔者阐述了净水厂水处理工艺，探讨了净水厂水质处理控制系统。
【关键词】净水厂；水质处理；控制系统
分类号：TP303.01
引言
自来水与人们的生活息息相关，水质的好坏关系到人们的身体健康，因此其生产过程的优化有重要的意义。自来水厂实现自动化的根本目的是提高生产的可靠性和安全性，实现优质、低耗和高效供水，获得良好的经济效益和社会效益。水厂同其它行业的工厂，自出现以来不断现代化，不断革新，其生产能力、净化效果也不断上升。日产一百万吨以上高质量自来水的超大水厂也不稀奇，维持这样一个大型的水厂正常运行，还要保证出厂合格自来水，对净水工艺和自动控制水平都提出了更高的要求。
一、净水厂水处理工艺
1、净水厂工艺流程
净水厂生产工艺属典型的过程控制系统，一般各个厂家采用的生产流程也比较相近。常用的水处理环节主要包括自然沉淀、混凝沉淀或澄清、过滤、消毒，同时针对不同条件的原水而采用的气浮、吸附及氧化等净水处理工艺。在我国，许多的净水厂目前采用的是混凝沉淀或澄清、过滤和消毒等工艺，也被称为传统的处理工艺。确切的就是水从水库抽取，送到厂里，加入絮凝剂和消毒剂，在絮凝池中反应，然后在沉淀池中沉淀分离，再经滤池过滤，最后进入清水池，用泵送至城市管网。每种过程工艺都有不同类型的构筑物，具体应用，可以根据原水的水质情况、出厂水质要求、水厂的规模和投资预算多少等众多因素来进行具体的分析，决定最后的方案。
2、混凝工艺
混凝（加药）就是向原水净化中加混凝剂及助凝剂，能够加速水中胶体微粒凝聚和絮凝成大颗粒，凝聚和絮凝总称为混凝，混凝包括原水投药并与水混合，药反应形成大颗粒的絮凝物的两个阶段的整个过程。混凝剂入水反应使胶体颗粒脱落后，从形成微小絮凝物到微小絮凝物之间相互吸附长大而沉降分离的过程经混合和絮凝，使水中胶体颗粒及微小悬浮物相互碰撞和聚集，形成易于从水中分离的大颗粒絮凝体的过程。沉淀就是使原水中的泥沙或经投药混凝后所产生的矾花颗粒，依靠重力作用从水中沉降分离出来而使混水变清的过程。
混凝沉淀是将混凝剂（PAC）和助凝剂（PAM）分别溶解，按照将PAC和PAM与清水分别投入兑成一定比例的药液，并用搅拌机加速混合。然后将原水和一定流量的PAC和PAM的药液加入到溶解池并用搅拌机混合，使混凝剂与原水充分反应，加强混凝效果。最后原水流入澄清池，排出絮凝体。
在水处理中的混凝沉淀直接影响水质处理效果，因此，对其投加量的控制更是严格要求。絮凝现象比较复杂，不同的混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同。
3、过滤工艺
水处理过程中，过滤一般指混凝后的水穿过石英砂滤料或其它颗粒层，挡住水中悬浮杂质，使原水得到澄清的过程。原水经过混凝沉淀后，大部分的杂质粒子和细菌病毒已经被删除，浊度小于10NTU，但仍不能满足生活饮用的要求。过滤不仅能进一步降低水的浊度、有机物、在水中的细菌也具有较强的清除作用。此外，过滤后的水中虽然残留着少量细菌和病毒，也会因失去颗粒物的保护和依存作用而成为裸露状态，为消毒创造了良好条件。
过滤时，进水阀开启，排水阀、水冲阀和气冲阀关闭，絮凝后水进入滤池，进入滤池的水经过滤沙过滤后，从清水管流往清水池，从而完成了整个过滤的过程。泥泞的水流经滤料层的时候截留水中杂质。随着杂质在滤层中拦截数量逐渐增加，滤料层滤沙之间的孔隙不断变小，水流阻力增加。当水头损失达到一定程度，会减少滤池出水量，或水质超标时，滤池必须停产反冲洗。
滤池运行管理中反冲洗也是重要的环节，其目的是清除被滤层所截留的杂质，使滤池恢复过滤能力。反冲洗有单独水反冲洗、水反冲洗和表面冲洗以及气水反冲洗。根据水厂滤池的实际情况，采用的是气水反冲洗，即先气冲洗，再气水同时冲洗，最后水冲洗的方式。
4、水的消毒
大多水中微生物粘附在悬浮颗粒上，所以悬浮物较少或浊度较低的水，微生物也相应的减少。虽然经过混凝、沉淀，可以除去大多数细菌和病毒，但消毒则起了保证饮用水细菌学标准的作用。消毒的方法包括物理法和化学法两种。在水处理中，最常用的是加氯消毒法，这一工艺过程常被称为加氯。我国生活饮用水卫生标准规定：水厂把氯气作为消毒剂，氯气与水接触超过30分钟后出水余氯应不低于0.3mg/L，城市管网供水的余氯不应低于0.05 mg /L（适用于加氯消毒）。氯消毒的原理，可以破坏被认为是氯细菌酶系统，当氯气透过细胞膜时，与细胞中酶发生不可逆反应，致使细胞死亡。
加氯消毒在净水流程中经常不只一次，在本文所研究水厂，共有三次，分别为前加氯、后加氯和中途加氯，前加氯是在原水管路上进行投加，杀死原水中的微生物和氧化分解有机物，由于混凝、沉淀和过滤是一个很长时间的过程，所以前加氯对经过滤池过滤后的水中余氯含量影响不大。后加氯是在通往清水池的管路上投加，进行消毒。中途加氯是在净水出厂通往城市管网的时候投加的，使出厂水达到国家生活饮用水卫生标准的规定。
5、清水池
过滤基本上是净水处理的最后工艺了，从滤池出来的水流入清水池储存，使自来水厂保持一定的水量储备。最后，清水由水泵从连接清水池和送水泵房的配水池中加压抽入供水管网，并以一定压力供给用户。
6、回收池
由于水厂地处西北部，使用的是地表水库提供的原水，水资源不是很丰富，所以冲洗沉淀和滤池的废水都回收利用。因此设置了回收池。
澄清池和滤池冲洗过的污水从进水渠流入回收池，通过加药絮凝及PH值调节，经过一段时间的沉淀，水中部分污泥沉降在池底。然后启动刮泥车，刮泥车在回收池中来回运动，刮起池底污泥，并用刮泥车上的水泵将池底较浑浊的水抽入排污渠，并最终排入城市污水系统。而回收池上层较干净的水则由回收泵抽入絮凝池。
二、净水厂水质处理控制系统
在原水处理阶段的配水、加药及后续的水处理都为滤池服务，属于所有滤池的公用部分。水厂共有三组滤池，每组包含8个滤池，每个滤池都有各自的PLC，采用是阀门控制。很多工艺要求通过人工手动控制无法完成，且人工控制需要更多的运行管理人员，增加了运行操作人员的强度，而且降低了工艺处理过程的可靠性。为了保证水处理过程的安全可靠和生产的连续性，同时为满足水处理工艺的需要，必须采用“在线仪表+PLC数据采集监测+水处理工艺自动控制设备+计算机调度管理系统”的模式来实现优质、可靠、低成本供水。目前在国内外各水处理厂普遍采用“先进工艺+自动化控制+调度管理”的模式。系统总体结构如下：
1、集中管理层
由1台或多台运行员站和1台工程师站组成，给操作和管理维护人员提供人机界面。能准确显示过程控制情况和程控系统运行状况，记录设备的启停时间和故障发生及消除的时间；打印各种报表并能故障报警；在线修改控制参数；通过网络与分散监控层连接，接收和发送数据信息，还可与管理网联网，向管理网发送相关信息。
2、分散监控层
由多个过程监控装置组成分散监控层，每个过程监控装置作为一个子系统，将整个过程控制分成几个局部过程控制或单元控制系统。各子系统功能相对独立，采集各自对象的输入信号和被控制信号，运算处理后输出控制信号，并通过网络与集中管理层以及其它各子系统连接，接收和发送数据信息。
3、现场控制层
由多台就地控制操作箱组成，具有现场手动操作、手动和自动控制的电气联锁和切换、驱动电气设备、非电量信号转换等功能。集中管理层和分散监控层之间用高速通信网连接，分散监控层与现场控制层之间通过测量信号和控制信号电缆一一对应连接。
结语
以上笔者对净水厂水质处理控制系统进行了粗略探讨，由于时间和篇幅有限，还有许多内容没涉及到，比如：净水厂水质处理控制系统硬软件配置等，在今后工作中，笔者将继续研究。
参考文献：
[1]高志国. 基于PLC的消防水罐液位模糊控制系统[J].石油化工自动化.2009.4
[2]李文全. 浅谈北屯得仁山净水厂的工艺设计[J]大陆桥视野.2011，16
【关键词】净水厂；水质处理；控制系统
分类号：TP303.01
引言
自来水与人们的生活息息相关，水质的好坏关系到人们的身体健康，因此其生产过程的优化有重要的意义。自来水厂实现自动化的根本目的是提高生产的可靠性和安全性，实现优质、低耗和高效供水，获得良好的经济效益和社会效益。水厂同其它行业的工厂，自出现以来不断现代化，不断革新，其生产能力、净化效果也不断上升。日产一百万吨以上高质量自来水的超大水厂也不稀奇，维持这样一个大型的水厂正常运行，还要保证出厂合格自来水，对净水工艺和自动控制水平都提出了更高的要求。
一、净水厂水处理工艺
1、净水厂工艺流程
净水厂生产工艺属典型的过程控制系统，一般各个厂家采用的生产流程也比较相近。常用的水处理环节主要包括自然沉淀、混凝沉淀或澄清、过滤、消毒，同时针对不同条件的原水而采用的气浮、吸附及氧化等净水处理工艺。在我国，许多的净水厂目前采用的是混凝沉淀或澄清、过滤和消毒等工艺，也被称为传统的处理工艺。确切的就是水从水库抽取，送到厂里，加入絮凝剂和消毒剂，在絮凝池中反应，然后在沉淀池中沉淀分离，再经滤池过滤，最后进入清水池，用泵送至城市管网。每种过程工艺都有不同类型的构筑物，具体应用，可以根据原水的水质情况、出厂水质要求、水厂的规模和投资预算多少等众多因素来进行具体的分析，决定最后的方案。
2、混凝工艺
混凝（加药）就是向原水净化中加混凝剂及助凝剂，能够加速水中胶体微粒凝聚和絮凝成大颗粒，凝聚和絮凝总称为混凝，混凝包括原水投药并与水混合，药反应形成大颗粒的絮凝物的两个阶段的整个过程。混凝剂入水反应使胶体颗粒脱落后，从形成微小絮凝物到微小絮凝物之间相互吸附长大而沉降分离的过程经混合和絮凝，使水中胶体颗粒及微小悬浮物相互碰撞和聚集，形成易于从水中分离的大颗粒絮凝体的过程。沉淀就是使原水中的泥沙或经投药混凝后所产生的矾花颗粒，依靠重力作用从水中沉降分离出来而使混水变清的过程。
混凝沉淀是将混凝剂（PAC）和助凝剂（PAM）分别溶解，按照将PAC和PAM与清水分别投入兑成一定比例的药液，并用搅拌机加速混合。然后将原水和一定流量的PAC和PAM的药液加入到溶解池并用搅拌机混合，使混凝剂与原水充分反应，加强混凝效果。最后原水流入澄清池，排出絮凝体。
在水处理中的混凝沉淀直接影响水质处理效果，因此，对其投加量的控制更是严格要求。絮凝现象比较复杂，不同的混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同。
3、过滤工艺
水处理过程中，过滤一般指混凝后的水穿过石英砂滤料或其它颗粒层，挡住水中悬浮杂质，使原水得到澄清的过程。原水经过混凝沉淀后，大部分的杂质粒子和细菌病毒已经被删除，浊度小于10NTU，但仍不能满足生活饮用的要求。过滤不仅能进一步降低水的浊度、有机物、在水中的细菌也具有较强的清除作用。此外，过滤后的水中虽然残留着少量细菌和病毒，也会因失去颗粒物的保护和依存作用而成为裸露状态，为消毒创造了良好条件。
过滤时，进水阀开启，排水阀、水冲阀和气冲阀关闭，絮凝后水进入滤池，进入滤池的水经过滤沙过滤后，从清水管流往清水池，从而完成了整个过滤的过程。泥泞的水流经滤料层的时候截留水中杂质。随着杂质在滤层中拦截数量逐渐增加，滤料层滤沙之间的孔隙不断变小，水流阻力增加。当水头损失达到一定程度，会减少滤池出水量，或水质超标时，滤池必须停产反冲洗。
滤池运行管理中反冲洗也是重要的环节，其目的是清除被滤层所截留的杂质，使滤池恢复过滤能力。反冲洗有单独水反冲洗、水反冲洗和表面冲洗以及气水反冲洗。根据水厂滤池的实际情况，采用的是气水反冲洗，即先气冲洗，再气水同时冲洗，最后水冲洗的方式。
4、水的消毒
大多水中微生物粘附在悬浮颗粒上，所以悬浮物较少或浊度较低的水，微生物也相应的减少。虽然经过混凝、沉淀，可以除去大多数细菌和病毒，但消毒则起了保证饮用水细菌学标准的作用。消毒的方法包括物理法和化学法两种。在水处理中，最常用的是加氯消毒法，这一工艺过程常被称为加氯。我国生活饮用水卫生标准规定：水厂把氯气作为消毒剂，氯气与水接触超过30分钟后出水余氯应不低于0.3mg/L，城市管网供水的余氯不应低于0.05 mg /L（适用于加氯消毒）。氯消毒的原理，可以破坏被认为是氯细菌酶系统，当氯气透过细胞膜时，与细胞中酶发生不可逆反应，致使细胞死亡。
加氯消毒在净水流程中经常不只一次，在本文所研究水厂，共有三次，分别为前加氯、后加氯和中途加氯，前加氯是在原水管路上进行投加，杀死原水中的微生物和氧化分解有机物，由于混凝、沉淀和过滤是一个很长时间的过程，所以前加氯对经过滤池过滤后的水中余氯含量影响不大。后加氯是在通往清水池的管路上投加，进行消毒。中途加氯是在净水出厂通往城市管网的时候投加的，使出厂水达到国家生活饮用水卫生标准的规定。
5、清水池
过滤基本上是净水处理的最后工艺了，从滤池出来的水流入清水池储存，使自来水厂保持一定的水量储备。最后，清水由水泵从连接清水池和送水泵房的配水池中加压抽入供水管网，并以一定压力供给用户。
6、回收池
由于水厂地处西北部，使用的是地表水库提供的原水，水资源不是很丰富，所以冲洗沉淀和滤池的废水都回收利用。因此设置了回收池。
澄清池和滤池冲洗过的污水从进水渠流入回收池，通过加药絮凝及PH值调节，经过一段时间的沉淀，水中部分污泥沉降在池底。然后启动刮泥车，刮泥车在回收池中来回运动，刮起池底污泥，并用刮泥车上的水泵将池底较浑浊的水抽入排污渠，并最终排入城市污水系统。而回收池上层较干净的水则由回收泵抽入絮凝池。
二、净水厂水质处理控制系统
在原水处理阶段的配水、加药及后续的水处理都为滤池服务，属于所有滤池的公用部分。水厂共有三组滤池，每组包含8个滤池，每个滤池都有各自的PLC，采用是阀门控制。很多工艺要求通过人工手动控制无法完成，且人工控制需要更多的运行管理人员，增加了运行操作人员的强度，而且降低了工艺处理过程的可靠性。为了保证水处理过程的安全可靠和生产的连续性，同时为满足水处理工艺的需要，必须采用“在线仪表+PLC数据采集监测+水处理工艺自动控制设备+计算机调度管理系统”的模式来实现优质、可靠、低成本供水。目前在国内外各水处理厂普遍采用“先进工艺+自动化控制+调度管理”的模式。系统总体结构如下：
1、集中管理层
由1台或多台运行员站和1台工程师站组成，给操作和管理维护人员提供人机界面。能准确显示过程控制情况和程控系统运行状况，记录设备的启停时间和故障发生及消除的时间；打印各种报表并能故障报警；在线修改控制参数；通过网络与分散监控层连接，接收和发送数据信息，还可与管理网联网，向管理网发送相关信息。
2、分散监控层
由多个过程监控装置组成分散监控层，每个过程监控装置作为一个子系统，将整个过程控制分成几个局部过程控制或单元控制系统。各子系统功能相对独立，采集各自对象的输入信号和被控制信号，运算处理后输出控制信号，并通过网络与集中管理层以及其它各子系统连接，接收和发送数据信息。
3、现场控制层
由多台就地控制操作箱组成，具有现场手动操作、手动和自动控制的电气联锁和切换、驱动电气设备、非电量信号转换等功能。集中管理层和分散监控层之间用高速通信网连接，分散监控层与现场控制层之间通过测量信号和控制信号电缆一一对应连接。
结语
以上笔者对净水厂水质处理控制系统进行了粗略探讨，由于时间和篇幅有限，还有许多内容没涉及到，比如：净水厂水质处理控制系统硬软件配置等，在今后工作中，笔者将继续研究。
参考文献：
[1]高志国. 基于PLC的消防水罐液位模糊控制系统[J].石油化工自动化.2009.4
[2]李文全. 浅谈北屯得仁山净水厂的工艺设计[J]大陆桥视野.2011，16