某凈水廠V型濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：設(shè)計(jì)和實(shí)施好凈水廠V型濾池的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)提高水廠運(yùn)行效率和產(chǎn)品水質(zhì)有著極其重要的作用，以某凈水廠V型濾池自控系統(tǒng)為例，研究其生產(chǎn)工藝和反沖洗控制過(guò)程的基本流程和原理，采用西門(mén)子S7-300 PLC構(gòu)建了濾池生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，熟悉濾池正常過(guò)濾和氣、水反沖洗過(guò)程自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了凈水間生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人值守自動(dòng)控制，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：V型濾池；反沖洗；降耗

V型濾池是快濾池的一種形式，因?yàn)槠溥M(jìn)水槽形狀呈V字形而得名，也叫均粒濾料濾池（其濾料采用均質(zhì)濾料，即均粒徑濾料）、六閥濾池（各種管路上有六個(gè)主要閥門(mén)），它是我國(guó)于20世紀(jì)80年代末從法國(guó)Degremont公司引進(jìn)的技術(shù)。為提高反沖洗效率，采用氣墊分布空氣，并利用專(zhuān)用的長(zhǎng)柄濾頭進(jìn)行氣、水分配，從而有效降低氣、水反沖洗過(guò)程中因?yàn)V層膨脹導(dǎo)致的濾料流失。采用V型濾池技術(shù)對(duì)來(lái)水進(jìn)行過(guò)濾，具有出水水質(zhì)好、濾速高、運(yùn)行周期長(zhǎng)、反沖洗效果好、節(jié)省反沖洗水量、節(jié)能和便于自動(dòng)控制等特點(diǎn)。

1 工藝簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程

過(guò)濾時(shí)，渾水由進(jìn)水總渠通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入進(jìn)水支渠，通過(guò)溢流堰進(jìn)入進(jìn)水槽，再經(jīng)過(guò)與之相連的V型槽進(jìn)入濾池。濾后水通過(guò)長(zhǎng)柄濾頭進(jìn)入濾池底部的配水區(qū)，再經(jīng)設(shè)在配水配氣渠下部的配水孔進(jìn)入配水配氣渠，最后經(jīng)出水閥、水封井流出。并設(shè)置出水堰保證濾后水位恒定，防止濾料層出現(xiàn)負(fù)壓。

沖洗時(shí)采用氣水聯(lián)合沖洗，自動(dòng)控制運(yùn)行。即先氣反沖洗，然后氣水同時(shí)反沖洗，最后水沖洗的沖洗方式。沖洗時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥，打開(kāi)排水閥，池內(nèi)水位下降到排水槽頂。進(jìn)水總渠上設(shè)有進(jìn)水孔，關(guān)閉進(jìn)水閘后仍有部分水進(jìn)入V型槽，并從設(shè)在其底部的進(jìn)水孔進(jìn)入濾池，從排水槽流出，形成對(duì)濾料表面的掃洗。氣沖洗時(shí)，空氣經(jīng)進(jìn)氣閥進(jìn)入配水配氣渠，經(jīng)其上部的配氣孔進(jìn)入配水區(qū)，再由長(zhǎng)柄濾頭進(jìn)入濾料層。

1.2 工藝特點(diǎn)

V型濾池的主要特點(diǎn)如下：

（1）濾層含污量大。采用采用均質(zhì)粗砂濾料且厚度大，濾層含污量增加，過(guò)濾周期延長(zhǎng)。

（2）等水頭過(guò)濾。濾池出水閥門(mén)根據(jù)砂面上水位變化，不斷調(diào)節(jié)開(kāi)啟度，實(shí)現(xiàn)等水頭過(guò)濾。當(dāng)一格反沖洗時(shí)，進(jìn)入該池的待濾水大部分從V型槽下掃洗孔流出進(jìn)行表面掃洗，其他濾池水量增加很少。

（3）沖洗效果好。采用小阻力配水系統(tǒng)，汽水聯(lián)合沖洗加表面掃洗。

（4）濾料流失率較低。濾池沖洗時(shí)，濾層處于微膨脹狀態(tài)。

反沖洗過(guò)程分為單獨(dú)氣洗、氣水混洗和單獨(dú)水洗3個(gè)階段，反沖洗氣和反沖洗水分別從濾層下部泵入，從下往上沖洗過(guò)濾層，沖洗后的污水從排水管排走。通過(guò)反沖洗過(guò)程，可沖走濾層過(guò)濾時(shí)沉積的污垢，使濾池保持較高的過(guò)濾能力，從而保證水質(zhì)安全，提高過(guò)濾效果。

1.3 某水廠V型濾池實(shí)例

某凈水廠采用V形濾池工藝，共設(shè)6個(gè)濾格，每個(gè)濾格安裝有一個(gè)液位計(jì)以及各自的進(jìn)水閥、出水閥（調(diào)節(jié)閥）、反沖洗進(jìn)氣閥、反沖洗進(jìn)水閥以及排水閥和排氣閥。公用部分用于氣洗的鼓風(fēng)機(jī)有兩臺(tái)（一用一備），用于水洗的反沖洗泵兩臺(tái)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，凈水間控制室設(shè)S7-300 PLC主站和觸摸屏人機(jī)接口，每個(gè)濾格設(shè)一個(gè) PLC從站和觸摸屏。主站選用CPU315-2DP控制系統(tǒng)，主要完成公用部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、控制和通訊系統(tǒng)控制任務(wù)；從站選用CPU214通訊控制器并配置I/O數(shù)據(jù)接口模塊，主要完成采集本濾格現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并通過(guò)數(shù)字總線傳送給主站，接收主站的控制指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制的任務(wù)。主站和從站間通過(guò)Profibus總線連接，主站與廠級(jí)中控室上位機(jī)系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)總線進(jìn)行連接?？刂七^(guò)程可以通過(guò)從站觸摸屏對(duì)本濾池生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作，也可以在廠中控室計(jì)算機(jī)上對(duì)濾池系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了中控室計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控、觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)操作的二級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，從而能夠確保濾池安全可靠的生產(chǎn)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)控制方案

2.1 濾池恒水位控制

濾池過(guò)濾中最重要的環(huán)節(jié)就是恒水位或恒濾速控制。正常濾水工作期間，每組濾池在PLC的控制下，依據(jù)來(lái)水量的大小，及時(shí)調(diào)整濾水閥的開(kāi)度，保證濾池恒水位運(yùn)行；由于恒水位的根本目的是保證待濾水流量與濾后水流量基本恒定，因此轉(zhuǎn)化為控制各個(gè)濾格的水位保持基本恒定。用PID閉環(huán)控制可以根據(jù)水位的變化實(shí)時(shí)控制清水閥開(kāi)度，把以上所有影響水量變化的條件轉(zhuǎn)化為濾格水位的控制。

2.2 反沖洗控制

反沖洗一般采用氣沖、氣水同時(shí)反沖和水沖三個(gè)過(guò)程，反沖洗效果好，大大節(jié)省反沖洗水量和電耗。過(guò)濾過(guò)程：待濾水由進(jìn)水總渠經(jīng)進(jìn)水閥和方孔后，溢過(guò)堰口再經(jīng)側(cè)孔進(jìn)入被待濾水淹沿的V型槽，分別經(jīng)槽底均勻的配水孔和V型槽堰進(jìn)入濾池。被均質(zhì)濾料濾層過(guò)濾的濾后水經(jīng)長(zhǎng)柄濾頭流入底部空間，由方孔匯入氣水分配管渠，在經(jīng)管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。

反沖洗過(guò)程：1）關(guān)閉進(jìn)水閥，但有一部分進(jìn)水仍從兩側(cè)常開(kāi)的方孔流入濾池，由V型槽一側(cè)流向排水渠一側(cè)，形成表面掃洗。而后開(kāi)啟排水閥將池面水從排水槽中排出直至濾池水面與V型槽頂相平。反沖洗過(guò)程常采用“氣沖→氣水同時(shí)反沖→水沖”三步。

2）氣沖打開(kāi)進(jìn)氣閥，開(kāi)啟供氣設(shè)備，空氣經(jīng)氣水分配渠的上部小孔均勻進(jìn)入濾池底部，由長(zhǎng)柄濾頭噴出，將濾料表面雜質(zhì)擦洗下來(lái)并懸浮于水中，被表面掃洗水沖入排水槽。

3）氣水同時(shí)反沖洗，在氣沖的同時(shí)啟動(dòng)沖洗水泵，打開(kāi)沖洗水閥，反沖洗水也進(jìn)入氣水分配渠，氣、水分別經(jīng)小孔和方孔流入濾池底部配水區(qū)，經(jīng)長(zhǎng)柄濾頭均勻進(jìn)入濾池，濾料得到進(jìn)一步?jīng)_洗，表掃仍繼續(xù)進(jìn)行。

4）停止氣沖，單獨(dú)水沖，表掃仍繼續(xù)，最后將水中雜質(zhì)全部沖入排水槽。每格濾池反沖洗全部大約需要20min，各步驟及設(shè)定的時(shí)間和反沖洗周期可在濾池運(yùn)行一段時(shí)間后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及季節(jié)、水質(zhì)的變化做適當(dāng)調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城鎮(zhèn)化的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，對(duì)城市安全供水能力和相應(yīng)要求都有所提高，為了緩解不斷增加的城市安全供水壓力，全面提高供水水質(zhì)及供水水量，各地紛紛開(kāi)始建設(shè)凈水廠。濾池是地表凈水廠水處理的核心工藝處理工序，其生產(chǎn)運(yùn)行的效果直接影響水廠的生產(chǎn)效率和出水水質(zhì)的指標(biāo)。濾池技術(shù)發(fā)展至今，種類(lèi)繁多，有無(wú)閥濾池、雙閥濾池、普通快濾池、V型均質(zhì)濾池等，其中V型均質(zhì)濾池由于其進(jìn)水槽形狀呈V字形而得名，是快濾池的一種，采用均勻的石英砂濾層，分布較粗厚，具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行周期長(zhǎng)、濾速高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

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作者簡(jiǎn)介

王佳（1987—），女，遼寧省阜新市人，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，遼寧遼東水務(wù)控股有限責(zé)任公司，一般干部，研究方向：自動(dòng)化。