综合水厂滤池的节水技术

Construction&DesignForProject综合水厂滤池的节水技术

WaterSavingTechnologyintheWaterPlant'sFilter

武允文

(上海市安装工程集团有限公司，上海200080)

WUYun-wen

Shanghai200080,China)(ShanghaiInstallationEngineeringGroupCo.Ltd.，

【摘达到在水厂滤池清洗过程中提高控制精度，从而减少废水的排放，最终提升水介绍了一种通过自控技术的优化方案，要】

处理的回收率、节水的目的。该方案采用双闭环反馈控制的原理，通过引入高精度的传感器，可以有效提高自控系统对滤池液面的控制精度，从而缩短了滤池的液面达到安全位置的时间，也减少了滤池清洗前的等待时间。相比较，原先等待时间过长，现在的方案能有效控制水池的超排水量，提高了整个滤池的清洗效率，减少了滤池清洗中的废水排放量。这种方案的节水效果明显，有着良好的社会效益和环保目的。

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Theoptimizationofautomaticcontroltechnologywasintroducedinthispaper,toimprovecontrolprecisionofthefilterduringthecleaningprocess,therebyreducingtheeffluentdischarge,andgetthepurposesofultimatelyenhancerecoveriesofwatertreatmentandwatersaving.Themethodisprogrammedintheprincipleofdoubleclosed-loopfeedbackcontrol,byusingthehigh-precisionsensortoimprovethecontrolprecisioninautomationsystemforliquidlevelinfilter,whichalsocanshortenthetimeofwaterreachingtofiltersafeliquidlevel,andreducedthefilterwaitingtimebeforecleaning.Comparedtotheoriginalmethodwiththeproblemoflongwaitingtimes,nowthenewcontrolmethodcaneffectivelycontroltheproblemofoverdisplacementforwaterandimprovestheefficiencyduringtheprocessinfiltercleaningandreducedtheamountoffiltercleaningwastewater.Thismethodhaswellwater-savingeffect,goodsocialandenvironmentalrelationships.【关键词】节水环保；自控反馈控制；

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】feedbackcontrol；water-saving&environmentalprotection；automaticcontrol【中图分类号】TU991.64

【文献标志码】A

【文章编号】1007-9467（2015）08-0104-02

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2015.08.027

１引言

坐落于上海浦东新区东南的迪士尼乐园配套综合水处理厂设计规模为24000m/d，采用“曝气生物滤池+混凝加砂高

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管理调度及数据自动存储及分析自动化，又要符合环保节能的要求。从设计之初、到安装施工、乃至后期调试，这一理念始终是所有参建人员的座右铭，为此，自控调试人员在滤池调试控制的过程中开发了一个优化的技术手段，能够达到一定的节水环保的效果。

效沉淀池+超滤+紫外线消毒”作为水处理主体工艺，达到去除各类有机物、无机物杂质的目标。由于后期维护运营团队为中方与美方共同管理，既要做到现场站点无人值守自动控制，

），男，江苏无锡人，高级工程师，从事工（１９７１～【作者简介】武允文业、民用工程节能环保的开发利用研究，（电子信箱）１３８０１８４８６４８＠１６３．ｃｏｍ。

２系统简介

水厂自控系统以PLC构成环网为核心配以机电类设备和各类传感器，包括：水泵、电动调节阀、电磁流量计、液位计、压力变送器等。超滤膜负压过滤是水处理厂在水质净化处理

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公用工程设计

PublicUtilitiesDesign工艺流程中一道非常关键的工序，通过不同孔径大小的滤膜实现对水和水质残留物的物理性分离。

水厂超滤自控系统对浸没式超滤膜池进行平衡水位控制、反冲洗自动控制、维护性及恢复性清洗自动控制，对出厂供水自动恒压控制、自动加氯控制。通过中控上位机进行整体调度，通过实时数据库记录水质水量参数及设备运行情况。

在实际工业实施过程中，滤池在运行一段时间后，由于被截留的物质染污物会堵塞滤膜层，使水质急剧变坏，出水效率降低。为此，需要利用反向水流对滤膜进行活化更新，从而使滤膜层再生，滤池能重新开始工作。

在某个滤池准备开始进入清洗程序时，需要关闭该滤池的进水阀门并打开出水阀门，等待该滤池的水位下降到预定水位后，关闭排水阀门，然后对该滤池进行反向冲洗的工作。在这个过程中，排出去的水除以整个水池的容量就是超滤工艺（废）水排放率，它与水回收率之和就是1。随着PLC的广泛应用和设备监控精度的提高，滤池在等待清洗前的水位确认工作、开关阀门工作现在都由PLC自控系统来完成了，降低了人工的现场确认时间和滤池等待清洗的排队时间，提高了工作效率，同时也提高了水的回收率。

我们比较关心的是，通过控制方式的改进，水的回收率能在多大程度上有所提升。这就要我们从硬件、软件、控制模型等多方面来着手分析。

2）物理传感器

同样，有了核心处理元件，没有现场的“眼睛和耳朵”———数据采集元件也是不行的。所以，本文所述自控系统采用的现场压力传感器是美国的Rosemount3051型一体化压力变送器，输出4～20mA信号，当受到压力作用时，应变电阻发生变化，从而使输出电流发生变化。

另外一种传感器是瑞士产的E+h品牌的FMU30超声波液位计,它安装在水池的顶部。利用超声波反射时间差异计算出水位高度，转换成输出4～20mA的电流信号。

３．２软件设计

PLC就地控制柜的软件编程是用AB品牌PLC专用的RSLogix5000软件进行编程,它能实现4大类功能：

1）数据采集功能

自动、连续地检测并且以工艺流程图的形式显示出滤池系统的设备，包括泵、流量计、压力计、液位计的运行状态，同时能采集液位、压力、水量、转速的实时数据。

2）操作调节功能

系统在处于自动控制的状态下，软件对PLC可编程控制器预设的程序能根据预设参数、设备工况和控制要求，按规定的时间周期、设定的顺序和设定的工艺参数自动启停设备、自动切换设备的交替运行和调节部分设备的运行参数。

3）自动保护功能

软件自动连续地监测水量数据、泵体运行状况，并完成后台处理分析，自动报警和主动干预事故预处理措施，防止事故的发生和扩大，达到保护人身和设备的安全。

4）管理信息功能

软件能够上传相关的系统数据信息，协调和管理生产过程的调度、各类报表打印、绘制趋势曲线图。

３硬件与软件

３．１硬件介绍

包括两大类：控制元器件和采样对于自控系统硬件来说，元器件。

1）可编程控制器

可编程控制器（俗称“PLC”）是数据信号的处理中心，选用功能强大、可靠性高、抗干扰性强的PLC能在最大程度上提高动作执行的精度和速度。现在国际上常用的工业级PLC品牌主要有美国的罗克韦尔（AB）、德国的西门子（SIEMENS）和法国的施耐德（Schneider）。本文论述的项目采用的是美国AB的PLC，系统由中央处理单元、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、高速计数器模块、通讯接口模块、负载电源模块等部分组成的严密高速的程序控制器，并采用冗余配置。

４控制的动态响应

对于一个自控系统的对象和元件通常都具有一定的惯性（如液面下降过程的波动），并且也由于能源功率的限制，系统中各种量值（位移、电流等）的变化不可能是突变的。因此，系统从一个稳态过渡到新的稳态都需要经历一段时间，表征这个过渡过程的指标就是动态指标（如图1所示）。

(下转第109页)

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公用工程设计

PublicUtilitiesDesign定问题，我们知道水泵接合器的主要用途是供消防车从室外消火栓取水，通过水泵接合器将水送到室内消防给水管网供灭火使用。如果室外消防用水量远远小于室内消防用水量时，那水泵接合器设那么多是没有意义的，即使考虑到由消防车远距离运水，不可能在短时间内有那么多消防车远距离运水来达到同时满足所有水灭火系统的供水要求，因此,笔者认为应对一些水灭火系统适当减少水泵接合器的数量，而对消火栓系统应重点保证，故水泵接合器的数量按室内消防用水量计算的同时应考虑室外供水能力综合确定，达到既节省投资的目的，同时又保证消防的安全可靠性。

术经济和安全可靠性等综合因素确定，可采用消防水泵并行或串联、减压水箱和减压阀减压的形式。根据本工程的具体情况采用消防水泵转输水箱串联分区供水，消防水泵、转输水箱设在地上第7、36层避难层设备间，系统结合避难层的设置将各区水泵分别串联加压，以满足各分区的消防供水要求。此方案增设了转输供水系统，因而系统构成相对比较复杂，火灾时同时启用的用电负荷较大，设备分散，前期投入和后期管理的要求较高，但该系统安全性较高。

【参考文献】

【1】GB50084—2001（2005年版）自动喷水灭火系统设计规范[S].【2】GB50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[S].

【3】DBJ15-34—2004大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范[S].

４结语

超高层民用建筑由于建筑高度大，其消防给水系统应采取分区供水，分区供水形式应根据系统压力、建筑特征，经技

(上接第105页)

【4】GB50045—95（2005年版）高层民用建筑设计防火规范[S].

cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc如图1所示，改进方案与原方案在动态响应曲线上能做出直观的比较，也清晰地反映出系统改进方案在理论上较优。

【收稿日期】2015-02-02

cÃÄÇÆtÃÄÅÆÃΔÂcmax1ÂÃÄÅÆÂΔcmax2ÁÂÃÄÅÆc(∞)ÃÄÅÆc５节水效果

接下来，笔者以此理论为依据，通过项目本身的调试来验

证。

利用上述新的控制方式可以有效提高滤池的水回收率，

ÁtÁÂs2tÇ通过一段时间的试运行后，实际监测滤池回收率从设计要求的93%提高到了96%～97%之间。笔者保守估计，以提高3个百分点为计算依据。按照水厂设计供水量24000m3/d，年运行天数365d，供水（包括排水）费用每立方米6.7元人民币（参照2014年上海地区市政水价）。

年节水(价值)=24000m3/d×3%×365d×6.70元/m3=176.08万元

我们不难看出，这个节水效果是比较可观的，这样的技术改进既体现了我们的环保意识，更能让业主得到实际的利益，取得了良好的经济和社会效益，值得多加推广。

【参考文献】

tÃÁÁs1图１动态响应曲线

图中：

ΔCmax是最大偏差，它的大小反映了系统过渡过程进行的平稳程度，越小越平稳。

ts是调整时间，它通常是用来表征系统的过渡过程的时间，但是实际系统的输出量往往在稳态值附近，要作很长时间的微小的波动。于是，我们将系统输出量进入并一直保持在离稳态值的某一误差带内（取5%），作为过渡过程完成。

本文阐述的自控系统改进就是用高精度压力传感器（测量误差1%）的测量值取代液位计（测量误差2%）的测量值，作为系统控制依据，减少系统的最大偏差值，同时缩短调整时间。

根据工艺流程，我们不难看出，排水量与排水时间是成正比关系的，而排水时间的长短是依据自控系统对液面是否下降到设定值（即是否进入允许误差带）为判断依据的。

【1】高钟毓，王永梁.机电控制工程[M].北京：清华大学出版社，1994.【2】董景新，赵长德.控制工程基础[M].北京：清华大学出版社，1992.【3】韩兵.PLC编程和故障排除[M].北京：化学工业出版社，2008.

【收稿日期】2015-01-30

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