１工程概况

南方某水厂在１９８６年开始建厂，１９９０年６月开始投入使用，日供水量达１８万ｍ３。运用混凝、沉淀、过滤、消毒的制水工艺环节，以保障出厂水符合标准。针对消毒工艺这一水处理环节，主要是通过液氯投加系统对出厂水进行消毒处理，确保出厂水水质符合国家标准。但是液氯本身为一种剧毒化学品，一旦发生泄漏将造成安全生产事故，重则人员伤亡。为取消液氯的使用且不影响出厂水水质，南方某水厂在投氯系统的基础上进行改造升级，取消液氯消毒，进而用次氯酸钠消毒取代。

２改造前后投加设备的对比分析

南方某水厂消毒工艺改造前采用液氯消毒，通过加氯机和水射器等设备的配合使用来投加液氯。整套投加系统包含的设备有氯瓶、起重机、投氯管道、真空调节器、加氯机、通风管道、泄漏报警系统与泄漏回收装置、漏氯抢险设备等［１］。这一系列的设备规定定期校检及更换，以确保安全无泄漏，后期维护费用特别高。但液氯作为一种重大危险源，一旦人为操作错误或者管道接口密封性不好造成泄氯，后果不堪设想；改造升级后采用次氯酸钠消毒工艺净水，系统由储液桶、变频器、电磁流量计、计量泵、背压阀等设备构成。所用的管道阀门密封材质均采用次氯酸钠专用的ＥＰＤＮ耐酸碱材质，可有效避免次氯酸钠泄漏，同时操作简单，设备故障率低。整套系统运行安全可靠，维修费用低［２］。因此，用次氯酸钠药剂替代液氯消毒的优势特别明显［１］。

３设计内容及方案

３．１设计改造思路

（１）能够精确地在电脑上位机监控画面上实现对投加计量泵远程控制与监测，岗位工作人员可以根据水质情况在上位机监控画面上对投加量进行调节。

（２）能够实时监控次氯酸钠储液桶的液位变化，读取投加计量泵的投加量。上位机利用组态监控软件进行指令传达、相关参数设置、故障报警、历史数据记录及读取等功能。

（３）根据公司水质内控指标的要求，设定出厂水余氯仪的测量范围为０．６～１．２ｍｇ／Ｌ。当次氯酸钠投加量过大时，出厂水的水余氯仪测量值超过设定的较高值，余氯分析仪自动报警，提醒工作人员对投加量进行调整，反之低于设定较低值时，余氯分析仪也自动报警，提醒工作人员对投加量进行调整。

（４）通过管道的连接，阀门的切换控制，任何一台投次氯酸钠计量泵可以实现前投次氯酸钠、后投次氯酸钠的功能。

３．２系统设计方案

与其他微型计算机相比，ＰＬＣ拥有很多的优势，适用于恶劣的工业环境，工作可靠，安装简便，维修方便，编程简单。ＰＬＣ利用其强大丰富的指令系统，满足生产上需要的各种开关量、模拟量的编写及控制。存储数据的ＲＯＭ区，更是可以有效地存储生产过程中的所有相关的信息。梯形图语言更是和继电器电路原理图十分接近，可以简化硬件设备外部的接线，进而使整个控制系统更加简单。本文主要介绍利用ＰＬＣ的相关知识实现对次氯酸钠投加系统进行自动控制，能够在上位机组态监控画面对投加计量泵进行控制与监测。岗位工作人员可以根据原水水质情况、出厂水余氯仪的报警信息，提醒岗位人员对次氯酸钠计量泵的冲程及频率进行调整，以实现对投加量的控制，节约成本。对安装在投加管道上的电磁流量计、储液桶上的超声波液位计等的信息进行采集并将实时信号变化转化为４～２０ｍＡ的标准电流信号送至模拟量输入模块１７４６－ＮＩ８，再进入ＰＬＣ，经过一系列处理后在电脑监控界面上显示，并通过界面上显示的实时投加量、液位变化等进行监控，当出厂水余氯值超过（或低于）设定范围时，就会报警提醒工作人员对投加量进行调整，保证出厂水余氯符合国家标准。

４次氯酸钠投加系统设计分析

４．１次氯酸钠投加点的选择

次氯酸钠投加系统主要包括前投次氯酸钠和后投次氯酸钠，其中前投次氯酸钠投加点设置在原水管道上，后投次氯酸钠投加点设置在滤后水总管上。两个投加点均位于管道的中心位置，以便于次氯酸钠在投入管道中心后，在投加点处停留时间较短。

４．２次氯酸钠自控系统的介绍

如图１所示，系统由监控电脑及其开发监控软件、ＰＬＣ模块、控制电路、变频器及液位仪表、电磁流量计、储液桶、计量泵、手动球阀、消脉冲器及管道、管件等组成。为满足生产使用，储药桶采用“两用一备”原则。

４．３次氯酸钠ＰＬＣ系统设备功能简介

（１）次氯酸钠储药（液）桶选用抗强碱腐蚀、避光的立式圆柱体，罐体直径为２．２ｍ，装药量为９ｍ３，桶顶用桶盖密封。采用“两用一备”原则，轮流进行溶液的进料和投加。

（２）次氯酸钠的进药。供货商用药罐车将浓度约为１０％的次氯酸钠溶液运至加药间。经化验室工作人员对次氯酸钠溶液化验符合标准后，进药人员将进药罐车上的出药管通过阀门活接与次氯酸钠储液桶进药总管连接，确保连接牢固后打开需要进药的储药桶进药阀，然后开启进药罐药车上的进药泵开始入药［３］。当液位计液位接近２．２ｍ时（储液桶高度为２．５ｍ，超声波液位计盲区２５ｃｍ），进药人员停止进药泵并关闭相应的进药阀，进药完毕。

（３）次氯酸钠储液桶加顶盖封闭，桶顶加装超声波液位计。由于岗位人员较为熟悉Ｅ＋Ｈ的超声波液位计，且具有较为熟悉的维修经验，故选用品牌为Ｅ＋Ｈ的ＦＭＵ２３１，其测量范围为０～５ｍ，安装在储液桶顶，用以连续实时监测桶内次氯酸钠的液位。

（４）由于仓库库存有三台米顿罗ＧＭ０３３０型机械隔膜计量泵，型号为ＧＭ０３３０ＦＰ１ＭＮＮ。根据次氯酸钠的性质将原有计量泵的液力端更换为次氯酸钠应用的ＰＶＣ液力端，采用ＮＰＴ螺纹接口。其泵电机功率仅０．２５ｋＷ，其较大投加量为３３０Ｌ／ｈ，出口压力为５００ｋＰａ。

（５）次氯酸钠投加系统共有三台隔膜计量泵，３＃隔膜计量泵主要用于后投次氯酸钠的投加，１＃隔膜计量泵主要用于前投次氯酸钠的投加，２＃隔膜计量泵通过管道的连接以及阀门的切换，作为前投和后投次氯酸钠的备用泵。其中，前投次氯酸钠投加管道铺设一条ＤＮ３２的ＵＰＶＣ联塑管道至投加点，后投次氯酸钠投加管道同时铺设２条ＤＮ３２的ＵＰＶＣ联塑管至后投加点，采用“一用一备”原则，同时接入反冲洗压力水管，用以定期对管道进行反冲洗。由于现场安装空间限制，没有安装电磁阀，投加管道均选用材质为ＥＰＤＮ耐酸碱的手动球阀、背压阀、消脉冲器、电磁流量计等。泵前进药管增加排气阀，以及时排出次氯酸钠产生的少量气体，保证电磁流量计读数的准确性。因隔膜计量泵的工作原理决定该泵间断式出液，供出的液体为脉动式流体。为确保投加管道压力保持一致，且可以均匀、连续地进行投加，故在隔膜计量泵后面的加药管上安装脉冲阻尼器。

（６）因我厂的投加生产工艺中使用ＡＢＢ的变频器，岗位工作人员操作较为熟悉，维修人员也积累了一定的维修经验，故根据实际情况，选用型号为ＡＣＳ３１０的ＡＢＢ变频器，用于控制隔膜计量泵的运行转速，从而调整投加量。

（７）因我厂其他投加系统管道选用的电磁流量计均为德国科威尔品牌的电磁流量计，不仅测量精度高，而且质量可靠。故根据实际情况选用的电磁流量计品牌为科威尔的ＦＥ２０－ＡＳ２５ＦＨＣＣ２ＦＡ２Ｋ２Ｐ用于监测次氯酸钠投加量。

５次氯酸钠自动控制系统硬件设计

次氯酸钠投加系统中三台计量泵的控制原理均采用如图２所示的控制线路。计量泵的控制通过变频器、中间继电器等的动作实现在监控电脑上的控制及监测，通过启停按钮在控制面板上实现控制功能，以满足生产工艺的要求。

６次氯酸钠自控系统软件设计及注意事项

６．１计量泵投加工作流程

首先是初始步骤。ＰＬＣ系统加电后，工作人员根据生产监控上位机读取的原水流量，以及出厂水余氯仪的读数，结合化验室烧杯实验提供的参考投加量以及水质的好坏情况，在上位机组态画面上设置次氯酸钠投加量的参数范围，然后在上位机上按下启动按钮，ＰＬＣ程序分别远程启动后投次氯酸钠计量泵、前投次氯酸钠计量泵。计量泵启动后，前投次氯酸钠管道、后投次氯酸钠管道上的电磁流量计上显示的瞬时流量经过输入模块１７４６－ＮＩ８对其进行Ａ／Ｄ转换，转换为数字量送入ＰＬＣ中，进而显示在组态监控画面上。同时，加氯间的出厂水余氯仪在线监测出厂水的余氯，当出厂水的余氯小于设定报警值０．６ｍｇ／Ｌ，或者大于设定较高临界值１．２ｍｇ／Ｌ时，触动余氯仪的报警信号，提醒工作人员重新设置投加量参数范围，以保障出厂水质符合国家标准；计量泵在投药的过程中出现故障均能够发出报警信号。

６．２次氯酸钠投加注意事项

由于投加管道较长和次氯酸钠溶液易挥发的性质，在停用一段时间（或者转换备用管道）后需应急启用，投加初期要采用较大投加量，直到管道中原有次氯酸钠溶液全部更换后再改为正常投加。

７结语

通过次氯酸钠投加系统各控制点的调试，模块之间的连接，硬件部分的接线，次氯酸钠消毒净水工艺起到了显著的效果。南方某水厂次氯酸钠投加系统改造从２０１５年１２月开始投入使用至今，系统运行正常，设备故障率低，暂无不良问题。