方振鰲，王異成，李 丹，薛永生，李海燕

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.武漢江揚(yáng)環(huán)境科技有限公司，武漢 430000）

發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH值自動(dòng)控制的新方案

方振鰲1，王異成1，李 丹2，薛永生2，李海燕1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.武漢江揚(yáng)環(huán)境科技有限公司，武漢 430000）

針對發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中pH值控制的難題，提出對pH值進(jìn)行自動(dòng)控制的新方案，介紹了工業(yè)廢水中pH值檢測基本程序和加藥時(shí)間的計(jì)算方法。應(yīng)用實(shí)踐表明該方案能很好地解決pH值的自動(dòng)控制問題。

發(fā)電廠；工業(yè)廢水；pH值；自動(dòng)控制

0 引言

pH值的控制一直是發(fā)電廠工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中的難題之一[1-2]，因?yàn)樗釅A反應(yīng)過程是一個(gè)典型的非線性過程。pH值較低或較高時(shí)，pH值變化非常緩慢；而在中性時(shí)，即pH值在7左右時(shí)，加入藥劑的微小變化都會(huì)引起pH值的很大變化，即隨著溶液pH值的變化，pH值相對于加藥量變化的增益也隨之發(fā)生顯著變化，非線性特征非常明顯。另外，實(shí)際酸堿反應(yīng)過程中還存在混合、測量等滯后環(huán)節(jié)，而且延遲時(shí)間一般很長，就更增加了控制的難度。

解決好工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH值中和處理的自動(dòng)控制問題，對提高pH值中和處理的控制質(zhì)量，減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，防止發(fā)生環(huán)境污染事故等都具有重要意義。

對pH值的控制難題，國內(nèi)外專家、學(xué)者做了大量的研究工作，建立pH值控制模型、研制pH值測控裝置等。但由于工業(yè)系統(tǒng)pH值的控制狀態(tài)千變?nèi)f化，很難研制出一種適應(yīng)各種工業(yè)生產(chǎn)情況的pH值控制器，換句話說，工業(yè)系統(tǒng)pH值的控制往往需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況建立模型和研制控制器，由于建模方法和算法均比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來成本不菲，這自然阻礙了pH值自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的普及應(yīng)用。

在發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH值的自動(dòng)控制中，控制工程師多采用傳統(tǒng)的PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)或自建模型的控制方法進(jìn)行自動(dòng)控制，控制效果多不理想，難以滿足現(xiàn)場控制需要。由于控制品質(zhì)不佳，用戶常常將自動(dòng)控制程序束之高閣，在此提出了在發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中對pH值進(jìn)行自動(dòng)控制的新方案。

1 pH值自動(dòng)中和處理控制程序

工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH值中和處理是廢水處理工藝中一種常見的工藝，中和處理的pH值要求在6～9之間。pH值中和或調(diào)整有動(dòng)態(tài)連續(xù)式和靜態(tài)間斷式2種方式。在此要解決的是pH值靜態(tài)間斷式中和處理的情況，簡單地說就是在一個(gè)廢水儲(chǔ)存池內(nèi)如何通過自動(dòng)加酸、加堿來進(jìn)行pH中和處理。

運(yùn)行人員在進(jìn)行人工中和時(shí)，先以測量的pH值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差大小預(yù)估一個(gè)加酸、加堿時(shí)間和加酸、加堿量進(jìn)行加藥，然后進(jìn)行攪拌，測量。如此反復(fù)，直至合格后排放。

在加酸或加堿自動(dòng)中和處理過程中，加藥泵頻率根據(jù)廢水的pH值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，但實(shí)際控制效果卻并不理想，原因是pH值和加藥量并非線性關(guān)系，此外酸堿藥液加入系統(tǒng)后進(jìn)行反應(yīng)還存在一定的滯后性。采用傳統(tǒng)的PID自動(dòng)控制方案難以解決這一工藝控制問題。

2 新的pH值自動(dòng)控制方案

2.1 控制方案

模擬人工中和程序，廢水儲(chǔ)水池自動(dòng)中和程序啟動(dòng)后，先曝氣（或攪拌），然后判斷pH值。當(dāng)pH值大于參數(shù)設(shè)置中的 “pH_H”，加酸中和，小于“pH_L”時(shí)，加堿中和，在兩者之間時(shí)，pH值合格可排放。

當(dāng)pH值不合格時(shí)，加酸堿中和，加酸堿時(shí)間經(jīng)公式計(jì)算后得出，加完藥后繼續(xù)曝氣（攪拌），曝氣完成之后判斷pH值，合格則排放，不合格再根據(jù)pH值計(jì)算加藥時(shí)間進(jìn)行加藥中和，如此反復(fù)，直至pH值合格。

2.2 控制界面

每個(gè)廢水池對應(yīng)一個(gè)參數(shù)設(shè)置界面，如圖1所示。

圖1 廢水池1號參數(shù)設(shè)置

酸堿性質(zhì)設(shè)定界面，見圖2。

2.3 控制參數(shù)的設(shè)置

圖2 加酸堿性質(zhì)設(shè)定

控制參數(shù)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)和池體情況，并通過實(shí)際調(diào)整試驗(yàn)來確定，一般應(yīng)考慮以下因素：

（1）pH值高、低限設(shè)定點(diǎn)應(yīng)在廢水中和標(biāo)準(zhǔn)控制范圍之內(nèi)，為安全起見，可將設(shè)定點(diǎn)設(shè)在與標(biāo)準(zhǔn)界限保持一定的安全距離。

（2）曝氣時(shí)間應(yīng)根據(jù)池體大小、攪拌方式、池內(nèi)水量多少等因素確定，以確保攪拌均勻?yàn)闇?zhǔn)。

（3）加酸、加堿流量即加藥泵的出力，建議加藥泵以固定行程和頻率運(yùn)行，以免產(chǎn)生誤差。

3 加藥時(shí)間的計(jì)算

3.1 加酸中和時(shí)加藥時(shí)間的計(jì)算

以98%濃硫酸為例，設(shè)廢水池面積S=100 m2，水池的液位為H（假設(shè)為3 m），將H液位設(shè)定為啟動(dòng)液位，若在H液位時(shí)水池內(nèi)的pH值判斷值為10，中和點(diǎn)設(shè)為7，以98%的濃硫酸作為中和介質(zhì)，加藥泵的流量Q=100 L/h計(jì)，則理論加藥時(shí)間T（s）的計(jì)算方法為：

代入各相關(guān)數(shù)據(jù)并注意單位換算得：T=29.3 s。

3.2 加堿中和時(shí)加藥時(shí)間的計(jì)算

以45%氫氧化鈉為例，設(shè)廢水池面積S=100 m2，水池的液位為H（假設(shè)為3 m），將H液位設(shè)定為啟動(dòng)液位，若在H液位時(shí)水池內(nèi)的pH判斷值為4，中和點(diǎn)設(shè)為7，以45%的氫氧化鈉作為中和介質(zhì)，加藥泵的流量Q=100 L/h計(jì)，則理論加藥時(shí)間T（s）的計(jì)算方法為：

代入各相關(guān)數(shù)據(jù)并注意單位換算得T=65 s。

3.3 加藥時(shí)間的修正

在實(shí)際中，因?yàn)榧铀幑芫€的長短、水池的大小、水池中酸堿物質(zhì)性質(zhì)的不同等因素，理論計(jì)算的加藥時(shí)間可能會(huì)存在一定的正偏差或負(fù)偏差，因此在程序制作時(shí)設(shè)置一個(gè)“酸加藥修正時(shí)間”和“堿加藥修正時(shí)間”窗口，以便進(jìn)行人為的時(shí)間修正。

4 結(jié)語

pH值是非線性控制變量，按照傳統(tǒng)的PID控制理論或簡單的自建模型進(jìn)行自動(dòng)控制，不能滿足生產(chǎn)工藝的控制要求。

采用新的控制方案對廢水pH值進(jìn)行自動(dòng)中和處理，已應(yīng)用于某發(fā)電廠工業(yè)廢水中和處理系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)按照無人值守要求進(jìn)行自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)。實(shí)際運(yùn)行表明這種控制方法，簡單、準(zhǔn)確、實(shí)用，既減輕了人員工作量，又避免了人為調(diào)整時(shí)pH值不易控制、pH值過調(diào)等情況。系統(tǒng)控制品質(zhì)良好，完全可以實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)中和處理、合格排放廢水的目標(biāo)。

[1]郭紅霞，王再英.pH值控制方法研究及其控制器的設(shè)計(jì)[D].西安：西安科技大學(xué)，2008.

[2]姚莉，曹岳輝.pH過程自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與仿真[D].長沙：中南大學(xué)，2007.

（本文編輯：陸 瑩）

New Thought for Automatic pH Control of Power Plant Industrial Wastewater Treatment System

FANG Zhenao1，WANG Yicheng1，LI Dan2，XUE Yongsheng2，LI Haiyan1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Wuhan Jiangyang Environmental Technology Stock Co.，Ltd.，Wuhan 430000，China）

s:The paper puts forward a new scheme for automatic pH control of power plant industrial wastewater treatment system to solve the pH control problem，and introduces primary control program and method of dosing time calculation.The application practice shows the new scheme can figure out automatic pH control problem.

power plant；industrial wastewater；pH；automatic control

TM621.8

B

1007-1881（2015）09-0066-03

2015-05-28

方振鰲（1963），男，工程師，從事發(fā)電廠化學(xué)試驗(yàn)研究工作。