印染废水回用工程自控系统实施分析

摘要：随着印染废水回用工程的普及，水处理工程的电气自动化实施的优劣决定了工程后续运营的优劣，决定着工程施工及后续运营成本的多少，工程电气自动化实施的质量决定着工程的质量。本文主要介绍印染废水回用工程自控系统实施的有关内容。

关键词印染废水；HQMBR；超滤；纳滤；跨膜压差；防雷；接地

引言

我国是世界纺织染整工业第一大国，印染行业每天有400多万吨的废水排放，接近全国工业废水排放总量的1/10。在整个印染生产过程中，从纺织材料的前处理、染色、印花和后整理过程都有废水排放，只是每个工段废水排放量和污染物成分和含量有所不同。随着水资源短缺问题日益突出，印染废水处理回用逐渐被大部分厂家所接受。

http:///
一、印染废水处理常见工艺简介

1、常规生化+混凝+砂滤+臭氧氧化+活性炭吸附

本处理工艺是在常规生化流程中增设臭氧氧化处理单元，通过臭氧氧化对生化处理出水中残留的难降解有机污染物进行去除，以实现COD和色度的去除。

本处理工艺的优点是：

出水色度可稳定达标；

运行管理相对简单；

产水回收率接近100%。

本处理工艺的缺点是：

出水COD达标率较低；

臭氧投加量大，一次性投资和运行能耗较高，活性炭更换较为频繁，污水处理成本较高；

剩余污泥产量较大，污泥处理处置成本较高。

2、常规生化+混凝+砂滤+超滤+反渗透

本处理工艺是对常规生化处理出水进行两级膜处理，经生化处理后的废水进

入超滤（UF）系统，此系统作为反渗透（RO）系统的前处理，采用超滤膜去除废水中的悬浮物、细菌和不溶性的有机物。经超滤处理后的UF产水进入RO系统，RO系统采用反渗透膜进一步去除废水中的绝大部分溶解性小分子有机物及盐分。RO产水可直接进行回用，RO浓水（浓缩液）外排至城市污水处理厂进一步处理或在厂内进行蒸发处理。

本处理工艺的优点是：

UF+RO深度处理系统可确保出水（RO产水）各项指标稳定达标；

对原有兼氧-好氧生物处理系统几乎不做改动，仅在增设UF装置及RO装置，改造工程实施较为简单。

本处理工艺的缺点是：

UF产水COD和色度较大，RO系统负荷较高，RO膜使用寿命短；

剩余污泥产量和混凝药剂投加量仍然较大，污泥处理处置成本较高；

产水回收率仅为60%~70%，RO浓缩液产量大，处置成本高。

二、印染废水处理实施工艺简介

已经运行案例工程在江苏吴江桃源镇某印染砂洗厂，采用了北京汉青天朗水处理科技有限公司自行研发的HQMBR®印染废水处理成套系统，本处理系统是由MBR系统与纳滤（NF）两级膜处理系统组成，通过纳滤膜有效截留MBR出水（UF产水）中残留的溶解性中低分子量难降解有机物和部分盐分，使出水色度和COD稳定符合要求。其工艺流程如图2-1所示。

图2-1HQMBR®工艺流程图

本处理工艺的特点是：

MBR+NF深度处理系统可确保出水（NF产水）各项指标稳定达标；

无需投加混凝药剂，污水处理成本显著降低；

剩余污泥产量大幅下降，污泥处理处置成本较低；

产水回收率不低于80%。

三、HQMBR®工艺实施工程电气自动化实施分析

3.1负荷分类

本工程系统所有用电设备均为 380/220V 低压设备，系统内分三个用电单元分别设置电控柜进行独立控制, 供电采用TN-S 系统。

通过计算，本工程总装机容量70KW，工作容量36KW，单台电机最大功率为 15kW。

3.2 线路配电

系统所有用电设备及仪表都通过桥架与电控柜进行连接，模拟量信号线和直流开关量信号可放置一起，在桥架内设置隔板与强电隔开敷设；外界电源引入电控柜采用YJV22铠装电缆3*35+2*25，总电源线进入电控柜后PE线与地排可靠连接。线缆金属护管要与桥架可靠连接，桥架要与接地系统可靠连接。

3.3 防雷与接地

系统设备安装现场要设置专用接地系统。接地干线采用40×4mm 镀锌扁钢，接地支线则采用25×4mm 镀锌扁钢，接地极采用∠50×5mm 镀锌角钢。接地支线与电控柜可靠连接，接地电阻要小于4欧姆；接地装置制作及安装参照标准图集03D501-4《接地装置安装》。

系统内部所有电控柜总电源PE线要与系统现场接地装置可靠连接。现场测量仪表和动力设备都用专用接地线与电控柜接地母排可靠连接；管道上或水箱内模拟量信号先通过耐高压隔离模块再进入PLC系统；开关量信号通过耐高压隔离模块再进入PLC系统，以上措施可避免外界强电脉冲信号干扰或烧毁PLC模块，最大程度保证系统稳定运行。

3.4 自动化设计

3.4.1 自控系统结构

如图3-1所示，本项目自控系统采用三层结构，包括信息层、控制层和设备层。

（1）信息层即远程工作站，可通过MODBUS总线形式实现与控制层的通讯。远程工作站自带网口，可通过因特网实现远程监控。

（2）控制层即上位机设在每部分的电控柜内，操作界面采用嵌入式一体化工控机，能实现无人值守运行；控制层通过串口与设备层进行通讯。

（3）设备层即下位机，采用星型拓扑结构，以硬接线方式连接仪表和现场传感器等设备。

图3-1自控系统结构示意图

设备层和控制层可通过MODBUS总线形式进行通讯，这种方式可扩展多个设备子层（即节点最多32个节点）；控制层和信息层间通过MODBUS总线形式进行通讯，除了硬接线方式还可通过DTU模快无线方式进行连接。

3.4.2 自控系统功能

本系统配置的硬件和软件可实现如下功能：

（1）多种运行方式：本控制系统包括远程、就地控制。就地控制包括触摸屏和控制面板控制方式。就地控制优先于远程控制。

（2）在线参数设定：本控制系统具有重要参数在线设置功能，例如压力低限值、水位限值、水泵运行时间、水泵交换时间、电流上限值等参数可通过监控画面进行设定，极大的方便了系统使用过程中对运行状态的控制。其中对部分关键参数的设定有权限要求。

（3）报警信息管理：本控制系统将报警分为停机报警和一般报警两类，停机报警发生后系统发出声光报警同时停止系统运行；一般报警发生后系统只发出灯光报警，设备继续运行；报警发生后，上位机将自动跳出文字提示，提示报警对象、原因、时间等信息，同时，报警信息还生成故障报警表格。操作人员处理完报警后，按下触摸屏或者控制柜面板复位按钮，声光报警解除。

（4）用户管理：将用户组分为操作员和管理员，不同的用户有不同的权限，不同的权限可看到不同的内容。输入对应密码方可进入系统。

（5）数据管理：本控制系统所管理的现场数据由设备层PLC及通讯模块自动采集，如：流量、跨膜压差、液位、阀门状态、动力设备运行状态等信息，上传至上位机，通过监控画面进行显示且记录保存，对重要参数可自动生成历史表格，同时对其数据进行计算分析生成分析报表和趋势图，连接打印机后还可对相应报表进行打印。

（6）远程通讯：本控制系统兼容多种通讯协议，采用标准化模块，通过485总线、以太网等形式实现信息层对现场设备的自动化管理。

图3-2自控软件监控界面

3.5 主要控制回路

3.5.1 水泵控制

超滤抽吸泵根据跨膜压差自动定时运行，当跨膜压差达到限值则停止抽吸泵，启动反洗泵定时对膜进行清洗，膜清洗分为药洗和水洗。

RO 装置的高压泵进出口装有低压和高压保护开关。当供水量不足至高压泵入口水压低于某一设定值（通常为 0.1MPa）, 会自动输出信号停止高压泵运行，以免高压泵在水量不足情况下运行导致泵体过热。当系统因其它的原因或误操作，导致高压泵出口压力超过某设定值时（通常为1.6MPa），高压泵会自动停机。在自动状态当高压泵进、出口压力都从非正常状态过渡到正常状态后要延时一定时间才能自动启动高压泵，这样处理避免了高压泵频繁启停。

RO装置膜跨膜压差达到限值则关闭高压泵和产水阀，打开清洗阀和清洗泵进行自动定时膜清洗，清洗结束则关闭清洗阀和清洗泵，打开产水阀和高压泵。

3.5.2 加药控制

计量泵和对应的工艺流程泵联锁启停，并可根据主管进水和产水流量信号自动调节加药量。

3.5.3 超滤系统的控制

超滤装置的启动、运行、反洗、药洗、停机等过程均由PLC 实现自动控制。可在超滤装置触摸屏上进行系统的启、停和自动、手动选择的操作。超滤装置的重要参数如压力、流量等均设有在线检测仪表。

3.5.4 纳滤系统的控制

（1）纳滤系统的启动、运行、冲洗等过程均可由 PLC 实现自动控制。同时，RO 系统还设置一块就地仪表盘可读出 RO 的有关工艺参数，如电导率、流量、压力等；可在纳滤控制柜面板或触摸屏进行高压泵、清洗泵和相关阀的操作。

（2）当纳滤投入运行时,为了防止高压泵突然运行产生对 RO膜元件的高压冲击破坏纳滤膜，在 RO 装置的高压泵出口设置一个慢开阀门，由可编程序控制器(PLC)控制其同步缓慢打开。在 RO 停止产水时，用产品水对 RO 膜组件自动冲洗 3~5min 左右，以避免浓水中的高浓度盐类在 RO 膜表面沉积结垢影

响膜的性能。

（3）在每套纳滤装置的进水、段间、浓水口设有压力变送器，输出信号进PLC系统，当压差达到设定的清洗压差值时，控制系统自动提示进行化学清洗。

3.6 仪表配置

1、流量测量点

（1）装设流量计的点

a.每套超滤装置产水管