辛集水厂超滤膜滤池的自动化

辛集水厂超滤膜滤池的自动化

安群香1王鼎顺2

（1，广州工商学院广州510850；2，广州杰赛科技股份有限公司广州510310）

摘要：介绍了辛集水厂超滤膜滤池的自动化控制系统的整体方案。采用施耐德M580PLC进行自动化控制，膜池子站采用远程I/O方式实现，各膜池单独配置触摸屏实现本地控制。该文重点对超滤膜滤池的自动化反冲洗流程，维护性化学清洗流程进行了详细阐述，并列出了需要进行设置的参数及建议值等。对膜池的自动化运行和程序编写、参数设置等具有较好的指导借鉴意义。

关键词：PLC；净水厂；超滤膜；维护性清洗

1、概述

辛集城区水厂原水取自南水北调中线水源，设计供水量为15万米3/日，一期实施供水量为7.5万米3/日；采用絮凝平流沉淀池+浸没式膜滤池+次氯酸钠消毒工艺。

该项目自动控制系统由中央控制室、通讯网络、五个PLC控制子站（综合加药间PLC1站，膜滤池PLC2站，二级泵房PLC3站，脱水间PLC4站，热泵机房PLC5站）、现场一次仪表等设备组成，现场PLC控制子站与中央控制室之间通过光纤环网进行通讯。该水厂主要的处理工艺为超滤膜过滤工艺，该工艺除需要进行常规的反冲洗外，还需要进行维护性清洗和恢复性清洗，整个控制过程比较复杂，需要配合和协调的设备很多。本文针对该化学洗部分进行了详细探讨，并详细分析了该流程，希望对从事膜处理自动化的人员有所借鉴。

2、膜滤池控制系统的基本情况

膜滤池（PLC2）分站主要是负责膜滤池运行工艺参数的检测及设备的运行监控，膜箱的物理和化学清洗，膜滤池的全自动产水等过程的控制。膜滤池共设置6套PLC子站（PLC201～PLC206），每套PLC子站负责2组膜滤池，每格膜池阀门及液位、压力仪表接入各自的PLC子站。反冲洗及维护洗等公共设备接入膜池主站，通过膜池主站统一协调各膜池的过滤、抽真空产水、反冲洗、药洗等流程。PLC主站与PLC子站通过Ethernet/IP环网进行数据通讯。一期工程只做3套PLC子站，6个膜池，主要设备配置如表一。

3、膜滤池控制功能的设计

每格膜池子站控制2套膜池设备，实现自动过滤、抽真空产水、自动反冲洗、自动维护性清洗（恢复性清洗采用离线式，不做自动）等，主要功能如下。

3.1膜滤池的过滤

在膜池投入运行时，膜池首先处于进水过程，当膜滤池进水达到一定的水位，自动启动抽吸泵，进入过滤过程。过滤包括抽真空引水、调整抽吸水量，以保证超滤装置的恒流过滤，实际控制过程采用恒液位过滤方式。在过滤的过程中如果出现真空信号消失，需要重复抽真空才能继续产水。

为了有效的冲洗产水管路、产水池及反洗水池，该过程可能需要持续一定时间，在不能保证反洗水质的前提下请务必不能启动反洗泵。为了避免膜受到较大污染，可以采取如下措施[1]：

过滤期间定时曝气，曝气周期为0.5～1.0h，持续时间为1min，强度与反洗时曝气强度一致。

整个过滤过程中，要定时取膜池进水、产水管路、产水池以及反洗水池等水样进行水质监测，检测指标包括但不限于浊度、颗粒物、CODMn等。产水管路及产水池、反洗池几处水样无明显差异，且反洗水池出水无明显颗粒物等杂质方可进行反洗。

3.2膜滤池的反冲洗

正常运行周期设定为90~120min（可调）进行一次30s气冲，一次1min气水同步冲洗。具体步骤为（1）降液：关闭膜池进水阀；持续过滤，直到降到清洗液位。（2）气反冲洗：关闭膜池产水阀；开启膜池气冲阀，再启动鼓风机对膜丝表面进行30s（可调）擦洗；（3）气水反冲洗：然后开启膜池反冲洗阀、反冲洗泵进行1min混合冲洗；（4）关闭鼓风机、膜池气冲阀；关闭反冲洗阀、反冲洗泵；（5）排污：打开排污阀，将部分反洗污水排入排水池；关闭排污阀，开启进水阀重新进入产水过程；水位到达过滤液位时开启产水阀（同时开启抽真空阀门）。膜池反冲洗流程[2]如图1。

3.3膜滤池维护性清洗

反冲洗是维持膜过滤通量的一个有效手段，但是随着过滤的进行，有些不可逆污染难以通过反冲洗去除，跨膜阻力缓慢上升，必须进行定期的化学清洗。化学清洗包括维护性化学冲洗和恢复性化学冲洗[1]。

化学清洗通常由跨膜压力或时间的设定值来启动，化学清洗可分为在线化学清洗和离线化学清洗两种模式：

在线化学清洗：膜直接在膜滤池中完成化学清洗操作，一格膜滤池在清洗时其他膜滤池保持正常运行状态。

离线化学清洗：膜从膜池中移除，放入到专用的化学清洗池中完成清洗操作。

维护性化学清洗周期在7~15d（可设定），每次清洗时间在60min左右，主要用NaCLO进行清洗。

在上位机或者触摸屏上设定人工开启按钮，当人为按下开启按钮，该膜池进入维护性化学清洗程序，两个膜单元同时自动退出反冲洗、完整性检测、取样系统、排泥程序。在自动的情况下，倒计时周期到时自动开启维护性化学洗，在清洗过程中共用公共设备时。维护性化学清洗的主要流程如下。

第一步：反冲洗

先进行反冲洗去除固体杂质从而最大限度提高化学清洗效率。反冲洗流程按照上述反冲流程进行。阀门与水泵、风机联动，风机水泵自动轮换。反冲洗具体流程参照图1反冲洗流程进行。

第二步：注入化学清洗液

膜滤池或清洗池注入清水，采用超滤产水，同时投入化学清洗剂配成一定浓度的化学清洗液，本膜池采用次氯酸钠清洗，次氯酸钠由次氯酸钠发生系统自动生成。化学清洗要与加药间设备联动，PLC直接通过以太网进行数据交换，在膜滤池主PLC2进行控制逻辑的编写，需要开停药液泵时发送指令到加药间主PLC1，实现自动清洗。药液投加泵在主程序中实现自动轮换使用。

第三步：循环

通过化学清洗循环泵抽吸循环，使化学清洗液在膜纤维内、外侧循环。清洗液循环持续到一个预定的时间以确保膜组件能充分与化学清洗液接触。

第四步：浸泡

膜组件在化学清洗液中持续浸泡到预定的时间。在浸泡过程中周期性开启风机进行气冲。由于在此过程中风机为共用设备，因此需要确定好其他膜池的反冲洗与化洗同时使用风机的问题。

第五步：再循环

清洗液进行进一步循环。该流程需要设定好循环时间和循环次数，一般而言循环次数也需要设置，以便更好的进行化洗。

第六步：化学清洗液排空

化学清洗液排放到中和池。中和池需要检测pH值，合适之后才能进行排放。

第七步：冲洗

化学清洗结束，采用清水冲洗膜滤池以及膜组件以去除膜组件和管路中残留的化学清洗药剂。冲洗完毕之后系统进入过滤状态。冲洗次数一般2次以上，保证冲洗无残留才进入过滤。

维护性清洗常用的设定参数有很多（见表二），在实际的运行过程中，以下参数都可以进行修改，已更好的满足现实需要。

4、总结

在辛集水厂超滤膜滤池自动化系统的设计调试过程中，很多参数和具体流程都是经过多次试验和反复改进才最终确定下来的。比如上述循环过程，在实际调试中发现，按照厂家建议的只循环一次，在实际中效果并不好，后面才增加了次数设定，可以根据不同的情况调整冲洗次数。再如药液循环后，循环管道中还保留很多的药液，在上述过程中并没有排掉这部分药液的流程，导致药液管道中一直存有大量高浓度的清洗液，致使管道承受很大的腐蚀压力。后来在清洗中增加了循环过程，减低大大减低了药液浓度，很好的解决了此问题。总之，该流程和参数设置都是经过实际整定和验证过的，希望对膜池的自动化处理有所借鉴。

参考文献：

[1]立升浸入式超滤膜系统运行维护指导手册，2013

[2]王鼎顺，安群香.运城某污水处理厂自动控制系统的设计[J].工业控制计算机.2015，28（8）

[3]施耐德.自动化平台ModiconPremium选型指南，2010

作者简介：

安群香（1978—），女，汉，湖南新邵人，讲师，硕士研究生毕业，主要从事信号处理技术，计算机通信技术和电力电子技术的教学与研究。