基于PLC的大型超滤污水处理控制系统的研究

针对于每天用水高峰，我们可以在水处理进水控制部分实时调节处理量参数来解决，但是过于频繁的调节水处理量参数对于整个膜系统会有较大的影响。第一，过于频繁调节水处理量参数会导致超滤膜所受压力频繁变化，而且由于过于频繁压力变化会存在较多的尖峰，这些压力峰值容易对超滤膜产生压力冲击，不利于膜的寿命。

第二，频繁调节水处理量参数容易导致其他附属设备的频繁调整，影响整个系统的稳定性，而且也会削减其附属设备的寿命。但是不去按照来水量去调整水处理量很容易造成集水池外溢或处理不及时相关连带后果。因此进水控制方面既要去满足自适应进水量去控制进水，又不能过于频繁的操作水处理量参数。

基于以上问题，我们提出了一种自适应梯阶进水的控制方法，此方法既可以满足根据来水量的变化对水处理参数进行调整，又不会频繁的调整水处理参数，进而可以根据来水量大小对产水量的大小进行自动调整，最终实现根据自适应来水量的产水功能。

我们假设t时刻来水流量为Fi(t)，集水池的液位就为L(t)，S为集水池的底面积，膜进水量Fo(t),ΔL_i(t)为来水液位增量，L_(t-1)(t)为t-1时的液位，ΔL_o(t)为超滤系统处理产量对业务液位增量。可得知：

首先从公式(4)中可以看出为了让L(t)达到一个相对稳定的值，必须让F_i(t)与F_o(t)接近。但是实际是不可能接近的，而且不能实时逼近。因为如果实时逼近，则会造成超滤系统水处理参数频繁变化。因此将其变换为公式(6),我们为了使F_o(t)不频繁变动，即给它暂时设定一个固定值，这样对于F_i(t)的一个范围，这时会存在一个ΔL(t)的范围与之对应，L_(t-1)(t)是前一次的时刻值,运用递归的思想，可以将其考虑为一个固定值，这样便可以将来水量范围转换为一个固定处理水量F_o(t)和一个液位L(t)的一个范围。

根据本超滤系统进水的规律，通过多次的实验测试，我们最终定下了一组更适合本超滤系统的液位范围和流量的对应数据组，具体对应关系如表1所示：

表1是本系统中梯阶自适应液位与流量压力的参数对照表。这里的压力与流量是对应的，其压力是根据膜的参数信息进行对照查询所得。液位与流量则是通过粗略计算和实验矫正所得。当集水池液位大于6米时，存在溢出风险，这个时候系统满负荷运行。当低于3米时，为了防止提升泵干抽，我们将停止系统运转。

通过按照表1的参数控制，本系统可以较好的应对来水量的变化，并且系统水处理参数也不会频繁变化。

3.2过滤产水及酸碱清洗控制

超滤系统中过滤产水及酸碱清洗控制是超滤控制系统研究的重点之一。超滤过滤产水过程是一个多时段不同事件的运行过程。这个过程包含了产水、水反洗、气水反洗及排空四个阶段。同一廊道每个阶段是唯一的。其中产水阶段的运行直接与产量挂钩，其他阶段只是为了对超滤膜进行保护。

单廊道的过滤产水过程流程图如图3所示。从图中可看出超滤产水过程所包含的四个阶段依次顺序执行，之后再次循环。在这四个阶段只有产水和排空是属于单个廊道的独立行为，而单个廊道进行水反洗、气水反洗阶段时所使用的设备是廊道的公共设备，即气擦洗空压机、反洗水泵及其他附属公共设备。

因此在进行水反洗和气水反洗时，每个时间段应最多有一个廊道且最多仅有一个廊道进行此阶段的行为。但是实际运行中，由于多廊道都运行在正常的过滤产水过程中，这样就会造成廊道与廊道之间的水反洗或气水反洗的冲突。通常将水反洗和气水反洗统称为反洗。将各廊道过滤产水过程的反洗阶段的冲突的现象称为廊道反洗竞争，简称廊道竞争。

在过滤产水清洗过程中对廊道竞争问题处理不合理的话容易使超滤系统产量降低，甚至很有可能降低超滤膜的寿命。因为当很多廊道同时请求反洗时，如果不能得到及时反洗且继续工作过长时间，会对膜寿命有影响。

但是如果多个廊道有反洗请求，正在反洗一个廊道，而其他具有反洗请求的廊道等待的话，这样超滤系统的产量又会降低。而且随着廊道数量的增加，廊道竞争现象越剧烈。因此解决廊道竞争问题实际是对于竞争廊道的反洗请求即要及时(相对)响应，又要处理好竞争廊道的运行状态。

这里我们采用队列法来处理廊道竞争问题。队列法是一种遵循先进先出原则的调度方法。具体原理如图4所示。队列调度由入队列、出队列和调度队列空间三部分组成。入队列是根据廊道反洗请求情况将有反洗需求的廊道压入到队列空间的过程。出队列则是根据当前的反洗设备的运行状况将需要反洗的廊道弹出队列的过程。反洗调度队列空间即扮演一个存储调度序列的角色，同时其还具有优化和排布序列的功能。

延伸阅读：

离子交换富集回收生活污水超滤膜滤后出水的氨氮

超滤自动控制系统在中水回用井下改造工程中的应用

超滤应用于中水系统反渗透浓水回用的试验研究

火电厂中水回用对超滤系统运行的影响研究