发电厂工业废水处理系统pH值自动控制的新方案

方振鳌，王异成，李 丹，薛永生，李海燕

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.武汉江扬环境科技有限公司，武汉 430000）

发电厂工业废水处理系统pH值自动控制的新方案

方振鳌1，王异成1，李 丹2，薛永生2，李海燕1

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.武汉江扬环境科技有限公司，武汉 430000）

针对发电厂工业废水处理系统中pH值控制的难题，提出对pH值进行自动控制的新方案，介绍了工业废水中pH值检测基本程序和加药时间的计算方法。应用实践表明该方案能很好地解决pH值的自动控制问题。

发电厂；工业废水；pH值；自动控制

0 引言

pH值的控制一直是发电厂工业废水处理领域中的难题之一[1-2]，因为酸碱反应过程是一个典型的非线性过程。pH值较低或较高时，pH值变化非常缓慢；而在中性时，即pH值在7左右时，加入药剂的微小变化都会引起pH值的很大变化，即随着溶液pH值的变化，pH值相对于加药量变化的增益也随之发生显著变化，非线性特征非常明显。另外，实际酸碱反应过程中还存在混合、测量等滞后环节，而且延迟时间一般很长，就更增加了控制的难度。

解决好工业废水处理系统pH值中和处理的自动控制问题，对提高pH值中和处理的控制质量，减轻运行人员工作强度，防止发生环境污染事故等都具有重要意义。

对pH值的控制难题，国内外专家、学者做了大量的研究工作，建立pH值控制模型、研制pH值测控装置等。但由于工业系统pH值的控制状态千变万化，很难研制出一种适应各种工业生产情况的pH值控制器，换句话说，工业系统pH值的控制往往需要根据现场实际情况建立模型和研制控制器，由于建模方法和算法均比较复杂，实现起来成本不菲，这自然阻碍了pH值自动控制技术在工业生产领域的普及应用。

在发电厂工业废水处理系统pH值的自动控制中，控制工程师多采用传统的PID（比例-积分-微分）调节或自建模型的控制方法进行自动控制，控制效果多不理想，难以满足现场控制需要。由于控制品质不佳，用户常常将自动控制程序束之高阁，在此提出了在发电厂工业废水处理系统中对pH值进行自动控制的新方案。

1 pH值自动中和处理控制程序

工业废水处理系统pH值中和处理是废水处理工艺中一种常见的工艺，中和处理的pH值要求在6～9之间。pH值中和或调整有动态连续式和静态间断式2种方式。在此要解决的是pH值静态间断式中和处理的情况，简单地说就是在一个废水储存池内如何通过自动加酸、加碱来进行pH中和处理。

运行人员在进行人工中和时，先以测量的pH值与目标值进行比较，根据偏差大小预估一个加酸、加碱时间和加酸、加碱量进行加药，然后进行搅拌，测量。如此反复，直至合格后排放。

在加酸或加碱自动中和处理过程中，加药泵频率根据废水的pH值进行PID调节，但实际控制效果却并不理想，原因是pH值和加药量并非线性关系，此外酸碱药液加入系统后进行反应还存在一定的滞后性。采用传统的PID自动控制方案难以解决这一工艺控制问题。

2 新的pH值自动控制方案

2.1 控制方案

模拟人工中和程序，废水储水池自动中和程序启动后，先曝气（或搅拌），然后判断pH值。当pH值大于参数设置中的 “pH_H”，加酸中和，小于“pH_L”时，加碱中和，在两者之间时，pH值合格可排放。

当pH值不合格时，加酸碱中和，加酸碱时间经公式计算后得出，加完药后继续曝气（搅拌），曝气完成之后判断pH值，合格则排放，不合格再根据pH值计算加药时间进行加药中和，如此反复，直至pH值合格。

2.2 控制界面

每个废水池对应一个参数设置界面，如图1所示。

图1 废水池1号参数设置

酸碱性质设定界面，见图2。

2.3 控制参数的设置

图2 加酸碱性质设定

控制参数的设置应根据系统和池体情况，并通过实际调整试验来确定，一般应考虑以下因素：

（1）pH值高、低限设定点应在废水中和标准控制范围之内，为安全起见，可将设定点设在与标准界限保持一定的安全距离。

（2）曝气时间应根据池体大小、搅拌方式、池内水量多少等因素确定，以确保搅拌均匀为准。

（3）加酸、加碱流量即加药泵的出力，建议加药泵以固定行程和频率运行，以免产生误差。

3 加药时间的计算

3.1 加酸中和时加药时间的计算

以98%浓硫酸为例，设废水池面积S=100 m2，水池的液位为H（假设为3 m），将H液位设定为启动液位，若在H液位时水池内的pH值判断值为10，中和点设为7，以98%的浓硫酸作为中和介质，加药泵的流量Q=100 L/h计，则理论加药时间T（s）的计算方法为：

代入各相关数据并注意单位换算得：T=29.3 s。

3.2 加碱中和时加药时间的计算

以45%氢氧化钠为例，设废水池面积S=100 m2，水池的液位为H（假设为3 m），将H液位设定为启动液位，若在H液位时水池内的pH判断值为4，中和点设为7，以45%的氢氧化钠作为中和介质，加药泵的流量Q=100 L/h计，则理论加药时间T（s）的计算方法为：

代入各相关数据并注意单位换算得T=65 s。

3.3 加药时间的修正

在实际中，因为加药管线的长短、水池的大小、水池中酸碱物质性质的不同等因素，理论计算的加药时间可能会存在一定的正偏差或负偏差，因此在程序制作时设置一个“酸加药修正时间”和“碱加药修正时间”窗口，以便进行人为的时间修正。

4 结语

pH值是非线性控制变量，按照传统的PID控制理论或简单的自建模型进行自动控制，不能满足生产工艺的控制要求。

采用新的控制方案对废水pH值进行自动中和处理，已应用于某发电厂工业废水中和处理系统，整个系统按照无人值守要求进行自动化程序设计。实际运行表明这种控制方法，简单、准确、实用，既减轻了人员工作量，又避免了人为调整时pH值不易控制、pH值过调等情况。系统控制品质良好，完全可以实现无人值守自动中和处理、合格排放废水的目标。

[1]郭红霞，王再英.pH值控制方法研究及其控制器的设计[D].西安：西安科技大学，2008.

[2]姚莉，曹岳辉.pH过程自动控制系统研究与仿真[D].长沙：中南大学，2007.

（本文编辑：陆 莹）

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

方振鳌（1963），男，工程师，从事发电厂化学试验研究工作。