1 前言

    氯是給水處理中使用最廣泛的消毒劑，在管道水中維持一定量的余氯，不僅可以抑制水中的細菌再繁殖，防止管網污染；控制生物膜的形成；而且當水在輸送中受到再次污染時，還可起到一定的保護作用，抑制已入侵的病原菌的活力。同時它還有助于維持水質的美學（如減少色度等）。所以，維持管網余氯是保證水質的一項重要措施。

    目前，各水司對如何合理加氯問題都表現出極大的興趣，但真正做到合理加氯的供水系統則很少。凈水中余氯濃度太低不能很好地起到消毒作用，太高則會導致水廠附近管網水的氯濃度較高，產生味覺及嗅覺的不適，浪費藥劑，提高生產成本，同時消毒副產物濃度增加，使水質安全性降低。因此各水司都努力尋找加氯量的平衡點，即在保證消毒滅菌的同時，盡量減少消毒劑用量。信息化技術是供水系統發展的必然趨勢，采用先進的自動化加氯控制系統是水廠實現自動化必不可少的措施之一。

2 自動加氯控制原理

    為達到消毒效果，又不造成氯氣的浪費，必須根據原水流量的變化及后續水質的變化及時調整加氯量的大小。顯然采用人工調節是很難實現的，采用先進的控制技術實現加氯自動化是很有必要的。采用如圖1所示的自動加氯控制系統。

    目前，凈水廠大多有預氯化措施，故加氯系統通常包括前加氯和后加氯。前加氯投加點的位置主要從工藝的角度來考慮，常設在原水總管上。加氯控制方式一般采用原水流量配比加氯方式，其控制原理為：加氯控制器根據原水流量的變化以及設定的投加率自動調節加氯量。后加氯通常是濾后加氯，加氯點一般設在清水池進水管。后加氯是保證出廠余氯的主要環節，它直接關系到出廠水余氯的合格率和穩定性，因此，后加氯控制相對前加氯而言是比較復雜的。常采用復合環自動加氯方式，即根據濾后水流量及出廠水余氯反饋控制方式構成復合環控制。其控制原理為：加氯控制器根據原水流量以及投氯后取樣水中余氯值和設定的余氯值，通過PLC中的PID（比例、積分、微分）調節控制加氯量，輸出一個控制量來控制加氯機的投加裝置（如控制閥門開啟度調節）形成一個閉環控制，使余氯值向設定值逼近，確保出廠水余氯指標。余氯的設定值應根據水質要求進行設定，保證管網中余氯符合飲用水標準。隨著季節和氣候的變化和供水管網的情況以及原水水質的不同，余氯的設定值應隨時進行調整。為了能較穩定控制加氯，應在氯后總管上設置流量計，以便將濾后水流量引入到加氯控制中，采用比例加PID的復合環控制。

                      圖1 自動加氯示意圖

                         圖2 加氯工作流程圖

    如圖2示：前加氯系統與后加氯系統共用一個氯氣氣源，共設兩組供氯氯瓶,兩組氯瓶互為備用.，根據氣瓶壓力自動切換。如當正在使用的一組氯瓶出口管上的壓力小于某個值時，壓力式自動切換器將自動切換到另一組氯瓶,保證連續供氯。在加氯自動控制系統中，將PLC的模擬量輸出信號送給加氯機的模擬量輸入端，通過控制加氯機中執行器的動作，控制水射器中的真空度，進而控制了加氯量的大小。加氯自動控制系統中還包括氯氣氣源的自動切換，漏氣自動報警和漏氯吸收裝置的自動控制。在加氯自動控制系統中，關鍵是對加氯機的控制。

    自動控制氯系統可進一步配備計算機數據采集系統，以便實現加氯間無人值班目標。把出廠水中的余氯分析儀測定的數據送到加氯間，中心化驗室和調度室，以便值班人員可隨時監測出廠水余氯值和調整余氯設定值。

3影響加氯自動控制的主要原因

（1）采樣時間

    采樣時間的長短，直接影響加氯的效果。為了達到自動控制的目的，要求氯氣經充分混合后馬上檢查余氯值作為復合環控制的反饋信號。但現場中，有的工藝設計將混合接觸時間定的太長，對控制系統來說，即意味著純滯后時間的延長，造成測定結果不準確。因此，在后加氯的投加點和采樣點的選擇上，工藝設計時應充分考慮自動控制的要求。通常情況下，后加氯在清水池進水管上，在氯氣與水充分混合后應在盡可能短的時間內取樣，水經過加氯點到余氯分析儀處的水流時間一般不要超過5分鐘，在水與氯氣充分混合的前提下取樣時間越短越好。可用如下二種方法論縮短取樣時間：一是縮短取樣管的長度；二是加快取樣管中的水流速度如加大取樣水管排水分流管。

（2）檢測設備

    余氯分析儀的檢測值的正確性也是控制加氯的關鍵。由于余氯分析儀存在零點漂移，應定期進行校正。同時在軟件編制時，對信號數據的處理也可考慮濾波、穩定等形式進行適當處理以增加數據的可靠性。

（3）信號傳輸

    主要是各底層設備的檢測信號要及時準確的傳輸到PLC中，然后進行處理。現場中大都設備采用標準電流信號（0―20mA或4―20mA）。

4 自動加氯系統的應用  

                 南方某一水廠，以江水為水源，水廠原設計規模為6萬m³/d。工藝流程如下示：

               圖3 凈水工藝流程圖

 采用如上所述的自動加氯控制系統。選用德國西門子公司生產的S7-200系列的可編程控制器PLC，它可靠性高，功能齊全，有豐富的編程指令，存儲容量相對較大，采用模塊結構，可根據需要配置不同的模塊。軟件設計采用西門子公司的STEP7 開發軟件。該軟件采用梯形圖及語句表設計語言，同時具有功能塊設計思想。采用結構化設計的思想，程序利用邏輯塊間的參數和數據傳遞控制過程。 

          經過近一年的運行實踐證明，采用自動投氯系統可以實現加氯量的最佳工況。在原水水質及運轉工況等有微小變化波動時，人工控制難以進行精確和及時調節，而自動投氯系統則能做到這點，說明系統的適應性更強，穩定性更高。整個自動加氯系統完善、配置合理，自動化程度高。采用自動加氯系統，大大提高了水質安全的可靠性，同時也減輕了工人的勞動強度，防止人為操作失誤，節約投加量。表1為2004年7月----9月凈水指標統計數據。

                表1 某水廠改造前后耗氯量對比

    從表可看出，實行自動投氯系統后，每月可節約氯量約15%，在保證殺菌前提下，使投加量最小，不僅降低生產成本，而且水質安全性也得到提高。具在良好的經濟效益和環保效益，同時有較高的投入產出比。

5 結論

    水廠采用本自動控制系統以來，能有效地進行工作，系統運行穩定，降低了氯耗，明顯地提高了水質，對保證設備的安全運行和保障生產秩序的正常化，促進設備優化運行，提高生產效益和降低運行成本都帶來了許多好處，為企業創造了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 趙玉香. 水廠進口投加設備的應用.  廣州大學學報（自然科學版）. 2003，Vol.2(3)

[2] 蘇云青. 淺談供水行業加藥 加氯的自動控制. 中國科技信息. 2005.1