摘要:給水工程中的超濾膜處理工藝控制過程比較復雜，自控系統(tǒng)的編程、調試和網絡架構等直接影響到超濾膜處理效果和運行成本。廊坊市地表水廠一期工程規(guī)模為 15 ×10 4 m 3 /d，采用超濾膜工藝，其控制流程包括膜池過濾控制流程、維護性清洗控制流程、恢復性化學清洗控制流程、膜完整性檢測控制流程。2016 年底投入運行以來，超濾膜池自動運行穩(wěn)定，既保證了產水水質，又提高了運行效率，可為同行業(yè)相關設計提供借鑒和參考。
隨著社會經濟的快速發(fā)展，城市飲用水水質標準更加嚴格，供水保證率和供水安全度要求日益提高，使得超濾膜工藝在給水工程中得到推廣應用［1 －3］ 。該工藝需要依靠完整的自控系統(tǒng)來實現(xiàn)，自控系統(tǒng)的編程、調試和網絡架構等直接影響到超濾膜處理的效果和運行成本。
廊坊市地表水廠采用超濾膜處理工藝，該水廠是南水北調的配套工程，擔負著廊坊市的主要供水任務。廊坊市屬于嚴重缺水地區(qū)，水源僅為開采地下水，人均水資源量只有 260 m 3 ，隨著地下水的水質受到了不同程度的污染，供水安全性受到威脅。
新建廊坊地表水廠 30 ×10 4 m 3 /d 的規(guī)模，分兩期實施，一期規(guī)模為 15 ×10 4 m 3 /d，于 2016 年底建成，將南水北調的水引進廊坊市，為城市的社會、經濟和生態(tài)發(fā)展提供重要保障。

1 水廠工藝概述
根據南水北調工程取水口多年來的水質分析數據，原水水質大多數指標符合《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)的Ⅱ ～ Ⅲ類標準，常年濁度都不高。
該水廠的主要水處理建(構)筑物有:格柵間及取水泵房、混合絮凝池、沉淀池、超濾膜池、清水池、送水泵房及變配電間、加藥加氯間及排泥水處理車間等。
工藝流程見圖 1。
主要處理單元為浸沒式超濾膜池，共 16 組膜池，其主要設計參數見表 1。 浸沒式超濾系統(tǒng)既可抽真空虹吸出水，又可以泵抽吸出水，每池設 1 臺變頻水泵，單泵流量為 450m 3 /h，揚程為 100 kPa。
膜池反沖洗采用水泵直接沖洗，反沖洗水泵共4 臺，2 用 2 備。膜的化學清洗分為維護性清洗和恢復性清洗，均為在線清洗。

2 水廠自控系統(tǒng)概述
根據工藝需要，水廠自控系統(tǒng)采用“集中監(jiān)控、管理，分散控制”的集散型系統(tǒng)，整個自控系統(tǒng)分為三個層次，即管理監(jiān)控層、現(xiàn)場控制層和設備層，由管理監(jiān)控中心和 5 個 PLC 現(xiàn)場控制主站、16 個膜池控制子站組成全廠實時工業(yè)控制網。
控制層 PLC 和設備層之間通過標準總線進行數據通信;控制層 PLC 和中控室監(jiān)控計算機之間通過 10/100 M TCP/IP 光纖單環(huán)網工業(yè)以太網進行高速大容量數據交換;管理層各節(jié)點通過交換機構成星型以太網。
水廠自控系統(tǒng)見圖 2。 3 超濾膜車間自控系統(tǒng)配置
3. 1 管理監(jiān)控中心
該廠一期工程的監(jiān)控中心設在超濾膜處理車間，主要由兩臺中央監(jiān)控計算機、數據庫服務器、視頻監(jiān)視計算機、拼接大屏幕等構成，作為管理控制中心。
兩套中央監(jiān)控計算機互為冗余，采用 Kingscada上位監(jiān)控軟件，主要完成對膜池以及全廠其他處理段的管理、調度、集中操作、監(jiān)視、系統(tǒng)功能組態(tài)等。在中央監(jiān)控計算機操作界面上含有膜系統(tǒng)關鍵參數的顯示，如過濾周期、系統(tǒng)運行狀態(tài)的倒計時、液位、壓力、跨膜壓差、維護性清洗周期的計數等。對于膜系統(tǒng)不正常的運行狀態(tài)或是應有的操作未按照程序執(zhí)行，設立相應的報警信息，以方便運行人員采取相應的對策。
數據庫服務器采用 KingHistorian 實時數據庫軟件，實時接收現(xiàn)場采集的各類數據，包括工藝流程參數、設備運行狀態(tài)和報警信號等，具有定時巡測、隨機點測、分組監(jiān)測等功能，建立各類實時數據庫和歷史數據庫，為網絡上其他節(jié)點提供相應權限級別的數據服務。

3. 2 現(xiàn)場控制站
超濾膜處理車間設一套 PLC 控制主站，采用雙CPU 冗余，具有更高的可靠性，主要負責膜池的反沖洗泵、鼓風機、維護性清洗系統(tǒng)、化學清洗系統(tǒng)的設備自控和數據采集。在每個膜池設置一個 PLC子站控制臺，負責單個膜池的信號采集和自動運行。子站控制臺嵌有觸摸屏，可以顯示膜池的閥門狀態(tài)、池內液位、產水量、跨膜壓差、出水濁度等多項檢測數據。
每個 PLC 子站通過以太網交換機與控制主站進行數據交換，PLC 根據膜工藝要求進行控制參數設定，并可在觸摸屏上進行修改。

3. 3 在線儀表的設置和作用
每座膜池設置超聲波液位計，控制膜池恒水位過濾;膜池出水管設置壓力變送器，檢測阻塞情況，控制反沖洗的進行;在出水管設電磁流量計，計量抽吸泵的產水量;膜池出口設置濁度計，檢測膜池的過濾效果;膜池總出水設置顆粒計數儀，檢測膜池的水質、監(jiān)測膜的完整性。

4 超濾膜池的控制流程
超濾膜池的整體控制流程見圖 3。 4. 1 膜池過濾控制流程
沉淀池來水由進水配水渠、進水閘，經配水堰進入每組膜池，自外而內穿過膜絲經集水系統(tǒng)虹吸或泵抽吸至清水渠，最后由總出水管送至清水池。在沉淀后出水注滿膜池后(達到設定過濾水位)，首先啟動真空抽虹吸裝置，虹吸形成后緩緩啟動清水抽吸泵或打開出水調節(jié)閥。裝置投入運行后，由膜池液位控制抽吸泵的轉速或調節(jié)出水調節(jié)閥的開度，以保證超濾裝置的恒流過濾。

4. 2 膜池反沖洗控制流程
正常的膜池反沖洗根據時間或跨膜壓差狀態(tài)自動進行。反沖洗采用透過液(超濾出水)進行反洗，水反洗的同時膜箱底部曝氣。
膜池反沖洗過程由下列步驟組成:
① 膜池氣動進水閘關閉，產水繼續(xù)運行，膜池降低水位，約 1 min;
② 關閉抽吸泵或出水調節(jié)閥;
③ 啟動擦洗鼓風機，開啟該膜池的氣動進氣閥，膜池曝氣;
④ 開啟反沖洗水閥、反沖洗水泵，氣水同洗約2． 5 min;
⑤ 停止鼓風機，關閉該膜池的氣動進氣閥;關閉反洗泵，關閉反洗閥;
⑥ 打開排水氣動提板閘，排污一定水量后，約1 min，關閉提板閘;
⑦ 打開氣動進水閘進水，達到液位后(約 1min)重新開始過濾。

4. 3 維護性清洗控制流程
維護性清洗程序根據計數至 M 次排空周期后，進入維護性清洗程序。通常而言，維護性清洗周期為7 ～14 d。不同膜池間的維護性清洗輪流進行，并根據現(xiàn)場需要，設置一鍵式維護性清洗模式。該步驟在膜系統(tǒng)運行的任何階段均可有效插入。

4. 4 恢復性化學清洗控制流程
恢復性化學清洗的周期可根據膜污染程度而定，一般為 2 ～4 個月，由堿洗、酸洗以及漂洗三部分組成。

4. 5 膜完整性檢測控制流程
膜完整性檢測(MIT)過程為全自動，每次耗時約10 min。檢測頻率根據需要確定，即在產水濁度、顆粒計數異常時進行。
若壓力衰減速率≤3 kPa/min，膜完整性檢測通過，系統(tǒng)恢復正常過濾狀態(tài)，即開啟抽真空引水，啟動抽吸泵過濾;若壓力衰減速率 ＞ 3 kPa/min，膜完整性檢測失敗，PLC 報警，該膜過濾池停機，然后需要人工找出破損部位，并進行修復。

5 自動報警系統(tǒng)
在膜池自動運行的過程中，運行參數和重要數據均設有報警信號，提示運行人員處理。
① 膜池低液位:在過濾以及停池階段，保證水位沒過膜絲。
② 膜池不能正常反洗報警:如果不能正常反洗，連續(xù)過濾時間超過兩個過濾周期，系統(tǒng)報警，并強制反洗。
③ 膜池不能正常排空報警:膜池每“過濾 －反洗”循環(huán)幾個周期后排空一次，如果不能正常排空，則報警，提示運行人員強制排空。
④ 膜池降液超過設定時間報警:打開排污閥輔助降液，運行人員看到降液報警后，該膜池進入維護清洗程序，完成后再重新運行。

6 結論
廊坊市地表水廠一期工程于 2017 年 4 月 11 日正式通水并投入運行，并獲得了中國建筑工程“魯班獎”。出廠水水質符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006) 和《城市供水水質標準》(CJ/T206—2005)，出廠水濁度≤0． 3 NTU，確保城市居民獲得優(yōu)質安全的飲用水。
該水廠的自控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)超濾膜池的連續(xù)自動運行、自動反沖洗、自動維護性清洗和恢復性清洗，日常無需現(xiàn)場運行人員的人為參與，既提高了運行效率，又保證了產水質量。