真空蒸餾技術(shù)的內(nèi)河船舶黑水處理裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

真空蒸餾技術(shù)的內(nèi)河船舶黑水處理裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為保護(hù)內(nèi)河水質(zhì),研發(fā)了基于真空蒸餾技術(shù)(VDT技術(shù))的內(nèi)河船舶黑水處理裝置,并對(duì)其監(jiān)控系統(tǒng)開展了詳細(xì)設(shè)計(jì)。監(jiān)控系統(tǒng)主要包括硬件模塊、PLC軟件模塊、上位機(jī)軟件模塊,并重點(diǎn)闡述了基于模糊自適應(yīng)PID控制的真空度監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,在監(jiān)控系統(tǒng)的作用下,該裝置可完成內(nèi)河黑水凈化處理的任務(wù),具有廣闊的推廣前景。

水上運(yùn)輸具有投資少、運(yùn)量大、運(yùn)費(fèi)低等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，內(nèi)河船舶的數(shù)量迅猛增加。而內(nèi)河船舶的生活污水（主要是黑水，如廁所污水等）絕大部分是沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接下河，這給內(nèi)河淡水資源帶來(lái)巨大的污染[1,2]。鑒于我國(guó)內(nèi)河水域遭受船舶黑水污染的嚴(yán)峻形勢(shì)，本文運(yùn)用真空蒸餾技術(shù)，即VDT技術(shù)（VacuumDistillationTechnology，簡(jiǎn)稱VDT）研發(fā)了一種新型節(jié)能環(huán)保的船舶生活污水處理裝置，并對(duì)其監(jiān)控系統(tǒng)開展了設(shè)計(jì)[3,4]。VDT技術(shù)是一種已取得專利的環(huán)保節(jié)能型污水處理技術(shù)，其原理是利用抽真空裝置制造并保持污水收集裝置的高真空度，再利用船舶廢熱（柴油機(jī)缸套冷卻水）出口余熱對(duì)黑水開展加熱，使黑水在較低的溫度條件下到達(dá)飽和，開展蒸餾凈化處理，而后將處理后的干燥物在船焚燒（如有焚燒爐）或送岸處理（可作肥料使用），最終到達(dá)內(nèi)河船舶生活黑水無(wú)污染排放的目的。處理過(guò)程中考慮了利用氣缸套冷卻水的廢熱，提高能源的利用率，到達(dá)節(jié)能效果；另外，黑水的凈化處理又減少了對(duì)內(nèi)河水質(zhì)的污染，到達(dá)環(huán)保的效果。內(nèi)河船舶黑水處理裝置的開發(fā)將對(duì)我國(guó)內(nèi)河水質(zhì)的改善起到重要作用，本文將對(duì)其監(jiān)控系統(tǒng)開展詳細(xì)設(shè)計(jì)。

內(nèi)河船舶黑水處理裝置基本架構(gòu)

內(nèi)河船舶黑水處理裝置主要由真空發(fā)生系統(tǒng)、黑水處理系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及控制回路等組成，如圖1。

真空發(fā)生系統(tǒng)采用高吸空能力，額定電壓為380V、額定功率為7.5kW的水噴射裝置，該噴射裝置可產(chǎn)生并維持0.098MPa的真空壓力。黑水處理系統(tǒng)由進(jìn)料口、外箱、內(nèi)箱、密封保溫材料、觀察鏡以及進(jìn)出口管路等部分組成，其中內(nèi)箱用于儲(chǔ)存，到一定程度時(shí)可開展送岸處理或在船焚燒；同時(shí)，為保證真空，需要考慮密封性問(wèn)題，首先進(jìn)料口的閥門采用球截止閥，確保其單向進(jìn)料，抽真空裝置與處理箱體之間的閥件也需要用截止閥，其次，設(shè)計(jì)中采用8mm厚的雙層密封門，門內(nèi)層用3mm鋼板折邊焊接，門外層用8mm鋼板與內(nèi)層焊接。門內(nèi)邊用高性能嵌入式密封條，門外邊另加2個(gè)鎖緊鎖具，門鉸鏈及鎖具的安裝均在外門上。鋼板取料均采用剪板和折邊技術(shù)，以減少氣割和焊縫而提高裝置的密封性能。另外，為了提高低溫?zé)崃康睦寐?，減少散熱損失，整個(gè)裝置加熱系統(tǒng)外側(cè)均做有20mm厚的保溫層。對(duì)應(yīng)內(nèi)河船舶柴油機(jī)冷卻水溫度，該裝置處理真空度需要保持在0.09MPa以上。加熱系統(tǒng)在實(shí)船上采用柴油機(jī)缸套水的廢熱開展加熱即可，在本實(shí)驗(yàn)裝置中，我們采用電阻絲加熱的方法來(lái)模擬缸套水的流場(chǎng)參數(shù)（主要考慮溫度、流量這兩個(gè)因素）。通過(guò)改變電阻絲的個(gè)數(shù)及電流大小來(lái)改變加熱強(qiáng)度以模擬主機(jī)的不同負(fù)荷，通過(guò)改變閥門開度來(lái)改變熱水流量以匹配不同的加熱要求。

控制系統(tǒng)主要功能有：真空度的監(jiān)測(cè)與控制調(diào)節(jié)；熱工參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制；泵浦設(shè)備及閥件的控制；安全保護(hù)及報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從以上的兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看出：

（1）該裝置處理能力和處理效果均可以到達(dá)設(shè)計(jì)要求。當(dāng)真空度為0.098MPa時(shí)，其飽和水溫度只需要17.511℃；當(dāng)真空度為0.08MPa時(shí)，其飽和水溫度也只有60.09℃。換言之，在真空度到達(dá)0.09MPa及以上時(shí)，只要缸套水溫到達(dá)46℃左右即可對(duì)生活污水開展凈化處理，而一般缸套水的溫度均在60℃以上，這說(shuō)明利用汽缸廢熱凈化生活污水的技術(shù)在內(nèi)河船舶上是切實(shí)可行的，且處理速度、處理能力、處理效果等均滿足現(xiàn)階段水質(zhì)保護(hù)的要求。

（2）本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控制系統(tǒng)可以很好的發(fā)揮監(jiān)測(cè)、控制及保護(hù)作用，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上來(lái)講，本裝置可以產(chǎn)生并保持0.098MPa的高真空環(huán)境；在運(yùn)行過(guò)程中，能夠根據(jù)外界環(huán)境及熱負(fù)荷的要求在模糊自適應(yīng)PID控制作用下開展閥門開度的調(diào)節(jié)；監(jiān)控了系統(tǒng)中所有重要的熱工參數(shù)，對(duì)泵浦設(shè)備、閥件也實(shí)現(xiàn)了完善的控制、保護(hù)；軟件系統(tǒng)構(gòu)造完善、運(yùn)行穩(wěn)健，同時(shí)人機(jī)界面友好、交互性能好，上手操作快。

結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)河船舶黑水處理裝置具有初投資少，運(yùn)行成本低、體積小、處理量大、污水零排放等優(yōu)點(diǎn)，其控制系統(tǒng)