净水厂氯气投加的控制策略及其实现
一 总论
在水处理过程中，加氯消毒是水厂水质控制的重要环节。消毒时在水中的加氯量，可以分为两部分，即需氯量和余氯。对于生活饮用水工艺而言，原水加氯后经过一定时间接触，用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的氯量称为需氯量。为了抑制水中残余微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量的余氯。我国生活饮用水卫生标准规定出厂水游离余氯在接触30min后不低于0.3mg/L，管网未稍不低于0.05mg/L。后者的余氯量虽然仍具有消毒能力，但对再次污染的消毒尚嫌不足，而可作为预示再次污染的信号。此点对于管网较长枝状管网有死水端的情况，尤为重要。氯化消毒时，投氯量一般应满足杀灭细菌以达到指定的消毒指标和氧化有机物等所消耗的需氯量及抑制水中残存致病菌的再度繁殖所需的余氯量。同时，投加量过高易产生致癌物质三氯甲烷、四氯甲烷等。因此，在水处理过程中正确控制加氯量是至关重要的。
加氯是现行常规水处理过程中确保水质不可缺少的重要环节。水处理的氯气投加分为前加氯和后加氯。前加氯在原水的管路上进行投加，其目的在于杀死原水中的微生物或氧化分解有机物；后加氯一般在滤后水的管路上投加，其目的主要是起消毒作用。
正确选择和使用可靠的加氯设备，是保证加氯安全和计量准确的关键。为了满足不断提高的城市供水水质要求，提高加氯系统的安全可靠性，降低操作工人的劳动强度，提高水质的余氯合格率，应积极采用先进的氯投加设备和控制技术。
二 PID控制数学模型
PID调节使比例、积分、微分三种调节规律结合。在容量之后大而又要消除余差的场合广泛适用。它仍以比例作用为基本调节规律，以微分的超前作用克服容量滞后、测量之后，以积分作用最后消除余差。PID方程的结果驱使受控的过程变量达到期望值。氯消毒是一个比较复杂的过程，对它的动态特性进行数学描述比较因难。在PID方程中，PID参数设定根据原水水质和经验进行设定，比例调节的作用是快速调节偏差的大小，偏差大调节大，偏差小调节小。积分调节的作用是逐步改变调节作用，偏差大调节作用变化速度快，反之则慢。微分调节的作用是使偏差快速消除，可以选择方程中的微分项是作用于误差的变化还是作用于过程变量的变化。我们只须对设定值的变化作出正常反应。根据经验微分增益值不宜过大。
三 氯气投加的自动控制
对于氯气的自带投加控制，按控制系统的形式划分，可以有以下几种：
(1)流量比例前馈：即控制投加量与水流量成一定比例。前加氯主要目的是杀死水中的微生物或氧化有机物，对投加量准确性要求不高，以采用原水量进行比例投加为好。所以流量流量比例前馈控制一般于前加氯。投加量按下式确定：
Y=1000KQ （3－1）
其中 Y——前加氯的投加量(mg/L)
K——单位原水投氯量(mg/L)
Q——与投加点对应的原水进水量(m3/L)
如果已知K、Q，则可以计算出前加氯的投加量，调节加氯机的投加量从而实现前馈比例投加。
(2)余氯反馈控制：按照投加以后水中的余氯进行反馈控制。在处理水出厂前，检查水中余氯，该值被反馈到控制系统中，并与余氯设定值比较，控制系统根据两者的偏差情况，采用PID调节方式调节投加量，使滤后水余氯稳定在设定值附件。这种控制方式从滤后投加点要经过清水池，系统滞后较大，通常在30min以上，控制系统的调节特性不好，尤其是当水质水量变化较大时问题更为突出。一般这种方式较少采用。
(3)复合环控制：即按照水流量和余氯进行的复合控制，或双重余氯串级控制等。
前馈反馈复合环控制就是按前馈流量比例和余氯反馈进行复合调节。前亏比例调节可以迅速地调整由于处理水量变化产水的氯需求变化；反馈调节可以对余氯偏差进行更准确的修正，调整特性较简单，反馈控制有所改善。但是这种调节方式仍不能解决水质迅速变化所产水的问题。
(4)其他控制方式，如以PH值和氧化还原电势为参数进行控制等。
四 氯气投加自动控制的实现
4-1流量比例前馈
流量比例前馈具体的实现投加量控制的原理为：
原水流量信号经PLC输入到前加氯控制器（比例控制器），比例控制器根据流量的大小，输出相应的调节量，调节电动阀的开度，其控制的数学模型如下式所示：
I0=KfQm （4－1）
……
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