基于真空蒸餾技術(shù)的內河船舶黑水處理裝置監控系統設計

　　為保護內河水質(zhì),研發(fā)了基于真空蒸餾技術(shù)(VDT技術(shù))的內河船舶黑水處理裝置,并對其監控系統進(jìn)行了詳細設計。監控系統主要包括硬件模塊、PLC軟件模塊、上位機軟件模塊,并重點(diǎn)闡述了基于模糊自適應PID控制的真空度監控模塊的設計任務(wù)。實(shí)驗結果表明,在監控系統的作用下,該裝置可完成內河黑水凈化處理的任務(wù),具有廣闊的推廣前景。

　　水上運輸具有投資少、運量大、運費低等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，所以隨著(zhù)我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，內河船舶的數量迅猛增加。而內河船舶的生活污水（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，這給內河淡水資源帶來(lái)巨大的污染[1,2]。鑒于我國內河水域遭受船舶黑水污染的嚴峻形勢，本文運用真空蒸餾技術(shù)，即VDT 技術(shù)（Vacuum Distillation Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)VDT）研發(fā)了一種新型節能環(huán)保的船舶生活污水處理裝置，并對其監控系統進(jìn)行了設計[3,4]。VDT 技術(shù)是一種已取得專(zhuān)利的環(huán)保節能型污水處理技術(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（柴油機缸套冷卻水）出口余熱對黑水進(jìn)行加熱，使黑水在較低的溫度條件下達到飽和，進(jìn)行蒸餾凈化處理，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），最終達到內河船舶生活黑水無(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，達到節能效果；另外，黑水的凈化處理又減少了對內河水質(zhì)的污染，達到環(huán)保的效果。內河船舶黑水處理裝置的開(kāi)發(fā)將對我國內河水質(zhì)的改善起到重要作用，本文將對其監控系統進(jìn)行詳細設計。

內河船舶黑水處理裝置基本架構

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

　　真空發(fā)生系統采用高吸空能力，額定電壓為380 V、額定功率為7.5 kW 的水噴射裝置，該噴射裝置可產(chǎn)生并維持0.098 MPa 的真空壓力。黑水處理系統由進(jìn)料口、外箱、內箱、密封保溫材料、觀(guān)察鏡以及進(jìn)出口管路等部分組成，其中內箱用于儲存，到一定程度時(shí)可進(jìn)行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(mén)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，設計中采用8 mm 厚的雙層密封門(mén)，門(mén)內層用3 mm 鋼板折邊焊接，門(mén)外層用8 mm 鋼板與內層焊接。門(mén)內邊用高性能嵌入式密封條，門(mén)外邊另加2 個(gè)鎖緊鎖具，門(mén)鉸鏈及鎖具的安裝均在外門(mén)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，為了提高低溫熱量的利用率，減少散熱損失，整個(gè)裝置加熱系統外側均做有20 mm 厚的保溫層。對應內河船舶柴油機冷卻水溫度，該裝置處理真空度需要保持在0.09 MPa 以上。加熱系統在實(shí)船上采用柴油機缸套水的廢熱進(jìn)行加熱即可，在本實(shí)驗裝置中，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（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)數及電流大小來(lái)改變加熱強度以模擬主機的不同負荷，通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變熱水流量以匹配不同的加熱要求。

　　控制系統主要功能有：真空度的監測與控制調節；熱工參數的監測與控制；泵浦設備及閥件的控制；安全保護及報警系統的設計。

實(shí)驗數據分析

　　從以上的兩次實(shí)驗數據及實(shí)驗過(guò)程可以看出：

　�。�1）該裝置處理能力和處理效果均可以達到設計要求。當真空度為0.098 MPa 時(shí)，其飽和水溫度只需要17.511℃； 當真空度為0.08 MPa時(shí)，其飽和水溫度也只有60.09℃。換言之，在真空度達到0.09 MPa 及以上時(shí)，只要缸套水溫達到46℃左右即可對生活污水進(jìn)行凈化處理，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(mǎn)足現階段水質(zhì)保護的要求。

　�。�2）本文設計的監控制系統可以很好的發(fā)揮監測、控制及保護作用，保證了系統的安全穩定運行。從實(shí)驗數據上來(lái)講，本裝置可以產(chǎn)生并保持0.098 MPa 的高真空環(huán)境；在運行過(guò)程中，能夠根據外界環(huán)境及熱負荷的要求在模糊自適應PID 控制作用下進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度的調節；監控了系統中所有重要的熱工參數，對泵浦設備、閥件也實(shí)現了完善的控制、保護；軟件系統結構完善、運行穩健，同時(shí)人機界面友好、交互性能好，上手操作快。

結束語(yǔ)

　　內河船舶黑水處理裝置具有初投資少，運行成本低、體積小、處理量大、污水零排放等優(yōu)點(diǎn)，其控制系統的設計也體現了“節能環(huán)保、數字化、智能化”等特征，便于今后該設備在內河船舶上的強制性安裝以及海事部門(mén)的統一管理，結合現階段內河水質(zhì)污染的嚴峻形勢，不難看出內河船舶黑水處理裝置的應用前景將非常廣闊。