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

　　水上運輸具有投資少、運量大、運費低等顯著優(yōu)點，所以隨著我國經濟迅速發(fā)展，內河船舶的數(shù)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）絕大部分是沒有經過處理就直接下河，這給內河淡水資源帶來巨大的污染[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，即VDT 技術（Vacuum Distillation Technology，簡稱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，并對其監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計[3,4]。VDT 技術是一種已取得專利的環(huán)保節(jié)能型污水處理技術，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）出口余熱對黑水進行加熱，使黑水在較低的溫度條件下達到飽和，進行蒸餾凈化處理，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污染排放的目的。處理過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(jié)能效果；另外，黑水的凈化處理又減少了對內河水質的污染，達到環(huán)保的效果。內河船舶黑水處理裝置的開發(fā)將對我國內河水質的改善起到重要作用，本文將對其監(jiān)控系統(tǒng)進行詳細設計。

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(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380 V、額定功率為7.5 kW 的水噴射裝置，該噴射裝置可產生并維持0.098 MPa 的真空壓力。黑水處理系統(tǒng)由進料口、外箱、內箱、密封保溫材料、觀察鏡以及進出口管路等部分組成，其中內箱用于儲存，到一定程度時可進行送岸處理或在船焚燒；同時，為保證真空，需要考慮密封性問題，首先進料口的閥門采用球截止閥，確保其單向進料，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，門內層用3 mm 鋼板折邊焊接，門外層用8 mm 鋼板與內層焊接。門內邊用高性能嵌入式密封條，門外邊另加2 個鎖緊鎖具，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，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，整個裝置加熱系統(tǒng)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(tǒng)在實船上采用柴油機缸套水的廢熱進行加熱即可，在本實驗裝置中，我們采用電阻絲加熱的方法來模擬缸套水的流場參數(shù)（主要考慮溫度、流量這兩個因素）。通過改變電阻絲的個數(shù)及電流大小來改變加熱強度以模擬主機的不同負荷，通過改變閥門開度來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)測與控制調節(jié)；熱工參數(shù)的監(jiān)測與控制；泵浦設備及閥件的控制；安全保護及報警系統(tǒng)的設計。

實驗數(shù)據分析

　　從以上的兩次實驗數(shù)據及實驗過程可以看出：

　�。�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，其飽和水溫度只需要17.511℃； 當真空度為0.08 MPa時，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，只要缸套水溫達到46℃左右即可對生活污水進行凈化處理，而一般缸套水的溫度均在60℃以上，這說明利用汽缸廢熱凈化生活污水的技術在內河船舶上是切實可行的，且處理速度、處理能力、處理效果等均滿足現(xiàn)階段水質保護的要求。

　　（2）本文設計的監(jiān)控制系統(tǒng)可以很好的發(fā)揮監(jiān)測、控制及保護作用，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。從實驗數(shù)據上來講，本裝置可以產生并保持0.098 MPa 的高真空環(huán)境；在運行過程中，能夠根據外界環(huán)境及熱負荷的要求在模糊自適應PID 控制作用下進行閥門開度的調節(jié)；監(jiān)控了系統(tǒng)中所有重要的熱工參數(shù)，對泵浦設備、閥件也實現(xiàn)了完善的控制、保護；軟件系統(tǒng)結構完善、運行穩(wěn)健，同時人機界面友好、交互性能好，上手操作快。

結束語

　　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，其控制系統(tǒng)的設計也體現(xiàn)了“節(jié)能環(huán)保、數(shù)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的統(tǒng)一管理，結合現(xiàn)階段內河水質污染的嚴峻形勢，不難看出內河船舶黑水處理裝置的應用前景將非常廣闊。