食品制造業(yè)是全球最大的用水行業(yè)之一，水在整個生產(chǎn)鏈中扮演著關(guān)鍵角色。從清洗水果、蔬菜和肉類等原材料，到助力加熱、冷卻和發(fā)酵等生產(chǎn)流程，水都是不可或缺的要素。此外，在生產(chǎn)批次更迭之際，水還承擔(dān)著清洗設(shè)備的重要任務(wù)，以確保符合嚴(yán)苛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，保障食品供應(yīng)鏈安全。如今，食品制造業(yè)面臨著日益嚴(yán)峻的節(jié)水壓力，每日用水量以數(shù)十億加侖計。制造商們正不斷尋求創(chuàng)新方法，在嚴(yán)格遵守法規(guī)的前提下，高效處理和回收廢水。

解析廢水處理難題

食品加工廢水處理的核心難題，在于其含有高濃度有機成分，包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、淀粉及其他固體物質(zhì)，這些成分會顯著推高生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）。此外，來自原料和清潔劑的氮、磷元素，以及細(xì)菌、酵母、霉菌等病原體，也為水處理帶來額外挑戰(zhàn)。

廢水處理流程首先是通過篩分和過濾、沉淀，或溶氣氣浮（DAF）去除大顆粒固體。溶氣氣浮過程需要對廢水進(jìn)行化學(xué)處理，并對處理罐加壓以產(chǎn)生氣泡，這些氣泡會附著在懸浮物質(zhì)上，將其帶到處理罐頂部，從而實現(xiàn)固液分離。根據(jù)廢水的回用需求，接下來的步驟可能涉及化學(xué)或熱處理來調(diào)節(jié)pH值或殺滅細(xì)菌，或是采用紫外線消毒或反滲透等工藝。

對于食品制造商而言，無論采用單一處理方法還是綜合處理方式，都必須優(yōu)先考慮三個關(guān)鍵要素：監(jiān)管、效率和合規(guī)性。而現(xiàn)代控制面板正是在這些方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

借助PLC、HMI與SCADA系統(tǒng)優(yōu)化廢水處理

◆ 可編程邏輯控制器（PLC）：自動化處理的智慧核心
可編程邏輯控制器（PLC）是專為實時過程控制設(shè)計的工業(yè)計算機，是食品制造中廢水處理的核心中樞。它們能夠精確監(jiān)控和自動化關(guān)鍵處理步驟，包括pH值平衡、化學(xué)品添加、曝氣控制以及污泥處理。

PLC在廢水處理中的關(guān)鍵功能包括：
1）自動添加藥劑：PLC基于實時傳感器數(shù)據(jù)，精確調(diào)控混凝劑、絮凝劑及消毒劑的添加量，在確保處理效果的同時減少藥劑浪費，降低運營成本。
2）曝氣管理：通過控制曝氣池中的鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速和氧氣水平，PLC維持微生物分解有機物的理想條件，從而提高有機物的分解效率。
3）pH值與電導(dǎo)率調(diào)節(jié)：實時pH傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至PLC，系統(tǒng)自動調(diào)整堿性或酸性添加劑注入量，確保廢水排放符合法規(guī)要求。
4）污泥脫水優(yōu)化：PLC自動化控制離心機與壓濾機運行，確保在污泥處理前高效去除水分。
5）泵與流量控制：PLC管理泵的運行，優(yōu)化流量，防止溢流，確保處理周期的一致性。

◆ 人機界面（HMI）：連接操作員與控制系統(tǒng)的橋梁
人機界面（HMI）作為操作人員與PLC之間的圖形化交互接口，使用戶能夠?qū)崟r監(jiān)控和調(diào)整廢水處理流程。它以直觀的界面展示流速、藥劑濃度、pH 值及系統(tǒng)警報等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

HMI在廢水處理中的優(yōu)勢有：
1）可視化便捷監(jiān)控：操作人員可迅速直觀地掌握廢水處理的整體狀況，從而極大地降低手動檢查的需求。
2）智能報警系統(tǒng)：當(dāng)出現(xiàn)藥劑投加過量、水泵故障或濁度超標(biāo)等異常情況時，HMI 會即時發(fā)出警報，以便迅速采取糾正措施。
3）歷史數(shù)據(jù)與趨勢分析：系統(tǒng)自動記錄歷史處理數(shù)據(jù)，便于企業(yè)分析趨勢、預(yù)測問題并優(yōu)化未來的運營。
4）遠(yuǎn)程控制功能：許多HMI支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，工程師無需親臨現(xiàn)場即可對處理流程進(jìn)行調(diào)整。

◆ 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)：全面的控制與數(shù)據(jù)分析
監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)將多個PLC和HMI集成到一個集中平臺上，為整個設(shè)施的廢水處理操作提供全局視圖。這些系統(tǒng)收集、處理并分析實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，以優(yōu)化效率并確保合規(guī)性。

SCADA在廢水管理中的關(guān)鍵應(yīng)用包括：
1）實時數(shù)據(jù)采集：SCADA系統(tǒng)從各種傳感器和可編程邏輯控制器收集數(shù)據(jù)，提供處理條件的實時快照。
2）自動化報告與合規(guī)性跟蹤：該系統(tǒng)可生成監(jiān)管機構(gòu)所需的報告，記錄排放水平、化學(xué)藥劑使用情況和系統(tǒng)性能。
3）預(yù)測性維護(hù)：通過分析趨勢和設(shè)備健康數(shù)據(jù)，SCADA有助于預(yù)防故障，減少意外停機時間和維護(hù)成本。
4）能源優(yōu)化：SCADA可根據(jù)實時需求調(diào)整曝氣機和泵等高能耗組件的運行，降低電力消耗。
5）與其他系統(tǒng)的集成：SCADA可以與企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）軟件集成，使廢水處理與整體生產(chǎn)活動相協(xié)調(diào)。

食品制造商在尋求工藝改進(jìn)或在現(xiàn)有設(shè)備中整合新技術(shù)時，同步升級控制系統(tǒng)是必要之舉。通過引入深諳生產(chǎn)現(xiàn)場和下游實際技術(shù)復(fù)雜性的過程控制專家和工程師，公司可以構(gòu)建符合其特定需求的系統(tǒng)。這種協(xié)作方法確保了廢水處理系統(tǒng)的高效運行，并使其能夠從容應(yīng)對可能出現(xiàn)的任何挑戰(zhàn)。

更智能、更可持續(xù)的廢水管理方法

食品制造商通過與專業(yè)工程師合作，并充分利用可編程邏輯控制器（PLC）、人機界面（HMI）和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠顯著提升廢水處理效率。隨著自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，集成智能控制系統(tǒng)將成為優(yōu)化廢水處理并確保長期運行可靠性的關(guān)鍵。投資這些技術(shù)不僅有助于保護(hù)環(huán)境，還能提升整體生產(chǎn)效率、改善經(jīng)濟(jì)效益，使食品制造商在監(jiān)管日益嚴(yán)格的行業(yè)中保持市場競爭力。  

作者：Erin Dillon，Charles Ross & Son市場專員

來源：榮格-《 國際食品加工及包裝商情》

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