智能控制驱动食品加工废水处理革新

食品制造业是全球最大的用水行业之一，水在整个生产链中扮演着关键角色。从清洗水果、蔬菜和肉类等原材料，到助力加热、冷却和发酵等生产流程，水都是不可或缺的要素。此外，在生产批次更迭之际，水还承担着清洗设备的重要任务，以确保符合严苛的卫生标准，保障食品供应链安全。如今，食品制造业面临着日益严峻的节水压力，每日用水量以数十亿加仑计。制造商们正不断寻求创新方法，在严格遵守法规的前提下，高效处理和回收废水。

解析废水处理难题

食品加工废水处理的核心难题，在于其含有高浓度有机成分，包括蛋白质、脂肪、糖类、淀粉及其他固体物质，这些成分会显著推高生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。此外，来自原料和清洁剂的氮、磷元素，以及细菌、酵母、霉菌等病原体，也为水处理带来额外挑战。

废水处理流程首先是通过筛分和过滤、沉淀，或溶气气浮（DAF）去除大颗粒固体。溶气气浮过程需要对废水进行化学处理，并对处理罐加压以产生气泡，这些气泡会附着在悬浮物质上，将其带到处理罐顶部，从而实现固液分离。根据废水的回用需求，接下来的步骤可能涉及化学或热处理来调节pH值或杀灭细菌，或是采用紫外线消毒或反渗透等工艺。

对于食品制造商而言，无论采用单一处理方法还是综合处理方式，都必须优先考虑三个关键要素：监管、效率和合规性。而现代控制面板正是在这些方面发挥关键作用。

借助PLC、HMI与SCADA系统优化废水处理

◆ 可编程逻辑控制器（PLC）：自动化处理的智慧核心
可编程逻辑控制器（PLC）是专为实时过程控制设计的工业计算机，是食品制造中废水处理的核心中枢。它们能够精确监控和自动化关键处理步骤，包括pH值平衡、化学品添加、曝气控制以及污泥处理。

PLC在废水处理中的关键功能包括：
1）自动添加药剂：PLC基于实时传感器数据，精确调控混凝剂、絮凝剂及消毒剂的添加量，在确保处理效果的同时减少药剂浪费，降低运营成本。
2）曝气管理：通过控制曝气池中的鼓风机转速和氧气水平，PLC维持微生物分解有机物的理想条件，从而提高有机物的分解效率。
3）pH值与电导率调节：实时pH传感器将数据传输至PLC，系统自动调整碱性或酸性添加剂注入量，确保废水排放符合法规要求。
4）污泥脱水优化：PLC自动化控制离心机与压滤机运行，确保在污泥处理前高效去除水分。
5）泵与流量控制：PLC管理泵的运行，优化流量，防止溢流，确保处理周期的一致性。

◆ 人机界面（HMI）：连接操作员与控制系统的桥梁
人机界面（HMI）作为操作人员与PLC之间的图形化交互接口，使用户能够实时监控和调整废水处理流程。它以直观的界面展示流速、药剂浓度、pH 值及系统警报等关键数据。

HMI在废水处理中的优势有：
1）可视化便捷监控：操作人员可迅速直观地掌握废水处理的整体状况，从而极大地降低手动检查的需求。
2）智能报警系统：当出现药剂投加过量、水泵故障或浊度超标等异常情况时，HMI 会即时发出警报，以便迅速采取纠正措施。
3）历史数据与趋势分析：系统自动记录历史处理数据，便于企业分析趋势、预测问题并优化未来的运营。
4）远程控制功能：许多HMI支持远程监控，工程师无需亲临现场即可对处理流程进行调整。

◆ 监控与数据采集（SCADA）系统：全面的控制与数据分析
监控与数据采集（SCADA）系统将多个PLC和HMI集成到一个集中平台上，为整个设施的废水处理操作提供全局视图。这些系统收集、处理并分析实时数据和历史数据，以优化效率并确保合规性。

SCADA在废水管理中的关键应用包括：
1）实时数据采集：SCADA系统从各种传感器和可编程逻辑控制器收集数据，提供处理条件的实时快照。
2）自动化报告与合规性跟踪：该系统可生成监管机构所需的报告，记录排放水平、化学药剂使用情况和系统性能。
3）预测性维护：通过分析趋势和设备健康数据，SCADA有助于预防故障，减少意外停机时间和维护成本。
4）能源优化：SCADA可根据实时需求调整曝气机和泵等高能耗组件的运行，降低电力消耗。
5）与其他系统的集成：SCADA可以与企业资源规划（ERP）软件集成，使废水处理与整体生产活动相协调。

食品制造商在寻求工艺改进或在现有设备中整合新技术时，同步升级控制系统是必要之举。通过引入深谙生产现场和下游实际技术复杂性的过程控制专家和工程师，公司可以构建符合其特定需求的系统。这种协作方法确保了废水处理系统的高效运行，并使其能够从容应对可能出现的任何挑战。

更智能、更可持续的废水管理方法

食品制造商通过与专业工程师合作，并充分利用可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）和监控与数据采集（SCADA）系统的优势，能够显著提升废水处理效率。随着自动化技术的不断进步，集成智能控制系统将成为优化废水处理并确保长期运行可靠性的关键。投资这些技术不仅有助于保护环境，还能提升整体生产效率、改善经济效益，使食品制造商在监管日益严格的行业中保持市场竞争力。  

作者：Erin Dillon，Charles Ross & Son市场专员

来源：荣格-《 国际食品加工及包装商情》

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