污水处理自动控制系统设计及研究

摘 要 目前城市生活污水处理已经受到各地政府和许多研究人员的关注。为提高污水处理的效果和管理,实现污水处理自动化控制是关键之关键。当前我国污水处理自动化控制还处于初级阶段,有待于迸一步的提高和完善。

关键词 污水处理;自动控制系统;设计

中图分类号 X7 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)092-0106-01

1 污水处理工艺过程

污水处理是将污水中的污染物质分离去除,使有害的物质转化为无害的物质、稳定的物质,水得到净化,并使资源得到充分利用。城市生活污水处理工艺按流程和处理程序划分可分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理,以及最终的污泥处置。

2 污水处理自动控制系统设计

远控包含两种控制方式:中控软手动(点动)和自动,切换方式在中控监控画面中点击点动/自动按钮,每台设备的控制方式都可以单独选择。

2.1 进水泵房单元控制

采用恒液位变频控制,一台变频控制泵,2台工频控制泵,远期将再扩展两台工频泵。

2.2 改良SBR池单元控制

改良SBR池阀门及设备繁多,时段控制要求高,操作复杂,应采用全自动控制,尽量减少人为手动操作或者人为中控点动操作。改良SBR池设有4组SBR池。SBR池系统按一定的循环过程进行,每组循环操作由PLC自动控制。程序控制说明如下:

1)排泥阀采用两种控制方式可供选择(可在上位机组态操作界面中选择),其一就是和进水阀门一起动作,即进水阀门打开时排泥阀也打开,亦即进水的池子同时排泥;其二就是和滗水器一起动作,滗水器下降时排泥阀也打开,亦即滗水的池子同时排泥。

2)由于SBR池工艺中,同时进行着硝化/反硝化过程,因此曝气量的调节十分重要。要求进水同时曝气时间可灵活设置,曝气量控制在0.5mg/1以下,通过调节电动阀门的开度来控制,具体又现场调试之后确定;曝气阶段的曝气量阀门全开,曝气量达到2mg/1,通过控制鼓风机频率来控制。此处进水时曝气要求控制开度,另一个主要原因是进水的池子刚滗水完毕液位相对低,所以反而会导致主曝气池子得不到曝气。此外也可以添加小管道的小旁路气路来解决该问题,旁路开度可以根据现场事先设定好。由于主阀门的本身不是智能控制型的,本项目最终选择采用增添旁路控制。

3)现场进水不稳定也没有规律,进水流量大时,如果满周期运行,SBR池可能会溢出,进水阀还应受液位限制,当达到高液位(液位值可在上位机组态操作界面中设置)时,进水阀门应该关闭而不是等到周期结束才关闭。

4)当沉淀时间到达之后,滗水器开始下降(滗水器为闸门式滗水器),下降至有效液位(该液位值高于滗水器下降到位时的位置,可在上位机组态操作界面中设置)时自动上升,直到上升到位,等待下一个周期工作。

5)鼓风机作为最重要设备,在系统运行的过程中通常常开的,过程中不允许有气路堵塞。所以始终要保持有一个进气阀是开到位状态,现场进气阀是碟阀结构,开启和关闭时间都很短(约十秒左右),当需要关闭一个进气阀时应先在需要开启的进气阀开到位之后才能开始关闭。

6)剩余污泥泵根据污泥浓度点动控制决定是否开启,启动时排泥阀属于滗水时排泥。选择池中的液位达到高浮球液位时,强行停进水泵,此处浮球的设定也同时减少了进水泵的频启停次数,只要选择池液位没有达到高浮球液位,即使进水阀门全部关到位,进水泵只需要调低变频泵的频率就行了,而不需要关。

7)当其中一个池子出现故障时,剩余的SBR池依然照设定的周期运行,出现故障的池子改人为手动控制或者中控点动,当只有部分阀门处于故障时,其他的阀门依然可以照着固定的周期自动运作,操作工只需要操作出现故障的阀门就行了,主要目的是减少人工参与,减少人工发生误操作的几率。

2.3 脱水机房单元控制

脱水机房设有三台浓缩脱水一体机(两用一备)、一台螺旋输送机、两台加药泵(一用一备)、两台清洗泵(一用一备)、两台进泥泵(一用一备)、两台除磷加药泵、五台搅拌器,其中进泥泵负责将浓缩储泥池的污水运输到脱水机;清洗泵负责清洗脱水机滤波,并消毒,水源来自加氯间单元的接触池;加药泵负责将PAM池中的药剂运输到脱水机;除磷加药泵主要用于改良SBR池在必要的时候进行化学除磷。搅拌器,其中一台负责聚合铝池(除磷),一台负责储泥池污泥搅拌,剩余三台负责PAM池。控制方式:系统整体按照一定的顺序启动,启动顺序为启动清洗泵和输送机-启动脱水机和PAM池搅拌器-启动进泥泵和加药泵。停止顺序相反。储泥池搅拌器在启动脱水系统前1个小时及以上人工点动,聚合铝池的搅拌器和除磷加药泵不属于脱水系统由人工点动。系统启动之后只受控于浓缩储泥池的液位。

2.4 鼓风机房单元控制

采用一般PID控制算法在曝气系统中很难实现,结合实际情况,比如2mg/L的溶解氧要求,是最低限,不要求精确控制到目标值,同时DO检测仪也有一定的误差,只能作为近似参考,且鼓风机最低频率不能太低,否则会很容易造成热继故障以及很大的噪声,现场鼓风机最低频率不能低于25HZ。当已经启动了一台工频鼓风机且变频鼓风机也达到了45HZ以上,如果此时DO值还是低于2m/L,则提示报警,由人工检查是否管路有问题,因为厂建之前一期工程鼓风机是一台变频鼓风机控制,两台软启控制(一用一备),超出这范围,肯定是现场有其他原因,比如鼓风机管路漏气等。鼓风机设备是重要设备,所以保护措施非常重要,一次当如果所有进气阀出现关到位状态,则立马得停止所有鼓风机;且如果现场没有进气阀处于开到位状态,但有半开状态信号,如果此种情况存在持续5s以上则也得停止鼓风机设备。

2.5 格栅单元控制

格栅单元用来去除水中粗大的悬浮物和杂物,以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。一般根据水源情况分别设有出格栅和细格栅两个步序。

3 结论

从工程实际项目出发,针对改良SBR工艺(CAST工艺)特性及要求,构架了完整的控制方案,展现了整个控制方案设计思想过程并进行了详细的分析。对类似的设计有很强实践指导意义;结合PLC技术很好的实现了现场改良SBR工艺自动控制要求,该系统已经成功的投入运行,至今运行良好,可以作为相应工程的参考模板。

参考文献

[1]汪吉鹏.工业控制技术的应用现状和发展方向.潍坊学院学报,2002,2.

[2]周双印.DCS集散型控制系统及工业控制技术的最新进展.导弹与航天运载技术,2003,3:57-62.

[3]钱孟康.欧美城市给水排水处理技术考察和比较.2001,1:34-26.

[4]惠鸿忠.污水处理智能监控系统的开发研究.天津:天津科技大学.2005.

作者简介

赵明,学历:大学本科,研究方向:水处理。