污水處理廠SBR法工藝自動化管理系統(tǒng)前言

污水廠管理目前大都停留在經(jīng)驗(yàn)決策階段，因此污水處理質(zhì)量極大程度上受管理人員素質(zhì)的制約。隨著污水處理水質(zhì)要求的日趨嚴(yán)格，污水處理工藝過程更趨 復(fù)雜，控制要求越來越高，管理水平將是污水處理事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的障礙之一。近年來從國外引進(jìn)設(shè)備的污水廠基本上都采用計算機(jī)管理，一般都取得了較好的效 果。本文就污水處理廠SBR法工藝自動化作些探討。

1.1微機(jī)自動化管理系統(tǒng)的設(shè)計

目前國際上普遍采用的自動化管理系統(tǒng)一般都采用這一模式：

人←→計算機(jī)←→PLC←→現(xiàn)場設(shè)備

PLC是這一模式中的關(guān)鍵設(shè)備，PLC中事先已輸入工藝運(yùn)行的程序，PLC可以根據(jù)工藝參數(shù)按運(yùn)行模式自動監(jiān)控、運(yùn)行設(shè)備。計算機(jī)在這一模式中起三個 作用：①實(shí)時顯示運(yùn)行工況。②實(shí)時向PLC傳送調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的指令。③建立數(shù)據(jù)庫，儲存記錄運(yùn)行中各參數(shù)、指標(biāo)等資料。人可以通過計算機(jī)隨時改變工藝 運(yùn)行的模式。PLC根據(jù)工藝運(yùn)行的模式自動調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行，并對工況運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫加以整理保存。

1.2微機(jī)自動化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.2.1 將分散在工藝流程上各控制點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)處理后作為PLC控制的依據(jù)。

1.2.2 將監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為計算機(jī)選擇運(yùn)行模式的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)PLC對各設(shè)備有效的、自動的控制。

1.2.3 計算機(jī)實(shí)現(xiàn)對全廠運(yùn)行情況有序的、集中的管理，保證操作人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。

SBR工藝是一種間歇(批式)處理污水的工藝技術(shù)，它采用單個反應(yīng)池通過時間序列來完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等功能。

在SBR池進(jìn)水階段，利用污水進(jìn)水中所含有機(jī)碳源，將上一批反應(yīng)排水后殘留在池內(nèi)污 水中的硝酸鹽氮予以還原，經(jīng)過一段時間后，開始曝氣，在含碳有機(jī)物被氧化的同時，先后進(jìn)行氧化和硝化反應(yīng)，曝氣結(jié)束后進(jìn)行沉淀，然后將上部澄清液排出，并保留部分處理后污水供下一 周期反硝化反應(yīng)。

對于SBR污水處理工藝，管理控制可分為兩個層次，它與連續(xù)流不同，處理操作需要開、關(guān)反應(yīng)池進(jìn)水閥門，在預(yù)定的進(jìn)水時間內(nèi)，根據(jù)反應(yīng)池的充滿程序， 確定啟、停鼓風(fēng)機(jī)、潷水器等一系列操作，這些均需PLC來控制。另外，由于季節(jié)變化污水量少、水質(zhì)濃度的變化，處理效 果需要通過調(diào)整周期內(nèi)時間配置來調(diào)節(jié)。如出水氨氮過高，則需延長曝氣時間，出水NOX-N過高則需增加反硝化時間等，一般可以在PLC內(nèi)預(yù)先設(shè)置幾套周期 配置模式，以便根據(jù)實(shí)際水量 、水質(zhì)、水溫等因素，在一段時間內(nèi)選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，PLC內(nèi)還具有意外情況下的處理對策，如突然停電一段時間后，應(yīng)以何 種措施過渡恢復(fù)等，這些均是SBR法有別于連續(xù)流工藝控制管理的方面。

污水處理廠進(jìn)行自動化控制、管理的主要手段是可編程序控制器(PLC)和計算機(jī)。自動化管理系統(tǒng)一般都采用分散控制集中管理的模式，即按工藝要求將全 廠的控制系統(tǒng)分成若干個單元，每個單元由一臺PLC控制，PLC與PLC之間可由專用通訊電纜連接，構(gòu)成主、 從PLC模式。主PLC與計算機(jī)之間有通訊線相連。

PLC的配置，首先應(yīng)當(dāng)結(jié)合工藝、土建解決好PLC的單元布置，主要解決集控室與PLC、PLC與PLC之間的距離問題。各控制單元之間的距離應(yīng)盡量 短。如果各控制單元的距離不大于200米，可采用主、從PLC控制模式，主PLC設(shè)在集控室，可通過通訊口與計算機(jī)直接連接，從PLC采用專用通訊線與主 PLC連接。這種模式較為經(jīng)濟(jì)。如果PLC與PLC之間的距離較大，則通訊干擾大，可靠性差，不宜采用上述模式?？梢圆捎镁哂芯W(wǎng)絡(luò)功能的PLC，PLC之 間構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并與計算機(jī)相連。每個PLC獨(dú)自控制一個單元，但這一模式的工程造價較高 。

SBR法工藝自動化控制管理系統(tǒng)

4.1設(shè)計規(guī)模及處理目標(biāo)

進(jìn)水水質(zhì)：BOD5=150～3O0mg/l，

CODcr=250～500mmg/l，

NH3-N=25～40mg/l。

出水水質(zhì)：BOD5≤20mg/l，

CODcr≤7Omg/l，

NH3-N≤15mg/l。

日處理量　5000m3/d。

4.2　設(shè)計原則

4.2.1 適用于規(guī)模較小的城市污水處理，晝夜水量變化大；

4.2.2 流程簡潔，日后水量增長時可改為連續(xù)流常規(guī)活性污泥法工藝；

4.2.3 具有較好的脫氮除鱗功能(本例子未考慮脫磷)；

4.2.4 控制、管理實(shí)現(xiàn)自動化，降低能耗，減少運(yùn)行費(fèi)用和勞動強(qiáng)度。

4.3設(shè)備及儀表配制

設(shè)置二個控制單元：進(jìn)水泵房單元(PLC1)；鼓風(fēng)機(jī)房單元(PLC2)。 集控室與進(jìn)水泵房單元合在一起。鼓風(fēng)機(jī)房單元電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)可以通

過PLC1在模擬屏上顯示出來。

PLC采用OMRON產(chǎn)品：PCC20OHS。

PLC1：D1=128DO=128A1=16AO=0

PLC2：D1=128DO=48A1=16AO=0

控制室配計算機(jī)一臺、打印機(jī)一臺。

4.4工藝操作系統(tǒng)

污水廠的進(jìn)水泵房部分一般包括入流總閘門及放泄道、格柵、集水池和提升泵。進(jìn)水總閘門是為了部分進(jìn)行維修需要而設(shè)置，一般情況下不操作，所以一般采用電動閥門就地操作，其工況集中顯示。格柵一般采用電動清撈，根據(jù)定時或格柵前后的液位差自動運(yùn) 行。此外，還需配制垃圾皮帶輸送機(jī)或壓榨機(jī)，整個格柵除污系統(tǒng)采用現(xiàn)場聯(lián)動操作，集控室顯示。在集水池內(nèi)設(shè)浮球開關(guān)及液位計，進(jìn)水泵的開啟臺數(shù)根據(jù)集水池液位升降由PLC控制啟停。一般SBR不設(shè)初沉他。反應(yīng)池假設(shè)為三組，每組容積1600m3，每組反應(yīng)池設(shè)鼓風(fēng)機(jī)二臺(30m3/min；20m3/min)，設(shè)置澆水器二臺(每臺流量450m3/h)，設(shè)置攪拌機(jī)四臺。周期設(shè)計為進(jìn)水2小時，曝氣4.5小時，沉淀0.75小時，排水0.75小時，整個周期為8小時。

1. 首先第一組進(jìn)水，開啟第一組進(jìn)水電動閥門，同時給出信號，進(jìn)水泵準(zhǔn)予啟動；

2. 第一組反應(yīng)池液位上升至某一設(shè)定值時，啟動水下攪拌器；

3. 第一組反應(yīng)池內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定最高值時，關(guān)閉進(jìn)水電動閥門；

4. 鼓風(fēng)機(jī)開啟受二個因素制約，一是時間，時間控制主要是反硝化攪拌反應(yīng)需一定時間；二是液位，進(jìn)水后反應(yīng)池充滿到一定程序再開鼓風(fēng)機(jī)。二個條件必須同時滿足。開啟鼓風(fēng)機(jī)的同時，關(guān)閉攪拌機(jī)；

5. 鼓風(fēng)機(jī)啟動臺數(shù)需根據(jù)反應(yīng)池溶解氧數(shù)值來確定。一般有如下三種方案：方案一 、方案二采用先同時開啟兩臺風(fēng)機(jī)，當(dāng)溶解氧到達(dá)某一設(shè)定值后，可改為一臺，繼續(xù)曝氣，直到設(shè)定曝氣時間結(jié)束再停機(jī)。方案三采用大小風(fēng)機(jī)交替使用，使溶解氧到達(dá)某一設(shè)定值；

6. 第一組反應(yīng)池進(jìn)水結(jié)束后，如第二組反應(yīng)池已做好進(jìn)水準(zhǔn)備，則打開第二組電動進(jìn)水閥。如第二組不能進(jìn)水，則給出信號，停進(jìn)水泵，等到第二組反應(yīng)池允許進(jìn)水時打開電動進(jìn)水閥，同時啟動進(jìn)水泵；

7. 在曝氣結(jié)束前，根據(jù)時間設(shè)定，打開排泥閥，排反應(yīng)池混合液，排泥量可通過時間或反應(yīng)池液位由工藝設(shè)計根據(jù)泥齡來確定，并可調(diào)整；

8. 停機(jī)后開始計時，即反應(yīng)池進(jìn)入沉淀階段。一般沉淀45分鐘后即可潷水；

9. 沉淀階段結(jié)束時，給出信號，開啟潷水器。潷水器開啟時間主要受液位控制(即排水量要求)，潷水總量(以液位反應(yīng))到達(dá)后，給出信號關(guān)閉潷水器，此時進(jìn)入閑置期待命，再轉(zhuǎn)入進(jìn)水期；

10. 第二、第三個反應(yīng)池操作也相同；

11. 當(dāng)發(fā)生停電或其他意外事故使反應(yīng)池中斷工作，再恢復(fù)時，由于外管道內(nèi)積存污水較多，需及時抽送，可選改為人工操作，待正常后再切入自動運(yùn)行?；蛴蒔LC按照事先設(shè)定的應(yīng)急程序操作，再過渡到正常運(yùn)行；

12. 由于冬季、夏季水質(zhì)水量水溫的變化，需要調(diào)整曝氣時間、排泥量、污水排出比等，因此可按照設(shè)計要求，形成多套運(yùn)行周期程序，根據(jù)排水水質(zhì)來選擇合適的周期；也可在一天中采用不同周期運(yùn)行。圖四是其中一種運(yùn)行周期程序。

4.5計量監(jiān)測系統(tǒng)：

4.5.1 集水池內(nèi)設(shè)上、中、下液位開關(guān)及液位計，并設(shè)上、下限報警；

4.5.2 SBR反應(yīng)池內(nèi)設(shè)上、下液位開關(guān)；

4.5.3 進(jìn)出水流量，顯示瞬時值及積算值，并在計算機(jī)內(nèi)存放，提供日處理量供打印報表；

4.5.4 在集水井監(jiān)測進(jìn)水PH及進(jìn)水溫度，其日最高值和平均值供報表打?。?

4.5.5 鼓風(fēng)機(jī)空氣量需計量積算，提供日報表打印；

4.5.6 SBR池溶解氧供日報表打??；

4.5.7 排泥量積算并提供日報表打印。

本系統(tǒng)采用兩種模式來實(shí)行控制。

5.1手動

現(xiàn)場“手動/自動”選擇開關(guān)切換到手動，可由現(xiàn)場開關(guān)直接控制設(shè)備，這是最高優(yōu)先級的控制，在這一模式下，PLC僅對運(yùn)行狀態(tài)作監(jiān)視。

5.2 自動

現(xiàn)場“手動/自動”選擇開關(guān)切換到自動，在這一模式下PLC能根據(jù)測量參數(shù)自動控制設(shè)備的運(yùn)行。自動模式又可分為2種控制方式，我們在PLC的運(yùn)行程序中設(shè)置了上位機(jī)控制方式與PLC控制方式。

5.2.1 上位機(jī)控制方式：在計算機(jī)上，可以將控制方式切換到上位機(jī)控制，這時PLC接收上位機(jī)發(fā)出的指令，也即我們可以通過計算機(jī)直接遙控現(xiàn)場設(shè)備。

5.2.2 PLC控制方式，PLC按上位機(jī)設(shè)定的運(yùn)行模式自動控制設(shè)備運(yùn)行，出現(xiàn)故障會及時報警。

(1) 格柵單元

進(jìn)水閘門現(xiàn)場控制，PLC監(jiān)視。格柵裝置：現(xiàn)場設(shè)置格柵、皮帶轉(zhuǎn)送機(jī)、壓榨機(jī)聯(lián)動控制系統(tǒng)，可由現(xiàn)場控制，也可由PLC控制。

(2) 集水井單元

PLC根據(jù)液位儀測量值及上、中、下液位開關(guān)自動控制泵。關(guān)閉泵后須等待10分鐘才能啟動，以保證泵不頻繁啟動(緊急啟動不受此限制)。在啟動、停止 過程中，PLC自動檢查泵的運(yùn)行狀況，判別是否出現(xiàn)故障并報警。計算機(jī)自動記錄各泵的運(yùn)行時間，并使之盡量相等。進(jìn)水 流量、PH值、溫度測量信號經(jīng)PLC的Ato轉(zhuǎn)換后送計算機(jī)顯示、存儲。

(3) SBR池單元

溶解氧測量值及上、下液位開關(guān)信號送PLC，PLC根據(jù)設(shè)定的時間參數(shù)、上下液位開關(guān)信號啟閉進(jìn)水電動閥門和潷水器，計算機(jī)自動記錄進(jìn)水、出水時間。

(4) 應(yīng)急措施

突然停電：計算機(jī)會自動檢查停電時刻設(shè)備運(yùn)行狀況，提示用戶緊急處置的步驟、停電時期的注意事項及復(fù)電開機(jī)的步驟。

監(jiān)控及管理界面采用人機(jī)界面(MMI)軟件包二次開發(fā)而在。我們采用了用于控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、圖形組態(tài)監(jiān)控和管理的通用軟件包—FAGM，該軟件在Microsoft Windows3.2/95中文環(huán)境中運(yùn)行，運(yùn)用軟件設(shè)計了SBR法工藝總流程圖和相應(yīng)的各個控制單元的圖形界面，控制及管理軟件具有如下功能：

6.1 工藝流程圖監(jiān)控、儀表面板；

6.2 數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計報表；

6.3　數(shù)據(jù)保存、分析和數(shù)據(jù)記錄追憶；

6.4　報警顯示、保存和打??；

6.5　設(shè)備工作狀態(tài)控制和工藝參數(shù)設(shè)定；

6.6　用鼠標(biāo)點(diǎn)動控制設(shè)備輸出。

水務(wù)自動化辦公管理系統(tǒng)（圖）

為使自動控制系統(tǒng)充分發(fā)揮作用，達(dá)到保障水質(zhì)、節(jié)能降耗、提高運(yùn)行管理水平的目的，中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會組織相關(guān)單位編寫了《城鎮(zhèn)供水廠污水處理廠自動化技術(shù)指南》?！冻擎?zhèn)供水廠污水處理廠自動化技術(shù)指南》對供水廠、污水處理廠自控系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的功能要求進(jìn)行了說明，并對實(shí)現(xiàn)功能要求所采用的相關(guān)技術(shù)手段提出了建議。

《城鎮(zhèn)供水廠污水處理廠自動化技術(shù)指南》適用于水務(wù)管理與技術(shù)人員進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的功能設(shè)計與選擇，也可供從事供水排水自動化的設(shè)計、監(jiān)理和施工單位參考。