【正文】 向著高度自動(dòng)化和無(wú)人職守的方向發(fā)展。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 第 1 章 污水處理工藝流程 污水處理工藝的選用原則 在污水處理工程的設(shè)計(jì)中，方案的選擇具有極其重要的地位。一般來(lái)說(shuō)，污水處理工藝的選擇有一下幾個(gè)原則： （ 1）技術(shù)合理。工藝的選擇更注重成熟性和可靠性，以降低技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，保證其長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)省工程投資是污水處理廠建設(shè)的重要前提。 （ 3）易于管理。應(yīng)特別注重工藝本身對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性及處理出水的穩(wěn)定性。在工程實(shí)踐中應(yīng)具體情況具體分析、因地制宜、綜合比較，做出優(yōu)化選擇。 （ 1） AB 工藝法。該工藝將 曝氣池分為高、低負(fù)荷兩段，各具有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。B 段（低負(fù)荷段）與常規(guī)活性污泥法相似，負(fù)荷較低，泥齡較長(zhǎng)。 B 段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。此外，由于 A 段去除了較多的 BOD，可能會(huì)造成碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝。目前有僅用 A 段的做法，效果好于一級(jí)處理。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 （ 2） SBR 工藝。它的原理是通過(guò)微生物的活動(dòng)來(lái)凈化污水。 SBR 工藝的應(yīng)用起始于 20 世紀(jì)初，由于人工管理的困難和繁瑣未推廣應(yīng)用。污水處理系統(tǒng)一般由多個(gè)池子構(gòu)成一組，各池工作狀態(tài)輪流交換運(yùn)行，單池由潷水器間歇出水。此外，這種工藝也有利于減少污泥回流量，有節(jié)能效果。 SBR 工藝的優(yōu)點(diǎn)有： ① SBR 工藝流程簡(jiǎn)單、管理方便、造價(jià)低。由于科技進(jìn)步，目前自動(dòng)控制已相當(dāng)成熟、配套。 ② 處理效果好。反應(yīng)器內(nèi)活性污泥處于一種交替的吸附、吸收及生物降解和活化的變化過(guò)程之中，因此處理效果好。 SBR 工藝可以很容易地交替實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧的環(huán)境，并可以通過(guò)改變曝氣量、反應(yīng)時(shí)間等方面來(lái)創(chuàng)造條件提高除磷脫氮效率。 SBR 工藝具有的特殊運(yùn)行環(huán)境抑制了污泥中絲狀菌的生長(zhǎng)，減少了污泥膨脹的可能。 ⑤ SBR 工藝獨(dú)特的運(yùn)行工況決 定了它能很好的適應(yīng)進(jìn)水量、水質(zhì)波動(dòng)。由于一池有多種功能，所以對(duì)曝氣頭的數(shù)量、鼓風(fēng)機(jī)的能力、池子總體容積等要求較高。對(duì)于單一的 SBR 反應(yīng)器需要較大的調(diào)節(jié)池，對(duì)于多個(gè) SBR 反應(yīng)器，進(jìn)水和排水的閥門(mén)自動(dòng)切換頻繁。一般要設(shè)置粗細(xì) 兩道格柵，間距在 16～ 25m，主要用來(lái)清除污水中的大塊粗粒懸浮物質(zhì)及雜質(zhì)。 SBR 反映池是整個(gè)工藝的核心部分， SBR 法工藝處理周期一般由進(jìn)水、反應(yīng)（曝氣）、沉淀、潷水和閑置五個(gè)過(guò)程組成，反應(yīng)期間要保證一定的曝氣量，需要的活性污泥一般情況下為定量，剩余污泥則排向污泥池。貯泥室的多余污泥脫水后外運(yùn)，進(jìn)行深埋或投海處理。近些年來(lái)，由于微機(jī)在自動(dòng)化方面的廣泛應(yīng)用及在線(xiàn)溶解氧測(cè)定儀、 液 位計(jì)等高精度但對(duì)過(guò)程控制比較經(jīng)濟(jì)的水質(zhì)檢測(cè)儀表的普及， SBR 工藝以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在近年來(lái)得以迅速推廣，稱(chēng)為世界上污水處理技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的工藝技術(shù)。 圖 11 工藝流程詳圖 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1泵站2泵站細(xì)隔柵沉砂池生化反應(yīng)池沉淀池鼓風(fēng)機(jī)房污泥回流井脫水機(jī)房接觸消毒池清水干污泥 圖 12 工藝流程簡(jiǎn)圖 主要設(shè)備的組成及控制方式 主要設(shè)備 活性污泥法的曝氣方式可分為兩大類(lèi)：鼓風(fēng)曝氣及機(jī)械曝氣兩大類(lèi)。小污水廠的 鼓風(fēng)機(jī)一般采用羅茨風(fēng)機(jī)及小型離心風(fēng)機(jī)。但必須是適應(yīng)于間歇曝氣的運(yùn)行方式。由于污水廠較小，一般不設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房，僅在鼓風(fēng)機(jī)上設(shè)罩棚。如果污水廠 毗鄰 生活小區(qū)，若采用鼓風(fēng)曝氣則必須建鼓風(fēng)機(jī)房 ， 同時(shí)還要有相應(yīng)的降噪措施，這樣情況下宜采用機(jī)械曝氣方式。目前，以 MCC 控制為基礎(chǔ)， PLC 控制為主導(dǎo)的控制方式始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控 制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。 粗格柵、細(xì)格柵、提升泵房的設(shè)備控制 粗格柵、細(xì)格柵的控制分為現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制兩種模式。當(dāng)液位差超過(guò)預(yù)設(shè)的數(shù)值，控制格柵運(yùn)行； （ 2）時(shí)間設(shè)置控制方式，在上位機(jī)的 INTERACT 組態(tài)軟件中設(shè)置格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，經(jīng) PLC 控制器的程序運(yùn)算指揮 MCC 對(duì)格柵機(jī)進(jìn)行控制。某污水處理廠有兩個(gè)提升泵站，每個(gè)泵站設(shè)有一個(gè) PLC 工作站與廠內(nèi)主站聯(lián)絡(luò)如圖 13 所示 。根據(jù)測(cè)量值對(duì)應(yīng)控制程序，自動(dòng)控制提升泵的運(yùn)行組合。 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓風(fēng)機(jī)房的設(shè)備控制 砂攪拌器的自動(dòng)運(yùn)行通過(guò)進(jìn)水電磁流量計(jì)控制，而抽砂泵的運(yùn)行狀態(tài)是由微機(jī)對(duì)其開(kāi)、停時(shí)間的設(shè)置控制的。 生化池好氧區(qū)的 DO 計(jì)、 MLSS 計(jì) (污泥濃度計(jì) )、 ORP 計(jì) （氧化還原電位計(jì)） 、空氣調(diào)節(jié)閥和羅茨鼓風(fēng)機(jī)是污水處理的重要設(shè)備。該系統(tǒng)控制思路： PLC 通過(guò)對(duì)DO 的檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣閥的開(kāi)度；當(dāng)檢測(cè)到空氣閥的調(diào)節(jié)不能滿(mǎn)足 DO 的需要時(shí)，再著行調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)導(dǎo)葉片的開(kāi)度（目前各污水廠在該系統(tǒng)的應(yīng)用都不理想，主要問(wèn)題是溶解氧的測(cè)量值滯后、不穩(wěn)定及空氣閥門(mén)的選型）； PLC 檢測(cè) DO 計(jì)、 MLSS計(jì)、 ORP 計(jì)的值傳送上位 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)掌握厭氧段與好氧段、污泥濃度等狀況，及時(shí)調(diào)整工藝控制。污泥與溶解成一定濃度的絮凝劑混合后，污泥中的固1 泵站 PLC工作站 2 泵站 PLC工作站 廠 內(nèi) PLC 主 站 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 體顆粒被凝聚成絮團(tuán)，并分離出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水機(jī)上，經(jīng)頂脫水區(qū)、重力脫水區(qū)、楔形脫水區(qū)、壓濾脫水區(qū)后形成濾餅排出。該系統(tǒng)流程控制原理圖如圖 14 所 示。 啟動(dòng)：皮帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 帶式脫水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 投藥泵運(yùn)轉(zhuǎn) 污泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)。 時(shí)間：根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行狀況，可在 PLC 中設(shè)置各設(shè)備聯(lián)動(dòng)間隔時(shí)間。 PLC 控制系統(tǒng)滿(mǎn)足污水處理廠運(yùn)行管理和安全處理的要求，即生 產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制和報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)污水處理廠內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工作情況等進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線(xiàn)集中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，重要設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線(xiàn)集散控制，確保污水處理廠的出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。 8 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、采集動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)和設(shè)備工作情況。本控制系統(tǒng)由 8 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成。 1工作站和 2工作站與廠內(nèi)主工作站的距離 較遠(yuǎn) ，且無(wú)人值班，故租用電信公司無(wú)源電話(huà)專(zhuān)線(xiàn)通過(guò)污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 調(diào)制解調(diào)器和 A1SJ71UC24 通信模塊進(jìn)行泵房設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳輸。 圖 15 全廠網(wǎng)絡(luò)控制圖 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 污水處理廠的自控系統(tǒng)由環(huán)形拓?fù)湫问剑?ring topology）和星形拓?fù)湫问?(star topology)兩種總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)成。設(shè)立不同的安全操作等級(jí)，針對(duì)不同的操作者，設(shè)置相應(yīng)的加密等級(jí)，記錄操作員及其操作信息。對(duì)全廠工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等通過(guò)顏色的變化直觀地、動(dòng)態(tài)地顯示。 報(bào)警功能：當(dāng)某一參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障時(shí)，可根據(jù)不同的報(bào)警類(lèi)別，發(fā)出聲光報(bào)警、屏幕報(bào)警。如：污水處理量、加藥量、耗電量等。 由于污水廠較小，各構(gòu)筑物之間一般用 渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。對(duì)于采用 SBR 法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與 SBR 池通過(guò)渠道相連、污泥濃縮池與脫水機(jī)房和泥餅堆放場(chǎng)合建。有時(shí)泥處理和水處理單元也可合建。通過(guò)連接構(gòu)筑物的渠道應(yīng)做沉降 縫。在小型污水處理廠內(nèi)多采用類(lèi)似策略，可以大大節(jié)省工程費(fèi)用，方便維護(hù)管理。具體控制分為 : (1) 現(xiàn)場(chǎng)控制，設(shè)現(xiàn)場(chǎng)箱或按鈕站，由“現(xiàn)場(chǎng) /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)點(diǎn)動(dòng)按鈕，用于調(diào)整和檢修。 (3) 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動(dòng)監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。 監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、服務(wù)器工作站、投影儀、打印機(jī)、 2 個(gè) PLC 工作站和現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備。 L2DP適用于對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)，能夠以最快的速度快速處理和傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 第 2 章 污水處理中的 PLC 概述 設(shè)計(jì)范圍 設(shè)計(jì)包括廠界內(nèi)預(yù)處理、生物濾池、污泥處理及附屬設(shè)施需要檢測(cè)和控制應(yīng)提供的儀表 和有關(guān)的輔助裝置等。 可靠性：污水處理廠的生產(chǎn)過(guò)程要求 PLC 控制系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性。 先進(jìn)性：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、 PLC 控制技術(shù)發(fā)展迅速。依據(jù)集中監(jiān)測(cè)為主，分散控制為輔的基本原則，設(shè)計(jì)采用以 PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,在中央控制室利用 PC（工業(yè)級(jí) PC）對(duì)廠內(nèi)各工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并有信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，生產(chǎn)的工藝過(guò)程 PLC 采用就地獨(dú)立控制。 在綜合樓設(shè)立中央控制室，下設(shè) 2預(yù)處理 PLC 子站， 3BAF 生物濾池 PLC 子站和4污泥處理 PLC 子站等共 7 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理子站。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也通過(guò)通訊總 線(xiàn)送入上位計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上對(duì)全廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 21 全廠網(wǎng)絡(luò)控制圖 PLC 在污水處理中的運(yùn)用 中央控制室 在辦公樓設(shè)立中央控制室，中央控制室內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)高分辨率計(jì)算機(jī)操作站、一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、三臺(tái)打印機(jī)、一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。中央 控制室可對(duì)整個(gè)分控式控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、處理、控制各 PLC 子站的狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息，完成報(bào)警和報(bào)表打印。 主要功能： 生產(chǎn)工藝過(guò)程以工藝流程圖方式顯示，圖形可以取出每幅圖的局部進(jìn)行放大，便于分幅，分組展示，流程上有相關(guān)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)參數(shù)值顯示。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 22 流程簡(jiǎn)圖 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 通訊控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用可與信 息系統(tǒng)無(wú)縫連接、可進(jìn)行三階層通信、高速可靠通信。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，安裝方便，支持 PLC 之間及 PLC 和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(shù)據(jù)傳送，可得到大容量、柔性數(shù)據(jù)鏈接及大容量的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)應(yīng)低成本的通信系統(tǒng)。通訊速率可達(dá) 2Mbps，保證數(shù)據(jù)高速 準(zhǔn)確地傳輸。 為保證在供電發(fā)生意外時(shí)，系統(tǒng)能有足夠的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處理， 中央控制室和各子站均設(shè)有在線(xiàn)式不間斷電源。 分現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程 PLC 控制系統(tǒng) （ 1）預(yù)處理 PLC 控制及檢測(cè)部 廠 內(nèi) 2預(yù)處理 PLC 子站位于 鼓風(fēng)機(jī)房 內(nèi)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)送中央控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。當(dāng)回轉(zhuǎn)式粗格柵停止運(yùn)行的時(shí)間超出設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時(shí)間控制，此時(shí)限為可調(diào)式設(shè)計(jì)，并設(shè)置上限報(bào)警。 細(xì)格柵開(kāi)、停控制 細(xì)格柵 24 小時(shí)運(yùn)行，并設(shè)置上限報(bào)警。 污水閘門(mén)控制： 兩臺(tái)閘門(mén)根據(jù)液位手動(dòng)或電動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)送入中控室監(jiān)控，不參加控制。 對(duì)工藝專(zhuān) 業(yè)要求檢測(cè)的各種工藝參數(shù)，水泵、風(fēng)機(jī)、反沖洗泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。 其主要設(shè)備有： 排砂閥，排泥閥，啟閉機(jī)，砂水分離器，電動(dòng)進(jìn)水閥，電動(dòng)排水閥，電動(dòng)進(jìn)氣閥，電動(dòng)氣沖閥電動(dòng)反沖洗閥，回用潛水泵，離心鼓風(fēng)機(jī)。 BAF 生物濾池 工藝過(guò)程簡(jiǎn)述： 污水經(jīng)強(qiáng)化預(yù)處理后進(jìn)入第一級(jí)生物過(guò)濾（ C/N）池，污 水通過(guò)濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧降解 BOD，同時(shí)， SS 也通過(guò)一系列復(fù)雜的物化過(guò)程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內(nèi)。經(jīng)二級(jí)生物過(guò)濾處理后的污水即直接進(jìn)入接觸池消毒。在該級(jí)濾池有超聲波液位計(jì)， DO 測(cè)定儀等國(guó)外儀表。按時(shí)間及水位差控制濾池的反沖洗。檢測(cè)信號(hào)均送生物濾池處理 PLC 子站進(jìn)行監(jiān)控。 BAF 生物濾池按所設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行周期性反沖洗，其中，第一級(jí)按每個(gè)周期 16 小時(shí)，第二級(jí)按每個(gè)周期 36 小時(shí)進(jìn)行反沖洗。 BAF 生物濾池根據(jù)其優(yōu)先順序逐臺(tái)啟動(dòng)濾池的反沖洗。 ⑵ 根據(jù)超聲波液位計(jì)所測(cè)水位值確定反沖洗過(guò)程。 ⑷ 待濾池液位再次下降到設(shè)定反洗液位值時(shí)，先開(kāi)啟反洗鼓風(fēng)機(jī)，后開(kāi)啟反洗風(fēng)閥進(jìn)行氣沖洗。氣沖洗結(jié)束，進(jìn)入水沖洗階段。當(dāng)水沖洗結(jié)束后，繼續(xù)開(kāi)啟反沖洗鼓風(fēng)機(jī)，再開(kāi)啟反沖洗 風(fēng)閥，進(jìn)入氣、水混合沖洗階段。至此，反沖洗過(guò)程全部結(jié)束。進(jìn)入正常曝氣階段。 圖 23 BAF 曝氣法工藝流程圖 （ 3） 污泥脫水 PLC 控制及檢測(cè)部分 廠內(nèi) 4污泥 PLC 子站位 于污泥脫水間控制室內(nèi)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)送中央控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。 污泥脫水系統(tǒng) : 污泥脫水系統(tǒng)為成套設(shè)備（包括污泥進(jìn)料泵、加藥泵、離心脫水機(jī)），自帶現(xiàn)場(chǎng)控制柜。 脫水后污泥螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)與離心脫水機(jī)聯(lián)鎖，先開(kāi)啟螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)，再開(kāi)啟離心脫水機(jī)，最后開(kāi)啟污泥泵，停運(yùn)時(shí)，先停污泥泵，再停離心脫水機(jī)，最后停螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)。 污水 出水 污泥池 污泥脫水機(jī)房 泵 鼓風(fēng)機(jī) 隔 柵 集 水 井 1反應(yīng)池 2反應(yīng)池 3反應(yīng)池 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 該系統(tǒng)