自动控制系统在污水处理厂中的应用

2022-11-17

近年来随着我国经济发展的不断加速, 工业与民用污水的排放量日益增大, 污水对水体的污染日趋严重, 国家政府不断加大治理的力度, 提高水体的再利用价值。采用先进的控制技术应用于污水处理, 根据系统运行过程中发生的相关参数的变化, 使其运行一直保持最佳的工作状态, 为实现污水处理系统的高质量、低消耗、稳定运行提供了良好的手段, 同时也使污水处理技术得到长足的发展和应用。

1 工艺流程图 (见图1)

2 污水处理工艺控制

(1) 提升水泵站。系统的进水泵房设有三台相同规格的潜水泵, 其中一台由变频器驱动, 流量可调;另外两台由软启动器驱动, 流量不可调。根据水力设计采取两用一备。在泵房中设有超声波液位仪表, PLC根据水位测量仪测得的泵房液位来控制多台泵的起停和变频泵的流量, 使泵房的液位维持在一个设定值。

(2) 细格栅。由于污水中含有大量杂物, 一般在进水泵前都设有格栅除污机, 对其进行清理。杂物的堵塞将会使格栅前后的水位差增加, 用双探头超声波液位计来测量该水位差, 并与设定正常范围比较, 若大于设定值, 输出继电器接通, 启动格栅除污机, 格栅连续运行, 当恢复到正常范围内, 格栅停止运行。

(3) 吸砂桥运行。为使吸砂桥工作效率提高, 吸砂桥在上游与下游间往返运行速度是不同的。吸砂桥运行通常依靠自身PLC控制, 吸砂桥的等待位置在下游端点。当发出开机指令, 吸砂桥的浮渣板处于高抬位置, 桥上的接近开关与变速点挡片接触, PLC控制器得到信号, 电机变为低速档运行, 到达上游端点。随后桥折向下游以低速运动, 到达等待位置, 完成一个周期运行。

(4) 曝气系统的控制。鼓风曝气系统控制的运行参数是曝气池污泥混合液的溶解氧的含量, DO值控制变量是鼓入曝气池内的空气量。过量的曝气会使能耗增高, 增大运行费用;曝气不足会使溶解氧含量降低, 不利于水中微生物的生长。保持曝气池溶解氧处于一定浓度, 是污水处理过程控制的关键任务之一。

(5) 回流污泥的控制。二沉池沉泥通过回流泵房连续回流曝气池, 其目的是保证曝气池生物处理系统中的混合液浓度在一定的范围内。螺旋泵是回流污泥工艺的重要设备, 开停由PLC根据曝气池中污泥浓度计测量结果自动控制。当污泥浓度低于一定范围下限, 需加大回流污泥量则回流泵自动增加开启台数;当污泥浓度高于一定范围上限, 需减小回流污泥量则回流泵自动减少开启台数。

(6) 剩余污泥的控制。剩余污泥的排放影响着活性污泥的泥龄问题。泥龄的长短关系到污泥的活性, 污泥活性的好坏决定处水的处理效果。控制污泥的泥龄就需要控制剩余物泥的排放量。PLC根据二沉池泥位的高低控制剩余污泥泵的开停及运行时间。二沉池的泥位测量依靠二沉池上的泥位计进行数据采集, 保证测量结果。

3 污水处理自动控制系统的设计思路

根据工艺流程及构筑物的地理分布, 依据“实用、可靠、经济、先进”的原则, 采用“集中管理、分散控制”模式建立可靠的现场监测、过程控制和计算机管理一体化系统。污水处理自动控制系统不仅要求具有良好的安全性、可靠性和稳定性等基本要求, 还应考虑系统操作与维护的方便性, 并能在传统的自动化控制系统的基础上, 加人以优化处理效果和节省费用为目标的优化控制。

4 自动控制系统的实现

自动控制系统在各类企业广泛普及, 污水处理产业也在利用自动化技术提高运行管理水平。自动化系统的建设主要是满足运营过程中“集中管理、分散控制、网络化、智能化”的目的, 依靠完备的数据采集系统, 进行宏观调度协调。该自动化系统是由中央监控管理级、区域现场级、检测执行级组成的三级计算机分散控制系统。

4.1 中央控制室

一般来说, 中央控制室设备主要有工控计算机、工业电视监控系统、不间断供电电源、打印机、网络控制设备等组成。中央控制室的功能主要是接收现场控制分站传送的各阶段工艺参数及设备状态, 工艺管理人员按工艺要求, 通过工控计算机发出控制指令。中央控制室以工控计算机为核心, 通过光纤冗余环和工业以太网交换机与各控制分站相连接进行数据传输。

4.2 控制分站

控制分站由一套可编程控制器PLC、一台现场操作显示系统、一台不间断供电电源UPS、分布式或远程I/O单元组成。中小型污水处理厂一般设置2~4个控制分站。主要功能是接收现场采集的生产数据, 并将生产数据通过网络上传至中央控制室, 接受中央控制室发出的控制指令, 完成对现场设备的控制操作。

4.3 现场监测仪表

现场监测仪表是在工艺运行过程中在线测量、监视、显示工艺运行环节关键数据参数的自动化智能仪表, 是最基层的数据采集来源。现场监测仪表主要分为两大类: (1) 反映物理参数的检测仪表, 主要包括压力测量仪表、流量测量仪表、温度测量仪表、液位测量仪表。 (2) 反映水质状况的在线分析仪表, 主要有溶解氧分析仪、工业酸度计、污泥浓度计、浊度计、BOD、COD检测仪等。

4.4 软件

污水处理厂自控系统配置的软件主要包括:系统软件、应用软件、通讯软件、管理软件等。大型污水处理厂采用的软件常见的有Siemens SIMATIC WinCC人机界面软件系统, 美国Intellution公司iFIX人机界面软件系统等。

4.5 网络通讯

工控机与现场控制站的通讯网络可以采用工业总线方式或采用工业以太网方式。大型污水处理厂多采用工业以太网连接中央控制室与控制分站的数据传输, 传输速率一般为100Mbps, 这种系统的整体稳定性、可靠性更强, 但造价也偏高。

5 结语

随着中国生产力的不断发展, 人民生活水平的不断提高, 国家和地方政府在环保方面的相关投人的不断加大, 提高污水处理的自动控制程度已成为污水治理工程中一个广阔的拓展领域。自动控制系统在污水处理厂采用同传统的人工控制污水处理厂相比, 不仅大大提高了污水处理质量, 而且创造了良好的社会效益, 在工艺、设备仪器仪表及管理上采用了现代化高新技术, 极大地推动了本行业、本地区的科学进步, 创造了社会经济效益。

摘要：说明了污水处理厂自动控制系统的类型、特点与应用研究现状, 介绍了自控系统在国内污水处理厂的现状, 分析了污水处理厂自控系统广泛应用的限制因素, 指出了今后污水处理厂自控系统的发展趋势。

关键词：污水处理厂,自动控制系统,PLC