PLC控制技术在污水处理系统中的应用

2022-09-10

随着社会的发展水资源的逐步匮乏, 污水处理达标排放已不能作为污水处理的最终目的, 污水处理的最终目的应该是水资源再生和再利用。生活区生活污水不同于包括部分工业废水的城市污水, 其水质水量特征为;水质、水量变化系数较大, 污染物浓度通常比城市污水低, 污水可生化性好, 处理难度较小;且由于其污染来源比较简单, 从处理技术和处理成本角度考虑, 具有相当的技术可行性和很高的回用价值。生活区绿化浇灌用水、厕所冲洗水、中央空调冷却水、地面冲洗水以及车辆清洗等用水, 并无高水质要求。这种用水分布为生活区生活污水的回用去向提供了可能。生活区生活污水回用不仅可以为水资源匮乏地区提供了新的“水源”, 即使对水源丰沛的地区, 也可以起到防治污染的作用, 减轻城市下水管网和污水处理的压力。但生活区生活污水回用规模比较小, 且分散, 对运行管理带来一定的难度。因此对这些生活区建立高度自动化的污水处理站是解决水污染问题的有效途径。采用以PLC为主的生活污水处理控制系统, 可实现整个系统的工作监测、参数设定和指令控制等功能[1], 具有可靠性高、控制性能优越、管理功能完善等优点, 为确保污水处理工艺和设备能够长期安全可靠地运行提供了保障。

1 生活污水处理系统工艺流程简介

生活区生活污水处理工艺流程如图1所示, 原污水由污水总管集中流经格栅井, 经格栅拦截后, 污水中较大颗粒的固体杂质被去除, 避免堵塞管道、水泵和填料。调节池的作用是调节水量和均化水质使污水能够比较均匀地进入后续处理单元, 调节池池底设有曝气管, 通入空气, 既能防止污泥沉积, 又能起到均化水质和预曝气作用。缺氧池中设置大量组合式填料, 具有极大表面积, 可以附着生长大量具有生物活性的生物膜。在较高的有机负荷下, 通过微生物的生化降解以及吸附絮凝等作用, 高效率地去除污水中的各种有机物[2]。接触氧化池池底设有微孔曝气管用于充氧, 污水从接触氧化池中进入沉淀池, 进行固液分离, 清液流入消毒清水池。沉淀池设二座, 并联运行, 池底设泥斗, 污泥经泥斗沉淀浓缩后用气提法输送至污泥消化池。沉淀池出水流过氯片槽, 消毒剂溶解到水中, 杀灭出水中的游离细菌, 随后进入排放池由排放泵排放到高位回用水池, 多余部分由回用水池溢出至下水道。消毒池设一台加药泵, 进行定时加药, 排放池设排放泵2台向回用水池供水。污泥消化池池底设有曝气管, 由沉淀池来的污泥在此进行好氧消化, 减少污泥量并使之转化为熟污泥。经好氧处理后的熟污泥经泵输送至位于地表的贮泥池, 便于环卫车外运。污泥消化池设污泥提升泵一台。采用1台低噪音的罗茨风机进行曝气。

2 系统控制功能

根据系统工艺的控制要求, 在设备运行过程中, 有如下控制;

(1) 加药控制:有手动加药和自动加药两种控制方式, 加药量由污水的流量和pH值来决定。如果要严格控制回用水水质应采用自动加药系统, 加药时可先测量M点液体的流速和N点液体的pH值给计算机控制器, 运算后控制加药泵的转速, 进行加药, 原理图如图2所示。在手动操作加药过程中, 操作人员可以按照参考数据或凭经验进行手动控制[3]。本系统为了节约成本采用分时段定时控制加药泵进行加药。

(2) 清水池排放控制:本系统清水池设有高、中、低三段水位指示, 及高水位声光报警功能。排放控制分手动控制和自动控制两种方式, 自动控制时清水池的2台排水泵由超声波液位开关自动控制, 当污水处于低位时, 2台水泵均不工作;当污水处于中位时, 2台水泵以工作1h停1h的周期交替工作;当污水处于高位时, 2台水泵同时工作。手动控制时, 可让2台水泵分别或同时投入工作。2台水水泵各工作状态有灯光指示。

(3) 污泥消化池排放控制:本系统污泥消化池也设有高、中、低三段水位指示, 及高水位声光报警功能。生活区生活污水的污泥量相对较少, 污泥消化池采用1台提升泵对外排污泥, 该泵一样由浮球液位开关自动控制, 当污水处于低位时, 提升泵均不工作;当污水处于中位时, 提升泵以工作0.5h停0.5h的周期工作;当污水处于高位时, 提升泵连续工作。提升泵各工作状态也有灯光指示。

(4) 曝气控制:罗茨鼓风机每隔2h工作0.5h。

(5) 污泥池中的污泥由电动阀门手动控制对外排放。

3 PLC控制系统构成

本系统选用日本欧姆龙 (ONRON) 公司生产的CS1D PLC作为控制站, 完成现场参数的采集、转换与控制功能。ONRON CS1D系列PLC为新一代控制系统, 具有结构紧凑、通用性强、配制灵活等特点。它既可以作为单独的PLC控制系统, 又可以作为I/O子站, 通过现场总线受控于其他主控设备, 还可以构成由多台PLC组成的分布式大型控制系统[4]。现场由国外著名的检测和分析仪表等组成。

4 系统软件设计

针对生活区生活污水水质、水量变化较大, 污染物浓度偏低, 污水可生化性好, 处理难度较小, 且回用水的水质控制要求不是很高的特点。在设计本系统的自动控制程序时, 为了便于操作、维护及简化程序降低成本, PLC的信号输入都是采用开关量。清水池排放控制是由PLC控制系统根据清水池的水位信号, 分别对不同的排水泵按设定的程序进行控制, 当清水池的污水处于高位时, 所有的排水泵全部投入连续工作, 以免水池爆满;当清水池的污水处于中位时, 不同的排水泵进行轮换间歇性工作, 工作时间由PLC的程序设定;当水池的污水处于低位时, 所有的排水泵全部停止工作。对污泥池提升泵的控制也是根据污泥池的水位高低进行控制。本系统加药控制是根据生活区不同时段生活污水排放量的统计表对加药泵电动机进行定时控制, 生活区用水高峰时段加药电动机工作时间应加长, 用水低峰期加约泵电动机工作时间应短或停止工作。曝气风机进行定时控制。

为了便于检修及应急处理, 本系统的电气控制除了有自动控制方式, 还设有手动控制方式。手动控制时, 各控制对象相互独立工作。主程序流程图如图3所示。