摘　要: 　針對(duì)SBR工藝在小城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀,提出了以PLC為核心的控制系統(tǒng),并對(duì)SBR工藝各階段進(jìn)行了控制標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 　小城鎮(zhèn)污水處理; 　SBR工藝; 　PLC控制系統(tǒng); 　模塊化設(shè)計(jì)

常規(guī)SBR工藝流程是由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置等5個(gè)過(guò)程組成。但常規(guī)SBR工藝存在著周期長(zhǎng)、潷水器出水堰口短、出水流速大易帶泥等缺點(diǎn),故將其改良成新型SBR工藝。新型SBR工藝采用固定堰出水,其進(jìn)水與出水可同時(shí)進(jìn)行,以進(jìn)水(出水) 、生化反應(yīng)、靜沉三個(gè)過(guò)程為一周期。上述過(guò)程都在一個(gè)設(shè)有曝氣系統(tǒng)的反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行,周而復(fù)始,達(dá)到生化降解的目的。為保證新型SBR工藝各工序過(guò)程正常循環(huán)運(yùn)行并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與調(diào)整,需依賴可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)和精確的過(guò)程儀表,由于PLC運(yùn)行可靠、應(yīng)用靈活便捷,因此在新型SBR工藝中得到廣泛應(yīng)用。因水泵風(fēng)機(jī)的價(jià)格與電動(dòng)閥的價(jià)格相當(dāng),因此機(jī)電設(shè)備與處理池?cái)?shù)一一對(duì)應(yīng),共用1臺(tái)備用設(shè)備,少用電動(dòng)閥,這樣既簡(jiǎn)化了控制環(huán)節(jié)又節(jié)省了投資。

1　PLC控制系統(tǒng)的選型及應(yīng)用

111　工藝過(guò)程

根據(jù)污水量、水質(zhì)指標(biāo)及對(duì)出水水質(zhì)的要求,采用以下工藝流程:

其中:根據(jù)對(duì)實(shí)際出水的要求,可以適當(dāng)對(duì)工藝的工序進(jìn)行增減,以達(dá)到最優(yōu)的性價(jià)比,如某污水處理站(1 000 m3 /d)由于將出水直接用作景觀水,對(duì)出水水質(zhì)要求較高,因此可選用全部工藝的工序;而某污水處理廠(5 000 m3 /d)處理出水只需滿足排放標(biāo)準(zhǔn),則可適當(dāng)減少處理工序。

112　控制系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)以上工藝流程配備的設(shè)備和儀表,選取PC機(jī)+ PLC控制器構(gòu)成全廠(站)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)所控制的設(shè)備數(shù)量,確定I/O點(diǎn)數(shù)。主要設(shè)備包括進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門、過(guò)濾進(jìn)水泵和反沖洗水泵等,其中每臺(tái)水泵和風(fēng)機(jī)需數(shù)字輸入(D I) : 3點(diǎn)、數(shù)字輸出(DO) : 1點(diǎn),電動(dòng)閥門需D I: 4點(diǎn)、DO: 2點(diǎn)。另液位浮球根據(jù)需要每個(gè)需D I: 1點(diǎn)。模擬輸入(A I)點(diǎn)數(shù)根據(jù)選用的儀表數(shù)量確定,其控制點(diǎn)數(shù)一般少于500點(diǎn)。目前PLC技術(shù)發(fā)展迅速,其功能齊全,控制點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展,并可帶各種通訊接口,為其在SBR工藝中應(yīng)用提供了可靠保證。小城鎮(zhèn)或小區(qū)污水量少、構(gòu)筑物布置緊湊、投資少,因此選用一個(gè)PLC站實(shí)現(xiàn)全部設(shè)備的監(jiān)控,再配一臺(tái)帶以太網(wǎng)卡的PC就可實(shí)現(xiàn)全廠(站)的監(jiān)控。

113　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

工程按照新型SBR工藝的要求,采用先進(jìn)的自控設(shè)備達(dá)到基本無(wú)人值守的目的,且現(xiàn)場(chǎng)具備良好的人機(jī)對(duì)話界面,控制程序標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。系統(tǒng)中主要控制設(shè)備PLC不僅能夠采集各水泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門、液位開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài),檢測(cè)進(jìn)水流量,同時(shí)可按程序全自動(dòng)控制污水處理過(guò)程,并通過(guò)彩色觸摸屏顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),使整個(gè)運(yùn)行操作更加簡(jiǎn)潔、方便。上位機(jī)可以對(duì)歷史記錄進(jìn)行存儲(chǔ),包括用電量、處理量,并定時(shí)打印日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表及年報(bào)表,以備檢查和成本核算。

2　工藝過(guò)程控制要點(diǎn)

污水經(jīng)格柵自動(dòng)流入調(diào)節(jié)池,調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)起停液位控制,其高液位與低液位之間的污水體積等于水泵0. 5 h的流量,將液位控制信號(hào)與水泵控制相連,同時(shí)也將液位信號(hào)傳到上位機(jī)等待處理命令。根據(jù)新型SBR工藝各工序的特點(diǎn),編制了主程序及標(biāo)準(zhǔn)子程序。主程序分為SBR 主程序和濾池主程序。

標(biāo)準(zhǔn)子程序設(shè)置與SBR池?cái)?shù)相對(duì)應(yīng),池?cái)?shù)為3～6個(gè),所以設(shè)6個(gè)SBR標(biāo)準(zhǔn)子程序及濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序。

211　SBR主程序

主程序控制設(shè)定運(yùn)行參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)子程序的運(yùn)行。

開(kāi)始運(yùn)行主程序時(shí),首先輸入工藝所需設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)及指令符號(hào),指令符號(hào)可在面板上直接修改。設(shè)定數(shù)據(jù)輸入后,主程序開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行, K1 = 0時(shí)不修改數(shù)據(jù); K1 = 1 時(shí)需重新輸入數(shù)據(jù)。N 個(gè)SBR池輪換周期性運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)周期首先執(zhí)行SBR1子程序,在執(zhí)行前需將轉(zhuǎn)SBRx 子程序指令修改成轉(zhuǎn)SBR1 子程序指令。當(dāng)計(jì)數(shù)器n1 ≥0 時(shí),各SBR子程序執(zhí)行時(shí)間間隔恰是SBR進(jìn)水時(shí)間T0。當(dāng)執(zhí)行完1個(gè)SBR子程序后n1 + 1存入n1 ,當(dāng)間隔時(shí)間t1 等于T0 后,將轉(zhuǎn)SBRx 子程序修改成轉(zhuǎn)SBRx + 1子程序,當(dāng)n1 < N 時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行下一個(gè)SBR 標(biāo)準(zhǔn)子程序;當(dāng)n1 =N 時(shí),重新開(kāi)始下一周期運(yùn)行。

212　SBR標(biāo)準(zhǔn)子程序(以SBR1 為例)

每個(gè)SBR標(biāo)準(zhǔn)子程序包括3個(gè)分子程序:進(jìn)水分子程序、曝氣分子程序、排泥分子程序。

①　SBR1 進(jìn)水分子程序

執(zhí)行SBR1 進(jìn)水分子程序時(shí),工作計(jì)時(shí)器t11清零,首先判斷進(jìn)水泵是否處于故障狀態(tài),若故障已經(jīng)排除或者沒(méi)有故障則開(kāi)始判斷調(diào)節(jié)池中水位是否達(dá)到啟動(dòng)水位(若故障未排除則轉(zhuǎn)入下一個(gè)處理單元) ,若到達(dá)啟動(dòng)水位則判斷是否啟用備用泵。如不需啟用備用泵則啟動(dòng)自身進(jìn)水泵。若調(diào)節(jié)池中水位達(dá)到停止水位,停水泵(計(jì)時(shí)器t11累加計(jì)時(shí)) ,達(dá)到啟動(dòng)水位時(shí)繼續(xù)啟動(dòng)進(jìn)水泵。若未達(dá)到停泵水位時(shí)停泵則檢查泵是否有故障,無(wú)故障時(shí)判斷計(jì)時(shí)器t11是否達(dá)到T0 ,未達(dá)到時(shí)計(jì)時(shí)器累加計(jì)時(shí),繼續(xù)進(jìn)水,達(dá)到時(shí)停進(jìn)水泵,轉(zhuǎn)曝氣子程序;泵有故障時(shí)則發(fā)出故障信號(hào),記憶器y11置1,判斷能否啟用備用泵,能啟用時(shí)y10 ≥1轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)池達(dá)到啟動(dòng)水位否,不能啟動(dòng)時(shí)判斷進(jìn)水時(shí)間是否達(dá)到T0 ,未達(dá)到時(shí)計(jì)時(shí)器t11繼續(xù)累加計(jì)時(shí)。待達(dá)到標(biāo)定時(shí)間T0 ,進(jìn)水泵停轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)為執(zhí)行曝氣分子程序。

②　SBR1 曝氣分子程序

執(zhí)行曝氣分子程序時(shí)鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行,曝氣計(jì)時(shí)器t13開(kāi)始累加計(jì)時(shí),若鼓風(fēng)機(jī)故障時(shí)轉(zhuǎn)入下一個(gè)處理單元,正常時(shí)判斷是否啟用備用風(fēng)機(jī),若不需啟用備用風(fēng)機(jī),則啟用自身的鼓風(fēng)機(jī)t13累加計(jì)時(shí),風(fēng)機(jī)無(wú)故障時(shí),判斷曝氣時(shí)間是否達(dá)到T1 ,未達(dá)到時(shí)t13累加計(jì)時(shí),風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作,達(dá)到t13時(shí)則停風(fēng)機(jī),轉(zhuǎn)排泥子程序。如果故障時(shí)報(bào)警,記憶器y12 = 1,判斷備用風(fēng)機(jī)能否啟用,能啟用時(shí)記憶器y13 = 1,然后轉(zhuǎn)入啟動(dòng)風(fēng)機(jī)單元,若不能啟動(dòng)時(shí)t13繼續(xù)累加計(jì)時(shí),判斷事故處理否。若事故已處理, y13 ≥0、y12 ≥0則轉(zhuǎn)入故障判斷單元。沒(méi)有處理時(shí)判斷計(jì)時(shí)器t13是否達(dá)到T1 ,未達(dá)到則t13繼續(xù)累加計(jì)時(shí),達(dá)到時(shí)轉(zhuǎn)排泥子程序。

③　SBR1 排泥分子程序

執(zhí)行排泥分子程序時(shí),首先判斷是否需排泥, X為排泥指令符, X = 0需排泥, X = 1不需排泥。排泥時(shí)先計(jì)算出靜沉工序的時(shí)間,存入t21 ,然后再計(jì)算出靜沉后開(kāi)始排泥的時(shí)間,存入t21。靜沉?xí)r間達(dá)t21時(shí)開(kāi)始排泥,打開(kāi)電動(dòng)閥,計(jì)時(shí)器t22 ≥0,啟動(dòng)排泥泵, t22累加計(jì)時(shí),待t22達(dá)到排泥時(shí)間T3 以后,停排泥泵,關(guān)電動(dòng)閥。

213　濾池主程序

主程序控制設(shè)定運(yùn)行參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)子程序的運(yùn)行。

開(kāi)始運(yùn)行主程序時(shí),首先輸入工藝所需設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)及指令符號(hào),指令符號(hào)可在面板上直接修改。設(shè)定數(shù)據(jù)輸入后,主程序開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行, K2 = 0時(shí)不修改數(shù)據(jù); K2 = 1時(shí)需重新輸入數(shù)據(jù)。H個(gè)濾池輪換周期性運(yùn)轉(zhuǎn)。每周期首先執(zhí)行濾池1 子程序,在執(zhí)行前需將轉(zhuǎn)濾池x子程序指令修改成轉(zhuǎn)濾池1子程序指令。計(jì)數(shù)器n2 ≥0,各濾池子程序執(zhí)行時(shí)間間隔恰是反沖洗時(shí)間T4。當(dāng)執(zhí)行完1個(gè)濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序后n2 + 1存入n2 ,當(dāng)間隔時(shí)間t2 等于T4 后,將轉(zhuǎn)濾池x子程序修改成轉(zhuǎn)濾池x + 1標(biāo)準(zhǔn)子程序,當(dāng)n2 < H 時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行下一個(gè)濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序;當(dāng)n2 =H時(shí)重新開(kāi)始下一周期運(yùn)行。

214　濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序(以濾池1為例)

濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序包括過(guò)濾分子程序和濾池反沖洗分子程序兩種。

①　濾池1過(guò)濾分子程序

當(dāng)執(zhí)行過(guò)濾分子程序時(shí),過(guò)濾工作計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)中間水池的水位達(dá)到啟動(dòng)水位后開(kāi)啟活性炭進(jìn)出水閥與砂濾罐進(jìn)出水閥,之后判斷備用泵是否在運(yùn)行當(dāng)中,過(guò)濾工作計(jì)時(shí)器開(kāi)始累計(jì)時(shí)間。當(dāng)水位未達(dá)到停泵水位時(shí),關(guān)閥門、水泵,中間過(guò)濾自動(dòng)復(fù)位記憶器置1,過(guò)濾工作計(jì)時(shí)器繼續(xù)累加。達(dá)到停泵水位后,判斷其泵閥是否發(fā)生故障(有故障則傳輸故障信號(hào)、報(bào)警) ,直接關(guān)閥門、水泵,轉(zhuǎn)入反沖子程序。若無(wú)故障,則判斷時(shí)間是否達(dá)到了標(biāo)定時(shí)間;若達(dá)到,工作計(jì)時(shí)器清零,關(guān)閥門、水泵,轉(zhuǎn)反沖分子程序。

②　濾池1反沖分子程序

在執(zhí)行反沖分子程序時(shí),反沖計(jì)時(shí)器清零,判斷設(shè)備有無(wú)故障后(有故障則報(bào)警) ,開(kāi)啟活性炭反沖進(jìn)、出水閥,同時(shí)關(guān)閉外排閥門。反沖計(jì)時(shí)器1開(kāi)始累計(jì)時(shí)間,在判斷水泵是否故障之后,判斷其是否達(dá)到標(biāo)定時(shí)間(如達(dá)到則關(guān)反沖閥門、開(kāi)啟外排閥,同時(shí)反沖工作計(jì)時(shí)器2置0) ,若砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥無(wú)故障,則開(kāi)啟砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥,關(guān)閉外排閥(若有故障,報(bào)警后直接開(kāi)啟外排閥門) ,啟動(dòng)反沖泵,反沖計(jì)時(shí)器2開(kāi)始累加時(shí)間,判斷水泵是否故障、是否達(dá)到標(biāo)定時(shí)間,達(dá)到后則關(guān)反沖洗進(jìn)、出水閥門。

3　結(jié)語(yǔ)

1000 m3 /d的污水處理站和5 000 m3 /d的污水處理廠的控制系統(tǒng)充分利用了網(wǎng)絡(luò)、CRT等技術(shù),將PLC控制站和MCC柜組合在一起可減少接線,降低工程造價(jià),設(shè)定參數(shù)控制既可由現(xiàn)場(chǎng)PLC工作站單獨(dú)完成,又可由上位PC機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)定及監(jiān)控,符合SBR 工藝控制系統(tǒng)的需要。該控制系統(tǒng)的實(shí)際
運(yùn)行結(jié)果表明:整個(gè)系統(tǒng)性能可靠,可滿足隨污水量變化自動(dòng)調(diào)控的要求,提高了污水處理效率和效果,同時(shí)降低了能耗。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)