摘 要: 針對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SBR工藝各階段進(jìn)行了控制標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計。
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
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個過程組成。但常規(guī)SBR工藝存在著周期長、潷水器出水堰口短、出水流速大易帶泥等缺點,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)水與出水可同時進(jìn)行,以進(jìn)水(出水) 、生化反應(yīng)、靜沉三個過程為一周期。上述過程都在一個設(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工藝各工序過程正常循環(huán)運行并對運行參數(shù)進(jìn)行實時控制與調(diào)整,需依賴可靠的自動控制系統(tǒng)和精確的過程儀表,由于PLC運行可靠、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)的價格與電動閥的價格相當(dāng),因此機(jī)電設(shè)備與處理池數(shù)一一對應(yīng),共用1臺備用設(shè)備,少用電動閥,這樣既簡化了控制環(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 工藝過程
根據(jù)污水量、水質(zhì)指標(biāo)及對出水水質(zhì)的要求,采用以下工藝流程:
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其中:根據(jù)對實際出水的要求,可以適當(dāng)對工藝的工序進(jìn)行增減,以達(dá)到最優(yōu)的性價比,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點數(shù)。主要設(shè)備包括進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、電動閥門、過濾進(jìn)水泵和反沖洗水泵等,其中每臺水泵和風(fēng)機(jī)需數(shù)字輸入(D I) : 3點、數(shù)字輸出(DO) : 1點,電動閥門需D I: 4點、DO: 2點。另液位浮球根據(jù)需要每個需D I: 1點。模擬輸入(A I)點數(shù)根據(jù)選用的儀表數(shù)量確定,其控制點數(shù)一般少于500點。目前PLC技術(shù)發(fā)展迅速,其功能齊全,控制點數(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PLC站實現(xiàn)全部設(shè)備的監(jiān)控,再配一臺帶以太網(wǎng)卡的PC就可實現(xiàn)全廠(站)的監(jiān)控。
113 控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(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)到基本無人值守的目的,且現(xiàn)場具備良好的人機(jī)對話界面,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)、電動閥門、液位開關(guān)的運行狀態(tài),檢測進(jìn)水流量,同時可按程序全自動控制污水處理過程,并通過彩色觸摸屏顯示所有設(shè)備的運行狀態(tài),使整個運行操作更加簡潔、方便。上位機(jī)可以對歷史記錄進(jìn)行存儲,包括用電量、處理量,并定時打印日報表、月報表及年報表,以備檢查和成本核算。
2 工藝過程控制要點
污水經(jīng)格柵自動流入調(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,將液位控制信號與水泵控制相連,同時也將液位信號傳到上位機(jī)等待處理命令。根據(jù)新型SBR工藝各工序的特點,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池數(shù)相對應(yīng),池數(shù)為3～6個,所以設(shè)6個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)定運行參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)子程序的運行。
開始運行主程序時,首先輸入工藝所需設(shè)定的各項參數(shù)及指令符號,指令符號可在面板上直接修改。設(shè)定數(shù)據(jù)輸入后,主程序開始自動運行, K1 = 0時不修改數(shù)據(jù); K1 = 1 時需重新輸入數(shù)據(jù)。N 個SBR池輪換周期性運轉(zhuǎn)。每個周期首先執(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)計數(shù)器n1 ≥0 時,各SBR子程序執(zhí)行時間間隔恰是SBR進(jìn)水時間T0。當(dāng)執(zhí)行完1個SBR子程序后n1 + 1存入n1 ,當(dāng)間隔時間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 時轉(zhuǎn)去執(zhí)行下一個SBR 標(biāo)準(zhǔn)子程序;當(dāng)n1 =N 時,重新開始下一周期運行。
212 SBR標(biāo)準(zhǔn)子程序(以SBR1 為例)
每個SBR標(biāo)準(zhǔn)子程序包括3個分子程序: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,工作計時器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)排除或者沒有故障則開始判斷調(diào)節(jié)池中水位是否達(dá)到啟動水位(若故障未排除則轉(zhuǎn)入下一個處理單元) ,若到達(dá)啟動水位則判斷是否啟用備用泵。如不需啟用備用泵則啟動自身進(jìn)水泵。若調(diào)節(jié)池中水位達(dá)到停止水位,停水泵(計時器t11累加計時) ,達(dá)到啟動水位時繼續(xù)啟動進(jìn)水泵。若未達(dá)到停泵水位時停泵則檢查泵是否有故障,無故障時判斷計時器t11是否達(dá)到T0 ,未達(dá)到時計時器累加計時,繼續(xù)進(jìn)水,達(dá)到時停進(jìn)水泵,轉(zhuǎn)曝氣子程序;泵有故障時則發(fā)出故障信號,記憶器y11置1,判斷能否啟用備用泵,能啟用時y10 ≥1轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)池達(dá)到啟動水位否,不能啟動時判斷進(jìn)水時間是否達(dá)到T0 ,未達(dá)到時計時器t11繼續(xù)累加計時。待達(dá)到標(biāo)定時間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)行曝氣分子程序時鼓風(fēng)機(jī)開始運行,曝氣計時器t13開始累加計時,若鼓風(fēng)機(jī)故障時轉(zhuǎn)入下一個處理單元,正常時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累加計時,風(fēng)機(jī)無故障時,判斷曝氣時間是否達(dá)到T1 ,未達(dá)到時t13累加計時,風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作,達(dá)到t13時則停風(fēng)機(jī),轉(zhuǎn)排泥子程序。如果故障時報警,記憶器y12 = 1,判斷備用風(fēng)機(jī)能否啟用,能啟用時記憶器y13 = 1,然后轉(zhuǎn)入啟動風(fēng)機(jī)單元,若不能啟動時t13繼續(xù)累加計時,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。沒有處理時判斷計時器t13是否達(dá)到T1 ,未達(dá)到則t13繼續(xù)累加計時,達(dá)到時轉(zhuǎn)排泥子程序。
③ SBR1 排泥分子程序
執(zhí)行排泥分子程序時,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。排泥時先計算出靜沉工序的時間,存入t21 ,然后再計算出靜沉后開始排泥的時間,存入t21。靜沉?xí)r間達(dá)t21時開始排泥,打開電動閥,計時器t22 ≥0,啟動排泥泵, t22累加計時,待t22達(dá)到排泥時間T3 以后,停排泥泵,關(guān)電動閥。
213 濾池主程序
主程序控制設(shè)定運行參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)子程序的運行。
開始運行主程序時,首先輸入工藝所需設(shè)定的各項參數(shù)及指令符號,指令符號可在面板上直接修改。設(shè)定數(shù)據(jù)輸入后,主程序開始自動運行, K2 = 0時不修改數(shù)據(jù); K2 = 1時需重新輸入數(shù)據(jù)。H個濾池輪換周期性運轉(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。計數(shù)器n2 ≥0,各濾池子程序執(zhí)行時間間隔恰是反沖洗時間T4。當(dāng)執(zhí)行完1個濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序后n2 + 1存入n2 ,當(dāng)間隔時間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 時轉(zhuǎn)去執(zhí)行下一個濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序;當(dāng)n2 =H時重新開始下一周期運行。
214 濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序(以濾池1為例)
濾池標(biāo)準(zhǔn)子程序包括過濾分子程序和濾池反沖洗分子程序兩種。
① 濾池1過濾分子程序
當(dāng)執(zhí)行過濾分子程序時,過濾工作計時器開始計時,當(dāng)中間水池的水位達(dá)到啟動水位后開啟活性炭進(jìn)出水閥與砂濾罐進(jìn)出水閥,之后判斷備用泵是否在運行當(dāng)中,過濾工作計時器開始累計時間。當(dāng)水位未達(dá)到停泵水位時,關(guān)閥門、水泵,中間過濾自動復(fù)位記憶器置1,過濾工作計時器繼續(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、報警) ,直接關(guān)閥門、水泵,轉(zhuǎn)入反沖子程序。若無故障,則判斷時間是否達(dá)到了標(biāo)定時間;若達(dá)到,工作計時器清零,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,反沖計時器清零,判斷設(shè)備有無故障后(有故障則報警) ,開啟活性炭反沖進(jìn)、出水閥,同時關(guān)閉外排閥門。反沖計時器1開始累計時間,在判斷水泵是否故障之后,判斷其是否達(dá)到標(biāo)定時間(如達(dá)到則關(guān)反沖閥門、開啟外排閥,同時反沖工作計時器2置0) ,若砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥無故障,則開啟砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥,關(guān)閉外排閥(若有故障,報警后直接開啟外排閥門) ,啟動反沖泵,反沖計時器2開始累加時間,判斷水泵是否故障、是否達(dá)到標(biāo)定時間,達(dá)到后則關(guān)反沖洗進(jìn)、出水閥門。
3 結(jié)語
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,設(shè)定參數(shù)控制既可由現(xiàn)場PLC工作站單獨完成,又可由上位PC機(jī)實現(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)的實際
運行結(jié)果表明:整個系統(tǒng)性能可靠,可滿足隨污水量變化自動調(diào)控的要求,提高了污水處理效率和效果,同時降低了能耗。來源：谷騰水網(wǎng)
