摘? 要： 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)是一種先進的污水處理工藝，設計了一種實現(xiàn)CASS工藝的計算機自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好的靈活性、較高的可靠性和可維護性。
關鍵詞： 污水處理? CASS工藝? 集散式系統(tǒng)? 組態(tài)? 現(xiàn)場總線
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隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，污水量和污水中的污染物種類也在不斷增加。污水處理的目的是用某種方法把污水中的污染物質分離出來，或者將其轉化分解成無毒無害的穩(wěn)定物質，從而使污水得到凈化。污水處理技術已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展歷史，發(fā)展出了各種不同特點的污水處理工藝，有物理處理法、化學處理法及生物處理法等。為了讓這些方法更好地發(fā)揮作用，在計算機技術和自動控制技術飛速發(fā)展的今天，將計算機自動控制技術應用于實際污水處理，實現(xiàn)污水處理工藝的半自動乃至全自動監(jiān)控，具有非?，F(xiàn)實的意義。
1 循環(huán)活性污泥處理系統(tǒng)(CASS)簡介
循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(Cyclic Activated Sludge System，即CASS)工藝是一種具有脫氮除磷功能的以序批曝氣—非曝氣方式運行的充—放式間隙活性污泥處理工藝，在一個反應器中完成有機污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。CASS工藝以推流方式按一定的時間序列運行，其運行過程包括充水—曝氣、充水—泥水分離、上清液潷除等三個階段。這三個階段組成一個運行周期，各周期可連續(xù)循環(huán)運行。
系統(tǒng)整體工藝結構如圖1所示。
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2 系統(tǒng)分析
2.1 系統(tǒng)邏輯結構
現(xiàn)在要對整個系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，經(jīng)分析考察，可知有下列參數(shù)需要實現(xiàn)自動監(jiān)控：調節(jié)池高/低液位;CASS池高/低液位;潷水器位置;污泥池高/低液位;粗/細格柵啟/停;進水泵啟/停;污泥回流泵啟/停;潷水器運行/停止;壓濾機啟/停;曝氣機運行/停止。
系統(tǒng)除了要完成測控任務外，還要具有良好的人機交互界面，所以系統(tǒng)的邏輯結構如圖2所示。
2.2 系統(tǒng)技術目標分析
作為一個工控系統(tǒng)，除了完成必要的監(jiān)控功能和具有良好的人機交互界面外，還應在系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護性等諸多方面加以考慮，并采取相應的措施。
2.2.1 要具有較高的可靠性
使系統(tǒng)能長期穩(wěn)定地運行，要盡量保證系統(tǒng)不會發(fā)生控制錯誤、測控失效等現(xiàn)象。即使在系統(tǒng)某些組成部分發(fā)生故障的情況下也要能提供一定的應急手段，保證生產(chǎn)繼續(xù)進行。
2.2.2 可維護性要好
因為我們并不能要求系統(tǒng)的使用人員具有工業(yè)監(jiān)控的專業(yè)知識，但這套系統(tǒng)還需要他們去使用維護，這樣系統(tǒng)的可維護性就顯得比較重要。要能做到在系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，維護人員能很快地判斷出故障原因及位置，并能找出相應的解決措施。
2.2.3 要具有一定的靈活性
因為污水水質情況會有一定的波動，所有系統(tǒng)要能提供一定的功能，允許用戶根據(jù)污水水質及其它外界原因(如氣溫等)適當調整系統(tǒng)工藝，并可根據(jù)實際情況選用多種操作方式。
3 系統(tǒng)結構及實施策略
3.1 系統(tǒng)結構
通過以上分析，本設計采用二級集散式控制體系，每個CASS池由一臺聯(lián)鎖機進行控制，所有PLC都由同一臺上位機(管理機)進行管理顯示。測控系統(tǒng)結構如圖3所示。
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3.2 系統(tǒng)分層描述
3.2.1 管理層
管理層作為污水處理系統(tǒng)的最高層次，主要擔負以下任務：
· 對聯(lián)鎖層PLC的工藝控制策略進行組態(tài)，使得工藝人員可以方便地在線更改控制策略及其它工藝參數(shù);
· 顯示工藝流程圖，動態(tài)顯示液位及各設備狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài);
· 提供手動操作界面;
· 實現(xiàn)畫面及語音報警;
· 實現(xiàn)操作及系統(tǒng)狀態(tài)記錄、歷史查詢;
· 操作人員管理;
· 提供人網(wǎng)接口，與企業(yè)內部網(wǎng)聯(lián)接。
3.2.2? 聯(lián)鎖層
聯(lián)鎖層是系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的測控聯(lián)鎖功能主要是在這里完成的，包括：
· 檢測液位及各設備狀態(tài);
· 根據(jù)工藝參數(shù)組態(tài)形成控制策略，并據(jù)此對污水處理的全過程實現(xiàn)自動控制;
· 設計開發(fā)了現(xiàn)場設備的專用控制算法，實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備的保護控制。
3.2.3? 執(zhí)行層
該層主要由電氣執(zhí)行設備組成，實現(xiàn)PLC與控制設備的隔離，并執(zhí)行PLC下達的控制命令。
3.2.4 現(xiàn)場
主要指污水處理系統(tǒng)中的現(xiàn)場執(zhí)行及傳感設備，包括液位控制器、泵、風機等。
3.3 設備選型
本系統(tǒng)在設備選型時以可靠性作為主要考查依據(jù)。上位管理機選用工業(yè)控制計算機;聯(lián)鎖機選用PLC，因其具有較高的可靠性，平均無故障時間可達5萬小時以上，且具有很強的抗干擾能力。
3.4 系統(tǒng)操作方式
系統(tǒng)提供三種操作模式：
· 自動運行模式：系統(tǒng)對污水處理按設定工藝方案實行全自動控制;
· 計算機手動運行模式：上位機顯示系統(tǒng)狀態(tài)，各設備間不存在聯(lián)鎖關系;
· 機械手動運行模式：在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或處在維修期間時可運行此種模式。在此種模式下各設備的運行不受管理機與PLC控制，而由柜體上的物理開關對其實現(xiàn)操作。
4 控制效果
4.1 系統(tǒng)特點
· 本系統(tǒng)適宜處理城市生活污水、酒廠污水、食品工業(yè)污水;
· 本系統(tǒng)具有一定的組態(tài)功能，能夠適應水質變化較大的環(huán)境;
· 可對現(xiàn)場設備實現(xiàn)保護控制，延長了現(xiàn)場設備的使用壽命，并大大減少了異常情況的發(fā)生，提高了可靠性;
· 自動化程度高，操作界面形象直觀，提供語音報警功能，易于使用;提供人員管理功能和歷史記錄功能，便于進行事故分析;
· 二級集散式結構，系統(tǒng)中各控制單元相對隔離，易于維護。
4.2 實際控制效果
本系統(tǒng)已成功應用于安徽省圣泉啤酒廠，日處理污水7000噸，有效地改變了該廠的排放水質，實現(xiàn)了達標排放。同時削減了大量污染物，減少了對環(huán)境的危害。其主要污染物年削減量為(排放濃度以GBS978-96B級標準計，年運行時間300天)：??????
CoDCr：??????? 1942.5 噸/年
BDD5：?? ???? 987 噸/年
SS：?????????? 630 噸/年
因此，實際運行效果良好，獲得用戶一致好評，已于2000年1月順利驗收，并準備在西寧特鋼等國內大中型企業(yè)推廣使用。
????隨著社會對污水處理要求的提高，開發(fā)和應用經(jīng)濟合理、操作靈活且運行穩(wěn)定的污水處理系統(tǒng)已日益受到研究者及企業(yè)的重視，CASS工藝無論在城市污水還是工業(yè)廢水的處理方面都具有良好的應用前景。為了使本系統(tǒng)更具競爭力，我們設想在以下幾個方面對其加以改進：
(1)系統(tǒng)采用總線式的分布式結構，設立現(xiàn)場控制器，所有檢測設備及電機均直接掛接在各自的現(xiàn)場控制器上，并由總線連接構成系統(tǒng)。這樣可降低系統(tǒng)成本，并且現(xiàn)場施工也變得極為簡單，同時這種結構也更有利于維護。
(2)在系統(tǒng)中設置融氧儀、PH值測試儀、濁度儀等設備，在線檢測CASS池及污泥池的水質。根據(jù)檢測的參數(shù)，自動實時調整工藝參數(shù)，達到對系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實現(xiàn)污水處理的全自動控制，保證系統(tǒng)控制的最佳狀態(tài)。
(3)把系統(tǒng)管理機通過企業(yè)內部網(wǎng)與Internet相連，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程診斷，降低維護成本。
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參考文獻
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