摘? 要： 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)是一種先進(jìn)的污水處理工藝，設(shè)計了一種實現(xiàn)CASS工藝的計算機(jī)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(hù)性。

　　關(guān)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(jì)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(zhì)分離出來，或者將其轉(zhuǎn)化分解成無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。污水處理技術(shù)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(xué)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(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天，將計算機(jī)自動控制技術(shù)應(yīng)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(yīng)器中完成有機(jī)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

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2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

　　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(diào)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(xì)格柵啟/停;進(jìn)水泵啟/停;污泥回流泵啟/停;潷水器運行/停止;壓濾機(jī)啟/停;曝氣機(jī)運行/停止。

　　系統(tǒng)除了要完成測控任務(wù)外，還要具有良好的人機(jī)交互界面，所以系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)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(jī)交互界面外，還應(yīng)在系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護(hù)性等諸多方面加以考慮，并采取相應(yīng)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(yīng)急手段，保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。

2.2.2 可維護(hù)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?nèi)ナ褂镁S護(hù)，這樣系統(tǒng)的可維護(hù)性就顯得比較重要。要能做到在系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，維護(hù)人員能很快地判斷出故障原因及位置，并能找出相應(yīng)的解決措施。

2.2.3 要具有一定的靈活性

　　因為污水水質(zhì)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(zhì)及其它外界原因(如氣溫等)適當(dāng)調(diào)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(jié)構(gòu)及實施策略

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　通過以上分析，本設(shè)計采用二級集散式控制體系，每個CASS池由一臺聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行控制，所有PLC都由同一臺上位機(jī)(管理機(jī))進(jìn)行管理顯示。測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(dān)負(fù)以下任務(wù)：

　　· 對聯(lián)鎖層PLC的工藝控制策略進(jìn)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(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)計開發(fā)了現(xiàn)場設(shè)備的專用控制算法，實現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備的保護(hù)控制。

3.2.3? 執(zhí)行層

　　該層主要由電氣執(zhí)行設(shè)備組成，實現(xiàn)PLC與控制設(shè)備的隔離，并執(zhí)行PLC下達(dá)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(shè)備，包括液位控制器、泵、風(fēng)機(jī)等。

3.3 設(shè)備選型

　　本系統(tǒng)在設(shè)備選型時以可靠性作為主要考查依據(jù)。上位管理機(jī)選用工業(yè)控制計算機(jī);聯(lián)鎖機(jī)選用PLC，因其具有較高的可靠性，平均無故障時間可達(dá)5萬小時以上，且具有很強(qiáng)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(shè)定工藝方案實行全自動控制;

　　· 計算機(jī)手動運行模式：上位機(jī)顯示系統(tǒng)狀態(tài)，各設(shè)備間不存在聯(lián)鎖關(guān)系;

　　· 機(jī)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(shè)備的運行不受管理機(jī)與PLC控制，而由柜體上的物理開關(guān)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(yīng)水質(zhì)變化較大的環(huán)境;

　　· 可對現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)保護(hù)控制，延長了現(xiàn)場設(shè)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(jìn)行事故分析;

　　· 二級集散式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中各控制單元相對隔離，易于維護(hù)。

4.2 實際控制效果

　　本系統(tǒng)已成功應(yīng)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(zhì)，實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)備在西寧特鋼等國內(nèi)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(yīng)用經(jīng)濟(jì)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(yīng)用前景。為了使本系統(tǒng)更具競爭力，我們設(shè)想在以下幾個方面對其加以改進(jìn)：

　　(1)系統(tǒng)采用總線式的分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)立現(xiàn)場控制器，所有檢測設(shè)備及電機(jī)均直接掛接在各自的現(xiàn)場控制器上，并由總線連接構(gòu)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(jié)構(gòu)也更有利于維護(hù)。

　　(2)在系統(tǒng)中設(shè)置融氧儀、PH值測試儀、濁度儀等設(shè)備，在線檢測CASS池及污泥池的水質(zhì)。根據(jù)檢測的參數(shù)，自動實時調(diào)整工藝參數(shù)，達(dá)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(jī)通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與Internet相連，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷，降低維護(hù)成本。

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