1  引言

隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)境問題顯得日益重要。廢水是破壞環(huán)境的一個主要的因素，目前中國污水處理自控系統(tǒng)相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。

當(dāng)前可編程序控制器(plc)是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計而設(shè)計的工業(yè)控制計算機，已經(jīng)成為自動控制系統(tǒng)中最為廣泛的控制設(shè)備，它不僅實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序控制或定時控制的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩(wěn)定性好，能在惡劣環(huán)境下長時間、不間斷的運行，且編程簡單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，方便擴容。

本文以某污水廠污水處理系統(tǒng)為例，介紹了以msbr池為工藝的城市污水處理的流程，并通過研究設(shè)計一套基于plc控制的污水處理系統(tǒng)。

2  污水廠工藝

進(jìn)廠污水經(jīng)粗格柵過濾，進(jìn)入集水井，在提升泵的動力作用下進(jìn)入細(xì)格柵作進(jìn)一步的細(xì)過濾，之后流入沉砂池完成一級處理；從沉砂池出來的污水進(jìn)入msbr池進(jìn)行二級生化處理，利用池內(nèi)活性污泥中的微生物在厭氧和好氧等不同條件下的新陳代謝作用去除污水中溶解的cod及氮、磷等有機污染物，經(jīng)沉淀澄清分離后流入虹吸濾池，做必要的藥物消毒處理，排入近海和到廠區(qū)的中水系統(tǒng)。

去除的污染物以剩余污泥的形式自msbr池排出，通過污泥濃縮處理之后作為泥餅外運，污泥處理過程中排出的污水進(jìn)行除磷后再返污水處理系統(tǒng)處理。

污水處理廠內(nèi)沖洗用水、綠化用水、清潔用水等均可以使用由中水系統(tǒng)經(jīng)過加藥、加氯消毒處理和濾池過濾之后產(chǎn)生的中水。

為防止和避免污水處理廠臭味對周圍居民生活的影響，在污水處理過程中加入除臭裝置，填料式生物除臭工藝采用以炭質(zhì)生物載體為填料的處理工藝，通過臭氣收集系統(tǒng)使臭氣通過填料進(jìn)行生物降解，去除致臭成份，凈化后可直接大氣排放。其流程如下：

臭氣收集 →除臭風(fēng)機  →生物除臭設(shè)備 →凈化排出

3  系統(tǒng)介紹

自控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，包括管理級、控制級、現(xiàn)場級。系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)分別為基于tcp/ip協(xié)議的高速以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線網(wǎng)。2臺工作站、1臺圖控服務(wù)器、1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺web服務(wù)器、1臺模擬屏向上接入全廠管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)以太網(wǎng)為冗余光纖網(wǎng)絡(luò)，以光纜為通信介質(zhì)，連接3個plc現(xiàn)場控制站，每個現(xiàn)場工作站配置有各自的電源，通訊模塊，接口模塊，同時將所有帶智能通訊接口的儀表設(shè)備、以及設(shè)備自帶小閉環(huán)系統(tǒng)接入系統(tǒng)中。為了提供報表、報警打印服務(wù)，配置了報表打印機和報警打印機，實現(xiàn)各種報表以及實時報警和報警歷史的打印功能。操作站計算機相互在線冗余，向下通過光纖網(wǎng)絡(luò)對各現(xiàn)場監(jiān)控子站進(jìn)行監(jiān)視。建立在windows 2000/xp基礎(chǔ)上的組態(tài)軟件提供了功能全面、簡單易用的操作界面，操作人員通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對全廠生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 圖1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4  控制方式

從系統(tǒng)完成的控制功能來說，系統(tǒng)采取三級控制層：

(1)手動控制

手動控制具有最高的控制優(yōu)先級，由就地電控柜的控制按鈕完成；

(2)自動控制

自動控制是指由plc控制器按照預(yù)先設(shè)計的程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行自動控制，控制級別高于中央控制；

(3)中央監(jiān)控

中央監(jiān)控管理站監(jiān)控是指中控室通過以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡(luò)根據(jù)生產(chǎn)要求對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度指令通過控制網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場plc控制站實施。

這樣的設(shè)計使生產(chǎn)運行更加安全、可靠，如果上位機或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，不會影響現(xiàn)場plc站的工作，而且如果現(xiàn)場控制站plc出現(xiàn)故障，操作人員也可以通過手動控制按鈕完成設(shè)備的啟停。

4.1 msbr池控制

這里不再詳細(xì)講其他的如粗細(xì)格柵控制工藝，相對來說比較簡單，無非是根據(jù)液位差和時間控制。在這里主要講下mabr池的工藝控制。

msbr(modified sequencing batch reactor)是改良型序批反應(yīng)器，是根據(jù)sbr技術(shù)特點，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)，發(fā)展出來的更為理想的廢水處理工藝。msbr不需要設(shè)置初沉、二沉池，仍能連續(xù)進(jìn)水、出水，并且水位恒定。采用單池多格形式，大大節(jié)省了連接管道，泵及閥門。而且，由于不再間斷排水，使池容及設(shè)備利用率達(dá)到最大。msbr工藝廣泛應(yīng)用于市政污水及各類工業(yè)廢水的處理。

msbr池是由構(gòu)成a2/o的厭/缺/好氧池、兩個對稱的sbr池、一個污泥濃縮池、一個污泥預(yù)缺氧池共7個單元組成的矩形池。msbr池采用單池多格的方式，溶進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置于同一個反應(yīng)池內(nèi)依次進(jìn)行，并且連續(xù)不斷地反復(fù)進(jìn)行達(dá)到不斷進(jìn)行污水處理和生化降解的目的。msbr池的流程示意圖2所示。

 圖2  池的流程示意圖

反應(yīng)器共7格，由主曝氣格6#、兩個交替序批處理格1#和7#、缺氧格3#和5#、厭氧格4#和混合液分離格2#組成。污水從4#格進(jìn)水，經(jīng)反應(yīng)、沉淀、出水作為一個周期，主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續(xù)曝氣，每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為sbr和澄清池。

(1)污水首先進(jìn)入4#池(厭氧池)與濃縮后的回流污泥充分混合，然后泥水混合液進(jìn)入5#池(缺氧池)進(jìn)行反硝化。

(2)反硝化后的污水進(jìn)入6#池(好氧池)，隨后一部分混合液進(jìn)入1#池(sbr池)沉淀出水；同時另一部分混合液進(jìn)入7#池(sbr池)，在一定回流量的條件下，進(jìn)行階段性的反硝化、硝化、靜止預(yù)沉淀。

(3)1#池和7#池回流的污泥進(jìn)入2#池(濃縮池)進(jìn)行濃縮，上清液回流至5#池(缺氧池)或6#池(好氧池)，而濃縮污泥則進(jìn)入3#池(污泥預(yù)缺氧池)，保持在缺氧條件下進(jìn)行反硝化。另外，6#池(好氧池)的污泥也可回流至5#池(缺氧池)

4.2工藝運行時間

4個污水處理工藝階段過程主要是針對1#、7#和3#池的運行；其他池(2#、4#、5#、6#)將保持不變，連續(xù)運行。

1#和7#將輪流運行3個不同的處理階段，當(dāng)1#池進(jìn)行第1、2、3個處理階段時，7#池同時處理第4個階段，排泥出水。當(dāng)1#池處理完第1、2、3個階段進(jìn)入第4個階段時，7#池退出排泥出水階段，進(jìn)入開始處理階段，即進(jìn)行第1、2、3個階段，反之亦然，保證整個msbr池能連續(xù)處理出水。

第1、2、3個處理階段運行時間占整個msbr池的運行周期的1/2，第4個處理階段運行時間整個msbr池的運行周期的1/2。

其控制流程如圖3所示。

圖3  系統(tǒng)控制流程圖

5  結(jié)束語

msbr池控制在污水廠自動化中屬于較難設(shè)計的環(huán)節(jié),主要表現(xiàn)在msbr池的狀態(tài)控制的復(fù)雜上，這相應(yīng)地導(dǎo)致了plc程序的復(fù)雜，實踐證明plc的穩(wěn)定可靠大大節(jié)約了人力物力資源，而且能更好的控制出水水質(zhì)，創(chuàng)造了良好的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。

作者簡介

韋文東(1978-)  男  學(xué)士，主要研究方向為水/污水處理plc自動化控制與系統(tǒng)集成方向。

王會敏(1979-)  女  學(xué)士，主要研究方向為水/污水處理plc自動化控制與工程管理領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 伊學(xué)農(nóng)．城市給水與自動化控制技術(shù)[m]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

[2] 王永華，陳玉國．現(xiàn)代電氣控制及plc應(yīng)用技術(shù)[m]．北京：航空航天大學(xué)出版社，2003．