西門(mén)子PLC和WINCC在污水處理自動(dòng)化監控系統中的應用
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本文以污水處理的工藝流程為線(xiàn)索，介紹了監控系統的整體設計方案、各個(gè)分布式控制站的設計、上位監控畫(huà)面的制作以及重難點(diǎn)控制策略的研究。文中著(zhù)重講述了PLC、軟啟動(dòng)器與變頻、PID等技術(shù)在污水處理中的典型應用。在該污水處理中，為了達到控制溶解氧（DO）含量、配水井液位等在一定得范圍內的目的，我們采用PID控制、變頻調速等技術(shù)來(lái)實(shí)現對風(fēng)機和水泵的轉速的調節。同時(shí)根據液位不同對使用設備的臺數進(jìn)行控制。為了解決污水處理中大功率設備啟動(dòng)所帶來(lái)的問(wèn)題，該系統采用了軟啟動(dòng)器拖動(dòng)電動(dòng)機。同時(shí)為了解決設備長(cháng)期運行帶來(lái)的問(wèn)題，采用輪換使用幾臺泵或風(fēng)機。本文以實(shí)際系統為例，介紹污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制的方法與策略，具有一定實(shí)踐指導意義。
2污水處理工藝流程介紹
2.1污水處理的基本工藝方法
污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或將其轉化為無(wú)害物質(zhì)，使水得到凈化。
現代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，一般分為三級處理：
一級處理，又稱(chēng)物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，BOD一般只能去除30%左右，達不到排放標準。
二級處理，又稱(chēng)生化處理，它是城市污水處理廠(chǎng)的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經(jīng)二級處理后，BOD的去除率可達90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有機污染物達到國家規定的排放標準。
三級處理，又稱(chēng)深度處理，其目的在于進(jìn)一步去除二級處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機物和氮、磷等能夠導致水體富營(yíng)養化的可溶性無(wú)機物質(zhì)。
生物法具有凈化能力強、費用低廉、運行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是污水處理的主要方法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。我國現階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學(xué)法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、氧化溝等，它們均具有同步降解BOD5和脫氮除磷的作用。
2.2本系統采用的工藝介紹
根據實(shí)際情況，并綜合考慮各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，該污水處理廠(chǎng)采用A2/C氧化溝工藝。
2.2.1A2/C氧化溝工藝簡(jiǎn)介
圖2.1A2/C氧化溝工藝流程圖
設置厭氧、缺氧段的Carrousel氧化溝(文中簡(jiǎn)稱(chēng)：A2/C氧化溝)具有生物脫氮除磷功能，是目前城市生活污水處理的主流工藝之一。它是在Carrousel2000氧化溝的基礎上增加前置的厭氧段形成的。在污水脫氮除磷的工藝設計中必須具備厭氧、缺氧、好氧3個(gè)基本條件，但是在實(shí)施過(guò)程中由于所需的處理構筑物多、
污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多、運行管理復雜。A2/C氧化溝將厭氧、缺氧、好氧三個(gè)過(guò)程集中在一個(gè)池內完成，各部分用隔墻分開(kāi)自成體系，但彼此又有聯(lián)系。該工藝充分利用污水在氧化溝內循環(huán)流動(dòng)的特性，把好氧區和缺氧區有機結合起來(lái)，實(shí)現無(wú)動(dòng)力回流，節省了去除硝酸鹽氮所需混合液回流的能量消耗。
圖2.2A2/C氧化溝平面布置圖
該污水處理系統為兩個(gè)A2/C氧化溝并行運行。經(jīng)配水井分配后的污水進(jìn)入氧化溝前段的厭氧池，與來(lái)自污泥泵房的回流污泥混合，在厭氧條件下，除磷菌可將儲存在菌體內的聚磷分解，將磷酸鹽釋放到水中。厭氧池分為3格，每格都設有水下攪拌器以防止污泥沉淀。經(jīng)厭氧釋磷后的污水進(jìn)入缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮，缺氧段設計成環(huán)流形式，強化脫氮效果，反硝化后的污水通過(guò)設置在一側的渠道進(jìn)入氧化溝。氧化溝的充氧機械采用倒傘形曝氣機，可根據池內DO測定值控制調節堰門(mén)出水、改變曝氣機轉速以達到調節溶解氧的目的。在氧化溝內，污水進(jìn)一步去除有機物并將NH3-N氧化成NO2和NO3。同時(shí)聚磷菌在好氧條件下過(guò)量攝取污水中的磷，強化出水水質(zhì)。而且在好氧段末設置內回流渠，經(jīng)過(guò)好氧硝化的污水進(jìn)入缺氧段，由于末端的溶解氧減少到最低程度，有效的防止缺氧池氧過(guò)量的問(wèn)題，可以取得最好的反硝化效果。經(jīng)過(guò)處理后的污水經(jīng)過(guò)出水口進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀處理。
2.2.2本系統工藝流程
桂陽(yáng)縣污水處理廠(chǎng)包括污水處理和污泥處理兩個(gè)系統。污水處理系統包括進(jìn)水井、粗格柵間、提升泵房、細格柵間、曝氣沉砂池、鼓風(fēng)機房、氧化溝、二沉池、紫外線(xiàn)消毒渠、出水渠等，污泥處理系統包括污泥回流泵房、脫水機房等幾部分。
污水經(jīng)污水排放管進(jìn)入進(jìn)水井，由進(jìn)水井流經(jīng)粗格柵，濾除大塊固體懸浮物后，再由提升泵將污水提升到細格柵，濾除細小的漂浮物和浮渣，然后經(jīng)計量渠流入曝氣沉砂池，進(jìn)行砂水分離，去除水中密度較大的無(wú)機顆粒，以保護后續處理設備的正常運行。然后污水進(jìn)入氧化溝，進(jìn)行生化處理。經(jīng)生化處理后的污水進(jìn)入二沉池進(jìn)行污泥沉淀，經(jīng)過(guò)污泥沉淀后的污水經(jīng)紫外線(xiàn)消毒后到出水渠，最后排放。二沉池分離的一部分生物活性污泥回流到生化反應池，另一部分剩余污
泥流經(jīng)污泥泵房進(jìn)入污泥處理系統，剩余污泥進(jìn)入污泥貯池，最后經(jīng)進(jìn)污泥泵進(jìn)入脫水機房進(jìn)行脫水處理并外運。
圖2.3韶陽(yáng)縣污水處理廠(chǎng)總體工藝流程圖
3控制系統方案設計
3.1設計原則
1.系統性能穩定，安全可靠。
2.操作簡(jiǎn)單，維護方便
3.運行經(jīng)濟節能，維護費用低。
4.易于擴展
5.性能價(jià)格比高
3.2設計思想
本系統采用工控機+可編程序控制器（PLC）+現場(chǎng)儀表的控制方式?，F場(chǎng)儀表將現場(chǎng)的信號采集并傳輸至PLC中，PLC作為主要的現場(chǎng)控制單元，工控機用于監視和控制PLC及現場(chǎng)設備的狀態(tài)。各個(gè)設備均能實(shí)現現地、遠程、遠程手動(dòng)三種控制方式。
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