曝气生物滤池的运行控制特点
一、BAF工艺控制原理
生物滤池自动控制系统是BAF工艺自动化系统的核心控制环节，也是整个污水厂的主体工艺部分，下面以两级BAF工艺来阐述控制原理。BAF工艺的自控原理见图8-5。
滤池状态分为正常工作、反冲洗、备用、故障等几种状态，滤池上的在线仪表主要是溶解氧检侧仪表、流量计和滤池压差检侧仪表。
(1)正常工作控制；滤池在正常工作状态时，曝气阀及进水调节阀开启，其他阀门关闭，曝气风机变频运行，整个滤池自动运行。核心控制参数为滤速(控制水力负荷)、出水溶解氧(DO)水平及运行周期控制(保证生物活性)。
为使滤池的进水水量适当，并平均分配给每个滤池，最完善的控制方法是在每个滤池的进水支管上均设置自动调节阀门和流量计，根据每个滤池流量数据来控制进水支管上阀门的开启程度，使进水流量与顶先设定的流量相同。确保滤池在工艺设计工况(设计水力负荷)运行，但是这种控制方法由于安装了过多的流量计，异致控制系统的成本较高。也可以通过进水总管上的一个流量计来显示进入总体滤池的水量，并假设配水管路能将进水完全平均分配给每个滤池，以这个假设的数据来确定工作滤池的个数，但每个滤池的进水支管上仍应设置自动阀门以调节进水水量。
曝气生物滤池的工艺曝气控制十分重要，为了滤池的正常运行，应采取能够尽量避免气路堵塞、曝气不均匀现象，并且一旦发生堵塞能够较方便清理的控制方法。目前常用的曝气管路的布置是将鼓风机设一根曝气总风管，从总管上分出曝气支管到每个滤池中，设置旁通放空管路控制风量，风机中设一台或几台变频风机，极据滤池上溶解氧测定仪表所测定的数据控制变频风机，改变进入滤池的风量。这种做法无法达到对每个滤池所需空气量的单独调节，使系统丧失了灵活性，无法应付发生的曝气不均匀的现象，因此是不可取的。比较可行的控制方法是将风机与滤池做到一一对应，一台风机只为一个滤池服务，这样每个气体流量计只显示一台风机的风量，在线式溶解氧仪和曝气鼓风机组成闭环控制，使池内的溶解氧保持一定水平，当一个滤池曝气出现堵塞时，可以方便地调节并且不会影响到系统内其他滤池的正常供气。
为保证生物活性，曝气生物滤池需要进行定时反冲洗，正常情况下滤池反冲洗周期在24--48h比较合适，运行人员可以根据实际情况及时调整PLC中设定的数据。当载体间由于截留悬浮物的作用，导致滤床水头损失增大，此时采用压差计来测量滤池压差的大小，也是作为滤池反冲的重要判断指标。还有一种就是人为干预，产生一个反冲洗信号。
(2)反冲洗控制；当滤池具备反冲洗条件时需停止正常工作，要排队才能进入反冲洗工况(根据提出反冲洗申请的先后顺序)。反冲洗程序为三段式冲洗：气冲洗、气水混合冲洗、水冲洗。其工艺过程为：关进水调节阀→关闭吸气鼓风机和鼓风机出口气动阀门→开反冲洗排水闸板→开反冲洗进气阀→启动反冲洗鼓风机→开反冲洗水泵→开反冲洗进水阀→停反冲洗风机→关反冲洗进气阀→开放气阀→关放气阀→开反冲洗水泵→关反冲洗进水阀→关反冲洗水泵→关反冲洗排水闸板→开进水阀→开曝气进气阀。此时滤池又开始正常工作。反冲洗周期、气洗时间、气水联洗时间、水洗时间、排气阀开启时间均可由操作人员根据生产实际需要进行程序设定。当反冲洗状态进行时，如出现进入反冲洗状态的条件被破坏的情况，反冲洗工况自动停止。
(3)备用状态；曝气生物滤池系统在设计时都会按照比较保守的数据，加上污水厂进水水量的季节性变化也很大，因此经常会发生有滤池闲置备用的情况。这时，控制系统可根据每个滤池和设备闲置时间的多少而安排滤池的工作，让每个滤池和设备都能获得大致相同的检修时间。
对曝气器进行冲洗一般在滤池不工作，反冲洗进行前最合适。
(4)故障状态；曝气生物滤池在运行中若出现故障，应停电检修。单个滤池的检修不会影响其他滤池的正常运行，这也是采取DCS控制系统的优点体现。
二、系统结构和组成
本系统设计的结构为“分散控制、集中竹理”，各单格滤池旁设分控柜(就地柜)一个，控制滤池的过滤及其阀门，包括反冲洗时的相关阀门。整个滤池设公共柜一个，安装于反冲洗控制室，处理各分控柜的反冲洗申请，以及反冲洗设备的控制。各分控柜和公共柜通过工业控制网连接起来，实现数据的传输。如果全厂不设中控室，可在滤池附近室内(BAF中控室)设上位机监控站一台，动态显示滤池工艺工作状况、设备运行状况、反冲洗参数设置等；如果全厂设有中控室，这里的监控站可取消，自控系统结构见图8-6。
系统由下列三部分组成：分控柜，公共控制柜，上位机监控站。
(1)分控柜亦称就地控制柜，安装于每格滤池旁。其主要功能为：
①对单格撼池进行污水过滤、曝气控制及气水反冲洗控制；
②显示各阔门的开关状况；
③动态显示水位、水头损失、溶氧率；
④显示相关设备的工作状态；
⑤对单格滤池的阀门实行自动控制，亦可以对单个阀门进行手功操作；
⑥指示滤池的工作状态；
⑦对有关故降进行声光报警，声音报警可以用开关控制。
(2)公共控制柜简称公共柜，安装于反冲洗控制室。共主要功能为：
①负责协调各格滤池反冲洗控制，以及设备内部间的网络通讯；
②显示反冲洗设备各阀门的开关状况。
③显示反冲洗设备的工作状况;
④对反冲洗设备(反冲水泵、鼓风机等)及其出口阀门进行自动控制，亦能对单体进行手动操作。
⑤对有关故障进行声光报警，声音报警可以用开关控制。
(3)上位机监控站(可选)安装于BAF中控室。其主要功能为：
①动态监视各滤池的运行情况、相关设备及阀门的工作状态；
②对反冲洗周期、滤池水位、水头损失、反冲洗时间等参数进行设置;
③显示有关参数的历史曲线及棒状图；
④具有水位报警、通讯报警等功能，并具有为用户提供进一步处理报警的能力；
⑤报表管理，统计生成滤他运行情况的各种生产报表，报警报表等。
⑥打印功能：配置喷墨打印机一台，打印各种报表及图形。
三、控制方式和主要测控点
根据BAF工艺的要求，工艺设备的控制一般设有三种方式：①现场操作箱手动控制；②PLC自动控制；③中控室电脑键盘远程控制(软手动)。这三种控制方式互相补充。正常运行时是以PLC的自动控制为主，在必要的时候以硬手动或软手动控制作为补充，有时可根据个别需要在PLC站通过现场总线设HMI(人机界面)和连接远I/O，以便于现场人机对话。
主要测控点如下。
(1)数字I/O曝气机工作状态。进出水阀。曝气阀，排气阀的开闭状态。反冲洗水泵、反冲洗鼓风机启停状态；反冲洗水泵、气阀开闭状态。
(2)模拟I/O进水流量、进水阀阀位；滤床水头损失、水位；溶氧率、曝气量。
四、配置及说明
1. PLC控制柜
PLC系统和继电器等控制设备安装在控制柜内，柜体和柜内相关电气配套件满足如下要求。
①柜体的防护等级不低于IP55，柜内设有照明。
②CPU模块；工业级芯片，24V DC，100MHz，64K工作内存，数据带电池后备，I/O总数可根据需要选择。
③Al模块；类型：输入4-20mA电流；分辨率:14位。能承受至少1min 500V AC的冲击；转换时间：2.5ms(每通道)；工作误差极限：最大1%；背板总线光隔离；对每路输入均有状态指示。
④AO模块；类型:4-20mA电流；模块输出点数为4点。分辨率:12位，能承受至少1min 1500V AC的冲击；每路输出均有熔断器保护。对每路输出均有状态指示，全部通道刷新时间：不大于2ms；工作误差极限：最大1%。
⑤DI模块；采用24V直流型开关量输入模块。输入信号采用光藕合隔离；能承受至少1min 1500V AC的冲击。每路输入带熔断器保护；对每路输入均有状态指示。
⑥DO模块；采用24V直流型开关量输出模块。能承受至少1min 1500V AC的冲击；每路输出带电子短路保护；对每路输出有状态指示、故障检测。
2.BAF中控室(可选)
(1)不间断电源至少3kVA，30min，220V AC，50Hz，在线式。
(2)便携式计算机CPU：P4 2.OG；RAM: 256M。硬盘:40G。光驱:8xDVD；屏幕尺寸:15'通讯卡。
(3)监控站CPU:P4 2.4G或以上。RAM: 256MB，硬盘:40GB。光驱:I台CD-ROM；通讯卡。
(4)软件
A.系统软件:采用Window 2000或Window NT平台。
B.编程软件:至少有STL、FBD、LAD一种，运行环境为Window 98/2000/NT。
C.监控软件:
①以中文为基础的控制系统；
②提供中文显示的全部工艺流程图；
③具有先进和完备的工程图支持库和完善的图形编辑功能；
④具有事件驱动和多窗口显示功能具有ISA及工程常用图形库；
⑤在每幅画面中均以中文方式在线报警；操作员可以快速地调用和本报警有关的画面，以得到故障原因的详细资料，并将报替信息存档、记录；
⑥自动生成报表并打印；
⑦可显示图形/棒图、趋势和帮助，可进行实时和历史数据分析；
⑧设置三级安全保密功能，即操作员级、主任级、工程师级，以防止操作人员未经一定级别的许可就进行诸如控制系统的输出，改变系统的控制参数或变动数据库的结构等操作；
⑨能与其他类型数据库如EXCEL，DATEBASE等进行数据交换，具有高级语言开发与嵌套接口；
①〇支持工业以太网TCP/IP、PROFIBUS、FOUNDATION、FIELD BUS等开放性协议。
3.常用仪表
现场仪表直接影响整个BAF自控系统的性能，虽然各种仪表检测的参数、原理不同，但为了能将信号方便地接入PLC，应满足以下技术参数：4--20mA的输出信号、能适应-20-60℃的工作环境、具有至少IP30的防护等级、在±2.5%范围内的测量精度等，有的变送器还应带有数字液晶显示屏，可方便地调试、重新设定、自诊断、累计等。
(1)超声波液位仪超声波液位仅由超声波探头、传感器上的校正装置、全天候的防护罩、安装支架、探头法兰、外部温度传感校正器等部分组成，可方便地用法兰或螺纹安装，用来测量滤池水位。特点是对污物和结垢不敬感，可防止探头表面结冰，可自动校正超声波的运行时间和全天候防水。可应用于完成非接触、连续地测量物位和流量，以及明渠、堰、罐器及储罐的物位测量，被测介质可以是腐蚀性液体、碱、酸或粉状、块状固体物料。
(2)压差测量传感器；压差测量传感器用于测量曝气生物滤池的滤料上下之间的压差，该值用来控制反冲洗的起始。安装方式是用两条管道分别连接滤料上下的污水，将传感器安装在两条管道的连接处，这祥就能测量出压差。
(3)流量计；BAF处理污水时采用的流量计有涡街气体流量计和超声波液体流量计。
涡街流量计用于测量生物滤池的曝气量，在安装过程中要防止管道口径过大，流速过低，造成雷诺数过低，形成不了湍流，从而引起测量的较大误差。一般而言，需保证雷诺数Re>20000。由于气体测量受温度和压力影响较大，所以要使用温度-压力补偿。
超声波流量计由于采用非接触式的连续测量，不会在污水中结垢，安装维修方便，因此被广泛采用。在选用超声波流量计时，应考虑流量范围与超声波探头的合理搭配，并配合管径，安装管表面应尽量平滑。
(4)溶解氧检测仪；将溶解氧检测仪(DO仪)悬吊式浸入污水中即可检侧污水中的溶解氧含量，通过检测溶解氧来控制曝气量，以保证出水水质稳定。在选用该仪表时应考虑到其自动清洗功能，据定期清洗传感器电极。
4.常用设备
(1)变频器；在BAF工艺中必须用到变频器的地方是曝气风机。通过检测生物滤池中溶解氧含量，并与设定值进行比较。从而改变电机转速而达到改变曝气量的目的，使出厂水的溶解氧含量在设定的范围内。变频器控制信号来自PLC控制器，变频器容量应与电机额定功率匹配。
(2)自动阀门；在BAF工艺里安装的自动阀门很多，它们都是自控系统的执行机构，按照驱动形式可以分为气动阀门和电动阀门两种：气动阀门通过控制气缸的气流方向，由压缩空气来驱动阀门的开或关；电动阀门直接由电机驱动。
气动阀门可靠性更高，整套设备造价较低，但是其驱动气源要由空压机提供，气体管路安装需要专业指导，否则在安装或气洗管路的时候，容易造成管路泄露或堵塞；电动阀门由于不需要安装气体管路，控制简单，使现场的安装很方便，但整套设备造价较高，而且阀门安装在滤池管廊中的湿度较大。自动阀门动作频繁，容易损坏，可靠性没有气动形式的高。
综合性价比，在BAF工艺中推荐选用气动阀门，它更适应BAF污水厂的自控系统。
5.选型推荐
在设备选型上虽然仁者见仁、智者见智，但由于BAF工艺属经验型工艺，选择有多年开发经验的成套设备厂家会使工程建设少走弯路。
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