曝气生物滤池的运行控制特点
全厂自控系统的总体设计应该遵循安全可靠、技术先进、经济合理的原则。力争在目前的技术水平和边界条件下使整个系统达到最优。
以分布式控制方式为例，结合工艺，阐述采用BAF工艺的全厂自控系统的设计。
一、预处理及辅助处理工艺的控制原理
在BAF工艺前后，有许多预处理及辅助工艺的自控，并且对全厂的自控系统设计也是很重要的。
(1)进水井；进水井是污水厂的第一个构筑物，一般在进水井内设置几条进水渠道和一条超越渠道，分别以自动闸板或阔门控制。井内设液位监测设备，及时将进水井的液位情况反映到相应的PLC中，PLC可根据井内的液位情况控制进水闸板的开启，以保证工作格栅有适合的工作液位。并在必要时控制超越渠道上的自动闸板或阀门开启，保证水厂的安全。
(2)格栅；格栅井内需要对格栅的启停进行自动控制，否则会发生格栅堵塞。形响进水水量，甚至发生溢流情况。一般是通过格栅前后的液位差来反应格栅的堵塞情况，在格栅井中设液位差仪，一旦液位差仪显示数据的差值达到了预先设定的数值，则格栅开启，格栅在运行一段时间后停止。需要提到的是，格栅运行停止时，还应保持栅前栅后有一定的水位差，这样可以提高格栅对水中杂质的拦截率。格栅一般会有配套的栅渣输送设备和栅渣压榨设备，这些设备都应随着格栅的启动而启动，栅渣排入螺旋输送机，然后进入螺旋压实机。螺旋输送机和压实机随任一粗格栅运行，当最后一台粗格栅停止后，螺旋输送机和压实机继续运行，螺旋输送机在可调时间内将栅清排空进入压实机，压实机在螺旋输送机停止后，在可调时间内继续运行。
(3)污水提升系统；污水提升泵的启停个数一般由设在池内的液位计提供的液位数据判定，但是一般情况下，污水厂的提升泵数量都比较多，因此就会有当几台水泵都处于停止状态时，应该开启哪一台水泵的问题出现。这时，一般应由PLC报据设定好的选择依据来选择，总的原则是根据水泵的累计工作时间，使每一台水泵的工作条件大致相同。在水泵的出水管上应设置流量计来监测污水厂实际处理的污水流量，记录每天的累计流量，同时还应设压力测量仪，检测出水压力。污水提升池中可设pH值、温度和COD等参数的检测仪表。以了解污水厂进水的情况。
(4)沉淀或水解工艺部分；对于采用吸泥泵的沉淀池，利用走桥上的吸泥泵将沉泥从沉淀池排走，走桥和吸泥泵按照时间控制运行，走桥从排水端启动，吸泥泵同时启动，到进水端走桥和泵停止。在可调节的时间内，走桥返回到排水端，泵不运行。该操作在可调节周期内重复。
曝气沉砂池中应用鼓风机设备，鼓风机的启动/停止由PLC设定，根据时间优先的原则循环顺序启动风机。每台风机的启动次数和总的运行时间(h)要进行累积并排出维修计划，每台风机的运转时间大致相等。每台风机均有空气旁路阀门，并在风机启动时开启，当风机达到运行速度后由电力操作器关闭。
反应沉淀池刮泥机由工作站远程控制，按照周期运行。PLC接受工作站的控制信号，控制刮泥机的运行。监控系统监视每台刮泥机的运行情况，当刮泥机发生故障时监控系统进行报警。
水解工艺部分控制较为简单，反应池内设备也很少，可根据具体工艺安排设定控制方法。
(5)投药；滤池中经常会有投药的设备需要控制，投药设备一般选用计量泵或是通过流量计计量投加，投药的药量是PLC通过预先设定的比例和前面流量计检测的进水流量计算出来的，可通过投药管道上的自动阀门或是对投药泵的变频控制来调整投药量，以适合相应的处理水量。
(6)出水消毒池；向消毒池中投加液氯或其他消毒氧化剂的设备首先要安全，尤其是掖氯，因为液氯具有挥发性，所以应在加氯设备间内设监测设备，检测空气中的氯气含量，一旦发现液氯泄漏，马上报警，保证厂内的人员安全。水中过多的氯是对人体有害的，因此出水池中应设置余氯检测装置，以控制液氯或二氧化氯的投加量，余氯检测仪的设置位置需要仔细考虑，要求所检测水中的氯含量具有代表性。而且在时间上不能过于滞后，以免影响到对加氯设备的控制。除此之外，出水池中还应有pH值、温度、浊度和COD等项目的在线监测仪表，监测污水厂处理出水的水质情况，以便管理人员可以及时调整全厂的运行情况。
二、组成和结构
全厂自控系统一般包括中央控制室、现场PLC站、执行器和现场仪表，为保持工艺的连续性和各工艺的相对独立性，可以将各工艺归属到方便的PLC站控制，每个PLC站均就近安排在控制现场附近。
控制系统结构见图8-7。
全厂网络大致可分为3层，即企业管理层，过程监控层和现场层。
现场层由现场I/O和部分现场总线设备构成，部分现场总线设备把传统的集散系统控制站(如水处理企业的PLC子站)的功能分散到了现场总线设备。
过程监控层由局城网段以及连接在局城网段的担任监控任务的工作站或控制器组成，监控站可以完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监控、报警、维护及人机交互等功能。
企业管理层由各种服务器和客户机等组成，用于集成企业的各种信息，实现与Internet的连接，完成管理、决策和商务应用的各种功能，实现数据资源的共享。
全厂工艺设备的控制同BAF工艺设备的控制一样设有三种方式：①现场操作箱硬手动控制；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。
目前污水处理厂的自控结构是将整个污水厂分成若干个紧凑的部分，作为全厂的控制分站，由分别独立的PLC进行控制，再将这些PLC站通过工业以太网连接到中控室，在中控室内设上微机电脑，显示整个污水厂的处理工艺流程，和厂内所有设备仪表的工作状态，作为全厂数据汇总和整体调度控制的中心。
三、自控系统主要部分功能
1.中控室
中央控制室通过通讯电缆连接各个现场PLC站，实现监控管理功能：工艺流程、运行状态、工艺参数、报警信号、建立信息库、控制现场设备、生成报表、通过键盘、鼠标对设备进行远程控制等。为体现集中管理、分散控制的特点，一般在中央控制室内要设置监控、管理计算机两套作为上位机，至少配置两台打印机打印各种报表和报警信息。配置大型投影仪或模拟显示屏显示全厂实时工况(二者可选其一)，为便于及时修改应用程序，还可配置一台手提电脑。
上位机分为操作员管理站和工程师管理站，均由一台工业控制计算机组成。操作员管理站也是监控计算机，它始终在线，提供中文显示的全部工艺流程图，以中文方式在线报警，并将报警信息存档、记录，自动生成报表并打印，可显示图形/棒图、趋势和帮助，可进行实时和历史效据分析，驱动模拟屏，发出远程控制指令等。工程师管理站也管理计算机，它与操作员计算机互为热备，除具有操作员计算机的全部功能外，还具有可供具备一定管理权限的人员进行注册、应用程序开发、工艺参数设定更改、数据库组态报表格式的定义、编辑、归档和读取文件、访问等级和密码的设定、系统管理等功能。投影仪由工程师计算饥驱动，实时显示全厂工艺状态、工艺参数。模拟屏由操作员计算机驱动，实时显示全厂工艺状态、工艺参数，并发出声光报价。图8-8所示的是上位机人机界面。
上位机应配备以中文为基础的控制系统，提供中文显示的全部工艺流程图，具有先进和完备的工程图支持库和完善的图形编辑功能。在每幅画面中均应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，并将报警信息存档、记录、自动生成报表并打印。可显示图形/棒图、趋势和帮助，可进行实时和历史数据分析；还应有保密装置，以防止操作人员未经一定级别的许可就进行诸如改变系统的控制参数等，能与其他类型数据库如EXCEL、DATEBASE等进行数据交换，支持工业以太网TCP/IP、
PROFIBUS、FOUNDATION、FIELD BUS等开放性协议。
污水厂工业以太网将中央控制室内的上位机(工业控制计算机)和各PLC站、仪表等连接起来，实现全双工的通讯，传输介质可选用光纤、屏蔽电缆、双绞线等。如果有必要，可以在上位机上安装网卡和接口将整个自控系统和全厂办公自动化连接起来，实现数据的共享。目前，国内外流行的现场总线有十多种，随着网络技术和工业控制技术的融合，工业以太网现场总线正被越来越多的厂商所接受。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，方便地组成网络，通信协议采用TCP/IP。
2. PLC控制站
作为污水处理的控制核心，选用的PLC控制器应在污水厂和其他工业系统中广泛使用。系统应能在恶劣环境下长期可靠无故障运行，具有良好的扩展性、兼容性。
四、自控系统主要设备、仪表选型
以下设备为基本配备，其性能参数要求为中档水平，具体项目设计时可根据实际情况配置。
1.中控室
(1)不间断电源至少3kVA，30min，220V AC，50Hz，在线式。
(2)便携式计算级 CPU：P4 2.0G；RAM：256MB；硬盘:40GB；光驱:8xDVD；屏幕尺寸:15'；通讯卡:2个带RJ45接头的通讯卡，内置网卡和Modem卡。
(3)工程师/管理站CPU:P4 2.4G或以上；RAM:256MB；硬盘:40GB；光驶:1台CD-ROM+1台CD-RW；通讯卡:2个带RJ45口的通讯卡；监视器:21'SVGA。
(4)操作员/实时监控站CPU:P4 2.4G或以上。RAM:256MB；硬盘:40GB；光驱：1台CD-ROM；通讯卡:2个带RJ45口的通讯卡；监视器:21'SVGA。
(5)软件；同BAF自控系统设计中的软件。
2. PLC控制柜
同BAF自控系统设计的PLC控制柜。
3.常用仪表
在BAF自控系统设计中已介绍了部分现场仪表，这里只补充介绍在预处理及辅助工艺里使用的仪表。
(1)液位差仪；液位差仪一般采用超声波类型，其结构与超声波液位仪大致相同，只不过有两个超声波探头分别测量不同的液面，不同的液面高度互相比较产生一个差值，利用这个差值产生控制信号。
(2)压力测量传感器；压力测量传感器在BAF工艺里均是指测量污水的压力，使用的地方主要有污水提升泵房污水出水管(监测压力)，安装方式是在管道上开孔通过连接管道将污水压力传递至传感器。
(3)pH值测量仪；作为监测污水水质处理效果的一个参数，pH值测量仪通常在进水和出水处各安装一个，安装方式是将pH传感器浸入污水中，由于污水的污垢较多，在变送器中应设置自动清洁报警装置、自动压力补偿、温度补偿等，并方便砚场检修。
(4)温度测量仪；和pH值一样，温度也是作为监测污水水质的一个参数，通常在进水处安装一个温度测量仪，安装方式是将翻度传感器浸入污水中，同样在变送器中也应设置自动清洁报警装置。温度传感器有两大类：热电阻(电阻变化)和热电偶(输出电压变化)，热电偶的测量范围更大，而污水的温度范围只会在几十度内变化，所以在污水处理工艺中均选用热电阻温度计(一般选白金电阻温度计)。
(5)COD在线分析仪；COD仪表是连续的在线检测仪表，它使用一个对连续UV吸收测量的方式，COD仪表包括一个传感器和一个变送器，传感器直接浸入在污水中，传感器和变送器用电缆相互连接。COD变送器有可自动调整范围的数字显示，能自动进行小数点定位，消除范围没定和阅读误差，相应地以微处理器为基础的控制单元能连续地指示采样的COD值，并有报警触点，用于仪表警告和系统关断报警。
(6)电磁流量计；电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律来测量流体流量：流体就是运动中的导体。在应用中可测量含固量达30%的污泥流量。电磁流量计较超声波流量计贵，除非在特殊情况下，如污泥流量的测量，这时用超声波流量计会产生很大的误差(测量对象有很多泥桨)，只能用电磁流量计，其余液体流量计的计量应选用超声波流量计。
(7)泥位检测仪；在污泥均质池里安装泥位检测仪检测泥水界面。
泥位检测仪的测量系统由浊度计、浊度传感器、步进电机控制器、跟踪单元(电动机)、卷扬鼓、信号转换电子电路等组成，测量系统是为检测沉淀过程的分层和泥位特别设计开发的。
测量原理如下。双束脉冲光技术，光源用两组单色发光二极管(工作寿命长达2万小时)，为了抑制任何的环境光，这些发光二极管产生频率为几千赫兹的脉冲，两个光电探测器的信号分别转换为对数函数并确定与另外一个的相对值。浊度用散射光测量；分层用依据双束脉冲光方法的浊度变送器进行检测，传感器产生一个反映浊度和周体密度的输出频率信号，频率信号适合通过不锈钢挡圈无故障地传送，来自传感器的信号与一个预先选择的与已知泥浆浓度对应的参考值进行比较，如果两个信号不同，传感器向上或向下移动，直至和参考值一致，达到分离层。为了节省时间，在搜索时传感器的移动速度是可调的，被测值与参考值之差愈大，探头接近分离层愈快。所用的卷扬机是塑料制成的，并由维修量少的步进电机继动。电子电路报据步进电机行程的步数计算出沉淀物的料位，并给出这个值作为模拟信号，电源故障或维修工作都会丢失步数，在传感器移动到预定参考点的正常间隔时间，高度测量函数自动调零。同步翰入的应用使得探头能快速上升，这就需要在刮泥器通过时、清洗传感器时、安全切断时模拟信号固定在最近的测量值，在同步接点打开时，传感器返回初始位置，并重新抽出电流数据。
(8)余氯检侧仪；如果出厂水需要回用，必须使用适当的氧化剂进行消毒，若使用氯化物或氯气，就必须监测水中余滤或二氧化氯含量，其工作原理为：传感器有阴、阳两个电极，两个电极之间加上固定的极化电压，在水中流向阴极的氯分子减少，变成氯离子，在阳极上氧化成氯化银，根据产生的最大扩散电流测得余氯浓度。安装时，应考虑测量点离加氯点有一定的距离，使得氯气得到充分扩散混合。
(9)浊度仪；将浊度仪传感器用沉入式支架浸入污水中。通过电缆连接至变送器即可测量污水的浊度，工作原理：90°散射光原理，测量频率在近红外光范围以内((880nm)，红外光发射至介质上，经散射后被接受器接受转换成电信号。在安装过程中始终注意必须与墙面保持足够的距离(至少1.5m)，浸入介质4cm。传感器应安装在与污水流向平行的地方，位置要避免产生气泡。清洁刷定期清洁传感器表面。
巩义泰和(环保)水处理填料有限公司专业BAF曝气池用组合填料、沉淀池用斜管填料、好氧池挂膜用立体弹性填料、BAF曝气专用曝气器、曝气池用水泥滤板、BAF专用防堵滤头等厌氧池和好氧池用材料。 |
