论文部分内容阅读
摘要：随着城镇化建设的推进，城市规模不断发展壮大，日常生活所产生的垃圾和废水也在困扰着我们的生活。为了能够拥有碧水蓝天般的生存环境，随着人们环保意识的提高，我们在城镇周边不断投建各种功能的污水处理厂，因此兴建运营的同时也要不断去探索科学经济的运营模式，目前使用PLC加现场检测仪表组成的自动控制系统，对我们的生产运营模式带来了巨大改变。
关键词：污水处理；自动控制；PLC；检测仪表；控制系统
目前国内的污水处理厂数量非常庞大，早期建设的生活污水处理厂一般采用沉淀过滤等方式处理，而近几年建设的较为复杂的工业废水处理厂，大多采用一级或二级A/O处理后，再采用膜处理工艺进行深度过滤处理，达到排放标准后外排至河渠或市政管网。工艺生产考虑的因素有达产达标、节能环保、安全排放等，而建立一套体系完善的自动控制系统通过数据检测实现人机结合。
1、仪表选型与安装
日常生活中碰到的污水类型有生活污水、垃圾渗滤液、化工污水，现以较为负责的垃圾渗滤液为例，分析自控系统中合理的仪表选型与安装的重要性，渗滤液处理通常采用如下工艺流程：
在这种两级A/O的工艺中对反硝化环节出水的氨氮、COD有严格的指标，二沉池出水经过过滤沉淀后要进入超滤膜系统，这个环节出水的温度、PH都要严格控才能保证超滤的正常运行。整个生产流程环环相扣，如何保证实现生产的连续性，准确无误的记录生产操作中的各种数据，这就需要采用自动控制系统来检测数据，实现PID调节或者报警提示操作人员对现场设备或者流量做出调整。
目前已经有很多成套厂家有各种各样的自控方案或者接近成熟的系统，但是对于生产运营的建设方或者运营方，往往在整套系统安全实用的基础上还要考虑成本的控制，参照已参与过的诸多污水处理工程，选择实用可靠的检测仪表是整个自控系统优化的重点。
以上图所示工程为例，调节池收集废水原液，需要测量液位，但大部分调节池密封后随着外界温差的变化，内部会产生泡沫、水雾以及沼气等危险气体，这种情况下不建议使用超声波液位计，即使选用也建议选用具有防爆功能的雷达或者高频超声波液位计，但鉴于其昂贵的价格，且调节池水质偏酸性，不易结垢，通常情况下建议选用投入式液位计或浮子液位计。部分设计还会在反硝化池、各种清洗罐选用超声波液位计，根据诸多现场情况，各种清洗罐安装价格实惠的浮球液位开关更为合适，开关量比模拟量更加可靠，编程控制更加稳定。水解池需要测量PH，两级反硝化需要测量DO、PH和温度，超滤系统进水、清洗都需要测量PH和温度，此类设备一个变送器往往可以配置几个传感器，最多的可以多达10个，而且大多数DO或者PH传感器附带测量温度的功能，如果现场距离不受限制，考虑一台DO变送器及一台PH变送器即可达到生产要求。但是大部分厂家提供的仪表支架往往不能满足工艺要求，仪表配套的支架在2米左右，而水池净高在6-7米以上，最佳测量点应设置在水池中间部位，选择现场安装自制支架不但节约成本而且更有利于后期生产。在整个工艺流程中还有多个流量计，用来控制进水、循环或者产水的流量，对于污水处理系统至关重要，在污水管网上考虑到污水的腐蚀性，可选择使用四氟化氯的衬里，316L的电极，其他管网上可选择普通流量计。系统出水明渠排口仪表应根据项目的环评批复，选择符合要求的COD、NH3-H、流量计、数采仪等，整个系统的仪表选购以后，在投入使用前应该按照说明进行严格的标定调试，如零点标定、量程设置、输出信号校准等，信号进入PLC系统后还应核对测量显示值与人机界面是否一致，只有准确无误的测量显示才能保证生产运行的正常。
2、建立PLC系统
仪表设备准确无误的测量是建立一个完善自控系统的基础，AI或者AO信号均要参与系统控制，所有设备、仪表的信号采集进入PLC模块，PLC系统根据程序编辑的参数输出相应操作指令。现以西门子PLC为例，PLC系统通讯示意图如下：
在PLC模块的设计配置过程中因系统点位不多，可以选择低端型号的模块，将两线制信号可以统一在一个模拟量模块上。模拟量信号进去PLC模块应注意接线，必须严格按照模块的示意图规范端接，两线制信号线接入模块后，模块的的电源负端应与公共端短接，以保证信号线回路等压强，避免测量误差。系统供电可根据现场仪表数量与PLC硬件类型进行选择，此系统可配备一套8KVA不间断UPS电源，无需分厂地类型另行配备。
3、编程与优化处理
污水处理自控系统的硬件搭建完成以后，对生化段和膜处理段的程序进行编写和优化。生化段调节池主要控制其出水流量，进入系统的污水不仅要根据工艺调整还需要做每天进水量的记录，如果提升泵远程启动，则只能控制阀门开度来实现对流量的控制，流量的累计则可以通过Step7中的实属除和实属加两种函数来实现。累计流量的显示与记录方便操作人员对当天生产情况的判断，也便于達产达标结算等。污水进入A/O阶段后，需要检测曝气池的溶氧和温度，微生物反应及曝气风机都会使曝气池的溶氧和水温变化，可以通过Step7**编写PID调节程序，在工艺指定的溶氧范围内，通过改变风机频率实现对曝气池溶氧的控制。
生化阶段完成后进入膜处理阶段，不同的排放标准膜处理的设计差异很大，在常用的UF+NF流程中自控系统往往比生化段复杂，因膜处理系统基本是以全自动运行为主，对自控程序的稳定性、可靠性要求更高。通过Step7编辑顺序控制程序，运行启动程序后关闭清洗回路阀门，打开超滤进水泵后做延时，采用RS置位复位功能，延时接通后开启循环泵，循环流量达到设定值开起产水阀门及浓液回流阀门，整个过程对循环流量、循环压力、膜管差压、产水流量等参数进行控制，设置报警和停机参数，保持膜管通量不下降，可以有效保护膜管，延长使用周期。超滤清液池液位与纳滤进水泵联锁，超滤进水泵与曝气池液位联锁，超滤清洗罐液位与清洗泵联锁，过滤完成后进行冲洗用高低液位控制完成，即达到高液位后允许启动，低于低液位后停止冲洗。化学清洗是清洗剂在膜管与清洗罐之间的内循环，会产生少量清夜，但不影响清洗过程。设置循环与浸泡两个过程，采用Step7计时功能，设计总的清洗时间，在总时间内反复执行循环和浸泡两个命令，达到设定时间后再按顺序停止设备。完成程序编辑模拟运行后再进行下载，整个自控系统还需要经过单机调试及联动负荷调试进行完善，保证系统的畅通运行。
4、应用前景
随着工业自动化的不断发展，自控系统在中生产作业的应用正改变着我们的生产模式，这套自控系统成本低廉、操作简单、实用可靠、结构合理，既能用于老旧工艺的改造，也能在新建项目中发挥其不可或缺的功能。一直是自控人员应该不断追求的目标，对污水处理厂自控系统的优化希望能得到广泛应用。
参考文献
[1] 柴晓利，赵爱华，赵由才. 固体废物焚烧技术. 北京：化学工业出版社，2006
[2] 赵由才，宋立杰. 垃圾焚烧厂焚烧底灰的处理研究. 环境污染与防治，2003，25（2）；95～97
[3] 吴桢芬，胡建吭，王 华.城市生活垃圾焚烧飞灰熔融处理的进展. 云南环境科学，2004，23，（增刊1）； 29～32
[4] 张力群. 垃圾焚烧炉残渣处理技术探讨. 山西化工，2004，24，（3）；67～69
[5] 李建新，张美琴，严建华，池 涌.垃圾焚烧残余物资源化利用途径分析.热力发电，2005，（12）；55～58
[6] 沈金键，陈 勇，张衍国，李清海，武 俊，陈昌和. 两种垃圾焚烧炉灰渣的重金属成分与放射性检测. 安全与环境学报，2005，5，（3）；2932
[7] 阎常峰，林伯川，陈恩鉴，陈勇.垃圾焚烧灰渣的熔融物理化学特性分析.工程热物理学报，2002，23，（6）；773775
关键词：污水处理；自动控制；PLC；检测仪表；控制系统
目前国内的污水处理厂数量非常庞大，早期建设的生活污水处理厂一般采用沉淀过滤等方式处理，而近几年建设的较为复杂的工业废水处理厂，大多采用一级或二级A/O处理后，再采用膜处理工艺进行深度过滤处理，达到排放标准后外排至河渠或市政管网。工艺生产考虑的因素有达产达标、节能环保、安全排放等，而建立一套体系完善的自动控制系统通过数据检测实现人机结合。
1、仪表选型与安装
日常生活中碰到的污水类型有生活污水、垃圾渗滤液、化工污水，现以较为负责的垃圾渗滤液为例，分析自控系统中合理的仪表选型与安装的重要性，渗滤液处理通常采用如下工艺流程：
在这种两级A/O的工艺中对反硝化环节出水的氨氮、COD有严格的指标，二沉池出水经过过滤沉淀后要进入超滤膜系统，这个环节出水的温度、PH都要严格控才能保证超滤的正常运行。整个生产流程环环相扣，如何保证实现生产的连续性，准确无误的记录生产操作中的各种数据，这就需要采用自动控制系统来检测数据，实现PID调节或者报警提示操作人员对现场设备或者流量做出调整。
目前已经有很多成套厂家有各种各样的自控方案或者接近成熟的系统，但是对于生产运营的建设方或者运营方，往往在整套系统安全实用的基础上还要考虑成本的控制，参照已参与过的诸多污水处理工程，选择实用可靠的检测仪表是整个自控系统优化的重点。
以上图所示工程为例，调节池收集废水原液，需要测量液位，但大部分调节池密封后随着外界温差的变化，内部会产生泡沫、水雾以及沼气等危险气体，这种情况下不建议使用超声波液位计，即使选用也建议选用具有防爆功能的雷达或者高频超声波液位计，但鉴于其昂贵的价格，且调节池水质偏酸性，不易结垢，通常情况下建议选用投入式液位计或浮子液位计。部分设计还会在反硝化池、各种清洗罐选用超声波液位计，根据诸多现场情况，各种清洗罐安装价格实惠的浮球液位开关更为合适，开关量比模拟量更加可靠，编程控制更加稳定。水解池需要测量PH，两级反硝化需要测量DO、PH和温度，超滤系统进水、清洗都需要测量PH和温度，此类设备一个变送器往往可以配置几个传感器，最多的可以多达10个，而且大多数DO或者PH传感器附带测量温度的功能，如果现场距离不受限制，考虑一台DO变送器及一台PH变送器即可达到生产要求。但是大部分厂家提供的仪表支架往往不能满足工艺要求，仪表配套的支架在2米左右，而水池净高在6-7米以上，最佳测量点应设置在水池中间部位，选择现场安装自制支架不但节约成本而且更有利于后期生产。在整个工艺流程中还有多个流量计，用来控制进水、循环或者产水的流量，对于污水处理系统至关重要，在污水管网上考虑到污水的腐蚀性，可选择使用四氟化氯的衬里，316L的电极，其他管网上可选择普通流量计。系统出水明渠排口仪表应根据项目的环评批复，选择符合要求的COD、NH3-H、流量计、数采仪等，整个系统的仪表选购以后，在投入使用前应该按照说明进行严格的标定调试，如零点标定、量程设置、输出信号校准等，信号进入PLC系统后还应核对测量显示值与人机界面是否一致，只有准确无误的测量显示才能保证生产运行的正常。
2、建立PLC系统
仪表设备准确无误的测量是建立一个完善自控系统的基础，AI或者AO信号均要参与系统控制，所有设备、仪表的信号采集进入PLC模块，PLC系统根据程序编辑的参数输出相应操作指令。现以西门子PLC为例，PLC系统通讯示意图如下：
在PLC模块的设计配置过程中因系统点位不多，可以选择低端型号的模块，将两线制信号可以统一在一个模拟量模块上。模拟量信号进去PLC模块应注意接线，必须严格按照模块的示意图规范端接，两线制信号线接入模块后，模块的的电源负端应与公共端短接，以保证信号线回路等压强，避免测量误差。系统供电可根据现场仪表数量与PLC硬件类型进行选择，此系统可配备一套8KVA不间断UPS电源，无需分厂地类型另行配备。
3、编程与优化处理
污水处理自控系统的硬件搭建完成以后，对生化段和膜处理段的程序进行编写和优化。生化段调节池主要控制其出水流量，进入系统的污水不仅要根据工艺调整还需要做每天进水量的记录，如果提升泵远程启动，则只能控制阀门开度来实现对流量的控制，流量的累计则可以通过Step7中的实属除和实属加两种函数来实现。累计流量的显示与记录方便操作人员对当天生产情况的判断，也便于達产达标结算等。污水进入A/O阶段后，需要检测曝气池的溶氧和温度，微生物反应及曝气风机都会使曝气池的溶氧和水温变化，可以通过Step7**编写PID调节程序，在工艺指定的溶氧范围内，通过改变风机频率实现对曝气池溶氧的控制。
生化阶段完成后进入膜处理阶段，不同的排放标准膜处理的设计差异很大，在常用的UF+NF流程中自控系统往往比生化段复杂，因膜处理系统基本是以全自动运行为主，对自控程序的稳定性、可靠性要求更高。通过Step7编辑顺序控制程序，运行启动程序后关闭清洗回路阀门，打开超滤进水泵后做延时，采用RS置位复位功能，延时接通后开启循环泵，循环流量达到设定值开起产水阀门及浓液回流阀门，整个过程对循环流量、循环压力、膜管差压、产水流量等参数进行控制，设置报警和停机参数，保持膜管通量不下降，可以有效保护膜管，延长使用周期。超滤清液池液位与纳滤进水泵联锁，超滤进水泵与曝气池液位联锁，超滤清洗罐液位与清洗泵联锁，过滤完成后进行冲洗用高低液位控制完成，即达到高液位后允许启动，低于低液位后停止冲洗。化学清洗是清洗剂在膜管与清洗罐之间的内循环，会产生少量清夜，但不影响清洗过程。设置循环与浸泡两个过程，采用Step7计时功能，设计总的清洗时间，在总时间内反复执行循环和浸泡两个命令，达到设定时间后再按顺序停止设备。完成程序编辑模拟运行后再进行下载，整个自控系统还需要经过单机调试及联动负荷调试进行完善，保证系统的畅通运行。
4、应用前景
随着工业自动化的不断发展，自控系统在中生产作业的应用正改变着我们的生产模式，这套自控系统成本低廉、操作简单、实用可靠、结构合理，既能用于老旧工艺的改造，也能在新建项目中发挥其不可或缺的功能。一直是自控人员应该不断追求的目标，对污水处理厂自控系统的优化希望能得到广泛应用。
参考文献
[1] 柴晓利，赵爱华，赵由才. 固体废物焚烧技术. 北京：化学工业出版社，2006
[2] 赵由才，宋立杰. 垃圾焚烧厂焚烧底灰的处理研究. 环境污染与防治，2003，25（2）；95～97
[3] 吴桢芬，胡建吭，王 华.城市生活垃圾焚烧飞灰熔融处理的进展. 云南环境科学，2004，23，（增刊1）； 29～32
[4] 张力群. 垃圾焚烧炉残渣处理技术探讨. 山西化工，2004，24，（3）；67～69
[5] 李建新，张美琴，严建华，池 涌.垃圾焚烧残余物资源化利用途径分析.热力发电，2005，（12）；55～58
[6] 沈金键，陈 勇，张衍国，李清海，武 俊，陈昌和. 两种垃圾焚烧炉灰渣的重金属成分与放射性检测. 安全与环境学报，2005，5，（3）；2932
[7] 阎常峰，林伯川，陈恩鉴，陈勇.垃圾焚烧灰渣的熔融物理化学特性分析.工程热物理学报，2002，23，（6）；773775