基本介紹
- 中文名：污水處理廠SBR法工藝自動化管理系統
- 模式：人、計算機、PLC、現場設備
- 特點：自動的控制
- 工藝技術：一種間歇(批式)處理污水
前言,工藝流程,硬體的配置,控制管理系統,過程控制,系統開發,
前言
污水廠管理目前大都停留在經驗決策階段，因此污水處理質量極大程度上受管理人員素質的制約。隨著污水處理水質要求的日趨嚴格，污水處理工藝過程更趨 複雜，控制要求越來越高，管理水平將是污水處理事業進一步發展的障礙之一。近年來從國外引進設備的污水廠基本上都採用計算機管理，一般都取得了較好的效 果。本文就污水處理廠SBR法工藝自動化作些探討。
1.1微機自動化管理系統的設計
目前國際上普遍採用的自動化管理系統一般都採用這一模式：
人←→計算機←→PLC←→現場設備
PLC是這一模式中的關鍵設備，PLC中事先已輸入工藝運行的程式，PLC可以根據工藝參數按運行模式自動監控、運行設備。計算機在這一模式中起三個 作用：①實時顯示運行工況。②實時向PLC傳送調整設備運行狀態的指令。③建立資料庫，儲存記錄運行中各參數、指標等資料。人可以通過計算機隨時改變工藝 運行的模式。PLC根據工藝運行的模式自動調整設備的運行，並對工況運行的資料庫加以整理保存。
1.2微機自動化控制系統的特點
1.2.1 將分散在工藝流程上各控制點的監測數據經處理後作為PLC控制的依據。
1.2.2 將監測的數據作為計算機選擇運行模式的依據，實現PLC對各設備有效的、自動的控制。
1.2.3 計算機實現對全廠運行情況有序的、集中的管理，保證操作人員對整個系統的監控。
1.1微機自動化管理系統的設計
目前國際上普遍採用的自動化管理系統一般都採用這一模式：
人←→計算機←→PLC←→現場設備
PLC是這一模式中的關鍵設備，PLC中事先已輸入工藝運行的程式，PLC可以根據工藝參數按運行模式自動監控、運行設備。計算機在這一模式中起三個 作用：①實時顯示運行工況。②實時向PLC傳送調整設備運行狀態的指令。③建立資料庫，儲存記錄運行中各參數、指標等資料。人可以通過計算機隨時改變工藝 運行的模式。PLC根據工藝運行的模式自動調整設備的運行，並對工況運行的資料庫加以整理保存。
1.2微機自動化控制系統的特點
1.2.1 將分散在工藝流程上各控制點的監測數據經處理後作為PLC控制的依據。
1.2.2 將監測的數據作為計算機選擇運行模式的依據，實現PLC對各設備有效的、自動的控制。
1.2.3 計算機實現對全廠運行情況有序的、集中的管理，保證操作人員對整個系統的監控。
圖片工藝流程
SBR工藝是一種間歇(批式)處理污水的工藝技術，它採用單個反應池通過時間序列來完成進水、反應、沉澱、排水、閒置等功能。
在SBR池進水階段，利用污水進水中所含有機碳源，將上一批反應排水後殘留在池內污 水中的硝酸鹽氮予以還原，經過一段時間後，開始曝氣，在含碳有機物被氧化的同時，先後進行氧化和硝化反應，曝氣結束後進行沉澱，然後將上部澄清液排出，並保留部分處理後污水供下一 周期反硝化反應。
對於SBR污水處理工藝，管理控制可分為兩個層次，它與連續流不同，處理操作需要開、關反應池進水閥門，在預定的進水時間內，根據反應池的充滿程式， 確定啟、停鼓風機、潷水器等一系列操作，這些均需PLC來控制。另外，由於季節變化污水量少、水質濃度的變化，處理效 果需要通過調整周期內時間配置來調節。如出水氨氮過高，則需延長曝氣時間，出水NOX-N過高則需增加反硝化時間等，一般可以在PLC內預先設定幾套周期 配置模式，以便根據實際水量 、水質、水溫等因素，在一段時間內選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，PLC內還具有意外情況下的處理對策，如突然停電一段時間後，應以何 種措施過渡恢復等，這些均是SBR法有別於連續流工藝控制管理的方面。
在SBR池進水階段，利用污水進水中所含有機碳源，將上一批反應排水後殘留在池內污 水中的硝酸鹽氮予以還原，經過一段時間後，開始曝氣，在含碳有機物被氧化的同時，先後進行氧化和硝化反應，曝氣結束後進行沉澱，然後將上部澄清液排出，並保留部分處理後污水供下一 周期反硝化反應。
對於SBR污水處理工藝，管理控制可分為兩個層次，它與連續流不同，處理操作需要開、關反應池進水閥門，在預定的進水時間內，根據反應池的充滿程式， 確定啟、停鼓風機、潷水器等一系列操作，這些均需PLC來控制。另外，由於季節變化污水量少、水質濃度的變化，處理效 果需要通過調整周期內時間配置來調節。如出水氨氮過高，則需延長曝氣時間，出水NOX-N過高則需增加反硝化時間等，一般可以在PLC內預先設定幾套周期 配置模式，以便根據實際水量 、水質、水溫等因素，在一段時間內選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，PLC內還具有意外情況下的處理對策，如突然停電一段時間後，應以何 種措施過渡恢復等，這些均是SBR法有別於連續流工藝控制管理的方面。
硬體的配置
污水處理廠進行自動化控制、管理的主要手段是可程式序控制器(PLC)和計算機。自動化管理系統一般都採用分散控制集中管理的模式，即按工藝要求將全 廠的控制系統分成若干個單元，每個單元由一台PLC控制，PLC與PLC之間可由專用通訊電纜連線，構成主、 從PLC模式。主PLC與計算機之間有通訊線相連。
PLC的配置，首先應當結合工藝、土建解決好PLC的單元布置，主要解決集控室與PLC、PLC與PLC之間的距離問題。各控制單元之間的距離應儘量 短。如果各控制單元的距離不大於200米，可採用主、從PLC控制模式，主PLC設在集控室，可通過通訊口與計算機直接連線，從PLC採用專用通訊線與主 PLC連線。這種模式較為經濟。如果PLC與PLC之間的距離較大，則通訊干擾大，可靠性差，不宜採用上述模式。可以採用具有網路功能的PLC，PLC之 間構成一個網路結構並與計算機相連。每個PLC獨自控制一個單元，但這一模式的工程造價較高 。
PLC的配置，首先應當結合工藝、土建解決好PLC的單元布置，主要解決集控室與PLC、PLC與PLC之間的距離問題。各控制單元之間的距離應儘量 短。如果各控制單元的距離不大於200米，可採用主、從PLC控制模式，主PLC設在集控室，可通過通訊口與計算機直接連線，從PLC採用專用通訊線與主 PLC連線。這種模式較為經濟。如果PLC與PLC之間的距離較大，則通訊干擾大，可靠性差，不宜採用上述模式。可以採用具有網路功能的PLC，PLC之 間構成一個網路結構並與計算機相連。每個PLC獨自控制一個單元，但這一模式的工程造價較高 。
控制管理系統
SBR法工藝自動化控制管理系統
4.1設計規模及處理目標
進水水質：BOD5=150～3O0mg/l，
CODcr=250～500mmg/l，
NH3-N=25～40mg/l。
出水水質：BOD5≤20mg/l，
CODcr≤7Omg/l，
NH3-N≤15mg/l。
日處理量 5000m3/d。
4.2 設計原則
4.2.1 適用於規模較小的城市污水處理，晝夜水量變化大；
4.2.2 流程簡潔，日後水量增長時可改為連續流常規活性污泥法工藝；
4.2.3 具有較好的脫氮除鱗功能(本例子未考慮脫磷)；
4.2.4 控制、管理實現自動化，降低能耗，減少運行費用和勞動強度。
4.3設備及儀表配製
設定二個控制單元：進水泵房單元(PLC1)；鼓風機房單元(PLC2)。 集控室與進水泵房單元合在一起。鼓風機房單元電機運行狀態可以通
進水水質：BOD5=150～3O0mg/l，
CODcr=250～500mmg/l，
NH3-N=25～40mg/l。
出水水質：BOD5≤20mg/l，
CODcr≤7Omg/l，
NH3-N≤15mg/l。
日處理量 5000m3/d。
4.2 設計原則
4.2.1 適用於規模較小的城市污水處理，晝夜水量變化大；
4.2.2 流程簡潔，日後水量增長時可改為連續流常規活性污泥法工藝；
4.2.3 具有較好的脫氮除鱗功能(本例子未考慮脫磷)；
4.2.4 控制、管理實現自動化，降低能耗，減少運行費用和勞動強度。
4.3設備及儀表配製
設定二個控制單元：進水泵房單元(PLC1)；鼓風機房單元(PLC2)。 集控室與進水泵房單元合在一起。鼓風機房單元電機運行狀態可以通
圖片過PLC1在模擬屏上顯示出來。
PLC採用OMRON產品：PCC20OHS。
PLC1：D1=128DO=128A1=16AO=0
PLC2：D1=128DO=48A1=16AO=0
控制室配計算機一台、印表機一台。
PLC採用OMRON產品：PCC20OHS。
PLC1：D1=128DO=128A1=16AO=0
PLC2：D1=128DO=48A1=16AO=0
控制室配計算機一台、印表機一台。
4.4工藝作業系統
污水廠的進水泵房部分一般包括入流總閘門及放泄道、格柵、集水池和提升泵。進水總閘門是為了部分進行維修需要而設定，一般情況下不操作，所以一般採用電動閥門就地操作，其工況集中顯示。格柵一般採用電動清撈，根據定時或格柵前後的液位差自動運 行。此外，還需配製垃圾皮帶輸送機或壓榨機，整個格柵除污系統採用現場聯動操作，集控室顯示。在集水池內設浮球開關及液位計，進水泵的開啟台數根據集水池液位升降由PLC控制啟停。一般SBR不設初沉他。反應池假設為三組，每組容積1600m3，每組反應池設鼓風機二台(30m3/min；20m3/min)，設定澆水器二台(每台流量450m3/h)，設定攪拌機四台。周期設計為進水2小時，曝氣4.5小時，沉澱0.75小時，排水0.75小時，整個周期為8小時。
1. 首先第一組進水，開啟第一組進水電動閥門，同時給出信號，進水泵準予啟動；
2. 第一組反應池液位上升至某一設定值時，啟動水下攪拌器；
3. 第一組反應池內液位達到設定最高值時，關閉進水電動閥門；
4. 鼓風機開啟受二個因素制約，一是時間，時間控制主要是反硝化攪拌反應需一定時間；二是液位，進水後反應池充滿到一定程式再開鼓風機。二個條件必須同時滿足。開啟鼓風機的同時，關閉攪拌機；
5. 鼓風機啟動台數需根據反應池溶解氧數值來確定。一般有如下三種方案：方案一 、方案二採用先同時開啟兩颱風機，當溶解氧到達某一設定值後，可改為一台，繼續曝氣，直到設定曝氣時間結束再停機。方案三採用大小風機交替使用，使溶解氧到達某一設定值；
6. 第一組反應池進水結束後，如第二組反應池已做好進水準備，則打開第二組電動進水閥。如第二組不能進水，則給出信號，停進水泵，等到第二組反應池允許進水時打開電動進水閥，同時啟動進水泵；
污水廠的進水泵房部分一般包括入流總閘門及放泄道、格柵、集水池和提升泵。進水總閘門是為了部分進行維修需要而設定，一般情況下不操作，所以一般採用電動閥門就地操作，其工況集中顯示。格柵一般採用電動清撈，根據定時或格柵前後的液位差自動運 行。此外，還需配製垃圾皮帶輸送機或壓榨機，整個格柵除污系統採用現場聯動操作，集控室顯示。在集水池內設浮球開關及液位計，進水泵的開啟台數根據集水池液位升降由PLC控制啟停。一般SBR不設初沉他。反應池假設為三組，每組容積1600m3，每組反應池設鼓風機二台(30m3/min；20m3/min)，設定澆水器二台(每台流量450m3/h)，設定攪拌機四台。周期設計為進水2小時，曝氣4.5小時，沉澱0.75小時，排水0.75小時，整個周期為8小時。
1. 首先第一組進水，開啟第一組進水電動閥門，同時給出信號，進水泵準予啟動；
2. 第一組反應池液位上升至某一設定值時，啟動水下攪拌器；
3. 第一組反應池內液位達到設定最高值時，關閉進水電動閥門；
4. 鼓風機開啟受二個因素制約，一是時間，時間控制主要是反硝化攪拌反應需一定時間；二是液位，進水後反應池充滿到一定程式再開鼓風機。二個條件必須同時滿足。開啟鼓風機的同時，關閉攪拌機；
5. 鼓風機啟動台數需根據反應池溶解氧數值來確定。一般有如下三種方案：方案一 、方案二採用先同時開啟兩颱風機，當溶解氧到達某一設定值後，可改為一台，繼續曝氣，直到設定曝氣時間結束再停機。方案三採用大小風機交替使用，使溶解氧到達某一設定值；
6. 第一組反應池進水結束後，如第二組反應池已做好進水準備，則打開第二組電動進水閥。如第二組不能進水，則給出信號，停進水泵，等到第二組反應池允許進水時打開電動進水閥，同時啟動進水泵；
圖片7. 在曝氣結束前，根據時間設定，打開排泥閥，排反應池混合液，排泥量可通過時間或反應池液位由工藝設計根據泥齡來確定，並可調整；
8. 停機後開始計時，即反應池進入沉澱階段。一般沉澱45分鐘後即可潷水；
9. 沉澱階段結束時，給出信號，開啟潷水器。潷水器開啟時間主要受液位控制(即排水量要求)，潷水總量(以液位反應)到達後，給出信號關閉潷水器，此時進入閒置期待命，再轉入進水期；
8. 停機後開始計時，即反應池進入沉澱階段。一般沉澱45分鐘後即可潷水；
9. 沉澱階段結束時，給出信號，開啟潷水器。潷水器開啟時間主要受液位控制(即排水量要求)，潷水總量(以液位反應)到達後，給出信號關閉潷水器，此時進入閒置期待命，再轉入進水期；
10. 第二、第三個反應池操作也相同；
11. 當發生停電或其他意外事故使反應池中斷工作，再恢復時，由於外管道內積存污水較多，需及時抽送，可選改為人工操作，待正常後再切入自動運行。或由PLC按照事先設定的應急程式操作，再過渡到正常運行；
12. 由於冬季、夏季水質水量水溫的變化，需要調整曝氣時間、排泥量、污水排出比等，因此可按照設計要求，形成多套運行周期程式，根據排水水質來選擇合適的周期；也可在一天中採用不同周期運行。圖四是其中一種運行周期程式。
4.5計量監測系統：
4.5.1 集水池內設上、中、下液位開關及液位計，並設上、下限報警；
4.5.2 SBR反應池內設上、下液位開關；
4.5.3 進出水流量，顯示瞬時值及積算值，並在計算機記憶體放，提供日處理量供列印報表；
4.5.4 在集水井監測進水PH及進水溫度，其日最高值和平均值供報表列印；
4.5.5 鼓風機空氣量需計量積算，提供日報表列印；
4.5.6 SBR池溶解氧供日報表列印；
4.5.7 排泥量積算並提供日報表列印。
11. 當發生停電或其他意外事故使反應池中斷工作，再恢復時，由於外管道內積存污水較多，需及時抽送，可選改為人工操作，待正常後再切入自動運行。或由PLC按照事先設定的應急程式操作，再過渡到正常運行；
12. 由於冬季、夏季水質水量水溫的變化，需要調整曝氣時間、排泥量、污水排出比等，因此可按照設計要求，形成多套運行周期程式，根據排水水質來選擇合適的周期；也可在一天中採用不同周期運行。圖四是其中一種運行周期程式。
4.5計量監測系統：
4.5.1 集水池內設上、中、下液位開關及液位計，並設上、下限報警；
4.5.2 SBR反應池內設上、下液位開關；
4.5.3 進出水流量，顯示瞬時值及積算值，並在計算機記憶體放，提供日處理量供列印報表；
4.5.4 在集水井監測進水PH及進水溫度，其日最高值和平均值供報表列印；
4.5.5 鼓風機空氣量需計量積算，提供日報表列印；
4.5.6 SBR池溶解氧供日報表列印；
4.5.7 排泥量積算並提供日報表列印。
過程控制
本系統採用兩種模式來實行控制。
5.1手動
5.1手動
現場“手動/自動”選擇開關切換到手動，可由現場開關直接控制設備，這是最高優先權的控制，在這一模式下，PLC僅對運行狀態作監視。
5.2 自動
5.2 自動
現場“手動/自動”選擇開關切換到自動，在這一模式下PLC能根據測量參數自動控制設備的運行。自動模式又可分為2種控制方式，我們在PLC的運行程式中設定了上位機控制方式與PLC控制方式。
圖片5.2.1 上位機控制方式：在計算機上，可以將控制方式切換到上位機控制，這時PLC接收上位機發出的指令，也即我們可以通過計算機直接遙控現場設備。
5.2.2 PLC控制方式，PLC按上位機設定的運行模式自動控制設備運行，出現故障會及時報警。
(1) 格柵單元
進水閘門現場控制，PLC監視。格柵裝置：現場設定格柵、皮帶轉送機、壓榨機聯動控制系統，可由現場控制，也可由PLC控制。
(2) 集水井單元
PLC根據液位儀測量值及上、中、下液位開關自動控制泵。關閉泵後須等待10分鐘才能啟動，以保證泵不頻繁啟動(緊急啟動不受此限制)。在啟動、停止 過程中，PLC自動檢查泵的運行狀況，判別是否出現故障並報警。計算機自動記錄各泵的運行時間，並使之儘量相等。進水 流量、PH值、溫度測量信號經PLC的Ato轉換後送計算機顯示、存儲。
(3) SBR池單元
溶解氧測量值及上、下液位開關信號送PLC，PLC根據設定的時間參數、上下液位開關信號啟閉進水電動閥門和潷水器，計算機自動記錄進水、出水時間。
(4) 應急措施
突然停電：計算機會自動檢查停電時刻設備運行狀況，提示用戶緊急處置的步驟、停電時期的注意事項及復電開機的步驟。
5.2.2 PLC控制方式，PLC按上位機設定的運行模式自動控制設備運行，出現故障會及時報警。
(1) 格柵單元
進水閘門現場控制，PLC監視。格柵裝置：現場設定格柵、皮帶轉送機、壓榨機聯動控制系統，可由現場控制，也可由PLC控制。
(2) 集水井單元
PLC根據液位儀測量值及上、中、下液位開關自動控制泵。關閉泵後須等待10分鐘才能啟動，以保證泵不頻繁啟動(緊急啟動不受此限制)。在啟動、停止 過程中，PLC自動檢查泵的運行狀況，判別是否出現故障並報警。計算機自動記錄各泵的運行時間，並使之儘量相等。進水 流量、PH值、溫度測量信號經PLC的Ato轉換後送計算機顯示、存儲。
(3) SBR池單元
溶解氧測量值及上、下液位開關信號送PLC，PLC根據設定的時間參數、上下液位開關信號啟閉進水電動閥門和潷水器，計算機自動記錄進水、出水時間。
(4) 應急措施
突然停電：計算機會自動檢查停電時刻設備運行狀況，提示用戶緊急處置的步驟、停電時期的注意事項及復電開機的步驟。
系統開發
監控及管理界面採用人機界面(MMI)軟體包二次開發而在。我們採用了用於控制系統數據採集、圖形組態監控和管理的通用軟體包—FAGM，該軟體在Microsoft Windows3.2/95中文環境中運行，運用軟體設計了SBR法工藝總流程圖和相應的各個控制單元的圖形界面，控制及管理軟體具有如下功能：
6.1 工藝流程圖監控、儀表面板；
6.2 數據記錄和統計報表；
6.3 數據保存、分析和數據記錄追憶；
6.4 報警顯示、保存和列印；
6.5 設備工作狀態控制和工藝參數設定；
6.6 用滑鼠點動控制設備輸出。
6.1 工藝流程圖監控、儀表面板；
6.2 數據記錄和統計報表；
6.3 數據保存、分析和數據記錄追憶；
6.4 報警顯示、保存和列印；
6.5 設備工作狀態控制和工藝參數設定；
6.6 用滑鼠點動控制設備輸出。
