摘要：在水資源短缺日益突出的今天，加快推進節(jié)水技術(shù)改造，發(fā)展污水處理回用，提高城市污水處理回用比例已成共識。本文通過對某城市污水處理工藝進行分析，提出以PLC為核心，構(gòu)建格柵過濾、酸堿中和、泥水分離等多設(shè)備、多環(huán)節(jié)綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)污水自動處理。

　　關(guān)鍵詞：可編程控制器,污水處理,系統(tǒng)設(shè)計

　　水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，當前我國水資源面臨的形勢十分嚴峻，水資源短缺、水污染嚴重等問題日益突出，已成為制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的因素之一，為了保持污水處理過程的穩(wěn)定性、可靠性和及時性，社會對污水處理特別是城市污水處理控制提出了更高的要求。[1]本文以鄂東某城市污水處理為例，對基于可編程控制器的城市污水處理系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))進行設(shè)計。

　　1.城市污水處理要求

　　某城市位于鄂東南地區(qū)，城市中心區(qū)設(shè)計人口5.2萬人，經(jīng)前期調(diào)查、收集、計算得到的部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為：日均污水量85792m2, 混合污水水質(zhì)SS=160.1mg/L, BOD5=179.8mg/L。根據(jù)污水綜合排放標準(GB1978—1996)可知：懸浮物為30mg/L，BOD5為30mg/L，該結(jié)果符合國家綜合排放標準中的二級要求。要求處理后出水水質(zhì)�。簯腋∥�11.6mg/L，BOD5 10.0mg/L。

　　2. 處理工藝流程的選擇與確定

　　2.1工作流程選擇 由于與工業(yè)污水相比，城市污水的水質(zhì)變化相對的較少，基于水質(zhì)檢測情況，確定對該城市污水處理采用SBR-CAST(Sequencing Batch Reactor —Cyclic Activated sludge Technology)處理工藝，即：一級預處理(物理法)，二級生化處理(生物法)，三級污泥處理。處理工藝流程見圖1。[2]

 

　　2.2工藝環(huán)節(jié)分析 上圖中的城市污水處理是一個復雜的生化反應過程，它主要包括進水、中和反應、曝氣、沉淀以及排水等環(huán)節(jié)。具體處理過程是：將進水閥打開，先對污水進行粗細格柵過濾后進入集水池(包括初沉池、曝氣池和二沉池等);當集水池中的污水達到一定量時，停止進水，并對其進行酸堿中和反應。同時打開空氣閥門、啟動鼓風機，開始曝氣，在潛水攪拌器與回流泥水泵的共同作用下，對集水池中的污水進行均勻攪拌，使其反應完全;然后關(guān)閉以上設(shè)備開關(guān)，開始重力沉淀和泥水分離;當沉淀一段時間后，將上層的清夜緩緩排出集水池，最后將沉淀的污泥排入污泥池。

　　3.系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1 基本要求 根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)配置在滿足上述工藝要求的前提下，避免華而不實的過高配置，同時提高系統(tǒng)自動化程度，減少定員數(shù)量，減少系統(tǒng)運營成本，提高污水處理廠經(jīng)濟效益，提出如下基本思路：

　　(1)根據(jù)工藝要求將系統(tǒng)分泵站自動控制系統(tǒng)、污水處理自動控制系統(tǒng)和污泥處理自動控制系統(tǒng)三部分組成，并采用基于PLC的現(xiàn)場總線型集散控制系統(tǒng)，遵循集中管理、分散控制、資源共享原則。

　　(2)監(jiān)控室內(nèi)設(shè)二臺冗余的監(jiān)控管理計算機，兩套計算機可分擔不同功能，故障時可互為熱備，計算機配有彩色顯示器，打印機，鍵盤等。

　　(3)將系統(tǒng)分生產(chǎn)管理層、監(jiān)控管理層和現(xiàn)場控制層等三級，系統(tǒng)拓撲圖見圖2�，F(xiàn)場控制PLC與監(jiān)控管理計算機間采用10/100bit/s工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

　　(4)根據(jù)工藝要求，合理設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測、壓力測量、流量計量、熔解氧檢測、液位檢測等儀表位置和數(shù)量，并能對相關(guān)工藝參數(shù)和主要設(shè)備工作狀態(tài)進行監(jiān)控。

 

　　3.2系統(tǒng)設(shè)計

　　3.2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計 根據(jù)處理工藝要求，結(jié)合污水處理過程中各監(jiān)測點和被控制對象，確定系統(tǒng)框架，如圖3所示。

　　3.2.2系統(tǒng)硬件配置 在系統(tǒng)硬件構(gòu)成中，PLC是整個控制系統(tǒng)的核心，PLC硬件選擇西門子的S7-300系列PLC CPU 315-2DP。CPU 315-2DP是帶現(xiàn)場總線SINEC L2-DP接口的CPU模板，可用存儲卡擴充裝載存儲容量最大到512KB，最大擴展1024點數(shù)字量或128個模擬量，可滿足本系統(tǒng)要求。[3]

　　同時，系統(tǒng)還有現(xiàn)場信號輸入、驅(qū)動、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備組成。系統(tǒng)的基本輸入單元是系統(tǒng)的啟動、集水池高低液、曝氣池的高低液位以及循環(huán)工作按鈕等輸入信號;基本輸出單元是粗格柵、細格柵、皮帶運輸機、抽水泵、攪拌機、酸堿閥，進水閥、鼓風機、回流污泥泵、污泥泵等輸出信號，系統(tǒng)是通過PLC和系統(tǒng)的I/o點數(shù)來實現(xiàn)控制目的。具體I/O點數(shù)見表一，表中點數(shù)多少也可根據(jù)污水處理廠規(guī)模和設(shè)備數(shù)量進行適當調(diào)整。

　　對于電磁流量計、PH/T分析儀、懸浮物濃度計、溶氧儀、COD分析儀、壓力變送器、泥位檢測儀、污泥濃度計、超聲波液位計等自控儀表選擇具有免維護特性、有自動清潔、清洗功能、能現(xiàn)場顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)的設(shè)備，降低其運行維護工作量和費用，為系統(tǒng)特別在線監(jiān)測系統(tǒng)長期可靠的運行提供了技術(shù)保證。例如：電磁流量計選擇江蘇順通儀表有限公司ST-LDE型設(shè)備。

　　耗能設(shè)備如鼓風機、動力泵等設(shè)備選高效產(chǎn)品，為節(jié)能創(chuàng)造有利條件。

　　3.2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計是通過設(shè)計PLC程序?qū)崿F(xiàn)對污水處理系各個環(huán)節(jié)和設(shè)備進行控制，并上傳數(shù)據(jù)。按照城市污水處理工藝流程，系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括污水監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、泵站控制系統(tǒng)設(shè)計和污泥處理系統(tǒng)設(shè)計。其中污水監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計主是實現(xiàn)污水處理水質(zhì)數(shù)據(jù)實時采集、顯示，泵站控制系統(tǒng)設(shè)計包括粗、細格柵與皮帶運輸機控制程序設(shè)計、集水池控制程序設(shè)計、SBR生化反應池控制程序設(shè)計、脫水與剩余污泥泵控制程序設(shè)計等。

　　(1)以污泥泵控制為例介紹設(shè)備控制及工藝處理過程

　　為保證集水池中活性污泥濃度在工藝生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)，采用比例控制的方式進行工藝控制。根據(jù)集水池的進水量運行計算回流污泥時間，實現(xiàn)進水量與回流污泥量的合理配比，保證生物處理的質(zhì)量。剩余污泥由剩余污泥泵控制。控制程序流程圖見圖5。

 

　　(2)利用組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)運行和污水處理過程

　　系統(tǒng)采用工控機控制、監(jiān)視和管理，現(xiàn)場采用PLC將過程控制信息和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過總線通信方式與工控機連接，工控機將系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行記錄。系統(tǒng)利用組態(tài)王軟件中內(nèi)置的驅(qū)動程序，在組態(tài)軟件中構(gòu)建一個虛擬PLC等設(shè)備，并使虛擬設(shè)備的型號與實際使用中的SIEMENS PLC等設(shè)備型號一致。系統(tǒng)通過組態(tài)軟件映射真實動力泵設(shè)備、監(jiān)測儀表之間的通信協(xié)議，通過軟件顯示通信暢通與否，監(jiān)控污水處理。

　　(3) 系統(tǒng)設(shè)計中需注意的幾個控制條件

　　一是系統(tǒng)中的粗細格柵是用來去除污水中懸浮物的，格柵除污機是由時間間隔來控制的，將格柵過濾出來的懸浮物通過皮帶運走。

　　二是集水池水位上升至高液位，將水泵關(guān)閉，由PH/T分析儀檢測并按設(shè)定條件控制酸、堿閥門。

　　三是利用溶氧儀對污水中的溶解氧濃度進行在線檢測，并按設(shè)定條件控制鼓風機的開啟數(shù)量實現(xiàn)精確曝氣，并節(jié)約動力消耗。

　　四是曝氣池中的液位達到低液位時，由超聲波液位計的液位信號控制污泥泵啟動，排除污泥。

　　本系統(tǒng)是基于PLC技術(shù)設(shè)計的城市污水處理系統(tǒng)，經(jīng)實踐證明不但運行可靠、污水處理效果明顯，污水處理效率和速度高，實現(xiàn)控制自動化、精細化和智能化，而且大大降低了人工操作的工作量，在城市污水處理控制中可借鑒和推廣。

　　參考文獻：

　　[1]中華人民共和國國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見[Z].2012-1-12.

　　[2]李為.城市污水處理工藝的能耗評價體系研究[D].西安建筑科技大學，2010(05).

　　[3]西門子股份有限公司.SIMATIC S7-300硬件和安裝手冊[Z].西門子股份有限公司，2003(02).

　　[4]邱廣遠.PLC在污水處理中的控制系統(tǒng)設(shè)計——雙恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計 [J].知識經(jīng)濟，2011(11).