A/DAT-IAT工藝自動控制必要性及其過程控制

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簡介： 本論文介紹了A/DAT-IAT工藝自動控制必要性及其主要控制過程，實現(xiàn)A/DAT-IAT工藝智能化控制，保證處理水質(zhì)，又能節(jié)約能源，盡可能的縮短處理周期，使設(shè)備運行在最佳狀態(tài)。
關(guān)鍵字：A/DAT-IAT工藝 自動控制 廢水處理

1.A/DAT-IAT工藝自動控制必要性

　　A/DAT-IAT工藝是傳統(tǒng)SBR法經(jīng)過不斷演變發(fā)展來的，其去除有機物和脫氮的機理和傳統(tǒng)SBR法是相同的，所不同的只是運行方式，實現(xiàn)了連續(xù)進水的目的，但是操作工序繁瑣，與其它工藝相比較所需要控制的變量較多。目前我國應(yīng)用SBR工藝的污水處理廠基本是人工手動控制，還沒有實現(xiàn)計算機自動控制，這不僅需要更多的運行管理人員，增加了運行操作人員的強度，而且降低了工藝處理過程的可靠性。因此，為了保證廢水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，同時為了滿足廢水處理工藝的需要，必須采用自動控制系統(tǒng)。目前在國內(nèi)外各污水處理廠普遍采用以PLC為主的集中管理和分散控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)。

　　自動控制是根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)來進行操作，不能智能地根據(jù)水質(zhì)水量的變化靈活調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，是一種低級的控制。而針對不同的進水有機物和NH₃-N濃度以及出水要求，恰當?shù)馗淖兎磻?yīng)時間、HRT、混合液回流比和各池進水流量等工藝參數(shù)，在保證處理水質(zhì)的同時，盡可能減少運行費用，防止污泥膨脹，這是更高層次的計算機過程控制。然而，至今有機物和NH₃-N在線檢測傳感器還沒有問世，無法根據(jù)池中的有機物和NH₃-N濃度降解情況控制相應(yīng)的參數(shù)^[40]。目前大多數(shù)研究人員使用氧化還原電位（ORP）、好氧速率（OUR）、溶解氧濃度（DO）和pH值等這些價格便宜、精度高、又便于與計算機接口的儀器實現(xiàn)廢水生物處理的自動控制。

　　實現(xiàn)高級控制就是要在進水COD和NH₃-N濃度無規(guī)律大幅度變化的情況下，根據(jù)特性曲線、數(shù)學(xué)模型、有關(guān)規(guī)則和測定值等對各處理單元的工藝控制過程和參數(shù)進行系統(tǒng)分析和表達，利用人的知識和經(jīng)驗以及新的研究成果讓計算機模擬人腦進行控制，進而完成其它控制方式無法處理的信息，實現(xiàn)智能化控制，保證處理水質(zhì)，又能節(jié)約能源，盡可能的縮短處理周期，使設(shè)備運行在最佳狀態(tài)。

　　2. A/DAT-IAT工藝的過程控制

　　目前以PLC為主的集中管理和分散控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)在國內(nèi)外各污水處理廠廣泛應(yīng)用并取得較好的處理效果。一般由三級構(gòu)成：第一級，就地控制（即MCC）；第二級，現(xiàn)場控制站（即PLC）；第三級，中央控制室（即操作站）。

　?、啪偷乜刂?。在參與工藝各種設(shè)備現(xiàn)場設(shè)有就地控制箱，配有自動/手動切換旋鈕，在遇到特殊情況（調(diào)試和維修等）可以通過旋扭操作直接啟/停設(shè)備，干預(yù)程控控制，在正常時轉(zhuǎn)入自動控制。

　　⑵現(xiàn)場PLC控制站。接受上位機程控指令，執(zhí)行實時控制，循環(huán)檢測各設(shè)備運行狀態(tài)，及時向上位機發(fā)送設(shè)備運行狀態(tài)信息。根據(jù)工藝流程圖布置，虛設(shè)三個現(xiàn)場PLC控制站。第一級子站對格柵、進水泵站、沉砂池、計量渠水質(zhì)水量的監(jiān)控；第二級子站對曝氣池內(nèi)的閘閥、溶解氧的讀取、鼓風(fēng)機的自動調(diào)節(jié)及啟停、回流泵和潷水器啟停的監(jiān)控；第三級子站對污泥泵、污泥流量、投藥泵和脫水機的監(jiān)控。

　　⑶中央控制室。以工控機作為PLC的上位機，充當人機界面，根據(jù)廢水處理工藝要求預(yù)置幾套工藝流程，用戶可根據(jù)實際需要加以選擇。設(shè)備運行狀況、儀表檢測參數(shù)可顯示在顯示器上，顯示方式多樣，有指示燈狀態(tài)顯示、虛擬儀表數(shù)碼顯示、光棒圖模擬顯示、動態(tài)曲線跟蹤、歷史曲線查詢、形象動畫顯示等。人機界面友好，操作方便，關(guān)鍵控制點密碼保護，系統(tǒng)安全可靠。計算機參與設(shè)備管理、累計設(shè)備運行時間、計算電能消耗。并可根據(jù)事先設(shè)定的監(jiān)控范圍、對流量、液位、PH值等指標進行監(jiān)控，一旦超出設(shè)定范圍，計算機立即啟動聲光報警，并將這一時刻的有關(guān)數(shù)據(jù)、工況記錄下來，以供分析、決策。計算機所測的數(shù)據(jù)按一定時間間隔記錄在硬盤上，用戶根據(jù)需要隨時將有關(guān)數(shù)據(jù)打印出來。

　　如圖6.1所示，A/DAT-IAT工藝流程需要控制量較多，有格柵、進水泵房、沉砂池、鼓風(fēng)機和A/DAT-IAT池，它們控制方式如下所述：

　　1．格柵控制

　　格柵有粗細兩道，廢水由污水井進入粗格柵，主要攔截較粗大的懸浮物，保證進水泵正常運行。然后流入細格柵，以去除廢水中較小顆粒的懸浮物。在現(xiàn)場設(shè)有就地控制器，可以進行手動和自動轉(zhuǎn)換控制。對格柵自動控制采用兩套方案，一是根據(jù)格柵前和格柵后液位差進行控制運行，當液位差達到設(shè)定值，說明格柵上的懸浮物較多，啟動格柵運行刮去格柵上的懸浮物；二是定時運行，當液位計失靈時，格柵由液位控制轉(zhuǎn)為定時運行，運行時間和運行間隔可根據(jù)污水廠運行經(jīng)驗來設(shè)定。另外還可實現(xiàn)自動控制柵渣輸送，處理與格柵聯(lián)動，延時停機，各設(shè)備運行工況指示及事故報警，重要運行參數(shù)遠傳至中央控制室^[52]。

　　2．進水泵房控制

　　水泵是污水廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，是將粗格柵流出的廢水提升到細格柵間。在進水房里，假設(shè)有四臺水泵需要監(jiān)控，其中有一臺為變頻泵，另三臺兩用一備。在進水泵房里設(shè)有就地控制箱，可進行手動與自動控制轉(zhuǎn)換。自動控制過程如下：先將井水房水位設(shè)置為超低、低、較低、中、較高、高、超高。一般水位維持在中水位，只需啟動變頻水泵就可以。當水位上漲時，加大變頻泵轉(zhuǎn)速，超過較高水位并維持10s時間，則啟動一臺固定水泵，如果水位繼續(xù)上升，并達到高水位時，再啟動一臺固定水泵，當水位超過超高水位并維持10s時間報警。若水位下降，降至較低水位時，則先運行的固定水泵停止運行，若水位繼續(xù)下降，降至低水位時，則關(guān)掉另一臺固定泵。如果水位繼續(xù)下降，調(diào)小變頻泵轉(zhuǎn)速，至超低水位停泵報警。

　　3．沉砂池控制

　　沉砂池主要用來沉淀一些比重較大、易于沉淀分離下來的顆粒物質(zhì)，主要包括無機性的砂粒、礫石和少量較重的有機性的顆粒。上述顆粒物質(zhì)表面還附著一些粘性的有機物質(zhì)，這些粘性有機物是極易腐敗的污泥。廢水中的砂如不去除，會在后繼處理單元或渠道內(nèi)沉積，并使設(shè)備過度磨損。排砂時間過短會使排出來砂含水率增大，增加處置的難度。排砂間隔時間的安排主要取決于上游排水系統(tǒng)的情況，如排水系統(tǒng)是合流制還是分流制，管道腐蝕程度，是否有明渠直接匯入，排水范圍內(nèi)是否有太多施工工地，工業(yè)廢水比例，服務(wù)面積內(nèi)居民的生活習(xí)慣。對于合流制來說，下雨天砂量要比平時大得多，一方面由于雨水帶入較多的泥沙量，另一方面平時沉積在管道的泥沙由于水流流速較大被沖刷進入污水廠，因此要增加排砂次數(shù)或連續(xù)排砂?，F(xiàn)場PLC控制可以根據(jù)運行經(jīng)驗設(shè)置多種運行方式，靈活運行。

　　上面廢水進入巴歇爾計量槽，在計量槽里安裝有pH計、溫度計、超聲波液位計。水量可以根據(jù)液位計測的液位計算得到。當測的pH值小于5.5或大于8.5時，關(guān)閉進水閥門，保護活性污泥。

　　4．鼓風(fēng)機

　　目前新污水廠采用鼓風(fēng)曝氣較多。對于鼓風(fēng)曝氣污水廠來說，鼓風(fēng)機是廢水生化工藝的心臟，又是廢水處理過程中最大的電耗設(shè)備。羅茨式鼓風(fēng)機是使用最廣泛的鼓風(fēng)機，其主要性能特點就是節(jié)能。當相對壓力低于或等于48KPa時，羅茨鼓風(fēng)機效率高于相同規(guī)格的離心鼓風(fēng)機的效率。鼓風(fēng)機由第二子站PLC、供氣管道壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻調(diào)速器、電控單元和多臺鼓風(fēng)機構(gòu)成。其中PID調(diào)節(jié)器對壓力傳感器檢測到的壓力信心轉(zhuǎn)換的電信號與用戶設(shè)定信號進行比較，得到頻率信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速和出氣量。第二子站PLC負責(zé)變頻器的起制動和鼓風(fēng)機運行環(huán)境，運行狀況和運行準備監(jiān)控，并能自動報警停機。當壓力低于預(yù)設(shè)定值，增大鼓風(fēng)機頻率，轉(zhuǎn)速加快，氣壓上升。如果壓力還低于設(shè)定值，將頻率增至工頻。如果壓力依然不滿足設(shè)定值，則啟動另一臺鼓風(fēng)機。在啟動過程中，先將前一臺頻率降到啟動頻率，待后一臺完全啟動時一同增大頻率至管道壓力為設(shè)定值。

　　5．A/DAT-IAT池的控制

　　A/DAT－IAT池整個設(shè)備的開停和運行狀態(tài)主要由第二子站的PLC控制。缺氧池中安裝了pH計和污泥計，DAT池和IAT池中分別安裝了pH值計、DO儀、污泥濃度計。A/DAT－IAT池自動控制過程為：缺氧池連續(xù)進水，DAT池連續(xù)曝氣，曝氣量由空氣閘閥控制，而閘閥開啟度由DO儀反饋信號有關(guān)；IAT池間歇曝氣、間歇攪拌、間歇沉淀、間歇潷水，IAT池在曝氣階段的控制與DAT池的控制一樣。