楊明
杭州余杭水務(wù)有限公司 浙江余杭 311100
摘要:目前余杭污水廠氧化溝雙溝交替運(yùn)行切換時(shí)中間沒有過(guò)渡階段,進(jìn)水溝會(huì)直接切換成出水溝,此時(shí)污水中的氨氮和總磷含量較高。此外,曝氣機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié),溶解氧波動(dòng)較大,本論文通過(guò)調(diào)整工藝和編寫PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)氧化溝的自動(dòng)運(yùn)行,提高氧化溝出水的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:氧化溝;工藝優(yōu)化;PLC控制
1 前言
前期,余杭污水廠采用的是傳統(tǒng)的氧化溝運(yùn)行模式,出水總氮效果并不十分理想。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè),余杭污水廠氧化溝的溶解氧梯度不明顯,最高點(diǎn)和最低點(diǎn)相差不超過(guò)1mg/L,宏觀上很難形成缺氧區(qū)(溶解氧<0.5 mg/L),反硝化率較低。為了增強(qiáng)反硝化反應(yīng),我們嘗試將雙溝氧化溝的進(jìn)水溝作為缺氧池,溶解氧控制在0.5 mg/L以下,確保宏觀上形成缺氧區(qū)。但隨著周邊范圍內(nèi)小區(qū)居住率的提高,污水廠進(jìn)水總氮明顯上升,導(dǎo)致碳氮比失衡,因此總氮的去除依然是污水廠一大難題,任何有助于總氮去除的方法都值得我們?nèi)ヌ剿骱脱芯俊?/p>
2 氧化溝運(yùn)行現(xiàn)狀
目前氧化溝的運(yùn)行模式分為兩個(gè)階段,階段一溝Ⅰ進(jìn)水,溶解氧控制在0.5 mg/L左右,主要承擔(dān)反硝化脫氮,溝Ⅱ出水,溶解氧控制在2mg/L左右,主要承擔(dān)硝化反應(yīng)和磷的吸收。階段二,兩個(gè)溝互換,溝Ⅱ進(jìn)水,溶解氧控制在0.5 mg/L左右,溝Ⅰ出水,溶解氧控制在2mg/L左右。階段一、階段二運(yùn)行周期均為4小時(shí),整個(gè)周期為8小時(shí),循環(huán)交替運(yùn)行。
3.現(xiàn)狀運(yùn)行中存在的不足
3.1工藝上存在的不足
從階段一切換到階段二時(shí),溝Ⅰ從進(jìn)水狀態(tài)直接變成出水狀態(tài),此時(shí)溝Ⅰ剛進(jìn)行了4小時(shí)的缺氧反硝化反應(yīng),水中氨氮和總磷含量較高,從階段二切換到階段一時(shí),溝Ⅱ存在同樣的問(wèn)題,一定程度上影響氧化溝出水的穩(wěn)定性。
3.2 設(shè)備運(yùn)行上存在的不足
氧化溝曝氣主要對(duì)8臺(tái)曝氣機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行設(shè)定,低速運(yùn)行頻率設(shè)定35Hz,高速運(yùn)行頻率設(shè)定45Hz。這種控制模式是固定的模式,曝氣機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié),導(dǎo)致溶解氧控制不夠理想。此外,當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)、水量變化時(shí),都會(huì)引起溶解氧波動(dòng)較大,需要人工不斷的調(diào)節(jié)曝氣機(jī)頻率來(lái)控制,工作量非常大且難控制。
4 氧化溝運(yùn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)方案
4.1 工藝上的優(yōu)化改進(jìn)
從目前的運(yùn)行模式來(lái)看,最大的問(wèn)題是雙溝交替運(yùn)行切換時(shí)中間沒有過(guò)渡階段,進(jìn)水溝會(huì)直接切換成出水溝,此時(shí)污水中的氨氮和總磷較高,如果中間增加兩個(gè)過(guò)渡階段可以較好的解決這個(gè)問(wèn)題,過(guò)渡階段周期一般為15—30分鐘,常見的DE氧化溝運(yùn)行模式有兩種,如下圖所示:
圖4-1
在階段二進(jìn)水方向進(jìn)行了改變,出水方向不變,溝Ⅰ不進(jìn)水也不出水,進(jìn)行悶曝,由反硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)為硝化反應(yīng),曝氣機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn),可以更快的提高溶解氧,為階段三的出水做好準(zhǔn)備;溝Ⅱ同時(shí)進(jìn)水和出水,由硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)為反硝化反應(yīng),曝氣機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn),降低溶解氧,為階段三的反硝化反應(yīng)做好準(zhǔn)備。
4.2 設(shè)備運(yùn)行上的優(yōu)化改進(jìn)
從目前的曝氣機(jī)運(yùn)行模式來(lái)看,最大的問(wèn)題一是頻率無(wú)法根據(jù)溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié),二是曝氣機(jī)無(wú)法根據(jù)溶解氧情況增開或關(guān)閉一臺(tái),容易造成曝氣過(guò)量或曝氣不足。針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題,我們可以通過(guò)編寫PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5 編寫PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)
5.1 編程思路
從自動(dòng)化程序上來(lái)說(shuō),之前的模式只能稱為半自動(dòng)化模式,溶解氧和曝氣機(jī)的運(yùn)行沒有聯(lián)動(dòng)關(guān)系,優(yōu)化改進(jìn)后的工藝模式,可以稱為全自動(dòng)運(yùn)行模式,PLC自動(dòng)根據(jù)溶解氧來(lái)控制曝氣機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)和頻率。
全自動(dòng)運(yùn)行模式,分為四個(gè)階段,每個(gè)階段需根據(jù)所在階段的溶解氧控制要求對(duì)曝氣機(jī)的頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),此外,當(dāng)曝氣機(jī)運(yùn)行頻率過(guò)高超過(guò)一定的時(shí)間后仍無(wú)法達(dá)到所需溶解氧時(shí),需增開一臺(tái)曝氣機(jī),同理,當(dāng)溶解氧已達(dá)到控制要求,曝氣機(jī)運(yùn)行頻率過(guò)低超過(guò)一定的時(shí)間后,需關(guān)閉一臺(tái)曝氣機(jī)。
5.2 編程步驟
全自動(dòng)運(yùn)行模式主要通過(guò)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)功能來(lái)確定系統(tǒng)處于哪個(gè)階段并執(zhí)行相應(yīng)階段的程序。我們將計(jì)時(shí)器定義為Timer,總周期定義為Cycel,階段一周期定義為Cycel1,階段二周期定義為Cycel2,階段三周期定義為Cycel3,階段四周期定義為Cycel4,Cycel= Cycel1+ Cycel2+ Cycel3+ Cycel4。計(jì)時(shí)及周期單位均為分鐘,Timer在0至Cycel范圍內(nèi)循環(huán)計(jì)時(shí)。
此外設(shè)計(jì)4個(gè)PID控制器,用于控制曝氣頻率,PID1為溝Ⅰ反硝化控制,PID2為溝Ⅱ硝化控制,PID3為溝Ⅰ硝化控制,PID4為溝Ⅱ反硝化控制。
5.2.1 階段一
當(dāng)0≤Timer< Cycel1時(shí)溝Ⅰ進(jìn)水,溝Ⅱ出水。
5.2.2 階段二
當(dāng)Cycel1≤Timer<(Cycel1+ Cycel2)時(shí),溝Ⅰ不進(jìn)水、不出水,溝Ⅱ同時(shí)進(jìn)水和出水。該階段持續(xù)時(shí)間短,只是一個(gè)過(guò)渡階段,因此程序上不考慮曝氣機(jī)的增開和關(guān)閉,采用默認(rèn)開啟的方式。
5.2.3 階段三
當(dāng)(Cycel1+ Cycel2)≤Timer<(Cycel1+ Cycel2+ Cycel3)時(shí),溝Ⅱ進(jìn)水,溝Ⅰ出水。該階段曝氣機(jī)和PID控制器的開啟方式同階段二,但需考慮曝氣機(jī)的增開與退出。
5.2.2 階段四
當(dāng)(Cycel1+ Cycel2+ Cycel3)≤Timer< Cycel時(shí),溝Ⅰ同時(shí)進(jìn)水和出水,溝Ⅱ不進(jìn)水、不出水。該階段和階段二一樣,持續(xù)時(shí)間短,只是一個(gè)過(guò)渡階段,因此程序上不考慮曝氣機(jī)的增開和關(guān)閉,采用默認(rèn)開啟的方式。
5.3 上位機(jī)修改
為了方便對(duì)全自動(dòng)模式工藝參數(shù)的修改和過(guò)程監(jiān)控,我們對(duì)上位機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的修改,如下圖所示:
圖5-1
通過(guò)上圖所示窗口,我們可以對(duì)反硝化溶解氧和消化溶解氧控制目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定,可以對(duì)階段一至階段四各個(gè)周期進(jìn)行設(shè)定,可以進(jìn)行全自動(dòng)模式和原先模式的切換,全自動(dòng)模式下可以進(jìn)行頻率限制保護(hù)和撤銷。此外還可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)所處的階段,以及這個(gè)階段溝Ⅰ和溝Ⅱ的曝氣機(jī)控制頻率。
6 運(yùn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)后的優(yōu)勢(shì)
6.1 氧化溝出水水質(zhì)更加穩(wěn)定
通過(guò)此次工藝調(diào)整后,增加了雙溝切換時(shí)的過(guò)渡階段,目前過(guò)渡階段周期為20分鐘,理論上可以降低氧化溝出水中的總磷和氨氮,可通過(guò)化驗(yàn)分析過(guò)渡前和過(guò)渡后溝Ⅰ、溝Ⅱ中上清液的數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)實(shí)際效果,如下表所示:
表6-1
采樣位置及時(shí)間點(diǎn)COD(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)TN(mg/L)
溝Ⅱ340.570.517.37
溝Ⅱ350.710.577.12
溝Ⅰ373.280.738.62
溝Ⅰ353.170.567.06
從上表中可以看出,由于溝Ⅱ同時(shí)進(jìn)水和同時(shí)出水,從階段一末到階段二末,水中氨氮和總磷均有小幅度的上升。溝Ⅰ經(jīng)過(guò)20分鐘的悶曝后,從階段一末到階段二末,污水中氨氮有了小幅的下降,但不明顯,低于預(yù)期,總磷下降較為明顯,從0.74降到0.57,降幅達(dá)到23%,為即將到來(lái)的出水提供了一定的保障。
從上表中還可以看出,從階段一末到階段二末的過(guò)渡期內(nèi),溝Ⅱ的水質(zhì)要明顯好于溝Ⅰ,因此過(guò)渡期內(nèi),溝Ⅱ繼續(xù)出水,等溝Ⅰ經(jīng)過(guò)20分鐘的悶曝后再切換成溝Ⅰ出水,可以提高氧化溝出水的穩(wěn)定性。
6.2 提高電能的利用率從而降低電耗
目前的模式可以根據(jù)溶解氧控制目標(biāo)對(duì)曝氣機(jī)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整,不受水質(zhì)水量變化影響,因此電能的利用率大大提高,綜合來(lái)看可以降低電耗。從一段時(shí)間的電表記錄數(shù)據(jù)來(lái)看,工藝調(diào)整前,3號(hào)氧化溝平均電耗為90度/千噸水,工藝調(diào)整后平均電耗為75度/千噸水,降低了16%,這從溶解氧歷史曲線記錄中可以形象的看出,如下圖所示:
圖6-1
圖6-2
上述兩張圖是3號(hào)氧化溝工藝調(diào)整前和工藝調(diào)整后48小時(shí)內(nèi)1#溶解氧和2號(hào)溶解氧的歷史數(shù)據(jù),從兩張圖對(duì)比來(lái)看,工藝調(diào)整前好氧段大部分時(shí)間存在曝氣過(guò)量的現(xiàn)象,工藝調(diào)整后,好氧段溶解氧非常平穩(wěn),維持在2mg/L附近,高于2mg/L就自動(dòng)降頻或停止一臺(tái)曝氣機(jī),因此減少了電能的不必要浪費(fèi),降低了電耗。
6.3 抗沖擊能力大大增強(qiáng)
污水廠曾遇到過(guò)COD突然升高,曝氣量沒有及時(shí)跟上,導(dǎo)致出水氨氮偏高的情況,全自動(dòng)控制模式是以溶解氧為控制目標(biāo),如果超過(guò)一定時(shí)間后達(dá)不到控制目標(biāo),一個(gè)溝內(nèi)的4臺(tái)曝氣機(jī)會(huì)全速運(yùn)行,正常情況下不會(huì)出現(xiàn)曝氣不足的情況,因此抗沖擊能力會(huì)大大增強(qiáng)。
7 綜合水質(zhì)對(duì)比分析
我們分別于5月底和6月上旬依次完成2#氧化溝和3#氧化溝的全自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試,6月份兩個(gè)氧化溝大部分時(shí)間運(yùn)行在全自動(dòng)模式,因此對(duì)比今年6月與去年同期的平均進(jìn)出水水質(zhì)可以看出整體效果。進(jìn)出水水質(zhì)如下表所示:
表7-1
日期進(jìn)水出水
COD(mg/L)TP(mg/L)NH3-N(mg/L)TN(mg/L)COD(mg/L)TP(mg/L)NH3-N(mg/L)TN(mg/L)
2013年6月171.62.215.4321.4723.60.280.1610.68
2014年6月181.232.5825.431.412.970.220.267.93
從上表中可以看出,和去年同期相比,今年污水廠主要進(jìn)水指標(biāo)均有一定的上升,尤其是NH3-N、TN明顯上升,但出水指標(biāo)除了NH3-N略高于去年同期外,其余指標(biāo)均好于去年同期,水質(zhì)得到進(jìn)一步改善,平均去除率如下圖所示:
圖7-1
從上圖可以看出,2014年6月份進(jìn)出水主要指標(biāo)的去除率除了氨氮持平外,其余均高于2013年6月,COD、TP的去除率提高到了90%以上,TN最為明顯,從50.1%提高到74.7%,較好的解決了污水廠總氮去除的難題。
8 結(jié)語(yǔ)
余杭污水廠一直致力于摸索污水廠的“最優(yōu)控制”,此次工藝調(diào)整以及氧化溝的全自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)一步強(qiáng)化了反硝化反應(yīng),并確保各工藝環(huán)節(jié)溶解氧的精確控制,提高了出水的穩(wěn)定性。
污水廠DE氧化溝的運(yùn)行模式主要針對(duì)低碳高氮的廢水,核心是圍繞總氮的去除,對(duì)于相似的污水廠具有一定的參考意義。氧化溝的全自動(dòng)運(yùn)行,有多方面的好處,可以提高出水的穩(wěn)定性和抗沖擊能力;可以提高電能的利用率從而降低能耗,可以減輕值班人員工作量,降低人員因素的影響,最終形成精確控制的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),有較好的推廣意義。
參考文獻(xiàn):
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式,提供就近的健身美體場(chǎng)所;小區(qū)商業(yè)提供的餐飲形式相對(duì)單一,于是有居民在家開設(shè)了私房烘焙店,提供披薩等西點(diǎn)的私家訂制和送餐上門服務(wù);有退休的老中醫(yī)在自己家開設(shè)了一個(gè)按摩店,為小區(qū)居民提供頸肩腰腿痛的按摩和刮痧艾炙等服務(wù);甚至在小區(qū)主入口附近有一戶住宅內(nèi)開設(shè)了一家家庭汗蒸館,看起來(lái)生意也相當(dāng)不錯(cuò)呢……
這些應(yīng)社區(qū)居民的需求而由業(yè)主自發(fā)產(chǎn)生的社區(qū)服務(wù)經(jīng)濟(jì)形式,不僅為豐富和方便社區(qū)居民生活做出了貢獻(xiàn),也有利于居民之間的互幫互助,并且為退休和下崗居民提供了再就業(yè)的機(jī)會(huì),為豐富和穩(wěn)定全體社區(qū)居民的生活做出了相當(dāng)有益的貢獻(xiàn)。
四、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)社區(qū)經(jīng)濟(jì)影響的展望
現(xiàn)在是一個(gè)掌上網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,社區(qū)經(jīng)濟(jì)也不例外,魅力之城的管理者也為構(gòu)建“智慧社區(qū)”做出了努力。萬(wàn)科物業(yè)在2014年年中推出了一個(gè)叫 “住這兒”的手機(jī)APP。安裝了APP的業(yè)主們,逐漸發(fā)現(xiàn)了社區(qū)的生活似乎在慢慢發(fā)生變化。不但物業(yè)有任何通知都掏出手機(jī)就可以馬上看到,而且自己家里發(fā)生的任何事情,都可以掏出手機(jī)來(lái)與鄰居同樂了。比如小區(qū)的男士們相約打籃球,只需要在活動(dòng)召集頁(yè)面喊一聲,很快一場(chǎng)比賽就組織起來(lái);孩子在小區(qū)游樂場(chǎng)丟了書包,APP上發(fā)個(gè)貼,馬上就有鄰居幫忙吆喝起來(lái);有人上班較遠(yuǎn),想找鄰居拼個(gè)車,拿出手機(jī)喊一聲,路線合適的鄰居就冒出來(lái)了……在APP上,物業(yè)化身為一個(gè)叫做“小寶”的角色,大家只要是有什么問(wèn)題了,只要喊一聲“小寶”,“小寶”馬上就會(huì)來(lái)回復(fù)。大家知道,在“小寶”身后,是一群日夜管理著小區(qū)的工作人員在那里為大家服務(wù)。
這樣一個(gè)集聚了社區(qū)居民目光的APP,當(dāng)然不止是交流和服務(wù)這么簡(jiǎn)單。它甚至成為一個(gè)無(wú)限大的廣告牌,成為了社區(qū)居民的商業(yè)平臺(tái)。我們可以想像,只要能夠集聚起社區(qū)居民的注意力,使APP真正融入了業(yè)主的生活之中,還有多么巨大的可能性可以去開發(fā)呢?
利于手機(jī)APP平臺(tái)來(lái)發(fā)展社區(qū)經(jīng)濟(jì)是目前被廣泛關(guān)注的一種新的商業(yè)模式,社區(qū)經(jīng)濟(jì)作為一種優(yōu)化的資源配置方式,可將社區(qū)內(nèi)互不相連的各種經(jīng)濟(jì)成分變?yōu)槔婀餐w,從而建立一種新的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方式。而與互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生交集之后,社區(qū)經(jīng)濟(jì)天然的具有了O2O的優(yōu)勢(shì),線下資源非常容易整合,而線上資源只要能夠組織利用好,但可以擁有巨大的發(fā)展前景。這是一個(gè)值得期待的領(lǐng)域,只要找準(zhǔn)了入口,把握住了社區(qū)經(jīng)濟(jì)的特征和用戶的心理,誰(shuí)就可能成為大贏家。
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