陳 盈，董金治，吳鄭垚，李寶強，鄭 卉*

（1.浙江竟成環(huán)保科技有限公司，浙江 溫州325000；2.溫州市工業(yè)科學(xué)研究院，浙江 溫州325000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷進(jìn)步，人民生活水平日益提高，樂清市下轄的清江鎮(zhèn)、南塘鎮(zhèn)、芙蓉鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)的建設(shè)快速推進(jìn)，以及清江鎮(zhèn)、南塘鎮(zhèn)、芙蓉鎮(zhèn)居住區(qū)由老城往外擴(kuò)張，生活污水排放量將迅速增加，如不進(jìn)行有效處理，水環(huán)境污染將日趨嚴(yán)重，已建成的處理規(guī)模0.35萬m3/d的污水處理廠遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能處理發(fā)展中的三鎮(zhèn)的生活污水。因此，應(yīng)堅持環(huán)境與基礎(chǔ)設(shè)施先行的原則，對清江污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)建和改造。長期以來，污水處理的自動化控制一直是污水處理的核心，自動化水平的高低直接影響污水廠維護(hù)人員操作方便性及出水的穩(wěn)定性。本項目將污水處理流程工藝過程參數(shù)、主要設(shè)備運行情況等數(shù)據(jù)信息傳輸至中控室，在中控室即可對生產(chǎn)情況和工藝參數(shù)進(jìn)行PLC自動控制與調(diào)節(jié)。

1 污水處理廠概述

樂清市清江污水處理廠中期工程總規(guī)模為0.9萬m3/d，擴(kuò)建規(guī)模為0.55萬m3/d，工藝技術(shù)方案采用A2/O工藝，是厭氧/兼氧/好氧組成的處理模式，利用生物處理法脫氮除磷，為深度二級處理工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)

主要工藝流程：市政污水→粗格柵渠→提升泵房→細(xì)格柵渠→旋流沉砂池→厭氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→加藥終沉池→過濾池→紫外消毒池→計量外排池。

二沉池剩余污泥和加藥終沉池污泥依靠污泥泵至污泥貯池，在污泥貯池均質(zhì)后通過廂式壓濾機(jī)脫水，脫水后的泥餅集中外運處置。

污水處理廠產(chǎn)生的廢氣通過密閉收集后通過引風(fēng)機(jī)輸送至生物濾池，經(jīng)過處理后15m高空排放。

2 設(shè)備配置和使用

2.1 主要設(shè)備配置

中期擴(kuò)建工程主要設(shè)備的組成可根據(jù)作用功能分為：預(yù)處理單元、生化處理單元、物化沉淀單元、深度處理單元、污泥處置單元。清單詳見表2。

表2 主要設(shè)備配置

2.2 設(shè)備使用布局及作用

粗格柵機(jī)和污水提升泵屬于預(yù)處理單元設(shè)備，粗格柵機(jī)將較大的污物清除后，污水通過提升泵房的污水提升泵匯入原一期建有的細(xì)格柵渠和旋流沉砂池，經(jīng)過預(yù)處理工序后排入后續(xù)生化處理單元。

生化處理單元主要由磁懸浮風(fēng)機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、回流泵和污泥回流泵等設(shè)備組成。污水先匯入設(shè)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)的厭氧池和缺氧池，在厭氧微生物的作用下分解污水中的有機(jī)物，去除大部分COD。缺氧主要是用于好氧配合，將好氧池內(nèi)污水回流至缺氧池前段起到反硝化去除硝態(tài)氮的作用，達(dá)到脫氮的目的，同時去除部分BOD并在水解反應(yīng)作用下提高了污水的可生化性。在好氧池內(nèi)通過曝氣器和外置磁懸浮風(fēng)機(jī)保持水里的溶解氧含量在2mg/l以上，好氧菌進(jìn)一步將有機(jī)物分解為無機(jī)物，進(jìn)入后續(xù)物化沉淀單元。

物化沉淀單元主要由反應(yīng)攪拌機(jī)、加藥攪拌機(jī)、刮泥機(jī)、排泥泵、PVC計量泵等設(shè)備組成。好氧池內(nèi)污水先匯入二沉池，通過刮泥機(jī)將原有污泥截留在二沉池內(nèi)，污泥回流至好氧池前段，保證好氧池污泥濃度，剩余污泥排入污泥貯池。最后上清液流入加藥終沉池反應(yīng)段，計量泵通過進(jìn)水量調(diào)節(jié)投入反應(yīng)池內(nèi)的加藥量。在反應(yīng)池內(nèi)充分混合后進(jìn)入沉淀區(qū)域，實現(xiàn)固液分離，刮泥機(jī)將終沉池內(nèi)污泥集中至泥斗處，通過排泥泵將污泥排至污泥貯池，上清液至深度處理池。通過加藥終沉池的絮凝和沉析作用可去除生化處理單元無法去除的有機(jī)磷。

深度處理單元原一期已建，主要由V形濾池和紫外消毒池組成，將原有設(shè)施返修整改即可使用。污水經(jīng)過加藥終沉池后為保證出水懸浮物在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，設(shè)有V型濾池，經(jīng)過濾池處理后的污水流入最終的紫外消毒渠，通過紫外燈的作用起到殺滅細(xì)菌的作用，達(dá)標(biāo)廢水集中外排。

污泥處置單元主要由空壓機(jī)、氣動隔膜泵、壓榨泵、加藥系統(tǒng)、壓濾機(jī)、螺旋輸送機(jī)等設(shè)備組成。將匯入污泥貯池的二沉池剩余污泥和終沉池污泥均質(zhì)后通過啟動隔膜泵至壓濾機(jī)內(nèi)脫水干化處置，通過螺旋輸送機(jī)輸送至污泥斗內(nèi)，外運集中處置。

3 自動化控制系統(tǒng)的配置

自動化控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制層、儀器儀表、通信網(wǎng)絡(luò)、中控WINCC系統(tǒng)四部分組成。

3.1 現(xiàn)場控制層配置

現(xiàn)場控制層配有PLC控制柜、MCGS觸摸屏、以太網(wǎng)交換機(jī)、UPS等，各處理單元配有就地控制柜，根據(jù)位置和作用的不同，中期擴(kuò)建工程將現(xiàn)場控制柜分為8個，如下：提升泵房控制柜、細(xì)格柵間控制柜、風(fēng)機(jī)控制柜、綜合處理池控制柜一、綜合處理池控制柜二、脫水機(jī)控制柜、過濾池控制柜、在線監(jiān)測控制柜。MCGS觸摸屏可供現(xiàn)場巡檢人員操作，保障設(shè)備故障時可及時停機(jī)。

3.2 儀器儀表配置

為實現(xiàn)污水廠的自動化控制和處理過程監(jiān)測配置，儀表分為過程儀表分析儀和在線監(jiān)測分析儀。

過程儀表分析儀主要有：pH分析儀、ORP分析儀、污泥濃度儀、電磁流量計、渦街流量計、超聲波液位計等；過程儀表接入現(xiàn)場控制層PLC，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)除傳輸至平臺外，同時傳輸至中控室，便于運維人員對進(jìn)水水質(zhì)的把控與出水的監(jiān)控。

各單元過程儀表配置情況如下：提升泵房設(shè)有超聲波液位計，用于液位保護(hù)；厭氧池和缺氧池內(nèi)安裝pH分析儀、ORP分析儀，監(jiān)測過程單元pH值、硝酸氮濃度和反硝化情況；好氧池內(nèi)安裝溶解氧分析儀、pH分析儀、ORP分析儀、污泥濃度儀，作為控制信號和反饋信號，用于風(fēng)機(jī)供氣量的計算和控制；在風(fēng)機(jī)出口處安裝渦街流量計，用于計算風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量，作為變頻器風(fēng)量調(diào)節(jié)控制的反饋信號；在線監(jiān)測分析儀根據(jù)監(jiān)測因子和要求的不同進(jìn)出水設(shè)備的配置具有一定差異。

為跟蹤超標(biāo)排放的企業(yè)和防止進(jìn)水超出設(shè)計水質(zhì)范圍導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，進(jìn)水在線監(jiān)測房配置：pH分析儀、氨氮分析儀、總氮分析儀、總磷分析儀、COD分析儀、進(jìn)水電磁流量計、數(shù)據(jù)采集儀。進(jìn)水水質(zhì)直接傳輸至泵站管理中心平臺，根據(jù)各泵站的來水分析大致確認(rèn)違規(guī)排放的企業(yè)區(qū)塊，對企業(yè)勒令整改和處罰，保證污水廠穩(wěn)定運行。

為監(jiān)管運維單位和出水水質(zhì)情況，出水在線監(jiān)測房配備：pH分析儀、氨氮分析儀、總氮分析儀、總磷分析儀、COD分析儀、出水明渠流量計、數(shù)據(jù)采集儀、超標(biāo)留樣儀。出水水質(zhì)直接傳輸至國控環(huán)保在線監(jiān)測平臺，加強水質(zhì)監(jiān)管，提高運行人員的責(zé)任心。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)配置

PLC自動控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)可分為管理層、單元層、現(xiàn)場執(zhí)行層三層。

管理層，主要由服務(wù)器、打印機(jī)、主站PLC、工業(yè)以太網(wǎng)、監(jiān)控等組成，用于監(jiān)控管理的設(shè)備。

單元層，主要由各現(xiàn)場控制PLC柜和工業(yè)以太網(wǎng)組成，采用多模光纜，全雙工以太網(wǎng)傳輸。

現(xiàn)場執(zhí)行層，主要由AS-I現(xiàn)場設(shè)備、執(zhí)行器、傳感器等各類儀表組成?，F(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備主要采用485通信和4-20Ma模擬量信號連接。

3.4 中控WINCC系統(tǒng)配置

在中央控制室設(shè)有自控系統(tǒng)，配有：WINCC監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)平臺、二套操作系統(tǒng)、一幕布投影設(shè)施、二臺打印機(jī)、一套數(shù)據(jù)服務(wù)器等。

二套操作系統(tǒng)互為備用，同時接收及處理現(xiàn)場采集的所有數(shù)據(jù)，集中控制與管理污水廠內(nèi)現(xiàn)場控制層控制設(shè)備，記錄與查詢污水處理廠生產(chǎn)運行的主要數(shù)據(jù)和信息，在數(shù)據(jù)查詢平臺調(diào)用并打印數(shù)據(jù)。

通過組態(tài)軟件可將整個污水廠的平面布置和控制策略集成到一處，在中控室即可調(diào)看在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，過程儀表檢測數(shù)據(jù)變化情況以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理并顯示設(shè)備運行情況、異常報警、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表輸出等工作。

4 自動化系統(tǒng)控制

項目為擴(kuò)建工程涉及一期工程的自動化整合和中期擴(kuò)建工程的新建，將整個污水廠的污水自動化控制集中至一個中控室進(jìn)行控制和處理，將原先合理的程序應(yīng)用不變，將欠缺部分進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 粗格柵控制

粗格柵是污水處理的第一步，直接關(guān)系到后續(xù)污水處理的清渣工作量和維修工作，主要目的是去除固體廢棄物垃圾，及時將其清理出工藝流程。

對格柵機(jī)的控制，需要監(jiān)測格柵機(jī)兩側(cè)的液面差。通過格柵機(jī)前后的液位差來反映格柵機(jī)阻塞程度，進(jìn)行分析計算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)值后，系統(tǒng)控制清污機(jī)運行，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動暢通；在液位差未超過設(shè)定值時，清污機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可以大大減少設(shè)備損耗。若在液位差控制不采用的情況下可以切換控制方式采用時間控制，定時開啟粗格柵的運行進(jìn)行清渣。

4.2 污水提升泵控制

污水提升泵采用變頻控制，由超聲波液位計取得液位信號及自動控制泵的開停及臺數(shù)。系統(tǒng)累積各臺泵的運行時間，自動輪換水泵，保證各臺泵累積運行時間基本相等。水泵設(shè)置低液位保護(hù)，低液位信號傳至PLC，PLC通過對數(shù)字量的校驗，做出相應(yīng)的動作，并將該信號重新反饋至相應(yīng)的水泵，所有水泵處于聯(lián)鎖狀態(tài)。

4.3 過程pH自動控制

pH值的控制是該污水處理系統(tǒng)中的重要指標(biāo)。污水廠主要工藝流程的處理單元內(nèi)，安裝pH值傳感器，4～20mA模擬信號送PLC，由PLC控制堿泵和電磁閥化學(xué)藥品的投加量，保證pH值在給定值。在中控室控制面板上數(shù)顯表顯示各處理單元pH數(shù)值及堿泵的運行狀態(tài)，并對故障信號報警。

4.4 好氧池自動控制

好氧池在污水處理上有著非常重要的作用，是去除污染成分的主要處理單元。用于好氧池充氧的鼓風(fēng)機(jī)是污水處理廠的主要能耗源之一，風(fēng)機(jī)的運行占據(jù)污水廠1/2至2/3的電能。降低能耗是自動控制重要的策略之一。

設(shè)定好氧池的DO濃度為2-4mg/l，當(dāng)溶解氧濃度低于設(shè)定值時，開啟風(fēng)機(jī)，根據(jù)溶解氧濃度確定變頻器的運行頻率，通過渦街流量計反饋流量信號，并計算出需要供給的氣量。當(dāng)滿足設(shè)定條件的上限時，磁懸浮風(fēng)機(jī)受變頻器控制改為低頻運行或停止運行，整個過程通過PLC實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)。

4.5 加藥自動控制

在加藥終沉池和污泥脫水過程中為增加沉淀效果和污泥脫水性，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性能的絮凝體，達(dá)到泥水充分分離的處理效果，需進(jìn)行絮凝劑投加。加藥終沉池的加藥量根據(jù)終沉池的進(jìn)水量和進(jìn)水濃度控制，脫水加藥根據(jù)脫水機(jī)的進(jìn)泥量按照配比投加控制。

4.6 污泥回流控制

由于系統(tǒng)中不斷有新污水的排入，為保證好氧池中污泥濃度，需補充好氧池內(nèi)污泥量，保證微生物分解能有效進(jìn)行?；钚晕勰嘤啥脸鼗氐胶醚醭氐倪M(jìn)口，形成污泥回流。好氧池內(nèi)活性污泥的濃度直接影響分解有機(jī)物的效果。在污水處理系統(tǒng)中對回流污泥設(shè)置自動調(diào)節(jié)，同時工作人員可根據(jù)運行情況對回流污泥泵進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。

4.7 剩余污泥控制

整個系統(tǒng)中的污泥量由隔膜泵動力驅(qū)動流至處理設(shè)施，因此其流量基本為固定的，且污泥的產(chǎn)生與其加藥總量有著密切的關(guān)系，對加藥量的控制也是一定的，因此采用時間控制定時排泥，實現(xiàn)排泥無人看守。根據(jù)具體的情況設(shè)置排泥時間，排泥時間在中控室及觸摸屏上均可更改。時間控制進(jìn)行排泥，大大降低了勞動強度，使原先復(fù)雜繁瑣的排泥更加自動化、人性化。

5 結(jié)束語

隨著污水廠處理系統(tǒng)的不斷完善，對環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)起到了巨大作用。PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理廠不僅提高了污水處理生產(chǎn)效率，使得污水處理能力增強，而且大大降低了勞動力投入，降低了運行成本，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。