SBR法DAT-IAT工藝的過程控制

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簡介： 介紹了處理能力為10×104 m³/d、采用DAT—IAT工藝的天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠在自控程序開發(fā)中所遇到的問題和解決措施，并指出了今后在設(shè)計上應(yīng)引起注意的方方面面。
關(guān)鍵字：SBR法 DAT—IAT工藝 自動控制

中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)03-0047-04

　　天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠是我國采用DAT—IAT技術(shù)興建并投入運(yùn)行的第一座污水處理廠，占地6.71hm²，處理能力為10×10⁴m³/d，總投資1.7億元人民幣，其中利用挪威政府貸款490萬美元，主要設(shè)備均由國外引進(jìn)，1998年7月動工建設(shè)，1999年12月竣工。SBR法的DAT—IAT工藝具有占地省、自動化水平高、運(yùn)行調(diào)度靈活、管理簡單等優(yōu)點(diǎn)，其流程見圖1。

　　由圖1可知，除DAT—IAT處理單元外，其他都與傳統(tǒng)活性污泥處理工藝相同。該廠共有6組DAT—IAT反應(yīng)池，平面布置見圖2。
　　反應(yīng)池的進(jìn)水由位于巴氏計量槽下游的6座與各池對應(yīng)的淹沒式配水堰進(jìn)行均勻連續(xù)配水，每組反應(yīng)池的進(jìn)水流量為695m³/h。DAT池連續(xù)曝氣，IAT池有三種運(yùn)行狀態(tài)，即：曝氣、沉淀、潷水三個階段，每段1 h，總運(yùn)行周期3 h。6組IAT池的工作周期見圖3。

1　反應(yīng)池控制方式

1.1DAT池運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式
　　DAT池裝有一套由微孔曝氣器和空氣管路組成的曝氣系統(tǒng)，設(shè)溶解氧測定儀和污泥濃度計各一臺。DAT池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式有時間控制、DO控制、時間/DO控制三種方式。
　　①時間控制方式是一種應(yīng)急控制方式，只是在DO儀發(fā)生故障不能正常工作時才轉(zhuǎn)換到時間控制方式。時間控制方式是DAT池根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間程序，在曝氣過程和沉淀過程間自動切換，循環(huán)工作。
　?、贒O控制方式。當(dāng)切換到DO控制方式后，曝氣系統(tǒng)將根據(jù)DAT池中的溶解氧情況自動調(diào)節(jié)曝氣量來保持DAT池中正常的DO水平。DAT池中DO值的控制范圍設(shè)上限、下限兩個點(diǎn)，上限為2.5 mg/L，下限為1.5 mg/L，當(dāng)DO值高于上限值時，PLC將自動調(diào)節(jié)空氣管路中的空氣流量調(diào)節(jié)閥來減少對DAT池的曝氣量，反之則控制調(diào)節(jié)閥加大對DAT池的曝氣量。
　　上述調(diào)控必須在溶氧儀測定值保持5 min(此時間可調(diào))后，調(diào)節(jié)閥才開始動作。如果DO值在調(diào)節(jié)閥動作后的一定時間內(nèi)(可調(diào))仍未達(dá)到正常范圍，則PLC發(fā)出報警信號。
　?、蹠r間/DO控制方式。當(dāng)選擇時間/DO控制方式后，DAT池的曝氣將根據(jù)時間和DO兩種方式進(jìn)行工作，即在設(shè)定的曝氣時段內(nèi)，曝氣系統(tǒng)將按DO控制方式工作，而在設(shè)定的沉淀時段內(nèi)，曝氣系統(tǒng)將轉(zhuǎn)為時間控制方式。
1.2IAT池的控制方式
　　每座IAT池中裝有虹吸式潷水器三臺，每臺潷水能力為700m³/h，RAS泵兩臺，剩余污泥泵一臺，高低液位開關(guān)3只，溶氧儀一臺。
　　IAT池的曝氣階段可采用時間控制方式，也可切換為溶解氧控制方式，當(dāng)曝氣階段完成后，PLC將自動關(guān)閉曝氣管路中的空氣調(diào)節(jié)閥；在沉淀階段，池中活性污泥液面開始逐漸下降，上清液析出；當(dāng)設(shè)定的沉淀時間完成后即進(jìn)入潷水階段，雖然此時DAT池中的出水仍連續(xù)不斷地通過導(dǎo)流墻低速流入IAT池，但I(xiàn)AT池中三臺潷水器的潷水能力是進(jìn)水流量的三倍，因此IAT池液位開始下降，當(dāng)降低到最低液位時低液位浮球開關(guān)打開，控制潷水器的電磁放氣閥動作使?jié)麝P(guān)閉，IAT池進(jìn)入下一工作循環(huán)階段。
　　在IAT池的曝氣和沉淀階段，兩臺RAS泵將保持連續(xù)工作，不斷將活性污泥從IAT池打回到DAT池，以保持DAT池中的MLSS總量不變。RAS泵的工作可采用時間控制方式，也可由污泥濃度控制。
　　為保證活性污泥排放量的準(zhǔn)確，建議剩余污泥排放時間在IAT池曝氣階段進(jìn)行。

2　虹吸式潷水器

　　虹吸式潷水器是由澳大利亞AAT公司于20世紀(jì)80年代中期開發(fā)，1987年開始應(yīng)用于SBR工藝并逐漸普及的一種新式潷水器(見圖4)。

　　(1)虹吸式潷水器是由一排短管(歧管)匯集在一起，其下口恰在最低位以下，上端由一個頭部與U形下落管臂相連的堰臂連接在一起。
　　(2)U形管中部分充滿水，形成水封。
　　(3)堰臂和U形管下落臂通過一個電磁閥放氣，稱放氣閥。
　　(4)U形管上升臂與出廠管相連。
　　(5)當(dāng)IAT池中的水位上升時，存于出水短管和U形管水柱間的空氣形成氣封，氣封可以阻止活性污泥等在曝氣及沉淀階段流入堰臂和總管。
　　(6)當(dāng)水位通過堰臂上端時，最低潷水液位開關(guān)被關(guān)閉。
　　(7)在沉淀階段結(jié)束后，電磁閥打開，放出被封氣體(最少需時1～4 min)，直至液位降到最小潷水位。
　　(8)出水通過歧管、總管、U形管流出廠外。
　　(9)水位降至堰臂上部最低潷水液位時，最低潷水液位開關(guān)打開，電磁放氣閥關(guān)閉，此時出流進(jìn)入虹吸狀態(tài)。
　　(10)當(dāng)液位降至距歧管下口10 mm處時，低液位開關(guān)關(guān)閉，電磁閥再次打開，空氣回到歧管中，破壞虹吸(需時10 min)，應(yīng)至少保證潷水結(jié)束時間是要求的破壞虹吸到停止出水這段時間的3倍。
　　(11)當(dāng)虹吸破壞時，存于總管和歧管中的水通過歧管涌回到IAT池中。
　　(12)液面距歧管口100 mm的這段距離可以保證浮渣泡沫等不會隨出水流出。
　　(13)歧管、堰管和總管是經(jīng)精心設(shè)計的，因此能夠保證每個歧管中的流量相同，在潷水時不會擾動下部的泥層。
　　由虹吸式潷水器的構(gòu)造和控制方式可以看出，其具有構(gòu)造簡單、維護(hù)保養(yǎng)方便、造價低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下不足：
　?、贊疃裙潭ǎ荒軗?jù)工藝要求進(jìn)行隨意調(diào)整。
　　②產(chǎn)生和破壞虹吸的液位條件要求較高，即反應(yīng)池液位必須高于其匯水總管頂端時才能啟動潷水器形成虹吸狀態(tài)，破壞虹吸液位時必須保證歧管中存有足夠的氣量，才能使下一工作周期液位上升時歧管中的水不進(jìn)入?yún)R水總管中破壞氣封。
　?、蹪芰φ{(diào)整困難。

3　IAT池在不同工況下的控制模式

　?、俑叻辶髁抗r。當(dāng)實(shí)際流量大于設(shè)計流量較多時，會產(chǎn)生兩個問題，首先是池中液位會在未進(jìn)入潷水階段就已經(jīng)到達(dá)最高液位，如果此時啟動潷水器潷水，IAT池工作周期就會發(fā)生混亂。為此，需將潷水器的啟動條件設(shè)定為時間和液位兩個條件都具備時才可啟動潷水，即時間必須在潷水階段內(nèi)，液位必須到達(dá)潷水液位。其次是污泥未經(jīng)過足夠時間的沉淀就已經(jīng)到達(dá)潷水液位(如加上上面的兩個啟動條件后，就是溢流液位)或溢流液位，如果此時開始潷水或溢流，就很難保證出水水質(zhì)。為了解決這一難題，決定在最高潷水液位和最低虹吸破壞液位之間增設(shè)一中間液位浮球，其控制過程是：當(dāng)池中液位升至該浮球開關(guān)位置，如此時曝氣階段尚未結(jié)束，PLC就會強(qiáng)制停止該池的曝氣，提前開始沉淀(但大周期仍是曝氣階段)，這樣就能使污泥在開始潷水或溢流前有足夠的時間進(jìn)行沉淀，杜絕污泥外溢的可能。
　?、诹髁坎蛔愎r。當(dāng)實(shí)際流量比設(shè)計流量低時，又會引發(fā)與高峰流量相反的問題，即時間周期已進(jìn)入潷水階段，而液位尚未滿足潷水液位要求(比潷水液位低)，此時池中液位繼續(xù)上升，潷水周期已運(yùn)行較長時間后，液位才到達(dá)潷水液位，如果此時啟動潷水器，則有可能在潷水周期結(jié)束時潷水尚未結(jié)束(潷水時間約需50 min)。從潷水器的特點(diǎn)可以看出，如果未到達(dá)最低液位是不能強(qiáng)制破壞虹吸的，這樣在程序上就需將該周期的潷水時間自動延長，而將所延時間計入下一周期的曝氣時間中，使下一周期的曝氣時間相應(yīng)縮短，這樣就不致影響整個IAT池大周期的運(yùn)行。
　　③6組IAT池的工作連鎖工況。以上兩個問題的解決只是保證了IAT池運(yùn)轉(zhuǎn)的安全問題，但多池運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)安全問題尚未解決。從圖2中可以看出，系統(tǒng)中IAT1、IAT2、IAT3(IAT4、IAT5、IAT6)出水共用一根DN1 000的重力管道流入出水泵房，通過計算可知，即使運(yùn)行過程中該管道兩端有一定的液位差，其最大過流能力也不會大于4 000m³/h，而各池在潷水時的流量為2 100m³/h，即每條管道只允許一個池子潷水。為此，將IAT1、IAT2、IAT3(IAT4、IAT5、IAT6)的潷水條件設(shè)為互鎖，即其中一個池子潷水時，不得啟動其他兩池的潷水，而允許他們保持溢流狀態(tài)(溢流量為695m³/h，遠(yuǎn)小于潷水流量)。
　　增加上述連鎖條件后，某一池子的周期混亂又會造成整個系統(tǒng)的連鎖混亂，因此又將潷水啟動增加了一個條件，就是當(dāng)某一池子在進(jìn)入潷水周期后一定時間內(nèi)(暫定為20 min)，該池仍不具備潷水條件，則自動取消該周期的潷水階段。
　　經(jīng)過近一年的運(yùn)行，證明上述IAT池控制模式較好地解決了該廠SBR DAT—IAT工藝系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、適應(yīng)性和安全性問題，應(yīng)用效果良好。

4　鼓風(fēng)機(jī)的自控與工藝協(xié)調(diào)問題

　　當(dāng)SBR反應(yīng)池工作處于DO控制模式，鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)切換到自動控制狀態(tài)。當(dāng)池中DO值高于(或低于)設(shè)定范圍時，反應(yīng)池中的溶氧儀將信號送入系統(tǒng)PLC中，PLC中的PID調(diào)節(jié)器會自動計算并調(diào)節(jié)空氣管路中氣量調(diào)節(jié)閥的開啟度數(shù)，使調(diào)節(jié)池中的DO值至正常范圍。氣量調(diào)節(jié)閥的動作會引起管路中壓力值的變化，設(shè)在管路上的壓力傳感器就會將信號傳入鼓風(fēng)機(jī)主控盤內(nèi)置的PLC中，鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)置PLC中的PID調(diào)節(jié)器經(jīng)過計算，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)導(dǎo)葉片的開啟度，從而調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量。這一控制過程要求系統(tǒng)PLC的PID調(diào)節(jié)速度應(yīng)與鼓風(fēng)機(jī)自身的PID調(diào)節(jié)速度相協(xié)調(diào)，即鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)速度不應(yīng)小于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，否則就會發(fā)生鼓風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。鼓風(fēng)機(jī)的控制模式見圖5。

　　以上鼓風(fēng)機(jī)控制模式在傳統(tǒng)推流式曝氣池的曝氣控制上是較為理想的一種，但DAT—IAT工藝的曝氣情況較為復(fù)雜，液位不斷變化、周期性間歇曝氣這兩個特點(diǎn)又要求系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)DO值的速度不能太慢，否則池中DO就難于控制。
　　鼓風(fēng)機(jī)為丹麥HV—TURB公司生產(chǎn)的KA22S—GL225型，鼓風(fēng)量由其主控制盤上內(nèi)置PLC根據(jù)空氣管道壓力變化進(jìn)行PID自動調(diào)節(jié)，但在運(yùn)行調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，鼓風(fēng)機(jī)自身的PID調(diào)節(jié)速度遠(yuǎn)低于系統(tǒng)正常運(yùn)行所要求的PID調(diào)節(jié)速度，造成鼓風(fēng)機(jī)頻繁發(fā)生喘振現(xiàn)象，這樣就使反應(yīng)池曝氣難于切換到DO控制模式下進(jìn)行。該問題還有待于對鼓風(fēng)機(jī)和整個系統(tǒng)進(jìn)一步深入研究來解決。

5　設(shè)計上應(yīng)注意的一些問題

　　在運(yùn)行調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)多處設(shè)計上考慮不足的地方，給工藝的正常運(yùn)行和管理造成一定的困難。
　?、龠M(jìn)水流量不穩(wěn)定。進(jìn)水是由上游提升泵站直接通過一根DN2 200壓力管道輸送過來，并由一根DN1 200支管進(jìn)入廠內(nèi)提升泵站的，原設(shè)計思想是上游提升泵站的提升能力(約22×10⁴m³/d)遠(yuǎn)大于廠內(nèi)提升泵站的提升能力，分流10×10⁴m³/d即可滿足正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求，其余污水流入規(guī)劃中的第二污水處理廠。由于目前上游提升泵站實(shí)際輸送污水量只有8×10⁴m³/d左右，且日變化量很大(白天高峰流量達(dá)到4 300m³/h)，故造成夜間常常出現(xiàn)2 h左右的斷水現(xiàn)象。再由于中間沒有任何可作水量調(diào)節(jié)的設(shè)施，這就造成了高峰流量時處理不了而夜間又常常斷水的現(xiàn)象，給整個工藝的正常運(yùn)行造成了很大困難。
　?、谑Ｓ辔勰啾玫陌惭b位置問題?，F(xiàn)剩余污泥泵安裝于IAT池中，為了能夠準(zhǔn)確地控制污泥量的排出，其工作周期只能在IAT池曝氣階段進(jìn)行，這樣其有效工作時間就受到了限制(＜1 h)。如果設(shè)計上將其置于DAT池，其工作時間就可任意調(diào)整，提高了工藝調(diào)整的靈活性。
　?、鄹鳂?gòu)筑物的相對高程問題。原設(shè)計中，貯泥池的最低工作液位低于IAT池，造成在貯泥池工作液位較低時，IAT池中的活性污泥通過重力流而不通過剩余污泥泵即可進(jìn)入貯泥池的問題，使剩余污泥的排放量和貯泥池的工作周期都難于控制。為解決此問題，在控制上不得不將貯泥池進(jìn)泥閥的開關(guān)與剩余污泥泵的啟停進(jìn)行連鎖，只有當(dāng)剩余污泥泵(任何一臺)啟動時，進(jìn)泥閥才自動打開，這樣就使貯泥池進(jìn)泥閥的啟閉次數(shù)大大增多，從而縮短了其正常的使用壽命。該問題今后如在高程設(shè)計上不好解決，建議在進(jìn)泥管路上作適當(dāng)考慮。

6　結(jié)語

　　①在DAT—IAT工藝自控程序的開發(fā)中，為了使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，在程序中設(shè)定了許多工藝過程的連鎖關(guān)系；同時，為了使該工藝具有較強(qiáng)的靈活性，又將其中大量工作參數(shù)設(shè)為可調(diào)值，成為可變因素。過多的連鎖和可變因素，使系統(tǒng)安全性降低，這就要求其管理人員必須具有較強(qiáng)的系統(tǒng)把握能力，對每一個工作參數(shù)的調(diào)整都能從整體上進(jìn)行考慮，這樣才能更好地操作和利用該工藝。
　?、贒AT—IAT工藝在我國的應(yīng)用還處于剛剛起步階段，在設(shè)計、運(yùn)行、關(guān)鍵設(shè)備的選型、控制模式等方面還有許多問題需要在今后的工作中進(jìn)一步積累經(jīng)驗，加以完善，使其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)：
［1］王秀朵，周雹.DAT—IAT工藝處理城市污水［J］.中國給水排水，1999，15(1)：15-17.

　　電　話：(022)66203572
　　收稿日期：2000-10-08