A/DAT-IAT工藝自動(dòng)控制必要性及其過(guò)程控制

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簡(jiǎn)介： 本論文介紹了A/DAT-IAT工藝自動(dòng)控制必要性及其主要控制過(guò)程，實(shí)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(yùn)行在最佳狀態(tài)。
關(guān)鍵字：A/DAT-IAT工藝 自動(dòng)控制 廢水處理

1.A/DAT-IAT工藝自動(dòng)控制必要性

　　A/DAT-IAT工藝是傳統(tǒng)SBR法經(jīng)過(guò)不斷演變發(fā)展來(lái)的，其去除有機(jī)物和脫氮的機(jī)理和傳統(tǒng)SBR法是相同的，所不同的只是運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)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(guó)應(yīng)用SBR工藝的污水處理廠(chǎng)基本是人工手動(dòng)控制，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，這不僅需要更多的運(yùn)行管理人員，增加了運(yùn)行操作人員的強(qiáng)度，而且降低了工藝處理過(guò)程的可靠性。因此，為了保證廢水處理過(guò)程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，同時(shí)為了滿(mǎn)足廢水處理工藝的需要，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前在國(guó)內(nèi)外各污水處理廠(chǎng)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(dòng)控制是根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)來(lái)進(jìn)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(jí)的控制。而針對(duì)不同的進(jìn)水有機(jī)物和NH₃-N濃度以及出水要求，恰當(dāng)?shù)馗淖兎磻?yīng)時(shí)間、HRT、混合液回流比和各池進(jìn)水流量等工藝參數(shù)，在保證處理水質(zhì)的同時(shí)，盡可能減少運(yùn)行費(fèi)用，防止污泥膨脹，這是更高層次的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制。然而，至今有機(jī)物和NH₃-N在線(xiàn)檢測(cè)傳感器還沒(méi)有問(wèn)世，無(wú)法根據(jù)池中的有機(jī)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(jià)格便宜、精度高、又便于與計(jì)算機(jī)接口的儀器實(shí)現(xiàn)廢水生物處理的自動(dòng)控制。

　　實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制就是要在進(jìn)水COD和NH₃-N濃度無(wú)規(guī)律大幅度變化的情況下，根據(jù)特性曲線(xiàn)、數(shù)學(xué)模型、有關(guān)規(guī)則和測(cè)定值等對(duì)各處理單元的工藝控制過(guò)程和參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析和表達(dá)，利用人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及新的研究成果讓計(jì)算機(jī)模擬人腦進(jìn)行控制，進(jìn)而完成其它控制方式無(wú)法處理的信息，實(shí)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(yùn)行在最佳狀態(tài)。

　　2. A/DAT-IAT工藝的過(guò)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(guó)內(nèi)外各污水處理廠(chǎng)廣泛應(yīng)用并取得較好的處理效果。一般由三級(jí)構(gòu)成：第一級(jí)，就地控制（即MCC）；第二級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)控制站（即PLC）；第三級(jí)，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(chǎng)設(shè)有就地控制箱，配有自動(dòng)/手動(dòng)切換旋鈕，在遇到特殊情況（調(diào)試和維修等）可以通過(guò)旋扭操作直接啟/停設(shè)備，干預(yù)程控控制，在正常時(shí)轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制。

　　⑵現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站。接受上位機(jī)程控指令，執(zhí)行實(shí)時(shí)控制，循環(huán)檢測(cè)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)向上位機(jī)發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。根據(jù)工藝流程圖布置，虛設(shè)三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站。第一級(jí)子站對(duì)格柵、進(jìn)水泵站、沉砂池、計(jì)量渠水質(zhì)水量的監(jiān)控；第二級(jí)子站對(duì)曝氣池內(nèi)的閘閥、溶解氧的讀取、鼓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)及啟停、回流泵和潷水器啟停的監(jiān)控；第三級(jí)子站對(duì)污泥泵、污泥流量、投藥泵和脫水機(jī)的監(jiān)控。

　?、侵醒肟刂剖?。以工控機(jī)作為PLC的上位機(jī)，充當(dāng)人機(jī)界面，根據(jù)廢水處理工藝要求預(yù)置幾套工藝流程，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。設(shè)備運(yùn)行狀況、儀表檢測(cè)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(dòng)態(tài)曲線(xiàn)跟蹤、歷史曲線(xiàn)查詢(xún)、形象動(dòng)畫(huà)顯示等。人機(jī)界面友好，操作方便，關(guān)鍵控制點(diǎn)密碼保護(hù)，系統(tǒng)安全可靠。計(jì)算機(jī)參與設(shè)備管理、累計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、計(jì)算電能消耗。并可根據(jù)事先設(shè)定的監(jiān)控范圍、對(duì)流量、液位、PH值等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，一旦超出設(shè)定范圍，計(jì)算機(jī)立即啟動(dòng)聲光報(bào)警，并將這一時(shí)刻的有關(guān)數(shù)據(jù)、工況記錄下來(lái)，以供分析、決策。計(jì)算機(jī)所測(cè)的數(shù)據(jù)按一定時(shí)間間隔記錄在硬盤(pán)上，用戶(hù)根據(jù)需要隨時(shí)將有關(guān)數(shù)據(jù)打印出來(lái)。

　　如圖6.1所示，A/DAT-IAT工藝流程需要控制量較多，有格柵、進(jìn)水泵房、沉砂池、鼓風(fēng)機(jī)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(xì)兩道，廢水由污水井進(jìn)入粗格柵，主要攔截較粗大的懸浮物，保證進(jìn)水泵正常運(yùn)行。然后流入細(xì)格柵，以去除廢水中較小顆粒的懸浮物。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有就地控制器，可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制。對(duì)格柵自動(dòng)控制采用兩套方案，一是根據(jù)格柵前和格柵后液位差進(jìn)行控制運(yùn)行，當(dāng)液位差達(dá)到設(shè)定值，說(shuō)明格柵上的懸浮物較多，啟動(dòng)格柵運(yùn)行刮去格柵上的懸浮物；二是定時(shí)運(yùn)行，當(dāng)液位計(jì)失靈時(shí)，格柵由液位控制轉(zhuǎn)為定時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行間隔可根據(jù)污水廠(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定。另外還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制柵渣輸送，處理與格柵聯(lián)動(dòng)，延時(shí)停機(jī)，各設(shè)備運(yùn)行工況指示及事故報(bào)警，重要運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)傳至中央控制室^[52]。

　　2．進(jìn)水泵房控制

　　水泵是污水廠(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是將粗格柵流出的廢水提升到細(xì)格柵間。在進(jìn)水房里，假設(shè)有四臺(tái)水泵需要監(jiān)控，其中有一臺(tái)為變頻泵，另三臺(tái)兩用一備。在進(jìn)水泵房里設(shè)有就地控制箱，可進(jìn)行手動(dòng)與自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換。自動(dòng)控制過(guò)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(dòng)變頻水泵就可以。當(dāng)水位上漲時(shí)，加大變頻泵轉(zhuǎn)速，超過(guò)較高水位并維持10s時(shí)間，則啟動(dòng)一臺(tái)固定水泵，如果水位繼續(xù)上升，并達(dá)到高水位時(shí)，再啟動(dòng)一臺(tái)固定水泵，當(dāng)水位超過(guò)超高水位并維持10s時(shí)間報(bào)警。若水位下降，降至較低水位時(shí)，則先運(yùn)行的固定水泵停止運(yùn)行，若水位繼續(xù)下降，降至低水位時(shí)，則關(guān)掉另一臺(tái)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(bào)警。

　　3．沉砂池控制

　　沉砂池主要用來(lái)沉淀一些比重較大、易于沉淀分離下來(lái)的顆粒物質(zhì)，主要包括無(wú)機(jī)性的砂粒、礫石和少量較重的有機(jī)性的顆粒。上述顆粒物質(zhì)表面還附著一些粘性的有機(jī)物質(zhì)，這些粘性有機(jī)物是極易腐敗的污泥。廢水中的砂如不去除，會(huì)在后繼處理單元或渠道內(nèi)沉積，并使設(shè)備過(guò)度磨損。排砂時(shí)間過(guò)短會(huì)使排出來(lái)砂含水率增大，增加處置的難度。排砂間隔時(shí)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(duì)于合流制來(lái)說(shuō)，下雨天砂量要比平時(shí)大得多，一方面由于雨水帶入較多的泥沙量，另一方面平時(shí)沉積在管道的泥沙由于水流流速較大被沖刷進(jìn)入污水廠(chǎng)，因此要增加排砂次數(shù)或連續(xù)排砂?，F(xiàn)場(chǎng)PLC控制可以根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)置多種運(yùn)行方式，靈活運(yùn)行。

　　上面廢水進(jìn)入巴歇爾計(jì)量槽，在計(jì)量槽里安裝有pH計(jì)、溫度計(jì)、超聲波液位計(jì)。水量可以根據(jù)液位計(jì)測(cè)的液位計(jì)算得到。當(dāng)測(cè)的pH值小于5.5或大于8.5時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)，保護(hù)活性污泥。

　　4．鼓風(fēng)機(jī)

　　目前新污水廠(chǎng)采用鼓風(fēng)曝氣較多。對(duì)于鼓風(fēng)曝氣污水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，鼓風(fēng)機(jī)是廢水生化工藝的心臟，又是廢水處理過(guò)程中最大的電耗設(shè)備。羅茨式鼓風(fēng)機(jī)是使用最廣泛的鼓風(fēng)機(jī)，其主要性能特點(diǎn)就是節(jié)能。當(dāng)相對(duì)壓力低于或等于48KPa時(shí)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)效率高于相同規(guī)格的離心鼓風(fēng)機(jī)的效率。鼓風(fēng)機(jī)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(tái)鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)成。其中PID調(diào)節(jié)器對(duì)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信心轉(zhuǎn)換的電信號(hào)與用戶(hù)設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得到頻率信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和出氣量。第二子站PLC負(fù)責(zé)變頻器的起制動(dòng)和鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行狀況和運(yùn)行準(zhǔn)備監(jiān)控，并能自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)定值，增大鼓風(fēng)機(jī)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(mǎn)足設(shè)定值，則啟動(dòng)另一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。在啟動(dòng)過(guò)程中，先將前一臺(tái)頻率降到啟動(dòng)頻率，待后一臺(tái)完全啟動(dòng)時(shí)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(gè)設(shè)備的開(kāi)停和運(yùn)行狀態(tài)主要由第二子站的PLC控制。缺氧池中安裝了pH計(jì)和污泥計(jì)，DAT池和IAT池中分別安裝了pH值計(jì)、DO儀、污泥濃度計(jì)。A/DAT－IAT池自動(dòng)控制過(guò)程為：缺氧池連續(xù)進(jìn)水，DAT池連續(xù)曝氣，曝氣量由空氣閘閥控制，而閘閥開(kāi)啟度由DO儀反饋信號(hào)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。