——天津開發(fā)區(qū)污水處理廠DAT-IAT自控淺析

天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠
關代宇　李會元　李健

　　天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠是采用國際上比較先進的SBR生產工藝。SBR法是序批式活性污泥法［Sequencing Batch Reactor］的簡稱。該工藝在1914年就面世了，但是由于該工藝的操作過程比較繁瑣，與其它工藝相比較SBR所需控制的參變量較多，對儀表的精度和可靠性有較高的要求，而當時的自動化控制水平很低，也不可能有精度和可靠性都較高的儀表，限制了SBR工藝的發(fā)展和推廣。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，特別是自動化水平的提高，對污水處理過程進行全自動化的管理和監(jiān)控成為可能，所以SBR法近年來得到迅速的推廣。在國內，SBR工藝的應用還不多見，其工藝過程和原理并不十分復雜，但對過程控制的各種參數(shù)要求很高，對儀表的穩(wěn)定性和準確性有一定的要求。

　　天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠采用SBR工藝中的DAT-IAT法，日處理污水十萬噸，它是一種連續(xù)進水、間歇曝氣、間歇排水的工藝，整個污水廠實行集中控制，分散管理的方式。它把管理層和控制層分開，降低誤操作對整個工藝的影響，增加了系統(tǒng)運行的可靠性。
　　開發(fā)區(qū)污水處理廠在控制方面實行三級管理。第一級為互為熱備的兩臺主機，確實保證整個控制過程的連續(xù)性和安全性。兩臺主機的基本任務是對整個工藝過程進行實時監(jiān)控，顯示設備的運行狀態(tài)，修改部分工藝參數(shù)，對報警和各種報表的自動記錄和打印，關健數(shù)據(jù)的歷史記錄的保存，各種參數(shù)的瞬時和歷史曲線的顯示，第二級為現(xiàn)場控制站，它是由水區(qū)、泥區(qū)、模擬屏三個PLC構成，分別對水區(qū)、泥區(qū)的信號進行采集和控制。第三級為就地控制級，是分布全廠的四個馬達控制中心。
　　污水流入廠內的第一道工序是粗格柵，對粗格棚的控制有兩種方式，一種為時間控制，另一種為液位控制，通過粗格柵前后的超聲波液位計計算差值，運行方式的選擇在上位機進行。與粗格柵相配合動作的還有螺旋壓榨機，把粗格柵清除的污物壓擠打包，與粗格柵同步起動，但停止時間滯后于粗格柵半分鐘。污水經由格柵進入進水泵房，進水泵房有六臺潛水泵，由于開發(fā)區(qū)污水廠地處工業(yè)區(qū)，水量的供應極不平衡，變化系數(shù)比較大，這就需根據(jù)進水泵房超聲波液位計反饋的水位信號來起動進水泵的臺數(shù)，按照先開先停，后開后停，優(yōu)先起動累計運行時間最短的原則來控制進水泵的起停，并設有液位超高報警和泵的干運轉保護。為了避免進水泵的頻繁起停，每臺泵起停前均有兩分鐘的延時，以消除瞬間干擾，并且單臺每小時起動次數(shù)不得高于五次，每臺泵都有溫度和濕度的保護，信號直接傳給PLC。污水經提升后進入細格柵，對于細格棚的控制與粗格柵完全相同，這里不再贅述。
　　污水經由細格柵進入對稱的兩座鐘式沉砂池，每座鐘式沉砂池內置一帶變頻裝置的攪拌器，通過調節(jié)變頻器，改變攪拌的速度，以達到工藝要求的最佳點。鐘式沉砂地采用旋流方式清除大的無機顆粒，由安裝在沉砂池底部的砂泵打出。上面的污水則由巴式計量槽進入配水井，在計量槽上安裝有PH計、溫度計、流量計，當測得的PH值低于5.5或高于8.5時，立刻關閉進水閥門，以保護反應池中的活性污泥。在配水井前有六個淹沒式配水堰，控制進入各組反應地的水量。我廠共有六組SBR反應地，每組又分為兩段，即DAT池和IAT池，如下圖所示：

　　在DAT和IAT的地底設置微孔曝氣器，DAT池內裝有溶解氧儀、污泥濃度計，IAT池有溶解氧儀、污泥回流泵、剩余污泥泵，在DAT和IAT池上的空氣支管分別裝有空氣調節(jié)閥。其工藝控制過程如下：DAT和IAT的曝氣由空氣調節(jié)閥控制，而空氣調節(jié)閥的開起度與溶解氧儀反饋的信號有關，溶解氧的設定根據(jù)水質、水的溫度等情況在上位機設置。當DAT污泥濃度低于設定值時，回流污泥泵起動，把活性污泥從IAT打到DAT池，當高于設定值時，剩余污泥泵起動，把活性污泥從IAT打到儲泥地中?；亓魑勰啾?、剩余污泥泵均在IAT曝氣時起動，對它們的控制分為時間控制和儀表控制兩種，儀表一但有問題就改成時間控制。潷水過程是由氣鎖虹吸式潷水器完成的，由安裝在潷水器排氣管上的電磁閥來控制排水和結束。DAT為連續(xù)爆氣過程，IAT有三個周期，即曝氣、沉淀、潷水各一個小時，由于受到進水的不規(guī)律性和出水泵能力的限制，影響反應周期的正常運行，這些問題在PLC編程中得到充分的考慮。正常情況下，六組池子日處理污水十萬噸，為了避免六組池子同時潷水，把它們分成三組，間隔為一小時，即1-4、2-5、3-6相互間隔一個周期，對應每一組反應池，都設有一個軟開關，控制該組反應地是否投入運行，用以根據(jù)水量確定投入的池子數(shù)和利于以后對池子的檢修方便。以上的設置在上位機完成。同時我們還考慮到對一些特殊情況的處置，假如進水水量過小或斷流，雖到了潷水周期，但由于反應池水位低而無法進行潷水，則這組池子的潷水自動延時二十分鐘，同時在上位機上作出潷水延時的報警。若延時二十分鐘后仍沒到潷水水位，潷水周期取消，改為繼續(xù)沉淀，等待下一個周期的到來。若到了潷水水位，則執(zhí)行潷水程序，延長的時間計算在下面的曝氣時間內，即縮短了下一個周期的曝氣時間，使以后的周期能夠正常進行。這樣就會出現(xiàn)另外一個問題，隨著污水的不斷流入或許沒到下一個潷水周期，但對于這組池子而言已到了潷水水位，則部分污水由溢流管排出。在任一時刻，只允許兩個池子潷水。以上的控制由水區(qū)PLC完成。通過以上的控制確保生產的連續(xù)運營，同時增強了自控對一些特殊情況的應變能力。
　　出水泵的控制與進水泵的相同。在出水之前還有最后一道工序——加氯消毒，一般僅在夏季，由于細菌、病菌的增多，需對處理完的污水進一步消毒，加氯是由加氯機自動完成，其本身自成一套系統(tǒng)，只對外傳送狀態(tài)信號，并有漏氯報警和漏氯吸收裝置。
　　鼓風機是污水廠的心臟，我廠共有四臺丹麥HV-TURBO產的KA22S—GL225型鼓風機，單機的能力為18000立方米/小時。每臺單機都有一小型PLC，對單機的運行環(huán)境、運行狀況和準備工作進行監(jiān)控，并能自動報警停機。此外還有一主控盤，負責四臺聯(lián)機時的控制。主控盤的作用可以分為兩部份，一是負責設置鼓風機的起停順序，另一部份為PI調解器，可以在其上設置所要求的空氣管道壓力值。每臺風機的操作可分為手動和聯(lián)動，手動時，可手動調整出口導葉的角度；當四臺聯(lián)機時，由主控盤依據(jù)先前設定好的次序起動鼓風機，根據(jù)需要起動鼓風機的臺數(shù)。通過在鼓風機主控盤上的PI調節(jié)器，對設定壓力值和空氣主管上的壓力計反饋信號進行比較，調節(jié)出口導葉片的角度，以確保壓力的均衡。當壓力不足需再起動鼓風機時，在起動過程中，先將前一臺的開起度降低，同時起動后一臺，待后一臺完全起動后，出口導葉片的開起度自動打到零位，根據(jù)需要增加前一臺的開起度，假若打到全開還不夠，則再增加后一臺的開起度，以防止壓力波動太大。鼓風機自成一套系統(tǒng)，無須人為干涉，并對外傳送鼓風機的狀態(tài)信號和報警信號。
　　對于泥處理其自動控制相對于水的就簡單多了。剩余污泥泵把活性污泥從IAT打到儲泥地，儲泥地內有大孔振動曝氣器，防止活性污泥的厭氧。儲泥地有起落式潷水器，當活性污泥達到要求液位，停止曝氣開始沉淀，一小時后，起落式潷水器根據(jù)污泥界面計的值下潛，潷掉儲泥地的上清液，潷水完畢拉起潷水器。由潛水污泥泵打入脫水機房，在脫水機房污泥與高分子絮凝劑混合進人脫水機。機房內共有三臺德國ROEDIGER公司產的脫水機，經過旋轉預脫水和帶式濾布傳送，圓輥的擠壓，把泥漿壓擠成泥餅運出廠區(qū)。
　　整個泥區(qū)由泥區(qū)PLC控制，剩下的都由水區(qū)PLC完成。泥區(qū)共有模擬量四點，數(shù)字量二百多點，水區(qū)共有模擬量近八十點，數(shù)字量五百多點。水區(qū)的為SIMATIC的S7-400，泥區(qū)和模擬屏的為S7-30O。模擬屏PLC只是接收水區(qū)、泥區(qū)的信號，并輸出給模擬屏。PLC具有很強的抗干擾能力和很高的穩(wěn)定性，水區(qū)、泥區(qū)在上位機或總線出現(xiàn)故障時，仍能完成各自的任務，確保工廠的運行。
　　各現(xiàn)場控制站和中控室的上位機用通訊纜連在一起，構成總線型的拓撲結構，采用SIMATIC的SINECL2組網(wǎng)方式。上位機通過SINECCP5412通訊處理器與總線相連，它是上位機與L2通訊的接口。上位機采用美國Intllution的FIX32數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集軟件，一臺為運行版，一臺為開發(fā)版。Intllution公司是世界知名的工業(yè)控制方面的專業(yè)軟件公司，其設計理念十分貼近工業(yè)自控的實際。FIX是以WINDOW NT為操作平臺，其以DRAW、VIEW、DATABASE三個部分為核心，用DRAW設計工廠的工藝流程和所需控制的設備儀表等人機界面，它有豐富的圖集以共使用；用VIEW完成數(shù)據(jù)連接，顯示工藝流程、儀表數(shù)據(jù)和設備的實時狀態(tài)，各種數(shù)據(jù)的存取以DATABASE為中心。其中對于整個工藝而言部分經常需改動的參數(shù)直接可在上位進行修改。圍繞上述功能塊，對報警進行打印和儲存，通過DDE SERVER，使用EXCEL對重要的數(shù)據(jù)進行記錄和生成日報表，并打印所需報表。
　　通過對全過程的監(jiān)控，實現(xiàn)了整個工廠的全自動化運行，大大提高了生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性，減少了由于人為的因素而帶來的干擾，大大地減輕了勞動強度。
　　隨著計算機和網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，自動控制的技術也正在迅猛發(fā)展。在我們所引進的自控儀表中，有部分額外附帶具有HART協(xié)議的智能化儀表，HART［Highway Addressable Remote Transducer］協(xié)議最初由美國Rosemount公司開發(fā)，HART協(xié)議采用FSK技術，它在模擬信號上疊加數(shù)字信號，使用OSI的1、2、7三層。如今除了HART之外，還有PROFIBUS、CAN、FF等幾種應用范圍較廣的影響較大的現(xiàn)場總線技術。這些智能儀表都帶有微處理芯片，這就使它們有了一定的計算能力，同時還具有通訊能力，它們不再依靠控制室的計算機或PLC的控制，不僅能輸出4-20mA的模擬信號，還能輸出數(shù)字信號，這就能使之直接連入網(wǎng)絡，成為一個節(jié)點。這種網(wǎng)絡就是目前自動控制領域現(xiàn)在和未來的發(fā)展趨勢——現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是把各種控制儀表用雙絞線連在一起，按照標準化、公開化的通訊協(xié)議，形成的一個底層的控制網(wǎng)絡。它是繼DCS系統(tǒng)后的新一代控制系統(tǒng)，打破了集散系統(tǒng)專用的閉鎖的框子，在標準化、公開化的通訊協(xié)議下，把不同廠家的不同設備連在一起。極大的提高了系統(tǒng)的分散度，簡化了系統(tǒng)的結構，提高了系統(tǒng)的安全性，最大限度的降低故障的影響范圍。隨著社會的發(fā)展，幾種應用范圍較廣影響較大的現(xiàn)場總線技術必將會有一個統(tǒng)一的規(guī)范和標準，從而真正形成一個高度開放的互連系統(tǒng)。
　　隨著科學技術的發(fā)展和社會對環(huán)保的重視，必將有更多的新技術廣泛地應用到污水處理行業(yè)，使污水處理行業(yè)有更大的發(fā)展。