含工業(yè)、生活混合廢水的凈水廠自控系統(tǒng)分析

張耀文

(廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司，廣東 廣州 510000）

在城市開發(fā)區(qū)或工業(yè)區(qū)中，往往存在著一些大型、高新類的制造型企業(yè)，這些工廠產(chǎn)生的工業(yè)廢水雖然已經(jīng)過一定的處理，但如果直接排放到附近的水體中仍然會造成一定的污染，并且此類工廠的員工人數(shù)較多，產(chǎn)生的生活污水量也較多，因此，在附近建造新的凈水廠對這些工廠產(chǎn)生的混合廢水進(jìn)行處理。

1 凈水廠的進(jìn)水特點(diǎn)

本工程設(shè)計規(guī)模為5萬噸/天，項(xiàng)目經(jīng)處理后排放的尾水根據(jù)設(shè)計要求出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)，具體的設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

本工程廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)按照<城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>（GB18918—2002）要求，廢氣排放滿足二級標(biāo)準(zhǔn)。

污泥排放控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部的規(guī)定“污水處理廠以貯存（即不處理處置）為目的將污泥運(yùn)出廠界的，必須將污泥脫水至含水率60%以下”，本工程控制在污泥脫水后含水率小于60%。

凈水廠的進(jìn)水分成兩路，分別為綜合廢水和含氟廢水，綜合廢水經(jīng)過格柵后到生化反應(yīng)池，之后經(jīng)過二沉池、氧化、BAF生物濾池、高效沉淀池，最后消毒出水。含氟廢水經(jīng)過預(yù)處理裝置、硝化濾池后匯入到綜合廢水的處理工藝中。

2 自控系統(tǒng)的架構(gòu)和難點(diǎn)

凈水廠的自控系統(tǒng)按集中管理、分散控制的原則設(shè)計，采用三層結(jié)構(gòu)，即由管理層、控制層、設(shè)備層三個層次構(gòu)成。

管理層包括上為監(jiān)控（主、備冗余）服務(wù)器、視頻服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器、工程師站、操作員站、大屏幕顯示系統(tǒng)（含接拼服務(wù)器）等設(shè)備。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

圖1 工控網(wǎng)與視頻監(jiān)控構(gòu)架圖

控制層包括綜合泵房控制站1 LCU及分布式I/O站1 DIO1、進(jìn)水儀表間控制站2 LCU、機(jī)修配電間控制站3 LCU（及3 DIO1）、脫水機(jī)房控制站4 LCU（及4 DIO1）、風(fēng)機(jī)房控制站5 LCU（及5 DIO1）、出水儀表間控制站6 LCU以及懸浮風(fēng)機(jī)、脫水系統(tǒng)、臭氧系統(tǒng)等工藝設(shè)備附帶的控制單元等設(shè)備，現(xiàn)場控制站主要由PLC、UPS、觸摸屏及IO模塊組成。

設(shè)備層由現(xiàn)場儀表、閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、現(xiàn)場設(shè)備控制箱等系統(tǒng)構(gòu)成。

管理層與控制層設(shè)備之間采用以單模光纖為主干的環(huán)形1 000 Mb/s工業(yè)以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)工控網(wǎng)與視頻監(jiān)控合一，詳細(xì)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)的PLC采用AB的1756系列，組態(tài)軟件采樣RSview SE，C/S冗余服務(wù)器加上WEB發(fā)布服務(wù)器架構(gòu)。

水廠的工藝設(shè)備種類繁多，設(shè)備自控系統(tǒng)的接口多樣，存在著數(shù)字量輸入（DI）、數(shù)字量輸出（DO）、模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）；Profibus-DP總線通訊、MODBUS-RTU總線通訊；以太網(wǎng)通訊等接口。在深化設(shè)計過程中需要事先理清每個站點(diǎn)的IO信號清單，IO接口。在現(xiàn)場安裝和調(diào)試的過程中需嚴(yán)格按照藍(lán)圖施工，并根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際情況調(diào)整，施工的工藝要求較高，嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，強(qiáng)弱電分離，做好屏蔽和接地工作，為后續(xù)的運(yùn)行和維護(hù)工作創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

3 對工藝設(shè)備控制的分析

為了使凈水廠的日常生產(chǎn)更為高效可靠，需對各工藝段內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行精確地自動化控制，就凈水廠的運(yùn)行工藝要求進(jìn)行分析，對水質(zhì)處理的關(guān)鍵為生化池、曝氣生物濾池、高效沉淀，而工業(yè)廢水部分則是進(jìn)入格柵之前的硝化反應(yīng)部分。在系統(tǒng)深化設(shè)計時制定詳細(xì)的控制方案，通過組態(tài)軟件開發(fā)凈水廠人機(jī)界面，編程由PLC執(zhí)行。

考慮到生化池內(nèi)的設(shè)備多為攪拌器、曝氣機(jī)，因此，此部分的設(shè)備控制多采用遠(yuǎn)程手動啟停即可，需要注意的是純氧曝氣機(jī)出口的純氧濃度，對其進(jìn)行檢測，以提示操作人員。

二沉池的刮泥機(jī)同樣是采用遠(yuǎn)程進(jìn)行手動啟停操作。

生化池、二沉池下部建有多個水池，用于回流、回收、事故和出水等，分別裝有兩到三臺的潛水泵，主要的控制方式為根據(jù)液位值啟停，但出水泵（均為變頻控制）的控制考慮到后部的高效沉淀需要進(jìn)水量相對比較穩(wěn)定，因此應(yīng)用恒流量控制模式，PLC采用PID控制器對出水泵的頻率進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整，并根據(jù)需要的泵運(yùn)行數(shù)量自動進(jìn)行水泵啟停的操作。

生物濾池系統(tǒng)共設(shè)6組濾池，各組濾池都由1臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)（變頻）進(jìn)行曝氣；各組濾池均設(shè)有進(jìn)水閥、排氣閥、反沖進(jìn)水閥、反沖排水閥、反沖進(jìn)氣閥以及裝置自帶的壓力開關(guān)、液位開關(guān)、壓力變送器，各閥門按正常過濾、沖洗、強(qiáng)力沖洗等順序控制程序進(jìn)行開關(guān)動作。

濾池的控制模式可分為遠(yuǎn)程手動、遠(yuǎn)程半自動和遠(yuǎn)程全自動，其中在遠(yuǎn)程半自動的狀態(tài)下，操作人員可通過人機(jī)界面使濾池進(jìn)入過濾階段、正常反沖洗階段或強(qiáng)力反沖洗階段，每一階段內(nèi)的設(shè)備操作均由PLC根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)自動執(zhí)行。

當(dāng)一個濾池有沖洗請求時，應(yīng)放在沖洗隊(duì)列中等待，沖洗池在該隊(duì)列中的位置取決于被請求沖洗的優(yōu)先順序。有四個優(yōu)先級別：手動強(qiáng)力反沖洗請求最高，手動正常反沖洗請求，床下壓力高或極高阻塞值，過濾時間超時。

如果一個濾格在沖洗隊(duì)列里具有較高的優(yōu)先等級請求，則將超過較低的請求，此隊(duì)列的順序?qū)⒈桓淖儭?/p>

濾池在開始沖洗時需要具備以下條件：

濾池控制模式處在半自動或者自動狀態(tài)；壓縮空氣可用；清水池中有足夠的水（液位高于設(shè)定值）；回收水池內(nèi)有可用的空間（回收水池內(nèi)的液位低于設(shè)定值）；沖洗水泵遠(yuǎn)程且無故障（要求三臺泵中至少有二臺能使用），相關(guān)閥門也處于遠(yuǎn)程無故障狀態(tài)；氣洗鼓風(fēng)機(jī)和閥門遠(yuǎn)程且無故障；待沖洗的生物濾池上的所有閥門均處于遠(yuǎn)程且無故障；其它生物濾池?zé)o沖洗。

控制流程如表2所示，其中O代表設(shè)備開啟，C代表設(shè)備關(guān)閉。

硝化濾池系統(tǒng)共設(shè)4組濾池，各濾池有一臺懸浮風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，各組濾池內(nèi)的閥門、液位計與生物濾池的相似，但反沖洗水泵與生物濾池共用，反沖洗風(fēng)機(jī)則獨(dú)立運(yùn)行。

硝化濾池的控制模式與生物濾池的分類一致，但運(yùn)行階段只劃分為正常過濾和反沖洗，其設(shè)備的啟停操作與生物濾池的基本相同。

4 系統(tǒng)運(yùn)行后的總結(jié)

本項(xiàng)目經(jīng)過工程技術(shù)人員約六個月的安裝、調(diào)試和試運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)入到相對穩(wěn)定的運(yùn)行階段，在調(diào)試過程中根據(jù)實(shí)際的工藝生產(chǎn)情況對設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)控制的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況不斷的貼近工藝需求。

由于凈水廠的設(shè)備種類較多，工藝相對較為復(fù)雜，如果單純的靠操作人員在現(xiàn)場進(jìn)行控制，可能會對日常運(yùn)行造成負(fù)面影響，首先是人為的判斷操作精確度不足，其次現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣，長時間在現(xiàn)場勞動負(fù)荷較大。日常的生產(chǎn)實(shí)踐證明了控制系統(tǒng)對運(yùn)行起到了積極的作用，能有效管理整個生產(chǎn)過程，并能提供各種記錄、報表用于分析改進(jìn)，同時，凈水廠的控制系統(tǒng)能實(shí)時監(jiān)測進(jìn)出水水質(zhì)，并通過專用的網(wǎng)絡(luò)傳送到相關(guān)的監(jiān)管部門。

表2 濾池控制流程

[1]GB3838-2002. 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).

[2]DB4426-2001. 廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)水污染物排放限值.

[3]自控系統(tǒng)在城市凈水廠的應(yīng)用探討. 中國給水排水.