基于PLC的小區(qū)污水處理控制系統(tǒng)設計

徐梓瑞 上官奕鵬

【摘要】我國小區(qū)水處理效率不高，小區(qū)水處理工作通過系統(tǒng)設計和創(chuàng)新技術，可以提升水處理能力。本研究在這種環(huán)境下以PLC控制技術為核心展開的小區(qū)污水處理控制系統(tǒng)設計，建立數(shù)學模型，通過各個模塊的科學管理，自動化技術取代人工勞動，提升小區(qū)污水處理的整體效率。

【關鍵詞】PLC;小區(qū)污水處理;系統(tǒng)設計

引言：我國在環(huán)保方面非常重視，并且各行各業(yè)都關注環(huán)境問題，因此水處理技術在我國具有很高的地位。隨著國家的持續(xù)發(fā)展，污水處理系統(tǒng)的越發(fā)完善，并且逐漸進入到高速發(fā)展期。雖然當前城市污水的處理效率越來越高，已經(jīng)達到了70%的處理水平，但是那是整體指標。單純的看小區(qū)污水處理問題仍舊會發(fā)現(xiàn)，我國城市小區(qū)污水處理并不理想，小區(qū)污水處理對我國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。研究設計出一種針對小區(qū)污水的處理系統(tǒng)，使用PLC控制水處理系統(tǒng)，提升水資源的利用率，達到節(jié)約用水的目的。

1.小區(qū)污水處理現(xiàn)狀

水資源是地球非常寶貴的一種生命資源，水資源對于生物的生命有重要的關系，和生物生命相關聯(lián)。水資源處理的復雜程度高，能耗高，目前小區(qū)水處理問題已經(jīng)成為了社會的焦點。提升小區(qū)水資源處理能力對我國水資源系統(tǒng)完善具有重要的意義。

但是我國小區(qū)水處理效率并不高。我國雖然制定了多項環(huán)保產(chǎn)業(yè)管控政策，并且整體上水處理局勢大有改善和優(yōu)化。小區(qū)水處理工作通過系統(tǒng)設計和創(chuàng)新技術，可以提升小區(qū)水處理能力。

2.污水處理工藝介紹

采用周期循環(huán)活性污泥（CASS）工藝，CASS工藝是國際公認的理生活污水及工業(yè)廢水的先進工藝，該工藝將反應池分為預反應區(qū)和主反應區(qū)，在主反應區(qū)的后部安裝了可升降的自動撇水裝置，省去了常規(guī)活性污泥法中的二沉池和污泥回流系統(tǒng)，將曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運行。CASS工藝可以實現(xiàn)連續(xù)進水，污水量較小時只需設置一個池子即可運行，可操控性強，只設一臺潷水器，池子結構形式也更為簡單。

3.總體方案

CASS工藝的工作模式與傳統(tǒng)SBR相似，有四個階段：

（1）進水：將各管道的污水集中，注入總處理池，當水池注滿后停止，等待處理后下一周期再開始注水。（2）曝氣：將總處理池的污水進行曝氣處理，使預反應區(qū)的有機物與微生物及溶解氧的接觸，對污水中的有機物進行分解。（3）沉淀：停止曝氣，靜置等待形成凝絮層，此時上層為清液，下層為沉淀，將沉淀進行污泥濃縮并壓縮處理，得到泥餅。（4）排水：使用潷水器將上層清液排出，進入消毒池。（5）消毒：對排出的水進行消毒處理后即得到所需的凈化水。

4.處理環(huán)節(jié)

在PLC控制下的水處理系統(tǒng)具備如下操作：

（1）自動控制系統(tǒng)總設計。這一部分是控制污水處理系統(tǒng)的污水泵（PLC 1）和控制站（PLC 2）。污水泵（PLC 1）能夠控制小區(qū)總的污水處理線路，主要用于污水泵中電動閥、污水輸送泵等控制。PLC2則是排風機、液位計等元件的控制。

（2）污水集中處理自動控制設計。污水處理系統(tǒng)中處理的控制過程，使用PLC3控制。處理過程中需要通過PLC3控制的操作程序有細格柵的動作、初沉池，預反應區(qū)和主反應區(qū)的操作等，使預反應區(qū)產(chǎn)生濃度梯度，讓微生物進行化學反應，去除大部分可溶性有機物，使主反應區(qū)進行基質(zhì)降解。

（3）消毒池自動控制設計。對于消毒池采用PLC4控制，設置控制站點。加藥控制的方法有兩種模式，一種是自動化的控制加藥，一種是操作人員手動加藥。控制藥劑以及pH顯得尤為重要，同時為了取得更好的效果，污水處理中的加藥量多少也需要根據(jù)所需要處理污水中的有害物質(zhì)濃度決定，因此在加藥操作中需要精準地控制pH和計算加藥的總量。通過PLC控制程序控制下的加藥操作可以根據(jù)公式準確的計算出所需要加藥的量，并且自動化加藥，達到凈化標準。

（4）污泥濃縮和脫水自動控制設計。污泥濃縮和脫水由PLC6控制，主要控制內(nèi)容是污泥的濃縮、脫水壓縮等操作。在PLC6的控制下，可以自動監(jiān)控這一模塊中的污泥濃縮操作，能夠通過系統(tǒng)控制完成自動脫水作業(yè)。通過模塊控制，污水的種類按照預先設定的不同污染情況進行污泥種類。并且在PLC程序設定中按照不同種類的污水處理之后降低污水中的雜質(zhì)和有害的成分，并且將有益的物質(zhì)分離出來，單獨收集，作為化肥等原料使用，有效的提升泥土的自主收集效果，實現(xiàn)資源的有效利用。

（5）清水排放自動控制設計。在污水處理過程中，應當設置最低水位控制限度，并且設置限位報警元件。這一模塊使用PLC5控制。當清水池中的儲量達到可排水水位的情況下會自動排放清水。如果水池中是不符合排放標準的水位情況下則會引起報警系統(tǒng)自動報警。此時清水排放裝置在PLC5控制下關閉。通過PLC5控制可以有效的提升水資源的處理效率。

綜合上述各環(huán)節(jié)的處理能夠看得出，在PLC設計技術的應用中為污水處理提供了極大的幫助，實現(xiàn)了一體化的自動控制，降低了操作人員的工作量，同時提升了對污水系統(tǒng)的監(jiān)控能力。通過PLC控制技術可以有效的提升污水處理的效率，能夠?qū)崿F(xiàn)所有的污水泵控制、加藥操作控制、污水池清理控制等多項功能。在污水處理領域中，PLC技術已經(jīng)占據(jù)了非常重要的地位，有助于污水處理系統(tǒng)更加完善。

5.工藝流程及數(shù)學模型

小區(qū)內(nèi)所有產(chǎn)生的生活污水經(jīng)控制站和管道收集后流過粗格柵進入CASS池;經(jīng)過預處理池完成生化處理，去除水中BOD、SS等污染物;混合液經(jīng)沉淀后排出。出水再經(jīng)消毒池，消毒最后排出純凈水;CASS池的剩余污泥經(jīng)過循環(huán)進入污泥濃縮池，再輸送到脫水壓縮機，最后將泥餅外運。

對污水處理工藝過程的數(shù)學模型為：

（遼寧科技大學）