污水處理廠SBR法工藝自動化管理系統(tǒng)

1、污水處理廠SB皓工藝自動化管理系統(tǒng)污水處理廠法工藝自動化管理系統(tǒng)污水廠的管理目前大都停留在經(jīng)驗決策階段，因此污水處理質(zhì)量極大程度上受管理人員素質(zhì)的制約。隨著污水處理水質(zhì)要求的日趨嚴(yán)格，污水處理工藝過程更趨復(fù)雜，控制要求越來越高，管理水平將是污水處理事業(yè)進一步發(fā)展的障礙之一。近年來從國外引進設(shè)備的污水廠基本上都采用計算機管理，一般都取得了較好的效果。本文就污水處理廠法工藝自動化作些探討。1.1 微機自動化管理系統(tǒng)的設(shè)計目前國際上普遍采用的自動化管理系統(tǒng)一般都采用這一模式：人計算機現(xiàn)場設(shè)備是這一模式中的關(guān)鍵設(shè)備，中事先已輸入工藝運行的程序，可以根據(jù)工藝參數(shù)按運行模式自動監(jiān)控、運行設(shè)備。計算機在這一

2、模式中起三個作用：實時顯示運行工況。實時向傳送調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)的指令。建立數(shù)據(jù)庫，儲存記錄運行中各參數(shù)、指標(biāo)等資料。人可以通過計算機隨時改變工藝運行的模式。根據(jù)工藝運行的模式自動調(diào)整設(shè)備的運行，并對工況運行的數(shù)據(jù)庫加以整理保存。1.2 微機自動化控制系統(tǒng)的特點1.2.1 將分散在工藝流程上各控制點的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)處理后作為控制的依據(jù)。1.2.2 將監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為計算機選擇運行模式的依據(jù)，實現(xiàn)對各設(shè)備有效的、自動的控制。1.2.3 計算機實現(xiàn)對全廠運行情況有序的、集中的管理，保證操作人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。圖一SBK法工藝流程圖2法工藝流程工藝是一種間歇（批式）處理污水的工藝技術(shù)，它采用單個反應(yīng)池 通

3、過時間序列來完成進水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等功能。在池進水階段，利用污水進水中所含有機碳源，將上一批反應(yīng)排 水后殘留在池內(nèi)污 水中的硝酸鹽氮予以還原，經(jīng)過一段時間后，開 始曝氣，在含碳有機物被氧化的同時，先后進行氧化和硝化反應(yīng)，曝 氣結(jié)束后進行沉淀，然后將上部澄清液排出，并保留部分處理后污水 供下一周期反硝化反應(yīng)。對于污水處理工藝，管理控制可分為兩個層次，它與連續(xù)流不同， 處理操作需要開、關(guān)反應(yīng)池進水閥門，在預(yù)定的進水時間內(nèi)，根據(jù)反 應(yīng)池的充滿程序，確定啟、停鼓風(fēng)機、滓水器等一系列操作，這些均 需來控制。另外，由于季節(jié)變化污水量少、水質(zhì)濃度的變化，處理效 果需要通過調(diào)整周期內(nèi)時間配置來調(diào)節(jié)。

4、 如出水氨氮過高，則需延長 曝氣時間，出水過高則需增加反硝化時間等， 一般可以在內(nèi)預(yù)先設(shè)置幾套周期配置模式，以便根據(jù)實際水量、水質(zhì)、水溫等因素，在一段時間內(nèi)選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，內(nèi)還具有意外情況下的處理對策，如突然停電一段時間后，應(yīng)以何種措施過渡恢復(fù)等，這些均是法有別于連續(xù)流工藝控制管理的方面。3 硬件的配置污水處理廠進行自動化控制、管理的主要手段是可編程序控制器() 和計算機。自動化管理系統(tǒng)一般都采用分散控制集中管理的模式，即按工藝要求將全廠的控制系統(tǒng)分成若干個單元，每個單元由一臺控制，與之間可由專用通訊電纜連接，構(gòu)成主、從模式。主與計算機之間有通訊線相連。的配置，

5、首先應(yīng)當(dāng)結(jié)合工藝、土建解決好的單元布置，主要解決集控室與、與之間的距離問題。各控制單元之間的距離應(yīng)盡量短。如果各控制單元的距離不大于200 米，可采用主、從控制模式，主設(shè)在集控室， 可通過通訊口與計算機直接連接，從采用專用通訊線與主連接。這種模式較為經(jīng)濟。如果與之間的距離較大，則通訊干擾大，可靠性差，不宜采用上述模式?？梢圆捎镁哂芯W(wǎng)絡(luò)功能的，之間構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并與計算機相連。每個獨自控制一個單元，但這一模式的工程造價較高。4 法工藝自動化控制管理系統(tǒng)4.1 設(shè)計規(guī)模及處理目標(biāo)進水水質(zhì)：5=1503O0,250500,325 40。出水水質(zhì)：5020,<7,3< 15。日處理量50

6、00m3。4.2 設(shè)計原則4.2.1 適用于規(guī)模較小的城市污水處理，晝夜水量變化大；4.2.2 流程簡潔，日后水量增長時可改為連續(xù)流常規(guī)活性污泥法工藝；4.2.3 具有較好的脫氮除鱗功能(本例子未考慮脫磷)；4.2.4 控制、管理實現(xiàn)自動化，降低能耗，減少運行費用和勞動強度。4.3 設(shè)備及儀表配制設(shè)置二個控制單元：進水泵房單元(1) ；鼓風(fēng)機房單元(2) 。集控室與進水泵房單元合在一起。鼓風(fēng)機房單元電機運行狀態(tài)可以通過1在模擬屏上顯示出來。采用產(chǎn)品：20。1： D1=128128A1=1602: D1 = 12848A1 = 160控制室配計算機一臺、打印機一臺。pc個人計此機打卬比國二 PL

7、C硬件配直示意圖4.4工藝操作系統(tǒng)污水廠的進水泵房部分一般包括入流總閘門及放泄道、格柵、集水池和提升泵。進水總閘門是為了部分進行維修需要而設(shè)置，一般情況下不操作，所以一般采用電動閥門就地操作，其工況集中顯示。格 柵一般采用電動清撈，根據(jù)定時或格柵前后的液位差自動運行。此外，還需配制垃圾皮帶輸送機或壓榨機， 整個格柵除污系統(tǒng)采用現(xiàn)場 聯(lián)動操作，集控室顯示。在集水池內(nèi)設(shè)浮球開關(guān)及液位計，進水泵的 開啟臺數(shù)根據(jù)集水池液位升降由控制啟停。一般不設(shè)初沉他。反應(yīng)池假設(shè)為三組，每組容積1600m，每組反應(yīng)池設(shè)鼓風(fēng)機二臺(30m3;20m3), 設(shè)置澆水器二臺(每臺流量450n3),設(shè)置攪拌機四臺。周期設(shè)計為

8、進 水2小時，曝氣4.5小時，沉淀0.75小時，排水0.75小時，整個周 期為8小時。1 .首先第一組進水，開啟第一組進水電動閥門，同時給出信號， 進水泵準(zhǔn)予啟動;2 .第一組反應(yīng)池液位上升至某一設(shè)定值時，啟動水下攪拌器；3 .第一組反應(yīng)池內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定最高值時，關(guān)閉進水電動閥門；4 .鼓風(fēng)機開啟受二個因素制約，一是時間，時間控制主要是反硝 化攪拌反應(yīng)需一定時間；二是液位，進水后反應(yīng)池充滿到一定程序再 開鼓風(fēng)機。二個條件必須同時滿足。開啟鼓風(fēng)機的同時，關(guān)閉攪拌機;5 .鼓風(fēng)機啟動臺數(shù)需根據(jù)反應(yīng)池溶解氧數(shù)值來確定。一般有如下 三種方案：方案一、方案二采用先同時開啟兩臺風(fēng)機，當(dāng)溶解氧到 達(dá)某一設(shè)定

9、值后，可改為一臺，繼續(xù)曝氣，直到設(shè)定曝氣時間結(jié)束再 停機。方案三采用大小風(fēng)機交替使用，使溶解氧到達(dá)某一設(shè)定值；6 .第一組反應(yīng)池進水結(jié)束后，如第二組反應(yīng)池已做好進水準(zhǔn)備， 則打開第二組電動進水閥。如第二組不能進水，則給出信號，停進水 泵，等到第二組反應(yīng)池允許進水時打開電動進水閥， 同時啟動進水泵；啟動TDm/uia裕兼履值朝!達(dá)4,電叫力,關(guān)何方案二lYh'/Bln就解就值到達(dá)4。丑/1.關(guān)閉ZQm' /nun- '- 方室三:3Cni'/sii格都就便到達(dá)最On4/I.交善ZOnf /min圖三鼓風(fēng)機啟閉方案7 .在曝氣結(jié)束前，根據(jù)時間設(shè)定，打開排泥閥，排反應(yīng)

10、池混合液， 排泥量可通過時間或反應(yīng)池液位由工藝設(shè)計根據(jù)泥齡來確定， 并可調(diào) 整；8 . 停機后開始計時，即反應(yīng)池進入沉淀階段。一般沉淀45 分鐘后即可潷水；9 . 沉淀階段結(jié)束時，給出信號，開啟潷水器。潷水器開啟時間主要受液位控制（即排水量要求）， 潷水總量（以液位反應(yīng)）到達(dá)后， 給出信號關(guān)閉潷水器，此時進入閑置期待命，再轉(zhuǎn)入進水期；10 . 第二、第三個反應(yīng)池操作也相同；11 . 當(dāng)發(fā)生停電或其他意外事故使反應(yīng)池中斷工作，再恢復(fù)時，由于外管道內(nèi)積存污水較多，需及時抽送，可選改為人工操作，待正常后再切入自動運行?；蛴砂凑帐孪仍O(shè)定的應(yīng)急程序操作，再過渡到正常運行；12 . 由于冬季、夏季水質(zhì)水量

11、水溫的變化，需要調(diào)整曝氣時間、排泥量、污水排出比等，因此可按照設(shè)計要求，形成多套運行周期程序， 根據(jù)排水水質(zhì)來選擇合適的周期；也可在一天中采用不同周期運行。圖四是其中一種運行周期程序。4.5 計量監(jiān)測系統(tǒng)：4.5.1 集水池內(nèi)設(shè)上、中、下液位開關(guān)及液位計，并設(shè)上、下限報警；4.5.2 反應(yīng)池內(nèi)設(shè)上、下液位開關(guān)；4.5.3 進出水流量，顯示瞬時值及積算值，并在計算機內(nèi)存放，提供日處理量供打印報表；4.5.4 在集水井監(jiān)測進水及進水溫度，其日最高值和平均值供報表打??；4.5.5 鼓風(fēng)機空氣量需計量積算，提供日報表打印;4.5.6 池溶解氧供日報表打?。?.5.7 排泥量積算并提供日報表打印。5過程

12、控制本系統(tǒng)采用兩種模式來實行控制。5.1 手動，現(xiàn)場“手動/自動”選擇開關(guān)切換到手動，可由現(xiàn)場 開關(guān)直接控制設(shè)備，這是最高優(yōu)先級的控制，在這一模式下，僅對運 行狀態(tài)作監(jiān)視。5.2 自動，現(xiàn)場“手動/自動”選擇開關(guān)切換到自動，在這一模 式下能根據(jù)測量參數(shù)自動控制設(shè)備的運行。 自動模式又可分為2種控 制方式，我們在的運行程序中設(shè)置了上位機控制方式與控制方式。5.2.1 上位機控制方式：在計算機上，可以將控制方式切換到上位機控制，這時接收上位機發(fā)出的指令，也即我們可以通過計算機直接遙控現(xiàn)場設(shè)備。5.2.2 P 控制方式，按上位機設(shè)定的運行模式自動控制設(shè)備運行，出現(xiàn)故障會及時報警。(1) 格柵單元進水

13、閘門現(xiàn)場控制，監(jiān)視。格柵裝置：現(xiàn)場設(shè)置格柵、皮帶轉(zhuǎn)送機、壓榨機聯(lián)動控制系統(tǒng)，可由現(xiàn)場控制，也可由控制。(2) 集水井單元根據(jù)液位儀測量值及上、中、下液位開關(guān)自動控制泵。關(guān)閉泵后須等待 10 分鐘才能啟動，以保證泵不頻繁啟動( 緊急啟動不受此限制 ) 。在啟動、停止過程中，自動檢查泵的運行狀況，判別是否出現(xiàn)故障并報警。計算機自動記錄各泵的運行時間，并使之盡量相等。進水 流量、值、溫度測量信號經(jīng)的轉(zhuǎn)換后送計算機顯示、存儲。(3) 池單元溶解氧測量值及上、下液位開關(guān)信號送，根據(jù)設(shè)定的時間參數(shù)、上下液位開關(guān)信號啟閉進水電動閥門和潷水器，計算機自動記錄進水、出水時間。(4) 應(yīng)急措施突然停電：計算機會自

14、動檢查停電時刻設(shè)備運行狀況，提示用戶緊急處置的步驟、停電時期的注意事項及復(fù)電開機的步驟。6 監(jiān)控及管理界面的開發(fā)監(jiān)控及管理界面采用人機界面（）軟件包二次開發(fā)而在。我們采用 了用于控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、圖形組態(tài)監(jiān)控和管理的通用軟件包一，該軟件在3.2/95中文環(huán)境中運行，運用軟件設(shè)計了法工藝總流程圖和 相應(yīng)的各個控制單元的圖形界面，控制及管理軟件具有如下功能：6.1 工藝流程圖監(jiān)控、儀表面板；6.2 數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計報表；6.3 數(shù)據(jù)保存、分析和數(shù)據(jù)記錄追憶；6.4 報警顯示、保存和打??；6.5 設(shè)備工作狀態(tài)控制和工藝參數(shù)設(shè)定；6.6 用鼠標(biāo)點動控制設(shè)備輸出。本系統(tǒng)已在太陽島污水處理工程、吉化丙烯睛廢

15、水預(yù)處理工程、 金玉蘭廣場污水處理工程中實現(xiàn)，控制效果良好。污水處理廠泵站與曝氣系統(tǒng)的節(jié)能途徑1能耗分析城市污水處理廠消耗的能源主要包括電、燃料及藥劑等潛在能 源，其中電耗占總能耗的60%90%,具體電耗分布情況因工藝和 管理水平的不同而有差異（見表1）。表1部分城市污水廠電耗情況廠名規(guī)模處理等電耗（3）備注(104m3)級上海西區(qū)污水廠1.220.218無消化上海曹楊污水廠2.020.232上海東區(qū)污水廠4.55.020.335太原北郊污水廠1.420.255有消化根據(jù)資料分析不難得出以下結(jié)論： 污水處理電耗占全廠總電耗的 50%80%,污泥處理僅占15%40%,可見污水處理是處理廠耗電大戶

16、，自然也就是節(jié)能重點 其中又以提升泵、風(fēng)機為重中之重。表1列出4個污水廠均為老廠，無污泥脫水等工藝，處理單位污水耗電量約0.262 3,從表面上看與日本全國平均 0.2603相 近，比美國0.203稍高。但仔細(xì)分析就會發(fā)現(xiàn)：日本沉砂池普遍有 洗砂、通風(fēng)、脫臭等，約耗電0.01 3;美、日兩國普遍對出水進行 消毒處理，該項電耗約0.002 3;美、日兩國對污泥都進行消化、脫水、焚燒處理，美國還進行氣浮處理，約耗電 0.050.1 3,而 回收的能源均未計算在內(nèi)。另外，美、日兩國自控設(shè)備比我們多，照明空調(diào)等耗電也比我們多不少?？梢娎蠌S節(jié)能問題十分突出，潛力巨 大。2提升泵的節(jié)能提升泵的電耗一般占全

17、廠電耗的10%20% ,是污水廠的節(jié)能 重點。提升泵的節(jié)能首先應(yīng)從設(shè)計入手，進行節(jié)能設(shè)計；對于已投產(chǎn) 的污水廠，仍能通過加強管理或更換部分設(shè)備進行節(jié)能。2.1 精確計算水頭損失，合理確定泵揚程從泵的有效功率丫 可以看出當(dāng)丫、Q一定時，與H呈正比，因 此降低泵揚程節(jié)能效果顯著。如天津東郊污水廠總水位差 4.5m,小 于紀(jì)莊子污水廠的63 僅此一項每年即可節(jié)電100X10.4h。然而, 目前進行污水廠設(shè)計時，水頭損失估算普遍偏高，導(dǎo)致泵揚程計算值 偏高。在日本一般污水廠總水位差僅 2.0 m左右，可見我們的差距還 很大。降低泵揚程可采取以下措施： 總體布置要緊湊。連接管路要短而直，盡量減小水頭損失

18、。 改非淹沒堰為淹沒堰口，落差可由3540減少到10。日本總水位差小的關(guān)鍵在于初沉池、曝氣池、二沉池均采用 方形平流式，三池為一體，首尾相連，水流通暢，從而最大限度地減 小了水頭損失。雖然造價比輻流式要高一些，但其差價很快可以從節(jié) 電效益得到補償。平流式沉淀池在我國應(yīng)用較少，主要原因是刮泥設(shè)備不過關(guān)，近年來環(huán)保設(shè)備技術(shù)水平有了長足進步，所以平流式沉淀池應(yīng)用前景廣闊。2.2 流量調(diào)節(jié)方式污水廠進水量往往隨時間、季節(jié)波動，如果按目前通行的以最大 流量作為選泵依據(jù)，水泵全速運轉(zhuǎn)時間將不超過 10%，大部分時 間都無法高效運轉(zhuǎn)，造成能源浪費。由軸功率刀i（"為泵運行效率）可以看出，一定流量揚

19、程下是一 定的，而泵的軸功率直接由刀i決定，所以應(yīng)選擇合適調(diào)控方式，合 理確定泵流量，以保證泵始終高效運轉(zhuǎn)。2.2.1 轉(zhuǎn)速加臺數(shù)控制方式目前國外大型污水廠普遍采用轉(zhuǎn)速加臺數(shù)控制方法，定速泵按平均流量選擇，定速運轉(zhuǎn)以滿足基本流量的要求； 調(diào)速泵變速運轉(zhuǎn)以適 應(yīng)流量的變化，流量出現(xiàn)較大波動時以增減運轉(zhuǎn)臺數(shù)作為補充。但是由于泵的特性曲線高效段范圍不是很大，這就決定了對于調(diào)速泵也不 可能將流量調(diào)到任意小，而仍能保持高效。四種調(diào)速方法效率-轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖1。19 / 19SO «0 70 80 90 ICO（定曾遞八%） 圖四種無級調(diào)速總歌率曲蹣比較2.2.2 其它調(diào)節(jié)方式除調(diào)速外還有一些流量

20、調(diào)節(jié)方式，不需添置設(shè)備，只需加強管理, 就可很快收到可觀效益。機構(gòu)調(diào)節(jié)主要指水量出現(xiàn)大的波動時關(guān)閉或開啟出水閘，這樣雖然會增大水頭損失，但因曲線為上升曲線，所以還是有一定節(jié)能作用的。運行方式調(diào)節(jié)一般可以很簡單地采用隨進水量增減臺數(shù)的方法進行， 通過縮短 運行時間達(dá)到節(jié)能目的。這一點在各廠都已采用，但要注意對于大型 水泵，因為啟動電流很大，所以應(yīng)盡量避免頻繁啟動。調(diào)整改造離心式水泵都配有一系列直徑的葉輪， 可簡單地通過更換葉輪使 水泵適應(yīng)低于額定流量的流量。另外，在確認(rèn)流量為恒定低流量后， 還可以采用切削葉輪的方法。2.3 選用高效電機及傳動裝置泵系統(tǒng)電耗(T 1 T 2 T 3)式中刀2、Y

21、3傳動效率和電機效率t運行時間因此可從刀2、刀3入手，采用高效電機進行節(jié)能。高效電機沒有一個準(zhǔn)確定義，一般效率比常規(guī)電機高 2 %8% , 雖然提高幅度不大，但因為污水泵大多為大功率、 24h運轉(zhuǎn)，所以即 便只提高1 %,節(jié)能效果也是很明顯的。當(dāng)然高效電機價格比普通電機高15%60% ,所以采用該方法 應(yīng)進行經(jīng)濟校核，看是否能在使用期內(nèi)由節(jié)電效益收回投資。3曝氣系統(tǒng)的節(jié)能鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗一般占全廠電耗的 40%50% ,是全廠節(jié)能 的關(guān)鍵。最根本的節(jié)能措施就是減小風(fēng)量，而減小風(fēng)量必須提高擴散 裝置效率，降低污泥對氧的需求。3.1 擴散裝置3.1.1 改進布置方式傳統(tǒng)的曝氣池，曝氣管是單邊布置形

22、成旋流，過去認(rèn)為這種方式 有利于保持真正推流，另外可以減小風(fēng)量，但經(jīng)過多年實踐與研究發(fā) 現(xiàn)，這種方式不如全面曝氣效果好。 全面曝氣可使整個池內(nèi)均勻產(chǎn)生 小旋渦，形成局部混合，同時可將小氣泡吸至 1/3到2/3深處，提高 充氧效率，見表2。表2不同充氧方式的效率3曝氣方式單邊曝氣全面曝氣（間距6.1m）中心曝氣全面曝氣（間距3.05m）充氧效率2/（ h）1.051.571.331.823.1.2 采用微孔曝氣器微孔曝氣器可以減小氣泡尺寸，增大表面積，因而轉(zhuǎn)移速度高，節(jié)約風(fēng)量。天津東郊污水廠和紀(jì)莊子污水廠均采用微孔全面曝氣， 比 穿孔管節(jié)電20%以上。英國有報道采用微孔曝氣每去除 1可節(jié)約風(fēng) 量

23、25%,電力18%"。日本的情況如表3所示。表3日本不同擴散裝置的效率 ”曝氣方式穿孔管微孔曝氣氣量（m3）3630耗電量（）1.31.1美國對一大批老式穿孔曝氣進行了改造， 效果顯著。如美國的在 224 640 m3的污水廠采用微孔曝氣，實際氧利用率從穿孔管 4.4 %提 高到了 10.0%,總投資600 000美元，每年節(jié)約電費200 000美元, 不計清洗費用，3年即可收回投資“二3.2 風(fēng)量控制節(jié)能選擇風(fēng)機時，都要在計算需氣量基礎(chǔ)上加上一個足夠大的安全系 數(shù)，以滿足最大負(fù)荷時的需要。所以在日常負(fù)荷下一般都要適當(dāng)減小 風(fēng)量，負(fù)荷低時更應(yīng)如此，這不僅是節(jié)能的需要，也是防止過曝氣、 保證處理效果的要求。而進行風(fēng)量控制是曝氣系統(tǒng)效果最顯著的節(jié)能 方法，據(jù)對美國12個處理設(shè)施的調(diào)查結(jié)果顯示，以為指