污水處理廠的監(jiān)視控制與自動控制

1、第六章 污水處理廠的監(jiān)視控制與自動控制 6.1 監(jiān)視控制方式與項目的選擇 一、監(jiān)視控制方式1 個別監(jiān)視操作方式2 集中監(jiān)視個別操作方式現(xiàn)場及機器站中央監(jiān)視室現(xiàn)場及機器站(監(jiān)視及操作功能)(監(jiān)視功能)(監(jiān)視及操作功能)3 集中監(jiān)視控制（操作）方式4 分區(qū)監(jiān)視分散控制方式中央監(jiān)視室(監(jiān)視及操作功能)電氣室(控制功能)現(xiàn)場分區(qū)監(jiān)視室(監(jiān)視及操作功能)現(xiàn)場電氣室(控制功能)現(xiàn)場6 集中管理分區(qū)監(jiān)視分散控制方式5 集中監(jiān)視分散控制方式中央監(jiān)視室(監(jiān)視及操作功能)現(xiàn)場電氣室(控制功能)現(xiàn)場現(xiàn)場電氣室(控制功能)現(xiàn)場集中監(jiān)視室(總管理、監(jiān)視及操作功能)分區(qū)監(jiān)視室(監(jiān)視及操作功能)選擇監(jiān)視控制方式時，應考慮如

2、下事項：(1)處理廠的規(guī)模(2)處理廠的工藝布置(3)工藝流程(4)擴建可能性(5)管理體制(6)經濟因素表表6.1 不同規(guī)模處理廠的監(jiān)視控制方式不同規(guī)模處理廠的監(jiān)視控制方式二、監(jiān)視控制項目表表6.2 監(jiān)視控制項目一覽監(jiān)視控制項目一覽表表 6.4 污水泵站的自動控制及其設備一、污水泵站的自動控制一、污水泵站的自動控制1 檢查與維護(1)日常檢查：表6.8(2)定期檢查：表6.9(3)認真檢查保護電路(4)高壓與低壓動力電路，控制電路和儀表電路的絕緣電阻的測定應分別進行。圖圖6.1 吸入式污水泵啟動時的控制設備與儀表吸入式污水泵啟動時的控制設備與儀表2 啟動(1)在啟動泵時，既要確認泵本身也要通

3、過操作盤的指示燈等，確認有關聯(lián)動機構是否處于啟動狀態(tài)，然后打開操作開關。(2) 啟動指令發(fā)出后，泵軸水封、冷卻、潤滑、有關吸水輔助設備和有關聯(lián)動機構動作，電動機啟動、壓水管閘閥開啟等用電流表、指示燈和經過時間等依次檢查上述過程是否順利進行。(3)進人正常運轉時，記錄電流、功率、轉數(shù)、壓水管閘閥的開啟度、運轉啟動時間等必要事項。 (5)由于吸入式泵啟動時需要幾分鐘的吸水時間，應當考慮到吸水所需的時間提前開始啟動的準備工作。(6)一般來說，正常的運轉控制方式都是聯(lián)動運行的，發(fā)生故障時很難迅速地改變控制方式。(4)由于有關聯(lián)動機構的故障，泵在啟動過程中停止時，假如又正在下雨必須盡快啟動泵，而又沒有足

4、夠的時間來修復，將控制方式改為單個手動控制，然后重新啟動。3 運轉(1)運轉時在一定的時間周期或適當時候，除了通過監(jiān)視盤掌握聯(lián)動機構的運行狀況之外，還應當巡視泵的運轉現(xiàn)場、檢查并記錄電流、壓力、流量、壓水管閘閥的開啟度、轉數(shù)、振動、溫度、水封、冷卻水、潤滑水等有關位置的狀況或有無異?，F(xiàn)象。(2)對于雨水泵的運轉，應當密切注視雨量計、沉砂池及干管水位計的指針變化，注意天氣預報，經常維持在低水位運轉。4 停泵(1)書圖6.11表示從發(fā)出停泵指令到泵停止運轉的聯(lián)動機構動作順序流程圖，應檢查是否按上述順序停泵。(2)停泵后，檢查有關聯(lián)動機構是否處于能夠啟動的狀態(tài)。(3)對于吸入式啟動的污水泵，由于滿水

5、水位計的濾網經常被懸浮物堵塞應當?shù)奖眠\轉現(xiàn)場檢查是否有堵塞現(xiàn)象。 6.5 生物脫氮系統(tǒng)的控制和優(yōu)化一、曝氣量和一、曝氣量和DO濃度的控制濃度的控制1 DO濃度濃度和和曝氣時間曝氣時間對污水生物脫氮除磷的影響對污水生物脫氮除磷的影響(1)硝化反應：增加DO可增加硝化速率(2)反硝化反應：反硝化需在缺氧條件下進行，增加DO不利于反硝化(3)生物除磷：PAO釋放磷需要厭氧的環(huán)境，過量吸收磷在好氧條件下進行(4)COD的去除：一般在好氧條件下進行(5)微生物種群和污泥沉淀性：都有影響(6)運行費用：低曝氣量，節(jié)省費用2 曝氣量的控制目標目標：在滿足硝化水平的情況下，盡可能降低曝氣量。二、內循環(huán)回流量的

6、控制1 內循環(huán)回流量內循環(huán)回流量對系統(tǒng)的對系統(tǒng)的影響影響(1)硝化反應：影響很小(2)反硝化反應：回流量過大或過小都不利于反硝化(3)生物除磷：硝酸氮進入?yún)捬鯀^(qū)對除磷不利(4)污泥種群和污泥沉淀性：對種群無影響，但回流量大有利于提高污泥的沉降性能(5)運行費用：影響曝氣能耗2 內循環(huán)回流量控制目標目標：維持缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度處于較低的設定值（13mg/l）。實現(xiàn)方法：可通過PID控制器，用硝酸氮測定儀測定缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度，或者測定回流液中硝酸氮濃度，建立前饋反饋控制器。三、外碳源投加量的控制1 控制目標控制目標：盡可能降低外碳源投加量，并實現(xiàn)硝酸氮的有效去除。一般維持缺氧區(qū)末端的硝酸氮濃

7、度處于一個較低但非零的值來實現(xiàn)。(1)硝化反應：無明顯影響2 外碳源投加量外碳源投加量對系統(tǒng)的對系統(tǒng)的影響影響(2)反硝化反應：可提高反硝化速率，有利于反硝化(3)磷的去除：不利于缺氧吸收磷，影響磷的去除(4)微生物種群和污泥沉淀性：對種群有影響，對污泥沉淀性無影響(5)運行費用：額外增加費用四、SRT和污泥排放量的控制1 SRT對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響(1)硝化反應：適當延長SRT比較有利于硝化(2)反硝化反應： SRT較長易于反硝化(3)磷的去除：最優(yōu)SRT是512d(4)COD的去除：影響不大(5)微生物種群和污泥沉淀性：改變SRT導致種群變化；高SRT易于產生污泥膨脹(6)二沉池泥水分

8、離過程：高SRT增加二沉池的固體容量，容易導致出水SS增加(7)運行費用：較短的SRT將增加污泥產量，但可增加甲烷產量，污泥沉淀性較好，并可降低曝氣量2 控制目標目標：SRT盡可能低，并保證完全硝化（即使在高氮負荷下）。五、污泥回流量的控制2 污泥層高度（污泥層高度（SBH）對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響(1)硝化反應： SBH較高不利于硝化1 控制目標控制目標：以二沉池的污泥層高度作為控制目標實現(xiàn)污泥回流量的控制。(2)反硝化反應： SBH較高有利于污泥層中進行反硝化，但要避免過度反硝化造成污泥上浮(3)磷的去除：二沉池污泥處于厭氧時，會出現(xiàn)磷的二次釋放(4)COD的去除：無影響(5)微生物種群和

9、污泥沉淀性：利于污泥沉淀(6)二沉池泥水分離過程：雙重影響(7)運行費用：降低費用六、分段進水的控制2 分段進水控制分段進水控制對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響(1)生物反應：高水力負荷下，可防污泥流失，但處理效果差1 控制目的控制目的：(1)在水力負荷高峰期，降低進入沉淀池的固體負荷，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；(2) 提高氮的去除率。(2)微生物種群和污泥沉淀性：無明顯影響(3)固體分離問題：可降低污泥流失的危險性，但高進水水力負荷下，可能導致出水SS增加(4)硝化反應：后端進水的硝化過程不充分(5)反硝化反應：與回流硝酸氮和可生物降解的碳源的量有關(6)COD的去除：后段進水COD可能降解不充分(7)二沉池

10、固液分離：降低進入二沉池的固體負荷 6.7 SBR的控制與優(yōu)化一、實現(xiàn)一、實現(xiàn)SBR法自動控制的必要性法自動控制的必要性SBR法運行一個周期的5個運行階段：l進水階段l反應階段l沉淀澄清階段l排放水階段l待進水閑置階段二、SBR法自動控制的策略及意義1 普通自動控制普通自動控制l水位繼電器控制進水時間l時間繼電器控制反應時間和沉淀時間l水位繼電器或其他方法控制排放水量與排放時間l時間繼電器或其他方法控制閑置時間l進出水管路與空氣管路上可用電磁閥或電動閥與計算機接口通過控制程序控制開啟與關閉2 以處理水質為目標的自動控制（實時控制） SBR法廣泛用于工業(yè)廢水處理，水質變化大，實時控制根據(jù)反應器內

11、有機物、氮、磷的濃度的變化來控制反應時間，以得到更好的出水水質。三、以DO、pH和ORP作為SBR法的實時控制參數(shù)1 DO變化規(guī)律及其原因變化規(guī)律及其原因l厭氧階段：DO濃度為零lCOD降解階段：DO出現(xiàn)平臺；COD降解至難降解部分時（A點），DO濃度大幅上升l硝化階段： DO濃度不斷上升，直至硝化反應結束時，DO出現(xiàn)第二次跳躍或上升速率加快（B點）； 繼續(xù)曝氣時，DO達到飽和，維持在高處值不變l反硝化階段：DO在曝氣結束時迅速降為零2 ORP變化規(guī)律及其原因 厭氧階段：ORP持續(xù)下降l硝化階段： ORP不斷上升， 直至硝化反應結束時， ORP再次出現(xiàn)平臺（B點）l反硝化階段： ORP先迅速下

12、降，但下降的速度越來越??； 反硝化反應結束時， ORP迅速下降（C點）lCOD降解階段： ORP出現(xiàn)平臺；COD降解至難降解部分時（A點）， ORP濃度大幅上升3 pH變化規(guī)律及其原因 厭氧階段： 開始pH值大幅度下降；隨后pH值出現(xiàn)微小轉折點，并開始微微上升，很快達到平衡；然后pH值不斷下降，最后出現(xiàn)平臺（A1點） l硝化階段： pH值曲線出現(xiàn)轉折點（A點），開始不斷下降， 直至硝化反應結束（B點）l反硝化階段： pH值先持續(xù)大幅度上升； 反硝化反應結束時， pH值突然下降出現(xiàn)一個轉折點（C點）lCOD降解階段： pH值不斷大幅上升l生物過量吸磷階段： pH值迅速上升，并且上升速度減慢，最后

13、出現(xiàn)平臺指示生物吸磷階段的完成（B1點） 由上述三個參數(shù)的分析，可知由DO、 ORP 和pH值曲線上的特征點可以獲得有機物降解、硝化、反硝化以及生物除磷過程完成的時間，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時控制。四、 SBR法計算機自動控制系統(tǒng)的研制圖6.2 SBR計算機自動控制系統(tǒng)l運行過程： 打開計算機，輸入設定值；開啟水泵進水；進水至指定水位，關閉水泵，開始曝氣 ；反應時間結束，開始沉淀；達到設定時間，排水閑置進入下一運行周期。 6.9 污水處理廠的自動控制及應用一、污水預處理設施一、污水預處理設施1 進水閘門的控制2 除渣機的控制l通過控制進水閘門的開閉來控制沉砂池的運行數(shù)目。l粗隔柵一般手動控制，機械式

14、除渣機也常在現(xiàn)場單獨控制l細隔柵一般用自動定時器進行間歇運轉控制，也有根據(jù)監(jiān)測隔柵前后水位差進行自動除渣控制的。l雨水沉砂池前的除渣，一般與雨水泵的運行聯(lián)動來自動除渣是常見的方式。3 除砂機的控制 一般都用定時器進行自動控制，起吊式除砂機除外。l雨水沉砂池的排砂多數(shù)是與雨水泵的運轉相聯(lián)動，在泵運轉期間連續(xù)排砂。二、初次沉淀池1 刮泥機和除沫設備的控制刮泥機和除沫設備的控制l由于在圓形或方形沉淀池中的刮泥周期長，因而刮泥機連續(xù)運行。l長方形沉淀池的鏈帶式刮泥機，可用定時器進行間歇運行的自動控制。應當確定合理的運行周期時間。l除沫設備常用管式集沫裝置，也采用浮動式泵來除沫。一般都采用定時間歇自動控

15、制。2 排泥泵的控制 排泥泵的常用控制方法包括，(1)靠定時器來控制其開閉，(2)聯(lián)用定時器與流量計進行控制，用定時器來決定泵的啟動，用流量計來控制停泵，每日排放定量的污泥。應合理地選擇間歇自動控制的停泵與運行時間。l近年來，用定時器控制排泥泵的啟動，用污泥濃度測定儀或污泥界面儀的信號來控制停泵的自動控制方法應用得越來越廣泛，如圖所示。l此外，還有同時使用污泥界面計和污泥濃度測定儀來進行自動控制，即用污泥界面計控制排泥泵的啟動。圖6.3 排泥的自動控制三、曝氣池1 供氣量的控制供氣量的控制1)定供氣量控制l指不管進水流量與有機物負荷如何變化，按供氣量的設定值控制供氣量恒定。通常，白天與夜間按兩

16、個不同的設定值，來控制供氣量恒定。可分為控制鼓風機進口閘閥與控制曝氣池空氣調節(jié)閥兩種控制。l控制鼓風機時可分為定供氣量控制、與流入污水量成比例控制、DO控制等。在實施這些控制時，通過曝氣池不同部件的空氣量調節(jié)閥，進行供氣量分配的控制。l曝氣池的控制參數(shù)有供氣量、回流污泥量和排泥量。2)與進水量成比例控制 指按進入曝氣池污水量成一定比例來調節(jié)供氣量，但應隨時測定DO和出水水質。也可分為控制鼓風機與控制曝氣池空氣調節(jié)閥兩種控制。3)定DO濃度控制l在曝氣池內設置在線的DO濃度檢測儀，根據(jù)反饋的DO檢測值，按DO的檢測值與設定值保持一致來調節(jié)供氣量，維持DO濃度一定。圖6.4 通過控制鼓風機的空氣量

17、來控制DO濃度4)最優(yōu)供氣量控制 指將影響供氣量的各種因素，如DO濃度、微生物量及其活性、氧轉移效率與速率、底物去除速率和進水水質等逐一進行分析評價后實施的控制，它也作為包括回流污泥量控制和剩余污泥量控制在內的活性污泥處理系統(tǒng)總體控制的一部分。2 回流污泥量控制1)定回流污泥量控制 它與定供氣量控制一樣不考慮進水負荷的變化，按一定的流量控制污泥回流。通常白天與夜間按兩個不同的設定值來控制回流污泥量。2)與進水量成比例控制l按與進水流量成一定比例來控制回流污泥量。但是，回流污泥濃度會隨著回流污泥量的變化而變化，很難維持MLSS濃度不變。3)定MLSS濃度控制 是指使MLSS濃度盡可能維持等于某一

18、最優(yōu)MLSS濃度的控制，該最優(yōu)MLSS濃度也稱最優(yōu)目標值，也是一個經驗數(shù)值。常用的實現(xiàn)定MLSS濃度的控制方式如圖所示。圖6.5 根據(jù)回流污泥濃度實現(xiàn)定MLSS濃度控制 還有兩種定MLSS濃度控制方法。一種是直接在曝氣池中設置在線MLSS檢測儀。根據(jù)MLSS目標值與實測值的偏差，直接調節(jié)回流污泥量。另一種方法如圖所示。圖6.6 根據(jù)MLSS濃度實現(xiàn)定MLSS濃度控制4)定FM控制 所謂定FM控制就是使F(有機物量)和M(微生物量)的比值保持在適宜的BODMLSS負荷范圍內的控制方法。這種控制方法需要在線檢測污水流量、BOD與MLSS濃度。四、二次沉淀池1 定污泥排放量控制定污泥排放量控制l指根

19、據(jù)計算或經驗每日都排放一定量的污泥(kgd)，在操作時每日可排放一次或數(shù)次，以至于可以連續(xù)排放。l排放時應當用MLSS濃度檢測儀和流量計來計量。l這種控制方法更適合于設置回流污泥貯存池的定MLSS濃度控制。2 間歇定時排泥控制 指每隔一定的時間t排放污泥一次，使曝氣池中的MLSS至某一設定的最小濃度為止，其中兩次排泥的間隔時間t為一常數(shù)，何時排泥只取決于間隔時間，而與排泥前的MLSS濃度無關。3 定污泥齡控制 定污泥齡控制就是通過連續(xù)控制排泥量維持污泥齡不變的控制方法。l如果每日進水水質水量的波動幅度不大，可以實現(xiàn)定污泥齡控制，尤其在設置回流污泥貯存池時，可以通過改變MLSS濃度和排泥量Qw來

20、維持定污泥齡。l主要優(yōu)點是能在一定程度上穩(wěn)定出水質量。要實現(xiàn)這一控制，必須將控制排泥量與控制回流污泥量結合起來操作。l維持某一污泥齡c的排泥量由公式6.8計算。4 隨機排泥控制 是指根據(jù)進水水質水量的變化情況及出水質量的要求，通過隨機地排故污泥有目的地控制MLSS濃度的非定量非定時的一種排泥控制方式。l例如，由于曝氣池的容積是一定的，而當進水有機物負荷較大時，為了緩解沖擊負荷的影響盡可能降低出水底物濃度，控制少排泥或不排泥以維持較高的MLSS濃度；而當進水有機物負荷較小時，可多排泥同時減少回流污泥量，以節(jié)省運行費用。五、加氯消毒混合池 加氯消毒混合池的控制主要是氯投加量的控制，一般按與處理流量

21、成一定比率投加氯。為了投加合適的氯量，在加氮消毒混合池出水口處設置余氯檢查儀，根據(jù)余氯濃度信號，自動改變投氯量比率的設定值。六、污泥濃縮池 濃縮池控制主要指排放濃縮污泥的控制。濃縮污泥排放的控制方法主要有：(1)用計時器控制排泥泵的啟動與停止；(2)用計時器和預置計數(shù)器控制每日排出一定量的濃縮污泥；(3)用計時器控制排泥泵的啟動，用污泥濃度計檢測污泥濃度降低至某一設定濃度時停泵；(4)用計時器控制泵的啟動，用污泥濃度計、流量計和預置計數(shù)器控制每次都排出一定量的固形物(以干污泥質量計)時停泵(如圖所示)。圖6.7 排出濃縮污泥的一種控制方法七、厭氧消化池1 污泥投配與排出的控制污泥投配與排出的控

22、制l一般用水位計、流量計與順序控制器組合的系統(tǒng)，對向消化池投加生污泥、向二級消化池投配熟污泥、排除上清液和排出消化后的熟污泥等，都采用定容積流量控制。l例如，投加生污泥的控制是與污泥濃縮池排泥泵聯(lián)動的，消化污泥的排出是由水位計和計時器來控制的。此外，向二級消化池投放污泥和排放上清液都按推流式控制。2 攪拌控制 消化池的攪拌可分為機械攪拌方式與消化氣攪拌方式。近年來，消化氣攪拌式已成為厭氧池攪拌的主流。l一級消化池常采用連續(xù)攪拌，也有時用計時器控制進行間歇攪拌。采用間歇攪拌方式時，在加溫過程中或投配污泥過程中必須進行攪拌。l在采用消化氣來破碎與消除二級消化池中的浮渣時應當控制通向攪拌用和破碎浮渣用的擴散管的流量。3 溫度控制 消化池的加熱有熱交換式和蒸氣直接加熱式兩種。對于熱交換式控制熱水量，蒸氣直接加熱則控制蒸氣量，以維持消化池內一定溫度。l常采用反饋控制方式，根據(jù)消化池內溫度計的測定值與溫度設定值之間的偏差，調節(jié)熱水量或蒸氣量。八、污泥脫水預處理設施 污