污水处理厂SBR法工艺自动化管理系统

1、污水处理厂SBR法工艺自动化管理系统污水厂的管理目前大都停留在经验决策阶段，因此污水处理质量 极大程度上受管理人员素质的制约。 随着污水处理水质要求的日趋严 格，污水处理工艺过程更趋复杂，控制要求越来越高，管理水平将是 污水处理事业进一步发展的障碍之一。 近年来从国外引进设备的污水 厂基本上都采用计算机管理， 一般都取得了较好的效果。 本文就污水 处理厂SBR法工艺自动化作些探讨。1.1 微机自动化管理系统的设计 目前国际上普遍采用的自动化管理系统一般都采用这一模式： 人一计算机 一 PL -现场设备PLC是这一模式中的关键设备，PLC中事先已输入工艺运行的程序，PLC可以根据工艺参数按运行模

2、式自动监控、运行设备。计算机在这 一模式中起三个作用：实时显示运行工况。实时向PLC传送调整 设备运行状态的指令。建立数据库，储存记录运行中各参数、指标 等资料。人可以通过计算机随时改变工艺运行的模式。PLC根据工艺运行的模式自动调整设备的运行， 并对工况运行的数据库加以整理保 存。1.2 微机自动化控制系统的特点1.2.1 将分散在工艺流程上各控制点的监测数据经处理后作为 PLC 控制的依据。1.2.2 将监测的数据作为计算机选择运行模式的依据， 实现 PLC 对 各设备有效的、自动的控制。.123计算机实现对全厂运行情况有序的、集中的管理，保证操作 人员对整个系统的监控。2 SBR法工艺流

3、程SBR工艺是一种间歇（批式）处理污水的工艺技术，它采用单个反应 池通过时间序列来完成进水、反应、沉淀、排水、闲置等功能。在SBR池进水阶段，利用污水进水中所含有机碳源，将上一批反应 排水后残留在池内污 水中的硝酸盐氮予以还原，经过一段时间后， 开始曝气，在含碳有机物被氧化的同时，先后进行氧化和硝化反应， 曝气结束后进行沉淀，然后将上部澄清液排出，并保留部分处理后污 水供下一周期反硝化反应。对于SBR污水处理工艺，管理控制可分为两个层次，它与连续流不 同，处理操作需要开、关反应池进水阀门，在预定的进水时间内，根 据反应池的充满程序，确定启、停鼓风机、滗水器等一系列操作，这 些均需PLC来控制。

4、另外，由于季节变化污水量少、水质浓度的变化， 处理效 果需要通过调整周期内时间配置来调节。如出水氨氮过过高 则需增加反硝化时间等，一 NOX-N高，则需延长曝气时间，出水. 般可以在PLC内预先设置几套周期配置模式，以便根据实际水量、水质、水温等因素，在一段时间内选用一种周期模式，或昼夜用不同 的周期模式。此外，PLC内还具有意外情况下的处理对策，如突然停电一段时间后，应以何种措施过渡恢复等，这些均是SBR法有别于连 续流工艺控制管理的方面。3 PLC 硬件的配置 污水处理厂进行自动化控制、管理的主要手段是可编程序控制器 (PLC)和计算机。自动化管理系统一般都采用分散控制集中管理的模 式，即

5、按工艺要求将全厂的控制系统分成若干个单元， 每个单元由一 台PLC控制，PLC与 PLC之间可由专用通讯电缆连接，构成主、从PLC模式。主PLC与计算机之间有通讯线相连。PLC的配置，首先应当结合工艺、土建解决好 PLC的单元布置，主 要解决集控室与PLC PLC与 PLC之间的距离问题。各控制单元之间 的距离应尽量短。如果各控制单元的距离不大于 200 米，可采用主、 从PLC控制模式，主PLC设在集控室，可通过通讯口与计算机直接连 接，从PLC采用专用通讯线与主PLC连接。这种模式较为经济。如果 PLC与PLC之间的距离较大，则通讯干扰大，可靠性差，不宜采用上 述模式。可以采用具有网络功能

6、的 PLC PLC之间构成一个网络结构 并与计算机相连。每个PLC独自控制一个单元，但这一模式的工程造 价较高 。法工艺自动化控制管理系统 SBR44.1 设计规模及处理目标进水水质：BOD=153O0mg/l,5 CODcr=250 500mmg儿NH-N=2540mg/l。3 出水水质：B0玄 20mg/l ,5CODc股 70mg/l,NH-N < 15mg/l。33/d。5000m 日处理量4.2 设计原则421 适用于规模较小的城市污水处理，昼夜水量变化大；422 流程简洁，日后水量增长时可改为连续流常规活性污泥法工 艺；具有较好的脱氮除鳞功能（本例子未考虑脱磷）；4.2.4

7、控制、管理实现自动化，降低能耗，减少运行费用和劳动强 度。4.3设备及仪表配制设置二个控制单元：进水泵房单元（PLC1）;鼓风机房单元（PLC2） 集控室与进水泵房单元合在一起。鼓风机房单元电机运行状态可以通 过PLC1在模拟屏上显示出来。PLC 采用 OMRC产品：PCC20OHSD1 = 128DO=128A 仁16AO=0:PLC1PLC2 : D1 = 128DO=48A1 = 16AO=0控制室配计算机一台、打印机一台。4.4 工艺操作系统污水厂的进水泵房部分一般包括入流总闸门及放泄道、格栅、集水池和提升泵。进水总闸门是为了部分进行维修需要而设置， 一般情况 下不操作，所以一般采用电

8、动阀门就地操作，其工况集中显示。格栅 一般采用电动清捞， 根据定时或格栅前后的液位差自动运 行。此外， 还需配制垃圾皮带输送机或压榨机， 整个格栅除污系统采用现场联动 操作，集控室显示。在集水池内设浮球开关及液位计，进水泵的开启 台数根据集水池液位升降由PLC控制启停。一般SBR不设初沉他。3, 每组反应池设鼓风机二台1600m反应池假设为三组，每组容积333/h)， 设置搅(，设置浇水器二台每台流量(30m20m/min; 450m/min)拌机四 台。周期设计为进水 2 小时，曝气 4.5 小时，沉淀 0.75 小时，排水 0.75 小时，整个周期为 8 小时。1. 首先第一组进水， 开启

9、第一组进水电动阀门， 同时给出信号， 进 水泵准予启动;2. 第一组反应池液位上升至某一设定值时，启动水下搅拌器;3. 第一组反应池内液位达到设定最高值时，关闭进水电动阀门;4. 鼓风机开启受二个因素制约， 一是时间， 时间控制主要是反硝化 搅拌反应需一定时间; 二是液位， 进水后反应池充满到一定程序再开 鼓风机。二个条件必须同时满足。开启鼓风机的同时，关闭搅拌机;5. 鼓风机启动台数需根据反应池溶解氧数值来确定。 一般有如下三 种方案：方案一 、方案二采用先同时开启两台风机，当溶解氧到达 某一设定值后，可改为一台，继续曝气，直到设定曝气时间结束再停 机。方案三采用大小风机交替使用，使溶解氧到

10、达某一设定值;6. 第一组反应池进水结束后， 如第二组反应池已做好进水准备， 则 打开第二组电动进水阀。 如第二组不能进水， 则给出信号，停进水泵，等到第二组反应池允许进水时打开电动进水阀，同时启动进水泵;7. 在曝气结束前，根据时间设定，打开排泥阀，排反应池混合液， 排泥量可通过时间或反应池液位由工艺设计根据泥龄来确定，并可调整；8停机后开始计时，即反应池进入沉淀阶段。一般沉淀45分钟后即可滗水；9. 沉淀阶段结束时，给出信号，开启滗水器。滗水器开启时间主要 受液位控制（即排水量要求），滗水总量（以液位反应）到达后，给出信 号关闭滗水器，此时进入闲置期待命，再转入进水期；10. 第二、第三个

11、反应池操作也相同；11. 当发生停电或其他意外事故使反应池中断工作，再恢复时，由 于外管道内积存污水较多，需及时抽送，可选改为人工操作，待正常 后再切入自动运行。或由PLC按照事先设定的应急程序操作，再过渡 到正常运行；12. 由于冬季、夏季水质水量水温的变化，需要调整曝气时间、排 泥量、污水排出比等，因此可按照设计要求，形成多套运行周期程序， 根据排水水质来选择合适的周期；也可在一天中采用不同周期运行。 图四是其中一种运行周期程序。4.5计量监测系统：集水池内设上、中、下液位开关及液位计，并设上、下限报反应池内设上、下液位开关；4.5.3 进出水流量，显示瞬时值及积算值，并在计算机内存放，提

12、 供日处理量供打印报表；4.5.4 在集水井监测进水PH及进水温度，其日最高值和平均值 供 报表打印；鼓风机空气量需计量积算，提供日报表打印；池溶解氧供日报表打印；排泥量积算并提供日报表打印。5 PLC过程控制本系统采用两种模式来实行控制。5.1手动，现场“手动/自动”选择开关切换到手动，可由现场开 关直接控制设备，这是最高优先级的控制，在这一模式下，PLC仅对运行状态作监视。5.2自动，现场“手动/自动”选择开关切换到自动，在这一模式下PLC能根据测量参数自动控制设备的运行。自动模式又可分为2种 控制方式，我们在PLC的运行程序中设置了上位机控制方式与 PLC控 制方式。5.2.1 上位机控

13、制方式：在计算机上，可以将控制方式切换到上位机控制，这时PLC接收上位机发出的指令，也即我们可以通过计算机直接遥控现场设备控制方式，PLC按上位机设定的运行模式自动控制设备运 行，出现故障会及时报警。(1) 格栅单元进水闸门现场控制，PLC监视。格栅装置：现场设置格栅、皮带转 送机、压榨机联动控制系统，可由现场控制，也可由PLC控制。(2) 集水井单元PLC 根据液位仪测量值及上、中、下液位开关自动控制泵。关闭泵 后须等待 10 分钟才能启动， 以保证泵不频繁启动 ( 紧急启动不受此限 制)。在启动、停止过程中，PLC自动检查泵的运行状况，判别是否 出现故障并报警。 计算机自动记录各泵的运行时

14、间， 并使之尽量相等。 进水 流量、PH值、温度测量信号经PLC的Ato转换后送计算机显示、 存储。(3) SBR 池单元溶解氧测量值及上、下液位开关信号送 PLC PLC根据设定的时间 参数、上下液位开关信号启闭进水电动阀门和滗水器， 计算机自动记 录进水、出水时间。(4) 应急措施突然停电：计算机会自动检查停电时刻设备运行状况， 提示用户 紧 急处置的步骤、停电时期的注意事项及复电开机的步骤。 6 监控及管理界面的开发监控及管理界面采用人机界面(MMI)软件包二次开发而在。我们采用了用于控制系统数据采集、图形组态监控和管理的通用软件包一FAGM该软件在Microsoft Windows3.

15、2/95中文环境中运行，运用软件设计了 SBF法工艺总流程图和相应的各个控制单元的图形界面，控制及管理软件具有如下功能：6.1工艺流程图监控、仪表面板；6.2数据记录和统计报表；6.3数据保存、分析和数据记录追忆；6.4报警显示、保存和打印；6.5设备工作状态控制和工艺参数设定;6.6用鼠标点动控制设备输出。本系统已在太阳岛污水处理工程、 吉化丙烯腈废水预处理工程、金 玉兰广场污水处理工程中实现，控制效果良好。污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径1能耗分析城市污水处理厂消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源，其中电耗占总能耗的60%90%,具体电耗分布情况因工艺和。1）见表（管理水平的不同而

16、有差异.表1部分城市污水厂电耗情况规模处理等3备注）h/m 厂名（kW电耗34 /d）m（10级上海西区污0.2181.2水厂无消上海曹杨污0.23222.0化水厂上海东区0.3354.55.02水有太原北郊0.25521.4水根据资料分析不难得出以下结论：,污泥处理仅占50污水处 理电耗占全厂总电耗的80自然也就是节能重点。可见污水处理是处理厂耗电大户，4015%,其中又以提升泵、风机为重 中之重。个污水厂均为老厂，无污泥脱水等工艺，处理单列出表14 30.260 h/m0.262 kW 位污水耗电量约，从表面上看与日本全国平均 33稍高。但仔细分析就会发现：0.20 kWh/mkW-相近，

17、比美国h/m; 美、 0.01日本沉砂池普遍有洗砂、通风、脱臭等，约耗电 kWh/m 0.002 kW日两国普遍对出水进行消毒处理，该项电耗约 h/m3美、日两国对污泥都进行消化、脱水、焚烧处理，美国还进行 气浮处.3,而回收的能源均未计算在内。h/m另外，约耗电理，0.050.1 kW 美、日两国自控设备比我们多，照明空调等耗电也比我们多不少。可 见老厂节能问题十分突出，潜力巨大。2提升泵的节能提升泵的电耗一般占全厂电耗的10%20%,是污水厂的节能重 点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；对于已投产的 污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。2.1精确计算水头损失，合理确

18、定泵扬程从泵的有效功率N二丫 QH可以看出当丫、Q一定时，N与H呈uu正 比，因此降低泵扬程节能效果显著。如天津东郊污水厂总水位差4.5m, 小于纪庄子污水厂的6 m,仅此一项每年即可节电100X 10.4kWh。 然而，目前进行污水厂设计时，水头损失估算普遍偏高，导致泵扬程 计算值偏高。在日本一般污水厂总水位差仅 2.0 m左右，可见我们的 差距还很大。降低泵扬程可采取以下措施： 总体布置要紧凑。连接管路要短而直，尽量减小水头损失。",落差可由3540cm减少到10cm改非淹没堰为淹没堰。日本总水位差小的关键在于初沉池、曝气池、二沉池均采用方形平流式，三池为一体，首尾相连，水流通畅

19、，从而最大限度地减 小了水头损失。虽然造价比辐流式要高一些，但其差价很快可以从节 电效益得到补偿。平流式沉淀池在我国应用较少，主要原因是刮泥设 备不过关，近年来环保设备技术水平有了长足进步， 所以平流式沉淀 池应用前景广阔。2.2流量调节方式污水厂进水量往往随时间、季节波动，如果按目前通行的以最大 ， 大部分时流量作为选泵依据，水泵全速运转时间将不超过 10%间都 无法高效运转，造成能源浪费。由轴功率N=N/n （ n为泵运行效率）可以看出，一定流量扬程下iuiN 是一定的，而泵的轴功率直接由n决定，所以应选择合适调控方iu式， 合理确定泵流量，以保证泵始终咼效运转。221转速加台数控制方式目

20、前国外大型污水厂普遍采用转速加台数控制方法， 定速泵按平均 流量选择，定速运转以满足基本流量的要求； 调速泵变速运转以适应 流量的变化，流量出现较大波动时以增减运转台数作为补充。但是由于泵的特性曲线高效段范围不是很大，这就决定了对于调速泵也不可 能将流量调到任意小，而仍能保持高效。四种调速方法效率-转速 。 1关系如图其它调节方式除调速外还有一些流量调节方式，不需添置设备，只需加强管理， 就可很快收到可观效益。机构调节主要指水量出现大的波动时关闭或开启出水闸， 这样虽然会增大水 头损失，但因N-Q曲线为上升曲线，所以还是有一定节能作用的。 运行方式调节一般可以很简单地采用随进水量增减台数的方法

21、进行， 通过缩短运 行时间达到节能目的。这一点在各厂都已采用，但要注意对于大型水 泵，因为启动电流很大，所以应尽量避免频繁启动。 调整改造离心式水泵都配有一系列直径的叶轮，可简单地通过更换叶轮使水 泵适应低于额定流量的流量。另外，在确认流量为恒定低流量后， 还可以采用切削叶轮的方法。2.3选用高效电机及传动装置泵系统电耗 W=t N/( nnn )32®式中n、n -传动效率和电机效率32t -运行时间因此可从n、n入手，采用高效电机进行节能。32高效电机没有一个准确定义，一般效率比常规电机高 2%8%,虽然提高幅度不 大，但因为污水泵大多为大功率、24h运转，所以即便只提高1% ,

22、 节能效果也是很明显的。当然高效电机价格比普通电机高15%60%,所以采用该方法应 进行经济校核，看是否能在使用期内由节电效益收回投资。3曝气系统的节能鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的 40%50%，是全厂节能的 关键。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装 置效率，降低污泥对氧的需求。3.1扩散装置改进布置方式传统的曝气池，曝气管是单边布置形成旋流，过去认为这种方式有 利于保持真正推流，另外可以减小风量，但经过多年实践与研究发全 面曝气可使整个池内均匀产生这种方式不如全面曝气效果好。现， 小旋涡，形成局部混合，同时可将小气泡吸至 1/3到2/3深处，提高 充氧效率，见表2。3

23、：表2不同充氧方式的效率全面曝气全面曝气中心曝单边曝(间距6.1曝气方式(间距3.05气气m) m)充氧效率1.051.571.331.82h)kg/(k 2采用微孔曝气器微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，因而转移速度高， 比天津东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用微孔全面曝气，节约风量。 可穿孔管节电20%以上。英国有报道采用微孔曝气每去除1 kgBOD4% 25节约风量，电力18 3所示。日本的情况如表4：日本不同扩散装置的效率表3穿孔管曝气方式 微孔曝气330气 量(m/kgBOD) 361.1 h/kgBOD)(kW耗电量 1.3美国对一大批老式穿孔曝气进行了改造，效果显著。如美国的 3/d 的污水厂采用微孔曝气，实际氧利用率从在Hartford224 640 m美元, 每年节约电费000600 %，总投资10.0 %提高到了 4.4穿孔管.。200 000美元，不计清洗费用，3年即可收回投资3.2风量控制节能选择风机时，都要在计算需气量基础上加上一个足够大的安全系数， 以满足最大负荷时的需要。所以在日常负荷下一般都要适当减小风量， 负荷低时更应如此，这不仅是节能的