和利時CASS污水處理工藝中的自動控制

摘  要 CASS工藝操作工序繁瑣，與其它工藝相比較所需要控制的變數較多，為了保證污水處理過程的安全可靠和生產的連續性，同時為了滿足污水處理工藝的需要，必須採用自動控制系統。採用自動控系統還能夠有效的降低系統的能耗和葯耗。本文主要介紹了CASS工藝中粗格柵間、提升泵房、細格柵間、旋流沉砂池、CASS反應池以及鼓風機的工藝控制策略。
關鍵詞  CASS工藝；污水廠自控；PLC
1 引言
   CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是循環活性污泥技術的一種形式。其主要原理是：把序批式活性污泥法（SBR）的反應池沿長度方向分為兩部分，前部為預反應區，後部為主反應區。CASS工藝操作工序繁瑣，與其它工藝相比較所需要控制的變數較多，為了保證污水處理過程的安全可靠和生產的連續性，同時為了滿足污水處理工藝的需要，必須採用自動控制系統。採用自動控制系統還能夠有效的降低系統的能耗和葯耗。目前在國內外各污水處理廠普遍採用以PLC為主的集中管理和分散控制相結合的控制系統。國內某污水處理廠採用CASS污水處理工藝，控制器採用和利時公司LK系列PLC產品。
2 CASS工藝特點
   CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝作為SBR處理技術的一個改進，不僅具備SBR法工藝簡單可靠、運行方式靈活、自動化程度高的特點，而且具有明顯的除磷脫氮功能，這一功能的實現在於CASS池通過隔牆將反應區分為功能不同的幾個區域，因在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同，各池中佔優化的生物相亦不同。儘管單池為間隙操作運行，但使整個過程達到連續進水，連續出水。同時在傳統SBR池前或池中設選擇器及厭氧區，相當於厭氧、缺氧、好氧階段串聯起來，提高了除磷脫氮效果。
3 工藝控制策略
CASS工藝的污水處理廠主要由粗格柵間、進水泵房、細格柵間、沉沙池、CASS反應池、鼓風機房、加氯間、接觸池及污泥脫水機房等構成。
3.1 粗格柵間及提升泵房
♦粗格柵

   •控制模式一：格柵前、後設超聲波液位差計，根據設定的液位差判斷格柵是否堵塞，若堵塞，液位差ΔH增加，則除污機開始連續工作，直至液位差ΔH小到滿足要求后，恢復正常的除污機操作。
   •控制模式二：格柵機的操作是根據時間間隔及持續時間的定時法來控制，時間間隔及持續時間由PLC設定，操作人員調整所有格柵具有相同的時間間隔及持續時間。時間間隔能從零調整到24小時，但每一擋不少於30分鐘，持續時間能從零調整到3小時，但每一檔不少於5分鐘，最初應將時間間隔設置為3小時，持續時間為15分鐘。
   •柵渣輸送壓榨機與格柵聯動運行，當任一台或兩台格柵機運行時，柵渣輸送壓榨機隨之運行。當最後一台格柵機停止運行后，延時一定時間柵渣輸送壓榨機方能停止運行。液位差的設定值、粗格柵的運行周期以及運行時間均可由觸摸屏或監控計算機修改設定。
♦提升泵
   進水泵房水泵可手動/自動控制，手動狀態下，可在就地控制柜上單機起停，在自動控制狀態下：
   •根據集水池液位自動控制變頻調速泵的轉速及水泵的開/停。
   •根據集水池最低液位，自動停泵，實現泵的干運轉保護。
   •每一台泵的起動次數和總的運行小時數應均衡。初始設定使每台泵的運轉時間相等。
   •控制系統監視泵的運行過程，如泵故障報警並自動投入備用泵。
   •PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理。
 

3.2 細格柵及旋流沉砂池
   細格柵控制與粗格柵相同。細格柵與螺旋壓榨機、皮帶輸送機的聯動順序為：螺旋壓榨機——螺旋輸送機——細格柵; 停止時，先細格柵停運行后螺旋壓榨機及螺旋輸送機繼續運行（30~60）秒時間（可調），當螺旋輸送器或螺旋壓榨機發生故障，報警並順次停止細格柵運行。
   完成砂水分離控制方法如下：正常情況下，定時開啟排砂泵；當儲砂池砂位到達設定值時，隨時開啟排砂泵。砂水分離器應與砂泵聯動，排砂泵啟動后，相應的砂水分離器隨之啟動，排砂泵停止運行后，砂水分離器也隨之關閉。排砂泵和刮渣機由PLC完成一部化操作。
   2台吸砂橋由PLC控制間歇運行（運行間隔時間可人工設定）。砂水分離器與吸砂橋連鎖：啟動時，順序依次為砂水分離器、吸砂橋，停車時相反；在吸砂橋停止運行之後砂水分離設備繼續運行1~5分鐘（可調），當砂水分離設備發生故障時停止運行吸砂橋。
3.3 CASS反應池內工藝控制
預反應區設計
   為了使迴流污泥和污水進行充分混合，形成均勻的厭氧環境，在預反應區內設置潛水攪拌器，該攪拌器屬於高轉速類型，具有較好的混合攪拌功能，考慮到厭氧環境對磷的釋放影響較大，故在預反應區內還設置有DO在線測定儀，其輸出信號接入CASS反應池PLC子站，PLC子站根據DO值的大小及變化，對迴流污泥量進行在線調節，以達到最佳的厭氧環境以利於磷的釋放。和利時LK系列PLC支持大容量的數據存儲空間，可繪製預反應區進水水量、進水水質、污泥迴流量與DO的關係曲線，存放在PLC的數據區內，對運行工作起到高效、優質的指導作用。
主反應區設計
   主要的控制和檢測設備有：潷水器、迴流污泥泵、剩餘污泥泵、潛水攪拌器、電動調節堰門、電動蝶閥等。
   污水處理廠設4個反應池每兩個反應池為一個功能單元，PLC的邏輯電路代表了運行方式、已設定的循環以及在設計負荷下設備操作的按序時間周期。這些時間參數並非固定不變的，而是可在需要的時候進行必要的調整。基本循環分正常循環和大流量循環的操作。任何循環的操作都是有下面描述的控制方法決定的。正常循環4小時為一個周期，其中曝氣（A）2小時、沉澱（S）1小時、潷水（SS）1小時、空閑（時間變化）；大流量循環每周期2小時，其中曝氣（A）0.5小時、沉澱（S）1小時、潷水（SS）0.5小時、空閑（時間變化）。當液位到達超高報警水位時，立即開啟排放閥門。
   正常循環時反應池有關時間參數如表3-1：
表  3-1 反應池運行時間參數表

   在遠程自動模式下，迴流污泥泵在曝氣、沉澱、空閑階段啟動；在手動控制模式下，迴流污泥泵在整個循環過程中都可運行，並可通過調節迴流污泥管上的控制閘門開啟度來調整迴流污泥量的大小。在自動模式下，剩餘污泥泵在潷水之後啟動，15分鐘后停止工作。此時間可根據MLSS值更新排泥程序。在手動控制模式下，剩餘污泥泵在整個循環過程中都可運行。
   進水曝氣階段CASS主反應區內邊充水邊曝氣，同時池內的迴流污泥泵連續不斷的向預反應區迴流污泥。此時有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的氨氮通過微生物的硝化作用轉化為硝態氮；
   靜止沉澱階段CASS主反應區不充水也不曝氣，此時微生物利用水中剩餘的DO進行氧化分解，生物池逐漸由好氧狀態向缺氧狀態轉變，開始進行反硝化反應，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清；
   排水排泥階段CASS主反應區的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時池內的剩餘污泥泵向污泥調節池輸送剩餘污泥。此時，生物池逐漸由缺氧狀態過渡到厭氧狀態，繼續進行反硝化反應。
   實際運行過程中，由於潷水器的潷水能力是按最不利的情況進行設計選型的，而這種最不利情況不易出現，故實際潷水時間通常要比設計潷水時間短，其剩餘時間通常用於CASS主反應區內污泥的閑置，以恢復污泥的吸附能力。
3.4 鼓風機的控制
   每一組反應池對應兩台鼓風機，鼓風機在已設定的曝氣過程中啟動，根據反應池中測得的DO值開啟一台或兩台鼓風機，調整一台鼓風機的轉速及工作時間。當某一鼓風機出現故障，自動報警通知管理人員，人工起動備用鼓風機。
   PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理。
   鼓風機將壓縮空氣通過管道送入CASS池，讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。鼓風機在工頻狀態下啟動時，電流衝擊較大，容易引起電網電壓波動，而鼓風機（羅茨）風壓一定，風量只能靠工作台數及出氣閥來調節，實際生產運行中往往是通過調節出氣閥門來控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費在閥門上。
   最新的方案中，在鼓風機上應用了變頻器，由於變頻器的軟啟動大大的減小了電機起動時對電網的衝擊，而且在正常運行的時候，將出氣閥門開到最大，根據工藝和參數的要求，適當的調節電機的轉速來調節管道的風量，從而來調節污水中的溶解氧（DO）。而且可以根據溶解氧感測器反饋的信號（4~20MA）很方便的實現閉環自動控制。LK系列PLC傳承了和利時DCS過程式控制制的優點，具有功能強大的PID調節控制器，使被控對象的調節更加快速、穩定。溶解氧調節具體實現方法如下：
   噹噹前溶解氧值小於設定值時，開啟一台鼓風機，並進行變頻調節；
   當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小於設定值，則再開啟一台鼓風機，此時兩台鼓風機一台工頻運行，一台變頻調節；
   當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小於設定值，則再開啟一台鼓風機，此時三台鼓風機兩台工頻運行，一台變頻調節；
   相反，噹噹前溶解氧值大於設定值時，變頻器頻率減小，當頻率減小至0時，且溶解值仍大於設定值，則停止一台鼓風機，繼續變頻調節；此過程中若當前溶解氧值大於設定值，則再停止一台鼓風機，繼續變頻調節，如此類推，直至當前溶解氧滿足設定範圍。
   另外，系統將統計各台鼓風機的累計運行時間，每次啟動或停止鼓風機時，需比較各鼓風機的累計運行時間，累計運行時間短的鼓風機先啟動，同時還要保證先啟動的鼓風機在條件滿足時先停止，盡量使各鼓風機的運行時間均衡，以延長鼓風機的使用壽命。
 

4 結束語
   本文論述了CASS污水處理工藝的特點及自動控制策略。CASS污水處理工藝與和利時LK系列PLC控制系統的有機結合，保證了污水處理過程的安全可靠和生產的連續性，大大降低了系統的能耗，為企業帶來了可觀的經濟效益和良好的社會效益。

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