A/DAT-IAT工艺自动控制必要性及其过程控制

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简介： 本论文介绍了A/DAT-IAT工艺自动控制必要性及其主要控制过程，实现A/DAT-IAT工艺智能化控制，保证处理水质，又能节约能源，尽可能的缩短处理周期，使设备运行在最佳状态。
关键字：A/DAT-IAT工艺 自动控制 废水处理

1.A/DAT-IAT工艺自动控制必要性

　　A/DAT-IAT工艺是传统SBR法经过不断演变发展来的，其去除有机物和脱氮的机理和传统SBR法是相同的，所不同的只是运行方式，实现了连续进水的目的，但是操作工序繁琐，与其它工艺相比较所需要控制的变量较多。目前我国应用SBR工艺的污水处理厂基本是人工手动控制，还没有实现计算机自动控制，这不仅需要更多的运行管理人员，增加了运行操作人员的强度，而且降低了工艺处理过程的可靠性。因此，为了保证废水处理过程的安全可靠和生产的连续性，同时为了满足废水处理工艺的需要，必须采用自动控制系统。目前在国内外各污水处理厂普遍采用以PLC为主的集中管理和分散控制相结合的控制系统。

　　自动控制是根据预先设定好的参数来进行操作，不能智能地根据水质水量的变化灵活调节工艺参数，是一种低级的控制。而针对不同的进水有机物和NH₃-N浓度以及出水要求，恰当地改变反应时间、HRT、混合液回流比和各池进水流量等工艺参数，在保证处理水质的同时，尽可能减少运行费用，防止污泥膨胀，这是更高层次的计算机过程控制。然而，至今有机物和NH₃-N在线检测传感器还没有问世，无法根据池中的有机物和NH₃-N浓度降解情况控制相应的参数^[40]。目前大多数研究人员使用氧化还原电位（ORP）、好氧速率（OUR）、溶解氧浓度（DO）和pH值等这些价格便宜、精度高、又便于与计算机接口的仪器实现废水生物处理的自动控制。

　　实现高级控制就是要在进水COD和NH₃-N浓度无规律大幅度变化的情况下，根据特性曲线、数学模型、有关规则和测定值等对各处理单元的工艺控制过程和参数进行系统分析和表达，利用人的知识和经验以及新的研究成果让计算机模拟人脑进行控制，进而完成其它控制方式无法处理的信息，实现智能化控制，保证处理水质，又能节约能源，尽可能的缩短处理周期，使设备运行在最佳状态。

　　2. A/DAT-IAT工艺的过程控制

　　目前以PLC为主的集中管理和分散控制相结合的控制系统在国内外各污水处理厂广泛应用并取得较好的处理效果。一般由三级构成：第一级，就地控制（即MCC）；第二级，现场控制站（即PLC）；第三级，中央控制室（即操作站）。

　　⑴就地控制。在参与工艺各种设备现场设有就地控制箱，配有自动/手动切换旋钮，在遇到特殊情况（调试和维修等）可以通过旋扭操作直接启/停设备，干预程控控制，在正常时转入自动控制。

　　⑵现场PLC控制站。接受上位机程控指令，执行实时控制，循环检测各设备运行状态，及时向上位机发送设备运行状态信息。根据工艺流程图布置，虚设三个现场PLC控制站。第一级子站对格栅、进水泵站、沉砂池、计量渠水质水量的监控；第二级子站对曝气池内的闸阀、溶解氧的读取、鼓风机的自动调节及启停、回流泵和滗水器启停的监控；第三级子站对污泥泵、污泥流量、投药泵和脱水机的监控。

　　⑶中央控制室。以工控机作为PLC的上位机，充当人机界面，根据废水处理工艺要求预置几套工艺流程，用户可根据实际需要加以选择。设备运行状况、仪表检测参数可显示在显示器上，显示方式多样，有指示灯状态显示、虚拟仪表数码显示、光棒图模拟显示、动态曲线跟踪、历史曲线查询、形象动画显示等。人机界面友好，操作方便，关键控制点密码保护，系统安全可靠。计算机参与设备管理、累计设备运行时间、计算电能消耗。并可根据事先设定的监控范围、对流量、液位、PH值等指标进行监控，一旦超出设定范围，计算机立即启动声光报警，并将这一时刻的有关数据、工况记录下来，以供分析、决策。计算机所测的数据按一定时间间隔记录在硬盘上，用户根据需要随时将有关数据打印出来。

　　如图6.1所示，A/DAT-IAT工艺流程需要控制量较多，有格栅、进水泵房、沉砂池、鼓风机和A/DAT-IAT池，它们控制方式如下所述：

　　1．格栅控制

　　格栅有粗细两道，废水由污水井进入粗格栅，主要拦截较粗大的悬浮物，保证进水泵正常运行。然后流入细格栅，以去除废水中较小颗粒的悬浮物。在现场设有就地控制器，可以进行手动和自动转换控制。对格栅自动控制采用两套方案，一是根据格栅前和格栅后液位差进行控制运行，当液位差达到设定值，说明格栅上的悬浮物较多，启动格栅运行刮去格栅上的悬浮物；二是定时运行，当液位计失灵时，格栅由液位控制转为定时运行，运行时间和运行间隔可根据污水厂运行经验来设定。另外还可实现自动控制栅渣输送，处理与格栅联动，延时停机，各设备运行工况指示及事故报警，重要运行参数远传至中央控制室^[52]。

　　2．进水泵房控制

　　水泵是污水厂的关键设备之一，是将粗格栅流出的废水提升到细格栅间。在进水房里，假设有四台水泵需要监控，其中有一台为变频泵，另三台两用一备。在进水泵房里设有就地控制箱，可进行手动与自动控制转换。自动控制过程如下：先将井水房水位设置为超低、低、较低、中、较高、高、超高。一般水位维持在中水位，只需启动变频水泵就可以。当水位上涨时，加大变频泵转速，超过较高水位并维持10s时间，则启动一台固定水泵，如果水位继续上升，并达到高水位时，再启动一台固定水泵，当水位超过超高水位并维持10s时间报警。若水位下降，降至较低水位时，则先运行的固定水泵停止运行，若水位继续下降，降至低水位时，则关掉另一台固定泵。如果水位继续下降，调小变频泵转速，至超低水位停泵报警。

　　3．沉砂池控制

　　沉砂池主要用来沉淀一些比重较大、易于沉淀分离下来的颗粒物质，主要包括无机性的砂粒、砾石和少量较重的有机性的颗粒。上述颗粒物质表面还附着一些粘性的有机物质，这些粘性有机物是极易腐败的污泥。废水中的砂如不去除，会在后继处理单元或渠道内沉积，并使设备过度磨损。排砂时间过短会使排出来砂含水率增大，增加处置的难度。排砂间隔时间的安排主要取决于上游排水系统的情况，如排水系统是合流制还是分流制，管道腐蚀程度，是否有明渠直接汇入，排水范围内是否有太多施工工地，工业废水比例，服务面积内居民的生活习惯。对于合流制来说，下雨天砂量要比平时大得多，一方面由于雨水带入较多的泥沙量，另一方面平时沉积在管道的泥沙由于水流流速较大被冲刷进入污水厂，因此要增加排砂次数或连续排砂。现场PLC控制可以根据运行经验设置多种运行方式，灵活运行。

　　上面废水进入巴歇尔计量槽，在计量槽里安装有pH计、温度计、超声波液位计。水量可以根据液位计测的液位计算得到。当测的pH值小于5.5或大于8.5时，关闭进水阀门，保护活性污泥。

　　4．鼓风机

　　目前新污水厂采用鼓风曝气较多。对于鼓风曝气污水厂来说，鼓风机是废水生化工艺的心脏，又是废水处理过程中最大的电耗设备。罗茨式鼓风机是使用最广泛的鼓风机，其主要性能特点就是节能。当相对压力低于或等于48KPa时，罗茨鼓风机效率高于相同规格的离心鼓风机的效率。鼓风机由第二子站PLC、供气管道压力传感器、PID调节器、变频调速器、电控单元和多台鼓风机构成。其中PID调节器对压力传感器检测到的压力信心转换的电信号与用户设定信号进行比较，得到频率信号控制变频器的输出频率，从而控制鼓风机转速和出气量。第二子站PLC负责变频器的起制动和鼓风机运行环境，运行状况和运行准备监控，并能自动报警停机。当压力低于预设定值，增大鼓风机频率，转速加快，气压上升。如果压力还低于设定值，将频率增至工频。如果压力依然不满足设定值，则启动另一台鼓风机。在启动过程中，先将前一台频率降到启动频率，待后一台完全启动时一同增大频率至管道压力为设定值。

　　5．A/DAT-IAT池的控制

　　A/DAT－IAT池整个设备的开停和运行状态主要由第二子站的PLC控制。缺氧池中安装了pH计和污泥计，DAT池和IAT池中分别安装了pH值计、DO仪、污泥浓度计。A/DAT－IAT池自动控制过程为：缺氧池连续进水，DAT池连续曝气，曝气量由空气闸阀控制，而闸阀开启度由DO仪反馈信号有关；IAT池间歇曝气、间歇搅拌、间歇沉淀、间歇滗水，IAT池在曝气阶段的控制与DAT池的控制一样。