固定床-流化床廢水處理工藝監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

沈 潔，余海晨，楊 濤

（1.天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與自動(dòng)化系，天津 300350；2.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191；3.西門(mén)子（中國(guó)）有限公司水處理技術(shù)部，北京 100102）

1 固定床-固化細(xì)胞流化床耦合工藝簡(jiǎn)介

流化床-固定床耦合工藝是結(jié)合流化床和固定床的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的一體化耦合反應(yīng)器能夠在控制生產(chǎn)和運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上，具有較好的CODCr、SS去除性能及脫氮除磷的能力，并且構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行管理方便，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散式小型綜合廢水處理方面具有良好的實(shí)用前景。

反應(yīng)器分為5個(gè)單元，從左到右的反應(yīng)單元依次是固定床#1-流化床#1-固定床#2-流化床#2-固定床#3，如圖1所示。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中各單元的運(yùn)行時(shí)間、水溫、曝氣量、水位及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)與運(yùn)行功能要求靈活變化。

圖1 固定床-固化細(xì)胞流化床耦合工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用三相交流電供電，三相空氣開(kāi)關(guān)控制整個(gè)系統(tǒng)的電源通斷。FU1至FU6熔斷器起過(guò)流保護(hù)作用，防止各回路發(fā)生短路現(xiàn)象；熱繼電器對(duì)負(fù)載電機(jī)M1至M3起過(guò)載保護(hù)作用，消除了主要的安全隱患。3個(gè)接觸器（KM1-KM3）控制1個(gè)水泵、2個(gè)氣泵獨(dú)立啟／停具體電路及控制電路設(shè)計(jì)，如圖2所示。

控制回路使用220V交流電對(duì)接觸器KM1-KM3供電，由中間繼電器J1-J6控制水泵、氣泵、加熱器的工作，DC 24V電源對(duì)水泵、氣泵及攪拌機(jī)的指示燈，電磁閥供電，通過(guò)PLC輸入端的開(kāi)關(guān)信號(hào)邏輯控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)模擬量模塊接溫度傳感器和液位傳感器的輸入控制系統(tǒng)的溫度和水位。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)

為按照設(shè)計(jì)要求完成本工藝操作，本系統(tǒng)采用S7-200-CPU224控制器。啟動(dòng)按鈕按下后反應(yīng)系統(tǒng)左端進(jìn)水口進(jìn)水，依次經(jīng)過(guò)各個(gè)反應(yīng)單元，反復(fù)交替經(jīng)歷好氧-缺氧／厭氧的環(huán)境，最終從右側(cè)溢流口出水。在此過(guò)程中對(duì)水位溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)最低液位傳感器處時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉合出水電磁閥，控制進(jìn)水泵工作；當(dāng)液位達(dá)到2號(hào)液位傳傳感器處時(shí)，固定床單元中，水流總體上沿著折流板流動(dòng)，形成推流式，保證流化床單元中，污水從其下部和左、右側(cè)流過(guò)，使水流與載體上固著的生物膜充分接觸，防止發(fā)生生物膜堵塞，同時(shí)氣泵開(kāi)始工作，對(duì)處于第二、第四單元的污水進(jìn)行處理；當(dāng)液位超過(guò)3號(hào)液位傳感器時(shí)，進(jìn)水泵關(guān)斷，保證水位安全運(yùn)行。整個(gè)過(guò)程溫度傳感器對(duì)水溫進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)溫度在所需環(huán)境溫度范圍變化。

圖2 系統(tǒng)電路圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)界面

本設(shè)計(jì)使用kingview6.52實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，對(duì)系統(tǒng)中溫度、液位、泵啟停按鈕等輸入信息進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵、氣泵、加熱裝置等當(dāng)前狀態(tài)。同時(shí)能顯示、打印歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)趨勢(shì)圖、彈出報(bào)警畫(huà)面等功能監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面如圖3所示。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

在實(shí)時(shí)采集輸入輸出變量的同時(shí)，為了保證畫(huà)面的流暢顯示，數(shù)據(jù)庫(kù)除了需要建立與下位控制器的連接建立I／O變量，還需要在內(nèi)存系統(tǒng)中建立控制畫(huà)面動(dòng)作的內(nèi)存變量。有數(shù)字量、模擬量?jī)煞N變量類型，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

固定床-流化床耦合工藝能有效解決小型綜合廢水處理過(guò)程中生物降解水問(wèn)題。本系統(tǒng)利用PLC對(duì)化工污水進(jìn)行處理，處理過(guò)程變得簡(jiǎn)單高效。設(shè)計(jì)了PLC硬件電路圖和相應(yīng)軟件流程圖，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控畫(huà)面和程序的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足水處理的要求。

［1］余海晨.固定床-固化細(xì)胞流化床耦合工藝處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)園區(qū)綜合廢水研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（16）.

［2］敖章洪.基于PLC的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，23（2）：69-72.

［3］郭永君.SBR在污水處理工藝的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.山西科技，2009（5）：133-134.

［4］郭冀峰，李 勝.水環(huán)境綜合治理技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（20）：10868-10869，10890.