軍港生活污水一體化處理裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

殷 峰，喻錫成，季 樂(lè)

1 前言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器(programmable logic controller，PLC)在不斷更新?lián)Q代?，F(xiàn)在的PLC在數(shù)據(jù)處理、指令執(zhí)行速度等方面都可以與單片機(jī)相媲美，因此使用中可以充分發(fā)揮軟件的作用，節(jié)省硬件資源，提高設(shè)備的自動(dòng)化控制水平［1-2］。為解決軍港碼頭排污問(wèn)題，江蘇南極機(jī)械有限責(zé)任公司與海軍醫(yī)學(xué)研究所合作開(kāi)展了海水沖廁一體化膜法生活污水處理裝置的研制。針對(duì)軍港污水排放的特點(diǎn)及工藝設(shè)計(jì)要求，電氣控制選用施耐德TWD型可編程控制器，通過(guò)合理選擇運(yùn)行條件和控制參數(shù)對(duì)可編程序控制器系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)編程控制使處理裝置的自動(dòng)化水平大大提高［3-4］。

2 系統(tǒng)要求

從軍港化糞池收集來(lái)的生活污水通過(guò)裝有輸送泵裝置的污水入口輸送入化糞池貯存。裝置分為4級(jí):第Ⅰ級(jí)為緩沖柜，可以承受化糞池的高峰負(fù)荷;第Ⅱ級(jí)為序批柜，柜內(nèi)置有軟性纖維填料，污水進(jìn)行生化反應(yīng)，消解污水中的有機(jī)物;第Ⅲ級(jí)為清水柜，存放序批柜轉(zhuǎn)駁來(lái)的上清液;第Ⅳ級(jí)膜組，利用膜的滲透原理，將透過(guò)膜的清水經(jīng)消毒后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的出水排放。

在污水較少時(shí)，可以只使用第Ⅰ、Ⅱ級(jí)，以延長(zhǎng)膜的使用壽命，此時(shí)膜采取“保養(yǎng)”措施。停用時(shí)第Ⅰ、Ⅱ級(jí)也可以采取“保菌休眠”狀態(tài)，以備下次啟動(dòng)可較快的進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成及參數(shù)設(shè)定

(1)傳感元件

化糞池液位 緩沖柜液位 序批柜液位 清水柜液位

E1—低位 F1—低位 R1—低位 L1—低位

E2—啟動(dòng)位 F2—啟動(dòng)位 R2—高位 L2—啟動(dòng)位

E3—報(bào)警位 F3—報(bào)警位 L3—報(bào)警位

(2)受控設(shè)備

M1——Ⅰ級(jí)粉碎泵

M2——Ⅱ級(jí)流程泵兼排放泵

M3、M5——?dú)獗?/p>

M4——加藥泵

M6、M7——化糞池輸送泵

M8——清洗泵

(3)自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

DV1——序批柜出口閥

DV2——清水柜出口閥

DV3——排放閥

VS1——膜沖洗閥

VS2——充氣閥

VS3——污泥提升反送閥

(4)電器控制部分

電氣控制選用施耐德TWD LCAA 24DRF型主模塊和3塊擴(kuò)展模塊及相應(yīng)的交流接觸器、中間繼電器等組成，通過(guò)對(duì)應(yīng)的功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。

4 自動(dòng)控制

(1)培菌

將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向“培菌”程序?；S池的液位到啟動(dòng)位E2，通過(guò)輸送泵將化糞池的污水轉(zhuǎn)到Ⅰ級(jí)緩沖柜，首先看到緩沖柜低液位F1水位指示燈亮，液位不斷升高，當(dāng)液位升到啟動(dòng)液位F2水位指示燈亮?xí)r，粉碎泵M1自動(dòng)啟動(dòng)，Ⅰ級(jí)緩沖柜的污水進(jìn)入Ⅱ級(jí)序批柜，Ⅰ級(jí)液位降至F1時(shí)M1停止運(yùn)行。

Ⅰ級(jí)污水進(jìn)入Ⅱ級(jí)時(shí)，首先看到Ⅱ級(jí)低液位R1水位指示燈亮，此時(shí)氣泵M3、M5啟動(dòng)，液位升至高液位R2時(shí)程序無(wú)反應(yīng)，氣泵運(yùn)行4 h后，M1及M3、M5自動(dòng)轉(zhuǎn)入“間歇運(yùn)行”，即運(yùn)行20 min停止20 min。再循環(huán)進(jìn)入原污水，Ⅰ級(jí)液位升到F3水位時(shí)，裝置發(fā)出聲光報(bào)警，自動(dòng)停止輸送泵，提醒裝置不能再進(jìn)污水。此時(shí)可通過(guò)應(yīng)急排放減少緩沖柜內(nèi)的污水。培菌的全過(guò)程由程序控制，實(shí)現(xiàn)培菌的全自動(dòng)運(yùn)行。詳見(jiàn)圖1所示培菌控制流程圖。(2)序批式處理

圖1 培菌控制流程圖

“培菌”程序完成后，可將程序轉(zhuǎn)向“膜法處理”(即序批式)或“直接排放”(本節(jié)不作介紹)。序批式處理是集進(jìn)水—曝氣—沉淀—排放—休眠于一個(gè)柜內(nèi)，這樣可以增加污泥負(fù)荷率、給后續(xù)的膜處理帶來(lái)好的運(yùn)行條件、有利于氨氮的消化、還可以省去沉淀柜縮小裝置體積。

膜法處理過(guò)程中，先將輸送泵選擇開(kāi)關(guān)選擇“1#”或“2#”，打開(kāi)輸送泵相應(yīng)進(jìn)口閥門(mén)，將其轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向“自動(dòng)”?；S池隨著外來(lái)污水的增加，液位不斷升高，液位達(dá)到中位E2時(shí)，輸送泵自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始定時(shí)定量將收集來(lái)的污水轉(zhuǎn)至Ⅰ級(jí)緩沖柜，首先看到緩沖柜低液位指示燈F1亮，當(dāng)液位升至啟動(dòng)位時(shí)，F(xiàn)2指示燈亮，粉碎泵M1自動(dòng)啟動(dòng)，Ⅰ級(jí)緩沖柜污水進(jìn)入Ⅱ級(jí)序批柜，Ⅱ級(jí)的污水不斷升高，首先低位R1指示燈亮，氣泵啟動(dòng)，液位升至R2時(shí)，粉碎泵停止運(yùn)行，進(jìn)水期結(jié)束。裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)入曝氣期，整個(gè)曝氣期內(nèi)氣泵連續(xù)運(yùn)行，曝氣期結(jié)束后裝置自動(dòng)進(jìn)入沉淀期，沉淀期內(nèi)氣泵、粉碎泵停止運(yùn)行，序批柜內(nèi)經(jīng)過(guò)處理的污水自動(dòng)沉淀，沉淀期結(jié)束后，一號(hào)電動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)，三通電動(dòng)閥轉(zhuǎn)向旁通位置，兩只電動(dòng)閥完全到位后排放泵自動(dòng)運(yùn)行，將序批柜內(nèi)沉淀的上清液轉(zhuǎn)至清水柜內(nèi)。轉(zhuǎn)駁過(guò)程中首先清水柜的低液位L1燈亮，清水柜液位不斷升高，序批柜內(nèi)液位不斷降低，當(dāng)序批柜內(nèi)液位降至R1以下或清水柜液位升至高位L3時(shí)，排放泵、一號(hào)電動(dòng)閥、三通閥旁位自動(dòng)關(guān)閉，轉(zhuǎn)駁期結(jié)束。轉(zhuǎn)駁期結(jié)束后只要清水柜液位高于L2裝置自動(dòng)進(jìn)入排放期，首先二號(hào)電閥DV2打開(kāi)、三通電通閥DV3轉(zhuǎn)向直通位置，閥完全到位后，排放泵自動(dòng)啟動(dòng)，排放泵排出的水通過(guò)膜組滲透經(jīng)消毒后排放，當(dāng)Ⅲ級(jí)清水柜液位降至L1時(shí)，二號(hào)電動(dòng)閥、三通電動(dòng)閥直通、排放泵停止運(yùn)行。由于緩沖柜Ⅰ級(jí)可能又有污水進(jìn)入，液位升至F2時(shí)，粉碎泵M1仍在運(yùn)行，重復(fù)上述工作流程。如果Ⅰ級(jí)的污水沒(méi)有到達(dá)啟動(dòng)位F2，裝置進(jìn)入休眠工況，氣泵連續(xù)運(yùn)行。如果沒(méi)有污水進(jìn)入，液位低于F1和R1時(shí)，4 h后自動(dòng)進(jìn)入休眠保菌狀態(tài)，氣泵運(yùn)行20 min，停止20 min，粉碎泵也因Ⅰ級(jí)液降至F1而停止。序批式處理的工作過(guò)程由程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。詳見(jiàn)圖2所示正常運(yùn)行控制流程圖。

圖2 生活污水處理裝置序批式控制流程圖

(3)裝置運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)以下幾種特殊情況

①在曝氣期內(nèi)，緩沖柜Ⅰ級(jí)液位升至報(bào)警位F3，序批柜Ⅱ級(jí)曝氣期馬上中止，進(jìn)入沉淀期然后程序繼續(xù)執(zhí)行下去。②在沉淀期內(nèi)，Ⅰ級(jí)液位升至啟動(dòng)位F2，程序不反應(yīng)，如液位又到F3，裝置發(fā)出報(bào)警聲，提醒裝置不能再進(jìn)污水，然后程序繼續(xù)執(zhí)行下去。③無(wú)論在何時(shí)Ⅰ級(jí)液位升至F3時(shí)，F(xiàn)3指示燈亮，蜂鳴器響，操作人員現(xiàn)場(chǎng)判斷原因，此時(shí)可將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)至“應(yīng)急排放”，粉碎泵M1啟動(dòng)，直至液位降至F1時(shí)停止。按“消音”按鈕，蜂鳴器音滅。④膜法處理時(shí)，每晚19:00，充氣閥VS2、二號(hào)氣泵M5自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行一次污泥提升(序批柜→厭氧柜);待12 h之后污泥提升反送閥VS3、二號(hào)氣泵M5打開(kāi)進(jìn)行一次污泥返送(厭氧柜→緩沖柜)。⑤膜清水清洗:也可定期(一般半個(gè)月左右)手動(dòng)打開(kāi)沖洗水閥V2、V4、VQ10，關(guān)閉 VQ7、V3，手動(dòng)運(yùn)行清洗泵用清水對(duì)膜進(jìn)行清洗，從視流管中看到水變清為止。

5 結(jié)束語(yǔ)

軍港海水沖廁一體化膜法生活污水處理裝置控制系統(tǒng)選用施耐德TWIDO型可編程控制器［3］，按照裝置的工藝流程要求通過(guò)程序控制，完全實(shí)行了自動(dòng)控制。實(shí)踐證明，裝置具有工作性能穩(wěn)定可靠、線路簡(jiǎn)單、維修方便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)［2］。

［1］ 王兆義.可編程控制器教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008:3-10.

［2］ 宮淑貞，徐世許.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2009:3-6.

［3］ 儲(chǔ)云峰.施耐德電氣可編程序控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:91-113.

［4］ 李玉樂(lè).船舶生活污水處理裝置瓶頸問(wèn)題解決方案探討［J］.中國(guó)水運(yùn)，2013，13(4):110-111.