自動化技術(shù)在BAF污水處理中的應(yīng)用

魏 健

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和BAF污水處理工藝的廣泛推廣，BAF污水處理技術(shù)越來越受到青睞。傳統(tǒng)BAF污水處理方式大多采用固定的曝氣時間，污水處理效果不佳且能耗較高。針對傳統(tǒng)污水處理方式存在的問題，本文采用PID算法控制閥門的開口度，實現(xiàn)對BAF濾池溶氧量的精確控制，不僅節(jié)省了大量人力，同時使整個系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)，提高了污水處理效率，降低了能源損耗。

1 處理工藝流程

污水先經(jīng)粗格柵井除去水中較大的懸浮物和顆粒物后經(jīng)進水泵將污水提升到沉淀池，在沉淀池內(nèi)進行沉淀處理除去水中的較小雜質(zhì)；再經(jīng)缺氧沉定池進行污泥吸附以及剩余污泥收集；流經(jīng)超細格柵對微小雜質(zhì)進行處理后，進入BAF濾池進行深度曝氣過濾處理，最終經(jīng)紫外線消毒達標后排放。其工藝流程為，污水→粗格柵井→進水泵→旋流沉淀池→缺氧沉淀池→超細格柵→BAF濾池→紫外線→達標排放。

2 自動控制系統(tǒng)

2.1 硬件組成

控制核心為西門子S7-300系列PLC，完成邏輯控制、各種保護和數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗泄ぷ鳎ㄟ^Profibus構(gòu)建的分布式I/O系統(tǒng)完成信號采集和動作執(zhí)行，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各種配合，完成自動控制、手動控制狀態(tài)的工序流程，以及集合系統(tǒng)數(shù)據(jù)等功能。 主站為西門子S7-300系列，型號CPU315-2DP；從站為西門子 ET200M系列。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖中第一層為工程師站、HMI與PLC之間實行以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)彼此的數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)中的PLC，通過公司內(nèi)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和HMI界面接收工藝參數(shù)及電氣設(shè)備的操作指令；同時由PLC收集的各個設(shè)備運行狀態(tài)、工藝數(shù)據(jù)等信息，通過公司內(nèi)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在HMI中顯示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)Fig.1 Network communication system

第二層為PLC與其分布式I/O子站和調(diào)速傳動裝置之間采用獨立的Profibus現(xiàn)場總線方式通訊，設(shè)定的工藝參數(shù)和操作指令由PLC傳送到各個執(zhí)行元件和各調(diào)速傳動系統(tǒng)，同時各調(diào)速傳動系統(tǒng)的狀態(tài)和檢測儀表的測量數(shù)據(jù)收集到PLC中。采用數(shù)字化儀表系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線，不僅可以節(jié)約資金的投資，還可以減少變送器的種類和數(shù)量，節(jié)省設(shè)備儀器的安裝和維護費用。

2.3 BAF工藝處理控制

待處理污水中較大的漂浮物和懸浮物被系統(tǒng)中的格柵過濾出去后進入沉淀池，經(jīng)過初級過濾后的污水在沉淀池內(nèi)進行除油處理后進入沉降階段，在沉降的同時進行預(yù)處理，經(jīng)過預(yù)處理后通過水泵將污水輸送到BAF濾池，并在BAF池內(nèi)進行降解處理。濾池運行一段時間后需對濾池進行反沖洗。反沖洗采用氣體和水聯(lián)合反沖洗，反沖洗污水通過排水緩沖池返回沉淀池，與原污水混和。沉淀池或水解酸化池的剩余污泥進行脫水處理，泥餅外運處置。每組BAF濾池工作周期，包括正常進水曝氣運行和反沖洗過程，周而復(fù)始循環(huán)運行。每組BAF濾池的主要控制元件有：閥A-正常進水，閥B-反洗進水，閥C-反洗進氣，閥D-正常出水，閥E-正常曝氣，閥F-排氣閥，閥G-管道排渣閥，反沖清水泵1，反沖清水泵2，鼓風機。

控制模式分為手動控制與自動控制兩種方式。在手動狀態(tài)下，所有控制元件只能手動開啟和關(guān)閉。在自動狀態(tài)下，所有元件均由PLC按照預(yù)先設(shè)定的工藝流程自動完成相應(yīng)的連鎖動作，其自動控制流程如圖2所示。

(1)自動開始時，關(guān)閉正常進水閥、正常出水閥、正常曝氣閥，同時開啟反吹鼓風機；(2)鼓風機運行后打開管道排渣閥；(3)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時1，到達延時時間后關(guān)閉管道排渣閥，打開反洗進氣閥；(4)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時2，到達延時時間后打開反洗進水閥，開啟反沖清水泵1；(5)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時3，到達延時時間后開啟反沖清水泵2；(6)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時4，到達延時時間后關(guān)閉反洗進氣閥，停止反沖清水泵1，關(guān)閉反吹鼓風機；(7)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時5，到達延時時間后關(guān)閉反洗進水閥，停止反沖清水泵2，打開排氣閥；(8)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時6，到達延時時間后關(guān)閉排氣閥，打開正常出水閥；(9)根據(jù)HMI所設(shè)置的定時7，到達延時時間后打開正常進水閥，并根據(jù)濾池溶氧量采用PID算法控制正常曝氣閥開度。

圖2 自動控制流程Fig.2 Automatic control flow

2.4 信號采集與遠程操作

污水處理所需的所有信號均通過傳感器就近輸入PLC控制站或子站，并及時傳輸至中控室計算機操作員站，由系統(tǒng)軟件處理后顯示到HMI畫面，參與系統(tǒng)控制。操作人員可通過以太網(wǎng)對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程操作，減少因傳輸距離受限及故障檢修帶來的不便。

3 結(jié)語

為了實現(xiàn)更好的水資源可再生性以及為人們的生產(chǎn)生活提供更好的水資源保障，本文將自動化技術(shù)應(yīng)用到BAF污水處理行業(yè)中，并采用PID算法控制其精度，能夠提高污水處理的質(zhì)量和效率，減少能源損耗。

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