污水處理生物轉(zhuǎn)盤工藝單機控制設(shè)計及創(chuàng)新

溫志軍

（北京中燕通科技開發(fā)有限公司，北京 101102）

0 引言

污水處理工藝中的生物轉(zhuǎn)盤工藝由進水提升泵、細格柵、旋流除砂、調(diào)節(jié)沉淀池、生物轉(zhuǎn)盤、濾布濾池、紫外消毒、脫泥機、PAC/PAM 加藥設(shè)備、進出口流量計和水質(zhì)監(jiān)測儀等設(shè)備組成。根據(jù)村鎮(zhèn)污水處理的現(xiàn)狀，設(shè)計了這套系統(tǒng)。本系統(tǒng)綜合應(yīng)用各種自動化控制技術(shù)，能根據(jù)現(xiàn)場實際情況自動調(diào)整運行狀態(tài)，基本上不需要人工干預(yù)操作，可以實現(xiàn)無人值守的的目的。

1 生物轉(zhuǎn)盤工藝單機電控系統(tǒng)設(shè)計

1.1 進水提升泵

（1）關(guān)鍵技術(shù)——低液位保護。在低液位沒有水冷卻的情況下，提升泵如果不能自動停止就有燒毀的可能。這情況完全靠人工操作去控制是不可能的，需要自動控制。做法是：把液位計的輸出繼電器觸點串聯(lián)進提升泵的控制回路，只有提升泵全部被水浸沒且液位計測量可靠才會自動開啟提升泵。這時候的繼電器信號叫做“有水信號”。這樣會存在泵低液位停止后需要人工啟動的問題，解決的方法是將提升泵的啟動按鈕設(shè)計成自鎖按鈕。當(dāng)然，“有水信號”的有和無之間要有一個緩沖區(qū)間，如液位高于1.2 m 后認為有水、液位低于1.1 m 時認為無水。這樣的緩沖區(qū)間基本上是0.1 m，以保證提升泵不必頻繁啟停。

（2）真正實用的技術(shù)——根據(jù)進水流量自動改變運行頻率。傳統(tǒng)的提升泵控制進水的方式，基本上是根據(jù)液位的高低啟停數(shù)量不同的提升泵，其缺點是有級調(diào)整，每次增加或減少一個泵的流量，系統(tǒng)的進水變化比較大。在變頻器價格比較昂貴的時期，該控制方式是比較適宜的。但是現(xiàn)在變頻器的價格比較低，采用變頻器調(diào)頻的辦法來控制進水流量更加合理。具體做法是把變頻器的頻率和提升泵池的液位關(guān)聯(lián)：當(dāng)提升泵池的液位高時提升泵轉(zhuǎn)速高，反之提升泵的轉(zhuǎn)速低，這樣可以保證進水流量的連續(xù)可控。系統(tǒng)會使提升泵的頻率自動的找到管網(wǎng)進水流量和污水廠進水流量的平衡頻率，這時就使得污水管網(wǎng)平均來多少水量，提升泵就進多少水量到污水廠。這樣能充分利用管網(wǎng)分流的調(diào)節(jié)作用，使得污水廠進水流量比較穩(wěn)定。當(dāng)污水管網(wǎng)進水流量大的時候，提升泵的運行頻率高，進水流量也高，反之則提升泵的運行頻率低，進水流量也低、不過由于管網(wǎng)相對比較長，不平衡的管網(wǎng)水量經(jīng)過長長的管網(wǎng)調(diào)節(jié)后，進水的瞬時流量基本上比較均勻。即利用《一種水處理的提升泵頻率控制方法》，該方法已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利（專利號：201810351894.7）。

1.2 細格柵

（1）傳統(tǒng)的控制方式——時間控制方式。這種方式下細格柵的運行停止時間是靠PLC 設(shè)定的，間隔一段時間后運行一段時間。運行時間和停止時間的設(shè)定需要在上位機設(shè)定，也可以采用本地PLC 現(xiàn)場設(shè)定、時間繼電器現(xiàn)場設(shè)定和邏輯控制器現(xiàn)場設(shè)定的方式。

（2）不太實用的控制方式——液位差計控制方式。細格柵前后的液位差是反應(yīng)格柵過水能里的有用指標(biāo)。當(dāng)格柵堵塞時候，格柵前后的液位差變大，這時候就要啟動格柵來清除堵塞。具體控制方式和液位控制相同，也需要一個緩沖區(qū)間來防止格柵的頻繁啟停。例如，液位差大于0.2 m 啟動格柵，液位差小于0.1 m停止格柵。

（3）簡單實用高效的控制方式——變頻器控制方式。實踐中，用變頻器同時控制細格柵的各個設(shè)備的辦法更加理想，效果更好。這時候細格柵的各個設(shè)備有一臺變頻器統(tǒng)一拖動，頻率相同，而且連續(xù)運行，操作和控制機器簡單，運行人員調(diào)整方便，效果很好。

1.3 旋流除砂

旋流除砂系統(tǒng)主要由旋流機、羅茨鼓風(fēng)機、砂水分離器、洗砂閥、提砂閥組成，其運行過程：旋流機旋轉(zhuǎn)1 h 以后，鼓風(fēng)機啟動，同時打開洗砂閥閥門，開始洗砂，將砂斗里面的有機物和無機物砂子分離；15 min 后，洗砂結(jié)束，打開提砂閥，同時砂水分離器開始運行，將旋流除砂系統(tǒng)底部的無機物砂子用砂水分離器的螺旋輸送器排出；15 min 后鼓風(fēng)機停止、提砂閥關(guān)閉和砂水分離器停止。旋砂機繼續(xù)運行開始下一個循環(huán)。

旋流除砂系統(tǒng)電控系統(tǒng)是個獨立的系統(tǒng)，采用施耐德公司的ZELIO 控制器實現(xiàn)工藝控制功能。系統(tǒng)啟動后能自動按程序循環(huán)運行，不需要人為干預(yù)。由于ZELIO 控制器的功能比較多，工藝運行時間參數(shù)可以認為設(shè)定修改，方便工藝人員調(diào)整。順序控制程序中各時間段的時間設(shè)定值是可以調(diào)整和斷電保持的，旋流除砂的電控設(shè)計是其最大的特點。

1.4 調(diào)節(jié)沉淀池

調(diào)節(jié)沉淀池主要是起到調(diào)節(jié)流量和沉淀污泥的作用。這里面，沉淀作用極其重要，這里也是系統(tǒng)中唯一的有沉降功能的地方。

調(diào)節(jié)沉淀池本身沒有執(zhí)行元件，只是有高低液位的浮子液位開關(guān)。低液位只是用來指示調(diào)節(jié)池的液位狀態(tài)。高液位用來控制進水提升泵停止，使得調(diào)節(jié)池不因為溢流而浪費電能。只要把調(diào)節(jié)池的高液位信號串聯(lián)進提升泵的控制回流中，當(dāng)調(diào)節(jié)池的液位升高時停止進水提升泵即可。

1.5 生物轉(zhuǎn)盤

生物轉(zhuǎn)盤主要由盤體、氧化槽、轉(zhuǎn)動軸和驅(qū)動裝置等部分組成。生物轉(zhuǎn)盤主要是通過電機的驅(qū)動使附著在盤片上的生物膜交替地與污水和空氣接觸，吸附和氧化污水中的有機物，使污水得以凈化，也是主要的生化反應(yīng)器。

生物轉(zhuǎn)盤的主要電氣控制功能就是調(diào)速。當(dāng)一個轉(zhuǎn)盤和氧化槽設(shè)計和建設(shè)好了以后，基本參數(shù)就定下來了。

生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速和處理水量正相關(guān)，其計算公式如下：

式中 n0——轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，r/min

D——盤片的直徑，m

W′——氧化槽的凈有效容積，m3

Q1——每個氧化槽的污水量，m3/d

以半浸沒直徑3.6 m、日處理量500 t 的生物轉(zhuǎn)盤為例，當(dāng)達到500 m3/d 最大處理量的時候的轉(zhuǎn)速約1.45 r/min。

生物轉(zhuǎn)盤變頻器頻率控制是先進可靠關(guān)鍵的生化系統(tǒng)的保障。生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速主要是靠變頻器來調(diào)整速度。根據(jù)速度控制要求，生物轉(zhuǎn)盤變頻器輸出頻率的和生物轉(zhuǎn)盤的進水流量正相關(guān)，進水流量越大、變頻器輸出頻率越高，反之輸出頻率越低。由于采用的是普通變頻異步電機，如果變頻器的輸出頻率低于5 Hz，電機效率將下降，所以可以設(shè)置變頻器的最低輸出頻率為5 Hz，以保證轉(zhuǎn)盤電機的效率。同時，為保證進水量低時生物膜生長均勻，也需要設(shè)置變頻器的最低輸出頻率為5 Hz，否則生物轉(zhuǎn)盤長期停轉(zhuǎn)后生物膜將會單邊生長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤偏重而無法運行?？梢岳谩兑环N生物轉(zhuǎn)盤掛膜厚度測量方法》來測量生物轉(zhuǎn)盤的掛膜厚度，該方法已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利（專利號：201710713014.1）。測量到生物轉(zhuǎn)盤的厚度后，可以利用《生物轉(zhuǎn)盤掛膜厚度的控制方法及系統(tǒng)》的方法控制生物轉(zhuǎn)盤的掛膜厚度。該方法已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利（專利號：201711366252.6）。

1.6 濾布濾池

濾布濾池主要由纖維轉(zhuǎn)盤，電動閥門和自吸泵等控制元件組成，主要靠濾布的物理過濾性能實現(xiàn)工藝目的。當(dāng)濾布的過濾性能較好時，基本不用人為干預(yù)和設(shè)備運行。當(dāng)濾布通過性變差時，可以用自吸泵抽吸掉濾布表面的附著物，同時旋轉(zhuǎn)纖維轉(zhuǎn)盤以保證均勻的吸附效果。

濾布濾池的電氣控制，是完美的污水處理工藝必不可少的環(huán)節(jié)。濾布濾池的自動控制采用西門子S7-200PLC 控制。電動閥門分為兩類，一類是濾布兩側(cè)的抽吸管道閥門，另一類為濾布濾池底部的排泥閥門。可以設(shè)定的參數(shù)有每個閥門的開啟時間、自動循環(huán)的的間隔時間、底部排泥閥門的運行間隔時間。同時，為了延長濾布的使用壽命，設(shè)置了超聲波液位計或浮子液位開關(guān)，當(dāng)濾布堵塞后、濾布濾池的液位高到一定程度后自動運行排泥程序。濾布濾池內(nèi)部液位達到運行高度后，PLC 會控制濾布兩側(cè)的管道上的電動閥門依次動作，同時自吸泵和轉(zhuǎn)盤運行，當(dāng)電動閥門設(shè)定的打開時間到了以后自動切換到下一個閥門工作。傳統(tǒng)的多閥門控制方式有很多問題，可以利用《一種污水處理濾布濾池自動控制方式》的控制方式實現(xiàn)對濾布濾池的控制，該方法已經(jīng)或者國家發(fā)明專利（專利號：201710707716.9）。

2 結(jié)論

除了傳統(tǒng)的控制方式，本系統(tǒng)還采用了很多創(chuàng)新性的控制技術(shù)。在該單機電控系統(tǒng)的設(shè)計之初，既要考慮每臺設(shè)備能分別獨立運行，同時全廠的設(shè)備必須能脫離操作人員的干預(yù)獨立自動運行，還要考慮在中心廠區(qū)設(shè)置集中控制室的集中控制和統(tǒng)一管理各分廠設(shè)備運行的需要。為了實現(xiàn)上述目的需要全面綜合應(yīng)用繼電器控制、PLC 技術(shù)、變頻器、現(xiàn)場總線和組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及遠程監(jiān)控功能，目前設(shè)備開發(fā)的相關(guān)成果已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利。