摘? 要： 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)是一種先進(jìn)的污水處理工藝,，設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)CASS工藝的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好的靈活性,、較高的可靠性和可維護(hù)性,。

　　關(guān)鍵詞： 污水處理? CASS工藝? 集散式系統(tǒng)? 組態(tài)? 現(xiàn)場(chǎng)總線

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　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，污水量和污水中的污染物種類(lèi)也在不斷增加,。污水處理的目的是用某種方法把污水中的污染物質(zhì)分離出來(lái),，或者將其轉(zhuǎn)化分解成無(wú)毒無(wú)害的穩(wěn)定物質(zhì),，從而使污水得到凈化,。污水處理技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展歷史,，發(fā)展出了各種不同特點(diǎn)的污水處理工藝，有物理處理法,、化學(xué)處理法及生物處理法等,。為了讓這些方法更好地發(fā)揮作用，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天,，將計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際污水處理,，實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動(dòng)乃至全自動(dòng)監(jiān)控，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義,。

1 循環(huán)活性污泥處理系統(tǒng)(CASS)簡(jiǎn)介

　　循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(Cyclic Activated Sludge System，即CASS)工藝是一種具有脫氮除磷功能的以序批曝氣—非曝氣方式運(yùn)行的充—放式間隙活性污泥處理工藝,，在一個(gè)反應(yīng)器中完成有機(jī)污染物的生物降解和泥水分離的處理功能,。CASS工藝以推流方式按一定的時(shí)間序列運(yùn)行，其運(yùn)行過(guò)程包括充水—曝氣,、充水—泥水分離,、上清液潷除等三個(gè)階段。這三個(gè)階段組成一個(gè)運(yùn)行周期,，各周期可連續(xù)循環(huán)運(yùn)行,。

　　系統(tǒng)整體工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

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2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)在要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,，經(jīng)分析考察，可知有下列參數(shù)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控：調(diào)節(jié)池高/低液位;CASS池高/低液位;潷水器位置;污泥池高/低液位;粗/細(xì)格柵啟/停;進(jìn)水泵啟/停;污泥回流泵啟/停;潷水器運(yùn)行/停止;壓濾機(jī)啟/停;曝氣機(jī)運(yùn)行/停止,。

　　系統(tǒng)除了要完成測(cè)控任務(wù)外,，還要具有良好的人機(jī)交互界面，所以系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)分析

　　作為一個(gè)工控系統(tǒng),，除了完成必要的監(jiān)控功能和具有良好的人機(jī)交互界面外，還應(yīng)在系統(tǒng)的安全性,、可靠性和可維護(hù)性等諸多方面加以考慮,，并采取相應(yīng)的措施。

2.2.1 要具有較高的可靠性

　　使系統(tǒng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行,，要盡量保證系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生控制錯(cuò)誤,、測(cè)控失效等現(xiàn)象,。即使在系統(tǒng)某些組成部分發(fā)生故障的情況下也要能提供一定的應(yīng)急手段，保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行,。

2.2.2 可維護(hù)性要好

　　因?yàn)槲覀儾⒉荒芤笙到y(tǒng)的使用人員具有工業(yè)監(jiān)控的專(zhuān)業(yè)知識(shí),，但這套系統(tǒng)還需要他們?nèi)ナ褂镁S護(hù)，這樣系統(tǒng)的可維護(hù)性就顯得比較重要,。要能做到在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后,，維護(hù)人員能很快地判斷出故障原因及位置，并能找出相應(yīng)的解決措施,。

2.2.3 要具有一定的靈活性

　　因?yàn)槲鬯|(zhì)情況會(huì)有一定的波動(dòng),，所有系統(tǒng)要能提供一定的功能，允許用戶根據(jù)污水水質(zhì)及其它外界原因(如氣溫等)適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)工藝,，并可根據(jù)實(shí)際情況選用多種操作方式,。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　通過(guò)以上分析，本設(shè)計(jì)采用二級(jí)集散式控制體系,，每個(gè)CASS池由一臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行控制,，所有PLC都由同一臺(tái)上位機(jī)(管理機(jī))進(jìn)行管理顯示。測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

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3.2 系統(tǒng)分層描述

3.2.1 管理層

　　管理層作為污水處理系統(tǒng)的最高層次,，主要擔(dān)負(fù)以下任務(wù)：

　　· 對(duì)聯(lián)鎖層PLC的工藝控制策略進(jìn)行組態(tài)，使得工藝人員可以方便地在線更改控制策略及其它工藝參數(shù);

　　· 顯示工藝流程圖,，動(dòng)態(tài)顯示液位及各設(shè)備狀態(tài),、系統(tǒng)狀態(tài);

　　· 提供手動(dòng)操作界面;

　　· 實(shí)現(xiàn)畫(huà)面及語(yǔ)音報(bào)警;

　　· 實(shí)現(xiàn)操作及系統(tǒng)狀態(tài)記錄、歷史查詢;

　　· 操作人員管理;

　　· 提供人網(wǎng)接口,，與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)聯(lián)接,。

3.2.2? 聯(lián)鎖層

　　聯(lián)鎖層是系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的測(cè)控聯(lián)鎖功能主要是在這里完成的,，包括：

　　· 檢測(cè)液位及各設(shè)備狀態(tài);

　　· 根據(jù)工藝參數(shù)組態(tài)形成控制策略,，并據(jù)此對(duì)污水處理的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;

　　· 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的專(zhuān)用控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)控制,。

3.2.3? 執(zhí)行層

　　該層主要由電氣執(zhí)行設(shè)備組成,，實(shí)現(xiàn)PLC與控制設(shè)備的隔離，并執(zhí)行PLC下達(dá)的控制命令,。

3.2.4 現(xiàn)場(chǎng)

　　主要指污水處理系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行及傳感設(shè)備,，包括液位控制器、泵,、風(fēng)機(jī)等,。

3.3 設(shè)備選型

　　本系統(tǒng)在設(shè)備選型時(shí)以可靠性作為主要考查依據(jù)。上位管理機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī);聯(lián)鎖機(jī)選用PLC,，因其具有較高的可靠性,，平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上,，且具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

3.4 系統(tǒng)操作方式

　　系統(tǒng)提供三種操作模式：

　　· 自動(dòng)運(yùn)行模式：系統(tǒng)對(duì)污水處理按設(shè)定工藝方案實(shí)行全自動(dòng)控制;

　　· 計(jì)算機(jī)手動(dòng)運(yùn)行模式：上位機(jī)顯示系統(tǒng)狀態(tài),，各設(shè)備間不存在聯(lián)鎖關(guān)系;

　　· 機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行模式：在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或處在維修期間時(shí)可運(yùn)行此種模式,。在此種模式下各設(shè)備的運(yùn)行不受管理機(jī)與PLC控制，而由柜體上的物理開(kāi)關(guān)對(duì)其實(shí)現(xiàn)操作,。

4 控制效果

4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　· 本系統(tǒng)適宜處理城市生活污水,、酒廠污水、食品工業(yè)污水;

　　· 本系統(tǒng)具有一定的組態(tài)功能,，能夠適應(yīng)水質(zhì)變化較大的環(huán)境;

　　· 可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制,，延長(zhǎng)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用壽命，并大大減少了異常情況的發(fā)生,，提高了可靠性;

　　· 自動(dòng)化程度高,，操作界面形象直觀，提供語(yǔ)音報(bào)警功能,，易于使用;提供人員管理功能和歷史記錄功能,，便于進(jìn)行事故分析;

　　· 二級(jí)集散式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中各控制單元相對(duì)隔離,，易于維護(hù),。

4.2 實(shí)際控制效果

　　本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于安徽省圣泉啤酒廠，日處理污水7000噸,，有效地改變了該廠的排放水質(zhì),，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)削減了大量污染物,，減少了對(duì)環(huán)境的危害,。其主要污染物年削減量為(排放濃度以GBS978-96B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，年運(yùn)行時(shí)間300天)：??????

　　CoDCr：??????? 1942.5 噸/年

　　BDD5：??　???? 987 噸/年

　　SS：?????????? 630 噸/年

　　因此,，實(shí)際運(yùn)行效果良好,，獲得用戶一致好評(píng)，已于2000年1月順利驗(yàn)收,，并準(zhǔn)備在西寧特鋼等國(guó)內(nèi)大中型企業(yè)推廣使用,。

????隨著社會(huì)對(duì)污水處理要求的提高，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用經(jīng)濟(jì)合理,、操作靈活且運(yùn)行穩(wěn)定的污水處理系統(tǒng)已日益受到研究者及企業(yè)的重視，CASS工藝無(wú)論在城市污水還是工業(yè)廢水的處理方面都具有良好的應(yīng)用前景,。為了使本系統(tǒng)更具競(jìng)爭(zhēng)力,，我們?cè)O(shè)想在以下幾個(gè)方面對(duì)其加以改進(jìn)：

　　(1)系統(tǒng)采用總線式的分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)控制器,，所有檢測(cè)設(shè)備及電機(jī)均直接掛接在各自的現(xiàn)場(chǎng)控制器上,，并由總線連接構(gòu)成系統(tǒng),。這樣可降低系統(tǒng)成本，并且現(xiàn)場(chǎng)施工也變得極為簡(jiǎn)單,，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)也更有利于維護(hù),。

　　(2)在系統(tǒng)中設(shè)置融氧儀、PH值測(cè)試儀,、濁度儀等設(shè)備,，在線檢測(cè)CASS池及污泥池的水質(zhì)。根據(jù)檢測(cè)的參數(shù),，自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù),，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)污水處理的全自動(dòng)控制,，保證系統(tǒng)控制的最佳狀態(tài),。

　　(3)把系統(tǒng)管理機(jī)通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與Internet相連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷,，降低維護(hù)成本,。

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