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浅谈污水处理厂CASS工艺的自控系统----宁夏固原污水处理厂自控系统简介袁益民(中国市政工程西北设计研究院甘肃兰州730000) 摘要：本文通过对固原城市污水处理工程污水处理厂自控、仪表系统的设计，探讨了对于中小型污水处理厂的自控系统的一般构成及在线分析及测量仪表的选型。关键词：自控仪表固原城市污水处理工程污水处理厂设计 1、概述固原污水处理厂是采用国际上比较先进的CASS工艺。CASS工艺全称为周期循环活性污泥法（CyclicActivatedSludgeSystem），是SBR即序批式活性污泥法［SeqencingBatchReactor］的改进。其主要原理是：SBR的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，在主反应区后部安装了可升降的撇水装置，曝气、沉淀等在同一个池子内周期循环进行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。由于该工艺的操作过程比较繁琐，与其它工艺相比较CASS所需控制的参变量较多，对仪表的精度和可靠性有较高的要求，而当时的自动化控制水平很低，也不可能有精度和可靠性都较高的仪表，限制了CASS工艺的发展和推广。随着科学技术的迅猛发展，特别是自动化水平的提高，对污水处理过程进行全自动化的管理和监控成为可能，所以CASS工艺近年来得到迅速的推广。该方法在美国、加拿大、澳大利亚已有270家污水厂得到应用。我国上海、昆明、中国城镇水网北京等地也相继应用该工艺处理生活污水及工业污水。在国内，CASS工艺的应用还不多见，其工艺过程和原理并不十分复杂，但对过程控制的各种参数要求很高，对仪表的稳定性和准确性有一定有要求。完整的CASS操作周期一般可分为五个阶段：（1）进水阶段：由进水电动阀控制进水。（2）曝气阶段：由曝气系统向反应池内供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3—－N。（3）沉淀阶段：此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。（4）滗水阶段：沉淀结束后，置于反应池末段的滗水器开始工作，自下而上逐渐排除上清液。此时，反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。（5）闲置阶段：即滗水器上升到原始位置阶段。固原污水处理厂日处理污水两万吨。设计规模不算大，但在西北地区采用该工艺属首例。整个污水厂实行集中管理，分散控制的分布式控制系统。它把管理层和控制层分开，降低误操作对整个工艺的影响，增加了系统运行的可靠性。 中国城镇水网为保证污水处理厂污水处理过程的安全可靠性和生产的连续性，使污水厂的管理和操作人员能够全面有效的管理和监控整个污水处理厂的运行过程，提高污水处理厂管理的自动化水平，自动控制系统采用目前在国内污水处理厂广泛应用的PLC+PC控制系统,配以相应的仪表检测设备，对污水处理全过程进行实时管理和监控。2、计算机监控系统的构成监控系统为三级控制系统，负责全厂生产过程监视、控制和数据采集。监控管理级是工业控制计算机，其置于综合楼的中心控制室；现场控制级是可编程序逻辑控制器(PLC)，其置于现场；现场设备级为电动机控制中心（MCC）、电控箱、电控柜、各种检测仪表。监控管理级主要包括：监控计算机(供操作员用)，管理计算机(供工程师用),UPS电源，图形打印机，报表打印机，彩色大屏幕投影仪等；现场控制级分别设在污水厂各工艺区现场，主要由PLC机柜，PLC，操作员面板以及网络接口等组成；现场设备级用于设备调试、检修时手动控制。通讯网由双绞线组成现场总线网络，构成局域网，若有必要还可上INTERNET。3、计算机监控系统的功能3.1中心控制室的功能：中心控制室通过配置WindowsNT操作平台，配以系统软件、应用软件（包括上位监控软件、网络组态软件、PLC编程软件）可实现以下功能：(1)通过数据总线，对现场各控制单元(PLC1,PLC2,PLC3)采集到的工艺参数，设备运行状态进行实时显示处理，建立各参数/状态数据库，储存主要参数的历史数据，显示各操作画面，工艺流程图，各工艺参数直方图，趋势曲线图。进行事故和异常情况报警，打印主要参数变化值，以及日/月报表。(2)设备的参数设置及操作控制。(3)彩色大屏幕投影仪用于将监视器上的各种画面投影到大屏幕上，以方便观察。3.2现场控制级(PLC控制站)的功能：(1)PLC1控制站设于污水提升泵房，负责粗格栅间及提升泵房、细格栅间及沉砂池等设备中国城镇水网的状态检测和控制。配电设备的状态数据和电量数据采集，通过本站的现场总线通讯口与中控室进行数据传输。a.粗格栅及污水提升泵房：根据粗格栅前后水位及时间控制格栅除污机的起、停，并实现格栅机与螺旋输送机、螺旋压榨机的联动控制；根据提升泵房内的液位对提升泵的开启台数进行控制，并实现泵的轮流等时间工作。b.细格栅及沉砂池：根据细格栅前后水位及时间控制格栅除污机的起、停，并实现格栅机与螺旋输送机、螺旋压榨机的联动控制；根据进水流量及时间控制吸砂泵的运行与停止。(2)PLC2控制站置于鼓风机房，负责鼓风机房及加氯间设备的状态检测和控制。配电设备的状态数据和电量数据采集，通过本站的现场总线通讯口与中控室进行数据传输。a.根据CASS池的溶解氧含量控制相应的鼓风机变频器，控制鼓风量及鼓风机之间的相互切换；根据每座CASS池的运行周期及各个CASS池运行顺序，控制鼓风机的运行。b.水路及气路的阀门控制。c.加氯间：设有余氯分析仪，用于检测余氯量；设有漏氯报警仪，当发生氯气泄漏时进行报警，同时启动轴流风机；根据接触池的进水流量配比，控制加氯机的加氯量(3)PLC3控制站设置于变配电室，负责CASS池、脱水机房、污泥均质池等设备的状态检测和控制。配电设备的状态数据和电量数据采集，通过本站的现场总线通讯口与中控室进行数据传输。a.脱水机房：按时间顺序先后开启轴流风机，冲洗水泵，带式压滤机，污泥投配泵，加药泵，皮带运输机，气动污泥斗等设备；停机时先停加药泵，然后停污泥投配泵，带式压滤机，冲洗水泵，轴流风机，最后停皮带运输机。b.CASS池：使每格池子在不同时间段内按充水/曝气——沉淀——滗水/（闲置）顺序循环工作；使每格池子在同一时间段内分别处于充水/曝气——沉淀——滗水/（闲置）顺序工作中的某个阶段：根据对每格池中进水流量、液位及时间顺序，控制其进水电动阀的开启度；在充水/曝气阶段进行回流污泥泵的控制；根据时间对剩余污泥泵进行控制。c.均质池：均质池内滗水器及搅拌器由池内液位信号及时间来控制。各有关检测参数的显示不再设仪表盘和记录仪。中控室的显示由CRT实现，现场设有一次仪表的就地显示。在现场的PLC控制站上设有操作员面板，以便在现场控制站显示有中国城镇水网关信息。4、设备的操作控制方式设备的操作控制方式有以下几种：自动方式：MCC柜上的转换开关位于“A”档，设备的控制信号来自PLC的输出卡，此时PLC控制站有两种模式，A)人工模式，由中控室监控计算机键盘或鼠标发出指令，或由PLC操作员面板发出指令。B)过程模式，PLC按预编程序自动控制。手动方式：MCC柜上的转换开关位于“M”档，设备由MCC柜或就地控制箱上按钮就地控制。离线方式：MCC柜上的转换开关位于“OFF”档，设备不能进行任何操作。5、检测仪表的设置为检测必要的工艺参数和配合PLC控制系统的合理控制，在污水处理厂各工艺段设置相应的检测仪表。各构筑物的仪表配置及主要用途如下：（1）、粗格栅间和细格栅间：在粗格栅、细格栅前、后分别设置液位差计，检测格栅前后液位差，用于控制格栅除污机的起停。在粗格栅进水渠设超声波流量计，用于检测进水流量。（2）、污水提升泵房：设有液位计，用以控制污水提升泵的开启台数及轮流等时间工作。（3）、沉砂池：设置超声波液位计，用于检测沉砂池水位。根据进水流量及时间控制吸砂泵的运行与停止。（4）、CASS反应池：设置有溶解氧检测仪、温度计、液位计、PH传感器、氧化还原电位传感器、污泥浓度计、污泥界面计等仪表，用以控制鼓风机及滗水器的工作。（5）、加氯间：设置有漏氯报警仪，用于漏氯时的报警及轴流风机的启停。（6）、均质池：设置液位开关及污泥界面传感器，用于控制回流污泥泵的启停。（7）、污泥浓缩脱水机房：在螺杆泵的出泥管上设置电磁流量计，用于计量污泥量，控制投药机的投药量及脱水机的工作台数。（8）、接触池：设置COD在线分析仪，用于出厂水质的检测。（9）、在出水计量井设置超声波流量计，用于出厂水的计量。自控系统结构图如下：中国城镇水网、结束语以上仅以Profibus-DP现场总线方案，作了简单介绍。此外污水处理厂还可采用光纤工业以太网方案，关于此方面内容将在以后的文章中作以介绍。作者简介：袁益民，中国市政工程西北设计研究院高级工程师国家注册电气工程师中国城镇水网