上海閔行水廠排泥水處理的自動化控制
1 排泥水處理的自動控制
排泥水處理采用的工藝流程見圖1。
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針對上述工藝，要實現(xiàn)自動運行，必須解決下列問題：
① 排泥水截留池如何自動控制；
② 如何自動排放濃縮池的濃縮污泥；
③ 平衡池的污泥量如何控制；
④ 如何自動配制PAM溶液；
⑤ 如何對離心脫水機的PAM加注進行自動控制；
⑥ 當某泵發(fā)生故障時，如何保證系統(tǒng)繼續(xù)運行；
⑦ 作為一個排泥水處理工程，如何協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行。
2 各單體的自控原理與設(shè)計
2.1 截留池的運行控制模式
截留池主要用來收集沉淀池排泥水和離心脫水機的分離水，而后由輸送泵將排泥水從截留池輸送至濃縮池。水廠采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式，排泥時間和排泥水量都隨原水的濁度和泥沙沉降特性而變化。在截留池中安裝一個液位儀，一個攪拌器(用于均勻池中的泥水濃度，不使泥沙沉淀下來)。通過截留池液位的高和低來控制輸送泵和控制池中攪拌器的開和停。為了對進入濃縮池的排泥水量進行控制，在排泥水輸送管道上安裝了一個流量計，用來反映進入濃縮池的排泥水水量，并且采用變頻器實施對輸送泵的流量控制，達到對濃縮池進水流量的控制。
2.2 濃縮池的自控設(shè)計
濃縮池的作用是將較低濃度排泥水變成較高濃度的污泥水，而后送到平衡池。如何對較高濃度的污泥進行自動排放是濃縮池能否自動運行的關(guān)鍵。由于濃縮池運行時間和進濃縮池的排泥水水量具有不確定性，故定時排放污泥行不通；由于濃縮池液位穩(wěn)定，故也不能用液位儀。這里唯一變化的是濃縮污泥的濃度，所以在濃縮池中設(shè)計安裝一個濃度計，用污泥濃度數(shù)值的高和低來自動控制排泥泵的開和停，即濃縮污泥的排放。通過對開始排泥和終止排泥的污泥濃度值進行設(shè)置，可達到：①使?jié)饪s池始終高效運行；②控制平衡池的污泥濃度。
2.3 平衡池的自控設(shè)計
平衡池是一個緩沖池，主要作用是保證進離心脫水機的污泥濃度穩(wěn)定。對它的控制主要有兩點：①池中污泥要均勻；②池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安裝一個液位儀和一個攪拌器。攪拌器的作用是均勻池中濃縮污泥濃度，不使泥沙沉淀下來。液位的高低則決定濃縮池排泥泵、離心機進泥泵和攪拌器的開和停。
2.4 配制自動化
高分子絮凝劑一般為顆粒狀或粉末狀固體，不能直接投放到污泥水中，必須采用一配制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為五部分：①粉末儲存器，用以儲存足量的PAM固體；②螺旋投加器，由兩支小型螺旋輸送桿組成，用以均勻地將PAM固體送入斗型輸送器，它的出口開啟、關(guān)閉受一時間繼電器控制；③斗型輸送器與水射器，用來承接PAM固體，并使之與水均勻混合而后送至攪拌熟化池；④攪拌熟化池，用以攪拌PAM與水的混合液，讓PAM與水充分混合熟化；⑤投加池，用以承接攪拌熟化池來的PAM溶液，以供PAM投加泵投入離心機中。整個配制系統(tǒng)應能如下運行：首先確定配制濃度，計算出投加固體量和投加時間，而后通過時間繼電器確定投加時間。一旦固體投入漏斗后，則自來水將與固體料混合，并由壓力水通過水射器送至攪拌池攪拌熟化，攪拌池溶液達到某液位時，水源自動關(guān)閉。當投加池PAM溶液用到某低液位時，系統(tǒng)將自動打開攪拌池的投放出口，配制好的PAM溶液由攪拌池送至投加池，然后系統(tǒng)自動再配制溶液，整個系統(tǒng)能周而復始自動配制溶液以用于離心脫水機的PAM絮凝劑投加。
2.5 離心脫水機及加藥量的自控
離心脫水機的作用是將濃縮污泥進行固液分離，是固液分離好壞的關(guān)鍵脫水機械。要使泥與水能很好地分離，除了離心機的轉(zhuǎn)速、差速控制因素之外，PAM投加量的自動控制是至關(guān)重要的。投加量的控制涉及到進泥量、進泥濃度、加注量和加注率的選定。對這些問題的設(shè)計思路是：①對進泥濃度進行監(jiān)測，在平衡池中安裝了一個污泥濃度計，以顯示進入離心機的濃縮污泥濃度；②對進泥量進行監(jiān)控，在進泥管道上安裝一個流量計，在污泥泵上加一個變頻器控制，以控制進泥量；③加注量則采用計量加注泵來控制PAM絮凝劑的加注，PAM絮凝劑則完全由PAM自動配制系統(tǒng)供應，這樣能完美地實施離心脫水機和加藥量的自動控制。
2.6 泵的故障排除
對每一環(huán)節(jié)中的泵都配備一臺備用泵，并對每一污泥泵安裝流量傳感器，設(shè)置流量報警，對進離心機的污泥泵設(shè)置壓力報警，同時每個泵給出一個運行狀態(tài)信號，一旦某泵發(fā)生故障，備用泵能自動切換。泵的輪番使用通過PLC進行。
2.7 全系統(tǒng)的控制
系統(tǒng)采用了SLC 500小型可編程控制器族作為中央控制，它具有一個固定的控制器以及模塊化控制器，模塊化控制器在系統(tǒng)配置方面相當靈活，配以各類繼電器就能設(shè)計一個用于本系統(tǒng)的控制器系統(tǒng)，使各單位協(xié)調(diào)運作，以達到運行的自動化。
與此同時也采用Panelview 550扁平面板終端設(shè)備提供快速和直觀的顯示。整個系統(tǒng)控制靈活、顯示直觀、設(shè)置簡便、操作容易。
綜合上述內(nèi)容，可以得到如下主要控制參數(shù)：
① 截留池的液位信號——控制輸送泵、攪拌器的開、停；
② 輸送排泥水流量計——控制濃縮池的進水量；
③ 濃縮池污泥濃度計——控制排泥泵的開、停；
④ 平衡池的液位信號——控制攪拌器、濃縮池排泥泵、離心機進泥泵的開、停；
⑤ 平衡池的濃度計——為控制加藥量提供參數(shù)；
⑥ 離心機進泥流量計——控制離心脫水機進泥量；
⑦ 流量傳感器——用以各類污泥泵保護；
⑧ 泵的運行狀態(tài)信號——用以切換備用泵。
3 系統(tǒng)的運行自控
3.1 截留池的運行
沉淀池排泥水經(jīng)管道流入截留池，池中液位開始上升。PLC接收來自截留池液位儀的信號，當達到某一高度后，PLC發(fā)出指令，開啟輸送泵，排泥水由輸送泵送至濃縮池，輸送量則由流量計顯示并反饋到PLC，PLC可通過變頻器對輸送泵進行流量控制。
在實際運行中，設(shè)置輸送泵啟動液位為1.5m，停止液位為1.0m；攪拌器的啟動為1.0m，停止為0.5m；輸送的排泥水量為80～150m3/h。
3.2 濃縮池的運行
濃縮池一旦進水即開始運行。池中的濃度計連續(xù)監(jiān)測池中某點位污泥濃度的變化，信號隨時反饋給PLC。當達到某一濃度后，PLC發(fā)出指令開啟濃縮池至平衡池的排泥泵，較高濃度的濃縮污泥就被送入平衡池積蓄起來。
沉淀池停止排泥之后，截留池的水位會慢慢下降，PLC收到截留池低液位信號后發(fā)出指令，停止輸送泵運作，濃縮池也停止運行。但排泥泵的運行會降低濃縮池內(nèi)污泥濃度，PLC在收到濃縮池濃度計的低濃度信號后即發(fā)出指令，停止排泥泵運行。
在實際運作中，將排泥泵的啟動設(shè)置在池內(nèi)污泥濃度為1.0%，停止?jié)舛葹?.1%。
3.3 平衡池的運行
平衡池的運行主要通過對濃縮池排泥泵的限定設(shè)置以及對離心機進料污泥泵的限定設(shè)置來控制。
在實際運作中，設(shè)置排泥泵的啟動液位為3.0 m，停止為3.5 m。這樣，整個排泥水的收集、濃縮、積蓄就在PLC控制下周而復始，自動運行，無人操作。
3.4 離心機污泥脫水的運行
PLC收到離心機開啟信號后，延時發(fā)出指令，自動開啟離心機進泥泵、PAM加注計量泵和螺旋輸送器，并接受來自進泥流量計和加注計量泵的信號。根據(jù)平衡池污泥濃度計的數(shù)值、進泥流量計的數(shù)值、PAM配制濃度、最佳加注率，就可以確定計量投加泵的流量，并通過PLC設(shè)置。這樣PLC自動控制PAM加注泵變頻器的設(shè)定頻率值以控制投加量，離心脫水機對濃縮污泥的固液分離就可自動進行。
在實際運行中，PAM投加量的確定須依據(jù)進泥量和進泥濃度而定，加注率一般設(shè)定在1.0～1.5 kg/t干泥。
對所有泵都配有報警裝置和備用泵并通過PLC控制，一旦運行泵發(fā)生故障，報警信號發(fā)至PLC，則PLC會自動控制切換備用泵運行，以保證在對故障泵進行維修時不影響系統(tǒng)的連續(xù)自動運行。
4 結(jié)論
綜上所述，采用PLC作為中央控制，配以液位儀、濃度計、流量計作為一級儀表組合，自動連續(xù)監(jiān)測運行狀況，并將監(jiān)測值實時送到PLC。PLC發(fā)出指令，指令會通過中間開關(guān)繼電器和變頻器，對系統(tǒng)的泵等設(shè)備進行開停、流量變化等控制，以達到運行的高度自動化。
通過PLC的終端顯示面板，也可以隨時對運行參數(shù)進行重新設(shè)置，以達到最佳運行條件。在整個系統(tǒng)的運行中，達到了無人操作的程度。
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