黃衛(wèi)權(quán) 張唯 張航

1 湖南長(zhǎng)沙江南水務(wù)建設(shè)有限公司，長(zhǎng)沙，410007

2 中南大學(xué)軟件學(xué)院，長(zhǎng)沙，410075

3 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙，410075

PLC在污水處理中的應(yīng)用

黃衛(wèi)權(quán)1張唯2張航3

1 湖南長(zhǎng)沙江南水務(wù)建設(shè)有限公司，長(zhǎng)沙，410007

2 中南大學(xué)軟件學(xué)院，長(zhǎng)沙，410075

3 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙，410075

環(huán)境保護(hù)問題日益成為影響和制約人類社會(huì)發(fā)展的因素之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和城市人口的急劇增加，大量工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理流入江河湖海，使環(huán)境和應(yīng)用水被嚴(yán)重污染。本文從污水處理的重要性入手，闡述了污水處理技術(shù)的概況和污水處理的工藝流程，并具體闡述了PLC在污水處理中的應(yīng)用。

污水處理；PLC；自動(dòng)化控制

sewage disposal; PLC; automatical control

引言

水污染是人類迫切需要解決的問題之一，目前我國(guó)的污水處理綜合治理水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。不論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，污水處理達(dá)標(biāo)率與污水處理過程中使用的傳感器、儀表、控制裝置的數(shù)量、綜合自動(dòng)化程度密切相關(guān)。

由于污水處理過程具有多變量強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性、參數(shù)時(shí)變、工況變化頻繁、難于在線檢測(cè)出水質(zhì)量等特點(diǎn)，因而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)污水處理過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理，造成污水處理后出水排放指標(biāo)波動(dòng)大，開通率和達(dá)標(biāo)率低，處理成本高。污水處理過程控制和操作是否成功實(shí)施，關(guān)鍵是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，即如何將污水處理過程的操作運(yùn)行和管理有機(jī)地和控制系統(tǒng)相集成，使其具備高度的自治性、靈活性和可靠性。降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗，只能通過全流程自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。工業(yè)過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是解決上述問題的關(guān)鍵。

1 污水處理工藝流程

1.1 污水處理技術(shù)

圖1 污水處理工藝流程圖

污水處理技術(shù)，按其作用原理和去除的對(duì)象可分為物理法、化學(xué)法和，生物法。

物理法就是利用物理作用，分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過程中不改變水的化學(xué)性質(zhì)。一般的生活污水和工業(yè)生產(chǎn)污水，都含有相當(dāng)數(shù)量的懸浮物。如格柵、沉淀、氣浮、過濾、反滲透、離心、蒸發(fā)、結(jié)晶等處理工藝均屬于物理法?；瘜W(xué)法是向廢水中投加某些化學(xué)物質(zhì)，利用化學(xué)反應(yīng)來分離、轉(zhuǎn)化、破壞或回收廢水中的污染物，并使其轉(zhuǎn)化成為無(wú)害物質(zhì)。如混凝、中和、氧化還原、吸附、離子交換法、膜分離、汽提萃取等處理工藝均屬于化學(xué)法。

自然界存在大量依靠有機(jī)物生存的微生物，它們具有氧化分解有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的功能。生物法是利用水中微生物的新陳代謝功能，并采取一定的人工措施，創(chuàng)造有利于微生物生長(zhǎng)、繁殖的環(huán)境，使微生物大量增殖，從而使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)物被降解，并轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定，無(wú)害的物質(zhì)，使廢水得以凈化，這就是生物法。生物法具有凈化能力強(qiáng)、費(fèi)用低廉、運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是廢水處理的主要方法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。我國(guó)現(xiàn)階段的城市污水處理主要以生物法為主，以物理法和化學(xué)法起輔助作用，以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A／O法、A2／O法(厭氧／缺氧／好氧工藝)、A／B法(吸附生物降解法)、SBR法(序列間歇式活性污泥法)、氧化溝法、MBR法(膜生物反應(yīng)器)等。

1.2 污水處理流程程

污水處理工藝流程圖如圖1所示。

城市污水進(jìn)入格柵井后，粗格柵主要攔截污水中比較大的垃圾，如塑料袋等，細(xì)格柵攔截污水中較小的垃圾。過濾后的污水進(jìn)入提升泵房，將經(jīng)過初次處理后的污水送入曝氣沉砂池，鼓風(fēng)機(jī)將空氣注入曝氣池，主要用于粉碎塊狀物，并增加細(xì)菌的活力，較大的污物如砂粒等沉入池底；沉入池底的污泥通過抽砂泵進(jìn)入砂水分離器，進(jìn)行砂水分離，上清液則重新回到曝氣沉砂池進(jìn)行后續(xù)工藝的處理。污水進(jìn)入?yún)捬醭睾脱趸瘻虾?，在厭氧池中由于厭氧菌的作用，脫去污水中的大部分磷；在氧化溝中，由于好氧?xì)菌的作用，脫去污水中的大部分氮，污水中的有害物質(zhì)已基本除去，但含有大量的污泥。此時(shí)再經(jīng)過二沉池進(jìn)行沉淀，含水量很高的污泥進(jìn)入回流污泥泵站，在回流污泥泵站中的污水又重新進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行處理，而污泥和二沉池產(chǎn)生的污泥一起進(jìn)入剩余污泥泵站處理，在剩余污泥泵站中通過添加絮凝劑，由污泥濃縮機(jī)把污泥進(jìn)行最后的脫水處理。二沉池中最后符合凈化要求的水則可直接排放。

2 PLC對(duì)格柵井單元的控制

格柵井單元的設(shè)備包括格柵井提升泵、浮球液位控制器、粗格柵、浮球液位變送器，其作用是清除污水中的顆粒與懸浮物；液位變送器用來檢測(cè)粗格柵前后的液位差，當(dāng)差值大于10cm時(shí)粗格柵開始運(yùn)行。此部分的PIE梯形圖見圖2。當(dāng)污水站處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)(00001常閉點(diǎn)接通時(shí))，程序中PLC的CPU對(duì)2個(gè)變送器的輸入信號(hào)進(jìn)行比較處理后，如果差值大于10 cm，則內(nèi)部繼電器20000接通，輸出點(diǎn)10001接通，從而接通粗格柵接觸器，粗格柵開始運(yùn)行；當(dāng)差值小于3cm時(shí)，內(nèi)部繼電器20001接通，粗格柵停止運(yùn)行。

圖2 格柵井PLC梯形圖

3 PLC對(duì)生化池單元的控制

生化池單元包括的設(shè)備主要有鼓風(fēng)機(jī)、溶解氧檢測(cè)儀、電動(dòng)蝶閥、生化池提升泵、浮球液位控制器，其主要作用是降低污水COD、BOD的含量。當(dāng)控制面板上的自動(dòng)／手動(dòng)／遠(yuǎn)控旋鈕旋到自動(dòng)控制位置時(shí)，PLC就可以接收到溶解氧檢測(cè)儀的模擬量信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，與設(shè)定值相比較，如果污水中氧的濃度小于0.5mc／L，則電動(dòng)蝶閥打開，鼓風(fēng)機(jī)開動(dòng)，開始曝氣；污水中氧的濃度大于2.5mg／L時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止曝氣，電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，其對(duì)應(yīng)的PLC梯形圖見圖3。

指令XFER(70)將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并存放到DM0003中，然后通過CMP (20)指令與程序中預(yù)先設(shè)定值(#0500)進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)值小于設(shè)定值時(shí)，內(nèi)部繼電器20002接通，電動(dòng)蝶閥開始打開，經(jīng)過15 s后，電動(dòng)蝶閥完全打開，此時(shí)輸出點(diǎn)10101接通，鼓風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行，隨著鼓風(fēng)機(jī)的不斷曝氣，污水中氧的濃度不斷升高，當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換值大于設(shè)定值(#1800)時(shí)，內(nèi)部繼電器20003接通，鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，電動(dòng)蝶閥隨后關(guān)閉，結(jié)束曝氣過程。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC系統(tǒng)的采用同傳統(tǒng)的人工控制污水處理廠相比，操作人員的工作量大大減少，勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低；采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制作圖表，使污水處理實(shí)現(xiàn)了管理上的科學(xué)化，現(xiàn)代化；PLC系統(tǒng)的采用對(duì)能源和設(shè)備的合理利用，節(jié)約能源，降低能耗，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。PLC系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理廠，在工藝、設(shè)備儀表及管理上采用了現(xiàn)代高新技術(shù)，極大地推動(dòng)了本行業(yè)科學(xué)進(jìn)步，創(chuàng)造了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 生化池PLC梯形圖

[1]趙立杰，柴天佑，黃肖玲.城市污水處理過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).2005(11)

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Summary of the Application of PLC in Sewage Disposal

Huang Weiquan1,Zhang Wei2,Zhang Hang3
1 Changsha JIANGNAN Water-service Construction Co.Ltd
2 School of Software, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China
3 School of Information Science & Engineering, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China

Protection of environment has increasingly become one factor of issues and constraints the development of human society.With the continuous development of industry and the rapid increase in urban population.A large number of untreated industrial and domestic sewage flow into rivers and lakes, so the environment and the application water are seriously polluted.This article starts from the important of sewage disposal, it describes an overview of sewage disposal technologies and the processing of sewage disposal.Then it also describes the application of PLC in sewage disposal.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.006

黃衛(wèi)權(quán)（1971-），男，長(zhǎng)沙江南水務(wù)建設(shè)有限公司，總經(jīng)理，主要從事自動(dòng)化工程、圖像處理等研究。

張唯（1991-），女，本科生，中南大學(xué)軟件學(xué)院，主要從事軟件工程、圖像處理等研究。

張航(1966-),男，副教授，博士，主要從事智能控制、圖像處理、機(jī)器人控制和集散系統(tǒng)等研究。