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含工业、生活混合废水的净水厂自控系统分析

2015-06-09张耀文

橡塑技术与装备 2015年14期
关键词:净水厂控制站滤池

张耀文

(广州东芝白云自动化系统有限公司,广东 广州 510000)

在城市开发区或工业区中,往往存在着一些大型、高新类的制造型企业,这些工厂产生的工业废水虽然已经过一定的处理,但如果直接排放到附近的水体中仍然会造成一定的污染,并且此类工厂的员工人数较多,产生的生活污水量也较多,因此,在附近建造新的净水厂对这些工厂产生的混合废水进行处理。

1 净水厂的进水特点

本工程设计规模为5万吨/天,项目经处理后排放的尾水根据设计要求出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅳ类水体标准,具体的设计进出水水质如表1所示。

本工程废气的排放标准按照<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB18918—2002)要求,废气排放满足二级标准。

污泥排放控制标准根据中华人民共和国环境保护部的规定“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率60%以下”,本工程控制在污泥脱水后含水率小于60%。

净水厂的进水分成两路,分别为综合废水和含氟废水,综合废水经过格栅后到生化反应池,之后经过二沉池、氧化、BAF生物滤池、高效沉淀池,最后消毒出水。含氟废水经过预处理装置、硝化滤池后汇入到综合废水的处理工艺中。

2 自控系统的架构和难点

净水厂的自控系统按集中管理、分散控制的原则设计,采用三层结构,即由管理层、控制层、设备层三个层次构成。

管理层包括上为监控(主、备冗余)服务器、视频服务器、WEB发布服务器、工程师站、操作员站、大屏幕显示系统(含接拼服务器)等设备。

表1 进水水质

图1 工控网与视频监控构架图

控制层包括综合泵房控制站1 LCU及分布式I/O站1 DIO1、进水仪表间控制站2 LCU、机修配电间控制站3 LCU(及3 DIO1)、脱水机房控制站4 LCU(及4 DIO1)、风机房控制站5 LCU(及5 DIO1)、出水仪表间控制站6 LCU以及悬浮风机、脱水系统、臭氧系统等工艺设备附带的控制单元等设备,现场控制站主要由PLC、UPS、触摸屏及IO模块组成。

设备层由现场仪表、阀门电动执行机构、变频器、现场设备控制箱等系统构成。

管理层与控制层设备之间采用以单模光纤为主干的环形1 000 Mb/s工业以太网通讯,实现工控网与视频监控合一,详细架构如图1所示。

系统的PLC采用AB的1756系列,组态软件采样RSview SE,C/S冗余服务器加上WEB发布服务器架构。

水厂的工艺设备种类繁多,设备自控系统的接口多样,存在着数字量输入(DI)、数字量输出(DO)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO);Profibus-DP总线通讯、MODBUS-RTU总线通讯;以太网通讯等接口。在深化设计过程中需要事先理清每个站点的IO信号清单,IO接口。在现场安装和调试的过程中需严格按照蓝图施工,并根据现场设备的实际情况调整,施工的工艺要求较高,严格遵循相关规范,强弱电分离,做好屏蔽和接地工作,为后续的运行和维护工作创造良好的基础。

3 对工艺设备控制的分析

为了使净水厂的日常生产更为高效可靠,需对各工艺段内的设备进行精确地自动化控制,就净水厂的运行工艺要求进行分析,对水质处理的关键为生化池、曝气生物滤池、高效沉淀,而工业废水部分则是进入格栅之前的硝化反应部分。在系统深化设计时制定详细的控制方案,通过组态软件开发净水厂人机界面,编程由PLC执行。

考虑到生化池内的设备多为搅拌器、曝气机,因此,此部分的设备控制多采用远程手动启停即可,需要注意的是纯氧曝气机出口的纯氧浓度,对其进行检测,以提示操作人员。

二沉池的刮泥机同样是采用远程进行手动启停操作。

生化池、二沉池下部建有多个水池,用于回流、回收、事故和出水等,分别装有两到三台的潜水泵,主要的控制方式为根据液位值启停,但出水泵(均为变频控制)的控制考虑到后部的高效沉淀需要进水量相对比较稳定,因此应用恒流量控制模式,PLC采用PID控制器对出水泵的频率进行动态的调整,并根据需要的泵运行数量自动进行水泵启停的操作。

生物滤池系统共设6组滤池,各组滤池都由1台罗茨鼓风机(变频)进行曝气;各组滤池均设有进水阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀、反冲进气阀以及装置自带的压力开关、液位开关、压力变送器,各阀门按正常过滤、冲洗、强力冲洗等顺序控制程序进行开关动作。

滤池的控制模式可分为远程手动、远程半自动和远程全自动,其中在远程半自动的状态下,操作人员可通过人机界面使滤池进入过滤阶段、正常反冲洗阶段或强力反冲洗阶段,每一阶段内的设备操作均由PLC根据设定好的参数自动执行。

当一个滤池有冲洗请求时,应放在冲洗队列中等待,冲洗池在该队列中的位置取决于被请求冲洗的优先顺序。有四个优先级别:手动强力反冲洗请求最高,手动正常反冲洗请求,床下压力高或极高阻塞值,过滤时间超时。

如果一个滤格在冲洗队列里具有较高的优先等级请求,则将超过较低的请求,此队列的顺序将被改变。

滤池在开始冲洗时需要具备以下条件:

滤池控制模式处在半自动或者自动状态;压缩空气可用;清水池中有足够的水(液位高于设定值);回收水池内有可用的空间(回收水池内的液位低于设定值);冲洗水泵远程且无故障(要求三台泵中至少有二台能使用),相关阀门也处于远程无故障状态;气洗鼓风机和阀门远程且无故障;待冲洗的生物滤池上的所有阀门均处于远程且无故障;其它生物滤池无冲洗。

控制流程如表2所示,其中O代表设备开启,C代表设备关闭。

硝化滤池系统共设4组滤池,各滤池有一台悬浮风机进行曝气,各组滤池内的阀门、液位计与生物滤池的相似,但反冲洗水泵与生物滤池共用,反冲洗风机则独立运行。

硝化滤池的控制模式与生物滤池的分类一致,但运行阶段只划分为正常过滤和反冲洗,其设备的启停操作与生物滤池的基本相同。

4 系统运行后的总结

本项目经过工程技术人员约六个月的安装、调试和试运行,系统进入到相对稳定的运行阶段,在调试过程中根据实际的工艺生产情况对设定的参数进行调整,使系统控制的设备运转情况不断的贴近工艺需求。

由于净水厂的设备种类较多,工艺相对较为复杂,如果单纯的靠操作人员在现场进行控制,可能会对日常运行造成负面影响,首先是人为的判断操作精确度不足,其次现场环境较为恶劣,长时间在现场劳动负荷较大。日常的生产实践证明了控制系统对运行起到了积极的作用,能有效管理整个生产过程,并能提供各种记录、报表用于分析改进,同时,净水厂的控制系统能实时监测进出水水质,并通过专用的网络传送到相关的监管部门。

表2 滤池控制流程

[1]GB3838-2002. 地表水环境质量标准.

[2]DB4426-2001. 广东省地方标准水污染物排放限值.

[3]自控系统在城市净水厂的应用探讨. 中国给水排水.

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