1  引言

隨著城市的快速發展，環境問題顯得日益重要。廢水是破壞環境的一個主要的因素，目前中國污水處理自控系統相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質不穩定，所以如何建立有效的自控系統，優化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。

當前可編程序控制器(plc)是專為工業環境下應用設計而設計的工業控制計算機，已經成為自動控制系統中最為廣泛的控制設備，它不僅實現復雜的邏輯控制，還能完成各種順序控制或定時控制的閉環控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩定性好，能在惡劣環境下長時間、不間斷的運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，方便擴容。

本文以某污水廠污水處理系統為例，介紹了以msbr池為工藝的城市污水處理的流程，并通過研究設計一套基于plc控制的污水處理系統。

2  污水廠工藝

進廠污水經粗格柵過濾，進入集水井，在提升泵的動力作用下進入細格柵作進一步的細過濾，之后流入沉砂池完成一級處理；從沉砂池出來的污水進入msbr池進行二級生化處理，利用池內活性污泥中的微生物在厭氧和好氧等不同條件下的新陳代謝作用去除污水中溶解的cod及氮、磷等有機污染物，經沉淀澄清分離后流入虹吸濾池，做必要的藥物消毒處理，排入近海和到廠區的中水系統。

去除的污染物以剩余污泥的形式自msbr池排出，通過污泥濃縮處理之后作為泥餅外運，污泥處理過程中排出的污水進行除磷后再返污水處理系統處理。

污水處理廠內沖洗用水、綠化用水、清潔用水等均可以使用由中水系統經過加藥、加氯消毒處理和濾池過濾之后產生的中水。

為防止和避免污水處理廠臭味對周圍居民生活的影響，在污水處理過程中加入除臭裝置，填料式生物除臭工藝采用以炭質生物載體為填料的處理工藝，通過臭氣收集系統使臭氣通過填料進行生物降解，去除致臭成份，凈化后可直接大氣排放。其流程如下：

臭氣收集 →除臭風機  →生物除臭設備 →凈化排出

3  系統介紹

自控系統的系統結構由三層網絡組成，包括管理級、控制級、現場級。系統的三層網絡分別為基于tcp/ip協議的高速以太網、工業以太網絡、現場總線網。2臺工作站、1臺圖控服務器、1臺數據服務器、1臺web服務器、1臺模擬屏向上接入全廠管理系統網絡；工業以太網為冗余光纖網絡，以光纜為通信介質，連接3個plc現場控制站，每個現場工作站配置有各自的電源，通訊模塊，接口模塊，同時將所有帶智能通訊接口的儀表設備、以及設備自帶小閉環系統接入系統中。為了提供報表、報警打印服務，配置了報表打印機和報警打印機，實現各種報表以及實時報警和報警歷史的打印功能。操作站計算機相互在線冗余，向下通過光纖網絡對各現場監控子站進行監視。建立在windows 2000/xp基礎上的組態軟件提供了功能全面、簡單易用的操作界面，操作人員通過組態軟件實現對全廠生產過程、工藝參數和設備運行狀態進行實時監控。網絡結構如圖1所示。

 圖1  系統網絡結構

4  控制方式

從系統完成的控制功能來說，系統采取三級控制層：

(1)手動控制

手動控制具有最高的控制優先級，由就地電控柜的控制按鈕完成；

(2)自動控制

自動控制是指由plc控制器按照預先設計的程序對設備進行自動控制，控制級別高于中央控制；

(3)中央監控

中央監控管理站監控是指中控室通過以太網、光纖網絡根據生產要求對生產過程進行調度，調度指令通過控制網絡由現場plc控制站實施。

這樣的設計使生產運行更加安全、可靠，如果上位機或網絡發生故障，不會影響現場plc站的工作，而且如果現場控制站plc出現故障，操作人員也可以通過手動控制按鈕完成設備的啟停。

4.1 msbr池控制

這里不再詳細講其他的如粗細格柵控制工藝，相對來說比較簡單，無非是根據液位差和時間控制。在這里主要講下mabr池的工藝控制。

msbr(modified sequencing batch reactor)是改良型序批反應器，是根據sbr技術特點，結合傳統活性污泥技術，發展出來的更為理想的廢水處理工藝。msbr不需要設置初沉、二沉池，仍能連續進水、出水，并且水位恒定。采用單池多格形式，大大節省了連接管道，泵及閥門。而且，由于不再間斷排水，使池容及設備利用率達到最大。msbr工藝廣泛應用于市政污水及各類工業廢水的處理。

msbr池是由構成a2/o的厭/缺/好氧池、兩個對稱的sbr池、一個污泥濃縮池、一個污泥預缺氧池共7個單元組成的矩形池。msbr池采用單池多格的方式，溶進水、反應、沉淀、出水和閑置于同一個反應池內依次進行，并且連續不斷地反復進行達到不斷進行污水處理和生化降解的目的。msbr池的流程示意圖2所示。

 圖2  池的流程示意圖

反應器共7格，由主曝氣格6#、兩個交替序批處理格1#和7#、缺氧格3#和5#、厭氧格4#和混合液分離格2#組成。污水從4#格進水，經反應、沉淀、出水作為一個周期，主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續曝氣，每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為sbr和澄清池。

(1)污水首先進入4#池(厭氧池)與濃縮后的回流污泥充分混合，然后泥水混合液進入5#池(缺氧池)進行反硝化。

(2)反硝化后的污水進入6#池(好氧池)，隨后一部分混合液進入1#池(sbr池)沉淀出水；同時另一部分混合液進入7#池(sbr池)，在一定回流量的條件下，進行階段性的反硝化、硝化、靜止預沉淀。

(3)1#池和7#池回流的污泥進入2#池(濃縮池)進行濃縮，上清液回流至5#池(缺氧池)或6#池(好氧池)，而濃縮污泥則進入3#池(污泥預缺氧池)，保持在缺氧條件下進行反硝化。另外，6#池(好氧池)的污泥也可回流至5#池(缺氧池)

4.2工藝運行時間

4個污水處理工藝階段過程主要是針對1#、7#和3#池的運行；其他池(2#、4#、5#、6#)將保持不變，連續運行。

1#和7#將輪流運行3個不同的處理階段，當1#池進行第1、2、3個處理階段時，7#池同時處理第4個階段，排泥出水。當1#池處理完第1、2、3個階段進入第4個階段時，7#池退出排泥出水階段，進入開始處理階段，即進行第1、2、3個階段，反之亦然，保證整個msbr池能連續處理出水。

第1、2、3個處理階段運行時間占整個msbr池的運行周期的1/2，第4個處理階段運行時間整個msbr池的運行周期的1/2。

其控制流程如圖3所示。

圖3  系統控制流程圖

5  結束語

msbr池控制在污水廠自動化中屬于較難設計的環節,主要表現在msbr池的狀態控制的復雜上，這相應地導致了plc程序的復雜，實踐證明plc的穩定可靠大大節約了人力物力資源，而且能更好的控制出水水質，創造了良好的生產和經濟效益。

作者簡介

韋文東(1978-)  男  學士，主要研究方向為水/污水處理plc自動化控制與系統集成方向。

王會敏(1979-)  女  學士，主要研究方向為水/污水處理plc自動化控制與工程管理領域。

參考文獻

[1] 伊學農．城市給水與自動化控制技術[m]．北京：化學工業出版社，2008．

[2] 王永華，陳玉國．現代電氣控制及plc應用技術[m]．北京：航空航天大學出版社，2003．