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關(guān)鍵詞 CASS工藝；污水廠自控；PLC

    1 引言

    CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是循環(huán)活性污泥技術(shù)的一種形式。其主要原理是：把序批式活性污泥法（SBR）的反應(yīng)池沿長度方向分為兩部分，前部為預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)。CASS工藝操作工序繁瑣，與其它工藝相比較所需要控制的變量較多，為了保證污水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，同時(shí)為了滿足污水處理工藝的需要，必須采用自動控制系統(tǒng)。采用自動控制系統(tǒng)還能夠有效的降低系統(tǒng)的能耗和藥耗。目前在國內(nèi)外各污水處理廠普遍采用以PLC為主的集中管理和分散控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)。國內(nèi)某污水處理廠采用CASS污水處理工藝，控制器采用和利時(shí)公司LK系列PLC產(chǎn)品。

    2 CASS工藝特點(diǎn)

    CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝作為SBR處理技術(shù)的一個(gè)改進(jìn)，不僅具備SBR法工藝簡單可靠、運(yùn)行方式靈活、自動化程度高的特點(diǎn)，而且具有明顯的除磷脫氮功能，這一功能的實(shí)現(xiàn)在于CASS池通過隔墻將反應(yīng)區(qū)分為功能不同的幾個(gè)區(qū)域，因在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機(jī)負(fù)荷不同，各池中占優(yōu)化的生物相亦不同。盡管單池為間隙操作運(yùn)行，但使整個(gè)過程達(dá)到連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水。同時(shí)在傳統(tǒng)SBR池前或池中設(shè)選擇器及厭氧區(qū)，相當(dāng)于厭氧、缺氧、好氧階段串聯(lián)起來，提高了除磷脫氮效果。
    
    3 工藝控制策略

    CASS工藝的污水處理廠主要由粗格柵間、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵間、沉沙池、CASS反應(yīng)池、鼓風(fēng)機(jī)房、加氯間、接觸池及污泥脫水機(jī)房等構(gòu)成。

    3.1 粗格柵間及提升泵房

    控制模式一：格柵前、后設(shè)超聲波液位差計(jì)，根據(jù)設(shè)定的液位差判斷格柵是否堵塞，若堵塞，液位差ΔH增加，則除污機(jī)開始連續(xù)工作，直至液位差ΔH小到滿足要求后，恢復(fù)正常的除污機(jī)操作。

    控制模式二：格柵機(jī)的操作是根據(jù)時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間的定時(shí)法來控制，時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間由PLC設(shè)定，操作人員調(diào)整所有格柵具有相同的時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間。時(shí)間間隔能從零調(diào)整到24小時(shí)，但每一擋不少于30分鐘，持續(xù)時(shí)間能從零調(diào)整到3小時(shí)，但每一檔不少于5分鐘，最初應(yīng)將時(shí)間間隔設(shè)置為3小時(shí)，持續(xù)時(shí)間為15分鐘。

     柵渣輸送壓榨機(jī)與格柵聯(lián)動運(yùn)行，當(dāng)任一臺或兩臺格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)，柵渣輸送壓榨機(jī)隨之運(yùn)行。當(dāng)最后一臺格柵機(jī)停止運(yùn)行后，延時(shí)一定時(shí)間柵渣輸送壓榨機(jī)方能停止運(yùn)行。液位差的設(shè)定值、粗格柵的運(yùn)行周期以及運(yùn)行時(shí)間均可由觸摸屏或監(jiān)控計(jì)算機(jī)修改設(shè)定。
提升泵
   
    進(jìn)水泵房水泵可手動/自動控制，手動狀態(tài)下，可在就地控制柜上單機(jī)起停，在自動控制狀態(tài)下：

    根據(jù)集水池液位自動控制變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速及水泵的開/停。
   
    根據(jù)集水池最低液位，自動停泵，實(shí)現(xiàn)泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)。

    每一臺泵的起動次數(shù)和總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)應(yīng)均衡。初始設(shè)定使每臺泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間相等。

    控制系統(tǒng)監(jiān)視泵的運(yùn)行過程，如泵故障報(bào)警并自動投入備用泵。

    PLC接收所有故障信號，報(bào)警后做出相應(yīng)處理。

    3.2 細(xì)格柵及旋流沉砂池

     細(xì)格柵控制與粗格柵相同。細(xì)格柵與螺旋壓榨機(jī)、皮帶輸送機(jī)的聯(lián)動順序?yàn)椋郝菪龎赫C(jī)——螺旋輸送機(jī)——細(xì)格柵; 停止時(shí)，先細(xì)格柵停運(yùn)行后螺旋壓榨機(jī)及螺旋輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)行（30~60）秒時(shí)間（可調(diào)），當(dāng)螺旋輸送器或螺旋壓榨機(jī)發(fā)生故障，報(bào)警并順次停止細(xì)格柵運(yùn)行。

     完成砂水分離控制方法如下：正常情況下，定時(shí)開啟排砂泵；當(dāng)儲砂池砂位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，隨時(shí)開啟排砂泵。砂水分離器應(yīng)與砂泵聯(lián)動，排砂泵啟動后，相應(yīng)的砂水分離器隨之啟動，排砂泵停止運(yùn)行后，砂水分離器也隨之關(guān)閉。排砂泵和刮渣機(jī)由PLC完成一部化操作。

    2臺吸砂橋由PLC控制間歇運(yùn)行（運(yùn)行間隔時(shí)間可人工設(shè)定）。砂水分離器與吸砂橋連鎖：啟動時(shí)，順序依次為砂水分離器、吸砂橋，停車時(shí)相反；在吸砂橋停止運(yùn)行之后砂水分離設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行1~5分鐘（可調(diào)），當(dāng)砂水分離設(shè)備發(fā)生故障時(shí)停止運(yùn)行吸砂橋。

    3.3 CASS反應(yīng)池內(nèi)工藝控制

    預(yù)反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)

    為了使回流污泥和污水進(jìn)行充分混合，形成均勻的厭氧環(huán)境，在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢杵鳎摂嚢杵鲗儆诟咿D(zhuǎn)速類型，具有較好的混合攪拌功能，考慮到厭氧環(huán)境對磷的釋放影響較大，故在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)還設(shè)置有DO在線測定儀，其輸出信號接入CASS反應(yīng)池PLC子站，PLC子站根據(jù)DO值的大小及變化，對回流污泥量進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳的厭氧環(huán)境以利于磷的釋放。和利時(shí)LK系列PLC支持大容量的數(shù)據(jù)存儲空間，可繪制預(yù)反應(yīng)區(qū)進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)、污泥回流量與DO的關(guān)系曲線，存放在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，對運(yùn)行工作起到高效、優(yōu)質(zhì)的指導(dǎo)作用。
   
     主反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)
   
     主要的控制和檢測設(shè)備有：潷水器、回流污泥泵、剩余污泥泵、潛水?dāng)嚢杵鳌㈦妱诱{(diào)節(jié)堰門、電動蝶閥等。
污水處理廠設(shè)4個(gè)反應(yīng)池每兩個(gè)反應(yīng)池為一個(gè)功能單元，PLC的邏輯電路代表了運(yùn)行方式、已設(shè)定的循環(huán)以及在設(shè)計(jì)負(fù)荷下設(shè)備操作的按序時(shí)間周期。這些時(shí)間參數(shù)并非固定不變的，而是可在需要的時(shí)候進(jìn)行必要的調(diào)整。基本循環(huán)分正常循環(huán)和大流量循環(huán)的操作。任何循環(huán)的操作都是有下面描述的控制方法決定的。正常循環(huán)4小時(shí)為一個(gè)周期，其中曝氣（A）2小時(shí)、沉淀（S）1小時(shí)、潷水（SS）1小時(shí)、空閑（時(shí)間變化）；大流量循環(huán)每周期2小時(shí)，其中曝氣（A）0.5小時(shí)、沉淀（S）1小時(shí)、潷水（SS）0.5小時(shí)、空閑（時(shí)間變化）。當(dāng)液位到達(dá)超高報(bào)警水位時(shí)，立即開啟排放閥門。

    正常循環(huán)時(shí)反應(yīng)池有關(guān)時(shí)間參數(shù)如表3-1：

    在遠(yuǎn)程自動模式下，回流污泥泵在曝氣、沉淀、空閑階段啟動；在手動控制模式下，回流污泥泵在整個(gè)循環(huán)過程中都可運(yùn)行，并可通過調(diào)節(jié)回流污泥管上的控制閘門開啟度來調(diào)整回流污泥量的大小。在自動模式下，剩余污泥泵在潷水之后啟動，15分鐘后停止工作。此時(shí)間可根據(jù)MLSS值更新排泥程序。在手動控制模式下，剩余污泥泵在整個(gè)循環(huán)過程中都可運(yùn)行。
 
    進(jìn)水曝氣階段CASS主反應(yīng)區(qū)內(nèi)邊充水邊曝氣，同時(shí)池內(nèi)的回流污泥泵連續(xù)不斷的向預(yù)反應(yīng)區(qū)回流污泥。此時(shí)有機(jī)污染物被微生物氧化分解，同時(shí)污水中的氨氮通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；
 
     靜止沉淀階段CASS主反應(yīng)區(qū)不充水也不曝氣，此時(shí)微生物利用水中剩余的DO進(jìn)行氧化分解，生物池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變，開始進(jìn)行反硝化反應(yīng)，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清；
   
    排水排泥階段CASS主反應(yīng)區(qū)的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時(shí)池內(nèi)的剩余污泥泵向污泥調(diào)節(jié)池輸送剩余污泥。此時(shí)，生物池逐漸由缺氧狀態(tài)過渡到厭氧狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

     實(shí)際運(yùn)行過程中，由于潷水器的潷水能力是按最不利的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)選型的，而這種最不利情況不易出現(xiàn)，故實(shí)際潷水時(shí)間通常要比設(shè)計(jì)潷水時(shí)間短，其剩余時(shí)間通常用于CASS主反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的閑置，以恢復(fù)污泥的吸附能力。

     3.4 鼓風(fēng)機(jī)的控制

    每一組反應(yīng)池對應(yīng)兩臺鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)在已設(shè)定的曝氣過程中啟動，根據(jù)反應(yīng)池中測得的DO值開啟一臺或兩臺鼓風(fēng)機(jī)，調(diào)整一臺鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及工作時(shí)間。當(dāng)某一鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，自動報(bào)警通知管理人員，人工起動備用鼓風(fēng)機(jī)。
  PLC接收所有故障信號，報(bào)警后做出相應(yīng)處理.
   
    鼓風(fēng)機(jī)將壓縮空氣通過管道送入CASS池，讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。鼓風(fēng)機(jī)在工頻狀態(tài)下啟動時(shí)，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動，而鼓風(fēng)機(jī)（羅茨）風(fēng)壓一定，風(fēng)量只能靠工作臺數(shù)及出氣閥來調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中往往是通過調(diào)節(jié)出氣閥門來控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費(fèi)在閥門上。

    最新的方案中，在鼓風(fēng)機(jī)上應(yīng)用了變頻器，由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運(yùn)行的時(shí)候，將出氣閥門開到最大，根據(jù)工藝和參數(shù)的要求，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量，從而來調(diào)節(jié)污水中的溶解氧（DO）。而且可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號（4~20MA）很方便的實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動控制。LK系列PLC傳承了和利時(shí)DCS過程控制的優(yōu)點(diǎn)，具有功能強(qiáng)大的PID調(diào)節(jié)控制器，使被控對象的調(diào)節(jié)更加快速、穩(wěn)定。溶解氧調(diào)節(jié)具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

    當(dāng)當(dāng)前溶解氧值小于設(shè)定值時(shí)，開啟一臺鼓風(fēng)機(jī)，并進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)；

    當(dāng)變頻器頻率達(dá)到最大，且溶解值仍小于設(shè)定值，則再開啟一臺鼓風(fēng)機(jī)，此時(shí)兩臺鼓風(fēng)機(jī)一臺工頻運(yùn)行，一臺變頻調(diào)節(jié),

    當(dāng)變頻器頻率達(dá)到最大，且溶解值仍小于設(shè)定值，則再開啟一臺鼓風(fēng)機(jī)，此時(shí)三臺鼓風(fēng)機(jī)兩臺工頻運(yùn)行，一臺變頻調(diào)節(jié)；

    相反，當(dāng)當(dāng)前溶解氧值大于設(shè)定值時(shí)，變頻器頻率減小，當(dāng)頻率減小至0時(shí)，且溶解值仍大于設(shè)定值，則停止一臺鼓風(fēng)機(jī)，繼續(xù)變頻調(diào)節(jié)；此過程中若當(dāng)前溶解氧值大于設(shè)定值，則再停止一臺鼓風(fēng)機(jī)，繼續(xù)變頻調(diào)節(jié)，如此類推，直至當(dāng)前溶解氧滿足設(shè)定范圍。

     另外，系統(tǒng)將統(tǒng)計(jì)各臺鼓風(fēng)機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，每次啟動或停止鼓風(fēng)機(jī)時(shí)，需比較各鼓風(fēng)機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間短的鼓風(fēng)機(jī)先啟動，同時(shí)還要保證先啟動的鼓風(fēng)機(jī)在條件滿足時(shí)先停止，盡量使各鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間均衡，以延長鼓風(fēng)機(jī)的使用壽命。
鼓風(fēng)機(jī)控制框圖如下：

    4 結(jié)束語

    本文論述了CASS污水處理工藝的特點(diǎn)及自動控制策略。CASS污水處理工藝與和利時(shí)LK系列PLC控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，保證了污水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，大大降低了系統(tǒng)的能耗，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。

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    作者簡介     于進(jìn)(1983-)，男，工學(xué)學(xué)士，行業(yè)技術(shù)經(jīng)理，現(xiàn)就職于北京和利時(shí)自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司。主要從事市政水行業(yè)的行業(yè)支持工作，具有豐富的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。