含工业、生活混合废水的净水厂自控系统分析

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.