浅谈曝气生物滤池自控系统功能的设计

摘　要：本文以深圳横岭污水处理厂(二期)曝气生物滤池自控系统功能的设计为例，介绍了曝气生物滤池主要工艺过程和设备运行的自动控制、操作、监测报警、历史数据查询、报表自动生成等功能设计要点。

关键词：曝气生物滤池；自控系统；设计
曝气生物滤池工艺由于占地面积小，投资少而普遍应用于工业废水和生活污水的处理，但该工艺对自控系统的要求高，特别是对自控系统功能的设计。深圳横岭污水处理厂(二期)采用曝气生物滤池工艺，设计规模40万吨/日，下面以该厂为例，介绍曝气生物滤池自控系统功能的设计要点。
一、深圳横岭污水处理厂曝气生物滤池工艺简介
　　深圳横岭污水处理厂(二期)曝气生物滤池共48套，每套滤池由前置反硝化滤池(DN池)和曝气滤池(C/N池)两级上向流滤池组成，主要工艺流程图如下。
　　1．横岭污水处理厂(二期)工艺流程图

　　2．横岭污水处理厂(二期)曝气生物滤池工艺流程图

　　阀门说明：
　　V1：DN池进水调节阀 V2：DN池至CN池进水阀
　　V3：DN池反冲洗进水阀 V4：CN池反冲洗进水阀
　　V5：DN池反冲洗空气阀 V6：CN池反冲洗空气阀
　　V7：CN池曝气阀 V8：曝气头冲洗阀
　　V9： CN池反冲洗排水提板闸 V10：DN池反冲洗排水提板闸
　　V11：CN池滤板下排气电磁阀 V12：DN池滤板下排气电磁阀
　　V13：滤池降水阀
　　3．滤池工作模式流程
　　
　　4．滤池反冲洗工艺流程图

二、滤池设备和主要工艺过程控制设计要点
(一)控制方式
　　控制方式包括现场手动控制和远程控制，需要注意的是，当停电或PLC系统故障复位时，所有设备和工艺过程的控制方式应处于“现场手动”或“远程手动”方式，避免设备异常自动启动，经值班人员检查没有异常情况后再设置为“远程自动”方式。
(二)滤池设备监控内容
对于平时很少操作的设备，如低压进线开关、机泵的电源空气开关等，PLC只监测其工况(闭合或断开)，并对异常状态进行报警。
对于能够独立自动运行的成套设备，如废水泵抽真空系统等，由厂家配套的控制系统自动进行控制，PLC只监测其工况和主要工艺参数，异常状况则报警。
对于需经常操作的设备，如反冲洗泵、风机等，其工况和主要运行参数都应输入PLC进行监控，自动监控包括六个方面：启动条件判断、启动过程监控、运行过程监控、停机条件判断、停机过程监控、停止状态监控。
(三)主要设备和工艺过程控制要点
1．滤池过滤控制
(1)滤池过滤水量控制
　　可通过现场或远程手动调节DN池进水调节阀的开度，控制进水量。
　　可根据设定的进水量、实际进水流量和进水阀门开度，由PID调节器自动调节DN池进水调节阀的开度，使进水量保持恒定。
　　C/N池溶解氧控制
　　C/N池溶解氧可通过调节相应的曝气风机运行频率进行控制。曝气罗茨风机运行频率有三种调节方式：
　　在现场的变频器操作面板上进行调节。
　　在中控室监控计算机上进行调节(远程手动设置运行频率)。
　　由PLC设定的PID调节器进行自动调节，以进水流量作为前馈参数，溶解氧检测值作为反馈参数。
2．滤池反冲洗过程控制
(1)反冲洗基本条件
　　该滤池反冲洗控制方式为“自动”。
　　无其它滤池处在冲洗过程中。
　　反冲洗泵和风机至少各有2台具备启动条件。
　　该滤池相应阀门具备自动操作条件。
(2)正常定时反冲洗申请
　　滤池过滤时间大于24小时时(可设定)，该滤池自动停止过滤，排队申请反冲洗。
(3)特殊情况反冲洗申请
　　滤池阻力连续600秒(可设定)大于8米(可设定)时，该滤池自动停止过滤，排队申请反冲洗。
(4)强制反冲洗
　　PLC在收到监控计算机发出的强制反冲洗命令后，只要满足(1)中的条件，则直接进行反冲洗。
(5)反冲洗过程控制要点
　　反冲洗降水时间、气冲时间、水冲时间、气水冲时间、漂洗时间、排气时间、初滤时间等与反冲洗强度和效果有关的参数都能够在计算机上设定。
　　反冲洗水泵和风机运行频率、台数可设定，也可分别根据设定的水冲流量和气冲压力自动调节运行频率。
　　反冲洗过程如果出现阀门故障或阀门开、关不到位，导致反冲洗不能按顺序进行下去时，应停止正在运行的反冲洗水泵和风机，关闭所有其它正常的阀门，设置为“停用”模式，待故障　　消除后再进行强制反冲洗。
　　反冲洗过程如果出现水泵或风机不能自动停止，导致反冲洗不能按顺序进行下去时，应报警提示，设置为“停用”模式，待故障处理后再进行强制反冲洗。
　　反冲洗过程如果反冲洗水泵或风机出现故障导致停止运行，应报警提示，并自动启动备用的反冲洗水泵或风机。
3．反冲洗水泵控制
(1)启动条件
　　控制方式为“自动”。
　　该泵无故障。
　　反冲洗水池水位高于2米(可设定)。
　　该泵运行累计时间最少。
　　无其它同一组的水泵正在启动。
　　水泵同时运行台数低于2台。
(2)启动过程监控
　　PLC 在输出开泵命令后，延时3秒后检测泵运行信号，若泵无运行信号应报警并取消“开机”命令。
　　收到泵运行信号后10秒，反冲洗水流量应大于 1200m3/h(可设定，开第一台和第二台泵时，反冲洗流量不同)，否则应报警。
　　泵故障应报警并取消“开机”命令。
(3)运行过程监控
　　运行信号连续3秒丢失应报警。
　　泵故障、泵主回路或控制回路电源故障，应报警并取消开泵信号。
　　反冲洗水池水位低于2米(可设定)，应报警并停泵。
　　泵电流连续10秒超限，报警并取消开泵信号输出。
(4)停泵条件
　　控制方式为“自动”。
　　该泵处于运行状态。
　　PLC输出停泵命令。
(5)停泵过程监控：PLC输出停泵命令，延时3秒后检测泵运行信号，若泵仍有运行信号应报警。
(6)停止状态监控：泵控制方式改变或泵主回路或控制回路电源异常应报警。
4．反冲洗泵房和滤池管廊等地下构筑物排污泵控制
　　由于反冲洗泵房和滤池管廊都位于地面以下，因此需加强对排除积水的排水泵的监控，以确保反冲洗水泵、鼓风机等设备的安全，当排水泵故障或集水坑水位超限时都应报警。
三、中控室计算机监控软件的主要功能设计
　　监测与显示
　　可显示每个滤池工艺设备工况图，在各个相应位置以文字、不同颜色和闪烁显示等方式标识显示工艺参数和设备状况，每个滤池的状态应包括：过滤、反冲洗、等待反冲洗、备用、停用、反冲洗控制方式。
　　操作控制
　　 滤池进水调节阀、反冲洗水泵和风机等主要设备应有独立的操作界面。
　　在设备操作界面上可通过键盘或鼠标对主要设备进行开/停(开/关)操作，可设定设备远程控制方式，可设定设备运行参数或工艺过程的控制参数。
　　历史数据查询和打印
　　能够查询和打印滤池进水量、溶解氧、反冲洗风量和水量等工艺参数的历史趋势曲线。
　　在同一坐标上，可任意选择多个参数同时显示，以便进行比较分析水质变化规律和设备故障原因。
　　能够自动统计生成生产日报表、周报表和月报表等各类报表(EXECL表格)，并可查询和输出打印。
　　信息提示与报警
　　对于主要设备工况的正常改变，由监控计算机实时信息窗口显示相应的提示信息，以便及时发现设备频繁的状态改变等异常情况；
　　对于工艺参数超限、设备故障等一般的异常情况，由监控计算机发出声光报警并弹出报警窗口，以便提醒值班人员进行处理；
　　对于涉及安全生产的严重异常情况，如位于地下的反冲洗泵房积水水位达到报警水位等，除了由监控计算机发出声光报警之外，在生产现场设置声光报警装置，以便值班人员或其它人员及时发现和处理。
结束语：
　　横岭污水处理厂(二期)已于2011年10月投产，在曝气生物滤池自控方案设计和实施过程，由于我们作为运营单位能够与设计院、自控公司紧密沟通和配合，结合工艺运行和生产管理的需要，充分考虑各种影响滤池正常运行的因素，并采取相应的解决措施，不断修改和完善自控方案，因此投产后曝气生物滤池主要工艺过程和设备运行的远程监测、操作、自动控制、报警、历史数据查询、报表自动生成等各项功能基本上都能满足日常运营管理的需求。