關(guān)鍵詞 CASS工藝；污水廠(chǎng)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）的反應池沿長(cháng)度方向分為兩部分，前部為預反應區，后部為主反應區。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(guò)程的安全可靠和生產(chǎn)的連續性，同時(shí)為了滿(mǎn)足污水處理工藝的需要，必須采用自動(dòng)控制系統。采用自動(dòng)控制系統還能夠有效的降低系統的能耗和藥耗。目前在國內外各污水處理廠(chǎng)普遍采用以PLC為主的集中管理和分散控制相結合的控制系統。國內某污水處理廠(chǎng)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(jiǎn)單可靠、運行方式靈活、自動(dòng)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)現在于CASS池通過(guò)隔墻將反應區分為功能不同的幾個(gè)區域，因在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同，各池中占優(yōu)化的生物相亦不同。盡管單池為間隙操作運行，但使整個(gè)過(guò)程達到連續進(jìn)水，連續出水。同時(shí)在傳統SBR池前或池中設選擇器及厭氧區，相當于厭氧、缺氧、好氧階段串聯(lián)起來(lái)，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(chǎng)主要由粗格柵間、進(jìn)水泵房、細格柵間、沉沙池、CASS反應池、鼓風(fēng)機房、加氯間、接觸池及污泥脫水機房等構成。

    3.1 粗格柵間及提升泵房

    控制模式一：格柵前、后設超聲波液位差計，根據設定的液位差判斷格柵是否堵塞，若堵塞，液位差ΔH增加，則除污機開(kāi)始連續工作，直至液位差ΔH小到滿(mǎn)足要求后，恢復正常的除污機操作。

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

     柵渣輸送壓榨機與格柵聯(lián)動(dòng)運行，當任一臺或兩臺格柵機運行時(shí)，柵渣輸送壓榨機隨之運行。當最后一臺格柵機停止運行后，延時(shí)一定時(shí)間柵渣輸送壓榨機方能停止運行。液位差的設定值、粗格柵的運行周期以及運行時(shí)間均可由觸摸屏或監控計算機修改設定。
提升泵
   
    進(jìn)水泵房水泵可手動(dòng)/自動(dòng)控制，手動(dòng)狀態(tài)下，可在就地控制柜上單機起停，在自動(dòng)控制狀態(tài)下：

    根據集水池液位自動(dòng)控制變頻調速泵的轉速及水泵的開(kāi)/停。
   
    根據集水池最低液位，自動(dòng)停泵，實(shí)現泵的干運轉保護。

    每一臺泵的起動(dòng)次數和總的運行小時(shí)數應均衡。初始設定使每臺泵的運轉時(shí)間相等。

    控制系統監視泵的運行過(guò)程，如泵故障報警并自動(dòng)投入備用泵。

    PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理。

    3.2 細格柵及旋流沉砂池

     細格柵控制與粗格柵相同。細格柵與螺旋壓榨機、皮帶輸送機的聯(lián)動(dòng)順序為：螺旋壓榨機——螺旋輸送機——細格柵; 停止時(shí)，先細格柵停運行后螺旋壓榨機及螺旋輸送機繼續運行（30~60）秒時(shí)間（可調），當螺旋輸送器或螺旋壓榨機發(fā)生故障，報警并順次停止細格柵運行。

     完成砂水分離控制方法如下：正常情況下，定時(shí)開(kāi)啟排砂泵；當儲砂池砂位到達設定值時(shí)，隨時(shí)開(kāi)啟排砂泵。砂水分離器應與砂泵聯(lián)動(dòng)，排砂泵啟動(dòng)后，相應的砂水分離器隨之啟動(dòng)，排砂泵停止運行后，砂水分離器也隨之關(guān)閉。排砂泵和刮渣機由PLC完成一部化操作。

    2臺吸砂橋由PLC控制間歇運行（運行間隔時(shí)間可人工設定）。砂水分離器與吸砂橋連鎖：?jiǎn)?dòng)時(shí)，順序依次為砂水分離器、吸砂橋，停車(chē)時(shí)相反；在吸砂橋停止運行之后砂水分離設備繼續運行1~5分鐘（可調），當砂水分離設備發(fā)生故障時(shí)停止運行吸砂橋。

    3.3 CASS反應池內工藝控制

    預反應區設計

    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，在預反應區內設置潛水攪拌器，該攪拌器屬于高轉速類(lèi)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，故在預反應區內還設置有DO在線(xiàn)測定儀，其輸出信號接入CASS反應池PLC子站，PLC子站根據DO值的大小及變化，對回流污泥量進(jìn)行在線(xiàn)調節，以達到最佳的厭氧環(huán)境以利于磷的釋放。和利時(shí)LK系列PLC支持大容量的數據存儲空間，可繪制預反應區進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)、污泥回流量與DO的關(guān)系曲線(xiàn)，存放在PLC的數據區內，對運行工作起到高效、優(yōu)質(zhì)的指導作用。
   
     主反應區設計
   
     主要的控制和檢測設備有：潷水器、回流污泥泵、剩余污泥泵、潛水攪拌器、電動(dòng)調節堰門(mén)、電動(dòng)蝶閥等。
污水處理廠(chǎng)設4個(gè)反應池每?jì)蓚€(gè)反應池為一個(gè)功能單元，PLC的邏輯電路代表了運行方式、已設定的循環(huán)以及在設計負荷下設備操作的按序時(shí)間周期。這些時(shí)間參數并非固定不變的，而是可在需要的時(shí)候進(jìn)行必要的調整?；狙h(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）。當液位到達超高報警水位時(shí)，立即開(kāi)啟排放閥門(mén)。

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

    在遠程自動(dòng)模式下，回流污泥泵在曝氣、沉淀、空閑階段啟動(dòng)；在手動(dòng)控制模式下，回流污泥泵在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中都可運行，并可通過(guò)調節回流污泥管上的控制閘門(mén)開(kāi)啟度來(lái)調整回流污泥量的大小。在自動(dòng)模式下，剩余污泥泵在潷水之后啟動(dòng)，15分鐘后停止工作。此時(shí)間可根據MLSS值更新排泥程序。在手動(dòng)控制模式下，剩余污泥泵在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中都可運行。
 
    進(jìn)水曝氣階段CASS主反應區內邊充水邊曝氣，同時(shí)池內的回流污泥泵連續不斷的向預反應區回流污泥。此時(shí)有機污染物被微生物氧化分解，同時(shí)污水中的氨氮通過(guò)微生物的硝化作用轉化為硝態(tài)氮；
 
     靜止沉淀階段CASS主反應區不充水也不曝氣，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)轉變，開(kāi)始進(jìn)行反硝化反應，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清；
   
    排水排泥階段CASS主反應區的潷水器開(kāi)始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時(shí)池內的剩余污泥泵向污泥調節池輸送剩余污泥。此時(shí)，生物池逐漸由缺氧狀態(tài)過(guò)渡到厭氧狀態(tài)，繼續進(jìn)行反硝化反應。

     實(shí)際運行過(guò)程中，由于潷水器的潷水能力是按最不利的情況進(jìn)行設計選型的，而這種最不利情況不易出現，故實(shí)際潷水時(shí)間通常要比設計潷水時(shí)間短，其剩余時(shí)間通常用于CASS主反應區內污泥的閑置，以恢復污泥的吸附能力。

     3.4 鼓風(fēng)機的控制

    每一組反應池對應兩臺鼓風(fēng)機，鼓風(fēng)機在已設定的曝氣過(guò)程中啟動(dòng)，根據反應池中測得的DO值開(kāi)啟一臺或兩臺鼓風(fēng)機，調整一臺鼓風(fēng)機的轉速及工作時(shí)間。當某一鼓風(fēng)機出現故障，自動(dòng)報警通知管理人員，人工起動(dòng)備用鼓風(fēng)機。
  PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理.
   
    鼓風(fēng)機將壓縮空氣通過(guò)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)機在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，而鼓風(fēng)機（羅茨）風(fēng)壓一定，風(fēng)量只能靠工作臺數及出氣閥來(lái)調節，實(shí)際生產(chǎn)運行中往往是通過(guò)調節出氣閥門(mén)來(lái)控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費在閥門(mén)上。

    最新的方案中，在鼓風(fēng)機上應用了變頻器，由于變頻器的軟啟動(dòng)大大的減小了電機起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運行的時(shí)候，將出氣閥門(mén)開(kāi)到最大，根據工藝和參數的要求，適當的調節電機的轉速來(lái)調節管道的風(fēng)量，從而來(lái)調節污水中的溶解氧（DO）。而且可以根據溶解氧傳感器反饋的信號（4~20MA）很方便的實(shí)現閉環(huán)自動(dòng)控制。LK系列PLC傳承了和利時(shí)DCS過(guò)程控制的優(yōu)點(diǎn)，具有功能強大的PID調節控制器，使被控對象的調節更加快速、穩定。溶解氧調節具體實(shí)現方法如下：

    當當前溶解氧值小于設定值時(shí)，開(kāi)啟一臺鼓風(fēng)機，并進(jìn)行變頻調節；

    當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小于設定值，則再開(kāi)啟一臺鼓風(fēng)機，此時(shí)兩臺鼓風(fēng)機一臺工頻運行，一臺變頻調節,

    當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小于設定值，則再開(kāi)啟一臺鼓風(fēng)機，此時(shí)三臺鼓風(fēng)機兩臺工頻運行，一臺變頻調節；

    相反，當當前溶解氧值大于設定值時(shí)，變頻器頻率減小，當頻率減小至0時(shí)，且溶解值仍大于設定值，則停止一臺鼓風(fēng)機，繼續變頻調節；此過(guò)程中若當前溶解氧值大于設定值，則再停止一臺鼓風(fēng)機，繼續變頻調節，如此類(lèi)推，直至當前溶解氧滿(mǎn)足設定范圍。

     另外，系統將統計各臺鼓風(fēng)機的累計運行時(shí)間，每次啟動(dòng)或停止鼓風(fēng)機時(shí)，需比較各鼓風(fēng)機的累計運行時(shí)間，累計運行時(shí)間短的鼓風(fēng)機先啟動(dòng)，同時(shí)還要保證先啟動(dòng)的鼓風(fēng)機在條件滿(mǎn)足時(shí)先停止，盡量使各鼓風(fēng)機的運行時(shí)間均衡，以延長(cháng)鼓風(fēng)機的使用壽命。
鼓風(fēng)機控制框圖如下：

    4 結束語(yǔ)

    本文論述了CASS污水處理工藝的特點(diǎn)及自動(dòng)控制策略。CASS污水處理工藝與和利時(shí)LK系列PLC控制系統的有機結合，保證了污水處理過(guò)程的安全可靠和生產(chǎn)的連續性，大大降低了系統的能耗，為企業(yè)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益和良好的社會(huì )效益。

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    作者簡(jiǎn)介     于進(jìn)(1983-)，男，工學(xué)學(xué)士，行業(yè)技術(shù)經(jīng)理，現就職于北京和利時(shí)自動(dòng)化驅動(dòng)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設計經(jīng)驗。