上海月浦水厂排泥水处理的自动化控制

太平洋水处理工程有限公司           汤建林

　　1、系统概况

　　上海月浦水厂供水规模40×10⁴m³/d。排泥水处理自控系统的主要检测仪表、PLC、脱水机等均采用国外进口设备。

　　排泥水处理工程工艺流程图见图1

　　根据工艺设计选择的要求，月浦水厂排泥水处理自控系统采用了比较流行的PLC+PC控制系统，将排泥水处理中全部工艺参数由采样处理到调节过程全由微机实现三级监控，即：现场设备手动控制、各站PLC独立控制、中央控制室集中监控，由此构成了先进可靠的集中监视、分散控制系统。采用集散型控制系统，能使控制功能和任务分散，分散出现故障的危险性，提高系统的可靠性。上位机图形界面采用先进的人机界面( HMI )设计软件IFIX3.5来完成。控制器采用AB公司的controllogix5555系列, PLC与上位机之间采用以太网通讯，各PLC分站之间采用ControlNET网络，配有现场操作员面板，提供快速和直观的显示，操作容易。PLC通过MODBUS现场总线，下挂16只电量智能采集表。

　　2、各工艺段的自控方案

　　2.1 排泥槽的自控原理

　　沉淀池排泥槽液位达到设定液位时，分别开启两台排泥泵，1＃调节池开始进水。待沉淀池排泥槽液位下降到设定液位时，停止排泥泵运行。

　　2.2 调节池的自控原理
调节池又分 1#调节池和2#调节池，2#调节池主要用来收集滤池冲洗废水，而后由潜水泵将排泥水从2#调节池输送至预浓缩池，待池下部浓缩污泥浓度达到3％时开启电动排泥阀向1#调节池排泥，如上清液浊度达到排放标准，可自动排放或回用。

　　1#调节池主要用来收集沉淀池排泥水，而后由潜水泵将排泥水从1#调节池输送至浓缩池。在1#调节池中安装两个液位仪，四个搅拌器(用于均匀池中的泥水浓度，不使泥沙沉淀下来)。为了对进入浓缩池的排泥水量进行控制，在两根排泥水输送管道上各安装了一个流量计，用来反映进入浓缩池的排泥水水量。

　　　　沉淀池排泥水经管道流入1#调节池，池中液位开始上升。PLC实时采集来自1#调节池液位仪的信号，当达到某一高度后，PLC发出指令，开启潜水泵，排泥水由潜水泵送至浓缩池，输送量则由流量计显示并反馈到PLC。
在实际运行中，设置潜水泵启动液位为 2.3m，停止液位为1.5m；搅拌器的启动为1.5m，停止为1.4m。

　　滤池反冲洗水经管道流入2#调节池，潜水泵的控制与1#调节池潜水泵相同，排泥水由潜水泵送至预浓缩池。
2.3 预浓缩池、浓缩池的自控原理
预浓缩池和浓缩池的作用是将较低浓度排泥水变成较高浓度的污泥水。区别在于预浓缩池处理的是滤池冲洗水，浓缩池处理的是反应沉淀池和预浓缩池的排泥水。如何对较高浓度的污泥进行自动排放是预浓缩池和浓缩池能否自动运行的关键。由于浓缩池运行时间和进浓缩池的排泥水水量具有不确定性，故定时排放污泥行不通；由于浓缩池液位稳定，故也不能用液位仪。这里唯一变化的是浓缩污泥的浓度，所以在浓缩池中设计安装一个浓度计，用污泥浓度数值的高和低来自动控制排泥泵的开和停，即浓缩污泥的排放。通过对开始排泥和终止排泥的污泥浓度值进行设置，可达到：①使浓缩池始终高效运行；②控制平衡池的污泥浓度。预浓缩池的设计基本相同，排放采用自流方式。 预浓缩池和浓缩池都配有刮泥机，连续刮泥。

　　浓缩池一旦进水即开始运行。池中的浓度计连续监测池中某点位污泥浓度的变化，信号随时反馈给PLC。当达到某一浓度后，PLC发出指令开启浓缩池至平衡池的污泥螺杆泵，较高浓度的浓缩污泥就被送入平衡池积蓄起来。

　　在实际运作中，将污泥螺杆泵的启动设置在，浓缩池浓度计大于3%开;小于0.5%停;平衡池液位大于4.0米停

　　预浓缩池的运行基本与浓缩池相同，预浓缩池的污泥水排放到1#调节池，做进一步处理。

　　在实际运作中，预浓缩池出泥阀启动设置在，浓度计大于3%开;小于0.8%关
2.4 平衡池的自控原理
平衡池是一个缓冲池，主要作用是保证进离心脱水机的污泥浓度稳定。对它的控制主要有两点：①池中污泥要均匀；②池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安装一个液位仪和一个搅拌器。搅拌器的作用是均匀池中浓缩污泥浓度，不使泥沙沉淀下来。液位的高低则决定浓缩池排泥泵、离心机进泥泵和搅拌器的开和停。

　　在实际运作中，平衡池搅拌机控制设置在，高于1.5米开，低于1.4米停；离心脱水机系统控制申请设置在，高于3.5米开，低于1.5米停

　　2.5 PAM絮凝剂配制自控原理

　　高分子絮凝剂一般为颗粒状或粉末状固体，不能直接投放到污泥水中，必须采用一配制系统。我们选用了 Aqwq Floc 60絮凝剂制备装置，该系统可分为五部分：①粉末储存器，用以储存足量的PAM固体；②干粉投加泵，用以均匀地投加PAM固体；③混合水电磁阀，使PAM粉末与水均匀混合而后送至搅拌溶解池；④溶解池，用以搅拌PAM与水的混合液，让PAM与水充分混合熟化；⑤储液池，用以承接溶解池来的PAM溶液，以供PAM投加泵投加。整个配制系统运行如下：首先确定配制浓度，计算出投加固体量和投加时间。干粉投加泵运行的同时打开混合水电磁阀，则水与固体料混合后，送至溶解池搅拌熟化，溶解池溶液达到某高液位时，水源自动关闭。当储液池PAM溶液用到某低液位时，系统将自动打开溶解池的投放出口，配制好的PAM溶液由溶解池送至储液池，然后系统自动再配制溶液，整个系统能周而复始自动配制溶液。PAM加注点5个，预浓缩池前一个、浓缩池前共二个、脱水机前设加注点二个。

　　2.6 离心脱水机及加药量的自控原理

　　离心脱水机的作用是将浓缩污泥进行固液分离，是固液分离好坏的关键脱水机械。要使泥与水能很好地分离，除了离心机的转速、差速控制因素之外， PAM投加量的自动控制是至关重要的。投加量的控制涉及到进泥量、进泥浓度、加注量和加注率的选定。对这些问题的设计思路是：①对进泥浓度进行监测，在平衡池中安装了一个污泥浓度计，以显示进入离心机的浓缩污泥浓度；②对进泥量进行监控，在进泥管道上安装一个流量计，在污泥泵上加一个变频器控制，以控制进泥量；③加注量则采用计量加注泵来控制PAM絮凝剂的加注，PAM絮凝剂则完全由PAM自动配制系统供应，这样能完美地实施离心脱水机和加药量的自动控制。我们选用了两套坚纳公司D5L离心脱水机，每台能力为25－335立方米/时。离心脱水机工作固体负载为750公斤干泥/时。进脱水机浓缩污泥含固率不小于3％，脱水后污泥含固率要求大于30％脱水污泥由一台水平螺旋输送机及一台倾斜螺旋输送机送至污泥库，污泥定期外运处置。

　　PLC收到离心机开启信号后，延时发出指令，自动开启螺旋输送机，离心机进泥泵及切割机、PAM加注计量泵，并接受来自进泥流量计和加注计量泵的信号。根据平衡池污泥浓度计的数值、进泥流量计的数值、PAM配制浓度、最佳加注率，就可以确定计量投加泵的流量，并通过PLC设置。这样PLC自动控制PAM加注泵变频器的设定频率值以控制投加量，离心脱水机对浓缩污泥的固液分离就可自动进行。
在实际运行中， PAM投加量的确定须依据进泥量和进泥浓度而定，加注率一般设定在1.0～1.5 kg/t干泥。

　　下面是脱水机的几种运行方式：

　　·正常工作状态下，主机转速为全速（2800转），STADEC根据设定扭矩（35%），利用PID功能调节差速，其实就是调节辅机速度。

　　·正常停机时，PLC先给高速冲洗信号（脉冲3S），同时PLC打开脱水机冲洗电磁阀，脱水机接收到高速冲洗申请时，先高速冲洗（差速8转）12分钟，再低速（主机保持700转，差速保持2转）冲洗12分钟,待脱水机高低速冲洗结束送出冲洗结束信号时（如信号超时25分钟未送出，也执行下一步），关脱水机冲洗电磁阀，停脱水机。

　　·低速冲洗申请 , 当非正常停机再次启动时，先要低速冲洗。PLC输出低速冲洗命令（脉冲3S）给辅机，辅机低速运转；同时PLC启动脱水机和冲洗电磁阀，待脱水机低速冲洗结束送出冲洗结束信号时（如信号超时13分钟未送出，也执行下一步），关冲洗电磁阀。此时不停机，脱水机转入正常工作状态。

　　·PLC采集到一级扭矩信号，停进泥泵、切割机、加药泵，打开脱水机冲洗电磁阀。一级扭矩信号消除，开进泥泵、切割机、加药泵，关冲洗电磁阀，恢复正常。

　　3 结语

　　综上所述，采用高性能的PLC作为中央控制器，配以液位仪、浓度计、流量计等检测仪表，自动连续监控排泥水处理系统的运行状况，达到运行的高度自动化。

　　通过生动逼真的人机界面或现场操作员面板，可以随时对各运行参数进行重新设置，以达到最佳运行状况，同时显示排泥水处理系统的实时运行状况，提供声光报警等功能。