一種地埋式污水處理廠除砂系統(tǒng)的智能化控制方案

摘 ?要：對(duì)污水處理廠沉砂池工藝設(shè)備的控制進(jìn)行了研究，提出一種除砂系統(tǒng)泵與閥門(mén)智能聯(lián)動(dòng)的解決方案，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)傳遞，設(shè)定泵/閥門(mén)的狀態(tài)判定、起始閥門(mén)編號(hào)與停止編號(hào)的判定，優(yōu)化砂泵的啟停條件控制，優(yōu)化閥門(mén)的開(kāi)閥與關(guān)閥條件，實(shí)現(xiàn)單泵與4組閥門(mén)的互鎖聯(lián)動(dòng)，也可1V3、1V2、1V1組閥門(mén)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)容錯(cuò)運(yùn)行中的閥門(mén)故障，保證沉砂池除砂系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：污水處理;除砂系統(tǒng);智能控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）05-0157-04

An Intelligent Control Scheme for Sand Removal System of Buried Sewage Treatment Plant

NIU Furong

（China Union Engineering Co.， Ltd.， Xiamen ?361004， China）

Abstract： This paper studies the control of the process equipment of the grit chamber of the sewage treatment plant， and puts forward a solution scheme of intelligent linkage between the pump and the valve of the sand removal system. Through standardized parameter transmission， it sets the judgment of the state of the pump/valve， the judgment of the starting valve number and the stop number， optimizes the control of the start and stop conditions of the sand pump， and optimizes the opening and closing conditions of the valve， realizes the interlocking linkage between single pump and 4 groups of valves and the linkage of 1V3， 1V2 and 1V1 groups of valves. The valve fault in operation can be automatically tolerated to ensure the efficient and stable operation of the grit chamber sand removal system.

Keywords： sewage treatment; sand removal system; intelligent control

0 ?引 ?言

污水處理的主流程工藝一般劃分為幾個(gè)段：預(yù)處理段、生化段、深度處理段、尾水排放等，配套的系統(tǒng)則包括提升系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等。沉砂池在污水處理廠的占比很小，但其作用卻不可忽視。若不設(shè)置沉砂池，大量砂粒將進(jìn)入后續(xù)工藝段，給污水廠的正常運(yùn)行帶來(lái)諸多隱患：（1）砂粒會(huì)加速污泥處置單元的設(shè)備磨損，比如泵、壓泥機(jī)等，縮短使用壽命。（2）部分工藝會(huì)減少池容積，降低工藝處理能力。

在預(yù)處理段中，污水通過(guò)粗細(xì)格柵和污水提升泵提升以后，進(jìn)入到沉砂池，此時(shí)需要對(duì)污水中的無(wú)機(jī)物顆粒進(jìn)行去除，目的主要有兩個(gè)：（1）降低污水無(wú)機(jī)物的比例。通過(guò)前期處理，使進(jìn)入到后續(xù)生化工藝段中的污水無(wú)機(jī)物下降到較低水平，低無(wú)機(jī)物進(jìn)入將使得生化池內(nèi)的活性污泥濃度中的有機(jī)占比升高，污泥濃度可以控制在合理的范圍內(nèi)。（2）減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本，增加設(shè)備壽命。砂礫的減少能夠降低對(duì)設(shè)備的損耗、磨損，同時(shí)減少的無(wú)機(jī)物可以降低活性污泥濃度，因而減少剩余污泥排放量，減少污泥脫水機(jī)的壓力，對(duì)于降低污泥車(chē)間的整體的藥耗、能耗、外運(yùn)成本等作用很大。

因此對(duì)于除砂池的運(yùn)行管理也是提升污水廠整體管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

沉砂池作為控制活性污泥有機(jī)比例的處理構(gòu)筑物，對(duì)它的良好管理是非常必要的，本文針對(duì)除砂系統(tǒng)的設(shè)備管理，通過(guò)自動(dòng)化的編程設(shè)計(jì)，提高除砂系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，降低人工成本，加強(qiáng)除砂系統(tǒng)的運(yùn)行水平，這對(duì)于整體工藝提升也是非常有益的。事實(shí)上，前段沉砂池去除無(wú)機(jī)物的泥沙，提升有機(jī)物在剩余污泥中的含量，將對(duì)于后段污泥資源化再利用大有裨益，比如污泥焚燒的熱值提高，可厭氧發(fā)酵再利用，可作為土地填滿物改良土壤特性，等等。

1 ?控制需求

整個(gè)地埋式污水處理站，除砂系統(tǒng)布置在地下室，通過(guò)管道將砂水混合物提升至地上設(shè)備間砂水分離機(jī)，因此對(duì)地埋式污水處理站除砂系統(tǒng)有以下特別要求：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性與靈活性共存。系統(tǒng)穩(wěn)定性要求系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)運(yùn)行，盡可能少地需要人工參與;靈活性則要求系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，人工設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行工況參數(shù)。（2）自動(dòng)化程度高。自動(dòng)化程度高則要求除了正常的工作流程，對(duì)于其他“意外”也能保證系統(tǒng)運(yùn)行，容錯(cuò)度高，可持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

因此梳理地埋式除砂系統(tǒng)的工作流程有以下要求：（1）周期工作制。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況，定時(shí)定期的開(kāi)啟除砂系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)要求能夠循環(huán)工作，即工作一段時(shí)間停一段時(shí)間，周而復(fù)始。（2）輪換工作制。從1#閥門(mén)開(kāi)始，到4#閥門(mén)結(jié)束為一個(gè)周期，每個(gè)閥門(mén)工作時(shí)間可自由設(shè)定，以應(yīng)對(duì)不同沉砂池的沉砂情況。（3）閥門(mén)與泵的相互關(guān)聯(lián)。為了設(shè)備安全及管道安全，要求砂泵開(kāi)啟的時(shí)候必須有閥門(mén)開(kāi)到位，砂泵停止了才能關(guān)閉閥門(mén)。（4）閥門(mén)故障下的選擇與跳轉(zhuǎn)。在日常運(yùn)行中，難免會(huì)出現(xiàn)設(shè)備故障或管道故障，要求在出現(xiàn)某單一設(shè)備故障下，自動(dòng)程序仍能有效運(yùn)行，減少人工工作強(qiáng)度，增加工藝處理靈活性。（5）自動(dòng)下的糾錯(cuò)。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行期間，因人工誤操作，關(guān)閉某個(gè)閥門(mén)的時(shí)候，程序能夠自動(dòng)跳轉(zhuǎn)或恢復(fù)到初始狀態(tài)。

沉砂系統(tǒng)的設(shè)備平面布置示意圖如圖1所示。

圖1沉砂系統(tǒng)泵與閥門(mén)平面布置示意圖

2 ?邏輯分析

在整個(gè)系統(tǒng)中，難點(diǎn)主要還是閥門(mén)的開(kāi)啟條件及關(guān)閉條件，同理砂泵的開(kāi)啟與關(guān)閉條件。特別是在邏輯時(shí)序不定的情況下，如何確定該閥門(mén)的上級(jí)閥門(mén)與下級(jí)閥門(mén)的身份，同時(shí)砂泵的開(kāi)啟和關(guān)閉條件。

3 ?實(shí)現(xiàn)方法

圖2為程序塊最終調(diào)用的情況，將液位、泵、閥門(mén)均作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象，將對(duì)象的所有屬性傳遞給程序塊，方便程序調(diào)用。

LEVAL：沉砂池液位條件，參數(shù)傳遞如表1所示。

IN_TIME：兩個(gè)閥門(mén)之間交錯(cuò)時(shí)間，即兩個(gè)閥門(mén)允許同時(shí)開(kāi)到位的時(shí)間，單位秒。

PUMP：砂泵屬性，參數(shù)傳遞如表2所示。

VALVE1：閥門(mén)1屬性;VALVE2：閥門(mén)2屬性;VALVE3：閥門(mén)3屬性;VALVE4：閥門(mén)4屬性，其參數(shù)傳遞如表3所示。

表4為除砂系統(tǒng)功能塊中的程序段注釋

詳細(xì)說(shuō)明功能塊中比較重要的幾處程序：

（1）首先確定閥門(mén)與泵的正常狀態(tài)與非正常狀態(tài)，如圖3所示，其他類(lèi)似。

（2）自行判斷開(kāi)始閥門(mén)與停止閥門(mén)編號(hào)。根據(jù)閥門(mén)的狀態(tài)條件，依據(jù)PLC順序掃描原理，賦值STAR_NO和STOP_NO。

（3）按步序定義閥門(mén)開(kāi)啟命令與停止命令。主流程采取順序控制流程，定義步驟0為初始等待步驟。步驟1為閥門(mén)1的開(kāi)啟周期，步驟2為閥門(mén)2的開(kāi)啟周期，步驟3為閥門(mén)3的開(kāi)啟周期，步驟4為閥門(mén)4的開(kāi)啟周期。每個(gè)周期的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象傳遞進(jìn)程序塊的閥門(mén)持續(xù)時(shí)間。時(shí)間到達(dá)，觸發(fā)下一個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟，下一個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟后持續(xù)一段時(shí)間，關(guān)閉上一個(gè)閥門(mén)。或者下一個(gè)閥門(mén)故障，則進(jìn)入下下個(gè)閥門(mén)的步驟。1#閥門(mén)動(dòng)作如圖4所示。

需要注意的是1#閥門(mén)的停止觸發(fā)，可能是正常下的2#閥門(mén)，也可能是3#、4#或者砂泵。圖4中顯示的邏輯是更安全考慮的邏輯，簡(jiǎn)單總結(jié)就是，2#閥門(mén)正常，根據(jù)2#閥門(mén)開(kāi)到位時(shí)間超過(guò)IN_TIME，復(fù)位1#閥門(mén);3#閥門(mén)正常，根據(jù)3#閥門(mén)開(kāi)到位時(shí)間超過(guò)IN_TIME，復(fù)位1#閥門(mén)，4#閥門(mén)正常，根據(jù)4#閥門(mén)開(kāi)到位時(shí)間超過(guò)IN_TIME，復(fù)位1#閥門(mén);或者其他閥門(mén)都故障，根據(jù)1#閥門(mén)自身開(kāi)閥時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間，并且泵停止時(shí)間超過(guò)30 s后，復(fù)位1#閥門(mén)。同理，2#、3#、4#的復(fù)位邏輯相似。

（4）定義砂泵的啟動(dòng)停止條件。因?yàn)榍懊婧芎玫囟x了閥門(mén)的動(dòng)作條件，以及開(kāi)始閥門(mén)編號(hào)和步序的邏輯關(guān)系，砂泵的啟動(dòng)和停止條件則很好實(shí)現(xiàn)。如果起始閥門(mén)是1#，則根據(jù)1#閥門(mén)開(kāi)閥到位后的持續(xù)時(shí)間，啟動(dòng)砂泵運(yùn)行，起始閥門(mén)是其他閥門(mén)則類(lèi)似。到第4個(gè)閥門(mén)的時(shí)序完成，則停止砂泵。

4 ?結(jié) 論

按以下情況分組進(jìn)行了測(cè)試：1—2—3—4的正常流程;任意3組閥門(mén)流程;任意2組閥門(mén)流程;任意1組閥門(mén)流程。可以設(shè)定任意閥門(mén)的開(kāi)閥持續(xù)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)砂池的個(gè)性化控制。在4組以下閥門(mén)數(shù)量的系統(tǒng)中，可以不用修改當(dāng)前程序段，直接套用程序段，雖然每個(gè)時(shí)序都會(huì)進(jìn)行，但是沒(méi)有外部變量的閥門(mén)數(shù)據(jù)流，默認(rèn)為非正常狀態(tài)而自動(dòng)跳過(guò)。可以按當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化程序段，增加其他組別閥門(mén)控制，最大可擴(kuò)容到最大8組閥門(mén)的聯(lián)動(dòng)控制。事實(shí)上，在更多閥門(mén)組出現(xiàn)的時(shí)候，通常是分成了兩組砂泵閥門(mén)組進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，從而更好實(shí)現(xiàn)工藝上需要的冗余度。可以修改程序塊接口，增加標(biāo)準(zhǔn)化程序段，實(shí)現(xiàn)更多的閥門(mén)與泵的聯(lián)動(dòng)控制。

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作者簡(jiǎn)介：牛富榮（1981.03—），男，漢族，湖北當(dāng)陽(yáng)人，中級(jí)，本科，研究方向：電子工程。