上海闵行水厂排泥水处理的自动化控制

邹盛平 陆在宏 陈同春
上海市自来水公司

　　目前在全国自来水行业中，几乎没有一家自来水厂对排泥水处理自动化控制进行系统的研究和应用。前几年上海市自来水公司在对水厂排泥水处理工艺研究的基础上，在闵行水厂一车间(净水能力7×104m?3/d)进行了排泥水处理生产性研究。为了能与国际接轨，同时与目前水厂的自动化相适应，在确定合理的处理工艺后配以高度的自动化，使系统在PLC中央控制下达到自动运行的程度，为今后水厂排泥水处理自动控制提供了有益的设计依据和参数。

1 排泥水处理的自动控制

　　排泥水处理采用的工艺流程见图1。

　　针对上述工艺，要实现自动运行，必须解决下列问题：
　　① 排泥水截留池如何自动控制；
　　② 如何自动排放浓缩池的浓缩污泥；
　　③ 平衡池的污泥量如何控制；
　　④ 如何自动配制PAM溶液；
　　⑤ 如何对离心脱水机的PAM加注进行自动控制；
　　⑥ 当某泵发生故障时，如何保证系统继续运行；
　　⑦ 作为一个排泥水处理工程，如何协调整个系统的运行。

2 各单体的自控原理与设计

2.1 截留池的运行控制模式
　　截留池主要用来收集沉淀池排泥水和离心脱水机的分离水，而后由输送泵将排泥水从截留池输送至浓缩池。水厂采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式，排泥时间和排泥水量都随原水的浊度和泥沙沉降特性而变化。在截留池中安装一个液位仪，一个搅拌器(用于均匀池中的泥水浓度，不使泥沙沉淀下来)。通过截留池液位的高和低来控制输送泵和控制池中搅拌器的开和停。为了对进入浓缩池的排泥水量进行控制，在排泥水输送管道上安装了一个流量计，用来反映进入浓缩池的排泥水水量，并且采用变频器实施对输送泵的流量控制，达到对浓缩池进水流量的控制。
2.2 浓缩池的自控设计
　　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，而后送到平衡池。如何对较高浓度的污泥进行自动排放是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。
2.3 平衡池的自控设计
　　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。
2.4 配制自动化
　　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。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螺旋投加器，由两支小型螺旋输送杆组成，用以均匀地将PAM固体送入斗型输送器，它的出口开启、关闭受一时间继电器控制；③斗型输送器与水射器，用来承接PAM固体，并使之与水均匀混合而后送至搅拌熟化池；④搅拌熟化池，用以搅拌PAM与水的混合液，让PAM与水充分混合熟化；⑤投加池，用以承接搅拌熟化池来的PAM溶液，以供PAM投加泵投入离心机中。整个配制系统应能如下运行：首先确定配制浓度，计算出投加固体量和投加时间，而后通过时间继电器确定投加时间。一旦固体投入漏斗后，则自来水将与固体料混合，并由压力水通过水射器送至搅拌池搅拌熟化，搅拌池溶液达到某液位时，水源自动关闭。当投加池PAM溶液用到某低液位时，系统将自动打开搅拌池的投放出口，配制好的PAM溶液由搅拌池送至投加池，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以用于离心脱水机的PAM絮凝剂投加。
2.5 离心脱水机及加药量的自控
　　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。
2.6 泵的故障排除
　　对每一环节中的泵都配备一台备用泵，并对每一污泥泵安装流量传感器，设置流量报警，对进离心机的污泥泵设置压力报警，同时每个泵给出一个运行状态信号，一旦某泵发生故障，备用泵能自动切换。泵的轮番使用通过PLC进行。
2.7 全系统的控制
　　系统采用了SLC 500小型可编程控制器族作为中央控制，它具有一个固定的控制器以及模块化控制器，模块化控制器在系统配置方面相当灵活，配以各类继电器就能设计一个用于本系统的控制器系统，使各单位协调运作，以达到运行的自动化。
　　与此同时也采用Panelview 550扁平面板终端设备提供快速和直观的显示。整个系统控制灵活、显示直观、设置简便、操作容易。
　　综合上述内容，可以得到如下主要控制参数：
　　① 截留池的液位信号——控制输送泵、搅拌器的开、停；
　　② 输送排泥水流量计——控制浓缩池的进水量；
　　③ 浓缩池污泥浓度计——控制排泥泵的开、停；
　　④ 平衡池的液位信号——控制搅拌器、浓缩池排泥泵、离心机进泥泵的开、停；
　　⑤ 平衡池的浓度计——为控制加药量提供参数；
　　⑥ 离心机进泥流量计——控制离心脱水机进泥量；
　　⑦ 流量传感器——用以各类污泥泵保护；
　　⑧ 泵的运行状态信号——用以切换备用泵。

3 系统的运行自控

3.1 截留池的运行
　　沉淀池排泥水经管道流入截留池，池中液位开始上升。PLC接收来自截留池液位仪的信号，当达到某一高度后，PLC发出指令，开启输送泵，排泥水由输送泵送至浓缩池，输送量则由流量计显示并反馈到PLC，PLC可通过变频器对输送泵进行流量控制。
　　在实际运行中，设置输送泵启动液位为1.5m，停止液位为1.0m；搅拌器的启动为1.0m，停止为0.5m；输送的排泥水量为80～150m³/h。
3.2 浓缩池的运行
　　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排泥泵，较高浓度的浓缩污泥就被送入平衡池积蓄起来。
　　沉淀池停止排泥之后，截留池的水位会慢慢下降，PLC收到截留池低液位信号后发出指令，停止输送泵运作，浓缩池也停止运行。但排泥泵的运行会降低浓缩池内污泥浓度，PLC在收到浓缩池浓度计的低浓度信号后即发出指令，停止排泥泵运行。
　　在实际运作中，将排泥泵的启动设置在池内污泥浓度为1.0%，停止浓度为0.1%。
3.3 平衡池的运行
　　平衡池的运行主要通过对浓缩池排泥泵的限定设置以及对离心机进料污泥泵的限定设置来控制。?
　　在实际运作中，设置排泥泵的启动液位为3.0 m，停止为3.5 m。这样，整个排泥水的收集、浓缩、积蓄就在PLC控制下周而复始，自动运行，无人操作。
3.4 离心机污泥脱水的运行
　　PLC收到离心机开启信号后，延时发出指令，自动开启离心机进泥泵、PAM加注计量泵和螺旋输送器，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。
　　对所有泵都配有报警装置和备用泵并通过PLC控制，一旦运行泵发生故障，报警信号发至PLC，则PLC会自动控制切换备用泵运行，以保证在对故障泵进行维修时不影响系统的连续自动运行。

4 结论

　　综上所述，采用PLC作为中央控制，配以液位仪、浓度计、流量计作为一级仪表组合，自动连续监测运行状况，并将监测值实时送到PLC。PLC发出指令，指令会通过中间开关继电器和变频器，对系统的泵等设备进行开停、流量变化等控制，以达到运行的高度自动化。?
　　通过PLC的终端显示面板，也可以随时对运行参数进行重新设置，以达到最佳运行条件。在整个系统的运行中，达到了无人操作的程度。

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