PLC在污水處理中的應用

黃衛權 張唯 張航

1 湖南長沙江南水務建設有限公司，長沙，410007

2 中南大學軟件學院，長沙，410075

3 中南大學信息科學與工程學院，長沙，410075

PLC在污水處理中的應用

黃衛權1張唯2張航3

1 湖南長沙江南水務建設有限公司，長沙，410007

2 中南大學軟件學院，長沙，410075

3 中南大學信息科學與工程學院，長沙，410075

環境保護問題日益成為影響和制約人類社會發展的因素之一。隨著工業的不斷發展和城市人口的急劇增加，大量工業和生活污水未經處理流入江河湖海，使環境和應用水被嚴重污染。本文從污水處理的重要性入手，闡述了污水處理技術的概況和污水處理的工藝流程，并具體闡述了PLC在污水處理中的應用。

污水處理；PLC；自動化控制

sewage disposal; PLC; automatical control

引言

水污染是人類迫切需要解決的問題之一，目前我國的污水處理綜合治理水平遠遠落后于發達國家。不論是發達國家還是發展中國家，污水處理達標率與污水處理過程中使用的傳感器、儀表、控制裝置的數量、綜合自動化程度密切相關。

由于污水處理過程具有多變量強耦合、強非線性、參數時變、工況變化頻繁、難于在線檢測出水質量等特點，因而傳統控制系統無法實現污水處理過程的優化控制、優化運行和優化管理，造成污水處理后出水排放指標波動大，開通率和達標率低，處理成本高。污水處理過程控制和操作是否成功實施，關鍵是控制系統的設計問題，即如何將污水處理過程的操作運行和管理有機地和控制系統相集成，使其具備高度的自治性、靈活性和可靠性。降低生產成本、提高產品質量、減少環境污染和資源消耗，只能通過全流程自動控制系統的優化設計來實現。工業過程綜合自動化系統是解決上述問題的關鍵。

1 污水處理工藝流程

1.1 污水處理技術

圖1 污水處理工藝流程圖

污水處理技術，按其作用原理和去除的對象可分為物理法、化學法和，生物法。

物理法就是利用物理作用，分離廢水中呈懸浮狀態的污染物質，在處理過程中不改變水的化學性質。一般的生活污水和工業生產污水，都含有相當數量的懸浮物。如格柵、沉淀、氣浮、過濾、反滲透、離心、蒸發、結晶等處理工藝均屬于物理法。化學法是向廢水中投加某些化學物質，利用化學反應來分離、轉化、破壞或回收廢水中的污染物，并使其轉化成為無害物質。如混凝、中和、氧化還原、吸附、離子交換法、膜分離、汽提萃取等處理工藝均屬于化學法。

自然界存在大量依靠有機物生存的微生物，它們具有氧化分解有機物并將其轉化為無機物的功能。生物法是利用水中微生物的新陳代謝功能，并采取一定的人工措施，創造有利于微生物生長、繁殖的環境，使微生物大量增殖，從而使廢水中呈溶解和膠體狀態的有機物被降解，并轉化成為穩定，無害的物質，使廢水得以凈化，這就是生物法。生物法具有凈化能力強、費用低廉、運行可靠性好等優點，是廢水處理的主要方法，在污水處理領域中占有重要地位。我國現階段的城市污水處理主要以生物法為主，以物理法和化學法起輔助作用，以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A／O法、A2／O法(厭氧／缺氧／好氧工藝)、A／B法(吸附生物降解法)、SBR法(序列間歇式活性污泥法)、氧化溝法、MBR法(膜生物反應器)等。

1.2 污水處理流程程

污水處理工藝流程圖如圖1所示。

城市污水進入格柵井后，粗格柵主要攔截污水中比較大的垃圾，如塑料袋等，細格柵攔截污水中較小的垃圾。過濾后的污水進入提升泵房，將經過初次處理后的污水送入曝氣沉砂池，鼓風機將空氣注入曝氣池，主要用于粉碎塊狀物，并增加細菌的活力，較大的污物如砂粒等沉入池底；沉入池底的污泥通過抽砂泵進入砂水分離器，進行砂水分離，上清液則重新回到曝氣沉砂池進行后續工藝的處理。污水進入厭氧池和氧化溝后，在厭氧池中由于厭氧菌的作用，脫去污水中的大部分磷；在氧化溝中，由于好氧細菌的作用，脫去污水中的大部分氮，污水中的有害物質已基本除去，但含有大量的污泥。此時再經過二沉池進行沉淀，含水量很高的污泥進入回流污泥泵站，在回流污泥泵站中的污水又重新進入厭氧池進行處理，而污泥和二沉池產生的污泥一起進入剩余污泥泵站處理，在剩余污泥泵站中通過添加絮凝劑，由污泥濃縮機把污泥進行最后的脫水處理。二沉池中最后符合凈化要求的水則可直接排放。

2 PLC對格柵井單元的控制

格柵井單元的設備包括格柵井提升泵、浮球液位控制器、粗格柵、浮球液位變送器，其作用是清除污水中的顆粒與懸浮物；液位變送器用來檢測粗格柵前后的液位差，當差值大于10cm時粗格柵開始運行。此部分的PIE梯形圖見圖2。當污水站處于自動運行狀態時(00001常閉點接通時)，程序中PLC的CPU對2個變送器的輸入信號進行比較處理后，如果差值大于10 cm，則內部繼電器20000接通，輸出點10001接通，從而接通粗格柵接觸器，粗格柵開始運行；當差值小于3cm時，內部繼電器20001接通，粗格柵停止運行。

圖2 格柵井PLC梯形圖

3 PLC對生化池單元的控制

生化池單元包括的設備主要有鼓風機、溶解氧檢測儀、電動蝶閥、生化池提升泵、浮球液位控制器，其主要作用是降低污水COD、BOD的含量。當控制面板上的自動／手動／遠控旋鈕旋到自動控制位置時，PLC就可以接收到溶解氧檢測儀的模擬量信號，信號經過轉換后，與設定值相比較，如果污水中氧的濃度小于0.5mc／L，則電動蝶閥打開，鼓風機開動，開始曝氣；污水中氧的濃度大于2.5mg／L時，鼓風機停止曝氣，電動蝶閥關閉，其對應的PLC梯形圖見圖3。

指令XFER(70)將模擬量信號轉化成數字量并存放到DM0003中，然后通過CMP (20)指令與程序中預先設定值(#0500)進行比較，當檢測值小于設定值時，內部繼電器20002接通，電動蝶閥開始打開，經過15 s后，電動蝶閥完全打開，此時輸出點10101接通，鼓風機開始運行，隨著鼓風機的不斷曝氣，污水中氧的濃度不斷升高，當模擬信號轉換值大于設定值(#1800)時，內部繼電器20003接通，鼓風機停止運行，電動蝶閥隨后關閉，結束曝氣過程。

4 結束語

PLC系統的采用同傳統的人工控制污水處理廠相比，操作人員的工作量大大減少，勞動強度大為降低；采用計算機進行數據處理和制作圖表，使污水處理實現了管理上的科學化，現代化；PLC系統的采用對能源和設備的合理利用，節約能源，降低能耗，取得了明顯的經濟效益。PLC系統應用于污水處理廠，在工藝、設備儀表及管理上采用了現代高新技術，極大地推動了本行業科學進步，創造了明顯的社會經濟效益。

圖3 生化池PLC梯形圖

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Summary of the Application of PLC in Sewage Disposal

Huang Weiquan1,Zhang Wei2,Zhang Hang3
1 Changsha JIANGNAN Water-service Construction Co.Ltd
2 School of Software, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China
3 School of Information Science & Engineering, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China

Protection of environment has increasingly become one factor of issues and constraints the development of human society.With the continuous development of industry and the rapid increase in urban population.A large number of untreated industrial and domestic sewage flow into rivers and lakes, so the environment and the application water are seriously polluted.This article starts from the important of sewage disposal, it describes an overview of sewage disposal technologies and the processing of sewage disposal.Then it also describes the application of PLC in sewage disposal.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.006

黃衛權（1971-），男，長沙江南水務建設有限公司，總經理，主要從事自動化工程、圖像處理等研究。

張唯（1991-），女，本科生，中南大學軟件學院，主要從事軟件工程、圖像處理等研究。

張航(1966-),男，副教授，博士，主要從事智能控制、圖像處理、機器人控制和集散系統等研究。