軍港生活污水一體化處理裝置自動控制系統設計

殷 峰，喻錫成，季 樂

1 前言

隨著電子技術的不斷發展，可編程序控制器(programmable logic controller，PLC)在不斷更新換代。現在的PLC在數據處理、指令執行速度等方面都可以與單片機相媲美，因此使用中可以充分發揮軟件的作用，節省硬件資源，提高設備的自動化控制水平［1-2］。為解決軍港碼頭排污問題，江蘇南極機械有限責任公司與海軍醫學研究所合作開展了海水沖廁一體化膜法生活污水處理裝置的研制。針對軍港污水排放的特點及工藝設計要求，電氣控制選用施耐德TWD型可編程控制器，通過合理選擇運行條件和控制參數對可編程序控制器系統進行設計，通過編程控制使處理裝置的自動化水平大大提高［3-4］。

2 系統要求

從軍港化糞池收集來的生活污水通過裝有輸送泵裝置的污水入口輸送入化糞池貯存。裝置分為4級:第Ⅰ級為緩沖柜，可以承受化糞池的高峰負荷;第Ⅱ級為序批柜，柜內置有軟性纖維填料，污水進行生化反應，消解污水中的有機物;第Ⅲ級為清水柜，存放序批柜轉駁來的上清液;第Ⅳ級膜組，利用膜的滲透原理，將透過膜的清水經消毒后達到排放標準的出水排放。

在污水較少時，可以只使用第Ⅰ、Ⅱ級，以延長膜的使用壽命，此時膜采取“保養”措施。停用時第Ⅰ、Ⅱ級也可以采取“保菌休眠”狀態，以備下次啟動可較快的進入正常運行狀態。

3 電氣控制系統構成及參數設定

(1)傳感元件

化糞池液位 緩沖柜液位 序批柜液位 清水柜液位

E1—低位 F1—低位 R1—低位 L1—低位

E2—啟動位 F2—啟動位 R2—高位 L2—啟動位

E3—報警位 F3—報警位 L3—報警位

(2)受控設備

M1——Ⅰ級粉碎泵

M2——Ⅱ級流程泵兼排放泵

M3、M5——氣泵

M4——加藥泵

M6、M7——化糞池輸送泵

M8——清洗泵

(3)自動執行機構

DV1——序批柜出口閥

DV2——清水柜出口閥

DV3——排放閥

VS1——膜沖洗閥

VS2——充氣閥

VS3——污泥提升反送閥

(4)電器控制部分

電氣控制選用施耐德TWD LCAA 24DRF型主模塊和3塊擴展模塊及相應的交流接觸器、中間繼電器等組成，通過對應的功能轉換開關，使裝置實現自動運行。

4 自動控制

(1)培菌

將轉換開關轉向“培菌”程序。化糞池的液位到啟動位E2，通過輸送泵將化糞池的污水轉到Ⅰ級緩沖柜，首先看到緩沖柜低液位F1水位指示燈亮，液位不斷升高，當液位升到啟動液位F2水位指示燈亮時，粉碎泵M1自動啟動，Ⅰ級緩沖柜的污水進入Ⅱ級序批柜，Ⅰ級液位降至F1時M1停止運行。

Ⅰ級污水進入Ⅱ級時，首先看到Ⅱ級低液位R1水位指示燈亮，此時氣泵M3、M5啟動，液位升至高液位R2時程序無反應，氣泵運行4 h后，M1及M3、M5自動轉入“間歇運行”，即運行20 min停止20 min。再循環進入原污水，Ⅰ級液位升到F3水位時，裝置發出聲光報警，自動停止輸送泵，提醒裝置不能再進污水。此時可通過應急排放減少緩沖柜內的污水。培菌的全過程由程序控制，實現培菌的全自動運行。詳見圖1所示培菌控制流程圖。(2)序批式處理

圖1 培菌控制流程圖

“培菌”程序完成后，可將程序轉向“膜法處理”(即序批式)或“直接排放”(本節不作介紹)。序批式處理是集進水—曝氣—沉淀—排放—休眠于一個柜內，這樣可以增加污泥負荷率、給后續的膜處理帶來好的運行條件、有利于氨氮的消化、還可以省去沉淀柜縮小裝置體積。

膜法處理過程中，先將輸送泵選擇開關選擇“1#”或“2#”，打開輸送泵相應進口閥門，將其轉換開關轉向“自動”。化糞池隨著外來污水的增加，液位不斷升高，液位達到中位E2時，輸送泵自動啟動開始定時定量將收集來的污水轉至Ⅰ級緩沖柜，首先看到緩沖柜低液位指示燈F1亮，當液位升至啟動位時，F2指示燈亮，粉碎泵M1自動啟動，Ⅰ級緩沖柜污水進入Ⅱ級序批柜，Ⅱ級的污水不斷升高，首先低位R1指示燈亮，氣泵啟動，液位升至R2時，粉碎泵停止運行，進水期結束。裝置自動轉入曝氣期，整個曝氣期內氣泵連續運行，曝氣期結束后裝置自動進入沉淀期，沉淀期內氣泵、粉碎泵停止運行，序批柜內經過處理的污水自動沉淀，沉淀期結束后，一號電動閥自動打開，三通電動閥轉向旁通位置，兩只電動閥完全到位后排放泵自動運行，將序批柜內沉淀的上清液轉至清水柜內。轉駁過程中首先清水柜的低液位L1燈亮，清水柜液位不斷升高，序批柜內液位不斷降低，當序批柜內液位降至R1以下或清水柜液位升至高位L3時，排放泵、一號電動閥、三通閥旁位自動關閉，轉駁期結束。轉駁期結束后只要清水柜液位高于L2裝置自動進入排放期，首先二號電閥DV2打開、三通電通閥DV3轉向直通位置，閥完全到位后，排放泵自動啟動，排放泵排出的水通過膜組滲透經消毒后排放，當Ⅲ級清水柜液位降至L1時，二號電動閥、三通電動閥直通、排放泵停止運行。由于緩沖柜Ⅰ級可能又有污水進入，液位升至F2時，粉碎泵M1仍在運行，重復上述工作流程。如果Ⅰ級的污水沒有到達啟動位F2，裝置進入休眠工況，氣泵連續運行。如果沒有污水進入，液位低于F1和R1時，4 h后自動進入休眠保菌狀態，氣泵運行20 min，停止20 min，粉碎泵也因Ⅰ級液降至F1而停止。序批式處理的工作過程由程序實現自動控制。詳見圖2所示正常運行控制流程圖。

圖2 生活污水處理裝置序批式控制流程圖

(3)裝置運行過程中系統會出現以下幾種特殊情況

①在曝氣期內，緩沖柜Ⅰ級液位升至報警位F3，序批柜Ⅱ級曝氣期馬上中止，進入沉淀期然后程序繼續執行下去。②在沉淀期內，Ⅰ級液位升至啟動位F2，程序不反應，如液位又到F3，裝置發出報警聲，提醒裝置不能再進污水，然后程序繼續執行下去。③無論在何時Ⅰ級液位升至F3時，F3指示燈亮，蜂鳴器響，操作人員現場判斷原因，此時可將轉換開關至“應急排放”，粉碎泵M1啟動，直至液位降至F1時停止。按“消音”按鈕，蜂鳴器音滅。④膜法處理時，每晚19:00，充氣閥VS2、二號氣泵M5自動打開進行一次污泥提升(序批柜→厭氧柜);待12 h之后污泥提升反送閥VS3、二號氣泵M5打開進行一次污泥返送(厭氧柜→緩沖柜)。⑤膜清水清洗:也可定期(一般半個月左右)手動打開沖洗水閥V2、V4、VQ10，關閉 VQ7、V3，手動運行清洗泵用清水對膜進行清洗，從視流管中看到水變清為止。

5 結束語

軍港海水沖廁一體化膜法生活污水處理裝置控制系統選用施耐德TWIDO型可編程控制器［3］，按照裝置的工藝流程要求通過程序控制，完全實行了自動控制。實踐證明，裝置具有工作性能穩定可靠、線路簡單、維修方便、自動化程度高等特點［2］。

［1］ 王兆義.可編程控制器教程［M］.北京:機械工業出版社，2008:3-10.

［2］ 宮淑貞，徐世許.可編程控制器原理及應用［M］.北京:人民郵電出版社，2009:3-6.

［3］ 儲云峰.施耐德電氣可編程序控制器原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，2006:91-113.

［4］ 李玉樂.船舶生活污水處理裝置瓶頸問題解決方案探討［J］.中國水運，2013，13(4):110-111.