污水提升泵站運行模式優(yōu)化設(shè)計

李思聰 王慶龍 余暢舟

摘 要：針對污水處理廠污水處理效果不佳、能源浪費等問題，從污水提升泵站運行模式優(yōu)化的角度，給出了改進(jìn)的設(shè)計方案——多變量控制、恒定出水量、低水位運行的策略，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性，使后續(xù)單元可以穩(wěn)定高效運行，增強(qiáng)了管網(wǎng)調(diào)蓄能力。

關(guān)鍵詞：污水提升泵站；恒定出水量；運行模式

中圖分類號 TU992.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）13-0089-02

Abstract：Sewage treatment plant potential problems such as poor sewage treatment and energy loss.In the view of operation mode optimization for sewage pumping station，an improved control strategy with multivariable control，constant water output，low water-level operation is adopt to solve these problems，which improves the stability，rapidity and accuracy of the system.Operation characteristics of the follow-up unit and storage capacity of the pipe network is enhanced.

Key words：Sewage pumping station；Constant water output；Operation mode

隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，工業(yè)及生活產(chǎn)生的廢水日益增多，污水處理廠的凈化工作量也隨之劇增，凈化后的水體質(zhì)量與凈化系統(tǒng)能源消耗成為了污水處理廠關(guān)注的焦點，而污水處理廠進(jìn)水提升泵站是影響污水凈化效果重要的一環(huán)。現(xiàn)階段常用的進(jìn)水提升泵站運行模式存在著諸多問題，本文針對這些問題提出了一種優(yōu)化的解決方案。

1 污水處理過程概述

污水處理流程如圖1所示。分布在城鎮(zhèn)各處的截流管道將污水匯集，流經(jīng)粗格柵去除水中較大的懸浮物后輸送至泵房，再經(jīng)過細(xì)格柵和旋流沉砂池進(jìn)一步物理清理，出水進(jìn)入初沉池，經(jīng)初沉后，約可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，隨后污水流入A/O池降解有機(jī)物及除磷脫氮，在二沉池中污水絮凝沉淀，上層澄清液可排入附近河道，下層污泥進(jìn)入回流泵房，其中的部分活性污泥回流至A/O池循環(huán)利用，剩余污泥脫水外運[1]。

污水提升泵站是污水處理工藝流程中重要的處理單元之一，其作用是將管網(wǎng)中的污水提升至合理高度，實現(xiàn)后續(xù)單元重力自流[2]。而進(jìn)水泵站直接影響污水處理廠進(jìn)水流量的動態(tài)特性，對后續(xù)處理工藝中生化、物化等過程的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。

2 常規(guī)運行模式及存在的問題

現(xiàn)階段，我國污水處理廠進(jìn)水提升泵站大多采用浮球控制和基于PLC的簡單自動控制。浮球控制是根據(jù)泵坑內(nèi)的液位控制水泵的啟停，到達(dá)指定液位將污水一次性排出，由于進(jìn)水流量的不穩(wěn)定性，水泵機(jī)組啟停頻繁，降低了水泵壽命[3]；基于PLC的簡單自動控制通過比較集水井中液位計測量的液位與設(shè)定的液位偏差，采用PID算法產(chǎn)生控制信號控制水泵的運行，目前大多結(jié)合變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而避免了水泵頻繁啟停的問題。

污水處理是一個浩大、復(fù)雜的工程，處理過程動態(tài)多變，干擾因素層出不窮，現(xiàn)階段的幾種運行模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法解決污水處理中存在的諸多問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）僅控制液位偏差這一底層對象，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差[4]；（2）目前控制方式大多為保持泵房進(jìn)水流量與出水流量相等，出水流量幅度變化大，對后續(xù)單元沖擊嚴(yán)重，吸附、沉淀等過程很難穩(wěn)定進(jìn)行；（3）高水位運行，降低了污水管網(wǎng)調(diào)蓄作用，管網(wǎng)淤積通水能力差，進(jìn)水炭源降低氨氮升高，對有效實現(xiàn)生物除磷脫氮效果不利[5]。

3 運行模式優(yōu)化設(shè)計

合理控制污水處理廠進(jìn)水提升泵站出水量可以較好的解決上述問題，本文提出泵站出水量恒定的運行模式。

圖2為污水提升泵站控制示意圖，底層控制對象有輸入輸出流量、集水池液位、變流器電壓電流、水泵轉(zhuǎn)速等。

輸入流量檢測可算出一天的平均進(jìn)水量，將其作為出水量的設(shè)定值，這樣做的目的是削峰填谷，且穩(wěn)定的出水量十分有利于后續(xù)環(huán)節(jié)中各污水處理單元的穩(wěn)定運行。進(jìn)水量的前饋控制還可以實時監(jiān)測集水池進(jìn)水情況，若某段時間液位持續(xù)高漲且進(jìn)水量一直很大，視為突發(fā)情況。在特殊情況，如特大暴雨，則出水量的給定值需重新設(shè)定，后續(xù)生化、物化等工藝環(huán)節(jié)也需相應(yīng)調(diào)整。液位檢測是應(yīng)對突發(fā)情況的第二層措施，若液位超過高位限制則立即報警，防止污水溢出。

通過對變頻器電壓電流及水泵轉(zhuǎn)速的檢測實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制，使水泵轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、準(zhǔn)確并快速跟隨給定量的變化。正常情況下水泵轉(zhuǎn)速的控制即可準(zhǔn)確控制出水流量，引入輸出流量的反饋控制可以增加進(jìn)一步的保障。

4 結(jié)語

本文給出了一種污水提升泵站運行模式優(yōu)化設(shè)計方案，針對底層控制對象單一，系統(tǒng)穩(wěn)定性差的問題，本設(shè)計采用帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制。

針對出水流量幅度變化大，后續(xù)單元很難穩(wěn)定進(jìn)行的問題，本設(shè)計采用變頻控制技術(shù)控制水泵，轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，使污水處理廠均勻進(jìn)水，減少對后續(xù)處理單元的沖擊，提高了處理后的水體質(zhì)量[6]；針對高水位運行帶來的種種不利，本設(shè)計通過對泵站液位、流量等多個參數(shù)的協(xié)調(diào)控制，容易實現(xiàn)低水位穩(wěn)定運行。優(yōu)化后的運行模式具有污水處理效果好、高效節(jié)能、穩(wěn)定性優(yōu)良、適應(yīng)性好的優(yōu)點，對進(jìn)水提升泵站的工程應(yīng)用有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]彭小玉，秦斌，王欣，等.污水處理廠提升泵站穩(wěn)流節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，30（2）：84-89.

[2]肖楚漢.污水提升泵站的節(jié)能方法研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2014.

[3]王志.污水提升泵站自控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].廈門：廈門大學(xué)，2016.

[4]李麗麗.淺談污水處理過程的節(jié)能優(yōu)化控制[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（6）：13-14.

[5]柴春省，張永.污水泵站集水池超高水位運行的危害[J].中國科技信息，2015（22）：86-87.

[6]趙冬泉.基于穩(wěn)流節(jié)能的污水處理廠進(jìn)水泵站智能控制方法[J].中國建設(shè)信息（水工業(yè)市場），2010，26（6）：135-138.

（責(zé)編：張宏民）