SBR污水處理工藝的自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

摘要：針對(duì)SBR污水處理自動(dòng)化控制的問題，研究自動(dòng)控制系統(tǒng)，開發(fā)基于C的自動(dòng)控制軟件，以現(xiàn)有工藝設(shè)備為基礎(chǔ)，搭建自動(dòng)化控制系統(tǒng)，根據(jù)污水處理工藝，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制流程，通過控制繼電器、電動(dòng)閥等完成SBR污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化，并開發(fā)組態(tài)界面監(jiān)控污水處理各階段的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集儲(chǔ)存Do、pH數(shù)據(jù)，編譯人機(jī)交互界面，搭建高效率、高穩(wěn)定的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：SBR;污水處理;自動(dòng)控制

近年來，隨著環(huán)境保護(hù)的意識(shí)的提升，工業(yè)生產(chǎn)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求越來愈高，SBR（sequencing batch reactor）法污水處理工作，由于采用微生物處理污水，處理污水種類范圍較廣，可用于各種工業(yè)廢水的處理。SBR法通過對(duì)各處理階段的時(shí)間分配，能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的不同情況下產(chǎn)生的污水。由于SBR法污水處理工藝在幾個(gè)階段的有氧和無氧的條件下處理污水，而且間隔時(shí)間較長，采用人工按時(shí)間操作，耗時(shí)耗力，而且效率較低，時(shí)間精度不夠精確，故需研究高效率、低成本、穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)方式。隨著控制技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，采用一種自動(dòng)控制方法，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測、自動(dòng)控制、運(yùn)行數(shù)據(jù)管理等方式高效率、高質(zhì)量的處理污水。

1 SBR污水處理工藝

SBR污水處理工藝采用微生物法在一個(gè)反應(yīng)罐中完成污水的生化反應(yīng)、固液分離、排水、排泥等，具備工藝流程簡單、管理方便、成本低、處理效果好的特點(diǎn)。文章所采用的SBR污水處理工藝系統(tǒng)為兩個(gè)SBR反應(yīng)罐的處理工藝，污水經(jīng)SBR1反應(yīng)罐中經(jīng)有氧、厭氧幾個(gè)周期處理后，通過離心泵控制進(jìn)入SBR2反應(yīng)罐中，經(jīng)有氧、厭氧幾個(gè)周期處理后，研究污水處理的效果，根據(jù)處理效果調(diào)節(jié)處理時(shí)間及周期。工藝流程如下：

在有氧反應(yīng)階段，通過鼓風(fēng)機(jī)對(duì)SBR反應(yīng)罐進(jìn)行曝氣處理，曝氣一段時(shí)間后，進(jìn)入到無氧反應(yīng)階段，曝氣停止，厭氧微生物活性增加。通過曝氣的有無，控制有氧、缺氧、厭氧狀態(tài)的接替運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)污水中碳、氨、氮等物質(zhì)去除的效果。

2.污水處理自動(dòng)化控制的需求及實(shí)施

為能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水處理工藝的自動(dòng)化，根據(jù)工藝流程及工藝生產(chǎn)的連續(xù)可靠性，采用基于STM32的控制卡及計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)，控制卡集成足夠的I/O口，并通過總線實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和STM32的連接。軟件編程采用C語言開發(fā)，并開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。

2.1污水處理自動(dòng)化控制需求

控制系統(tǒng)主要需求如下：（1）進(jìn)料泵、曝氣泵、排料泵等設(shè)備的自動(dòng)控制，具備手動(dòng)、自動(dòng)雙功能，可通過按鈕切換;（2）在SBR反應(yīng)池添加在線Do檢測設(shè)備、在線pH檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)觀察SBR反應(yīng)池在有氧、厭氧環(huán)境下Do和pH的變化;（3）對(duì)各處理流程進(jìn)行監(jiān)控，包含Do、pH數(shù)據(jù)采集及處理、工況的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)曲線顯示及輸出、報(bào)警等。

2.2污水處理自動(dòng)化控制的實(shí)施

控制系統(tǒng)采用以STM32的控制卡為核心，其控制卡上的IO口控制繼電器的開、閉，繼電器的常開觸點(diǎn)兩端連接進(jìn)料泵、鼓風(fēng)機(jī)、出料泵的零線中間兩端，從而實(shí)現(xiàn)繼電器控制進(jìn)料泵、鼓風(fēng)機(jī)、出料泵。采用具備RS485通訊的Do在線檢測儀表及具備RS485通訊的pH在線檢測儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測污水處理過程中的Do、pH的變化。

控制策略采用以時(shí)間順序控制的方式來實(shí)現(xiàn)，以上述工藝控制流程為基礎(chǔ)，以人工操作經(jīng)驗(yàn)為參考，實(shí)現(xiàn)基于C語言的自動(dòng)控制程序的實(shí)現(xiàn)，在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間的順序依次控制進(jìn)料泵、鼓風(fēng)機(jī)、出料泵的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)控制。

上位機(jī)采用C語言開發(fā)的人機(jī)交互界面，具備狀態(tài)運(yùn)行顯示、Do和pH實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、參數(shù)設(shè)置、歷史曲線顯示、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。操作者可根據(jù)污水處理情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各處理階段的運(yùn)行時(shí)間，整個(gè)操作界面簡潔、方便，便于操作人員使用。

3 結(jié)論

基于STM32的控制卡應(yīng)用在污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，具備電氣部分整體較小、控制軟件編寫簡單、人機(jī)交互界面操作方便、數(shù)據(jù)采集儲(chǔ)存功能強(qiáng)大等方面的特點(diǎn)，而且整體工程開發(fā)周期較短、線材用料不多、整體成本較低、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、調(diào)試便捷，對(duì)于小型的、控制點(diǎn)不多的污水處理系統(tǒng)，尤其是在線監(jiān)測儀器較多、對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理要求較高的場所。

控制系統(tǒng)應(yīng)用于雙SBR反應(yīng)罐的污水處理實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)可靠、性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了處理工藝流程的自動(dòng)化，并可根據(jù)污水處理效果，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)處理工藝流程，并儲(chǔ)存各處理階段的Do、pH含量，供開發(fā)人員后續(xù)觀察污水處理效果。該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了污水處理工藝的自動(dòng)控制和無人值守，為雙SBR反應(yīng)罐的污水處理實(shí)驗(yàn)研究提供了有效保證。

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作者簡介：孟明輝（1989-），男，碩士研究生，重慶科技學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教師，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子