污水处理系统电气控制系统设计
第1章 污水处理工艺流程
1.1 污水处理工艺的选用原则
在污水处理工程的设计中，方案的选择具有极其重要的地位。在进行方案的规划时，污水处理工艺的优化原则将是工程界面临的首要问题。一般来说，污水处理工艺的选择有一下几个原则：
（1）技术合理。重视工艺所具备的技术指标的先进性，同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。工艺的选择更注重成熟性和可靠性，以降低技术的风险，保证其长远的经济效益。
（2）经济节能。节省工程投资是污水处理厂建设的重要前提。合理确定处理标准，选择简洁紧凑的处理工艺，尽可能减少占地，同时，必须充分考虑节省电耗和药耗。 （3）易于管理。必须考虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便，适当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对水质变化的适应性及处理出水的稳定性。
事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于其适用性。在工程实践中应具体情况具体分析、因地制宜、综合比较，做出优化选择。
1.2 对工艺流程的阐述
目前，污水处理的主导工艺有AB法和SBR法。
（1）AB工艺法。AB法是吸附——生物降解工艺(Adsorption Biodegradation)的简称。该工艺将曝气池分为高、低负荷两段，各具有独立的沉淀和污泥回流系统。A段（高负荷段）停留时间为20～40min，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除生物化学需氧量（BOD）达50%以上。B段（低负荷段）与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。
AB法A段效率高，并具有较强的缓冲能力。B段起到出水把关作用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，AB法具有很好的适用性，并具有较高的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。
但是，AB法污泥产量较大，A段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是必须的，这将增加一定的投资和费用。此外，由于A段去除了较多的BOD，可能会造成碳源不足，难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，B段运行较为困难，也难以发挥优势。目前有仅用A段的做法，效果好于一级处理。作为过度型工艺，AB法在性价比上有较好优势，一般用于排江、排海场合。
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（2）SBR工艺。SBR法是序批式活性污泥法(Sequencing Batch-Flow Reactor Activated Sludge Process)的简称，它是一种连续进水、间歇曝气、间歇排水的工艺。它的原理是通过微生物的活动来净化污水。它与传统的活性污泥法工艺相同，只是运行方式不同。
SBR工艺的应用起始于20世纪初，由于人工管理的困难和繁琐未推广应用。这种工艺集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成。污水处理系统一般由多个池子构成一组，各池工作状态轮流交换运行，单池由滗水器间歇出水。该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物，并有利与实现紧凑的模块布置，最大优点是节省占地。此外，这种工艺也有利于减少污泥回流量，有节能效果。在此基础上，SBR又发展演变了CASS和CAST等工艺，在除磷脱氮及自动控制等方面有新的特点，大大丰富了SBR工艺的内容。
SBR工艺的优点有：
①SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。 ②处理效果好。SBR工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。
③有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。 ④污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。
⑤SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水量、水质波动。 SBR法虽然工艺优势明显，但对于自动化控制要求很高，需要大量的电控阀门和机械滗水器，稍有故障将不能运行，目前一般引进全套进口设备。由于一池有多种功能，所以对曝气头的数量、鼓风机的能力、池子总体容积等要求较高。另外，由于滗水深度通常有1.2～2m，出水的水位必须按最低滗水水位设计，故总的水力高程度较一般工艺要求高1m左右，能耗有所提高。对于单一的SBR反应器需要较大的调节池，对于多个SBR反应器，进水和排水的阀门自动切换频繁。
污水处理时，先要流经格栅。一般要设置粗细两道格栅，间距在16～25m，主要用来清除污水中的大块粗粒悬浮物质及杂质。在沉砂池中，密度较大的无机颗粒，如
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砂子、煤渣被分离并进行相应处理。SBR反映池是整个工艺的核心部分，SBR法工艺处理周期一般由进水、反应（曝气）、沉淀、滗水和闲置五个过程组成，反应期间要保证一定的曝气量，需要的活性污泥一般情况下为定量，剩余污泥则排向污泥池。净化后的水由滗水器滗出，加氯后排入自然水体。贮泥室的多余污泥脱水后外运，进行深埋或投海处理。
本项目拟采用SBR工艺，其处理水质好、系统效率高、占地省、自控运行，特别适用于中小型污水处理厂。近些年来，由于微机在自动化方面的广泛应用及在线溶解氧测定仪、液位计等高精度但对过程控制比较经济的水质检测仪表的普及，SBR工艺以其独特的优势在近年来得以迅速推广，称为世界上污水处理技术中应用最为广泛的工艺技术。
首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水，经过粗格栅，去除污水中较大的垃圾、漂浮物；通过污水泵将污水提升到细格栅，将较小的漂浮物去除；在沉砂池搅拌、除砂；然后进入生化池进行厌氧、耗氧处理，经沉淀池泥水分离，上层澄清液作为净化后的清洁排放水；沉淀下来的污泥一部分回流到生化池再生利用，一部分作为剩余污泥回流到污泥浓缩池，进一步浓缩，通过污泥处理系统，把泥浆态的污泥脱水、压滤，形成干污泥饼如图1-1、1-2所示。
图1-1 工艺流程详图
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1#泵站2#泵站细隔栅沉砂池生化反应池沉淀池接触消毒池清水鼓风机房污泥回流井脱水机房干污泥
图1-2工艺流程简图
1.3 主要设备的组成及控制方式
1.3.1主要设备
活性污泥法的曝气方式可分为两大类：鼓风曝气及机械曝气两大类。鼓风曝气系统的主要设备是鼓风机及扩散系统。小污水厂的鼓风机一般采用罗茨风机及小型离心风机。分散系统一般采用微孔曝气器。但必须是适应于间歇曝气的运行方式。鼓风机往往安装在SBR池旁边，以减少管路系统的造价。由于污水厂较小，一般不设鼓风机房，仅在鼓风机上设罩棚。这主要适用于厂矿企业内的污水处理厂，不严格控制噪音的情况。如果污水厂毗邻生活小区，若采用鼓风曝气则必须建鼓风机房，同时还要有相应的降噪措施，这样情况下宜采用机械曝气方式。（所选设备名称及参数如表1-1）
表1-1 设备名称及参数 序号 1 设备名称 污水提升泵 数量 3 技术参数 P=55KW 流量600m/h 扬程20m 2 3 粗、细格栅机 罗茨鼓风机 8 3 P=1.5KW ，V=380V ， I=3.7A P=55KW ， 风量30m/min 压力0.6Mpa 4 5 6
33 搅拌器 吸、刮泥机 污泥提升泵 12 8 3 5
P=3.8KW， V=380V ，I=7.2A P=0.37KW ，V= 380V ， I= 1.2A P =54KW ，V=380V ，I=9.4A 污水处理系统电气控制系统设计
7 8 9 投药泵 脱水机 电磁流量计 2 2 13 P=0.63KW ，V=220Δ/380Y P=2.2KW ，V=220Δ/380Y OUT:4~20mA，DN:350，DN:600， DN:1000 10 11 12 13 污泥浓度计 溶氧仪 循环泵 电磁隔膜计量泵 4 10 2 3 0~20mA ，0~5000PPM 0~20mA ， 0~5mg/L P=20W 流量20L/min 扬程5m CONCEPT型 流量0～2.3(L/h) 功率24W 1.3.2设备控制方式
污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、MCC控制方式和微机控制方式。目前，以MCC控制为基础，PLC控制为主导的控制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要。
1.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制
粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由PLC和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为：
（1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行；
（2）时间设置控制方式，在上位机的INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经PLC控制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行控制。
提升泵运行控制以远程控制为主。某污水处理厂有两个提升泵站，每个泵站设有一个PLC工作站与厂内主站联络如图1-3所示。
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