鄒盛平 陸在宏 陳同春
上海市自來水公司

　　目前在全國自來水行業中，幾乎沒有一家自來水廠對排泥水處理自動化控制進行系統的研究和應用。前幾年上海市自來水公司在對水廠排泥水處理工藝研究的基礎上，在閔行水廠一車間(凈水能力7×104m?3/d)進行了排泥水處理生產性研究。為了能與國際接軌，同時與目前水廠的自動化相適應，在確定合理的處理工藝后配以高度的自動化，使系統在PLC中央控制下達到自動運行的程度，為今后水廠排泥水處理自動控制提供了有益的設計依據和參數。

1 排泥水處理的自動控制

　　排泥水處理采用的工藝流程見圖1。

　　針對上述工藝，要實現自動運行，必須解決下列問題：
　　① 排泥水截留池如何自動控制；
　　② 如何自動排放濃縮池的濃縮污泥；
　　③ 平衡池的污泥量如何控制；
　　④ 如何自動配制PAM溶液；
　　⑤ 如何對離心脫水機的PAM加注進行自動控制；
　　⑥ 當某泵發生故障時，如何保證系統繼續運行；
　　⑦ 作為一個排泥水處理工程，如何協調整個系統的運行。

2 各單體的自控原理與設計

2.1 截留池的運行控制模式
　　截留池主要用來收集沉淀池排泥水和離心脫水機的分離水，而后由輸送泵將排泥水從截留池輸送至濃縮池。水廠采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式，排泥時間和排泥水量都隨原水的濁度和泥沙沉降特性而變化。在截留池中安裝一個液位儀，一個攪拌器(用于均勻池中的泥水濃度，不使泥沙沉淀下來)。通過截留池液位的高和低來控制輸送泵和控制池中攪拌器的開和停。為了對進入濃縮池的排泥水量進行控制，在排泥水輸送管道上安裝了一個流量計，用來反映進入濃縮池的排泥水水量，并且采用變頻器實施對輸送泵的流量控制，達到對濃縮池進水流量的控制。
2.2 濃縮池的自控設計
　　濃縮池的作用是將較低濃度排泥水變成較高濃度的污泥水，而后送到平衡池。如何對較高濃度的污泥進行自動排放是濃縮池能否自動運行的關鍵。由于濃縮池運行時間和進濃縮池的排泥水水量具有不確定性，故定時排放污泥行不通；由于濃縮池液位穩定，故也不能用液位儀。這里唯一變化的是濃縮污泥的濃度，所以在濃縮池中設計安裝一個濃度計，用污泥濃度數值的高和低來自動控制排泥泵的開和停，即濃縮污泥的排放。通過對開始排泥和終止排泥的污泥濃度值進行設置，可達到：①使濃縮池始終高效運行；②控制平衡池的污泥濃度。
2.3 平衡池的自控設計
　　平衡池是一個緩沖池，主要作用是保證進離心脫水機的污泥濃度穩定。對它的控制主要有兩點：①池中污泥要均勻；②池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安裝一個液位儀和一個攪拌器。攪拌器的作用是均勻池中濃縮污泥濃度，不使泥沙沉淀下來。液位的高低則決定濃縮池排泥泵、離心機進泥泵和攪拌器的開和停。
2.4 配制自動化
　　高分子絮凝劑一般為顆粒狀或粉末狀固體，不能直接投放到污泥水中，必須采用一配制系統。該系統可分為五部分：①粉末儲存器，用以儲存足量的PAM固體；②螺旋投加器，由兩支小型螺旋輸送桿組成，用以均勻地將PAM固體送入斗型輸送器，它的出口開啟、關閉受一時間繼電器控制；③斗型輸送器與水射器，用來承接PAM固體，并使之與水均勻混合而后送至攪拌熟化池；④攪拌熟化池，用以攪拌PAM與水的混合液，讓PAM與水充分混合熟化；⑤投加池，用以承接攪拌熟化池來的PAM溶液，以供PAM投加泵投入離心機中。整個配制系統應能如下運行：首先確定配制濃度，計算出投加固體量和投加時間，而后通過時間繼電器確定投加時間。一旦固體投入漏斗后，則自來水將與固體料混合，并由壓力水通過水射器送至攪拌池攪拌熟化，攪拌池溶液達到某液位時，水源自動關閉。當投加池PAM溶液用到某低液位時，系統將自動打開攪拌池的投放出口，配制好的PAM溶液由攪拌池送至投加池，然后系統自動再配制溶液，整個系統能周而復始自動配制溶液以用于離心脫水機的PAM絮凝劑投加。
2.5 離心脫水機及加藥量的自控
　　離心脫水機的作用是將濃縮污泥進行固液分離，是固液分離好壞的關鍵脫水機械。要使泥與水能很好地分離，除了離心機的轉速、差速控制因素之外，PAM投加量的自動控制是至關重要的。投加量的控制涉及到進泥量、進泥濃度、加注量和加注率的選定。對這些問題的設計思路是：①對進泥濃度進行監測，在平衡池中安裝了一個污泥濃度計，以顯示進入離心機的濃縮污泥濃度；②對進泥量進行監控，在進泥管道上安裝一個流量計，在污泥泵上加一個變頻器控制，以控制進泥量；③加注量則采用計量加注泵來控制PAM絮凝劑的加注，PAM絮凝劑則完全由PAM自動配制系統供應，這樣能完美地實施離心脫水機和加藥量的自動控制。
2.6 泵的故障排除
　　對每一環節中的泵都配備一臺備用泵，并對每一污泥泵安裝流量傳感器，設置流量報警，對進離心機的污泥泵設置壓力報警，同時每個泵給出一個運行狀態信號，一旦某泵發生故障，備用泵能自動切換。泵的輪番使用通過PLC進行。
2.7 全系統的控制
　　系統采用了SLC 500小型可編程控制器族作為中央控制，它具有一個固定的控制器以及模塊化控制器，模塊化控制器在系統配置方面相當靈活，配以各類繼電器就能設計一個用于本系統的控制器系統，使各單位協調運作，以達到運行的自動化。
　　與此同時也采用Panelview 550扁平面板終端設備提供快速和直觀的顯示。整個系統控制靈活、顯示直觀、設置簡便、操作容易。
　　綜合上述內容，可以得到如下主要控制參數：
　　① 截留池的液位信號——控制輸送泵、攪拌器的開、停；
　　② 輸送排泥水流量計——控制濃縮池的進水量；
　　③ 濃縮池污泥濃度計——控制排泥泵的開、停；
　　④ 平衡池的液位信號——控制攪拌器、濃縮池排泥泵、離心機進泥泵的開、停；
　　⑤ 平衡池的濃度計——為控制加藥量提供參數；
　　⑥ 離心機進泥流量計——控制離心脫水機進泥量；
　　⑦ 流量傳感器——用以各類污泥泵保護；
　　⑧ 泵的運行狀態信號——用以切換備用泵。

3 系統的運行自控

3.1 截留池的運行
　　沉淀池排泥水經管道流入截留池，池中液位開始上升。PLC接收來自截留池液位儀的信號，當達到某一高度后，PLC發出指令，開啟輸送泵，排泥水由輸送泵送至濃縮池，輸送量則由流量計顯示并反饋到PLC，PLC可通過變頻器對輸送泵進行流量控制。
　　在實際運行中，設置輸送泵啟動液位為1.5m，停止液位為1.0m；攪拌器的啟動為1.0m，停止為0.5m；輸送的排泥水量為80～150m³/h。
3.2 濃縮池的運行
　　濃縮池一旦進水即開始運行。池中的濃度計連續監測池中某點位污泥濃度的變化，信號隨時反饋給PLC。當達到某一濃度后，PLC發出指令開啟濃縮池至平衡池的排泥泵，較高濃度的濃縮污泥就被送入平衡池積蓄起來。
　　沉淀池停止排泥之后，截留池的水位會慢慢下降，PLC收到截留池低液位信號后發出指令，停止輸送泵運作，濃縮池也停止運行。但排泥泵的運行會降低濃縮池內污泥濃度，PLC在收到濃縮池濃度計的低濃度信號后即發出指令，停止排泥泵運行。
　　在實際運作中，將排泥泵的啟動設置在池內污泥濃度為1.0%，停止濃度為0.1%。
3.3 平衡池的運行
　　平衡池的運行主要通過對濃縮池排泥泵的限定設置以及對離心機進料污泥泵的限定設置來控制。?
　　在實際運作中，設置排泥泵的啟動液位為3.0 m，停止為3.5 m。這樣，整個排泥水的收集、濃縮、積蓄就在PLC控制下周而復始，自動運行，無人操作。
3.4 離心機污泥脫水的運行
　　PLC收到離心機開啟信號后，延時發出指令，自動開啟離心機進泥泵、PAM加注計量泵和螺旋輸送器，并接受來自進泥流量計和加注計量泵的信號。根據平衡池污泥濃度計的數值、進泥流量計的數值、PAM配制濃度、最佳加注率，就可以確定計量投加泵的流量，并通過PLC設置。這樣PLC自動控制PAM加注泵變頻器的設定頻率值以控制投加量，離心脫水機對濃縮污泥的固液分離就可自動進行。
　　在實際運行中，PAM投加量的確定須依據進泥量和進泥濃度而定，加注率一般設定在1.0～1.5 kg/t干泥。
　　對所有泵都配有報警裝置和備用泵并通過PLC控制，一旦運行泵發生故障，報警信號發至PLC，則PLC會自動控制切換備用泵運行，以保證在對故障泵進行維修時不影響系統的連續自動運行。

4 結論

　　綜上所述，采用PLC作為中央控制，配以液位儀、濃度計、流量計作為一級儀表組合，自動連續監測運行狀況，并將監測值實時送到PLC。PLC發出指令，指令會通過中間開關繼電器和變頻器，對系統的泵等設備進行開停、流量變化等控制，以達到運行的高度自動化。?
　　通過PLC的終端顯示面板，也可以隨時對運行參數進行重新設置，以達到最佳運行條件。在整個系統的運行中，達到了無人操作的程度。

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