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摘要：本文针对银川市第五污水处理厂的特点介绍了污水处理厂的自动控制系统，并对污水处理的工艺、PLC控制系统的功能和软硬件构成，基于PLC的控制系统在污水处理厂的应用进行了分析。
关键词：污水处理；控制系统；PLC
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A
随着国民经济建设的快速发展，各级政府对环境保护更加关注，各地陆续新建了一批污水处理厂。这种新建的污水处理厂根据自身的特点，对控制系统的性能和价格提出了新的要求。
银川市第五污水处理厂针对生活污水处理特点，经过多次考察研究，最终采用比较先进的污水处理工艺实现对污水的处理过程的自动控制。此工程一期建设规模为5万立方米/日，概算投资11063万元，工艺采用卡鲁塞尔2000氧化沟，服务面积14.28平方公里，服务人口13.6万人，工程于2010年4月开工建设，2011年11月投入试运行。
1.引言
随着我国环保事业迅速发展，工业废水、生活污水的净化处理成为当务之急。近年来随着自动化技术、设备及在线监测仪表的发展，使得对污水处理的自动化成为可能。同时对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率，降低加药量、降低能耗的关键。
污水处理厂为集成自动化的一个生产过程，全过程依靠自动化系统控制。中央控制室设在污水处理厂综合办公楼内，内设管理计算机，通过集中监控管理级计算机模拟屏与设在下面车间的高可靠PLC控制站相连，完成污水处理厂的控制系统。
如今污水处理厂一般采用以PLC为核心的工艺过程自动化监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及反应段时间，曝气时间、强度等，使水质达到国家规定的排放标准。
2.污水处理厂工艺流程简介
水是一种非常珍贵的资源，世间万物都离不开它。然而，水资源的年平均总量是一定的。其中，可利用的水资源只占总数的三分之一。如果水质受到污染，那么就没有清洁的淡水可以使用了。因此，要保证水资源的可持续利用，解决水污染问题是关键。
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，必然对环境质量提出更高的要求。解决好水污染问题，对污水处理后进行排放，是生态环境保护以及为人们营造舒适生活的重要环境。而污水处理做为一个与人民生活息息相关的产业越来越受到人们的关注和重视。
污水处理是一种连续的生化反应过程，有氧化沟工艺、AO、SBR、CASS等众多不同的处理工艺。氧化沟是一种首尾相连的的循环流曝气沟渠，又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变型。此工艺由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经广泛应用于生活污水和工业废水的治理中。
随着氧化沟工艺的发展，目前在工程应用中比较有代表性的形式有：多沟交替式氧化沟及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等。它们都具有脱氮除磷功能，其工艺流程短、占地面积小，建设费用低，运转费用省；管理简单，运行可靠，污泥产量低，污泥性质稳定的特点。本文主要探讨的是卡鲁塞尔氧化沟工艺在本工程中的应用。
各地区污水处理厂均按照无人值班、少人值守的方式进行设计，采用以计算机监控系统为主，常规控制为辅的监控方式。在中央控制室设置2台上位计算机，通过以太网与PLC构成工业计算机网络。通过自控系统在污水厂的应用，为设备的安全、经济、可靠运行提供了保证；同时降低了运行成本，生产的控制过程更高效、可靠，提高了生產自动化水平；操作人员的劳动条件得到了改善，同时提高了劳动生产效率。
3.PLC在污水处理控制系统中的应用
可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的基础上发展起来的，最初叫做可编程逻辑控制器，即PLC。现今已经广泛应用个各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行编辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入、输出控制机械设备或生产的过程。
污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此，编程逻辑控制器在污水处理中得到广泛的应用。
随着全球能源紧张和对自动化程度要求的提高，我国的污水处理厂必然向着无人值守方向发展。目前PLC在其稳定性、高自动化程度加强，使得PLC成为污水处理厂的首选。
3.1工程概况
银川市第五污水处理厂一期建设规模为5万立方米/日，概算投资11063万元，工艺采用卡鲁塞尔2000氧化沟，服务面积14.28平方公里，服务人口13.6万人，工程于2010年4月开工建设，2011年11月投入试运行。出水各项指标均已达到并优于设计出水水质要求。
3.1.1设计出水水质
污水处理厂设计进水水质为BOD5≤180 mg/l、 CODcr＜450 mg/l、SS≤200 mg/l、 NH3-N≤35 mg/l、TP≤5.0 mg/l，出水水质为BOD5≤20mg/l、CODcr≤60mg/l、SS≤20mg/l、NH3-N≤8（15）mg/l、TN≤20mg/l，TP≤1.0mg/l，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准。
3.1.2工艺流程
该市污水处理厂在工艺上选择采用具有良好氧硝化能力较强的常规氧化沟工艺，二沉池采用具有良好沉淀效果的方形平流式沉淀池。
3.2 卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺
3.2.1传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺
卡鲁塞尔氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。卡鲁塞尔氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.0－4.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95%－99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%，如投加铁盐，除磷效率可达95%[1]。
3.2.2.单级卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺
单级卡鲁塞尔氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的卡鲁塞尔氧化沟，可在单一池内实现部分反硝化作用，使用于有部分反硝化要求，但要求不高的场合。另一种是卡鲁塞尔A/C工艺，即在氧化沟上游加设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨胀，出水磷的含量通常在2.0mg/l以下。以上两种工艺一般用于现有氧化沟的改造，与标准的卡鲁塞尔氧化沟工艺相比变动不大，相当于传统活性污泥工艺的A/O和A2/O工艺。
3.2.3 合建式一体化氧化沟
集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独二沉池的氧化沟。这种氧化沟设有专门的固液分离装置和措施。它既是连续进出水，又是合建式，且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理，且具有很好的脱氮除磷效果[2]。
一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：
①工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池；
②污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；
③造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；
④固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。
3.3自动控制系统的功能
为了提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、实时监控、实时管理、实时在线监视、故障显示报警、联锁保护、自动生成报表等基本功能。
3.3.1控制方式的选择
整个系统该设计为两种控制，中心控制和站点控制，在中心控制和站点控制系统中均可对各个设备进行手动或自动选择，手动操作方式为人的介入提供了灵活性，同时为系统的维护提供了便利。
3.3.2在线监视功能
1.实时监控。在中控室内可以对现场过程的参数、阀位状态、各种报警信号的动态进行实时监测、处理和记录。包括对工艺图的切换、工作流程的自动监测、显示运行设备的工作电流等。
2.实时管理。对管线工艺资料及处理数据进行归类，分别放入历史数据库进行管理。主要包括显示管线状态参数、实时记录操作过程、设置操作级别，用户账号和密码。
3.3.3联锁保护功能
每个控制环节都有若干台泵和相关电磁阀组成，一台泵出现故障就可能损坏其它泵出现故障。为了防止上述情况发生，我们必须设计联锁保护功能，这样只要控制一个环节就会控制相应的整个系统。
3.3.4自动生成报表功能
为了将污水处理情况记录下来，由计算机控制通过打印机设定的时间打印一些重要的数据和图，以供运行人员参考。
总之，通过PLC控制系统在污水处理厂中的应用来看，该控制系统完全能够满足生活污水处理功能的要求，提高处理效率，降低工人劳动强度和运行成本，体现了污水处理厂的科学化、现代化水平。
结语由此可见，污水处理是一个多参量、多任务、多设备且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统。因此污水处理特别适合由智能计算机监控与综合管理系统来进行现代化管理，使之安全可靠地运行。
参考文献
[1]邱芳.基于PLC的DCS控制系统在污水处理厂中的应用[J].科技致富向导.2013-04-20
[2]李国伟.PLC在污水处理厂中的应用[J].科技创业家.2014-02-01
关键词：污水处理；控制系统；PLC
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A
随着国民经济建设的快速发展，各级政府对环境保护更加关注，各地陆续新建了一批污水处理厂。这种新建的污水处理厂根据自身的特点，对控制系统的性能和价格提出了新的要求。
银川市第五污水处理厂针对生活污水处理特点，经过多次考察研究，最终采用比较先进的污水处理工艺实现对污水的处理过程的自动控制。此工程一期建设规模为5万立方米/日，概算投资11063万元，工艺采用卡鲁塞尔2000氧化沟，服务面积14.28平方公里，服务人口13.6万人，工程于2010年4月开工建设，2011年11月投入试运行。
1.引言
随着我国环保事业迅速发展，工业废水、生活污水的净化处理成为当务之急。近年来随着自动化技术、设备及在线监测仪表的发展，使得对污水处理的自动化成为可能。同时对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率，降低加药量、降低能耗的关键。
污水处理厂为集成自动化的一个生产过程，全过程依靠自动化系统控制。中央控制室设在污水处理厂综合办公楼内，内设管理计算机，通过集中监控管理级计算机模拟屏与设在下面车间的高可靠PLC控制站相连，完成污水处理厂的控制系统。
如今污水处理厂一般采用以PLC为核心的工艺过程自动化监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及反应段时间，曝气时间、强度等，使水质达到国家规定的排放标准。
2.污水处理厂工艺流程简介
水是一种非常珍贵的资源，世间万物都离不开它。然而，水资源的年平均总量是一定的。其中，可利用的水资源只占总数的三分之一。如果水质受到污染，那么就没有清洁的淡水可以使用了。因此，要保证水资源的可持续利用，解决水污染问题是关键。
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，必然对环境质量提出更高的要求。解决好水污染问题，对污水处理后进行排放，是生态环境保护以及为人们营造舒适生活的重要环境。而污水处理做为一个与人民生活息息相关的产业越来越受到人们的关注和重视。
污水处理是一种连续的生化反应过程，有氧化沟工艺、AO、SBR、CASS等众多不同的处理工艺。氧化沟是一种首尾相连的的循环流曝气沟渠，又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变型。此工艺由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经广泛应用于生活污水和工业废水的治理中。
随着氧化沟工艺的发展，目前在工程应用中比较有代表性的形式有：多沟交替式氧化沟及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等。它们都具有脱氮除磷功能，其工艺流程短、占地面积小，建设费用低，运转费用省；管理简单，运行可靠，污泥产量低，污泥性质稳定的特点。本文主要探讨的是卡鲁塞尔氧化沟工艺在本工程中的应用。
各地区污水处理厂均按照无人值班、少人值守的方式进行设计，采用以计算机监控系统为主，常规控制为辅的监控方式。在中央控制室设置2台上位计算机，通过以太网与PLC构成工业计算机网络。通过自控系统在污水厂的应用，为设备的安全、经济、可靠运行提供了保证；同时降低了运行成本，生产的控制过程更高效、可靠，提高了生產自动化水平；操作人员的劳动条件得到了改善，同时提高了劳动生产效率。
3.PLC在污水处理控制系统中的应用
可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的基础上发展起来的，最初叫做可编程逻辑控制器，即PLC。现今已经广泛应用个各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行编辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入、输出控制机械设备或生产的过程。
污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此，编程逻辑控制器在污水处理中得到广泛的应用。
随着全球能源紧张和对自动化程度要求的提高，我国的污水处理厂必然向着无人值守方向发展。目前PLC在其稳定性、高自动化程度加强，使得PLC成为污水处理厂的首选。
3.1工程概况
银川市第五污水处理厂一期建设规模为5万立方米/日，概算投资11063万元，工艺采用卡鲁塞尔2000氧化沟，服务面积14.28平方公里，服务人口13.6万人，工程于2010年4月开工建设，2011年11月投入试运行。出水各项指标均已达到并优于设计出水水质要求。
3.1.1设计出水水质
污水处理厂设计进水水质为BOD5≤180 mg/l、 CODcr＜450 mg/l、SS≤200 mg/l、 NH3-N≤35 mg/l、TP≤5.0 mg/l，出水水质为BOD5≤20mg/l、CODcr≤60mg/l、SS≤20mg/l、NH3-N≤8（15）mg/l、TN≤20mg/l，TP≤1.0mg/l，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准。
3.1.2工艺流程
该市污水处理厂在工艺上选择采用具有良好氧硝化能力较强的常规氧化沟工艺，二沉池采用具有良好沉淀效果的方形平流式沉淀池。
3.2 卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺
3.2.1传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺
卡鲁塞尔氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。卡鲁塞尔氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.0－4.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95%－99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%，如投加铁盐，除磷效率可达95%[1]。
3.2.2.单级卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺
单级卡鲁塞尔氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的卡鲁塞尔氧化沟，可在单一池内实现部分反硝化作用，使用于有部分反硝化要求，但要求不高的场合。另一种是卡鲁塞尔A/C工艺，即在氧化沟上游加设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨胀，出水磷的含量通常在2.0mg/l以下。以上两种工艺一般用于现有氧化沟的改造，与标准的卡鲁塞尔氧化沟工艺相比变动不大，相当于传统活性污泥工艺的A/O和A2/O工艺。
3.2.3 合建式一体化氧化沟
集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独二沉池的氧化沟。这种氧化沟设有专门的固液分离装置和措施。它既是连续进出水，又是合建式，且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理，且具有很好的脱氮除磷效果[2]。
一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：
①工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池；
②污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；
③造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；
④固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。
3.3自动控制系统的功能
为了提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、实时监控、实时管理、实时在线监视、故障显示报警、联锁保护、自动生成报表等基本功能。
3.3.1控制方式的选择
整个系统该设计为两种控制，中心控制和站点控制，在中心控制和站点控制系统中均可对各个设备进行手动或自动选择，手动操作方式为人的介入提供了灵活性，同时为系统的维护提供了便利。
3.3.2在线监视功能
1.实时监控。在中控室内可以对现场过程的参数、阀位状态、各种报警信号的动态进行实时监测、处理和记录。包括对工艺图的切换、工作流程的自动监测、显示运行设备的工作电流等。
2.实时管理。对管线工艺资料及处理数据进行归类，分别放入历史数据库进行管理。主要包括显示管线状态参数、实时记录操作过程、设置操作级别，用户账号和密码。
3.3.3联锁保护功能
每个控制环节都有若干台泵和相关电磁阀组成，一台泵出现故障就可能损坏其它泵出现故障。为了防止上述情况发生，我们必须设计联锁保护功能，这样只要控制一个环节就会控制相应的整个系统。
3.3.4自动生成报表功能
为了将污水处理情况记录下来，由计算机控制通过打印机设定的时间打印一些重要的数据和图，以供运行人员参考。
总之，通过PLC控制系统在污水处理厂中的应用来看，该控制系统完全能够满足生活污水处理功能的要求，提高处理效率，降低工人劳动强度和运行成本，体现了污水处理厂的科学化、现代化水平。
结语由此可见，污水处理是一个多参量、多任务、多设备且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统。因此污水处理特别适合由智能计算机监控与综合管理系统来进行现代化管理，使之安全可靠地运行。
参考文献
[1]邱芳.基于PLC的DCS控制系统在污水处理厂中的应用[J].科技致富向导.2013-04-20
[2]李国伟.PLC在污水处理厂中的应用[J].科技创业家.2014-02-01