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關鍵詞 CASS工藝；污水廠自控；PLC

    1 引言

    CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是循環(huán)活性污泥技術的一種形式。其主要原理是：把序批式活性污泥法（SBR）的反應池沿長度方向分為兩部分，前部為預反應區(qū)，后部為主反應區(qū)。CASS工藝操作工序繁瑣，與其它工藝相比較所需要控制的變量較多，為了保證污水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，同時為了滿足污水處理工藝的需要，必須采用自動控制系統(tǒng)。采用自動控制系統(tǒng)還能夠有效的降低系統(tǒng)的能耗和藥耗。目前在國內外各污水處理廠普遍采用以PLC為主的集中管理和分散控制相結合的控制系統(tǒng)。國內某污水處理廠采用CASS污水處理工藝，控制器采用和利時公司LK系列PLC產(chǎn)品。

    2 CASS工藝特點

    CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝作為SBR處理技術的一個改進，不僅具備SBR法工藝簡單可靠、運行方式靈活、自動化程度高的特點，而且具有明顯的除磷脫氮功能，這一功能的實現(xiàn)在于CASS池通過隔墻將反應區(qū)分為功能不同的幾個區(qū)域，因在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同，各池中占優(yōu)化的生物相亦不同。盡管單池為間隙操作運行，但使整個過程達到連續(xù)進水，連續(xù)出水。同時在傳統(tǒng)SBR池前或池中設選擇器及厭氧區(qū)，相當于厭氧、缺氧、好氧階段串聯(lián)起來，提高了除磷脫氮效果。
    
    3 工藝控制策略

    CASS工藝的污水處理廠主要由粗格柵間、進水泵房、細格柵間、沉沙池、CASS反應池、鼓風機房、加氯間、接觸池及污泥脫水機房等構成。

    3.1 粗格柵間及提升泵房

    控制模式一：格柵前、后設超聲波液位差計，根據(jù)設定的液位差判斷格柵是否堵塞，若堵塞，液位差ΔH增加，則除污機開始連續(xù)工作，直至液位差ΔH小到滿足要求后，恢復正常的除污機操作。

    控制模式二：格柵機的操作是根據(jù)時間間隔及持續(xù)時間的定時法來控制，時間間隔及持續(xù)時間由PLC設定，操作人員調整所有格柵具有相同的時間間隔及持續(xù)時間。時間間隔能從零調整到24小時，但每一擋不少于30分鐘，持續(xù)時間能從零調整到3小時，但每一檔不少于5分鐘，最初應將時間間隔設置為3小時，持續(xù)時間為15分鐘。

     柵渣輸送壓榨機與格柵聯(lián)動運行，當任一臺或兩臺格柵機運行時，柵渣輸送壓榨機隨之運行。當最后一臺格柵機停止運行后，延時一定時間柵渣輸送壓榨機方能停止運行。液位差的設定值、粗格柵的運行周期以及運行時間均可由觸摸屏或監(jiān)控計算機修改設定。
提升泵
   
    進水泵房水泵可手動/自動控制，手動狀態(tài)下，可在就地控制柜上單機起停，在自動控制狀態(tài)下：

    根據(jù)集水池液位自動控制變頻調速泵的轉速及水泵的開/停。
   
    根據(jù)集水池最低液位，自動停泵，實現(xiàn)泵的干運轉保護。

    每一臺泵的起動次數(shù)和總的運行小時數(shù)應均衡。初始設定使每臺泵的運轉時間相等。

    控制系統(tǒng)監(jiān)視泵的運行過程，如泵故障報警并自動投入備用泵。

    PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理。

    3.2 細格柵及旋流沉砂池

     細格柵控制與粗格柵相同。細格柵與螺旋壓榨機、皮帶輸送機的聯(lián)動順序為：螺旋壓榨機——螺旋輸送機——細格柵; 停止時，先細格柵停運行后螺旋壓榨機及螺旋輸送機繼續(xù)運行（30~60）秒時間（可調），當螺旋輸送器或螺旋壓榨機發(fā)生故障，報警并順次停止細格柵運行。

     完成砂水分離控制方法如下：正常情況下，定時開啟排砂泵；當儲砂池砂位到達設定值時，隨時開啟排砂泵。砂水分離器應與砂泵聯(lián)動，排砂泵啟動后，相應的砂水分離器隨之啟動，排砂泵停止運行后，砂水分離器也隨之關閉。排砂泵和刮渣機由PLC完成一部化操作。

    2臺吸砂橋由PLC控制間歇運行（運行間隔時間可人工設定）。砂水分離器與吸砂橋連鎖：啟動時，順序依次為砂水分離器、吸砂橋，停車時相反；在吸砂橋停止運行之后砂水分離設備繼續(xù)運行1~5分鐘（可調），當砂水分離設備發(fā)生故障時停止運行吸砂橋。

    3.3 CASS反應池內工藝控制

    預反應區(qū)設計

    為了使回流污泥和污水進行充分混合，形成均勻的厭氧環(huán)境，在預反應區(qū)內設置潛水攪拌器，該攪拌器屬于高轉速類型，具有較好的混合攪拌功能，考慮到厭氧環(huán)境對磷的釋放影響較大，故在預反應區(qū)內還設置有DO在線測定儀，其輸出信號接入CASS反應池PLC子站，PLC子站根據(jù)DO值的大小及變化，對回流污泥量進行在線調節(jié)，以達到最佳的厭氧環(huán)境以利于磷的釋放。和利時LK系列PLC支持大容量的數(shù)據(jù)存儲空間，可繪制預反應區(qū)進水水量、進水水質、污泥回流量與DO的關系曲線，存放在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)內，對運行工作起到高效、優(yōu)質的指導作用。
   
     主反應區(qū)設計
   
     主要的控制和檢測設備有：潷水器、回流污泥泵、剩余污泥泵、潛水攪拌器、電動調節(jié)堰門、電動蝶閥等。
污水處理廠設4個反應池每兩個反應池為一個功能單元，PLC的邏輯電路代表了運行方式、已設定的循環(huán)以及在設計負荷下設備操作的按序時間周期。這些時間參數(shù)并非固定不變的，而是可在需要的時候進行必要的調整?；狙h(huán)分正常循環(huán)和大流量循環(huán)的操作。任何循環(huán)的操作都是有下面描述的控制方法決定的。正常循環(huán)4小時為一個周期，其中曝氣（A）2小時、沉淀（S）1小時、潷水（SS）1小時、空閑（時間變化）；大流量循環(huán)每周期2小時，其中曝氣（A）0.5小時、沉淀（S）1小時、潷水（SS）0.5小時、空閑（時間變化）。當液位到達超高報警水位時，立即開啟排放閥門。

    正常循環(huán)時反應池有關時間參數(shù)如表3-1：

    在遠程自動模式下，回流污泥泵在曝氣、沉淀、空閑階段啟動；在手動控制模式下，回流污泥泵在整個循環(huán)過程中都可運行，并可通過調節(jié)回流污泥管上的控制閘門開啟度來調整回流污泥量的大小。在自動模式下，剩余污泥泵在潷水之后啟動，15分鐘后停止工作。此時間可根據(jù)MLSS值更新排泥程序。在手動控制模式下，剩余污泥泵在整個循環(huán)過程中都可運行。
 
    進水曝氣階段CASS主反應區(qū)內邊充水邊曝氣，同時池內的回流污泥泵連續(xù)不斷的向預反應區(qū)回流污泥。此時有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的氨氮通過微生物的硝化作用轉化為硝態(tài)氮；
 
     靜止沉淀階段CASS主反應區(qū)不充水也不曝氣，此時微生物利用水中剩余的DO進行氧化分解，生物池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉變，開始進行反硝化反應，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清；
   
    排水排泥階段CASS主反應區(qū)的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時池內的剩余污泥泵向污泥調節(jié)池輸送剩余污泥。此時，生物池逐漸由缺氧狀態(tài)過渡到厭氧狀態(tài)，繼續(xù)進行反硝化反應。

     實際運行過程中，由于潷水器的潷水能力是按最不利的情況進行設計選型的，而這種最不利情況不易出現(xiàn)，故實際潷水時間通常要比設計潷水時間短，其剩余時間通常用于CASS主反應區(qū)內污泥的閑置，以恢復污泥的吸附能力。

     3.4 鼓風機的控制

    每一組反應池對應兩臺鼓風機，鼓風機在已設定的曝氣過程中啟動，根據(jù)反應池中測得的DO值開啟一臺或兩臺鼓風機，調整一臺鼓風機的轉速及工作時間。當某一鼓風機出現(xiàn)故障，自動報警通知管理人員，人工起動備用鼓風機。
  PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理.
   
    鼓風機將壓縮空氣通過管道送入CASS池，讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。鼓風機在工頻狀態(tài)下啟動時，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動，而鼓風機（羅茨）風壓一定，風量只能靠工作臺數(shù)及出氣閥來調節(jié)，實際生產(chǎn)運行中往往是通過調節(jié)出氣閥門來控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費在閥門上。

    最新的方案中，在鼓風機上應用了變頻器，由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運行的時候，將出氣閥門開到最大，根據(jù)工藝和參數(shù)的要求，適當?shù)恼{節(jié)電機的轉速來調節(jié)管道的風量，從而來調節(jié)污水中的溶解氧（DO）。而且可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號（4~20MA）很方便的實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。LK系列PLC傳承了和利時DCS過程控制的優(yōu)點，具有功能強大的PID調節(jié)控制器，使被控對象的調節(jié)更加快速、穩(wěn)定。溶解氧調節(jié)具體實現(xiàn)方法如下：

    當當前溶解氧值小于設定值時，開啟一臺鼓風機，并進行變頻調節(jié)；

    當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小于設定值，則再開啟一臺鼓風機，此時兩臺鼓風機一臺工頻運行，一臺變頻調節(jié),

    當變頻器頻率達到最大，且溶解值仍小于設定值，則再開啟一臺鼓風機，此時三臺鼓風機兩臺工頻運行，一臺變頻調節(jié)；

    相反，當當前溶解氧值大于設定值時，變頻器頻率減小，當頻率減小至0時，且溶解值仍大于設定值，則停止一臺鼓風機，繼續(xù)變頻調節(jié)；此過程中若當前溶解氧值大于設定值，則再停止一臺鼓風機，繼續(xù)變頻調節(jié)，如此類推，直至當前溶解氧滿足設定范圍。

     另外，系統(tǒng)將統(tǒng)計各臺鼓風機的累計運行時間，每次啟動或停止鼓風機時，需比較各鼓風機的累計運行時間，累計運行時間短的鼓風機先啟動，同時還要保證先啟動的鼓風機在條件滿足時先停止，盡量使各鼓風機的運行時間均衡，以延長鼓風機的使用壽命。
鼓風機控制框圖如下：

    4 結束語

    本文論述了CASS污水處理工藝的特點及自動控制策略。CASS污水處理工藝與和利時LK系列PLC控制系統(tǒng)的有機結合，保證了污水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，大大降低了系統(tǒng)的能耗，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

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    作者簡介     于進(1983-)，男，工學學士，行業(yè)技術經(jīng)理，現(xiàn)就職于北京和利時自動化驅動技術有限公司。主要從事市政水行業(yè)的行業(yè)支持工作，具有豐富的控制系統(tǒng)設計經(jīng)驗。