PLC在污水处理中的应用

黄卫权 张唯 张航

1 湖南长沙江南水务建设有限公司，长沙，410007

2 中南大学软件学院，长沙，410075

3 中南大学信息科学与工程学院，长沙，410075

PLC在污水处理中的应用

黄卫权1张唯2张航3

1 湖南长沙江南水务建设有限公司，长沙，410007

2 中南大学软件学院，长沙，410075

3 中南大学信息科学与工程学院，长沙，410075

环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和应用水被严重污染。本文从污水处理的重要性入手，阐述了污水处理技术的概况和污水处理的工艺流程，并具体阐述了PLC在污水处理中的应用。

污水处理；PLC；自动化控制

sewage disposal; PLC; automatical control

引言

水污染是人类迫切需要解决的问题之一，目前我国的污水处理综合治理水平远远落后于发达国家。不论是发达国家还是发展中国家，污水处理达标率与污水处理过程中使用的传感器、仪表、控制装置的数量、综合自动化程度密切相关。

由于污水处理过程具有多变量强耦合、强非线性、参数时变、工况变化频繁、难于在线检测出水质量等特点，因而传统控制系统无法实现污水处理过程的优化控制、优化运行和优化管理，造成污水处理后出水排放指标波动大，开通率和达标率低，处理成本高。污水处理过程控制和操作是否成功实施，关键是控制系统的设计问题，即如何将污水处理过程的操作运行和管理有机地和控制系统相集成，使其具备高度的自治性、灵活性和可靠性。降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗，只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现。工业过程综合自动化系统是解决上述问题的关键。

1 污水处理工艺流程

1.1 污水处理技术

图1 污水处理工艺流程图

污水处理技术，按其作用原理和去除的对象可分为物理法、化学法和，生物法。

物理法就是利用物理作用，分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变水的化学性质。一般的生活污水和工业生产污水，都含有相当数量的悬浮物。如格栅、沉淀、气浮、过滤、反渗透、离心、蒸发、结晶等处理工艺均属于物理法。化学法是向废水中投加某些化学物质，利用化学反应来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化成为无害物质。如混凝、中和、氧化还原、吸附、离子交换法、膜分离、汽提萃取等处理工艺均属于化学法。

自然界存在大量依靠有机物生存的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。生物法是利用水中微生物的新陈代谢功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，从而使废水中呈溶解和胶体状态的有机物被降解，并转化成为稳定，无害的物质，使废水得以净化，这就是生物法。生物法具有净化能力强、费用低廉、运行可靠性好等优点，是废水处理的主要方法，在污水处理领域中占有重要地位。我国现阶段的城市污水处理主要以生物法为主，以物理法和化学法起辅助作用，以生物法为主的处理工艺主要有活性污泥法、A／O法、A2／O法(厌氧／缺氧／好氧工艺)、A／B法(吸附生物降解法)、SBR法(序列间歇式活性污泥法)、氧化沟法、MBR法(膜生物反应器)等。

1.2 污水处理流程程

污水处理工艺流程图如图1所示。

城市污水进入格栅井后，粗格栅主要拦截污水中比较大的垃圾，如塑料袋等，细格栅拦截污水中较小的垃圾。过滤后的污水进入提升泵房，将经过初次处理后的污水送入曝气沉砂池，鼓风机将空气注入曝气池，主要用于粉碎块状物，并增加细菌的活力，较大的污物如砂粒等沉入池底；沉入池底的污泥通过抽砂泵进入砂水分离器，进行砂水分离，上清液则重新回到曝气沉砂池进行后续工艺的处理。污水进入厌氧池和氧化沟后，在厌氧池中由于厌氧菌的作用，脱去污水中的大部分磷；在氧化沟中，由于好氧细菌的作用，脱去污水中的大部分氮，污水中的有害物质已基本除去，但含有大量的污泥。此时再经过二沉池进行沉淀，含水量很高的污泥进入回流污泥泵站，在回流污泥泵站中的污水又重新进入厌氧池进行处理，而污泥和二沉池产生的污泥一起进入剩余污泥泵站处理，在剩余污泥泵站中通过添加絮凝剂，由污泥浓缩机把污泥进行最后的脱水处理。二沉池中最后符合净化要求的水则可直接排放。

2 PLC对格栅井单元的控制

格栅井单元的设备包括格栅井提升泵、浮球液位控制器、粗格栅、浮球液位变送器，其作用是清除污水中的颗粒与悬浮物；液位变送器用来检测粗格栅前后的液位差，当差值大于10cm时粗格栅开始运行。此部分的PIE梯形图见图2。当污水站处于自动运行状态时(00001常闭点接通时)，程序中PLC的CPU对2个变送器的输入信号进行比较处理后，如果差值大于10 cm，则内部继电器20000接通，输出点10001接通，从而接通粗格栅接触器，粗格栅开始运行；当差值小于3cm时，内部继电器20001接通，粗格栅停止运行。

图2 格栅井PLC梯形图

3 PLC对生化池单元的控制

生化池单元包括的设备主要有鼓风机、溶解氧检测仪、电动蝶阀、生化池提升泵、浮球液位控制器，其主要作用是降低污水COD、BOD的含量。当控制面板上的自动／手动／远控旋钮旋到自动控制位置时，PLC就可以接收到溶解氧检测仪的模拟量信号，信号经过转换后，与设定值相比较，如果污水中氧的浓度小于0.5mc／L，则电动蝶阀打开，鼓风机开动，开始曝气；污水中氧的浓度大于2.5mg／L时，鼓风机停止曝气，电动蝶阀关闭，其对应的PLC梯形图见图3。

指令XFER(70)将模拟量信号转化成数字量并存放到DM0003中，然后通过CMP (20)指令与程序中预先设定值(#0500)进行比较，当检测值小于设定值时，内部继电器20002接通，电动蝶阀开始打开，经过15 s后，电动蝶阀完全打开，此时输出点10101接通，鼓风机开始运行，随着鼓风机的不断曝气，污水中氧的浓度不断升高，当模拟信号转换值大于设定值(#1800)时，内部继电器20003接通，鼓风机停止运行，电动蝶阀随后关闭，结束曝气过程。

4 结束语

PLC系统的采用同传统的人工控制污水处理厂相比，操作人员的工作量大大减少，劳动强度大为降低；采用计算机进行数据处理和制作图表，使污水处理实现了管理上的科学化，现代化；PLC系统的采用对能源和设备的合理利用，节约能源，降低能耗，取得了明显的经济效益。PLC系统应用于污水处理厂，在工艺、设备仪表及管理上采用了现代高新技术，极大地推动了本行业科学进步，创造了明显的社会经济效益。

图3 生化池PLC梯形图

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Summary of the Application of PLC in Sewage Disposal

Huang Weiquan1,Zhang Wei2,Zhang Hang3
1 Changsha JIANGNAN Water-service Construction Co.Ltd
2 School of Software, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China
3 School of Information Science & Engineering, Central South University , Changsha, Hunan, 410075 China

Protection of environment has increasingly become one factor of issues and constraints the development of human society.With the continuous development of industry and the rapid increase in urban population.A large number of untreated industrial and domestic sewage flow into rivers and lakes, so the environment and the application water are seriously polluted.This article starts from the important of sewage disposal, it describes an overview of sewage disposal technologies and the processing of sewage disposal.Then it also describes the application of PLC in sewage disposal.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.006

黄卫权（1971-），男，长沙江南水务建设有限公司，总经理，主要从事自动化工程、图像处理等研究。

张唯（1991-），女，本科生，中南大学软件学院，主要从事软件工程、图像处理等研究。

张航(1966-),男，副教授，博士，主要从事智能控制、图像处理、机器人控制和集散系统等研究。