SBR污水处理工艺的自动控制系统研究

摘要：针对SBR污水处理自动化控制的问题，研究自动控制系统，开发基于C的自动控制软件，以现有工艺设备为基础，搭建自动化控制系统，根据污水处理工艺，设计自动控制流程，通过控制继电器、电动阀等完成SBR污水处理系统的自动化，并开发组态界面监控污水处理各阶段的运行状态，实时采集储存Do、pH数据，编译人机交互界面，搭建高效率、高稳定的污水处理自动控制系统。

关键词：SBR;污水处理;自动控制

近年来，随着环境保护的意识的提升，工业生产的污水排放标准的要求越来愈高，SBR（sequencing batch reactor）法污水处理工作，由于采用微生物处理污水，处理污水种类范围较广，可用于各种工业废水的处理。SBR法通过对各处理阶段的时间分配，能够适应工业生产的不同情况下产生的污水。由于SBR法污水处理工艺在几个阶段的有氧和无氧的条件下处理污水，而且间隔时间较长，采用人工按时间操作，耗时耗力，而且效率较低，时间精度不够精确，故需研究高效率、低成本、稳定的实验方式。随着控制技术和自动化的发展，采用一种自动控制方法，可以实现计算机监测、自动控制、运行数据管理等方式高效率、高质量的处理污水。

1 SBR污水处理工艺

SBR污水处理工艺采用微生物法在一个反应罐中完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥等，具备工艺流程简单、管理方便、成本低、处理效果好的特点。文章所采用的SBR污水处理工艺系统为两个SBR反应罐的处理工艺，污水经SBR1反应罐中经有氧、厌氧几个周期处理后，通过离心泵控制进入SBR2反应罐中，经有氧、厌氧几个周期处理后，研究污水处理的效果，根据处理效果调节处理时间及周期。工艺流程如下：

在有氧反应阶段，通过鼓风机对SBR反應罐进行曝气处理，曝气一段时间后，进入到无氧反应阶段，曝气停止，厌氧微生物活性增加。通过曝气的有无，控制有氧、缺氧、厌氧状态的接替运行，实现污水中碳、氨、氮等物质去除的效果。

2.污水处理自动化控制的需求及实施

为能够实现对污水处理工艺的自动化，根据工艺流程及工艺生产的连续可靠性，采用基于STM32的控制卡及计算机组成的控制系统，控制卡集成足够的I/O口，并通过总线实现计算机和STM32的连接。软件编程采用C语言开发，并开发上位机监控软件，实现人机交互功能。

2.1污水处理自动化控制需求

控制系统主要需求如下：（1）进料泵、曝气泵、排料泵等设备的自动控制，具备手动、自动双功能，可通过按钮切换;（2）在SBR反应池添加在线Do检测设备、在线pH检测设备，实现观察SBR反应池在有氧、厌氧环境下Do和pH的变化;（3）对各处理流程进行监控，包含Do、pH数据采集及处理、工况的运行情况、数据曲线显示及输出、报警等。

2.2污水处理自动化控制的实施

控制系统采用以STM32的控制卡为核心，其控制卡上的IO口控制继电器的开、闭，继电器的常开触点两端连接进料泵、鼓风机、出料泵的零线中间两端，从而实现继电器控制进料泵、鼓风机、出料泵。采用具备RS485通讯的Do在线检测仪表及具备RS485通讯的pH在线检测仪表实时监测污水处理过程中的Do、pH的变化。

控制策略采用以时间顺序控制的方式来实现，以上述工艺控制流程为基础，以人工操作经验为参考，实现基于C语言的自动控制程序的实现，在自动模式下，系统根据时间的顺序依次控制进料泵、鼓风机、出料泵的启动和停止，实现污水处理的自动控制。

上位机采用C语言开发的人机交互界面，具备状态运行显示、Do和pH实时监测显示、数据储存、参数设置、历史曲线显示、数据导出等功能。操作者可根据污水处理情况，实时调节各处理阶段的运行时间，整个操作界面简洁、方便，便于操作人员使用。

3 结论

基于STM32的控制卡应用在污水处理自动化控制系统中，具备电气部分整体较小、控制软件编写简单、人机交互界面操作方便、数据采集储存功能强大等方面的特点，而且整体工程开发周期较短、线材用料不多、整体成本较低、系统运行稳定可靠、调试便捷，对于小型的、控制点不多的污水处理系统，尤其是在线监测仪器较多、对数据实时处理要求较高的场所。

控制系统应用于双SBR反应罐的污水处理实验研究，系统可靠、性能稳定，实现了处理工艺流程的自动化，并可根据污水处理效果，实时调节处理工艺流程，并储存各处理阶段的Do、pH含量，供开发人员后续观察污水处理效果。该控制系统实现了污水处理工艺的自动控制和无人值守，为双SBR反应罐的污水处理实验研究提供了有效保证。

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作者简介：孟明辉（1989-），男，硕士研究生，重庆科技学院机械与动力工程学院教师，助教，研究方向为机械电子