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污水处理生化池优化控制与改造

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摘要:作为污水处理中的一个重要环节,生物处理的脱氮除磷效果尤其关键,由于进水水质、气候温度、曝气条件的变化,生物处理具有非线性、多变量、滞后性等诸多控制难题,因此自动化控制难度较大。为保证该系统合理、经济的运行,提高鼓风机的自动控制水平势在必行,同时引入时序控制,减少调节阀门的动作频率,提高阀门使用寿命。

关键词:鼓风机自动控制;溶解氧PID控制;节能降耗;风量;风压

1生物处理曝气控制现状

青岛娄山河污水处理厂二期扩建工程5万m3/天,生物池分为A/B两组独立运行,目前只使用一组生物池,每组生物池各有三组主曝气区,每个曝气区对应一个曝气主管道,主管道配备3套电动调节阀和3块溶解氧分析仪。二期扩建工程拥有三台单级离心风机为A/B两组生物池曝气,每台风量6000m3/h,风机采用恒风量LCP现场控制,中控室无法对风机作远程控制;报警信息在LCP现场显示,中控室无法更改风机风压设定和风量设定,阀门无法根据溶解氧自动调节。原有的风机运行由值班人员设定风机风量值,往往设定一个风量值连续几天没有变化,溶解氧忽高忽低。此外当污水厂进水水量和水质变化时,曝气量的分配、供应效果很不理想,溶解氧浓度控制滞后、精度低、波动大、能耗高、直接影响处理效果,这种风机运行方式不但无法稳定出水水质,而且对风机容易造成喘振。为了提高污水处理工艺水平,保证出水水质,实现节能降耗,改造升级新的控制系统势在必行。改造方案:(1)鼓风机控制由恒风量改为恒风压,在风压变化的情况下风机自动调整转速改变风量,使风机始终在稳定高效的工况下运行。(2)DO控制是活性污泥控制的重要变量,在外界条件规律变化的条件下,通过PI比例积分或PID反馈控制器可以实现将DO控制在某一值附近。

2鼓风机控制优化

2.1鼓风机自动控制

风机在LCP柜上可设置为远程或就地控制,并实现风机恒风压模式:调节阀跟随DO实时改变,管路压力也会随之改变,在主管路上安装一块压力变送器,将压力值实时传输至MCP柜,通过与设定压力值(BIOS输出值)比较调整风机风量。若是风压高于设定值则降低风量,若风压低于设定值则提高风量,直至风压稳定在设定值附近;若是风压超出极限值则发出报警,风量不会增加或减少。风机风量调整间隔时间为40秒,娄山河污水厂生物池深7米,风管压力一般稳定在70kPa左右,压力设定值来源于根据模型输出值或者人工设定,当风压测量值小于65kPa或大于78kPa时,发生报警并解除风压联锁模式。

2.2风机控制程序

(1)风机出风口压力转换:使用PLC自带的模拟量转换块FC105将PIW752值转换成PLC实数型值(DB30.DBD0),PT_REAL_H为量程最大值,PT_REAL_L为量程最小值。(2)压力控制逻辑程序:DB2.DBD0.0为1#鼓风机远程状态,这段程序表示在风机打到远程后,而且中控室按下风机自动按钮DB30.DBX48.0,再经过T20时间后,实际风压减去风机自动设定风压得到一个差值,若是大于等于1,小于等于2则鼓风机风量减少50m3/h,若是差值大于等于2,小于等于3则鼓风机减小100m3/h,并且通过以太网通讯写给1#风机。(3)若是风压差值大于等于3,则鼓风机风量减少200m3/h。(4)若是鼓风机自动设定风压减去实际风压的差值,大于等于1且小于等于2则鼓风机风量增加50m3/h,差值大于等于2且小于等于3,则鼓风机风量增加100m3/h,传送给1#鼓风机。(5)若是鼓风机压力差值大于等于3则风量增加200m3/h.(6)为了避免风机压力波动较大而导致风机超调,增加一个延时时间T20,默认为40S调整一次风量。(7)风机最小风量为2700,最大风量5500,所以写入1#风机的风量低于2700或者大于5500的风量均不会超过限制值。(8)风机压力最高不得超过78kPa,最低不得超过65kPa,超出此限制值将压力控制联锁按钮复位,接触自动控制模式。并且发出报警。(9)设置一个风机压力报警复位按钮,用于人工复位报警。风机风压输出由BIOS活性污泥模型计算给定,初始阀门开度也由模型给定,在第一次开启风机后模型通过计算给定一个初始风压和开度,生物池溶解氧迅速达到目标值后模型不断调整各项参数。鼓风机的控制应尽量保持低风压,低流量,大阀门开度控制,如此可以降低风机转速,达到节省电耗的目的。

3溶解氧与阀门

PID调节在PLC中的实现(1)PID调用FB41,因为调用FB41需要用时钟脉冲或者在OB30-OB86中才可以连续调用所以在FB41之前加上M59.0(1秒脉冲)作为触发条件。FB41中SP_INT为内部设定值输入用于指定的设定值,在这里就是溶解氧的给定值。PV_IN为输入设置的初始化值,在这里就是实际溶解氧的值。GAIN为比例值,输入指定控制器增益。TI复位时间,输入决定积分器的时间响应。TD微分时间,输入决定微分单元的时间响应。LMN_PER将I/O格式的操作值连接到输出的控制器。在这里就是输出阀门开度。(2)1秒钟脉冲,阀门连锁位可以是时序控制同一个位。(3)将输出的阀门开度放到相应的过程影像区中。(4)最后将时序控制和PID调节程序进一步统一,当某一阀门满足时序控制条件时开始动作,并且按照PID给定的开度执行。程序中预留最大和最小开度,PID输出开度不可超过极值。(5)虽然程序基本编写完成,但是PID调节具有一定的经验和偶然性,要根据不用情况使用不同的PID数值,要想使用好PID调节就需要了解比例积分微分的作用。

4结论及展望

在人工控制下,曝气池实时溶解氧从0.5mg/L到4mg/L之间波动,曝气区溶解氧曲线波动较大。但在二期精确曝气系统的控制下,实时溶解氧稳定在3mg/L附近,而控制精度在±0.5mg/L范围内的时间达99%。由此看出经过鼓风机和溶解氧阀门联动后,溶解氧控制更加精确,波动较小,而且风机尽可能多的在高效区运行节约了大量的电能、减少了喘振次数。污水处理厂在保证生物池出水质量的同时又延长了设备的使用寿命。

作者:万春萌 单位:青岛科技大学

污水处理生化池优化控制与改造责任编辑:张雨    阅读:人次