1 引言

随着城市的快速发展，环境问题显得日益重要。废水是破坏环境的一个主要的因素，目前中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。

当前可编程序控制器(plc)是专为工业环境下应用设计而设计的工业控制计算机，已经成为自动控制系统中最为广泛的控制设备，它不仅实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序控制或定时控制的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好，能在恶劣环境下长时间、不间断的运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，方便扩容。

本文以某污水厂污水处理系统为例，介绍了以msbr池为工艺的城市污水处理的流程，并通过研究设计一套基于plc控制的污水处理系统。

2 污水厂工艺

进厂污水经粗格栅过滤，进入集水井，在提升泵的动力作用下进入细格栅作进一步的细过滤，之后流入沉砂池完成一级处理；从沉砂池出来的污水进入msbr池进行二级生化处理，利用池内活性污泥中的微生物在厌氧和好氧等不同条件下的新陈代谢作用去除污水中溶解的cod及氮、磷等有机污染物，经沉淀澄清分离后流入虹吸滤池，做必要的药物消毒处理，排入近海和到厂区的中水系统。

去除的污染物以剩余污泥的形式自msbr池排出，通过污泥浓缩处理之后作为泥饼外运，污泥处理过程中排出的污水进行除磷后再返污水处理系统处理。

污水处理厂内冲洗用水、绿化用水、清洁用水等均可以使用由中水系统经过加药、加氯消毒处理和滤池过滤之后产生的中水。

为防止和避免污水处理厂臭味对周围居民生活的影响，在污水处理过程中加入除臭装置，填料式生物除臭工艺采用以炭质生物载体为填料的处理工艺，通过臭气收集系统使臭气通过填料进行生物降解，去除致臭成份，净化后可直接大气排放。其流程如下：

臭气收集 →除臭风机 →生物除臭设备 →净化排出

3 系统介绍

自控系统的系统结构由三层网络组成，包括管理级、控制级、现场级。系统的三层网络分别为基于tcp/ip协议的高速以太网、工业以太网络、现场总线网。2台工作站、1台图控服务器、1台数据服务器、1台web服务器、1台模拟屏向上接入全厂管理系统网络；工业以太网为冗余光纤网络，以光缆为通信介质，连接3个plc现场控制站，每个现场工作站配置有各自的电源，通讯模块，接口模块，同时将所有带智能通讯接口的仪表设备、以及设备自带小闭环系统接入系统中。为了提供报表、报警打印服务，配置了报表打印机和报警打印机，实现各种报表以及实时报警和报警历史的打印功能。操作站计算机相互在线冗余，向下通过光纤网络对各现场监控子站进行监视。建立在windows 2000/xp基础上的组态软件提供了功能全面、简单易用的操作界面，操作人员通过组态软件实现对全厂生产过程、工艺参数和设备运行状态进行实时监控。网络结构如图1所示。

图1 系统网络结构

4 控制方式

从系统完成的控制功能来说，系统采取三级控制层：

(1)手动控制

手动控制具有最高的控制优先级，由就地电控柜的控制按钮完成；

(2)自动控制

自动控制是指由plc控制器按照预先设计的程序对设备进行自动控制，控制级别高于中央控制；

(3)中央监控

中央监控管理站监控是指中控室通过以太网、光纤网络根据生产要求对生产过程进行调度，调度指令通过控制网络由现场plc控制站实施。

这样的设计使生产运行更加安全、可靠，如果上位机或网络发生故障，不会影响现场plc站的工作，而且如果现场控制站plc出现故障，操作人员也可以通过手动控制按钮完成设备的启停。

4.1 msbr池控制

这里不再详细讲其他的如粗细格栅控制工艺，相对来说比较简单，无非是根据液位差和时间控制。在这里主要讲下mabr池的工艺控制。

msbr(modified sequencing batch reactor)是改良型序批反应器，是根据sbr技术特点，结合传统活性污泥技术，发展出来的更为理想的废水处理工艺。msbr不需要设置初沉、二沉池，仍能连续进水、出水，并且水位恒定。采用单池多格形式，大大节省了连接管道，泵及阀门。而且，由于不再间断排水，使池容及设备利用率达到最大。msbr工艺广泛应用于市政污水及各类工业废水的处理。

msbr池是由构成a2/o的厌/缺/好氧池、两个对称的sbr池、一个污泥浓缩池、一个污泥预缺氧池共7个单元组成的矩形池。msbr池采用单池多格的方式，溶进水、反应、沉淀、出水和闲置于同一个反应池内依次进行，并且连续不断地反复进行达到不断进行污水处理和生化降解的目的。msbr池的流程示意图2所示。

图2 池的流程示意图

反应器共7格，由主曝气格6#、两个交替序批处理格1#和7#、缺氧格3#和5#、厌氧格4#和混合液分离格2#组成。污水从4#格进水，经反应、沉淀、出水作为一个周期，主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为sbr和澄清池。

(1)污水首先进入4#池(厌氧池)与浓缩后的回流污泥充分混合，然后泥水混合液进入5#池(缺氧池)进行反硝化。

(2)反硝化后的污水进入6#池(好氧池)，随后一部分混合液进入1#池(sbr池)沉淀出水；同时另一部分混合液进入7#池(sbr池)，在一定回流量的条件下，进行阶段性的反硝化、硝化、静止预沉淀。

(3)1#池和7#池回流的污泥进入2#池(浓缩池)进行浓缩，上清液回流至5#池(缺氧池)或6#池(好氧池)，而浓缩污泥则进入3#池(污泥预缺氧池)，保持在缺氧条件下进行反硝化。另外，6#池(好氧池)的污泥也可回流至5#池(缺氧池)

4.2工艺运行时间

4个污水处理工艺阶段过程主要是针对1#、7#和3#池的运行；其他池(2#、4#、5#、6#)将保持不变，连续运行。

1#和7#将轮流运行3个不同的处理阶段，当1#池进行第1、2、3个处理阶段时，7#池同时处理第4个阶段，排泥出水。当1#池处理完第1、2、3个阶段进入第4个阶段时，7#池退出排泥出水阶段，进入开始处理阶段，即进行第1、2、3个阶段，反之亦然，保证整个msbr池能连续处理出水。

第1、2、3个处理阶段运行时间占整个msbr池的运行周期的1/2，第4个处理阶段运行时间整个msbr池的运行周期的1/2。

其控制流程如图3所示。

图3 系统控制流程图

5 结束语

msbr池控制在污水厂自动化中属于较难设计的环节,主要表现在msbr池的状态控制的复杂上，这相应地导致了plc程序的复杂，实践证明plc的稳定可靠大大节约了人力物力资源，而且能更好的控制出水水质，创造了良好的生产和经济效益。

作者简介

韦文东(1978-) 男 学士，主要研究方向为水/污水处理plc自动化控制与系统集成方向。

王会敏(1979-) 女 学士，主要研究方向为水/污水处理plc自动化控制与工程管理领域。

参考文献

[1] 伊学农．城市给水与自动化控制技术[m]．北京：化学工业出版社，2008．

[2] 王永华，陈玉国．现代电气控制及plc应用技术[m]．北京：航空航天大学出版社，2003．