渗滤液处理控制系统智能化技术和应用

渗滤液处理控制系统智能化技术和应用

汤水江

江苏新奇环保有限公司214214

摘要：在系统的工艺控制方面，要求系统具有较高的自动化控制水平，可以实现远程中央监控；同时自控设计要充分考虑日常运行管理和维护的需要，尽量减少管理的难度；

关键词：自控、远程、大数据、工艺流程、电器、自动化、节能

引言：渗沥液处理装置自动控制系统将充分利用现代计算机控制技术，采用上位机+PLC控制方式，在中央控制室设置操作员站，控制室不再设常规仪表控制。自动控制系统将覆盖全套渗沥液处理装置，包括预处理、调节池及污水提升、厌氧处理系统、两级A/O、超滤、纳滤、污泥提升系统、沼气收集系统、臭气收集系统、各类储罐（箱）、各类水泵、阀、就地一次仪表、就地控制箱、配电系统、PLC控制系统等。根据工艺流程及构筑物的地理分布，依据“实用、可靠、经济、先进”的原则，采用“集中管理、分散控制”实施现场的监测、过程控制和计算机管理一体化的系统。控制系统上位机采用台湾研化智能科技股份有限公司的工业控制计算机产品，在中控室内设操作员站两台；PLC采用Siemens高性能的S7-300系列。

正文：

中节能（临沂）环保能源有限公司生活垃圾焚烧厂渗沥液系统增容提标项目，增加前处理能力700m3/d（UASB部分），两级硝化反硝化部分900m3/d；范围包括设备供货和技术服务（包括配合工艺设计、电控仪控设计、装置设备、电气仪表、安装。该项目处理原水包括生活垃圾焚烧厂渗滤液及污泥处理系统压滤液，处理出水水质要求达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）表二标准要求；要求主体工艺采用“UASB+（两级A/O+外置式超滤膜）+NF”。

渗滤液处理主流程说明：

污水首先进入到预处理工段的一体化旋转格栅井对水中大的悬浮物进行截留，去除污水中的大悬浮物以防止后段设备污堵。格栅过滤后的污水自流进入到渗滤液调节池。调节池内设置潜水搅拌机进行水力搅拌，减少悬浮物的沉积；同时在调节池内底板设置一定的坡度，并在最低点设计排泥井，可定期对调节池进行排泥。渗滤液调节池根据招标文件要求，按照4800m3有效容积进行设计。

调节池渗滤液通过泵定量提升至后段厌氧系统。厌氧工段包括UASB反应器和中沉池。厌氧工段的设计主要针对焚烧厂渗滤液高有机污染物浓度和高悬浮物浓度特点，通过一定的水力和环境条件在厌氧反应器内培养出较高浓度的厌氧活性污泥，利用厌氧污泥的厌氧生物降解作用将污水中有机物分解成小分子物质，如甲烷、水等。厌氧系统产生的沼气经过收集后进入到沼气处理系统进行处理或利用；厌氧处理出水自流进入到中间沉淀池，将随水流出的老化厌氧污泥沉淀去除以避免其对后端生化系统的不利影响。中间沉淀池还可作为厌氧系统不稳定时加强污泥回流提升厌氧污泥浓度的保证措施，并能在厌氧调试期间“洗泥”过程发挥作用。本项目厌氧系统设计采用中温厌氧，正常运行温度35℃左右。

厌氧工段中沉池出水自流进入到MBR系统。MBR系统采用外置式，膜系统部分采用管式超滤膜形式，生化部分采用两级A/O生化工艺。总体来看，MBR系统包括一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池、管式超滤系统等五部分。由于在射流循环、硝化液回流等过程中形成的完全混合作用，所有系统可看作一个整体。针对MBR系统正常运行需要，设置冷却系统和水力消泡系统等辅助设施。冷却系统主要是为维持生化系统36℃左右的运行温度。

经过厌氧和MBR工艺处理后的污水中可生化降解物质已基本去除，剩余物质主要为难降解有机物，无法再通过一般的生化方法进行处理。本方案设计采用纳滤处理技术。纳滤系统设计运行压力5～20bar，设计产水回收率在80%以上。

自控设计说明

1、自控设计原则

1）可靠性：选用稳定可靠的工业控制系统产品，简化系统结构，减少出错环节。所有关键设备均选用性能价格比高的工业控制产品。

2）先进性：控制系统应技术先进、性能价格比高。

3）灵活性：系统组态灵活，扩展方便，可用性、可维护性好。

4）实时性：控制系统对工况变化适应能力强，控制滞后时间短。

2、自控设计

1）在软件设计上

采用成熟而又可靠性高的操作系统平台WindowsNT；采用功能强大的WinCC或iFix，监控组态软件完成对系统监控和管理。软件采用结构化、模块化设计。

2）在设备选型上

所有监控系统工作站、PLC、仪表系统设备均选用性能可靠、性能价格比高、技术服务好的著名品牌产品；电器元件等低压电器的选型采用了国际著名公司的产品，充分保证本系统具有高可靠性和成熟技术的适用性，并美观、布局合理、操作维护简单方便，满足水处理工程自控及仪表系统要求，保证安全、可靠运行。

3）在系统集成上

充分考虑设备的成套性和通用性，保证其整体可靠，与其它系统接口方便。

3、工艺系统总体规划

1）、系统总控布局

控制室与现场自动化层之间采用过程总线进行数据通讯及信息交换。本厂的控制系统有远程控制、就地控制和自动控制三种方式。远程控制由中控室操作人员控制；就地控制在设备现场手动控制，作为试车、检修、后备用；自动控制由可编程序控制器按编好的控制软件自动完成。

2）、设备自控原理说明

（1）电气设备控制应采用自动防止故障的原理。如果某一电气控制系统的监控电路发生了故障，或是一台马达出错，整个系统进入自动防止故障状态，并由PLC发出警示信号。

（2）电机能以自动/就地控制或遥感手工控制的方式运转。方式选择应通过在各个电气设备控制控制箱/柜上的就地－停止－自动选择开关按钮选择。

在就地方式下，电气设备运转不受自控系统控制。

在自动方式下，电气设备由控制室自控系统控制。

从手动改换为自动方式或从局域改为远程方式应延迟十秒钟，以避免电气设备在自动方式条件下即时启动。

（3）各个电气设备必须提供下述内容（不限于这些）的无源触点信号给自控系统，并接受自控系统的控制信号（无源触点）：

自动/手动状态信号；

运行/停止状态或开启/关闭位置信号；

机械故障和电气故障信号；紧急停车信号；

保护或连锁报警信号；

自动运行或状态控制命令。

（4）电气设备的联锁装置应用硬线连结到电机启动器上。联锁装置包括紧急情况下的关闭设备、电流监控器及干性保护装置，温度监控器及用以超压监测器等等。这些联锁装置能以任何一种方式操作，不受自控系统支配。部分安全联锁装置应通过电线与相关的PLC区域连结，以便将有关问题及时报告给控制室，拆除发出故障信号的电机，并使用程序控制逻辑命令的其它控制功能。

（5）对于智能化的电气控制设备，采用现场总线的方式与相应的现场控制站连接；对于常规的电气控制设备，采用远程I/O的方式与相应现场控制站连接。控制室计算机可显示各工艺设备的运行工况和主要工艺参数，控制设备运行。

（6）控制系统仪表全部均采用国际知名品牌，其测量精度准确、稳定性较高、坚固耐用以及防护等级较高。

（7）本设计中所选用的控制设备除了满足可靠性高、通讯灵活、逻辑功能强外，还具有模拟量处理能力和过程控制能力强的优点。另配有上位机和打印机方便操作员工作。系统故障的处理方式有声光报警、终端屏幕上报警显示等。

5、总体自控水平说明

本项目设计的总体自控水平较高，正常情况下所有系统均能实现全自动运行；除必要的巡视、检修、化验记录、药剂补充外，基本实现无人看守的自动化运作。操作管理人员在控制室中控机上可以完成绝大部分设备、阀门的监控和操作，并能通关在线仪表的检测准确得到系统的各种运行参数，帮助其了解系统运行状况。

同时，自控系统具有完善的故障保护、报警停机功能，对机电设备的开启状况、电流荷载、生化系统PH、溶解氧和温度、生化罐和水箱液位、膜系统内及泵后压力进行严密监测，一旦低（高）于设定的保护值即进行报警或声光报警，如有必要即刻执行停机保护程序以防止带来更大的设备损害。

组态软件的设计界面如下图所示：

厌氧系统组态控制界面

UF超滤系统组态控制界面

电气控制系统在对设备进行自动控制的同时，对设备的故障情况也做了很好的跟踪及连锁保护，提高了设备运行的安全系数与使用寿命，节省了投资成本。组态界面作为自动控制系统与操作人员直接沟通的对话窗口，可根据操作人员的喜好进行修订，使其可视化效果更好，界面更清晰、更人性化。

同时可以：深度剖析生产运营管理水平；降低生产运营管理成本；提高员工技能和综合素质；获得专家和同行的技术指导和经验分享。

结论：先进自控技术的应用目前项目运行正常运行了1年，应用先进的自控技术，通过对压力、液位、PH、DO、温度、流量、电导率等运行参数的连续监控，实时调节各种设备的开启，风机和膜系统高压泵的变频调节量，既保证了系统的运行效果又能实现节能降耗。同时我们采用了手机客户端——移动APP，将渗滤液处理系统，装进用户的手机，随时随地，远程监控!