污水处理厂膜工艺自动化控制技术

曹卫星

摘要：MBR膜工艺将膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效率；通过CIP泵，鼓风机进行膜池反洗，加药系统对膜池的活性污泥进行沉淀，产生的污泥经过污泥泵回流到生化池，进行过滤分离。提高了生化反应速率，而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。膜工艺自动控制在挣够膜池产水的过程中起到关键的作用，通过程序中的PID控制调节膜池产水量，使产水效率大大增加。

关键词：废水；过滤；CIP泵；MBR膜

随着国家在环保行业的重视，水体污染、水资源短缺已成为我国经济和社会发展的严重制约因素。水资源作为一种战略资源日益受到国家以及社会的高度重视。目前国家对环保行业的重视程度和支持力度之大可谓空前，环保水处理将在我国经济建设和社会发展中发挥极其重要作用。自动化技术在膜工艺起到关键作用，通过上位机控制下位机，调节变频器控制电机的转速达到产水的速度，通过PLC程序的PID调节控制产水的流量，达到控制目的。

1膜池产水的设备

系统共6个膜池，每个膜池含1套产水抽吸系统，每套产水系统对应1台产水泵、1台电磁流量计、1台压力变送器、1台产水专用设备（含两个音叉液位计）、及相应的气动阀附件。6套产水系统共用在线清洗系统、压缩空气系统及抽真空系统。6套系统出水共用1台浊度分析仪。

2膜池正常产水运行方式

产水系统由PLC控制自动变频恒流量（流量可调，PID控制）控制运行，受时序控制，产水7分钟停1分钟间歇运行，每7天进行在线小洗，每个月进行在线大洗（手动选择进行）。但同时受膜池液位（静压液位计）及跨膜压差（压力变送器控制）。产水系统运行时，开启系统产水泵及系统所对应的阀门。膜吹扫鼓风机与产水泵连锁，鼓风机开启台数少于设定值（人工设定），或风量值低于设定值则报警；风量继续降低，则停抽吸泵。现场需设手动控制箱，可现场启停及手动/自动设置。运行状态引至中控室，工控机可远程设置选择产水泵运行方式并显示其运行参数及状态。现场控制高于远程控制。膜池液位处于“超低报警液位”时强制停机信号。设备故障时，中控室内需声光报警；报警响应：工控机上显示设备故障，设备停止，人工确认故障排除后方可手动解除报警。记录设备故障信息。抽吸泵运行前，必须确认鼓风机在运行并且风量不小于设定值。

3膜池产水操作模式

3.1现场手动操作

就地控制柜运行方式三位旋钮“现场手动/待机停止/自动”，将旋钮转至“现场手动”，通过控制柜上的启停按钮进行泵的启停操作。

3.2远程手动操作

就地控制柜运行方式三位旋钮“现场手动/待机停止/自动”，将旋钮转至“自动”。实现上位机操控，点击操控设备，弹出控制画面。控制画面运行方式为二位旋钮“远程手动/远程自动”，将旋钮转至“远程手动”，通过上位机产水系统运行远程手动控制画面，分别给定每个产水泵“给定流量”，产水泵参照“给定流量”PID控制运行，并反馈显示“运行流量”，通过控制画面的启停操作控制水泵的启停。

3.3远程自动操作

就地控制柜运行方式三位旋钮“现场手动/待机停止/自动”，将旋钮转至“自动”。实现上位机操控，点击操控设备，弹出控制画面。控制画面运行方式为二位旋钮“远程手动/远程自动”，将旋钮转至“远程自动”，按照画面“给定流量”对应流量计反馈流量PID运行，“中液位”启动，“超低报警液位”停止。

4膜池产水流量设定

正常情况下，产水系统由PLC控制自动变频恒流量（流量可调，PID控制）运行。产水流量受膜池液位控制，即高液位时产水流量设定较高，低液位时产水流量设定较低，再低液位时，逐步降低流量并退出。到达最低液位时，退出所有泵。具体控制液位关系如下表。膜系统瞬时产水流量变化系数：0.8≤K≤1.15；其中高流量工作累积时间≤3.0hr，停产累积时间≤0.5.0hr；①膜池液位在3.5(Ha)~3.7(Hc)之间时，流量系数设定值为258m3/h；②当膜池液位降低至3.45(HL)米，并保持一段时间后（可设置为5~10min），设定给定流量值为238m3/h；③当膜池液位降低至3.5(Ha)米，并保持一段时间后（可设置为5~10min），调低流量到设定为248m3/h；④当膜池液位升高至3.6(Hb)米，并保持一段时间后（可设置为5~10min），设定给定流量值为258m3/h；⑤当膜池液位升高至3.7(Hc)米，并保持一段时间后（可设置为5~10min），设定给定流量值为268m3/h；⑥当膜池液位升高至3.8(HH)米，并保持一段时间后（可设置为5~10min），设定给定流量值为296m3/h，同时开始累积计算产水泵高负荷时间Th，若日累积时间超过4.0hr，则报警。

6膜池产水过程中其他要求

在正常运行的过程中，产水抽吸泵7min产水1min停止，周期运行。

正常运行过程中，仅产水气动阀和供风气动阀打开（每个廊道支干管和旁通管气动阀在同一时间只打开其中一个），其余的气动阀均关闭。

在正常运行的过程中，判断气水分离罐内液位是否为低液位，当气水分离罐低于低液位时(延时5s)，开启抽真空系统（详见抽真空系统控制方式描述）。

当产水泵前气水分离罐（产水专用设备）内液位在“低音叉液位”以上时产水泵运行；当液位低于“低音叉液位”5min以上时，表明气水分离罐内缺水，停产水泵/报警；直至液位恢复到“低音叉液位”以上时，恢复产水。

在产水泵1min停止时，产水气动阀不关闭。只有在CIP动作时，产水阀才关闭。

产水气动阀与产水泵连锁，即产水气动阀必须开到位，CIP气动阀必须关到位，供风气动阀必须开到位，才能启动产水泵。

在正常运行的过程中，对运行时间进行累计，当运行时间达到7天时，则手动操作上位对廊道依次进行1次在线清洗操作。

当产水单元系统TMP（跨膜压差）达到-35KPa（设定值可调）时，系统报警，达到-50KPa（设定值可调）时，停泵，人工解除恢复。

当膜吹扫鼓风机一个热式气体质量流量计低于设定值（可调）时，该产水单元报警，并显示报警原因。当膜鼓风机运行数量为零时，报警并停止产水泵，检测到运行数量大于1时恢复产水泵。

当某廊道CIP阀没有关到位时，报警并停止其廊道产水泵，直至检测到才结束。

当膜池液位低于控制液位时停泵：低于报警液位停止。

泥浓度超过设定值，报警；2个进气阀均关闭时，报警并停泵。

7工控机界面设置

工控机界面显示膜池液位情况，高位报警液位、低位停泵报警液位、正常液位、启动液位，可在工控机界面上设置各液位；工控机上设置显示所有设备、仪表、自动阀门的运行状态；工控机界面上能够显示产水电磁流量计检测的流量（单个膜廊道瞬时产水量）和流量总和（全部廊道膜组瞬时总产水量）以及累计产水量；工控机上可控制所有设备的运行/停止，所有自动阀门的打开/关闭。可设置产水抽吸泵变频器运行频率。出水流量、跨膜压差需记录编入数据库。

8结语

此控制流程在膜工艺设备水处理方面得到和好的应用，完全满足膜工艺产水要求，并且产水质量达到环保监测要求。

参考文献

[1]赵兴森.基于PLC的自动配料控制系统设计[J].计算机测量与控制，2013.

[2]任俊杰.基于PLC和组态王的过程控制实验系统[J].实验室研究与探索，2010.

[3]王双,张倩,王薇,殷艳艳.反渗透双膜工艺处理印染废水研究进展[J].能源环境保护,2019.