CASS工艺污水处理控制系统的设计

随着国家经济建设的快速增长和城市化进程的急速推进，以及只重视经济，不重视环境的情况依然存在，中国人居住环境越来越差。近几年，国家加强了对环境的综合治理，使污水处理行业得到了“”式的发展，污水处理装置的自动化控制水平在不断提升。本文主要针对CASS工艺污水处理技术进行自动化控制进行研究；将西门子PLC技术和MCGS触摸屏技术使用到污水处理项目上去应用。

1CASS工艺污水处理技术

CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺污水处理法全称是循环式活性污泥污水处理法。它是由ICEAS工艺演变而来，ICEAS工艺污水处理方法和CASS污水处理方法都是由美国葛恩森教授研究而得。CASS工艺污水处理方法的核心处理过程都是在一个间歇式反应池内完成的，该反应池是将曝气阶段和不曝气阶段的不断循环处理过程有机的结合在一起，并把曝气池和沉淀池有机的结合而成，就是将生物化学反应和泥浆与水分离过程都在一个反应池中进行。目前，CASS工艺污水处理技术已广泛应用在糖业、纸业、生活污水等污水处理技术中，在广西的制糖企业污水处理站中应用广泛。CASS是指在一个反应器里，以时序增氧曝气和非增氧曝气运行的静置沉淀活性淤泥处理工艺方式，在一个反应器内对有机污染物进行生物氧化降解过程和泥浆清水分离的处理过程。

1.1CASS工艺污水处理方法运行过程

CASS工艺污水处理方法是以时间控制方式运行的，它的运行过程包括进水增氧阶段，静置沉淀阶段，清水排除阶段和静置等待阶段四个阶段，四个阶段的时序运行组成一个完整的污水处理运行周期。每一个运行周期完成后，都是按照这个周期周而复始循环往复运行。在CASS工艺污水处理方法运行过程中，CASS工艺污水处理池是随着污水进水的水位来确定曝气时间，是一个变化的运行过程，如果污水处理池水位都在最高水位那么曝气时间是基本相等的。具体运行过程一次如下（1）进水增氧阶段。这个运行阶段是CASS工艺污水处理池边进水边进行增氧曝气，在给水增氧曝气的过程中，空气中的氧气与水体中的物质发生生物化学反应，从而提高水的溶氧度，改变了水体的水质，生成有机物。（2）静置沉淀阶段。该运行阶段是停止CASS工艺污水处理池进水并停止CASS工艺污水处理池增氧曝气，将CASS工艺污水处理池中的水体静置沉淀，从而使得CASS工艺污水处理池在进水增氧阶段进行生物化学反应生成的有机物形成凝絮物。由于凝絮物比水重，在静置沉淀阶段水体中的凝絮物沉降到CASS工艺污水处理池水体下部，经过一段时间的沉积慢慢的就增加了CASS工艺污水处理池水体下部的生物淤泥。（3）清水排除阶段。这个运行阶段是对CASS工艺污水处理池也停止进水和停止增氧的，而将CASS工艺污水处理池中经过增氧曝气过和经过静置沉淀过并达到排放标准的处理过的清水，经过自动滗水器，由浮球开关根据CASS工艺污水处理池内水位的变化情况，把处理过的清水排除CASS工艺污水处理池，清水排除结束后，滗水器根据浮球开关的变化，进行有效的恢复初始状态。（4）静置等待阶段。这个阶段是也是停止进水和停止增氧的，由于清水排除阶段可能与实际设定的时间有差别，还有就是达不到这个CASS工艺污水处理池进水的前提条件，这个CASS工艺污水处理池在进行静置等待下一个运行周期的到来；当达到CASS工艺污水处理池进水的前提条件，又转换到了进水增氧阶段。

1.2CASS工艺污水处理池实际工艺流程

当污水通过格栅把污水漂浮物拦截下来，污水在格栅调节池，当格栅积水调节池液位在低液位以上时，检测CASS污水处理池A、B是否在高液位。（1）如果CASS污水处理池A不在高液位，就启动抽水泵A、冷却塔、提升泵B，打开电磁阀A，污水流入CASS污水处理池A，启动鼓风机A，对CASS污水处理池A进行曝气，当曝气到达预定时间时，停止曝气，静止一段时间，污泥沉降，最后用滗水器A把水排走；（2）如果CASS污水池A在高液位，就检测CASS污水处理池B是否在高液位，CASS污水处理池B不在高液位，就启动抽水泵1、冷却塔、提升泵2，打开电磁阀B，污水流入CASS污水处理池B，启动鼓风机B，对CASS污水处理池B进行曝气。当曝气到达预定时间时，停止曝气，静止一段时间，污泥沉降，最后用滗水器B把水排走；（3）如果CASS污水处理池A、B都在高液位，则直到格栅集水调节池液位达到高液位（如出现污水量增加过大，就会把超过高液位而未经处理的污水排除到事故池中等候处理）时，在对CASS污水处理池A、B进行检测，然后在进行（1）或（2）。

2CASS工艺污水处理方法控制系统结构

为了保护CASS工艺污水处理方法的自动控制装置的稳定可靠，我们在监控层设计中选用了昆仑工控MCGS触摸屏来监控污水处理的运行状态，方便操作员实时观察现场设备的运行情况，做出正确合理的控制命令。控制层设计中我们选用了西门子S7-200PLC。在设备层我们选用了液位传感器、鼓风机、冷却塔风机、水泵、电磁阀、滗水器等，并配备相应的软件，确保可靠、有效的运行。系统网络拓扑如图2所示。污水处理站的控制由三层系统组成：第一级：设备控制层（即就地控制）设备控制层主要是对鼓风机、冷却塔风机、水泵、电磁阀、滗水器等设备进行就地控制，也就是在设备附近的现场控制箱对设备进行控制，在设备现场控制箱面上对控制方式“自动/手动”利用旋钮开关进行选择，当你选择手动控制方式时，现场操作员可以利用现场控制箱上的启动按键和停止按键对现场的控制设备进行“运行”和“停止”操作，这样的操作是最高级别的，它不受昆仑工控MCGS触摸屏限制以及西门子PLC限制。就地控制主要是在设备调试和维修时使用。第二级：远程控制层挡在限产设备控制箱面上对控制方式“自动/手动”利用旋钮开关选择自动方式时，现场操作员不能利用现场控制箱面上的”启动”、“停止”按钮对控制设备进行“运行”和“停止”控制，此时设备的控制将交给控制站（西门子S7-200PLC），这种操作级别次之（第二级），PLC将根据上位机的指令“遥控”或“自动”控制（根据PLC控制程序）设备的运行。第三级：监控控制控制室由1台昆仑工控MCGS触摸屏，操作员可通过它们监视技术参数的变化，设备运行状态及故障状态，所有信息均可以流程图报警、字体变化、颜色变化等形式显示。

3系统设计

上位机监控软件采用北京昆仑工控MCGS嵌入式监控组态软件（运行版），它能够提供一个友好的人机交互界面，通过我们设计的操作界面，操作员可以通过监控操作界面，清楚直观的查看到现场设备各种报警故障信息和各个工艺参数等，也可以根据生产情况的变化相应的控制要求。CASS工艺污水处理方法控制系统核心组件采用了西门子S7-200PLC，它的特点是紧凑、体积小、功能合适、运行可靠安全。经过我们设计程序后西门子S7-200PLC能够按照我们设定的程序对现场装置和传感器等进行实时有效监控，可以通过程序对现场设备进行有效的启动和停止控制。操作人员通过昆仑工控MCGS嵌入式组态软件通过数据线与西门子PLC进行通讯，通讯后通过西门子PLC对现场设备进行有效控制。如果此时昆仑工控MCGS触摸屏出现死机或掉电等情况，也不会影响西门子PLC对现场设备的有效控制。这样就能有效提高了自动控制系统运行的可靠性、稳定性、安全性，从而减少了现场操作人员的事故发生率，进一步保证了电气设备的安全有效运行，提高了CASS工艺污水处理的有效性。CASS工艺污水处理池的自动控制，可以利用液位开关（或超声波液位计、静压式液位传感器等）对抽水泵、进水提升泵、冷却塔风机、电磁阀、鼓风机，滗水器等的自动控制。实时故障报警实现了对进水提升泵，冷却塔风机，鼓风机的这些电机的故障报警，以及格栅集水调节池和CASS工艺污水处理A、B池的高液位的超高液位报警或低液位的超低液位报警。实行安全联锁保护电机设计，格栅集水调节池为了防止抽水泵、提升泵把格栅集水调节池的污水抽干，防止抽水泵和提升泵干抽，从而实现了抽水泵、冷却塔风机、提升泵和电磁阀等的联锁控制。上位机软件采用北京昆仑工控MCGS嵌入式监控组态软件为开发平台，我们根据北京昆仑工控MCGS嵌入式监控组态软件的功能，设计了一个友好的人机交互界面，这个人机交互界面包括了对格栅集水调节池的液位显示、抽水泵控制、进水提升泵控制、冷却塔风机控制、电磁阀控制、鼓风机控制、CASS工艺污水处理A、B池液位显示、滗水器控制等实时数据的动态显示，控制设备和系统报警等。通过北京昆仑工控MCGS嵌入式监控组态软件完成对CASS工艺污水处理过程控制、设备运行状态监测及故障报警等功能。

4结束语

该CASS工艺污水处理站的自动控制系统经过调试，然后投入设备运行后，性能稳定可靠，设备运转正常，操作员在CASS工艺污水处理监控中心很方便进行监控操作，降低了操作人员的劳动强度，提高了污水处理设备的利用率和操作人员的劳动效率以及安全度，保证了处理后的污水的水质，达到了预期的目的，为客户提供了节能、高效的污水处理系统。用户界面操作简单，容易学习。基于MCGS的CASS工艺污水处理控制系统具有良好的通用性、可变通性和良好的维护性，适合中小型污水处理厂采用。

作者：叶远坚 周丽琴 单位：南宁职业技术学院 广西电力职业技术学院