1、煤矿生活污水处理中自控系统的应用摘要：为了解决煤矿生活污水处理中自动化程度低、出水水质不够稳定的问题，本文根据煤矿生活污水处理工艺的监控和控制要求，主要包括机械格栅的定时控制、污水提升泵和污泥泵的液位控制、曝气系统的变频自动控制等，构建了由上位机监控单元、PLC 控制单元、电气执行单元组成的自控系统。 关键词：煤矿；生活污水；处理；自控系统；应用 中图分类号： TD82 文献标识码： A 1 煤矿生活污水的特点及产生原因 煤矿生活污水主要来自煤矿工业广场浴室排水、办公楼、宿舍和食堂排水，其水质与城市生活污水相比，具有 BOD 浓度较低和排水相对集中的特点。一般情况下，煤矿生活污水 BOD5 在
2、 100200mg/L 左右，但是，有的煤矿生活污水 BOD5 达到 60mg/L，甚至更低。造成这种现象的原因有两点：（1）煤矿生活污水中，浴室排水量很大，而且用水非常集中；（2）少数煤矿由于管理不善，使部分井下排水混入生活污水管网。当生活污水 BOD 浓度比较低时，活性污泥中微生物细胞生长繁殖所需的营养物质不足，会降低生活污水处理效果，一般情况下， BOD5 不宜低于100mg/L。针对以上情况，对于新建矿井，应在排水系统设计时采取措施，杜绝井下排水进入生活污水系统的可能性。对于老矿井，也应加强管理，或对现有系统进行改造，做到分系统排水，分别处理。 2 工艺流程分析 煤矿生活污水的主要来源
3、为办公楼排水、食堂洗涤水、浴室洗浴水等，处理工艺采用生物接触氧化工艺，工艺流程见图 1 所示。 图 1 生活污水处理工艺流程 流程说明：生活污水通过矿区的污水管网收集后，经机械格栅去除悬浮固体进入调节池，调节池对生活污水的水量和水质进行调节，然后通过安装在调节池底部的潜污泵提升到生物接触氧化池，生物接触氧化池内部挂膜，池底安装有曝气管路，通过罗茨风机向池内曝气，培养细菌使有机物氧化降解，达到去除 COD 的目的，出水到中间水池后经过过滤罐过滤，上清液溢流至标准化排放口达标排放，污泥通过反洗排入污泥池，再经安装在污泥池底部的污泥泵提升至压滤系统进行压滤，清水回流，泥饼外运。 3 自控系统实现的功
4、能 生活污水处理系统所采用的生物接触氧化工艺已经十分的成熟，关键在于自动控制系统能否满足工艺要求。根据处理工艺的特点和要求，系统的各设备按以下方式进行控制： 3.1 机械格栅的控制 有手动和自动两种控制方式，在手动方式下，通过人工启停机械格栅；当在自动方式下时，通过预先设定的间隔时间和运行时间参数，机械格栅每间隔设定时间运行一次，每次的运行时间事先设定，时间参数可以通过自控系统在线修改。 3.2 污水提升泵的控制 在污水调节池安装超声波液位计，检测调节池内污水的水位变化情况，并设定调节池的高、低两个水位，用于控制提升泵的启动、停止及发出报警信息。 控制方式分为两种，手动运行时，由人工观察液位并
5、启停提升泵；自动运行时，主要根据调节池的液位来控制系统提升泵的启停，当调节池的液位在低液位时，提升泵停止运行，当水位到达高水位时，系统自动开启提升泵，直至调节池到达低水位。 3.3 曝气系统的控制 曝气系统为整个工艺的关键环节，曝气量的多少直接影响系统的处理水质。因此采用变频控制系统来调节系统的曝气量，通过安装在曝气池内的溶解氧分析仪来反馈系统的曝气量，根据溶解氧的检测值，系统自动调整变频器的输出频率，继而达到调节罗茨风机转速的目的，使得曝气池内的溶解氧固定在设定值。 3.4 中间池污泥排放的控制 中间池内清水和污泥经滤罐分离后，通过安装在清水池内部的潜水泵进行抽水反洗排泥，防止长时间不排泥，
6、使得污泥消化。潜水泵可以选择手动控制也可选择自动控制，手动控制通过人为观察来排泥，自动排泥是通过预设排泥动作时间和排泥间隔，系统自动定时排泥。 3.5 污泥泵的控制 在污泥池安装超声波液位计，检测污泥池的液位，同时设定高、低两个水位，用于控制污泥泵的启动、停止及发出报警信息。 控制方式分为手动和自动两种，手动运行时，由人工观察液位并启停污泥泵；自动运行时，主要根据污泥池的液位来控制泵的启停，当污泥池的液位在低液位时，污泥泵不运行，当水位到达高水位时，系统开启污泥泵，直至污泥池到达低水位。 4 自控系统构成 本自控系统采用集散控制的方式，系统包括硬件和软件两部分。系统的硬件包括 PLC 系统、上
7、位机监控系统、在线检测及仪表系统、电气和变频控制系统。 (1) PLC 为系统的核心控制设备，主要负责采集整个工艺过程中的参数、对数据进行处理和转换、对系统各设备进行控制。这里选用日本欧姆龙公司的 C200H 系列 PLC，该系列 PLC 具有结构简单、编程方便、扩展性能好等特点。 (2)上位机监控系统采用工控机并配置键盘、鼠标等外置设备，在工控机上安装 KINGVIEW6.52 版组态软件，与 PLC 之间通过 RS232 协议进行通讯，在上位机中以动态画面的方式显示水处理工艺流程，动态画面实时显示相关工艺参数值和设备状态，真实地模拟了现场的实际运行情况。(3)在线检测及仪表系统。通过现场安
8、装的液位和溶解氧等检测仪表来测量系统的液位和溶解氧等工艺控制参数，为系统的控制功能提供控制的依据。 (4) 电气和变频控制系统。电气控制系统主要用于控制系统水泵和机械格栅，主要为接触继电控制系统；变频控制系统主要用于控制罗茨风机的运行，变频器通过给定值的变化来调节其输出频率，从而控制罗茨风机的转速，实现曝气量的自动调节。 5 软件设计 系统的软件设计包括 PLC 程序和上位机监控组态程序两部分： 5.1 PLC 程序的设计 该系统采用的是欧姆龙公司 PLC 硬件，应用 CX-Programme 5.0 做为编程软件，采用梯形图编程，PLC 主要完成设备状态信号采集、工艺参数信号的采集和设备的自
9、动控制等。 (1) 设备的状态信号采集：设备运行的工况信号采集，包括设备的控制状态，运行状态，故障状态等。 (2) 工艺参数信号的采集：包括处理系统的液位、PH 值、溶解氧等模拟量，并经过运算处理作为系统控制的工艺参数。 （3) 设备的自动控制：水泵及风机根据相应的工艺参数值和设定值自动运行，达到自动控制的目的。 5.2 上位机监控组态程序的设计 本自控系统采用的组态软件为北京亚控公司开发的组态王 6.52 版本，在组态软件的基础上开发适合于本系统的组态程序，组成整个污水处理系统的上位机监控系统。本监控系统具有操作简单，可靠性高，实时性好等特点。其主要实现的功能有：(1)设备操作控制功能：能对
10、系统所有的设备在上位机上进行启动和停止控制。(2)参数显示功能：实时动态地显示系统的各种工艺参数。(3)数据报表功能：具有实时报表和历史报表的查询，能够对历史数据进行长时间的保存和查询。(4)参数修改功能：能够在线对系统的控制参数进行实时的修改。(5)报警功能：对设备的运行工况和工艺参数进行确认并给出报警，提示操作人员。 6 结语 该煤矿生活污水处理的自控系统， 利用 PLC、组态软件和工控机等设备实现了污水处理工艺过程的自动控制，提高了污水处理系统自动化程度，降低了工人劳动强度。同时，通过 PLC、在线溶解氧检测传感器和变频器实现了风机自动变频控制，确保了处理工艺中溶解氧需要恒定的关键要求。如果进一步利用网络技术，还可以实现远程联网监控，以提高污水处理的监控和管理质量。 参考文献 1许光泞,陈国初.DCS 在污水处理厂中的应用J.上海电机学院学报.2010(2)： 2魏德江,周如禄.煤矿生活污水处理自动控制系统设计J.煤炭科学技术.2004(7)： 3崔东锋,周如禄.煤矿污水处理信息化系统的设计与应用J.自动化技术与应用.2012(4)：8687.
