CASS工艺污水处理自动控制系统研究

陈枣儿

摘 要：随着社会经济的迅速发展，污水处理已经成为了我国环保事业发展过程中急需解决的问题之一。在简要叙述了国内污水处理行业自动控制技术应用现状的基础上，探讨了SBR和CASS工艺的污水处理自动控制方案。

关键词：CASS；自动控制；PLC；DCS

中图分类号：X703.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.094

从性能上看，CASS工艺在污水处理中凭借结构简单、操作方便、安全可靠和成本低等优势被广泛应用于城市污水处理、工业废水处理中。然而，在整个CASS工艺运行的过程中，其能否安全、高效地运行，与其自动控制有直接的联系。在整个自动控制系统中，系统所需的指令信息、反馈信息都离不开水质、水量和水位等相关检测仪表，而采用PLC或DCS为核心的自动监控系统，能够凭借信息技术的优势，将相关控制利用计算机、软件和仪器等有机结合起来，并在此基础上为微生物创造最佳的寄存环境。

1 国内污水处理自动控制技术

1.1 无自动控制系统的污水处理装置

在国内现有的污水处理装置中，受建厂时间、技术和资金的影响，多数污水处理装置仍采取传统的处理方式，没有配备自动控制系统；再加上同一地区污水处理设备、技术的不对等，导致污水处理、生产、运行管理无法达到统一，出水水质受到了极大的影响。鉴于此，需要相关部门更换这部分老化的污水处理装置，通过改造自动控制技术完成污水处理，进而满足生产运行的需要。

1.2 新建装置采用现代化的自动控制技术

近年来，随着我国经济的迅速发展，政府部门特别重视污水处理方面的建设，并加大了污水处理方面的投资力度。现代化自动控制技术的应用，是指在污水处理过程中，结合计算机信息、通信、自动化等高科技技术，全面控制污水处理工艺中涉及到的生产、管理内容，以确保污水生产、管理的顺利进行。另一方面，计算机软件技术、通信技术、自动控制技术、各种传感器和智能仪器仪表的飞速发展，也为污水处理行业的生产管理自动化、信息化提供了强有力的技术和产品支持。在这种情况下，一些曾经因为对自动控制有较高的要求而长期不能使用的先进工艺又重新提上了议程，比如SBR技术及在此技术上发展的CASS污水处理技术等。

2 国内污水处理自动控制技术的特点

2.1 PLC技术的广泛使用

PLC即可编程逻辑控制器，考虑到污水处理工艺的特殊性，与其他控制技术相比，使用这项技术进行污水自动处理控制具有明显的优势。因此，我国在建污水处理厂或优化旧污水处理厂时，主要使用PLC产品进行控制，尽管品牌不同，但是，其作用力与控制效果均比较相似。目前，广泛应用的PLC产品品牌有S7系列、CSI系列和SLC系列等，其所属公司分别为西门子公司、欧姆公司和罗克韦尔公司。

2.2 DCS技术的使用市场

随着DCS技术的进步，在一些品牌中，DCS系统在原有模式下开发并嵌入了新型指令系统，这弥补了DCS系统原有的不足，特别是其开关量控制问题，已经得到了很好的优化。以ACF 800为例，在控制开关量时，采用的是梯形逻辑指令。目前，这一指令在其他产品中也已经得到了试用。将DCS与PLC结合后，可以在原有基础上进一步优化DCS性能，这也是部分污水处理厂中运用DCS的原因。

3 CASS方案分析

研究CASS工艺控制方案，可以凭借工艺操作完成污水处理的自动化控制。由此可见，自动化控制主要表现为以下3点：①污水水质监测。在这一过程中，主要借助线式检测仪完成操作，将其放在排水口位置实时监测，利用通讯设备反馈监测数据。当PLC接收到反馈信息之后，便开始调整污水处理参数。②控制有氧反应。这里的控制主要是指时间控制，特别是曝气时间。③控制液位高低。在闭环控制中，使用CASS需借助水质分析仪进行检测，然后根据检测结果调整曝气时间和耗氧反应时间。但是，从现有的技术水平来看，这项技术尚处于研发阶段，有很多因素影响控制程度。因此，在实际操作过程中，闭环控制尚未实现系统性，还处于简单闭环控制应用阶段。

在有氧反应时间方面，要想做好控制工作，就要先完成相关设定，比如设定进、排水时间等。这样，在污水水质变化比较小时，借助相应电气设备便能够完成自动处理工作。液位控制主要是根据污水高度科学地掌握进水情况。当液位达到设定位置时，便可以预先设定停止进水，再进行曝气。操作完成静置一段时间后，再借助蓬水器出水控制液位。

4 SBR和CASS工艺的自动控制要求及特点

4.1 工艺描述

SBR工艺是CASS工艺出现的基础，其对自动控制的要求与CASS基本一致，唯一不同的是CASS工艺对被控制设备的要求比较低，其精度也更高。下面简要分析CASS工艺的自动控制要求。反应器的前部为生物反应区，后部为滗水区，CASS的工作共分为3个阶段，分别为曝气阶段、静沉阶段和滗水阶段。这三个阶段是周期运行的，污水在进入反应区后，在供氧的条件下，有机物会被不断分解、沉降。

4.1.1 曝气阶段

利用曝气装置不断向反应池中供氧，这时，有机污染物就会不断被氧化分解。

4.1.2 静沉阶段

在此阶段曝气停止，微生物通过水中的溶解氧氧化分解，这时，水中的污泥就会下沉，而上层水则会被过滤干净。

4.1.3 滗水阶段

在完成活性污泥的沉淀之后，滗水器开始运行，从上至下将清水排出。

4.2 自控特点

生物曝气是处理污水的最新方法，随着污水分析仪的飞速发展，为曝气处理的自动化打下了坚实的基础。以PLC为核心的监控系统，能够自动控制各个电气设备，自动完成上述CASS的三个极端处理，这是污水处理工艺中最突出的特点之一。另外，还需要注意的是，污水处理自动控制具备设备多、任务多和变量多的特点，同时，还具有一定的随机性和耦合性。

4.3 控制方案的探讨

所谓“控制方案”，就是生产工艺的控制规律。从以上分析中能够看出，CASS工艺的控制作用主要体现在3方面：①控制生物的浓度。依照水质参数和设定参数形成闭环控制。②控制反应时间。控制CASS工艺各环节的时间。③控制流量程序。生物浓度的控制遵循的标准就是控制CASS的反应时间，当有机物的浓度满足相关标准后就暂停曝气。

5 总结

受COD仪表检测技术的影响，有机物浓度的实时性并不太好，其反应比较慢，通常情况下，不能完成闭环的反馈。但是，在CASS工艺的反应阶段，反应池中的COD同溶解氧的速度有不可分割的关系，而且溶解氧的检测仪表比较精确，所以，可以通过分析溶解氧的变化来检测有机物的浓度，进而实现对闭环的自动控制。

参考文献

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〔编辑：白洁〕