DCS控制系统在纸浆造纸污水处理上的应用

1 污水处理系统概述 南宁凤凰纸业有限公司污水处理系统设计采用活性污泥法，污水处理能力为25000myd，主要处理蒸 煮、洗选、漂白和碱回收等工序的制浆造纸中段污水。 其工艺流程为：生产车间排放的污水经酸性或碱性污水管进入中和池内先混合，在池末端测定酸碱度后根据实际需要自动选择控制中和剂的添加，此后出水与生活污水混合经格栅间去除杂物后流人初次沉淀池内；污水中较大颗粒的悬浮物沉淀于底部形成初沉污泥；出水由污水泵房泵送到冷却塔冷却，此即为一级预处理。冷却之后的污水自流至曝气池内进行二级生化处理：曝气池的混合液流人二沉池，经沉淀分离后出水经计量达标排放；沉淀下来的污泥大部分经回流泵房回流进人曝气池内，少部分则由剩余污泥泵房泵送到污泥浓缩池，浓缩后的污泥与初沉污泥混合加人高分子絮凝剂送到带式压滤机上进行脱水，于滤饼外运处置，污滤液与污泥浓缩池的上清液一起泵送回格栅间处理。 2 DCS控制系统在制浆造纸污水处理上的应用 2.1 DCS控制系统原理 本公司采用的DCS系统为Valmet Automation的 DAMATIC XD控制系统。其控制原理为：现场检测设备从现场采集来的信号经I/O单元的A/D转换，通过 I/O总线把数据传到过程接口控制器（PIC），在过程站（PCS）需要时，PIC沿现场总线把数据发送到PCS的现场总线控制器（FBC)，FBC对接收到的信号进行滤波和线性化，然后发送到PCS的CPU。PCS的CPU依照系统组态对数据进行处理和运算，并发送所需的数据到网络连接单元（NCU）。网络连接单元通过系统总线与其他站进行通信。经过程站CPU处理的数据，经FBC、现场总线、I／O单元的D／A转换成标准信号，最后送到现场执行机构从而完成对生产过程的自动控制。操作员通过操作站终端输人各种操作指令到操作站（OPS）并经系统总线传送到系统其他各站，来实现操作员对系统工艺的操作和对生产设备监控。 2.2 DCS控制系统的功能 DCS是一个集散型的自动化系统，它有很强的自动化控制功能，可以满足生产过程中各种要求的基本控制，以实现对产量和质量的控制。 本系统在制浆造纸污水处理生产过程中具有以下功能： 从被控的制浆造纸污水处理生产过程中收集和处理测量数据；收集和处理制浆造纸污水处理生产过程中执行器的状态数据；对制浆造纸污水处理生产过程进行监视和控制；对制浆造纸污水处理用电动机、电磁阀、电动阀进行控制和电动机、阀门群控，并提供所需联锁控制；进行浮点计算；进行逻辑操作；进行顺序作；进行批量操作；收集历史数据并在趋势画面上显示通过记录仪画面，支持记录仪组态；支持模拟盘组态提供精确报警；提供打印报表；具有与其他系统连接的I/O装置；在用户和生产过程间进行内部信息的通讯；提供维护、保养记录文件；生产过程管理。 本系统的功能是可以在污水处理控制站中实现各操作池可以通过总线接口连接与其他站连在一起，每个站都可独立地进行操作而与系统的其他部分无关，由于系统硬件为积木式结构，因此，可根据未来发展的需要，很容易的对系统进行修改或扩展。 DAMATIC XD控制室清楚地提供反映生产过程的整体和局部消息，有效地支持操作人员的工作。操作员可以从控制室DCS显示器显示的不同画面中观察生产过程的状态，并在专用的操作终端上或直接操作在显示器上对生产过程的各项工艺参数进行控制，面向用户的 DAMATIC XD控制室通过多种过程显示画面来支持操作者。 2.3 在制浆造纸污水处理上的应用与工艺控制实现 2.3.1工艺控制点的选择 采用活性污泥方法处理纸浆造纸污水，关键是保证曝气池进水水质、溶解氧、酸碱度、营养盐氮磷、水温和回流污泥量以及污泥脱水工艺控制在需要的范围内。因此，在选择DCS控制系统的工艺控制点时，必须充分考虑到这些方面的需要才能确保在生产运行中达到控制管理的目的。 本公司污水处理DCS系统主要的在线监控工艺控制点分布： 进水量：曝气池进水计量槽主要位于污水泵房，其次是事故应急池浮渣泵；溶解氧：曝气池和鼓风机房； 酸碱度：中和池和污水泵房pH值；营养盐氮磷：营养盐投加系统；水温：冷却塔和曝气池；回流污泥量：回流污 泥泵房；剩余污泥量：剩余污泥泵房；污泥脱水间：污泥 脱水机喂人污泥量、添加污泥絮凝剂量、压缩空气压力。 2.3.2 DCS控制系统主要设施组成与功能. 负责污水处理的DCS通过系统总线与其他车间和工段的DCS连成一个网络。污水处理的DCS系统主要有基本I/O单元、过程站、操作站、报警站、操作终端、显示器、报警打印机和报告打印机组成，再加上生产现场的检测仪表和执行机构组成一个完整的自动控制系统。a. I／O单元：由输人单元（如 AIUS、BIU84等）、输出单元（如AIUB、BOU8等）、过程接口控制器组成，该部分连接现场仪表和DCS系统，并对信号进行必要的转换.b.过程站：是系统当中最重要的部分，由CPU、现场总线控制器JBCX网络连接单元（NCU）组成。所有的被控生产过程中收集的测量数据和执行器的状态数据处理，生产过程的控制、群控。联锁控制、各种运算以及历史数据的收集、报警信息的产生等都由过程站来完成。c．操作站：由CPU、图形显示单元（GDU）和网络连接单元（NCU）组成。操作者通过操作站向系统发送各种指令，并通过操作站终端的显示器来观察生产过程情况，设备运行状态和趋势、报警记录等各种信息。d．报警站：由CPU和网络连接单元（NCU）组成。在接收过程站处理的报警和信息记录并将其送到报警打印机打印。e．报告打印机：打印每日报表。f．现场检测仪表和执行机构：由各类变送器。调节阀、电磁网和电机等组成，变送器采集生产现场的各项工艺参数，并将其以标准信号的方式送到DCS的I/0单元。执行机构接受DCS送来的调节信号对生产过程进行控制。污水工段的DCS系统通过系统总线与全厂的DCS系统构成了一个DCS网络且能够相互通信、互相查看。通过污水处理的DCS操作终端可以查看全厂各个生产车间和工段的生产情况。状态，以便及时调整控制污水处理的各项工艺运行参数，同时也方便生产调度。通过调度室的DCS终端更快、更全面地了解全厂生产情况，及时进行生产调度优化。 2.4 主要工艺参数控制的实现方法 2.4.1 污水预处理工艺参数 (1）酸碱度 由于制浆造纸排放的污水酸碱度变化较大，而采用活性污泥法处理污水时，污水的pH值应控制在适宜活性污泥中微生物正常生长的范围内，即pH6.5－8.5。为了达到这个目的，预处理系统采用了双重pH值调节控制系统。首先，在中和池后部安装一个在线的pH值测定仪测定出水口的酸碱度，测定的结果在控制室的控制画面上显示，设置在自动状态位置,互相可通过连锁作用来自动调节pH值。一旦pH值低于6，启动石灰乳液投加系统投加石灰乳液，直到pH值升高到9后自动停止投加出H值高于9时，自动启动硫酸投加系统63.221投加硫酸直到pH值降到9后，自动停止投加。为了利用污水酸碱度的缓冲能力，避免中和剂自动投加装置不必要的频繁交替运行，延长其使用寿命，上述自动控制在设置的进水流量范围内（在控制画面上系统软件虚拟控制阀63FI-3023RV设置，范围为0-10000m只起一次作用;PH值在≤9和≥6之间时，中和剂自动投加装置不运行；其次在污水泵房的集水池内再设计安装有一个pH值控制化仪。如果污水经过初沉地沉淀混合后pH值仍然达不到生化处理的pH值范围个H值控制仪将发出报警信号并联锁停止所有污水泵的运行，污水则暂时经过旁通管进人事故应急池内。以上两重pH值自动控制装置，有效的保证了预处理后污水pH值达到生化处理范围。水温：制浆造纸排放的污水，温度一般在40℃之间，而生化处理适宜的温度是20－30℃，因此处理时必须将污水温度降下来。在冷却塔前后分别有2个在线的温度仪表，在控制室内观察测量后才可以通过调整冷却塔的运行和进水量来控制冷却塔污水出水温度。 2.4.2生化处理 （1）进水量 在曝气池进水计量槽内安装有在线测量器 ，在控制室内观察测量结果后，主要通过控制污水泵房内污水泵的运行数量以及控制事故应急池浮渣泵的运行来调整。 2）营养盐氮磷 通过设置 63FI-3023RV和营养盐氮磷溶液投加泵的控制方式和运行时间来实现。 5）剩余污泥与回流污泥 安装在回流污泥计量污泥在线流量计，在控制室内观察测量结果后，通过控制调整污泥回流泵及剩余污泥泵的控制方式和运行状态来实现。（4）溶解氧 曝气池内安装在线溶解氧仪，在控制室内观察测量结果后，通过调节控制污泥回流量、进水量、曝气机与鼓风机的运行状态来实现。 2.4.3 污泥脱水 脱水机污泥喂料入口前安装流量计，可以通过调节控制污泥变量泵与絮凝剂投加变量泵的运行频率来调整污泥脱水作业。另外，脱水机及其冲洗水泵、仪表用压缩空气与污泥变量泵、絮凝剂投加变量泵。污泥贮存槽液位实行联锁控制。 3 结 语 DCS控制系统自1999年9月投人试运行以来，已正常安全运行了1年多，污水处理效果达到或优于国家规定的排放标准。因此，可以认为采用DCS系统实施制浆造纸污水处理是可行的。此外，采用这种控制系统实施制浆造纸污水处理运行管理还具有自动化程 度高、可实现在线控制、降低劳动强度、节省劳力、优化生产工艺、合理利用资源。降低运行费用等优越性。 信息来源于：中国工业设备网