污水處理廠自動化控制的研究與分析

陳榮杰

（佛山市新之源污水處理有限公司，廣東 佛山 528000）

前言

隨著城市化進程的加快，城市水污染問題越來越嚴重，解決污水處理問題刻不容緩。而隨著自動化技術(shù)在各行業(yè)的不斷發(fā)展，污水處理行業(yè)的自動化水平也在快速提高。目前，在污水處理廠中采用自動控制系統(tǒng)進行自動化控制，在保證穩(wěn)定的出水質(zhì)量前提下，實現(xiàn)污水處理成本最低的目標，可靠性更強、效率更高，因此，自動化控制將具有很大的應(yīng)用前景。自控特點：

1 自動化控制的原理及功能

1.1 原理

（1）污水處理廠的自控系統(tǒng)是由現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)、信號采集控制和人機界面（監(jiān)控）設(shè)備三部分組成。自控系統(tǒng)的構(gòu)建主要是指三部分系統(tǒng)形式和設(shè)備的選擇。自動分析系統(tǒng)的主要功能是建立工藝曲線，通過在線實時采集和人工輸入的方法，將進、出水的COD、、色度、磷、氨氮等主要指標與工藝過程控制的污泥濃度、溶解氧、回流比等指標通過曲線進行對比并綜合分析，找出即時的最佳運行工藝控制曲線并對工藝實施控制。

（2）工藝控制部分是由上位工控機、工位PLC、電控執(zhí)行機構(gòu)組成。核心是上位機的智能控制，該功能由上位機的專業(yè)應(yīng)用軟件完成，該軟件程序采用時鐘循環(huán)掃描工作方式，工作可靠性高。上位工控機具備的智能化控制功能，可利用時間、溶解氧和污泥濃度等指標進行智能化自動分析并實現(xiàn)多重控制。設(shè)定時間盡可能地避開用電高峰；溶解氧設(shè)置上下限，保證工藝；設(shè)定反應(yīng)池的污泥濃度指標，對回流泵和剩余污泥泵進行控制，保證反應(yīng)池中最佳的活性污泥量，以降低能耗。出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化趨勢見圖1。

圖1 出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化

工位PLC執(zhí)行上位機遠程發(fā)來的信號，按程序控制電控執(zhí)行機構(gòu)完成工作，主要任務(wù)是根據(jù)工藝要求，對風(fēng)機、回流泵、剩余污泥泵等設(shè)備實施自動控制。污水處理廠工藝自動控制系統(tǒng)原理見圖2。

圖2 污水處理廠工藝自動控制系統(tǒng)原理

1.2 功能

軟件以WinCC為工作平臺，主要功能有：

（1）控制操作

在中心控制室能對被控制的設(shè)備在線適時控制，可以停啟任何一臺設(shè)備，并對在線數(shù)據(jù)進行處理。

（2）顯示功能

可用圖形實時顯示各現(xiàn)場設(shè)備的運行工況及運行參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)管理功能

利用實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較和分析，為生產(chǎn)控制提供依據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)過程。

（4）報警功能

當在線數(shù)據(jù)如COD、溶解氧、污泥濃度和設(shè)備故障超過規(guī)定值時，系統(tǒng)可自動停止有關(guān)設(shè)備，同時發(fā)出語音報警，記錄并打印相關(guān)記錄。

（5）打印功能

對工藝指標和設(shè)備運行狀態(tài)可輸出報表和圖形，可人工或自動打印。

2 主要工藝設(shè)備控制方式

（1）粗格柵及提升泵站

粗格柵運行的控制：用超聲波液位差計來測量粗格柵前后的液位差，當液位差值達到設(shè)定值時，或者當液位差值在規(guī)定的時間內(nèi)未達到設(shè)定值時，均用電動閥門自動開啟粗格柵除污機，完成一個運行周期后停止運行。柵渣通過皮帶輸送機輸送到螺旋壓榨機最后外運。皮帶輸送機與粗格柵機聯(lián)動控制，任意回轉(zhuǎn)式格柵除污機啟動后應(yīng)啟動皮帶輸送機聯(lián)動運行。

潛污泵的控制：在潛污泵有壓力指示，開泵時應(yīng)先開水泵，當達到一定壓力時用電動閥門自動打開。進水泵房有潛污泵5臺，2臺備用?？紤]到其中2臺作為長期備用，又易發(fā)生設(shè)備故障，故實際使用中設(shè)置成輪流啟動方式，以達到既有備用，又不讓其長期擱置不用的目的。

（2）細格柵

細格柵運行的控制：用超聲波液位差計來測量細格柵前后的液位差，當液位差值達到設(shè)定值時，或者當液位差值在規(guī)定的時間內(nèi)未達到設(shè)定值時，均用電動閥門自動開啟細格柵除污機，完成一個運行周期后停止運行。

（3）曝氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)是主要的水處理反應(yīng)系統(tǒng)，為好氧污泥提供條件，也是主要耗能和保證出水質(zhì)量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要動力設(shè)備是3臺羅茨鼓風(fēng)機，監(jiān)控參數(shù)為溶解氧量和污泥濃度。運行方式如下：

1）時間控制運轉(zhuǎn)方式。該工作方式是根據(jù)經(jīng)驗或者溶解氧控制時間得出運行曲線，將預(yù)定的運行時間段輸入電腦，由電腦按此預(yù)定程序控制3臺風(fēng)機的停啟。優(yōu)點是：工作可靠性高，不受外界環(huán)境和監(jiān)控參數(shù)的影響，可避開高峰用電時間。缺點是：受人的主觀因素影響，不能根據(jù)監(jiān)控參數(shù)即時調(diào)整風(fēng)機的工作狀態(tài)。

2）溶解氧量控制方式。該工作方式是根據(jù)監(jiān)控的溶解氧參數(shù)控制3臺風(fēng)機的工作狀態(tài)，預(yù)先設(shè)定溶解氧量的上限和下限，風(fēng)機根據(jù)溶解氧量預(yù)定的下限啟動，根據(jù)溶解氧量預(yù)定的上限停止工作。優(yōu)點是：能準確地保證工藝指標，溶解氧量可控制在一定的范圍之內(nèi)，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點是：風(fēng)機受監(jiān)控參數(shù)控制，數(shù)據(jù)采集探頭工作環(huán)境差，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確或其他問題而造成風(fēng)機誤動作，因而需要附加程序?qū)︼L(fēng)機實施延時開啟或停止以防止風(fēng)機頻繁啟動。

3）時間和溶解氧量雙重智能控制方式。

這是該軟件獨有的設(shè)計方式，是智能工作的核心。設(shè)定時間段和溶解氧含量模式后，計算機將根據(jù)時間和溶解氧設(shè)定的范圍自動智能選擇運行方式，即"先到先啟停"的工作原則。如果時間段或者溶解氧含量達到啟動設(shè)定時，風(fēng)機啟動；如果時間段或者溶解氧含量達到停止設(shè)定時，風(fēng)機停止工作。優(yōu)點是：自動化程度高，既可以保證水中的溶解氧量，出水質(zhì)量高，又可避開用電高峰，降低運行成本，并可以得出最佳的運行曲線。缺點是：對監(jiān)控數(shù)據(jù)采集較嚴格，對采集溶解氧量數(shù)據(jù)的探頭要及時清理，對監(jiān)控值班人員要求也較高。

（5）曝氣池中的污泥濃度控制

該系統(tǒng)主要是維持反應(yīng)池中的微生物總量。微生物總量過低時，生物負荷超標，水處理能力降低，水質(zhì)不能達標。微生物總量過高時，水中懸浮物過多會影響出水質(zhì)量，過量的微生物會消耗大量的氧而增加能耗。反應(yīng)池中的微生物濃度主要是靠在線監(jiān)測的污泥濃度進行控制的。當污泥濃度低于設(shè)定值時，回流泵開啟，將沉淀池中含有大量微生物的活性污泥送回反應(yīng)池中；當反應(yīng)池中污泥濃度大于設(shè)定值時，在回流泵開啟的同時開啟剩余污泥泵，將剩余污泥排入儲泥池中。

4 故障與報警

系統(tǒng)擁有完備的參數(shù)保護和報警功能，設(shè)備出現(xiàn)故障，如：泵的低液位停機保護、設(shè)備過載保護，參數(shù)的超出高低限報警等。當發(fā)生報警時上位機畫面中會自動彈出一個報警提示窗口，在該窗口中顯示了發(fā)生報警的設(shè)備名稱和報警狀態(tài)。點擊"確認"或者"總確認"按鈕，再點擊關(guān)閉按鈕才能正確關(guān)閉該報警。

5 維護與保養(yǎng)

每天應(yīng)定時巡查，查看設(shè)備的運行是否正常，聽設(shè)備的運轉(zhuǎn)聲音是否正常，如發(fā)現(xiàn)異常，為確保設(shè)備不被損壞應(yīng)及時停機并由通知專業(yè)人員進行維修，部分設(shè)備需注意適時加油。

自動檢測儀表故障報警主要是由于被測參數(shù)超出測量范圍或儀表本身誤差累積造成測量值偏離真實值過多而報警。對于一些精密儀表、探頭而言，污水廠的工作環(huán)境是比較惡劣的。因此，對它們必須定期維護與保養(yǎng)。

（1）保持自動化檢測儀表傳感器的清潔。

由專人定期清洗探頭，保證數(shù)據(jù)采集準確性。特別是DO，SS，PH儀等直接與污水接觸的分析儀表，必須定期由專人清洗，每一個月清洗1次，保證儀表的正常工作；清洗時要求使用柔軟的材料，以免損壞儀表。

（2）定期校正各種儀表。儀表在長期運行過程中難免會產(chǎn)生測量誤差，為了保證儀表測量的準確性，對分析儀表需每月定期校正1次；而且要求水質(zhì)化驗技術(shù)人員利用化驗室儀器檢測相應(yīng)的項目，并與現(xiàn)場儀表測量結(jié)果比較，如果偏差太大，那么應(yīng)適時對儀表進行校正，確保儀表測量數(shù)據(jù)準確。

結(jié)束語

實踐證明，應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)是是污水處理行業(yè)發(fā)展的必然走向，對污水處理企業(yè)的管理和工藝都大有益處。其保證了污水處理運行的安全可靠，大大提高了污水處理的自動化控制水平和管理水平，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，自動化控制將會更加深入污水處理行業(yè)當中，為人民為社會作貢獻。

[1]趙捷.污水處理廠自動化控制系統(tǒng)及控制功能實現(xiàn)[J].電氣技術(shù)，2006年04期.

[2]于玖洋，徐長弓.自動化控制系統(tǒng)在城市生活污水處理中的應(yīng)用及改造 [J].科技資訊;2010年15期.