機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化在污水處理工程中的應(yīng)用

付 紅

山東東阿阿膠股份有限公司

隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，污水處理設(shè)備的工作效率得到顯著提高，同時(shí)水資源緊缺的現(xiàn)象也得到了改善。本文從污水處理工藝入手，探討了機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)在污水處理過(guò)程中的作用。

機(jī)器或裝置在無(wú)人干預(yù)的情況下按預(yù)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過(guò)程稱為機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化。正因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)具有降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率、易于產(chǎn)品質(zhì)量控制和方便統(tǒng)一監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的情況下，機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)制造的各個(gè)領(lǐng)域。污水處理過(guò)程是一個(gè)涉及物理原理、生物處理以及化學(xué)反應(yīng)的多學(xué)科交叉的綜合過(guò)程。污水處理設(shè)備的多樣性以及控制工藝流程的復(fù)雜化，決定了僅僅依靠人力是無(wú)法滿足污水處理要求的。因此，提高污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

污水處理機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)原則

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、PLC 站、儀表檢測(cè)系統(tǒng)加組態(tài)軟件是當(dāng)前主流工業(yè)控制模式，其在污水處理機(jī)械自動(dòng)化控制方面廣泛應(yīng)用。當(dāng)進(jìn)行污水處理設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)時(shí)要針對(duì)污水處理過(guò)程中各個(gè)工藝特點(diǎn)展開(kāi)，一般首先考慮“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，分站少人值班”原則，并且要滿足以下要求。

（1）選擇在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下能夠安全、可靠性高以及穩(wěn)定性好的污水處理控制系統(tǒng)。

（2）污水處理系統(tǒng)必須符合當(dāng)前先進(jìn)的控制模式，例如現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等。

（3）污水處理設(shè)備必須方便擴(kuò)展，有較好的可操作性和維護(hù)性，通信方式靈活。

（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)具備較好的實(shí)時(shí)性，降低控制滯后帶來(lái)的影響，對(duì)不同工作狀況擁有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

污水處理工藝與機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備

污水處理是將污染物與污水分離，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可回收利用的物質(zhì)，目的是充分利用水資源。污水處理一般工藝流程為：污水-截流井-粗格柵-污水泵-細(xì)格柵-沉沙池-生化池-終沉池-D 型濾池-紫外線消毒-出水。

污水處理設(shè)備主要分為通用、專用兩種，其中專用處理設(shè)備占主導(dǎo)地位，投資比重約占60%。通用機(jī)械設(shè)備主要包括：污水處理風(fēng)機(jī)、污水處理閥門、污水處理水泵等；專用污水處理設(shè)備包括：機(jī)械攔污設(shè)備、刮泥設(shè)備、攪拌及曝氣設(shè)備、離子交換設(shè)備、污泥處理設(shè)備等。

按照污水處理流程和處理流程劃分，城市污水處理可分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理，其中一級(jí)處理也稱為預(yù)處理。污水處理三級(jí)工藝過(guò)程與相應(yīng)設(shè)備見(jiàn)表1 所示。

表1 污水三級(jí)處理工藝與相應(yīng)設(shè)備

污水處理設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

相對(duì)于國(guó)外進(jìn)口污水處理設(shè)備，國(guó)產(chǎn)設(shè)備只能滿足污水處理的基本功能，可靠性、安全性以及先進(jìn)性的研究方面總體水平偏低。其中，先進(jìn)性主要指設(shè)備自動(dòng)化方面，該方面國(guó)內(nèi)外差距最大。我國(guó)污水處理的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用起步較晚，直至九十年代，污水處理的自動(dòng)化水平才有了很大提高。我國(guó)污水處理自動(dòng)系統(tǒng)有如下特點(diǎn)。

1）早期建設(shè)的污水處理廠污水處理設(shè)備自動(dòng)化水平很低，大部分是靠手動(dòng)調(diào)節(jié)；近幾年，隨著國(guó)外先進(jìn)的污水處理控制模式的引入，國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)備參差不齊，依然是手動(dòng)控制模式與自動(dòng)控制模式并存；

2）國(guó)產(chǎn)在線檢測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性能較差，不能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行；

3）污水處理廠各個(gè)站點(diǎn)間無(wú)信息交換，無(wú)法滿足“資源共享”的原則；

4）無(wú)法對(duì)整個(gè)處理廠區(qū)內(nèi)的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，大部分?jǐn)?shù)據(jù)需要人工記錄；

5）國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)備的互換性、通用性較差。

國(guó)外發(fā)展情況

發(fā)達(dá)國(guó)家在污水處理設(shè)備自動(dòng)化方面投入了大量資金和科研力量，尤其在污水處理設(shè)施的綜合管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)運(yùn)行方面效果顯著。在20 世紀(jì)70年代，美國(guó)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制污水處理設(shè)備，近幾年，國(guó)外污水處理設(shè)備能夠自動(dòng)檢測(cè)和控制工藝流程中的主要參數(shù)。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、總線技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)外污水處理設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了分布式控制和現(xiàn)場(chǎng)總線控制。國(guó)外污水處理自動(dòng)系統(tǒng)有如下特點(diǎn)。

1）符合“集中管理、分散控制、資源共享”原則；按照污水處理工藝階段劃分若干個(gè)控制站點(diǎn)，站點(diǎn)之間通過(guò)總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源互通、相互協(xié)調(diào)，同時(shí)全廠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)由總站點(diǎn)負(fù)責(zé)；

2）由上位機(jī)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析處理和記錄當(dāng)前水質(zhì)處理情況；

3）滿足“智能控制”原則，總控系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況自動(dòng)更改控制方式；

4）污水處理設(shè)備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，例如遙控、網(wǎng)絡(luò)、GSM 以及無(wú)線等方式。

實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的具體方案

圖1 自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖1 所示某污水處理廠自控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制方式。該控制系統(tǒng)共分為中控室和分控站。實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制層設(shè)備的監(jiān)視、操作、控制和網(wǎng)絡(luò)通訊連接。中央控制室的監(jiān)控管理操作站系統(tǒng)完成全廠的自動(dòng)控制。中央控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，采用光纜與各現(xiàn)場(chǎng)控制PLC 站連接。將光纖當(dāng)做信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋軌虮ＷC數(shù)據(jù)傳送的有效性、穩(wěn)定性以及可靠性。當(dāng)中控室監(jiān)控工作站故障退出運(yùn)行或通道故障使分控站控制單元和主控級(jí)監(jiān)控工作站通訊中斷時(shí)，各現(xiàn)地控制單元能獨(dú)立運(yùn)行，進(jìn)行控制和監(jiān)視，提高運(yùn)行可靠性。由于控制設(shè)備的分布特點(diǎn)及控制的獨(dú)立性，采用現(xiàn)地元件層實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表的數(shù)據(jù)采集，采用現(xiàn)地控制單元實(shí)現(xiàn)了相對(duì)獨(dú)立設(shè)備的本體控制；從而大大減輕了操作員工作站監(jiān)控操作站的負(fù)荷，有利于各級(jí)控制設(shè)備監(jiān)控功能的合理分配和利用。為觀顯示全廠工藝過(guò)程全貌，方便管理，在中控制室能夠顯示全廠工藝流程圖和主要參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)污水處理廠工藝特點(diǎn)，構(gòu)筑物的布置和現(xiàn)場(chǎng)控制的分布情況，設(shè)置多個(gè)PLC 現(xiàn)場(chǎng)子站，PLC 現(xiàn)場(chǎng)子站選用可編程序控制器（PLC），PLC 為模塊化結(jié)構(gòu)，硬件配置較靈活，易于擴(kuò)展，軟件編程方便。

總結(jié)

我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的迅猛發(fā)展和污水處理工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的要求，促使污水處理機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)得到了很大提升，同時(shí)，為污水處理工藝的創(chuàng)新提供了機(jī)械設(shè)備技術(shù)支持，并且在污水處理監(jiān)測(cè)過(guò)程中自動(dòng)化技術(shù)取得了很好效果。近幾年，隨著國(guó)外先進(jìn)污水處理設(shè)備與新技術(shù)的不斷引入，我國(guó)污水處理的工藝水平也得到提高，結(jié)束了完全依靠人力進(jìn)行污水處理操作的落后局面，污水處理機(jī)械設(shè)備機(jī)電一體化向著更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。