工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

（中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司，武漢 430000）

0 引言

污水處理是指將無法使用的污水通過技術(shù)工藝轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)和生活用水，越來越多原本無法利用的污水通過工藝處理達(dá)標(biāo)成為可飲用水，并進(jìn)入尋常百姓的家庭中[1]。通過使用自動(dòng)化控制技術(shù)，可對污水處理廠區(qū)內(nèi)部整個(gè)污水處理工藝流程進(jìn)行綜合監(jiān)控，并對污水提升泵房、細(xì)格柵間、沉砂池、生化池、沉淀池、回流及剩余污泥泵房、貯泥池、污泥濃縮脫水間、出水流量計(jì)井、紫外消毒渠以及總變配電室等設(shè)備進(jìn)行分散控制，集中管理。

建立污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可有效管理整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行。文章首先分析了自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，之后介紹了污水處理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的原理及相關(guān)工程應(yīng)用實(shí)踐，最后介紹了自動(dòng)化技術(shù)對污水處理的價(jià)值和意義。

1 污水處理的自動(dòng)化技術(shù)

隨著自動(dòng)化水平的不斷提高及其在各個(gè)方面越來越廣泛的應(yīng)用，污水處理作為一種新興產(chǎn)業(yè)，國家給予了相當(dāng)大的重視，因而自動(dòng)化系統(tǒng)在此具有關(guān)鍵作用[2]。

污水處理的自動(dòng)化技術(shù)需要具備以下特點(diǎn)，一是污水處理的自動(dòng)化技術(shù)研究的是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，二是系統(tǒng)存在進(jìn)水的負(fù)荷擾動(dòng)，三是系統(tǒng)需要在線傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，四是利用反饋信息來提高工藝性能[3]，五是污水處理的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能做到可控。

目前，計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)收集不再是限制條件，動(dòng)態(tài)模型和控制方法的發(fā)展使得人們可以理解多種多樣的工藝，教育的發(fā)展培養(yǎng)了能夠執(zhí)行污水處理的自動(dòng)化技術(shù)的工程師，污水廠的設(shè)計(jì)靈活性在不斷地提高等方面，這些條件都使污水處理的自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)施具有更好的可行性。另一方面，社會(huì)的需求推動(dòng)了污水處理的自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，主要包括：監(jiān)管的要求、排水指標(biāo)不斷提高、能量效率提高、營養(yǎng)物質(zhì)回收、熱量回收、生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)氣及對于擾動(dòng)或動(dòng)態(tài)變化的恢復(fù)能力需求。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，未來自動(dòng)化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用將越來越廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩酵貙?，將有效支撐污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 污水處理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

以工礦企業(yè)的工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)生活污水處理廠的自動(dòng)化集中監(jiān)控系統(tǒng)為例，分析污水處理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由上位機(jī)、模擬顯示屏、PLC控制主站、各遠(yuǎn)程分站及現(xiàn)場傳感器、電氣設(shè)備等構(gòu)成?，F(xiàn)場傳感器及電氣設(shè)備上的模擬和數(shù)字信號(hào)首先被各個(gè)遠(yuǎn)程分站采集，然后經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)傳至PLC控制主站，將各種信號(hào)以不同的形式（如指示燈、柱狀圖等）顯示在上位機(jī)上。模擬顯示屏上也能夠顯示電氣設(shè)備的狀態(tài)、傳感器的實(shí)時(shí)讀數(shù)以及工藝流水線等信息。同時(shí)各個(gè)遠(yuǎn)程分站能夠接收來自控制主站的各種控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。該系統(tǒng)是一個(gè)管控一體化設(shè)計(jì)的排水綜合信息化平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、GIS、電子顯示、視頻監(jiān)控、安防、Web發(fā)布、排水模型和OA多個(gè)子系統(tǒng)，并與現(xiàn)場各儀表、攝像監(jiān)控、防雷器、變頻器及其它受控對象進(jìn)行連接。

污水處理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：一是完善的控制功能。針對不同設(shè)備的工藝要求，具有不同的控制方式。操作人員只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能夠靈活的轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作控制方式，并控制設(shè)備的起停。這極大的方便了運(yùn)行人員的操作，提高了工作效率，同時(shí)也便于設(shè)備的集中管理。二是豐富的顯示功能。運(yùn)行人員能夠通過上位機(jī)或模擬顯示屏上的指示燈、柱狀圖、數(shù)碼顯示器、盤式顯示器及變化趨勢圖等多種方式，詳細(xì)的了解到各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備、傳感器的運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)參數(shù)、變化趨勢等多方面的信息。這使得運(yùn)行人員足不出戶就能夠全面的掌握當(dāng)前全廠設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。三是詳盡的故障報(bào)警和歷史記錄功能。系統(tǒng)具備詳盡的故障報(bào)警功能，保證在全廠任何一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠立即停止該設(shè)備的運(yùn)行并進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，同時(shí)在上位機(jī)上彈出提示窗口通知運(yùn)行人員及時(shí)處理。故障歷史記錄功能能夠幫助管理人員在故障發(fā)生后，查詢故障發(fā)生的具體時(shí)間和分析故障原因，以完善管理。四是強(qiáng)大而可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。污水處理程控系統(tǒng)多采用分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此強(qiáng)大而可靠的網(wǎng)絡(luò)功能是程控系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的情況，選用成熟的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得系統(tǒng)無論在通訊速度還是在通訊可靠性上都完全能夠滿足程控系統(tǒng)的需要。同時(shí)系統(tǒng)具備將信息上傳的網(wǎng)絡(luò)接口，能夠通過此接口將程控系統(tǒng)的各種信息上傳至污水廠的上級(jí)管理部門。

綜合污水處理系統(tǒng)需融合眾多最新的技術(shù)和方案，包括實(shí)時(shí)控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、無線通信、數(shù)據(jù)庫、冗余容錯(cuò)技術(shù)，并使用經(jīng)過驗(yàn)證的可靠應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)，確保它是一個(gè)在技術(shù)領(lǐng)先性與經(jīng)過驗(yàn)證的穩(wěn)定與可靠之間獲得平衡。

3 自動(dòng)化技術(shù)對污水處理的意義

污水處理廠的水處理過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有高可靠性和高穩(wěn)定性，開放性和操作的使用性等特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照污水處理工藝流程設(shè)計(jì)。核心PLC模塊應(yīng)保證質(zhì)量，保證模塊的自診斷和容錯(cuò)功能，具備完善的抗干擾及防雷等技術(shù)措施。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)對用戶開放，使用戶可在廣泛的設(shè)備環(huán)境下便利的完成系統(tǒng)操作。系統(tǒng)中的組態(tài)軟件和編程軟件應(yīng)為全中文界面，具有豐富的圖畫功能，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運(yùn)行情況以及故障報(bào)警點(diǎn)的分支細(xì)節(jié)，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)省勞動(dòng)力的同時(shí)，做到生產(chǎn)流程的全自動(dòng)化監(jiān)控。

對于污水處理企業(yè)來說，自動(dòng)化主要是三方面的作用：安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。構(gòu)建污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)要有良好的污水收集與輸送系統(tǒng)、合理優(yōu)化的污水處理廠工藝設(shè)計(jì)、合理優(yōu)化的污水處理廠設(shè)備選型與配置、高質(zhì)量的污水處理設(shè)施與運(yùn)行管理、高質(zhì)量的監(jiān)測儀器儀表、高水平的自動(dòng)控制系統(tǒng)等條件。污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)可提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)劃編排與生產(chǎn)進(jìn)度。

4 結(jié)束語

污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建離不開眾多技術(shù)的支持，隨著新材料、物理、化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將有利促進(jìn)監(jiān)測儀器的發(fā)展。信息化將催生智能化的儀器，人工智能與傳感器小型化都將推動(dòng)虛擬儀器的發(fā)展，這些無論是從監(jiān)測技術(shù)發(fā)展還是污水自動(dòng)化來講，都有非常大的發(fā)展空間?？傮w來說，根據(jù)目前國家水環(huán)境的情況和需求，污水處理廠自動(dòng)化與監(jiān)測技術(shù)差距還比較大，一些非常規(guī)的智能化儀器將成為未來趨勢。