自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用和發(fā)展

唐軍

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

0 引言

隨著以信息技術(shù)為主的現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸被引入工業(yè)建設(shè)之中。自動(dòng)化控制技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間雖然較短，但由于其操作簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)勢(shì)迅速形成了一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。最近幾年來(lái)，隨著我國(guó)政府部門對(duì)環(huán)境問(wèn)題重視程度的不斷提高，全國(guó)范圍內(nèi)的污水處理單位如雨后春筍不斷出現(xiàn)。自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用水平日益提高。不但有效彌補(bǔ)了人工現(xiàn)場(chǎng)操作的不足，大大提高了污水處理的效率，而且使污水處理的成本得到了節(jié)約，在很大程度上滿足了節(jié)能減排的客觀要求。

1 污水處理過(guò)程分析

污水處理過(guò)程由一些不同種類的工藝環(huán)節(jié)共同組成，這些工藝環(huán)節(jié)不但能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立操作，也可以通過(guò)統(tǒng)一的操作提高排放的水質(zhì)。所以，按照污水處理過(guò)程的不同，工藝環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方式也不一樣。一般來(lái)說(shuō)，污水都是多種污染水質(zhì)混合形成的，其中主要包括工業(yè)廢水和生活污水，就當(dāng)前來(lái)說(shuō)，由于我國(guó)水資源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，對(duì)污水處理過(guò)程的流程進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)越來(lái)越重要。通常污水處理的過(guò)程可以分為四個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)將其簡(jiǎn)單介紹如下：

1.1 預(yù)處理

在污水的預(yù)處理環(huán)節(jié)通常是通過(guò)格柵對(duì)來(lái)水中的比較大的固體污染物進(jìn)行攔截，防止固體污染物對(duì)接下來(lái)的處理環(huán)節(jié)造成不良影響。然后通過(guò)沉砂池分離來(lái)水中其它較大的無(wú)機(jī)顆粒污染物，污水預(yù)處理的目的是保障污水處理后續(xù)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行[1]。

1.2 一級(jí)處理

在污水的一級(jí)處理環(huán)節(jié)主要利用的是物理法。污水通過(guò)初沉池，可以把來(lái)水中的一些污染物利用沉淀、泥水分離等物理方法進(jìn)行處理。一級(jí)處理環(huán)節(jié)能夠處理的污染物主要包括固體懸浮物（SS）、生化需氧量（BOD）以及化學(xué)需氧量（COD）等。但是污水中還包含大量的通過(guò)物理方法難以去除的污染物，這些污染物仍殘留在污水中，不能滿足污水處理的目標(biāo)。尤其是對(duì)于工業(yè)污水來(lái)說(shuō)，其中常常包含化學(xué)污染物，通過(guò)一級(jí)處理難以達(dá)到污水排放要求，所以在一級(jí)處理環(huán)節(jié)后還要對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)一步處理[2-3]。

1.3 二級(jí)處理

污水處理二級(jí)處理環(huán)節(jié)通常是利用生物法。通過(guò)高效沉淀池等設(shè)施設(shè)備，將來(lái)水中的微小的有機(jī)物以及可溶解的有機(jī)物等成分進(jìn)行處理。在污水處理的整個(gè)流程中，二級(jí)處理是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，處理過(guò)程非常復(fù)雜，大部分污水處理單位都是利用活性污泥對(duì)來(lái)水中的污染物進(jìn)行去除。通過(guò)二級(jí)處理環(huán)節(jié)可以去除來(lái)水中大部分的污染物，基本上能夠滿足污水處理的目標(biāo)。但由于來(lái)水還會(huì)有一些細(xì)菌殘留其中，經(jīng)過(guò)二級(jí)處理的污水難以重復(fù)利用，所以二級(jí)處理環(huán)節(jié)后仍需要進(jìn)一步處理。

1.4 三級(jí)處理

污水處理三級(jí)處理環(huán)節(jié)主要是利用化學(xué)法。通過(guò)中和、過(guò)濾、沉淀等等過(guò)程將來(lái)水中的雜質(zhì)、細(xì)菌等進(jìn)行加工、消毒，經(jīng)過(guò)三級(jí)處理的水質(zhì)不但能夠完全符合相關(guān)的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)，還可以實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求[4]。

2 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

將自動(dòng)化控制技術(shù)和污水處理過(guò)程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能夠有效彌補(bǔ)人工現(xiàn)場(chǎng)操作的不足，大大提高了污水處理的效率。通常來(lái)說(shuō)，污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是由PC、PLC等部分共同組成的DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ鬯幚磉M(jìn)行三級(jí)控制。其中一級(jí)控制為集中控制模式，通過(guò)自動(dòng)化控制總站實(shí)現(xiàn)，主要由上位機(jī)等部分組成；二級(jí)控制為分散控制模式，主要由分散在污水處理單位各個(gè)區(qū)域的PLC站組成；三級(jí)控制為實(shí)時(shí)控制模式，主要由操作現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備組成。要想對(duì)污水處理的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制，首先要保障各級(jí)控制系統(tǒng)之間相關(guān)信息的傳遞，對(duì)相關(guān)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求非常高，污水處理單位通常利用用赫斯曼RS2系列交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)信息的及時(shí)傳遞，系統(tǒng)控制線路一般采用屏蔽雙絞線實(shí)現(xiàn)對(duì)處理現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制[5]。各PLC站相關(guān)信息的傳遞通常采用MPI進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊，各PLC站之間能夠獨(dú)立運(yùn)行，如果某一個(gè)或幾個(gè)PLC站發(fā)生故障，也不會(huì)對(duì)其它PLC站造成影響。

3 自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用

3.1 進(jìn)水泵的自動(dòng)控制

進(jìn)水泵是對(duì)污水處理過(guò)程中來(lái)水的水量和速度進(jìn)行控制的設(shè)備，進(jìn)水泵的自動(dòng)化控制最重要的就是利用水位測(cè)量裝置對(duì)水位的變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)水位升高時(shí)，控制按鈕自動(dòng)發(fā)生動(dòng)作，從而啟動(dòng)進(jìn)水泵。進(jìn)水泵通常由三臺(tái)以上，在沒(méi)有發(fā)生故障的前提下，進(jìn)水泵的啟動(dòng)順序一般是在參考累計(jì)工作時(shí)長(zhǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，按照工作時(shí)長(zhǎng)的長(zhǎng)短進(jìn)行合理安排。而當(dāng)水位下降時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)控制進(jìn)水泵按照相應(yīng)的順序停止工作，需要注意的問(wèn)題是，停止工作的順序和開(kāi)始工作的順序是相反的。自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)累計(jì)進(jìn)水泵的工作時(shí)長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)水泵的自動(dòng)輪值，充分保障進(jìn)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。另外，當(dāng)水位持續(xù)下降超過(guò)相應(yīng)的保護(hù)水位時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠控制進(jìn)水泵自動(dòng)停止工作，具體的保護(hù)水位的數(shù)值可以由管理人員通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)參考相關(guān)的規(guī)范文件進(jìn)行設(shè)定[6]。

3.2 沉砂池的自動(dòng)控制

通過(guò)上文對(duì)污水處理過(guò)程的分析，沉砂池的作用是對(duì)來(lái)水進(jìn)行沉淀處理，沉砂池自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)主要有以下兩點(diǎn)：如果攪拌葉輪正在運(yùn)行，可以利用自動(dòng)控制系統(tǒng)定時(shí)進(jìn)行排沙，同時(shí)能夠通過(guò) PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)排沙泵、沖洗水和排沙閥門等設(shè)備設(shè)施的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)沙水分離過(guò)程的控制，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠確保相關(guān)的設(shè)備設(shè)施處于運(yùn)行或休息狀態(tài)，提高污水處理的效率[7-8]。

3.3 氧化溝曝氣量的自動(dòng)控制

在污水處理過(guò)程中需要一定的氧氣供應(yīng)，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，應(yīng)當(dāng)根據(jù)污水處理過(guò)程中對(duì)氧氣量的具體需求和污水處理相關(guān)設(shè)備的負(fù)荷要求對(duì)氧氣供應(yīng)量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用不但能夠自動(dòng)控制曝氣機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，還可以對(duì)氧氣的供應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。當(dāng)氧氣量較小時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)就可以在調(diào)節(jié)曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)，提高氧氣的供應(yīng)量；相對(duì)的，當(dāng)氧氣量較大時(shí)，該系統(tǒng)就可以調(diào)整曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)降低系統(tǒng)氧氣的供應(yīng)量。自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)指標(biāo)的控制，是按照實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的溶解氧的濃度以及氧化還原電位的具體數(shù)值進(jìn)行的，因此，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理系統(tǒng)供氧能力和處理工程實(shí)際氧氣需求量實(shí)時(shí)控制，從而滿足節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展要求。

3.4 污泥回流量的自動(dòng)控制

對(duì)于污水處理過(guò)程中污泥回流量的自動(dòng)化控制，主要通過(guò)時(shí)間控制和手動(dòng)控制兩種方式進(jìn)行。污泥回流過(guò)程中的設(shè)備設(shè)施依據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出的相關(guān)指令按照一定的順序啟動(dòng)，啟動(dòng)的順序一般為傾斜式螺旋輸送機(jī)——濃縮脫水機(jī)——加藥泵;而停止運(yùn)行的順序則為加藥泵——濃縮脫水機(jī)——傾斜式螺旋輸送機(jī)。當(dāng)相關(guān)的設(shè)備設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出停止工作的指令，只有當(dāng)所有的故障都排除時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)[9]。

4 污水處理自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 做好科學(xué)規(guī)劃

在自動(dòng)化控制技術(shù)具體的應(yīng)用過(guò)程中，要求污水處理廠按照自身的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，主要包括以下兩點(diǎn)：首先，對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的可行性進(jìn)行科學(xué)的分析。污水處理單位要根據(jù)自身的處理工藝，找準(zhǔn)自動(dòng)控制技術(shù)和污水處理工藝的結(jié)合點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等層面綜合考慮自動(dòng)化控制技術(shù)的可行性，特別是要準(zhǔn)確判斷自動(dòng)化控制技術(shù)的效益。其次，要制定出符合自身?xiàng)l件的應(yīng)用方案。污水處理單位要聘請(qǐng)相關(guān)專家，對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)方案進(jìn)行深入的論證和分析，從成本投入、施工條件等多個(gè)角度對(duì)不同實(shí)施方案進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估，保證實(shí)施方案的科學(xué)性。同時(shí)在應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí)，要嚴(yán)格要求系統(tǒng)硬件、軟件的質(zhì)量，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4.2 建立健全相應(yīng)的管理制度

為保證污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，污水處理單位應(yīng)建立健全響應(yīng)的管理制度，使得崗位人員明確自身的職責(zé)，確保所有人員各司其職，管理制度的健全可以從以下幾個(gè)方面考慮進(jìn)行：第一，完善上崗制度。污水處理單位在應(yīng)明確自動(dòng)化控制技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，健全上崗制度，對(duì)崗位工作的內(nèi)容進(jìn)行合理細(xì)分，對(duì)相關(guān)崗位人員的行為進(jìn)行規(guī)范；第二，健全考核制度。為確保相關(guān)人員能夠積極完成自身的工作，污水處理單位應(yīng)針對(duì)不同崗位的特點(diǎn)健全考核制度，明確相應(yīng)的考核指標(biāo)，完善考核工作，以鼓勵(lì)相關(guān)人員積極學(xué)習(xí)自動(dòng)化控制技術(shù)。第三，落實(shí)崗位工作責(zé)任制。為提高污水處理崗位人員的自覺(jué)性，污水處理單位應(yīng)積極落實(shí)工作責(zé)任制，確保所有工作都落實(shí)到具體人員，防止出現(xiàn)事故相關(guān)人員之間相互推諉[10]。

5 結(jié)論

從當(dāng)前我國(guó)污水處理單位自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用效果上來(lái)說(shuō)，大部分污水處理單位應(yīng)用的自動(dòng)化控制技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)了人對(duì)污水處理設(shè)備簡(jiǎn)單的機(jī)械性能的操作，這樣的應(yīng)用水平顯然無(wú)法滿足環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求。污水處理效率的影響因素有很多種，如水量、污染程度、溫度、暴氣量、微生物狀態(tài)以及設(shè)備運(yùn)行情況等，污水處理過(guò)程無(wú)疑是復(fù)雜的，單純依靠預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)程序就實(shí)現(xiàn)對(duì)處理過(guò)程的全面控制是不可能的。需要通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用水平的提高，將污水處理過(guò)程中的相關(guān)指標(biāo)和數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛采集、準(zhǔn)確計(jì)算、合理分析，逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)日益增多，但是為了有效緩解我國(guó)的水資源問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的研究，在不斷提升自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用水平的基礎(chǔ)上不斷橫向拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)一步減少我國(guó)自動(dòng)化控制技術(shù)和西方國(guó)家的差距。