機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化在污水處理廠的應(yīng)用

黃瑜安

【摘 要】近些年，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技水平都取得明顯進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)逐漸運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率。污水處理是我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在污水處理工程中具有重要作用，文章以廣西綠城水務(wù)股份有限公司埌東污水處理廠機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用為例，對(duì)污水處理過(guò)程中運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的情況進(jìn)行分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】污水處理;機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TU992.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0096-03

我國(guó)水資源并不豐富，為此需要采取有效措施提高水資源利用率，污水處理廠能夠?qū)⑽鬯M(jìn)行有效處理，然后將處理過(guò)的污水用于農(nóng)業(yè)利用、城市雜用、工業(yè)利用、環(huán)境利用等，從而實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用，讓環(huán)境得到有效保護(hù)[1]。目前，我國(guó)大多數(shù)污水處理廠的工作負(fù)荷都相對(duì)較高，將機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在污水處理工程中，可以改善污水處理廠工作負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)污水的有效凈化，確保污水經(jīng)過(guò)處理后可以再次運(yùn)用到人們的生活中。

1 污水處理中運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的情況

1.1 運(yùn)用原則

現(xiàn)階段的主要工業(yè)控制模式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、儀表檢測(cè)系統(tǒng)、PLC站與組態(tài)軟件工作合作，這些工業(yè)控制模式已逐漸運(yùn)用在污水處理機(jī)械自動(dòng)化控制中。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)污水處理設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)組成過(guò)程中，需要結(jié)合污水處理各個(gè)工藝具備的特征，考慮到“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，分站少人值班”的重要原則[2]。同時(shí)需要達(dá)到以下4點(diǎn)要求：第一，需確保污水處理控制系統(tǒng)即使在很嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下，也能夠具備較高的穩(wěn)定性、可靠性與安全性。第二，污水處理系統(tǒng)需要與現(xiàn)今先進(jìn)的控制模式相匹配。第三，污水處理設(shè)備需要具備擴(kuò)展性，預(yù)留足夠的維護(hù)性與可操作性，保持靈活的通信方式。第四，自動(dòng)控制系統(tǒng)需要有優(yōu)良的實(shí)時(shí)性，盡可能地避免滯后帶來(lái)嚴(yán)重影響，自動(dòng)控制系統(tǒng)需能夠適應(yīng)不同的工作狀況。

1.2 發(fā)展情況

我國(guó)污水處理廠引入自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)間比較晚，直到20世紀(jì)90年代，自動(dòng)化水平才有了明顯進(jìn)步。如今，我國(guó)污水處理自動(dòng)系統(tǒng)存在以下5個(gè)明顯特征：第一，部分建設(shè)時(shí)間較早的污水處理廠，只具有水平較低的污水設(shè)備自動(dòng)化水平，大多數(shù)需要依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，污水處理廠仍存在自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式并存的情況。第二，國(guó)產(chǎn)在線檢測(cè)設(shè)備不具備良好的穩(wěn)定性能，設(shè)備做不到長(zhǎng)期可靠運(yùn)行[3]。第三，污水處理廠各個(gè)站點(diǎn)間沒(méi)有進(jìn)行有效的信息交換，有些不能實(shí)現(xiàn)信息共享。第四，污水處理廠部分?jǐn)?shù)據(jù)仍需要人工記錄。第五，國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)備不具備良好的通用性與互換性。

1.3 運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

通常情況下污水處理廠服務(wù)范圍面積較大，現(xiàn)場(chǎng)情況較為復(fù)雜。部分建設(shè)時(shí)間較早的污水處理主要依賴人工進(jìn)行處理，人工處理的方法會(huì)導(dǎo)致人力、物力雙重浪費(fèi)，效率低。人工操作存在較大的偶然性，水質(zhì)指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)較大誤差，水質(zhì)合格率相對(duì)較低。上述污水處理過(guò)程存在的問(wèn)題可以借助綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)解決。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以有效降低污水處理成本，提高準(zhǔn)確性和處理效率，有效解決異常情況。污水處理廠設(shè)置中心控制室，通過(guò)中心控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理情況。中心控制室的數(shù)據(jù)庫(kù)可以更好地保存污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，借助數(shù)據(jù)信息合理調(diào)整經(jīng)營(yíng)管理[4]。

1.4 存在問(wèn)題

污水處理過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化存在以下問(wèn)題：第一，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的操作難度較大，需要配備專業(yè)人士進(jìn)行管理。第二，購(gòu)買自動(dòng)化系統(tǒng)配備設(shè)備的成本比較高，運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，需要購(gòu)買較多的軟件和硬件，前期購(gòu)買軟硬件的成本較高，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能回收成本，導(dǎo)致較多污水處理廠不愿意投入過(guò)多資金購(gòu)買軟硬件支撐自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行。

2 污水處理廠運(yùn)用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)例

廣西綠城水務(wù)股份有限公司埌東污水處理廠是一座現(xiàn)代化城市市政污水處理廠，整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目共分為4期工程，均已投產(chǎn)使用。埌東污水處理廠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置有PLC控制站、光纖網(wǎng)絡(luò)、中心控制室。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一期、二期、三期、四期工程生產(chǎn)調(diào)度的統(tǒng)一化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一化，生產(chǎn)報(bào)表的統(tǒng)一化，從而方便污水處理廠的生產(chǎn)調(diào)度和管理。

2.1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制

污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)要求對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具備控制操作、顯示功能、數(shù)據(jù)管理、報(bào)警功能、打印功能等功能。以埌東污水處理廠為例，其綜合自動(dòng)化系統(tǒng)共設(shè)置有1個(gè)中心控制室、3個(gè)PLC控制站與其相匹配的I/O站點(diǎn)，分別安裝在變配電房、大鼓風(fēng)機(jī)房和脫水機(jī)房，能夠自主形成3個(gè)子控制系統(tǒng)。變配電房工作站的I/O站點(diǎn)設(shè)置在進(jìn)水段與沉砂池中，借助I/O站點(diǎn)對(duì)污水開(kāi)展有效的采樣與物理化學(xué)分析，工作站能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)裝置的啟動(dòng)與停止裝置，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行污水進(jìn)水量調(diào)節(jié)、水樣采集等相關(guān)操作，監(jiān)控進(jìn)水溫度、懸浮物濃度、pH值等[5]。大鼓風(fēng)機(jī)房工作站主要監(jiān)控生化池溶解氧濃度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、閥門開(kāi)關(guān)度、攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)情況等，具備進(jìn)行風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)、閥門開(kāi)關(guān)度大小調(diào)節(jié)等操作。脫水機(jī)房控制站用于監(jiān)控脫水機(jī)、進(jìn)泥泵、加藥泵等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，科學(xué)合理控制污泥濃縮、加藥量。3個(gè)控制站對(duì)污水處理的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，然后將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂剖摇?/p>

2.2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的管理

埌東污水處理廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的中心控制室與控制站通過(guò)光纖進(jìn)行連接。當(dāng)中心控制室發(fā)出上傳指令時(shí)，系統(tǒng)各單元將當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)行過(guò)程中的主要參數(shù)（水質(zhì)參數(shù)、液位、流量等）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度）等信息上傳到中心控制室，技術(shù)人員通過(guò)中心控制室獲得大量的污水監(jiān)控信息，能根據(jù)污水COD、pH值、氨氮、微生物含量等數(shù)值進(jìn)行圖表繪制，對(duì)當(dāng)前污水處理過(guò)程、水質(zhì)情況進(jìn)行有效分析，合理評(píng)估污水處理系統(tǒng)、控制站的運(yùn)作有無(wú)異常狀況發(fā)生，并對(duì)污水處理系統(tǒng)、控制站進(jìn)行下一步工作安排。此外，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，能有效統(tǒng)計(jì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、耗電量、耗水量、藥劑投放量、污水處理量等數(shù)據(jù)，有效計(jì)算每噸污水處理所需要的成本，并將成本控制在合理范圍內(nèi)[6]。遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)能夠在異常情況下立即做出報(bào)警動(dòng)作，準(zhǔn)確反映報(bào)警信息，從而提高污水處理的安全性。

2.3 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)備

構(gòu)成污水處理廠整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的元素是設(shè)備，一般機(jī)械設(shè)備主要包含專用、通用兩種類型，潛水提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、污水處理閥門、管道等屬于通用機(jī)械設(shè)備范疇，污泥處理設(shè)備（如污泥脫水機(jī)）、攪拌器、曝氣設(shè)備、機(jī)械攔污設(shè)備（如格柵）、紫外消毒設(shè)備、刮/吸泥橋架、除臭裝置等設(shè)備屬于專用污水處理設(shè)備范疇。目前，埌東污水處理廠大部分機(jī)械設(shè)備均具備自動(dòng)運(yùn)行功能，可根據(jù)設(shè)定某些程序或者指令進(jìn)行動(dòng)作和運(yùn)行，也可以與傳感器等其他裝置聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)，在鼓風(fēng)機(jī)和潛水提升泵上已應(yīng)用變頻技術(shù)。變頻器的軟啟動(dòng)能大大減小電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，可根據(jù)工藝和參數(shù)適當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量，具有明顯的節(jié)電效果。變頻技術(shù)的應(yīng)用不但免去許多煩瑣的人工操作和安全隱患因素，使系統(tǒng)運(yùn)行始終處于節(jié)能狀態(tài)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，更好地適應(yīng)生產(chǎn)需求;而且，變頻器豐富的內(nèi)部控制功能可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。

3 污水處理過(guò)程中運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)實(shí)例

3.1 機(jī)械設(shè)備與傳感器聯(lián)動(dòng)控制

在污水處理中，鼓風(fēng)曝氣是將壓縮空氣通過(guò)管道送入曝氣池的擴(kuò)散設(shè)備，以氣泡形式分散進(jìn)入混合液，使氣泡中的氧迅速擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到混合液中，供給活性污泥中的微生物。埌東污水處理廠曝氣系統(tǒng)包括磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)、生化池DO儀表、控制站、壓力變送器、MCU（總控制中心）及空氣調(diào)節(jié)閥。曝氣系統(tǒng)中各個(gè)部件均能自動(dòng)完成其作用。根據(jù)工藝要求，DO值一般保持在2.0 mg/L。因此，控制站設(shè)定DO值為2.0 mg/L。具體自動(dòng)化過(guò)程：當(dāng)生化池上的DO儀檢測(cè)水中的溶解氧濃度低于2.0 mg/L，該數(shù)值會(huì)反饋到控制站，與控制站上的設(shè)定值比較，小于設(shè)定值，進(jìn)而輸出信號(hào)到生化池上的空氣調(diào)節(jié)閥，將空氣調(diào)節(jié)閥的閥門開(kāi)度增大，管道上的空氣壓力同時(shí)增大，檢測(cè)總空氣管壓力的壓力變送器將壓力信號(hào)值傳輸?shù)組CU中，MCU內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)接收到的壓力信號(hào)自動(dòng)提高離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)量，生化池的曝氣量隨之相應(yīng)增加，溶解氧將升高;當(dāng)生化池DO儀檢測(cè)數(shù)值大于2.0 mg/L時(shí)，MCU自動(dòng)減少離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)量，甚至運(yùn)行臺(tái)數(shù)。整個(gè)調(diào)整過(guò)程均為自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)須手動(dòng)控制。

3.2 機(jī)械設(shè)備的PLC控制

埌東污水處理廠進(jìn)水泵房均安裝有格柵，用于攔截污水中較大的漂浮物、懸浮物等，保護(hù)其他機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行，減輕后續(xù)處理負(fù)荷。格柵的前段均安裝超聲波液位差計(jì)，用于測(cè)量格柵前后相對(duì)應(yīng)的液位差，從而反映格柵有無(wú)發(fā)生阻塞，同時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)將傳輸?shù)綑C(jī)械設(shè)備PLC控制器中，借助PLC控制器進(jìn)行計(jì)算與分析。如果測(cè)量的液位差與初始設(shè)置數(shù)據(jù)存在較大差異，PLC控制器將傳輸信號(hào)到格柵，增加清理垃圾頻次，確保過(guò)水環(huán)節(jié)保持暢通。如果測(cè)量的液位差與初始設(shè)置數(shù)據(jù)相差不大，說(shuō)明過(guò)水環(huán)節(jié)保持正常，格柵自動(dòng)運(yùn)行頻次不變，甚至減小，可以有效預(yù)防設(shè)備過(guò)度使用磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。此外，格柵可按時(shí)間順序進(jìn)行控制，在PLC中設(shè)定運(yùn)行周期、間隙時(shí)間和每次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，格柵將按照設(shè)定好的指令自動(dòng)運(yùn)行。為了確保潛水提升泵能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，還可以在進(jìn)水泵房配備2臺(tái)超聲波液位計(jì)，用于及時(shí)反映水位情況，PLC控制器接收數(shù)據(jù)后開(kāi)展有效分析[7]，可以不斷調(diào)整泵的運(yùn)行狀態(tài)，適應(yīng)不同的工況讓進(jìn)水提升泵一直處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

污水處理廠的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化是確保污水處理設(shè)備正常運(yùn)行的重要部分，一臺(tái)好的機(jī)械設(shè)備既可以自動(dòng)運(yùn)行，使操作人員不用到現(xiàn)場(chǎng)，減輕人員工作負(fù)擔(dān)，又能與別的設(shè)備聯(lián)動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。在污水處理廠科學(xué)合理地運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化，有效運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，以及有效運(yùn)用PLC控制工程和傳感器設(shè)備，以此提高污水處理的工作效率與工作質(zhì)量，使污水能夠得到有效凈化，從而實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。

參 考 文 獻(xiàn)

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