自動化技術(shù)在現(xiàn)代化污水處理中的應(yīng)用

蔣晚霞 李浩

1.中原環(huán)保股份有限公司，中國·河南 鄭州 450000

2.鄭州市污水凈化有限公司，中國·河南 鄭州 450000

1 引言

對于自動化控制技術(shù)來講，最開始就是應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中的一項技術(shù)，旨在通過應(yīng)用自動化控制技術(shù)，使生產(chǎn)效率得到全面提升并促進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量提高。隨著當(dāng)前環(huán)保生產(chǎn)概念的提出以及政策的要求，生產(chǎn)作業(yè)過程中自動化控制技術(shù)也在污水處理工作發(fā)揮了不可替代的作用。自動化技術(shù)在污水處理生產(chǎn)中的應(yīng)用可以大幅度提高污水處理效率，同時又能夠保證排污系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2 污水處理自動化控制系統(tǒng)及過程

2.1 系統(tǒng)

污水處理廠處理工藝的控制系統(tǒng)由三部分組成。第一級是就地控制（現(xiàn)場電氣控制柜）。第二級是過程控制（各PLC 分控站）。第三級是監(jiān)控管理（中央控制室的操作站和工程師站）。

2.1.1 手動控制

通過就地控制箱或MCC 上的按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作，這種操作模式主要在單機(jī)調(diào)試、單機(jī)檢修或非正常情況下常用。

2.1.2 遠(yuǎn)程控制

操作人員通過操作面板或中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面用鼠標(biāo)器或鍵盤來控制現(xiàn)場設(shè)備，也稱為“半自動控制”，主要是指操作人員通過對受控對象（系統(tǒng)或過程）的某一環(huán)節(jié)或設(shè)備進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)定或發(fā)出控制指令，這一環(huán)節(jié)或設(shè)備即按照控制要求執(zhí)行控制，操作人員只需查看其狀態(tài)以及有無報警顯示等，如鼓風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程風(fēng)量調(diào)整、提升泵房的一步化控制等。根據(jù)操作人員是否在受控系統(tǒng)或過程的現(xiàn)場來看，半自動控制有遠(yuǎn)程（通過中央控制室操作員站上實現(xiàn)）和就地（通過PLC 控制柜上的人機(jī)界面觸摸屏上實現(xiàn)）兩種操作方式[1]。

2.1.3 自動控制

主要是指操作人員通過對受控對象（系統(tǒng)或過程）的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行簡單地設(shè)定或發(fā)出控制指令，系統(tǒng)或過程即按照要求進(jìn)行閉環(huán)自動控制，操作人員只需觀察系統(tǒng)或過程的狀態(tài)以及有無報警顯示等。

例如，全自動粗格柵機(jī)控制、提升泵房的機(jī)組優(yōu)化控制、V 型濾池自動控制等[2]。根據(jù)操作人員是否在受控系統(tǒng)或過程的現(xiàn)場來看，全自動控制有遠(yuǎn)程（通過中央控制室操作員站上實現(xiàn)）和就地（通過PLC 控制柜上的人機(jī)界面觸摸屏上實現(xiàn)）兩種操作方式。

2.2 案例

某大型污水處理廠分一期二期建成，兩期日處理量為60萬噸，采用傳統(tǒng)AAO 處理工藝，該污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計有1 個中央控制室、4 個分控站（預(yù)處理分控站、水區(qū)分控站、濾池分控站、深度處理分控站）、2 個初沉污泥泵房子站、8 個生物反應(yīng)池子站、2 個回流污泥泵房子站、加氯間子站、加藥間子站、4 個混合沉淀池子站、中間提升泵房子站、回用水泵房子站、16 個濾池子站，共36 個控制子站。并將一期、二期的自控系統(tǒng)組成一個大環(huán)網(wǎng)，上位機(jī)畫面涵蓋一期、二期所有監(jiān)控信號。

除預(yù)處理分控站和濾池分控站外，其他分控站下的子站串成環(huán)網(wǎng)后用以太網(wǎng)交換機(jī)接入相應(yīng)分控站的以太網(wǎng)交換機(jī)與中控室進(jìn)行通訊。另外，需要連接的成套設(shè)備包括：電力綜保后臺系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)、加氯間現(xiàn)場控制系統(tǒng)、加藥間現(xiàn)場控制系統(tǒng)。

該自動化系統(tǒng)是由多個環(huán)節(jié)所組成的，每一個環(huán)節(jié)不僅可以進(jìn)行獨(dú)立作業(yè)，還可以結(jié)合在一起組成一個完善的系統(tǒng)進(jìn)行操作。

該污水處理廠的自動化控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 污水處理廠的自動化控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 自動化技術(shù)污水處理各控制環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

3.1 預(yù)處理階段——預(yù)處理分控站

預(yù)處理分控站控制范圍內(nèi)的主要建（構(gòu)）筑物有粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、初沉池、初沉污泥泵房和第三分變電站；所需檢測的主要參數(shù)有液位、液位差、流量、COD、氨氮等，所檢測的儀表信號均通過通訊口上傳。每個建（構(gòu)）筑物中儀表的設(shè)置如下。

3.1.1 粗格柵及進(jìn)水泵房

粗格柵及進(jìn)水泵房內(nèi)設(shè)有3 套雷達(dá)液位計，1 套位于粗格柵前，2 套位于粗格柵后，用于檢測粗格柵前后的液位，從而計算得出前后的液位差，其液位和液位差信號上傳至PLCN1。

3.1.2 細(xì)格柵及曝氣沉砂池

細(xì)格柵及曝氣沉砂池上設(shè)有2 組超聲波液位差計、4 套一體式空氣流量計和1 套pH/T 檢測儀。其中，每組超聲波液位差計帶2 個探頭，2 個探頭分別位于細(xì)格柵前后，用于檢測細(xì)格柵前后的液位以及兩者的液位差，其液位和液位差信號上傳至PLCN1；空氣流量計分別位于曝氣沉砂池的4 根空氣管上，用于檢測曝氣管內(nèi)的空氣流量，其空氣流量信號上傳至PLCN1；pH/T 檢測儀安裝于細(xì)格柵與曝氣沉砂池中間，用于檢測進(jìn)水的pH 和溫度，其信號上傳至PLCN1[3]。

3.1.3 初沉污泥泵房

初沉污泥泵房每臺螺桿泵的出泥管路上安裝有1 臺分體式電磁流量計，用于檢測螺桿泵的排泥流量，其信號上傳至PLCN1-1、2。

3.2 生物處理階段——水區(qū)分控站

水區(qū)分控站控制范圍內(nèi)的主要建（構(gòu)）筑物有1#、2#生物反應(yīng)池，1#、2#、3#二沉池，二沉池配水井及回流污泥泵房，接觸池、回用水泵房、加氯間和第二總變電站；所需檢測的主要參數(shù)有：液位、流量、MLSS、ORP、DO、污泥濃度、pH、溫度、余氯、COD、氨氮等，所檢測的儀表信號均通過通訊口形式上傳。每個建（構(gòu)）筑物中儀表的設(shè)置如下。

3.2.1 1#、2#、3#、4#生物反應(yīng)池

在生物反應(yīng)池的厭氧區(qū)設(shè)有1 臺MLSS 檢測儀和1 臺ORP 檢測儀（2#生物反應(yīng)池不設(shè)此儀表），在好氧區(qū)的第二廊道、第四廊道和第六廊道的末端分別設(shè)有1 臺DO 檢測儀，用于檢測生物池中的污泥濃度、氧化還原電位以及溶解氧含量，其信號上傳至PLCN2-1、4；在生物池出水口處設(shè)有1 臺MLSS 檢測儀和1 臺DO 檢測儀，用于檢測出水口處的污泥濃度和溶解氧含量，其信號上傳至PLCN2-2、3；在生物反應(yīng)池曝氣總進(jìn)氣管上安裝有空氣流量計，用于檢測進(jìn)入每座生物池的空氣流量，其信號上傳至PLCN2-2、3。

3.2.2 二沉池配水井及回流污泥泵房

在二沉池配水井及回流污泥泵房的污泥井上設(shè)有1 臺污泥濃度計和超聲波液位計，用于檢測回流及剩余污泥的污泥濃度及污泥井中的污泥液位，其信號上傳至PLCN2-5；在剩余污泥泵的出泥管路上安裝有一體式電磁流量計，用于檢測剩余污泥排泥流量，其信號上傳至PLCN2-5[4]。

特別提出的是在生物處理階段，通過自動化控制系統(tǒng)，能夠?qū)ξ鬯幚磉^程中所需的曝氣量等進(jìn)行精準(zhǔn)控制，即精確曝氣。降低在污水處理過程中的能源消耗。

4 結(jié)語

綜上所述，對于污水處理工作來講，應(yīng)用自動化控制技術(shù)不僅是污水處理工作的實際需要，同時也是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)過程中的必然要求，將自動化技術(shù)應(yīng)用與污水處理過程要結(jié)合實際情況，做好自動化控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，將自動化技術(shù)應(yīng)用與污水處理的各個階段，可以進(jìn)一步提高污水處理整體效率和管控水平。