地埋式污水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李 炯

（浙江中控信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，浙江杭州 310051）

污水處理廠是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分。當(dāng)前城市中的污水處理廠普遍建設(shè)在建筑物附近，設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)居民生活產(chǎn)生很大影響，所以需要做好污水處理廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化。地埋式污水廠的許多機(jī)械設(shè)備都埋藏在地下場(chǎng)所中，設(shè)備運(yùn)行不會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生影響，能夠減少對(duì)環(huán)境的影響。在地埋式污水廠建設(shè)期間，通過(guò)采用電氣自動(dòng)化控制模式，能夠有效提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，從而提升污水處理廠的處理能力，是當(dāng)前建設(shè)地埋式污水廠的關(guān)鍵所在。

1 地埋式污水廠及電氣自動(dòng)化控制的基本內(nèi)涵

在城市人口不斷增加的情況下，污水廠所面臨的污水處理量不斷加大，為了能夠滿足污水處理需求，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外生活污水處理裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)城市污水處理的實(shí)際情況，地埋式污水處理模式逐漸被應(yīng)用。地埋式污水廠中的大部分機(jī)械設(shè)備埋藏在地表下，設(shè)備上的地面可以作為綠化或其他用地使用，不需要建房、采暖以及保溫；地埋式污水廠整體設(shè)備處理系統(tǒng)采用全自動(dòng)電氣控制系統(tǒng)和設(shè)備保障故障報(bào)警系統(tǒng)，運(yùn)行可靠性和安全性良好，通過(guò)采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠有效提高運(yùn)行控制效率。城市地埋式污水廠以國(guó)家所規(guī)定的環(huán)保等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合城市建設(shè)實(shí)際情況對(duì)當(dāng)前的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造，使經(jīng)過(guò)處理的污水能夠達(dá)到相應(yīng)的等級(jí)規(guī)定。電氣自動(dòng)化控制污水處理系統(tǒng)是指通過(guò)電氣控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程的自動(dòng)化。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用需要地埋式污水廠滿足兩個(gè)基本條件：

（1）需要根據(jù)地埋式污水廠的實(shí)際處理效果，對(duì)電氣自動(dòng)化控制進(jìn)行合理的配置，制定多種不同自動(dòng)化控制方案，選擇處理效果最佳的控制方案，最終污水處理達(dá)到國(guó)家規(guī)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，例如一級(jí)A、地標(biāo)準(zhǔn)四等，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際要求而確定。

（2）電氣自動(dòng)化控制污水處理系統(tǒng)需要選擇合理的電氣設(shè)備，確保電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行，按照設(shè)計(jì)方案的圖紙進(jìn)行安裝，確保電氣自動(dòng)化控制污水處理系統(tǒng)在投入使用后能夠正常運(yùn)行，滿足污水處理的實(shí)際需求。

2 當(dāng)前地埋式污水廠建設(shè)存在的主要問(wèn)題

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)城市污水處理廠的建設(shè)情況來(lái)看，雖然污水處理廠建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各項(xiàng)污水處理工藝技術(shù)水平提升，但是依然存在著一些顯著的問(wèn)題，導(dǎo)致污水處理廠在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)許多問(wèn)題，具體包括如下幾項(xiàng)。

2.1 負(fù)荷率較低且運(yùn)行能耗較高

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)地埋式污水處理廠的平均運(yùn)行負(fù)荷率僅為79.2%，其中還有一部分建設(shè)水平較差的城鎮(zhèn)地埋式污水廠處理負(fù)荷效率低于60%，同時(shí)城鎮(zhèn)地埋式污水處理廠的處理能耗較高，平均單位耗電量超過(guò)0.308 kW·h/m3，處理能耗較高不僅會(huì)導(dǎo)致地埋式污水處理廠成本提升，同時(shí)會(huì)消耗大量的電力能源，不利于資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)，是當(dāng)前城鎮(zhèn)地埋式污水處理廠存在的主要問(wèn)題。負(fù)荷率較低會(huì)導(dǎo)致城鎮(zhèn)地埋式污水處理廠大量資源被限制，處理設(shè)施沒(méi)有得以充分利用，從而導(dǎo)致污水處理資源被嚴(yán)重浪費(fèi)；處理能耗高會(huì)增加城鎮(zhèn)地埋式污水處理廠成本負(fù)擔(dān)。所以需要加強(qiáng)相關(guān)優(yōu)化措施的制定，通過(guò)對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化處理，提升地埋式污水廠的負(fù)荷率，并降低污水處理能耗。

2.2 電氣自動(dòng)化控制建設(shè)不足

電氣自動(dòng)化控制與傳統(tǒng)的人工處理方式相比，在建設(shè)前期需要大量的設(shè)備投入、資金投入以及技術(shù)投入，部分城市地埋式污水廠為了節(jié)約成本，電氣自動(dòng)化控制建設(shè)水平不高，許多城市地埋式污水處理廠目前處于半自動(dòng)化或全人工方式，能夠?qū)崿F(xiàn)基本電氣自動(dòng)化控制污水處理的城市地埋式污水處理廠數(shù)量不多。電氣自動(dòng)化控制模式的應(yīng)用，需要以完善的電氣系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，才能夠取得良好的運(yùn)行控制效果，但是顯然當(dāng)前部分地埋式污水廠在電氣基礎(chǔ)設(shè)施方面建設(shè)不夠完善，難以為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用提供支持，使得電氣自動(dòng)化控制難以落實(shí)，是當(dāng)前地埋式污水廠建設(shè)存在的主要問(wèn)題。

2.3 電氣自動(dòng)化控制污水處理效果不足

電氣自動(dòng)化控制與傳統(tǒng)人工模式相比，是依靠自動(dòng)化系統(tǒng)以及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行處理，因?yàn)槿狈?shí)際經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)水平較低，許多地埋式污水處理廠的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)污水處理效果不夠精確，經(jīng)過(guò)處理的污水不能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致污水沒(méi)有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)就排出，從而對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境造成了較為惡劣的影響。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)能夠提升地埋式污水廠污水處理效果，但是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，從而導(dǎo)致污水處理實(shí)際效果難以提升，所以需要加強(qiáng)對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此提高電氣自動(dòng)化控制運(yùn)行效果。

2.4 電氣自動(dòng)化控制技術(shù)水平較低

電氣自動(dòng)化控制污水處理系統(tǒng)是一項(xiàng)對(duì)技術(shù)要求較高的模式，但是因?yàn)橄嚓P(guān)人才儲(chǔ)備不足，導(dǎo)致電氣自動(dòng)化控制在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用效果不夠明顯，技術(shù)水平較低，部分地埋式污水處理廠在應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)后反而起到了相反的效果，污水處理綜合效果反而出現(xiàn)了下降的問(wèn)題，亟須提高電氣自動(dòng)化控制技術(shù)水平。電氣自動(dòng)化控制對(duì)于技術(shù)水平要求較高，需要穩(wěn)定、完善的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，才能夠發(fā)揮出自動(dòng)化運(yùn)行控制的作用，但是當(dāng)前許多地埋式污水廠在自動(dòng)化控制技術(shù)方面還存在著問(wèn)題，無(wú)法有效滿足地埋式污水廠建設(shè)需求，所以需要加強(qiáng)對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 地埋式污水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及優(yōu)化措施

通過(guò)上文的分析可以看出，在城鎮(zhèn)地埋式污水廠建設(shè)中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有重要的意義，是保障污水廠運(yùn)行效率以及處理效果的基礎(chǔ)。因此，結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要在按照分散控制、集中化管理以及數(shù)據(jù)資源共享等基本原則基礎(chǔ)上開(kāi)展，控制系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制站PLC、網(wǎng)絡(luò)傳輸軟件以及中央監(jiān)控系統(tǒng)等工程，每個(gè)模塊都具有不同的特點(diǎn)。中央監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制站通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；地埋式污水處理廠通信采用光纖冗余以太環(huán)網(wǎng)，利用各個(gè)控制站性能強(qiáng)大的PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制目標(biāo)，能夠提升數(shù)據(jù)信息傳輸效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地埋式污水廠的信息資源集中化管理，從而構(gòu)成具有綜合性特征的自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，外加監(jiān)控系統(tǒng)則能夠?qū)Φ芈袷轿鬯幚韽S的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

3.2 儀表監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在地埋式污水廠建設(shè)過(guò)程中，儀表監(jiān)測(cè)是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，所以設(shè)計(jì)人員需要按照技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)可靠性以及使用安全性等基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。從當(dāng)前地埋式污水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際需求來(lái)看，應(yīng)用最為普遍的是超聲波液位監(jiān)測(cè)儀表，通過(guò)液位開(kāi)關(guān)明確液位實(shí)際變化，以液位控制反應(yīng)作為水泵自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)，格柵區(qū)域的液位監(jiān)測(cè)主要采用超聲波差測(cè)量?jī)x表進(jìn)行操作，基于格柵周?chē)孜坏膶?shí)際變化情況對(duì)格柵運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整。與此同時(shí)，針對(duì)地下管道內(nèi)部的液體流量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，采用電磁流量計(jì)儀表，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮到出水流量、消毒劑使用量以及混凝劑等多項(xiàng)因素，在進(jìn)出水區(qū)域設(shè)置pH、TN、TU、TP 以及COD 等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀表。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀表在地埋式污水廠建設(shè)中具有重要的作用，是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，主要功能是獲取各監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際流量情況，以此為基礎(chǔ)為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)，使其能夠按照實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地埋式污水廠的供電系統(tǒng)一般為一級(jí)負(fù)荷狀態(tài)，也就是支持雙電源供電，兩路電源同時(shí)工作運(yùn)行，且互相為對(duì)方備用作為保障，使得雙方的使用需求標(biāo)準(zhǔn)都能夠得到滿足。在對(duì)變配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到應(yīng)急供電的問(wèn)題。因?yàn)榈芈袷轿鬯幚韽S的設(shè)備大多埋設(shè)在地下，如果出現(xiàn)火災(zāi)供電將會(huì)中斷，對(duì)于工作人員生命安全會(huì)產(chǎn)生很大威脅，所以需要應(yīng)急供電自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作，確保當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，應(yīng)急供電系統(tǒng)能夠保持正常運(yùn)行，從而能夠提升電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性，為工作人員提供更加完善的安全保障；在變配電電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要做好消防風(fēng)機(jī)自動(dòng)化、消防風(fēng)閥自動(dòng)化、事故截?cái)嚅y自動(dòng)化、應(yīng)急照明自動(dòng)化、疏散指示燈自動(dòng)化以及防火卷簾門(mén)自動(dòng)化設(shè)計(jì)等，保證意外情況發(fā)生時(shí)各項(xiàng)應(yīng)急設(shè)備能夠自動(dòng)化啟動(dòng)，從而提升地埋式污水廠運(yùn)行安全性。

3.4 污水池溶解氧監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

污水中溶解氧的含量對(duì)于污水的處理質(zhì)量管理而言具有重要的意義，因此可以通過(guò)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)污水池溶解氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而能夠更加快速準(zhǔn)確地判斷出當(dāng)前污水處理現(xiàn)狀。通過(guò)在污水池中加入監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)收集當(dāng)前污水池中溶解氧的含量，并將含量信息傳遞給工作人員，使工作人員能夠更加清晰、直觀地了解當(dāng)前污水池的處理能力，從而調(diào)整污水池處理方案，增加或降低溶解氧含量，能夠使污水處理效果得到很大程度的提升。最為重要的是通過(guò)對(duì)溶解氧的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使得系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)能夠滿足當(dāng)前地埋式污水廠的需求，以此能夠提升污水處理工作效率，是溶解氧自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的重要作用。

3.5 污水溫度控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)

在地埋式污水廠的處理工作中，污水溫度控制是影響污水處理效果的重要因素之一。我國(guó)當(dāng)前城市污水中污水來(lái)源較多，例如雨水、工業(yè)廢水、生活廢水等。以化工企業(yè)的工業(yè)廢水為例，其中很有可能含有沸點(diǎn)較低的化學(xué)物質(zhì)，如果污水溫度過(guò)高，達(dá)到了這部分化學(xué)物質(zhì)的沸點(diǎn)，則會(huì)導(dǎo)致這部分化學(xué)物質(zhì)溶解在污水中，在污水溫度發(fā)生變化時(shí)，有害物質(zhì)則會(huì)通過(guò)揮發(fā)的方式進(jìn)入空氣中，從而對(duì)空氣造成污染。因此，為了解決該問(wèn)題，通過(guò)采用電氣自動(dòng)化控制的方式，對(duì)污水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如在污水池中加入鉑熱電阻溫度傳感器。鉑熱電阻對(duì)于溫度變化非常敏感，一般情況下可以精確到0.1 ℃，通過(guò)電氣自動(dòng)化控制溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)定的閾值時(shí)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，還可以通過(guò)電氣自動(dòng)化控制進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)污水溫度控制系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，利用傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)污水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化調(diào)控，從而能夠更好地滿足污水處理工作目標(biāo)，有利于全面提升污水處理工作效率。

3.6 污水酸堿度監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

酸堿度是分析污水現(xiàn)狀的重要指標(biāo)，國(guó)家在對(duì)污水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，一級(jí)B 與一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)的酸堿度值范圍為6～9，如果超過(guò)或低于該范圍，則說(shuō)明污水處理效果不合格。將電氣自動(dòng)化控制加入到污水酸堿度監(jiān)測(cè)中，通過(guò)采用電位法結(jié)合信號(hào)放大器，能夠?qū)?dāng)前污水的酸堿度值自動(dòng)上傳到該系統(tǒng)中，從而使工作人員更加準(zhǔn)確地掌握當(dāng)前污水的酸堿度數(shù)值，當(dāng)數(shù)值過(guò)高時(shí)可以采用加入中和劑的方式降低或提高污水酸堿度數(shù)值，使其能夠達(dá)到相應(yīng)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。酸堿度作為污水處理過(guò)程中的基本評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)其調(diào)控，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取酸堿度數(shù)據(jù)，在過(guò)高或過(guò)低時(shí)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠全面提升地埋式污水廠處理效果。

4 地埋式污水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

2020年H 市某地埋式污水廠在其自動(dòng)化控制系統(tǒng)中加入了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，采用上述設(shè)計(jì)方案，通過(guò)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)污水的酸堿度、溫度、溶解氧濃度、氨氮含量、磷含量以及固定懸浮物濃度等多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將原本一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)提高到一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。將電氣自動(dòng)化控制在污水處理系統(tǒng)中應(yīng)用一段時(shí)間后，工作人員對(duì)污水處理效果進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)，出水化學(xué)需氧量為36.8～48.5 mg/L，溶解氧量為3.1～7.2 mg/L，氨氮含量為1.2～5.2 mg/L，磷含量為0.04～0.5 mg/L，固體懸浮物濃度為4.5～9.5 mg/L，達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文全面闡述了地埋式污水廠及電氣自動(dòng)化控制的基本內(nèi)涵，對(duì)當(dāng)前地埋式污水廠建設(shè)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，最后提出了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并將系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用檢驗(yàn)，結(jié)果證明電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用效果。希望能夠?qū)ξ覈?guó)地埋式污水廠建設(shè)起到一定的借鑒和幫助作用。