芻議城市污水處理自動化技術

陳紀程

城市建設規(guī)模逐步擴大，常住人口有所增加，在此發(fā)展趨勢下，日常生產、生活、活動更加頻繁，污水排出規(guī)模尤為可觀，衍生出嚴重的水污染和水資源浪費等問題。此時以何種方法有效處理城市污水成為業(yè)內熱議的話題。其中，自動化技術是重要的發(fā)展方向，其對城市污水處理有重要的推動作用。于此，文章以城市污水處理為背景，著重探討自動化技術在其中的具體應用要點，闡述主要的技術應用要求和作業(yè)方法，以供參考。

信息技術日益發(fā)展，逐步融合至生產生活中，此時自動化特征隨之彰顯。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下，城市污水的處理水平需有所提高，在此領域的技術發(fā)展中，合理應用自動化技術為重要的思路，由此促進污水處理系統(tǒng)運行水平的提高，以更加自動化的方式高效處理污水，提高水資源利用率，減小對水域生態(tài)環(huán)境的污染。

一、自動化系統(tǒng)概述

目前，較為成熟的控制系統(tǒng)一般有現場控制站、操作員站、工程師站、服務器及管理平臺4個單元構成，控制系統(tǒng)采用開放系統(tǒng)和標準的通信協(xié)議，其基本控制思想是功能與危險分散，監(jiān)測與管理集中。現場控制作為控制系統(tǒng)的核心，主要負責信號的采集與掌握控制策略：操作員站連接系統(tǒng)與操作員，完成人機界面的各種功能;工程師站負責配置系統(tǒng)，控制回路組態(tài)，下裝目標運行系統(tǒng)到操作員站和現場控制站，服務器及管理平臺則是為全套系統(tǒng)提供服務[1]。

二、城市污水處理綜合自動化系統(tǒng)

（一）控制網絡服務系統(tǒng)

以2個PLC工作站為核心，分別布設在水區(qū)和污泥區(qū)，并配套適量I/O站點，建成兩個子控制系統(tǒng)。其中，水區(qū)的I/O站點主要布設在旋流沉砂池、終沉池內，功能在于對污水采樣并針對獲得的樣品做物理化學分析，工作站發(fā)揮出調控的作用，保證裝置靈活地啟動和停止，實現對藥劑用量、污水回流量的有效控制，還具備全程監(jiān)控的功能，明確污水的微生物含量、污水的pH值、懸浮物的濃度等關鍵參數，根據實測參數展開計算，確定下一環(huán)節(jié)適宜的藥劑投加量，以便后續(xù)作業(yè)的順利進行。污泥控制工作站可實現對污泥的濃度及加藥量的有效控制，運行流程與水區(qū)具有相似性。工作站執(zhí)行操作，同時確定污水處理期間涉及到的各項指標，管理網絡服務系統(tǒng)可及時接收到此類信息。

（二）管理網絡服務系統(tǒng)

中央工作室屬于此系統(tǒng)的核心，其與工作站保持連接，以便獲取污水的相關信息，也可監(jiān)控工作站的運行狀態(tài)。配置方面，中央工作室內有監(jiān)督控制裝置和優(yōu)化軟件，可及時分析污水處理狀況，確定污水pH值微生物含量、污泥微生物含量等關鍵的參數，基于此類數據繪制圖表，以此來預測指標的走勢，估算當前的水質狀況，也能夠預測工作站的運行狀況和檢驗污水處理系統(tǒng)是否有異樣，在對現場各裝置的運行情況形成系統(tǒng)性的把握后，能夠給后續(xù)工作的開展提供引導。此外，中央工作室統(tǒng)計污水處理設備的耗電量、藥劑的投加量等相關數據，據此展開計算，確定每噸污水的平均處理成本，再結合污水實際處理成效，富有針對性地采取成本控制措施。遠程監(jiān)管系統(tǒng)則具有安全防護的作用，若現場存在異常，可及時做出響應，報警并生成報警信息，以便相關技術人員根據實際情況有效應對。

三、制造執(zhí)行系統(tǒng)功能

集能源管理、質量管理、設備管理等各類特定功能的子系統(tǒng)于一體，共同構成完善的制造執(zhí)行系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的設計中，綜合考慮污水達標率要求、處理量等基礎指標，以此為導向，制定生產作業(yè)計劃，明確具體的流程，闡述在預處理、一二級處理、污泥處理等各環(huán)節(jié)的各項關鍵工藝要點。在管理子系統(tǒng)的應用中，以生產作業(yè)計劃為基準，富有針對性地調控污水處理過程，消除各類不利于系統(tǒng)正常運行的因素，以保證生產的有效性，依據既定的計劃有序完成污水處理作業(yè)。同時，還可全面統(tǒng)計生產完成情況，根據各項數據量化分析污水處理狀況，得到可用于反映實際情況的評價結果[2]。

全方位采集污水處理各環(huán)節(jié)的各項能源消耗數據，高效整合，針對此類數據做統(tǒng)計分析，評價污水處理的能耗情況，予以有效的控制，力爭將能源消耗控制在最低的狀態(tài)。依據生產成本計劃，在線計量物耗、能耗，將此類數據與預設值做對比分析;也能夠進行成本預測，進而與標準成本指標加以比對，判斷污水處理在經濟效益方面的表現。根據各項對比分析結果，靈活地做出操作指導，以便在低成本的方式下保質保量完成污水處理的各項工作。

四、自動化PLC技術

以污水處理自動化為目標，綜合考慮現階段污水處理廠在日常運行中存在的突出問題，綜合應用以PLC技術為代表的主流技術。系統(tǒng)設計時，遵循“橫向分站、縱向分層”的基本原則，建立具有層次化特征的系統(tǒng)。橫向，以污水處理工藝為基準，合理設定適量的控制站，賦予用戶權限，使其可以根據實際情況選擇合適的系統(tǒng)，有效開展污水處理工作;縱向，建設的是遠程終端、集成生產系統(tǒng)、控制網絡、現場設備等（見圖1）。

污水泵是污水處理中的重要裝置，其應用的是自耦啟動或變頻器控制的方式?？紤]系統(tǒng)高精度的、全面化的控制要求，在電氣部分的設計中，開發(fā)遠程控制功能。

（二）污水預處理工序自控系統(tǒng)

主控制器選用PLC，提供就地、遠程手動、遠程自動三種控制方式，以便工作人員根據實際需求做合理的選擇。沉淀池的硬件設施配套方面，包含電動排泥閥和刮沫機兩大部分，前者既可現場手動作業(yè)，也可以在工作不便時啟用遠程操作功能。后者產生的控制信號有一套順暢的流動機制，可反饋至上位機的PLC中。無論是電動排泥閥還是刮泥機，兩者均受主控制器的控制。

（三）曝氣池溶解氧與鼓風曝氣自動控制系統(tǒng)

各曝氣池溶解氧含量的控制為重點內容（見圖2），在溶解氧傳感器和控制器等裝置的聯(lián)合作用下，精準完成控制動作，通過調節(jié)閥開度，實現對溶解氧的有效控制，將其穩(wěn)定在合理的區(qū)間內。為了提高對鼓風曝氣總量的控制水平，聯(lián)合應用到變頻調速器、溶解氧傳感器及綜合參數流量控制器，在三類儀器的協(xié)同作用下，提升控制效果。以保證曝氣池供氧量為基本目標，對鼓風總量做靈活的調整（依托于調節(jié)風機轉速的方式而實現），在該動態(tài)控制機制下，可以有效保證控制效果，并減少鼓風機運行過程中的電力資源消耗量。

串級控制回路為主要的組成部分，各回路的硬件包含混合液濃度傳感器和控制器、電動調節(jié)閥等。在系統(tǒng)運行中，執(zhí)行機構、電動調節(jié)閥多類裝置均有純滯后時間，針對此特點，在配置串級控制系統(tǒng)時，將采樣值PI控制作為控制器進行使用?；亓魑勰嗾{節(jié)閥的工作量較大，為適度降低動作頻率，針對混合液濃度控制器做深度的優(yōu)化，即實施的是“采樣-保持式增量控制”的方式，根據需求設定時間間隔，由控制器定期采樣，分別檢測各階段混合液的濃度，并對前后數據做對比分析，確定各區(qū)間對應的變化量。在此基礎上，綜合對比當前混合液濃度及其標準控制范圍的中值，經計算后確定兩項參數的差值，最后綜合多項數據確定給定流量，以便主、從控制器的合理運行。

（五）二沉池泥水界面檢測及排泥控制系統(tǒng)

核心組成包含工業(yè)控制機、泥水界面計、無線傳輸裝置。配套無線發(fā)射模塊，在其支持下，能夠將二沉池泥水界面值高效傳輸給無線接收模塊，在此基礎上，進一步傳至工業(yè)控制機（此處借助RS-485總線實現）。在排泥控制系統(tǒng)的組成中，控制和執(zhí)行單元為重點部分，在多元件的聯(lián)合作用下，控制二沉池泥水界面值，保證其合理性。

（六）污泥脫水工序自控系統(tǒng)

絮凝劑作為污泥脫水工序中的重要材料，其用量控制尤為關鍵，具體根據污泥量、污泥濃度做合理的調節(jié)，以便污泥脫水發(fā)生于最佳絮凝狀態(tài)。為了實現污泥脫水的自動化控制目標，建立自動化系統(tǒng)，用于在線監(jiān)測以及實時控制。設備配套方面，其數量根據污泥脫水工藝流程而定，以PLC為控制器，提供手動和自動兩種控制模式。其中，在手動控制方式下，工作人員可結合工藝要求予以有效的操作。對于閥門控制器和定量控制器，兩者也分別提供了手動、自動兩種方式，必要時可以由專員借助面板完成手動操作。自動運行環(huán)節(jié)，核心要點在于精細化控制閥門開度和定量泵加藥量等。但需注意的是，加藥量和閥門開度控制器均有延時，因此在對兩者進行控制時，采用的是帶有滯后的多因素非線性控制方式。

五、提高城市污水處理自控技術應用

水平的具體策略

（一）注重PLC數據采集的準確性和全面性

按點檢查，編制一套可行的程序。將MBR系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)的各項信號完整采集到中控室監(jiān)控計算機，具體包含自動信號、運行信號、故障信號等，存在不完善的數據點時，需結合實際情況重新編制PLC程序和上位軟件程序，在此方式下實現歷史數據報表、數據存儲等功能。充分關注原系統(tǒng)網絡的特性，若為星型拓撲結構，可增設兩條光纖，目的在于建立光纖環(huán)網，以此來提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。依托中控室監(jiān)控計算機，完成一系列遠程控制動作，如MBR系統(tǒng)的設備啟動、停止。在采取前述技術措施后，進一步保證MBR系統(tǒng)和污水系統(tǒng)的圖紙描述準確性，后續(xù)可高效核對MBR系統(tǒng)的數據點，同時也能夠更便捷地開展擴建和檢修工作。

（二）提升系統(tǒng)的完整性

增設高性能工控機和數據服務器各1臺（必要時可適當增加數量），配套第三方監(jiān)控軟件KingTrolSCADA，在該優(yōu)化方式下，圍繞上位監(jiān)控系統(tǒng)重新設計、集成，此時可構建統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，以便開展對污水系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)的監(jiān)測與管控工作，隨之提升數據的全面性，相關工作人員也能夠高效查詢數據，便捷操作。

（三）加強信息化建設

積極推進信息化建設進程，提高污水處理廠的信息化水平，進而實現如下功能。

1.電能管理

構建與現有系統(tǒng)的通信路徑，將配電中心的電力數據傳輸至系統(tǒng)并做完整的存儲。以車間為單位，按特定的周期開展電能監(jiān)測和成本核算工作，產生的數據可作為績效考核的參考，同時也能夠為管理者的優(yōu)化調度管理提供引導。

2.成本分析

全面統(tǒng)計全廠的電費和藥劑費，建立運營管理成本分析系統(tǒng)，綜合考慮水量數據，在明確全廠的總體運行狀況后，監(jiān)控和管理單位污水處理成本，盡可能減少不必要的成本投入。

3.數據倉庫

考慮到大規(guī)模數據的存儲需求，建立全廠實時數據倉庫，聯(lián)合應用到IBM服務器和企業(yè)版SQLSever實時數據庫軟件，此時可對報表做深度的改進，不再局限于傳統(tǒng)的表格格式中，而是擴展至趨勢圖、柱狀圖等層面，以更加直觀的方式予以呈現，便于管理者查閱、分析，準確判斷全廠的運行狀況。

4.網站建設

為有效推進污水處理廠的信息化建設進程、提高管理效率，需要結合管理系統(tǒng)的運行特點建立相適配的網站，提供WEB遠程訪問與管理的功能，通過此類措施的落實，提高管理者的遠程管理水平，使其能夠更加準確地掌握污水廠的運行情況，以便進行科學的決策。

六、結語

綜上所述，從既有的污水處理廠建設狀況出發(fā)，采用自動化技術，配合硬件設施，建立高度自動化的污水處理系統(tǒng)。在保證污水處理質量、提高污水處理效率、減少人力資源投入等方面均有良好的作用。當然，現階段我國的污水處理自動化領域仍有諸多困境，在復雜化的行業(yè)環(huán)境下，相關技術人員仍需加強探索，提高技術應用水平，著力解決各類問題，持續(xù)提高污水的自動化處理水平，以便更好地滿足污水處理要求，給社會經濟、生態(tài)環(huán)境多個層面的可持續(xù)發(fā)展提供助推力。

參考文獻：

[1]鄭冬妮.淺議城市污水處理自動化技術[J].水電水利，2018，2（4）：28.

[2]許瑩瑩，李濱.關于城市供水與廢水處理自動化技術探討[J].化工管理，2014（15）：19.